DE10118839B4

DE10118839B4 - Bioreaktor

Info

Publication number: DE10118839B4
Application number: DE2001118839
Authority: DE
Inventors: Christian Uphoff
Original assignee: Georg Fritzmeier GmbH and Co KG
Current assignee: Georg Fritzmeier GmbH and Co KG
Priority date: 2001-04-17
Filing date: 2001-04-17
Publication date: 2009-11-26
Anticipated expiration: 2021-04-18
Also published as: DE10118839A1

Abstract

Bioreaktor zur Anregung des Wachstums von Mikroorganismen mit einem Anteil an photosynthetisch arbeitenden und einem Anteil von lichtemittierenden Mikroorganismen, mit einem umströmten Schwingkörper, der nach Anregung mittels einer Einrichtung (16) in einem hochfrequenten Schwingungsfeld die Mikroorganismen mit einer hochfrequenten Schwingung beaufschlagt wobei der Schwingkörper durch eine piezokeramische Füllkörperschüttung (6) gebildet ist und piezokeramische Füllkörper der Füllkörperschüttung (6) mit einer Beschichtung (10) versehen sind, die an zwei gegenüberliegenden Polen (12, 14) unterbrochen ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Bioreaktor und ein Verfahren zur Anregung des Wachstums von Mikroorganismen.
Aus der DE 198 13 451 A1 ist es bekannt, bei der mikrobiologischen Reinigung von Abwasser Ultraschall einzusetzen. Dieser kann beispielsweise zur Zerstörung unerwünschter Mikroorganismen oder zum Aufschluß von Klärschlamm verwendet werden, so daß dessen nachfolgender Abbau erleichtert wird. Bei diesen bekannten Verfahren zur Zerstörung unerwünschter Mikroorganismen oder zum Aufschluß von Klärschlamm wird Ultraschall vergleichsweise niedriger Frequenz im Frequenzbereich von 20 bis 50 kHz eingesetzt, wobei die Organik enthaltende Flüssigkeit mit Ultraschall beaufschlagt wird.
Neben diesen mehr auf die Zerstörung von Mikroorganismen bzw. auf das Aufschlicken von Zellen gerichteten Ultraschallanwendungen wird in der DE 198 13 451 A1 auch auf Anwendungen verwiesen, bei denen der Ultraschall den mikrobiellen Ab- und Umbau unterstützt, wobei durch gezielte Veränderung der Frequenzbereiche eine unerwünschte Vermehrung von Mikroorganismen verhindert werden kann, so daß eine gezielte Reduktion der Biomassenproduktion einstellbar ist.
Zur Beaufschlagung des Abwassers lassen sich beispielsweise piezoelektrische Wandler einsetzen, wie sie in der DE 196 49 975 A1 offenbart sind.
In der älteren Patentanmeldung DE 100 62 812 der Anmelderin wird eine mikrobiotische Mischkultur zur Behandlung von verunreinigtem Abwasser vorgeschlagen, bei dem ein Anteil an photosynthetisch arbeitenden Mikroorganismen und ein Anteil an Leuchtbakterien enthalten ist. Problematisch bei dieser bereits erfolgreich eingesetzten Mischkultur ist, daß ein gewisser Mindestanteil an Leuchtbakterien vorhanden ist, um das in der älteren Anmeldung beschriebene Wechselspiel zwischen den photosynthetisch arbeitenden Mikroorganismen und den Leuchtbakterien einzuleiten. D. h., der gewünschte mikrobiologische Abbau erfolgt erst dann, wenn eine kritische Menge an Leuchtbakterien vorhanden sind, die die photosynthetisch arbeitenden Mikroorganismen zur Photosynthese anregen.
In der DE 42 04 607 ist ein Bioreaktor zur Reinigung von Abwasser offenbart, bei dem eine Schwingungsquelle unterhalb einer Füllkörperschüttung angeordnet ist. Die Schwingungsquelle beaufschlagt das Abwasser mit einer Schwingung, die im Hinblick auf die Frequenz und auf die Leistung so ausgelegt ist, dass in dem Abwasser Kavitationsbläschen entstehen, die beim Durchströmen der Füllkörperschüttung platzen und Ablagerungen auf den Füllkörpern lösen und die Suspensa dispergieren.
Nachteilig bei einer derartigen Lösung ist, dass der Energieeintrag zur Verursachung der Kavitation relativ groß ist und dass durch die Kavitationsbläschen eine Beschädigung der Füllkörperschüttung erfolgen kann. Des Weiteren ist ein vergleichsweise hoher vorrichtungstechnischer Aufwand erforderlich, da neben der Füllkörperschüttung zusätzlich noch eine Schwingungsquelle im Bioreaktor aufgenommen werden muss.
Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Bioreaktor und ein Verfahren zur Anregung des Wachstums von Mikroorganismen derart weiterzubilden, daß auch bei ungünstigen Betriebsbedingungen, d. h. beispielsweise bei toxisch belastetem Abwasser und in Kanalsystemen ohne natürliche Lichtquellen Mikroorganismen zum Wachstum angeregt werden können, so daß die biologischen Abbau- und Umbaureaktionen mit einem hohen Wirkungsgrad durchführbar sind.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Bioreaktors durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des nebengeordneten Patentanspruchs 8 gelöst.
Erfindungsgemäß enthält der – beispielsweise vom beladenen Abwasser durchströmte – Bioreaktor einen Schwingkörper, der derart ausgebildet ist, daß er nach Anregung in einem Schwingungsfeld im Abwasser enthaltene Mikroorganismen kontinuierlich mit einer Hochfrequenzschwingung beaufschlagt, über die diese zum Wachstum angeregt werden. Wesentlich ist, daß der Bioreaktor eine Art Schwingkörper enthält, der entweder durch eine externe Spannungsquelle oder durch biochemische Prozesse zu Schwingungen angeregt werden kann, die dann über einen längeren Zeitraum zur Wachstumsstimulierung an Mikroorganismen abgegeben werden. Diese Schwingungen liegen im Ultraschallbereich und es konnte überraschenderweise festgestellt werden, daß auch bei Frequenzen im Bereich von 40 kHz eine Wachstumsstimulation von Mikroorganismen festzustellen ist.
Der Schwingkörper ist durch eine Füllkörperschüttung gebildet, die aus Füllkörpern mit piezoelektrischen Eigenschaften besteht. Dabei sind die Füllkörper aus Keramikmaterialien hergestellt. Die Mikroorganismen enthalten einen Anteil an photosynthetisch wirksamen und einen Anteil lichtemittierenden Mikroorganismen.
Eine Schädigung der Piezokeramik durch toxische Bestandteile des Abwassers und umgekehrt, eine Belastung des Abwassers durch Schwermetallanteile in der Keramik verhindert, da diese mit einer Beschichtung, beispielsweise einer TiO₂-Schicht versehen sind. Die Beschichtung ist an zwei gegenüberliegenden Stellen unterbrochen, so daß bei der Ausbildung eines elektrischen Feldes ein Plus- und ein Minuspol gebildet werden, an denen sich entsprechend geladene Mikroorganismen anlagern.
Dem Schwingkörper können permanent magnetische Füllkörper zugeordnet sein.
Das durch den permanentmagnetischen Anteil gebildete Magnetfeld regt bestimmte Mikroorganismen, wie Pilze und Einzeller, beispielsweise Geiseltierchen zum Wachstum an, so daß die biologische Umsetzung weiter beschleunigt wird.
Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, wenn die permanentmagnetischen Füllkörper und die piezoelektrisch wirksamen Füllkörper geschichtet hintereinanderliegend angeordnet sind, wobei vorzugsweise eine Schicht aus Permanentmagneten zwischen zwei Füllkörperschichten aus Piezokeramikmaterial angeordnet ist.
Der Bioreaktor wird vorteilhafterweise als zylindrische Füllkörperkolonne ausgeführt, wobei im Eingangs- und/oder Ausgangsbereich der Füllkörperkolonne Filterelemente zum Zurückhalten von Verunreinigungen etc. ausgebildet sein können.
Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Bioreaktors mit einer permanentmagnetischen und einer piezoelektrischen Schicht;
2 eine schematische Darstellung eines piezoelektischen Keramikfüllkörpers und
3 ein Ausführungsbeispiel eines Bioreaktors, bei dem permanentmagnetische Füllkörper zwischen zwei Schichten bestehend aus piezoelektrischen Füllkörpern angeordnet ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird vorzugsweise bei der Aufbereitung von gewerblichen und Haushaltsabwässern eingesetzt um den Wirkungsgrad der biologischen Umsetzung zu erhöhen. Der erfindungsgemäße Bioreaktor besteht im wesentlichen aus einer Füllkörperkolonne 1, die einen strichpunktiert angedeuteten Abwasserkanal eingesetzt ist. Das in Pfeilrichtung strömende, Organik enthaltende Abwasser tritt stirnseitig in die Füllkörperkolonne 1 ein, wobei im Eintrittsbereich der Füllkörperkolonne 1 oder stromaufwärts von dieser ein Feststofffilter 4 zum Abscheiden von festen Bestandteilen, wie beispielsweise Faserstoffen oder einen gewissen Partikeldurchmesser überschreitenden Feststoffen vorgesehen ist.
Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich stromabwärts des Filters 4 eine Schüttung aus piezoelektrischen Keramikkörpern 6, die sich über eine Länge L der Füllkörperkolonne erstrecken.
2 zeigt eine schematisierte Schnittdarstellung eines derartigen Keramikkörpers 6. Demgemäß besteht der Kern dieses etwa kugelfömigen Füllkörpers 6 aus einem Keramikmaterial mit piezoelektrischen Eigenschaften, d. h. an der Oberfläche dieses Materials entstehen bei einer Verformung der Kernmatrix unter Einwirkung mechanischer Kraft (Druck, Zug, Torsion) elektrische Ladungen – oder umgekehrt beim Anlegen einer elektrischen Spannung können mechanische Verformungen des Keramikmaterials festgestellt werden, die beispielsweise in der Mikrotechnik zur Steuerung von Bauelementen oder in der Druckertechnik zum Ausstoßen von Tinte ausgenutzt werden können.
Auf der Piezokeramik 8 ist eine Beschichtung 10 aus Titanoxid (TiO₂) aufgebracht. Bei ersten Vorversuchen konnten mit einer Schichtdicke im Bereich von 200 bis 1000 nm relativ gute Ergebnisse erzielt werden – selbstverständlich sind auch andere Schichtdicken einsetzbar. Die Beschichtung 10 wirkt als Schutzmantel, so daß toxische Bestandteile der Piezokeramik, wie beispielsweise Blei nicht in Wechselwirkung mit dem aufzubereitenden Abwasser gelangen.
Nach dem Aufbringen der Beschichtung 10 auf die Piezokeramik 8 wird diese an zwei diametral zueinander angeordneten Bereichen – beispielsweise durch Laserenergie – gepunktet, so daß zwei Pole 12, 14 entstehen, bei denen keine Beschichtung 10 aufgetragen ist und somit die Piezokeramik 8 direkten Kontakt mit dem Abwasser hat. Diese Kontaktbereiche sind jedoch im Vergleich zur restlichen Oberfläche des Füllkörpers mit einer kleinen Austauschfläche ausgeführt, so daß keine das Abwasser belastende Wechselwirkungen mit der Piezokeramik auftreten können. Im Bereich der sich über die Länge L der Füllkörperkolonne erstreckenden Schüttung aus piezoelektrischen Füllkörpern 6 ist eine Einrichtung 16 zur Erzeugung von Ultraschallschwingungen angeordnet. Diese kann beispielsweise durch einen Hochfrequenzgenerator gebildet sein, dessen Ausgangssignal über einen die Füllkörperkolonne 1 abschnittsweise umgreifende Spule auf die piezoelektrischen Wandler, d. h. im vorliegenden Fall auf die piezoelektrischen Füllkörper 6 übertragen wird, so daß diese zu Schwingungen im Ultraschallbereich mit einer Frequenz größer 20 kHz angeregt werden. Wie in 2 angedeutet ist, bilden sich durch diese hochfrequenten Schwingungen an der Oberfläche des Füllkörpers 6 Ladungen aus, die sich im Bereich der Pole 12 bzw. 14 konzentrieren. Je nach Art des Mikroorganismus lagern sich diese entlang der entstehenden Feldlinien 18, bevorzugt im Bereich der Pole 12, 14 an und treten in Wechselwirkung mit dem hochfrequenten Schwingungsfeld, so daß diese zum Wachstum angeregt werden.
Bei ersten Tests zeigte sich, daß es in vielen Fällen ausreichend ist, die Einrichtung 16 nur für einen vergleichsweise kurzen Zeitraum anzusteuern, um die piezoelektrischen Füllkörper 6 zum Schwingen anzuregen. Es stellte sich heraus, daß auch nach Abschalten der externen Schwingungserregung über die Einrichtung 16 die Füllkörper noch über einen sehr langen Zeitraum, beispielsweise 2–3 Wochen weiterschwingen und das Wachstum der Mikroorganismen stimulieren. In besonders günstigen Fällen können die in der Füllkörperkolonne ablaufenden biologischen Prozesse die Schwingungserregung unterstützen, so daß die externe Schwingungsquelle praktisch nur noch zum ”Anschieben” der Wachstumsstimulierung erforderlich ist.
Neben der Schüttung aus piezoelektrischen Füllkörpern 6 ist eine weitere Schüttung mit der Länge M bestehend aus permanentmagnetischen Keramikkörpern 20 in der Füllkörperkolonne 1 angeordnet. Diese permanentmagnetischen Füllkörper 20 haben bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine et wa zylindrische Form, wobei an den Stirnflächen der Nord- oder Südpol ausgebildet ist.
Auch durch diese Füllkörper sind in einer losen Schüttung und somit in beliebiger Relativlage zueinander in der Füllkörperkolonne 1 aufgenommen. Durch diese Permanentmagneten wird im Inneren der Füllkörperkolonne ein Magnetfeld erzeugt, das bestimmte Mikroorganismen, wie beipielsweise Einzeller, Geiseltierchen etc. zum Wachstum anregt und somit die biologische Umsetzung verbessert wird. Die Schüttung aus permanentmagnetischen Füllkörpern 20 kann stromabwärts der Schüttung aus piezoelektrischen Füllkörpern 6 oder aber auch stromaufwärts ausgebildet sein. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel bei dem die permantentmagnetischen Füllkörper 20 zwischen zwei Schüttungen von piezoelektrischen Füllkörpern 6 angeordnet sind.
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zunächst die Ultraschall-Einrichtung 16 angesteuert, so daß die piezoelektrischen Füllkörper 6 der Schüttungsbereiche L (1) oder L₁, L₂ (3) zu hochfrequenten Schwingungen, beispielsweise im Bereich von 40 kHz angeregt werden. Diese externe Schwingungserregung kann diskontinuierlich in gwissen Zeitabständen oder aber auch kontinuierlich während der gesamten Abwasseraufbereitung erfolgen. Parallel wird dem Abwasser stromaufwärts der Füllkörperkolonne 1 eine biologische Mischkultur zugegeben, wie sie beispielsweise in der eingangs genannten älteren Anmeldung DE 100 62 812 der Anmelderin beschrieben ist. Demnach enthält die mikrobiotische Mischkultur einen Anteil an photosynthetisch arbeitenden Mikroorganismen und einen Anteil an Leuchtbakterien oder ähnlich wirkenden lichtemittierenden Mikoorganismen, die in einer breitbandigen biologischen Lösung gelöst sind.
Das Wechselspiel zwischen den photosynthetisch arbeitenden Mikroorganismen und den Leuchtbakterien führt dazu, daß die photosynthetisch arbeitenden Mikroorganismen durch die Leuchtbakterien zur Photosynthese angeregt werden. Die Mikroorganismen betreiben die Photosynthese mit Schwefelwasserstoff und Wasser als Edukt und setzen Schwefel bzw. Sauerstoff frei. Ferner können sie Stickstoff sowie Phosphat binden und organische sowie anorganische Materie abbauen.
Bevorzugt werden in der zugeführten mikrobiologischen Zusammensetzung photosynthetisch arbeitende Mikroorganismen verwendet, die fakultativ phototroph sind. Phototrophfakultativ bedeutet, daß die Mikroorganismen sowohl unter anaeroben Bedingungen im Licht als auch unter aeroben Bedingungen im Dunklen wachsen können.
Zu den Photosynthesebakterien gehören gramnegative aerobe stabförmige und kreisförmige Bakterien sowie grampositive kreisförmige Bakterien. Diese können Endosporen aufweisen oder ohne Sporen vorhanden sein. Dazu zählen beispielsweise auch grampositive Aktinomyceten und verwandte Bakterien.
In diesem Zusammenhang können auch stickstoffbindende Organismen genannt werden. Dazu gehören beispielsweise Algen, wie Anabena Nostoc in Symbiose mit Azola. Des weiteren können Aktinomyceten, z. B. Frankia in Symbiose mit Erlen und Bakterien, wie Rhizobium in Symbiose mit Leguminosen, erwähnt werden.
Außerdem können auch aerobe Algen, Azotobacter, methanoxidierende Bakterien und Schwefelbakterien verwendet werden. Dazu zählen auch grüne Schwefelbakterien und braun-grüne Photosynthesebakterien. Hier können auch nicht violette Schwefelbakterien und violette Schwefelbakterien genannt werden.
Es ist bevorzugt, dass in der erfindungsgemäßen mikrobiologische Zusammensetzung als fakultativ phototrophe Mikroorganismen, Prochlorophyten, Cyanobakterien, grüne Schwefelbakterien, Purpurbakterien, Chloroflexus-ähnliche Formen und Heliobakterium und Heliobacillus-ähnliche Formen enthalten sind. Die vorgenannten fakultativ phototrophen Mikroorganismen können auch als Mischungen aus zwei oder mehr davon vorliegen. In einer ganz besonderen Ausführungsform liegen alle sechs genannten Mikroorganismen als Mischung vor.
Das Licht, das die Photosynthese antreibt, stammt von den Leuchtbakterien, die als zweite essentielle Komponente in der mikrobiologischen Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung enthalten sind. Diese Leuchtbakterien besitzen eine Leuchtkraft, d. h. sie sind in der Lage, Lichtquanten auszusenden.
Es handelt sich hierbei um ein System, das enzymatisch abläuft. Als Beispiel kann hier das Luciferin-Luciferase-System genannt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind in der erfindungsgemäßen Mischung als Leuchtbakterien Photobacterium phosphoreum, Vibrio fischeri, Vibrio harveyi, Pseudomonas lucifera oder Beneckea enthalten. Es ist auch möglich, eine Mischung aus mindestens zwei daraus zu wählen.
Zur Optimierung der erfindungsgemäßen mikrobiologischen Zusammensetzung können weitere Bestandteile darin enthalten sein. Vorzugsweise sind solche Nebenbestandteile Pflanzenextrakte, Enzyme, Spurenelemente, Polysaccharide, Alginderivate, andere Mikroorganismen wie oben. Die Nebenbestandteile können einzeln oder in Kombination in der erfindungsgemäßen mikrobiologischen Zusammensetzung vorliegen. Die Pflanzenextrakte können beispielsweise Spitzwegerich enthalten.
Eventuell hinzugefügte Milchsäurebakterien dienen dazu, um pathogene Keime zu unterdrücken und den pH-Wert abzusenken.
Als Nährlösung für die erfindungsgemäße mikrobiologische Zusammensetzung wird im allgemeinen eine Lösung verwendet, die dazu beiträgt, dass die darin enthaltenen Bestandteile, insbesondere die Mikroorganismen, ohne weiteres darin leben können. Dabei kommt es insbesondere darauf an, dass die Wechselwirkung der Photosynthesebakterien und der Leuchtbakterien vollständig zum Tragen kommt. Es hat sich erwiesen, dass eine biologische Nährlösung mit Melasse, insbesondere Rohzuckermelasse oder Zuckerrübenmelasse als Hauptbestandteil geeignet ist.
Die photosynthetisch arbeitenden Mikroorganismen und die Leuchtbakterien liegen in der erfindungsgemäßen mikrobiologischen Zusammensetzung normalerweise in einem Verhältnis von 1:10 bis 1:500 vor. Ein bevorzugtes Verhältnis ist 1:100.
Die vorgenannten Mikroorganismen und die ohnehin im Abwasser enthaltenen Mikroorganismen treten nach Durchströmen des Filters 4 in die Füllkörperkolonne ein und gelangen in Wechselwirkung mit dem hochfrequenten elektrischen Feld in den Füllkörperbereichen L bzw. L₁ und L₂. Durch dieses hochfrequente Feld werden die Mikroorganismen zum Wachstum angeregt, so daß auch bei einer toxischen Belastung des Abwassers genügend Leuchtbakterien vorhanden sind, um die vorbeschriebene Reaktion zwischen den Leuchtbakterien und den photosynthetisch wirkenden Mikroorganismen in Gang zu setzen.
Die Titanoxidbeschichtung 10 der piezoelektrischen Füllkörper 6 hat dabei eine Doppelfunktion: Sie bildet zum einen eine die Piezokeramik 8 umgebende Schutzschicht und zum anderen bildet sie eine Austauschfläche, an der sich die Mikroorganismen anlagern können. Es zeigte sich, daß durch die von den Leuchtbakterien abgegebene Strahlung die Titanoxidbeschichtung derart aktiviert wird, daß sich die Oberflächenspannung der die piezoelektrischen Füllkörper 6 umgebenden Substanz verringert wird und diese sich gleichmäßig über die Oberfläche des Füllkörpers 6 verteilen. Es entsteht eine Art den Füllkörper 6 umgebender Biofilm, der im wesentlichen aus einer schleimartigen extracellulären polymeren Substanz (EPS) besteht, in der die Mikroorganismen eingebettet sind. Diese EPS verhindert ein Vordringen toxischer Substanzen im Abwasser (beispielsweise Schwermetalle) in das Zellinnere der Mikroorganismen. Die EPS wirkt des weiteren als Diffusionsbarriere, die ein ausdiffundieren von bei der biologischen Umsetzung benötigten Stoffen, wie beispielsweise Exoenzymen verhindert. Die EPS wirkt wie eine semipermeable Membran, die den Abbau der im Abwasser gelösten Organik unterstützt. Je nach Art der Mikroorganismen setzen sich diese bevorzugt im Bereich der Pole 12 oder 14 ab. Des weiteren verwenden Bakterien die in Symbiose mit anderen Arten leben, die EPS als Mittel, um in räumlicher Nähe zu diesen Bakterien bleiben zu können.
Aufgrund der verringerten Oberflächenspannung dieses Biofilms können sich auf der Oberfläche der Füllkörper praktisch keine im Abwasser enthaltenen Verunreinigungen ansetzen, da diese von dem Biofilm unterspült werden und dieser mit großer Adhäsionskraft an der Titanoxidschicht abgelagert ist.
Bei Einsatz der von der Anmelderin entwickelten Mischkultur sammeln sich im Biofilm Leuchtbakterien und photosynthetisch wirksame Bakterien an, so daß eine Art ”Leuchtfilm” entsteht, der die piezokeramischen Füllkörper 6 umgibt.
Das zu behandelnde Abwasser durchströmt im Anschluß die Schüttung aus permanentmagnetischen Füllkörpern 20, so daß diejenigen Mikroorganismen zum Wachstum angeregt werden, die nicht durch ein hochfrequentes Wechselfeld sondern durch ein Permanentmagnetfeld zum Wachstum angeregt werden.
Nach dem Durchströmen der Füllkörperkolonne 1 sind im Abwasser genügend Mikroorganismen vorhanden, um die erforderliche Umsetzung und den Abbau der biologischen Bestandteile mit äußerst hoher Effektivität zu bewirken.
Die Form und Größe der Füllkörper ist nahezu beliebig, wobei ein geeigneter Kompromiss zwischen großer Stoffaustauschfläche und geringem Druckverlust für die Abwasserströmung gefunden werden muß. Bei ersten Versuchen wurden Füllkörper mit einem Durchmesser im Bereich von 4 bis 15 mm eingesetzt.
Anstelle einer Schüttung kann prinzipiell auch ein einstückiger Körper, beispielsweise ein Keramikkörper mit einem die Durchströmung ermöglichenden Kanalsystem verwendet werden, um den permanentmagnetischen Teil oder piezoelektrischen Teil der Kolonne auszubilden. Prinzipiell kann das Wachstum auch alleine durch piezoelektrische Körper oder permanentmagnetische Körper stimuliert werden, so daß eine einzige Schüttung aus im wesentlichen gleichen Füllkörpern in der Füllkörperkolonne 1 angeordnet ist.
Offenbart sind ein Bioreaktor zur Wachstumsstimulation von Mikroorganismen und ein Verfahren zum Stimulieren des Wachstums von Mikroorganismen, bei denen in einer Füllkörperkolonne eine Schüttung aus piezokeramischen Füllkörpern und aus permanentmagnetischen Füllkörpern angeordnet ist. Die piezokeramischen Füllkörper werden kontinuierlich oder diskontinuierlich zu hochfrequenten Schwingungen angeregt, so daß in dem entstehenden Wechselfeld des piezokeramischen Schüttungsanteils und dem Magnetfeld der permanentmagnetischen Schüttung die Mikroorganismen zum Wachstum angeregt werden.

1: Füllkörperkolonne
2: Abwasserkanal
4: Filter
6: piezoelektrischer Füllkörper
8: piezoelektrische Keramik
10: Beschichtung
12: Pol
14: Pol
16: Einrichtung
18: Feldlinien
20: permanentmagnetischer Füllkörper

Claims

Bioreaktor zur Anregung des Wachstums von Mikroorganismen mit einem Anteil an photosynthetisch arbeitenden und einem Anteil von lichtemittierenden Mikroorganismen, mit einem umströmten Schwingkörper, der nach Anregung mittels einer Einrichtung (16) in einem hochfrequenten Schwingungsfeld die Mikroorganismen mit einer hochfrequenten Schwingung beaufschlagt wobei der Schwingkörper durch eine piezokeramische Füllkörperschüttung (6) gebildet ist und piezokeramische Füllkörper der Füllkörperschüttung (6) mit einer Beschichtung (10) versehen sind, die an zwei gegenüberliegenden Polen (12, 14) unterbrochen ist.
Bioreaktor nach Patentanspruch 1, wobei dem Schwingkörper zumindest ein permanentmagnetischer Bereich zugeordnet ist.
Bioreaktor nach Patentanspruch 2, wobei jeder Bereich des Schwingkörpers durch eine Füllkörperschüttung gebildet ist.
Bioreaktor nach Patentanspruch 3, wobei die Füllkörper (6, 20) kugel- oder zylinderförmig ausgebildet sind.
Bioreaktor nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Schutzschicht aus Titanoxid (TiO₂) besteht.
Bioreaktor nach einem der Patentansprüche 3 bis 5, wobei die Füllkörper (6, 20) schichtartig hintereinander liegend in einer Füllkörperkolonne (1) angeordnet sind.
Bioreaktor nach Patentanspruch 6, wobei die Füllkörperkolonne im Eingangsbereich einen Filter (4) hat.
Verfahren zur Anregung des Wachstums von Mikroorganismen mit einem Anteil an photosynthetisch arbeitenden und einem Anteil von lichtemittierenden Mikroorganismen mit Ultraschall, wobei einem in einem Bioreaktor aufgenommenen, aus einer piezoelektrischen Füllkörperschüttung bestehenden Schwingkörper in einem hochfrequenten Schwingungsfeld Energie zugeführt und dieser hochfrequente Energie an die Mikroorganismen abgibt, wobei piezokeramische Füllkörper der Füllkörperschüttung (6) mit einer Beschichtung (10) versehen sind, die an zwei gegenüberliegenden Polen (12, 14) unterbrochen ist, an denen sich je nach Art Mikroorganismen anlagern, die in Wechselwirkung mit den hochfrequenten Schwingungen treten.