DE10139829A1 - Additive to stabilize biomass - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Additiv zur Stabilisierung, insbesondere der Biomasse bei der biologischen Abfallbehandlung. Das Additiv eignet sich für die Stabilisierung biologischer Abwasseranlagen sowie zur Kompostierung. Es findet auch Anwendung bei der biologischen Boden- und Luftreinigung. The present invention relates to an additive for Stabilization, especially of the biomass in the biological Waste treatment. The additive is suitable for stabilization biological sewage systems and for composting. It takes place also used in biological soil and air cleaning.
Offene biologische Prozesse, welche in der Regel bei der biologischen Abfallbehandlung verwendet werden und teiloffene Prozesse sind im Allgemeinen nur mit großem Aufwand beherrschbar und in ihrer Gesamtleistung schwer optimierbar. Der Grund für die biologische Instabilität liegt im offenen oder teiloffenen Charakter dieser Prozessanlagen. Die durch den Eintrag organischer und anorganischer Substanzen in der Population der Mikroorganismen hervorgerufenen Schwankungen beeinträchtigen die Prozessleistung erheblich. Da diese Schwankungen sowohl über größere Zeiträume hinweg, zum Beispiel bedingt durch den Jahreszeitenwechsel, aber auch durch stündliche Änderungen der Umgebungsbedingungen auftreten können, ist die Dynamik solcher Anlagen sehr groß. Open biological processes, which are usually biological waste treatment can be used and partially open Processes are generally very difficult controllable and difficult to optimize in their overall performance. The The reason for the biological instability lies in the open or partially open character of these process plants. The through the Entry of organic and inorganic substances in the Population of microorganisms caused fluctuations significantly affect process performance. This one Fluctuations both over longer periods, for example conditionally by the change of season, but also by hourly Changes in environmental conditions can occur Dynamics of such systems are very large.
Allein in Deutschland und Österreich sind für den Bereich der biologischen Abwasserreinigung Prozessvolumina von mehr als 10 000 000 m3 zu veranschlagen. Durch diesen großen Umfang sind Verbesserungen in der Prozessleistung von großer ökonomischer und ökologischer Bedeutung. Für eine effiziente und nachhaltige Steigerung der Leistung biologischer Prozesse ist es ein Ziel der Erfindung, den Prozess selbst zu stabilisieren und zu optimieren und nicht, durch viel größeren Aufwand, die äußeren Prozessbedingungen und Einflussfaktoren zu steuern. Unter Stabilisierung wird hier ein Konstanthalten verschiedener Verfahrensparameter unter weitgehendem Ausschluss von Fremdeinflüssen verstanden. In Germany and Austria alone, process volumes of more than 10,000,000 m 3 are estimated for the area of biological wastewater treatment. Due to this large scope, improvements in process performance are of great economic and ecological importance. For an efficient and sustainable increase in the performance of biological processes, it is an aim of the invention to stabilize and optimize the process itself and not to control the external process conditions and influencing factors by much greater effort. Stabilization is understood here to mean keeping various process parameters constant while largely excluding external influences.
Um dem Ziel der biologischen Stabilisierung und Dynamikkontrolle anaerob arbeitender Prozesse näher zukommen, ist es notwendig, die internen Vorgänge und Wechselwirkung der beteiligten Mikroorganismen besser zu verstehen. Es ist bekannt, dass viele Mikroorganismen eine Strategie entwickelt haben, um Schwankungen im besiedelten Milieu entgegenzuwirken. Sie umgeben sich dazu mit einer Matrix aus Polysacchariden und Proteinen. Durch die dreidimensionale Struktur dieser langkettigen Moleküle entsteht der sogenannte Biofilm, der als Gerüst für mikrobielles Wachstum dient. Dieses Gerüst hält den Biofilm zusammen und dient gleichzeitig den Mikroorganismen als Schutz vor chemischen und physikalischen Veränderungen. Weiters kann durch extrazelluläre Enzyme, die in der Matrix gebunden sind, der Stoffwechsel der Mikroorganismen zum Teil außerhalb der Zelle stattfinden. To achieve the goal of biological stabilization and It's closer to dynamic control of anaerobically operating processes necessary the internal processes and interaction of the better understand the microorganisms involved. It is known, that many microorganisms have developed a strategy to Counteract fluctuations in the populated environment. she surround themselves with a matrix of polysaccharides and Proteins. Due to the three-dimensional structure of this long-chain The so-called biofilm is created as a scaffold for molecules microbial growth. This scaffold holds the biofilm together and at the same time serves as protection for the microorganisms from chemical and physical changes. Furthermore can through extracellular enzymes that are bound in the matrix, the metabolism of the microorganisms partly outside the Cell take place.
Diese Eigenschaft der Ausbildung von Biofilmen ist die
Grundlage für die Entstehung der Belebtschlammflocken in
Abwasserreinigungsanlagen nach dem (aeroben) Belebtschlammverfahren.
Nach heutigem Wissensstand erfüllt der Biofilm in Form der
Schlammflocke mehrere Zwecke:
- - Unter spezifischem Substratmangel aufwachsende Mikroorganismen sind durch extrazelluläre Spaltung von hochmolekularen Stoffen in der Lage, den Stoffwechsel aufrecht zu erhalten. Durch die räumliche Nähe der Enzyme zur Zellmembran wird die Diffusion der niedermolekularen Spaltprodukte in die Zelle ermöglicht.
- - Bakterien, die in Symbiose mit anderen Arten wachsen, wie die Nitrifikanten Nitrosomonas sl und Nitrobacter sl verwenden die extrazelluläre Matrix, um in räumlicher Nähe zu bleiben.
- - Auch die Ausbildung von Substratketten wird durch die räumliche Fixierung ermöglicht. So dient das Stoffwechselprodukt einer Art als Substrat für eine andere Art von Mikroorganismen.
- - Toxische Substanzen können in der extrazellulären Matrix gebunden werden und damit nicht ins Zellinnere vordringen und die Mikroorganismen schädigen.
- - Microorganisms growing up with a specific lack of substrate are able to maintain the metabolism by extracellular cleavage of high-molecular substances. The proximity of the enzymes to the cell membrane enables the diffusion of the low-molecular cleavage products into the cell.
- - Bacteria that grow in symbiosis with other species, such as the nitrificants Nitrosomonas sl and Nitrobacter sl, use the extracellular matrix to stay in close proximity.
- - The formation of substrate chains is also made possible by the spatial fixation. The metabolic product of one type serves as a substrate for another type of microorganism.
- - Toxic substances can be bound in the extracellular matrix and thus do not penetrate into the cell interior and damage the microorganisms.
Da also der Biofilm eine wesentliche Bedeutung in Prozessen der biologischen Abfallbeseitigung besitzt, gilt es diesen Biofilm zu unterstützen und damit die Bildung der erforderlichen Mikrolebensräume zur Aufrechterhaltung optimaler Bedingungen der darauf siedelnden Mikroorganismen zu steigern. Optimale Methoden hierzu wurden bis jetzt nicht entwickelt. So since the biofilm is essential in processes biological waste disposal, this applies To support biofilm and thus the formation of necessary micro-habitats to maintain optimal To increase the conditions of the microorganisms that settle on it. Optimal methods for this have not yet been developed.
Ziel ist daher eine höhere Toleranz gegenüber Schwankungen der Umgebungsbedingungen im gesamten Prozesssystem. Die Abbaukapazität ist zu steigern. The goal is therefore a higher tolerance to fluctuations in the Ambient conditions in the entire process system. The Mining capacity needs to be increased.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Additiv, umfassend ein anorganisches und/oder organisches Trägermaterial und daran immobilisierte und/oder davon umhüllte Faktoren, die den Stoffwechsel von aeroben und/oder anaeroben Mikroorganismen beeinflussen. The present invention therefore relates to an additive comprising an inorganic and / or organic Carrier material and factors immobilized on and / or encased by it, which the metabolism of aerobic and / or anaerobic Affect microorganisms.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung versteht man unter dem Begriff "Faktoren" alle Substanzen pflanzlichen oder sonstwie biologischen Ursprungs, welche in der Lage sind, den Stoffwechsel und/oder die Lebensfähigkeit von Mikroorganismen die an einem biologischen Abbauprozess beteiligt sind, in einer Richtung zu beeinflussen, die das Prozessgeschehen stabilisiert. In the context of the present invention, the Term "factors" all substances vegetable or otherwise of biological origin, which are able to Metabolism and / or the viability of microorganisms are involved in a biodegradation process, in one To influence direction that the process is happening stabilized.
Ein erfindungsgemäßes Additiv stellt eine kontrollierte Freisetzung der daran immobilisierten oder davon umhüllten Faktoren über die Zeit sicher. Das Trägermaterial bietet mechanischen Schutz für einen darauf ausgebildeten Biofilm. Vor allem wird die Ausbildung des Biofilmes unterstützt und dadurch die Bildung von Mikrolebensräumen zur Aufrechterhaltung optimaler Bedingungen der darauf siedelnden Mikroorganismen gesteigert. Dadurch erreicht man eine höhere Toleranz gegenüber Schwankungen der Umgebungsbedingungen in einer offenen oder teiloffenen biologischen Prozessanlage. In Kombination mit einer gezielten Verfügbarkeit von Faktoren die das Gesamtsystem in seiner Leistung stabilisieren, kann die Abbaukapazität spezifischer Substrate deutlich und nachhaltig verbessert werden. An additive according to the invention provides a controlled one Release of the immobilized or enveloped in it Factors over time for sure. The carrier material offers mechanical protection for a biofilm formed on it. Especially the training of the biofilm is supported and thereby the Formation of micro-habitats to maintain optimal Conditions of the microorganisms settling on it increased. This leads to a higher tolerance towards Fluctuations in environmental conditions in an open or partially open biological process plant. In combination with a targeted Availability of factors that affect the overall system Stabilize performance, the mining capacity can be more specific Substrates are significantly and sustainably improved.
Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Additivs ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 10. Preferred embodiments of the additive according to the invention result from subclaims 2 to 10.
Danach ist es im Sinne der Umweltverträglichkeit von Vorteil, das Trägermaterial aus natürlichen und/oder synthetischen organischen Polymeren auszuwählen. Das Trägermaterial muss in jedem Fall toxikologisch (LD50) unbedenklich und frei von Störstoffen sein. Eine Eignung zur Umsetzung mit den erfindungsgemäßen, den Stoffwechsel von Mikroorganismen beeinflussenden Faktoren ist Voraussetzung. Thereafter, it is advantageous in terms of environmental compatibility to select the carrier material from natural and / or synthetic organic polymers. The carrier material must in any case be toxicologically safe (LD 50 ) and free of contaminants. A suitability for implementation with the factors according to the invention which influence the metabolism of microorganisms is a prerequisite.
Erfindungsgemäß werden als Trägermaterial insbesondere Cellulose [Poly-β-(1,4)-D-Glukose], derivatisierte und/oder regenerierte Cellulose eingesetzt. According to the invention, the carrier material in particular Cellulose [poly-β- (1,4) -D-glucose], derivatized and / or regenerated cellulose used.
Als Cellulosederivat kommt insbesondere Cellulose-Xanthogenat in Betracht. Ausgangsstoffe für das Trägermaterial können in geeigneter Weise Rohstoffe oder Abfallprodukte der Papierindustrie sein, welche Cellulose sowie deren Derivate umfassen. The cellulose derivative used is, in particular, cellulose xanthate into consideration. Starting materials for the carrier material can in suitably raw materials or waste products of Be paper industry, which include cellulose and its derivatives.
Möglich ist auch der Einsatz modifizierter Stärke, welche aus verschiedenen Getreidesorten, aber auch aus Mais und Tomaten gewonnen werden kann. Als Trägermaterial kommen auch anorganische Stoffe, wie Gips, Zement, Zeolith und/oder Bentonit, in Frage. It is also possible to use modified starch, which consists of different types of grain, but also from corn and tomatoes can be won. Also come as a carrier material inorganic substances, such as gypsum, cement, zeolite and / or bentonite, in Question.
Faktoren, welche den Stoffwechsel von Mikroorganismen
beeinflussen können sind zahlreich. Im Rahmen der vorliegenden
Erfindung versteht man darunter:
- - Nährstoffe allgemeiner Art (Substrat) zur Aufrechterhaltung des Stoffwechsels der Mikroorganismen bei fehlendem Eintrag in das System;
- - Wachstumsfaktoren und Spurenelemente, die nicht als Substrat dienen und nicht im Substrateintrag enthalten sind, jedoch für die Lebensfähigkeit der Mikroorganismen notwendig sind;
- - Organische Polymere biologischen Ursprungs zur Induktion des Biofilmwachstums. Durch die Forcierung sessiler Mikroorganismen im Biofilm werden durch die Substratkonkurrenz nicht-sessile Mikroorganismen zurückgedrängt. Der Austrag von Mikroorganismen aus der Prozessanlage, beispielsweise im Nachklärbecken, wird dadurch deutlich verringert;
- - Aus Pflanzen isolierte Proteine als spezifisches Substrat. Spezifische Substrate können angezeigt sein, um Symbiosen und dadurch alternative Substratreduktionswege zu forcieren;
- - Enzyme für eine extrazelluläre Substratumsetzung, um leichter abbaubare Metabolite zu erhalten oder toxische Substanzen in nicht-toxische Spaltprodukte umzusetzen;
- - Selektiv wirkende Biozide und Fungizide biologischen
Ursprungs, die eine gezielte Populationskontrolle oder
Mikroflora ermöglichen. Durch diese Strategie können
Mikroorganismen, die aufgrund ihrer Eigenschaften im System
nicht erwünscht sind, zurückgedrängt werden.
Molekularbiologische und biotechnologische Verfahren können zur
Herstellung solcher spezifischen Substanzen im industriellen
Maßstab eingesetzt werden.
Beispielhaft zu erwähnen sind jene Mikroorganismen, die durch ihre Wuchsform oder durch Gasbildung die Belebtschlammflocke voluminös und leicht machen (Zoogloea sl, Sphaerotilus sl). Durch die Notwendigkeit, am Prozessende die organische Masse vom gereinigten Abwasser konstruktionsbedingt durch möglichst rasche Sedimentation zu trennen, sind langsam oder überhaupt nicht sedimentierende Schlammflocken nachteilig. Es käme zu einem erhöhten Austrag organischer Masse aus der Anlage, was zu vermeiden ist.
- - General nutrients (substrate) to maintain the metabolism of the microorganisms in the absence of entry into the system;
- - growth factors and trace elements that do not serve as a substrate and are not included in the substrate entry, but are necessary for the viability of the microorganisms;
- - Organic polymers of biological origin to induce biofilm growth. By forcing sessile microorganisms in the biofilm, non-sessile microorganisms are pushed back by the substrate competition. The discharge of microorganisms from the process plant, for example in the secondary clarifier, is thereby significantly reduced;
- - Proteins isolated from plants as a specific substrate. Specific substrates may be indicated to force symbioses and thereby alternative substrate reduction pathways;
- - Enzymes for an extracellular substrate conversion in order to obtain more easily degradable metabolites or to convert toxic substances into non-toxic fission products;
- - Selective biocides and fungicides of biological origin that allow targeted population control or microflora. This strategy can suppress microorganisms that are not wanted due to their properties in the system. Molecular biological and biotechnological processes can be used to produce such specific substances on an industrial scale.
Examples include those microorganisms that make the activated sludge voluminous and light due to their growth form or gas formation (Zoogloea sl, Sphaerotilus sl). The need to separate the organic mass from the cleaned wastewater at the end of the process due to the design by means of the fastest possible sedimentation means that slow or non-sedimenting sludge flakes are disadvantageous. There would be an increased discharge of organic matter from the plant, which should be avoided.
Durch die Verwendung pflanzlicher Ausgangssubstanzen zur Isolierung der einzelnen Faktoren ergeben sich Vorteile in biologischer wie wirtschaftlicher Hinsicht. Zum Einen sind die Ausgangssubstanzen in der Beschaffung preiswert, zum Anderen sind sie ökologisch völlig unbedenklich. Geeignet sind sowohl pflanzliche Abfallprodukte aus der Lebensmittel- und Futtermittelproduktion, wie auch kultivierte Pflanzen oder Teile davon. Durch geeignete und dem Fachmann bekannte Extraktionsverfahren können die Faktoren angereichert werden. By using vegetable starting substances for Isolation of each factor results in advantages biological and economic aspects. For one, they are Starting substances in procurement are inexpensive, on the other hand they are ecologically completely harmless. Both are suitable vegetable waste products from the food and Feed production, as well as cultivated plants or parts from that. By suitable and known to the expert Extraction processes can enrich the factors.
Die Auswahl des pflanzlichen Materiales aus welchem die
Faktoren gewonnen werden können, wird sich demnach nach folgenden
Kriterien richten:
- - Inhaltsstoffe für ein gezieltes Wachstum von Mikroorganismen
- - Niedriger organischer Stoffgehalt
- - Verfügbarkeit
- - Niedrige Aufbereitungs- und Herstellungskosten.
- - Ingredients for a targeted growth of microorganisms
- - Low organic matter content
- - Availability
- - Low processing and manufacturing costs.
Das Additiv aus den genannten Faktoren und dem Trägermaterial kann in seiner Zusammensetzung in einem weiten Bereich variiert werden, so dass die optimale Kombination hinsichtlich der Umsatzrate, aber auch im Hinblick auf den Herstellungsprozess und die Stabilität leicht ermittelt werden kann. The additive from the factors mentioned and the carrier material can be in a wide range in its composition can be varied so that the optimal combination in terms of Sales rate, but also with regard to the manufacturing process and the stability can be easily determined.
So kann das Verhältnis Trägermaterial/Faktoren in dem weiten Bereich von 0,01 bis 99 variieren. Ideale Verhältnisse von Trägermaterial/Faktoren liegen in einem Bereich von 1 bis 10 und vorzugsweise von 0,1 bis 0,3. So the ratio of carrier material / factors can be broad Vary the range from 0.01 to 99. Ideal ratios of Carrier material / factors range from 1 to 10 and preferably from 0.1 to 0.3.
Dieses Verhältnis lässt sich zum Einen durch die in der Prozessanlage vorzufindenden Bedingungen zum Anderen durch die Faktorengröße und die Art der eingesetzten Faktoren festlegen. On the one hand, this relationship can be Process conditions to be found on the other hand by the Determine factor size and the type of factors used.
Die Endzusammensetzung, umfassend den Träger und Faktor(en), kann in Partikel-, Granulat- oder Faserform vorliegen. Sie kann in üblicherweise Stabilisatoren, Fällungshilfstoffe sowie sonstige für den Betrieb einer spezifischen Prozessanlage geeignete Zusatzstoffe enthalten. The final composition, including the carrier and factor (s), can be in particle, granule or fiber form. she can usually in stabilizers, precipitation aids and other for the operation of a specific process plant contain suitable additives.
Das erfindungsgemäße Additiv findet vorzugsweise in der biologischen Abwasserreinigung sowie bei der Kompostierung Anwendung. Weitere Anwendungsgebiete sind die biologische Boden- und Luftreinigung. The additive according to the invention is preferably found in the biological wastewater treatment and composting Application. Other areas of application are biological soil and air purification.
Durch die Immobilisierung der Faktoren bzw. deren Umhüllung mit dem Trägermaterial wird gleichzeitig eine kontrollierte, vorzugsweise retardierte Abgabe der Faktoren an das zu behandelnde Medium über die Zeit erreicht (vgl. die nachfolgenden Tabellen 5 und 6). Der Einsatz des erfindungsgemäßen Materiales ist daher Batch-Weise oder auch kontinuierlich, je nach Anwendungsfall, möglich. By immobilizing the factors or wrapping them a controlled, preferably delayed delivery of the factors to the treatment medium reached over time (see the following Tables 5 and 6). The use of the invention Material is therefore batch-wise or also continuous, depending on Use case, possible.
Im folgenden werden genaue Einzelheiten über die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Additive, deren Herstellung, deren Anwendung und Wirksamkeit beschrieben. The following are detailed details of the properties the additives of the invention, their preparation, their Application and effectiveness described.
Obwohl andere Trägermaterialien möglich sind, wird für die nachfolgend beschriebenen Versuche Cellulose eingesetzt. Cellulose [Poly-β-(1,4)-D-Glukose] ist aufgrund ihrer zahlreichen und starken intermolekularen und ultramolekularen Wasserstoffbrückenbindungen und der Kristallinität als solche nicht wasserlöslich. Although other carrier materials are possible, the Experiments described below used cellulose. Cellulose [poly-β- (1,4) -D-glucose] is numerous because of its and strong intermolecular and ultramolecular Hydrogen bonds and crystallinity as such are not water soluble.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung dient die Cellulose entweder als Matrix oder als Hülle für die Nährstoffe, Wachstumsfaktoren, Proteine, Mineralstoffe, etc., zusammen als Faktoren bezeichnet. Die Verbindung von Trägerstoff und Faktoren hängt von deren erforderlichem Verhältnis zueinander sowie der erwünschten Freisetzungsrate ab. Cellulose is used in the context of the present invention either as a matrix or as a shell for the nutrients, Growth factors, proteins, minerals, etc., together as factors designated. The combination of carrier and factors depends of their required relationship to each other and the desired release rate.
Üblicherweise wird die Cellulose unter alkalischen Bedingungen zu Alkalicellulose aktiviert und mit CS2 zu Cellulose- Xanthogenat umgesetzt. Das Cellulose-Xanthogenat ist in verdünnter Natronlauge löslich und führt mit Säure zur sogenannten Regenerat-Cellulose, wobei CS2 wieder frei wird und dem Herstellungsprozess unter geeigneten und umweltfreundlichen Bedingungen entzogen werden kann. Die Einführung der Faktoren kann im alkalischen Bereich durch ihre Zugabe zum Cellulose- Xanthogenat und im sauren Bereich direkt im Refiner bei der Regenerierung der Cellulose erfolgen. Je nach dem wird man eine Immobilisierung oder eine Umhüllung der Faktoren erzielen. The cellulose is usually activated under alkaline conditions to form alkali cellulose and reacted with CS 2 to form cellulose xanthate. The cellulose xanthate is soluble in dilute sodium hydroxide solution and leads to so-called regenerated cellulose with acid, whereby CS 2 is released again and can be removed from the manufacturing process under suitable and environmentally friendly conditions. The factors can be introduced in the alkaline range by adding them to the cellulose xanthate and in the acidic range directly in the refiner when regenerating the cellulose. Depending on that, one will achieve immobilization or an encasing of the factors.
Bei der Umhüllung der Faktoren ist die erzielte bzw. zu erzielende Hülldichte eine wesentliche Eigenschaft für die Diffusion der Faktoren durch die Membran. Bei einem Verhältnis Cellulose: Faktor von 1 : 10 und einer Faktorengröße von 50 µm sollte die Hülle zwischen 10 und 20 µm dick sein, um eine optimale retardierte Freisetzung der Faktoren im wässrigen Milieu bzw. einer Prozessanlage zu garantieren. When wrapping the factors, the achieved or too Achieving shell density is an essential property for the Diffusion of the factors through the membrane. With a relationship Cellulose: factor of 1:10 and a factor size of 50 µm should the sheath should be between 10 and 20 µm thick for optimal sustained release of the factors in the aqueous environment or guarantee a process plant.
Die Auswahl des zur Gewinnung der Faktoren verwendeten pflanzlichen bzw. biologischen Materials richtet sich zunächst nach dem Wirkstoffgehalt (alle Faktoren) des pflanzlichen Materials, jedoch aus wirtschaftlichen Überlegungen heraus auch ins Verhältnis gesetzt zu dessen Preis. The selection of the one used to obtain the factors Vegetable or biological material initially depends on the active ingredient content (all factors) of the vegetable Material, but also for economic reasons Relative to its price.
Eine Liste von potentiellen Rohstoffquellen ist in Tabelle 1
dargestellt:
Tabelle 1
A list of potential raw material sources is shown in Table 1: Table 1
In den nachfolgenden Tabellen 2 und 3 sind gemeinsame Eigenschaften bestimmter Nährstoffe zusammengefasst. Sie sind D. Belitz, W. Grosch, Lehrbuch der Lebensmittelchemie, Springer Verlag entnommen. Tables 2 and 3 below are common Summary of properties of certain nutrients. You are D. Belitz, W. Grosch, Textbook of Food Chemistry, Springer Taken from publisher.
Aus der Tabelle 2 sind verwendbare Fraktionen verschiedener
Getreidearten ersichtlich.
Tabelle 2
Fraktionen verschiedener Getreidearten (Mittelwert)
Table 2 shows usable fractions of different types of cereals. Table 2 Fractions of Different Grains (Average)
Der Nährstoffgehalt bzw. der Gehalt an biologisch verfügbaren
Faktoren ist aus der Tabelle 3 ersichtlich:
Tabelle 3
Chemische Zusammensetzung der Getreidearten (Mittelwerte) %-(Gew.)
The nutrient content or the content of biologically available factors is shown in Table 3: Table 3 Chemical composition of the cereal types (mean values)% - (wt.)
Die Faktoren wurden entweder einzeln isoliert oder in Form ihrer beispielsweise wässrigen Suspension oder Aufschlämmung des Rohstoffes mit dem Trägermaterial, vorzugsweise auf Cellulosebasis, weiterverarbeitet. The factors were either isolated individually or in form their, for example, aqueous suspension or slurry of Raw material with the carrier material, preferably on Cellulose base, processed.
Das vorteilhafte Verhältnis von Trägermaterial zu Faktoren ist
in der nachfolgenden Tabelle 4 dargestellt:
Tabelle 4
The advantageous ratio of carrier material to factors is shown in Table 4 below: Table 4
Darin bedeuten die Produkte MK1 bis MK5 aus Maiskeim gewonnene Additive und die Produkte 51 bis 54 aus Soja gewonnene Additive. Der Tabelle ist auch der Prozentsatz an bioverfügbaren Faktoren im gesamten Produkt mit 25% Trockensubstanz zu entnehmen. The products MK1 to MK5 mean those obtained from corn germ Additives and products 51 to 54 obtained from soy Additives. The table also shows the percentage of bioavailable Factors throughout the product with 25% dry matter too remove.
50 ml Belebtschlamm aus der Biologie und 50 ml zu testende
Abwasserprobe werden mit jeweils 200 mg der erfindungsgemäßen
Zusammensetzungen MK1 bis MK5 bzw. S1 bis S4 versetzt und im
Wasserbad bei der Temperatur der Belüftungsstufe einer
Kläranlage belüftet. An einer filtrierten Probe wird die Extinktion,
der NH4+- und PO4--Gehalt sowie das Schlammvolumen nach
verschiedenen Zeiten bestimmt. Die Ergebnisse sind im Vergleich
zu einer Nullprobe in den Tabellen 5, 6, 7 und 8
zusammengefasst und in den Abb. 2 bis 5 grafisch dargestellt. Es zeigt
sich bei Zugabe eines erfindungsgemäßen Additivs im
Allgemeinen eine deutliche Reduktion des Schlammvolumens, der
Extinktion sowie des NH4+-Gehaltes.
50 ml of activated sludge from biology and 50 ml of waste water sample to be tested are each mixed with 200 mg of the compositions MK1 to MK5 or S1 to S4 according to the invention and aerated in a water bath at the temperature of the aeration stage of a sewage treatment plant. The extinction, the NH4 + and PO4 - content and the sludge volume are determined after various times on a filtered sample. The results are summarized in comparison to a zero sample in Tables 5, 6, 7 and 8 and shown graphically in Fig. 2 to 5. When adding an additive according to the invention, there is generally a marked reduction in the sludge volume, the extinction and the NH4 + content.
Die Batch-Versuche werden in gläsernen, temperier- und sterilisierbaren Reaktoren angesetzt. The batch tests are carried out in glass, tempering and sterilizable reactors.
Die Versuche mit kontinuierlicher Reaktionsführung werden in einer Laborkläranlage angesetzt. Die Anlage enspricht den Anforderungen der DIN/DEV 38 412 bzw. OECD 303 A (Couplet Units Test). The experiments with continuous reaction are in a laboratory wastewater treatment plant. The system corresponds to the Requirements of DIN / DEV 38 412 and OECD 303 A (Couplet Units Test).
Auch wird eine mobile Anlage für die Behandlung von 200-600 l Abwasser pro Tag gebaut. Also a mobile facility for the treatment of 200-600 l of wastewater built per day.
Es werden folgende Parameter bestimmt:
- - Ammonium und Phosphat
- - CSB
- - O2-Gehalt
- - Trockensubstanz
- - Schlammindex
- - Metallgehalt.
- - ammonium and phosphate
- - COD
- - O 2 content
- - dry matter
- - sludge index
- - metal content.
Als Nitrifikation bezeichnet man die mikrobielle Oxidation des Ammoniums (NH4+) über Nitrit (NO2-) zu Nitrat (NO3-). Die Nitrifikanten sind empfindliche Mikroorganismen, so dass die Nitrifikationsgeschwindigkeit außer von den o. g. physikalischen Parametern auch noch durch verschiedene chemische Verbindungen stark beeinflusst wird. Nitrification is the microbial oxidation of ammonium (NH4 + ) via nitrite (NO2 - ) to nitrate (NO3 - ). The nitrificants are sensitive microorganisms, so that the nitrification rate is strongly influenced by various chemical compounds in addition to the physical parameters mentioned above.
- - Man gibt in Bechergläsern zum eingewogenen Schlamm 1,5 l Zulaufabwasser. - Add 1.5 l to the weighed-in sludge in beakers Inflow wastewater.
- - Sofort nach Vermischen von Wasser und Schlamm durch Rühren entnimmt man von jedem Ansatz 50 ml des homogenen Gemisches und feine, vorher gewässerte Papierfilter. - Immediately after mixing water and sludge 50 ml of the homogeneous mixture are taken from each batch Mixed and fine, previously soaked paper filter.
- - Den Bechergläsern mit den Schlamm-Wasser-Gemischen werden 50 ppm des Produktes MK1 zugesetzt und mittels einer Aquarienpumpe mit Belüftungsstein intensiv belüftet. Der Gehalt des eingetragenen Sauerstoffes wird exemplarisch überprüft. In den druchgeführten Versuchen liegt er zwischen 5,9 und 8,6 mg/l - The beakers with the mud-water mixtures 50 ppm of the product MK1 added and by means of a Aquarium pump intensively ventilated with aeration stone. The The content of the oxygen entered is exemplary checked. It lies in the tests carried out between 5.9 and 8.6 mg / l
- - Nach 10, 20, 30, 40, 50 und 60 Minuten werden jedem Ansatz 50 ml des Gemisches entnommen und sofort über feine Papierfilter filtriert. - After 10, 20, 30, 40, 50 and 60 minutes everyone will Batch taken 50 ml of the mixture and immediately over fine Filtered paper filter.
- - Vom Filtrat wird der Ammoniumgehalt bestimmt. - The ammonium content of the filtrate is determined.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 9 dargestellt:
Tabelle 9
The results are shown in Table 9: Table 9
Durch den Einsatz von erfindungsgemäßen Additiven soll der Schlammindex (ISV) gesenkt und eine CSB-Reduzierung erreicht werden. Die Anlagebiologie soll stabilisiert und die Systemleistung verbessert werden. By using additives according to the invention, the sludge index (I SV ) is to be reduced and a COD reduction is to be achieved. The plant biology should be stabilized and the system performance improved.
Insgesamt werden drei Versuche durchgeführt: Tests im Labor, auf der mobilen Versuchsanlage und auf der Betriebsanlage selbst. A total of three tests are carried out: tests in the laboratory, on the mobile pilot plant and on the operating plant self.
Im Laborversuch (Tabelle 10) hat sich gezeigt, dass durch die
Zugabe von erfindungsgemäßen Additiven MK1 bis MK5 die
Bakterienatmung und die Trübung des Ablaufs im Allgemeinen
verbessert werden.
Tabelle 10
Ergebnisse des Laborversuchs
In the laboratory test (Table 10) it has been shown that the addition of additives MK1 to MK5 according to the invention generally improves bacterial respiration and the turbidity of the process. Table 10 Results of the laboratory test
MK1 bis MK5: Produktvarianten mit steigendem Nährstoff- und Mineralgehalt. MK1 to MK5: product variants with increasing nutrient and mineral content.
Die Bakterienatmung ist im Allgemeinen deutlich verbessert, die Trübung herabgesetzt. Bacterial breathing is generally significantly improved, the haze is reduced.
Die Ergebnisse des Pilotanlagenversuchs (mobile Versuchsanlage
der Fa. Bioconsult) sind in Tabelle 11 dargestellt:
Tabelle 11
Ergebnisse des Pilotanlagenversuchs
The results of the pilot plant test (mobile test plant from Bioconsult) are shown in Table 11: Table 11 results of the pilot plant test
Man erkennt, dass sich mit der Zugabe der erfindungsgemäßen Zusammensetzung der Schlammindex gegenüber der Null-Probe verbessert hat. Das mikroskopische Bild zeigt, dass sich die Flockenstruktur des Schlammes ebenfalls durch die starke Reduktion fadenförmiger Organismen verbessert. It can be seen that with the addition of the invention Composition of the sludge index compared to the zero sample has improved. The microscopic picture shows that the Flake structure of the sludge also due to the strong Improved reduction of filamentous organisms.
Die Änderungen im Schlammindex (ISV) und chemischen Sauerstoffbedarf (CSB-Werte) im Ablauf sind in Abb. 1 grafisch dargestellt. The changes in the sludge index (I SV ) and chemical oxygen demand (COD values) in the process are shown graphically in Fig. 1.
In der Periode des Betriebsversuches waren der Schlammindex und die Trübung reduziert. In dieser Periode lag die Dosiermenge bei ca. 0,25% bis 0,35% der Trockensubstanz in den Belebungsbecken. Die Dosierung selbst erfolgte in Form einer wässrigen Suspension der Additive in den Rücklaufschlamm. The sludge index was in the period of operational testing and reduced the haze. It was in this period Dosing quantity at approx. 0.25% to 0.35% of the dry substance in the Aeration tank. The dosage itself took the form of a aqueous suspension of the additives in the return sludge.
Die Ergebnisse aus allen drei Versuchen zeigen eine positive Wirkung auf die Anlagenleistung. Der Schlammindex wurde im Pilotanlagen- und Betriebsversuch von 300 ml/g auf 100 ml/g reduziert. Mit Ende der Dosierung wurde die stabile Phase beendet und der Schlammindex verschlechterte sich wieder (Abb. 1). The results from all three tests show a positive effect on the system performance. The sludge index was reduced in the pilot plant and operational test from 300 ml / g to 100 ml / g. At the end of the dosing, the stable phase was ended and the sludge index deteriorated again ( Fig. 1).
Auch die Trübung im Ablauf wurde beim Labor- und Betriebsversuch verbessert. Die Trübung verbessert sich ohne Wartezeit nachhaltig. The turbidity in the process was also in the laboratory and Operational testing improved. The cloudiness improves without waiting sustainable.
Die mikroskopische Auswertung der Schlammproben zeigt eine deutliche Reduktion der fadenförmigen Organismen. Die erfindungsgemäßen Produkte werden im Laufe des Schlammalters vollständig überwachsen und sind durch die Eigenfluoreszenz im Schlamm nachweisbar. The microscopic evaluation of the sludge samples shows one significant reduction in filamentous organisms. The Products according to the invention become in the course of the sludge age completely overgrown and are due to the inherent fluorescence in the Detectable mud.
Ziel des Versuches ist es, eine bessere Kompostqualität zu erreichen. The aim of the experiment is to improve the quality of the compost to reach.
Der Einsatz von MK1 als ein multifunktionelles Additiv für die Stabilisierung der biologischen Systeme basiert auf der Kombination einer Trägersubstanz von modifizierter Cellulose und Nährstoffen pflanzlichen Ursprungs. An das Trägermaterial sind auch Wachstumsfaktoren und Spurenelemente, die nicht als Substrat dienen und nicht im Substrateintrag enthalten sind, jedoch für die Lebensfähigkeit der Mikroorganismen notwendig sind, gebunden. The use of MK1 as a multifunctional additive for the Stabilization of biological systems is based on the Combination of a carrier substance of modified cellulose and Nutrients of plant origin. On the backing material also growth factors and trace elements that are not considered Serve substrate and are not included in the substrate entry, however necessary for the viability of the microorganisms are bound.
MK1 (ca. 5 kg/Tag) wurde in den Überschussschlamm dosiert. Es wurde eine höhere Trübung des Filtratwassers der Siebbandpresse und eine andere Sedimentationscharakteristik des Schlammes beobachtet. MK1 (approx. 5 kg / day) was dosed into the excess sludge. It became a higher turbidity of the filtrate water Belt press and another sedimentation characteristic of the sludge observed.
Zum Vergleich der Kompostqualität wurden zwei Kompost-Proben
untersucht:
- 1. Komposteinsatz ohne MK1 (Kontrolle)
- 2. Komposteinsatz mit MK1
- 1. Compost insert without MK1 (control)
- 2. Compost insert with MK1
1,2 kg der Proben wurden durch verschiedene Siebgrößen gesiebt (Abb. 2). 1.2 kg of the samples were sieved through different sieve sizes ( Fig. 2).
50 g Kompost (< 3 mm) wurden mit 100 ml vermischt und 5 bis 10 min mit 300 Upm gerührt. Anschließend wurden die Proben 5 min in der Laborzentrifuge auf 6000 Upm zentrifugiert. Von den Proben wurden verschiedene UV-Spektren (Spektrophotometer JASCO V-530) und der Metallgehalt (Merck Testkit) gemessen. 50 g of compost (<3 mm) were mixed with 100 ml and 5 to 10 min stirred at 300 rpm. The samples were then 5 min Centrifuged to 6000 rpm in the laboratory centrifuge. Of the Different UV spectra (spectrophotometer JASCO V-530) and the metal content (Merck test kit) measured.
Für die Ladungsmessungen wurden Müteck PCD 02 verwendet.
Probe - ohne Additiv - 11 µeqv/g
Probe - mit Additiv - 15 µeq/g.
Müteck PCD 02 was used for the charge measurements.
Sample - without additive - 11 µeqv / g
Sample - with additive - 15 µeq / g.
10 Mais- und Bohnensamen wurden in einer Petrischale mit einer
Mischung 1 : 1 Kompost : Erde überdeckt und der Keimungsprozess
beobachtet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 12 gezeigt. Als
Kontrolle wurde nur Erde genommen. Die Proben wurden auf dem
Labortisch und unter Labortemperatur (20°C) gekeimt.
Tabelle 12
10 corn and bean seeds were covered in a Petri dish with a 1: 1 compost: soil mixture and the germination process was observed. The results are shown in Table 12. Only earth was used as a control. The samples were germinated on the laboratory table and under laboratory temperature (20 ° C). Table 12
Die Wirkung des Einsatzes von erfindungsgemäßen Produkten wurde anschaulich durch die verschiedenen biologischen Tests beurteilt. Keimung und Wachstumsprozess der untersuchten Pflanzen sind besser im mit erfindungsgemäß behandelten Kompost. Durch die Partikelgrößenverteilung wurde insbesondere eine 25%ige Reduzierung des Kompostvolumens festgestellt. The effect of using products according to the invention became clear through the various biological tests assessed. Germination and growth process of the examined Plants are better in compost treated with the invention. Due to the particle size distribution, in particular one 25% reduction in compost volume found.
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