DE102005032747A1 - Bioreaktor - Google Patents

Bioreaktor Download PDF

Info

Publication number
DE102005032747A1
DE102005032747A1 DE200510032747 DE102005032747A DE102005032747A1 DE 102005032747 A1 DE102005032747 A1 DE 102005032747A1 DE 200510032747 DE200510032747 DE 200510032747 DE 102005032747 A DE102005032747 A DE 102005032747A DE 102005032747 A1 DE102005032747 A1 DE 102005032747A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
container
layer
bioreactor
coating
diamond
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE200510032747
Other languages
English (en)
Inventor
Christian Uphoff
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Georg Fritzmeier GmbH and Co KG
Original Assignee
Georg Fritzmeier GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Georg Fritzmeier GmbH and Co KG filed Critical Georg Fritzmeier GmbH and Co KG
Priority to DE200510032747 priority Critical patent/DE102005032747A1/de
Publication of DE102005032747A1 publication Critical patent/DE102005032747A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/02Aerobic processes
    • C02F3/06Aerobic processes using submerged filters
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/02Aerobic processes
    • C02F3/10Packings; Fillings; Grids
    • C02F3/101Arranged-type packing, e.g. stacks, arrays
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/72Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
    • C02F1/725Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation by catalytic oxidation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2305/00Use of specific compounds during water treatment
    • C02F2305/10Photocatalysts
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/34Biological treatment of water, waste water, or sewage characterised by the microorganisms used
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10Biological treatment of water, waste water, or sewage

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Biological Treatment Of Waste Water (AREA)

Abstract

Offenbart ist ein Bioreaktor mit einem Siebkorb, in dem ein Füllkörper aufgenommen ist, der einen porösen Träger mit großer spezifischer Oberfläche hat. In diesen Siebkorb wird eine Mikroorganismenmischung eingebracht, die vorzugsweise einen Anteil an photokatalytisch wirksamen Nanopartikeln enthält. Die Außenumfangswandung des Siebkorbs ist mit einer photokatalytischen Schicht versehenen und nur mit einer Diamantschicht versehenen Bereichen ausgebildet. Während des Abbaus der organischen Schadstoffkomponenten entsteht durch Zusammenwirken der mit einer photokatalytischen Schicht versehenen Bereiche und den Mikroorganismen eine Potentialdifferenz, die an den mit einer Diamantbeschichtung versehenen Bereichen anliegt, so dass diese als Elektroden wirken, an denen Radikale entstehen, die den Abbau der organischen Komponenten weiter beschleunigen.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Bioreaktor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Wenn einem Grundstücksbesitzer von der Stadt oder Gemeinde kein eigener Anschluss einer Sammelentwässerung erstellt werden kann, muss dieser in der Regel eine Kleinkläranlage errichten, wenn die Abwasserbeseitigungspflicht auf ihn übertragen wurde. Derartige Kleinkläranlagen sind innerhalb des zu entwässernden Grundstückes eingebaut und dienen im allgemeinen zur Behandlung des häuslichen Schmutzwassers. Das behandelte Abwasser wird nach Durchfließen der Kleinkläranlage entweder versickert – soweit der Untergrund aufnahmefähig genug ist – oder dem nächsten offenen Gewässer zugeleitet.
  • Zur mechanischen Reinigung des Abwassers werden häufig Mehrkammer-Absetzgruben verwendet, in denen die ungelösten Stoffe durch Absetzen zum Boden oder durch Aufschwimmen zur Oberfläche aus dem Abwasser entfernt werden. Mehrkammer-Absetzgruben können beispielsweise als Zwei- oder Dreikammergruben aufgebaut sein, wobei diese Kammern in einem gemeinsamen Behältnis ausgebildet und so mit einander verbunden werden, dass das Wasser ohne die abgesetzten oder aufgeschwommenen ungelösten Stoffe die Kammern durchströmen kann.
  • Insbesondere ältere Häuser und Grundstücke sind häufig mit derartigen Mehrkammer-Absetzgruben versehen, deren Reinigungsleistung jedoch den gesetzlichen Vorschriften in der Regel nicht genügt. Aufgrund der hohen Investitionskosten für den Bau einer neuen Kleinkläranlage mit mechanischer und biologischer Trennstufe wird es häufig bevorzugt, die bestehenden Mehrkammeranlagen mit einer biologischen Stufe nachzurüsten.
  • Der zuverlässige Abbau organischer Schadstoffe im Abwasser, Abluft oder in Feststoffen, beispielsweise kontaminierter Bausubstanz, in deren Porensystem sich während der zurückliegenden Hochwasser Ölrückstände gesammelt hatten, die durch austretendes Heizöl verursacht wurden, ist eine wesentliche Anforderung an moderne Aufbereitungsanlagen.
  • In den Druckschriften DE 100 62 812 A1 und DE 101 49 447 A1 wird vorgeschlagen, diese unerwünschten organischen Bestandteile in Fluiden und Feststoffen durch eine mikrobiotische Mischung abzubauen, die einen Anteil an photosynthetisch wirkenden und einen Anteil an lichtemittierenden Mikroorganismen enthält. Diese Mischkultur wurde mit großem Erfolg bei der Reinigung von kommunalem und industriellem Abwasser sowie bei der Sanierung von mit Ölrückständen kontaminierter Bausubstanz eingesetzt.
  • In der nachveröffentlichten Patentanmeldung DE 102 53 334 erfolgt eine Weiterbildung der mikrobiotischen Mischkultur dadurch, dass diese so modifiziert ist, dass während des Abbauprozesses Photosensiblisatoren in die Zellen der organischen Schadstoffe eingelagert werden und dann durch Anregung dieser Photosensibilisatoren mit Licht Singulett-Sauerstoff oder sonstige Radikale gebildet werden, die den Abbau der organischen Bestandteile beschleunigen.
  • In der nachveröffentlichten Patentanmeldung DE 103 30 959.4 ist ein Bioreaktor gezeigt, bei dem in einem Behälter ein Füllkörper mit katalytisch wirksamer Oberfläche aufgebracht ist. Der rohrförmige Behälter ist mit einer Vielzahl von Durchbrüchen versehen, auf denen streifenförmig eine photokatalytisch wirksame Schicht aufgebracht ist. Es zeigte sich, dass dieser Bioreaktor, auch Optoreaktor genannt, eine besonders effektive Abwasseraufbereitung ermöglicht.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bioreaktor zu schaffen, der eine noch bessere Umsetzung organischer Schadstoffe ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird durch einen Bioreaktor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Erfindungsgemäß hat der Bioreaktor einen Behälter, in dem ein Füllkörper mit großem Porenvolumen angeordnet ist und der mit einer mikrobiotischen Mischung versetzt ist. Der Behälter ist zumindest an seinem Außenumfang mit einer photokatalytisch wirksamen Schicht versehen, wobei diese Schicht nicht durchgehend aufgebracht ist, sondern lediglich einige Umfangsbereiche des Behälters beschichtet sind. Zwischen diesen mit einer photokatalytisch wirksamen Schicht versehenen Bereichen sind erfindungsgemäß Abschnitte der Behälterwandung mit einer Diamantbeschichtung versehen.
  • Es zeigte sich, dass beim Abbau der organischen Komponenten eine Potentialdifferenz zwischen der photokatalytisch wirksamen Schicht und der Sorptionsfläche des Füllkörpers entsteht, auf der sich ein Biofilm ausgebildet ist. Diese aufgrund der Potentialdifferenz entstehende Spannung liegt an den mit der Diamantbeschichtung versehenen Bereichen an, die dann als Diamant-Elektroden wirken. Es entstehen im Bereich dieser Diamant-Elektroden Hydroxylradikale, die sehr reaktiv sind und die organischen Schadstoffe umsetzen. Durch diese Diamantbeschichtung konnte der Wirkungsgrad des Bioreaktors gegenüber der nachveröffentlichten jüngeren Patentanmeldung be schriebenen Lösung noch weiter verbessert werden, so dass bisher im Abwasser nicht abbaubare Bestandteile, wie beispielsweise Rheumamittel nahezu vollständig abgebaut werden können.
  • Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die mit einer photokatalytisch wirksamen Schicht und mit einer Diamantschicht versehenen Bereiche streifenförmig nebeneinanderliegend angeordnet.
  • Es wird besonders bevorzugt, die Behälterwandung in Art eines Lochblechs auszuführen, wobei die Beschichtung nach dem Stanzen der Löcher erfolgt.
  • Die Diamantbeschichtung kann auf die photokatalytisch wirksame Schicht selbst aufgetragen werden oder auf ein geeignetes Trägermaterial, wie beispielsweise eine Kupfer-, Niob-, Silizium-, Keramik- oder Galliumarsenid-Schicht, oder Trägersubstanz.
  • Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
  • Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine Prinzipdarstellung einer Mehrkammergrube mit nachgerüsteter biologischer Stufe;
  • 2 einen Bioreaktor der biologischen Stufe gemäß 1;
  • 3 eine Schnittdarstellung des Bioreaktors aus 2;
  • 4 eine Prinzipdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Bioreaktors für eine nachgerüstete Kleinkläranlage gemäß 1;
  • 5 eine Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines zylinderförmigen Bioreaktors;
  • 6 eine Ansicht eines Füllkörpers des Bioreaktors aus 5;
  • 7 eine Detaildarstellung der Wandung eines Siebbehälters des Bioreaktors aus 5 und
  • 8 einen Schnitt durch die Wandung aus 8;
  • 1 zeigt einen Schnitt durch eine Kleinkläranlage 1 mit einer mechanischen Stufe, die durch eine Dreikammer-Absetzgrube 4 ausgebildet ist. Derartige Mehrkammer-Absetzgruben finden sich noch – insbesondere im ländlichen Raum – auf einer Vielzahl von Anwesen. Es handelt sich dabei im Prinzip um einen Behälter 6, der durch eine Trennwandung 8 in drei Teilkammern unterteilt ist, von denen in 1 lediglich eine erste Kammer 10 und eine weitere Kammer 12 dargestellt sind. Das zu reinigende Abwasser strömt der Dreikammer-Absetzgrube durch einen Zufluss 14 zu und tritt in eine erste – nicht dargestellte – Kammer ein und kann durch Durchlässe 16 in den Wandungen 8 in die nächste Teilkammer 12 und von dort in die letzte Teilkammer 10 abströmen. In den einzelnen Kammern 10, 12 setzen sich absetzbare Stoffe durch Sedimentation ab, während Schwimmstoffe auf der Flüssigkeitsoberfläche 18 aufschwimmen. Der Abfluss 20 ist so gewählt, dass die Sedimente und die Schwimmstoffe in den Kammern 10, 12 verbleiben und das gereinigte Abwasser ohne diese Störstoffe abgeführt wird.
  • Zur biologischen Aufbereitung ist in der Kammer 10 der Bioreaktor 2 als Nachrüstsatz vorgesehen, der eine biologische Stufe darstellt. Der Hauptbestandteil dieses Bioreaktors ist ein Behälter oder Siebkorb 22, der beim dargestellten Ausführungsbeispiel als Schwimmkörper ausgebildet ist, d.h. er hat genügend Auftrieb, dass er in dem biologisch zu behandelnden Abwasser schwimmt. Zur Lagepositionierung des Siebkorbs 22 ist in der Kammer 10 eine Vertikalführung 24 angeordnet, die beispielsweise an der Trennwandung 8 und/oder den Seitenwandungen der Dreikammer-Absetzgrube 6 abgestützt sein kann (siehe gestrichelte Linien in 1). Der Siebkorb 22 ist entlang dieser Vertikalführung 24 in X-Richtung in 1 verschiebbar angeordnet, so dass er je nach Flüssigkeitsspiegel 18 innerhalb der Kammer 10 als Schwimmkörper auf- oder abbewegbar ist.
  • In den Siebkorb 22 sind katalytisch wirkende Oberflächen eingebracht, durch die eine bestimmte mikrobiotische Mischung einen Biofilm ausbildet. Diese mikrobiotische Mischung besteht bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem Anteil photosynthetisch wirkenden und einem Anteil lichtemittierenden Mikroorganismen. Das Wechselspiel zwischen den photosynthetisch arbeitenden Mikroorganismen und den Leuchtbakterien führt dazu, dass die photosynthetisch arbeitenden Mikroorganismen durch das emittierte Licht 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. Hinsichtlich der konkreten Zusammensetzung dieser mikrobiotischen Mischkultur wird der Einfachheit halber auf die Patentanmeldungen DE 100 62 812 A1 und DE 101 49 447 A1 der Anmelderin verwiesen. Mit Hinweis auf diese Anmeldung werden nach der Beschreibung der Ausführungsbeispiele nur die wesentlichen Schritte dieses photodynamischen Abbaus erläutert.
  • Durch Zusammenwirkung der mikrobiotischen Mischung sowie der katalytischen Oberflächen des Siebkorbes 22 kommt es zu einem photodynamischen Abbau organischer Substanzen. Dieser photodynamische Abbau von Substanzen ist beispielsweise in der Anmeldung DE 102 53 334 der Anmelderin beschrieben.
  • Der Aufbau des Siebkorbs 22 wird im folgenden anhand der 2 und 3 erläutert.
  • Bei dem in diesen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel hat der Siebkorb 22 in der Seitenansicht (1) eine etwa trichterförmige Geometrie, so dass sich der Durchmesser des Siebkorbs 22 von der Flüssigkeitsoberfläche 18 weg nach unten hin kegelförmig verjüngt. Die Seitenwandungen des Siebkorbs 22 sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus Edelstahl hergestellt und können zumindest partiell mit einer photokatalytisch wirkenden Beschichtung versehen sein. Diese Beschichtung kann – wie in 2 mit den strichpunktierten und doppelt gepunkteten Linien angedeutet – an der Innenumfangswandung des Siebkorbs 22 und/oder an der Außenumfangswandung ausgebildet sein. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Siebkorb 22 aus V4A hergestellt und mit einer Titandioxid-Beschichtung versehen. Anstelle dieses Titandioxids kann auch IndiumZinnoxid oder dergleichen verwendet werden. Die Außenumfangswandung des Siebkorbs 22 ist mit einer Vielzahl von Durchbrüchen 26 versehen, so dass das biologisch zu stabilisierende Abwasser von der Kammer 10 ins Innere des Siebkorbs 22 gelangen kann. Die untere Stirnfläche 28 des Siebkorbs ist verschlossen, so dass die Einströmung in den Siebkorb 22 im wesentlichen in Radialrichtung er folgt. Die obere Stirnfläche kann ebenfalls verschlossen sein. In dem Fall, in dem diese obere Fläche oberhalb des Flüssigkeitsspiegels liegt, kann auf ein Verschließen verzichtet werden. Im Innenraum des Siebkorbs 22 ist ein auswechselbarer Füllkörper 30 aufgenommen, der in der Draufsicht (3) eine spiralförmige Struktur aufweist. Dieser Füllkörper 30 besteht bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem Trägermaterial, das beispielsweise ein spiralförmig gewendeltes Edelstahlblech sein kann. Diese Spiralform ist an die trichterförmige Struktur des Siebkorbs 22 angepasst, d.h. der Durchmesser der Spirale steigt in Axialrichtung von unten nach oben an. Die Spirale liegt somit in Form einer Schraubenlinie innerhalb des Trichters, deren Durchmesser zyklonartig nach oben hin größer wird.
  • Auf diesem schraubenlinienförmig gewendelten Träger aus Edelstahl ist beidseitig ein Schaummaterial, beispielsweise ein PU-Schaum aufgebracht, der mit Aktivkohle und ggfs. Nano-Composite-Material beschichtet oder versetzt ist. Durch den PU-Schaum wird ein Porensystem gebildet, dessen Wandungen mit Aktivkohle beschichtet sind, so dass eine große Stoffaustauschfläche zur Verfügung gestellt wird.
  • Dieses mit Aktivkohle und den Nano-Composite-Teilchen beschichtete Porensystem bildet eine vergleichsweise große Aufwuchsfläche zur Ausbildung eines Biofilms aus, in dem die vorbeschriebenen Mechanismen ablaufen.
  • Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist eine Seite des spiralförmigen Füllkörpers 30 mit der vorgenannten Aktivkohlebeschichtung versehen, während die andere Seite zusätzlich noch mit einer photokatalytisch wirkenden Oberfläche, beispielsweise aus Titanoxid beschichtet ist, die auf die Aktivkohleschicht oder auf das poröse Materi al (beispielsweise Schaummaterial) aufgebracht ist. Über die letztgenannte photokatalytisch wirksame Schicht wird der vorbeschriebene photodynamische Prozess beschleunigt, allerdings wird durch diese photokatalytischen Oberflächen die Ausbildung eines Biofilms behindert, so dass sich dieser an der nur mit Aktivkohle belegten Fläche ausbildet. Prinzipiell kann es auch vorgesehen werden, die photokatalytisch wirksame Schicht und die Aufwuchsfläche (Aktivkohle) partiell, d.h. nur an bestimmten Wandungsbereichen nebeneinanderliegend aufzubringen.
  • Anstelle der Konstruktion mit einem mittigen Träger und einer beidseitigen Beschichtung kann auch ein poröser Körper (Schaum), der alleine nur eine unzureichende Festigkeit aufweist, verwendet werden. Zur Verbesserung der Festigkeit des Füllkörpers wird dieser Kern dann zwischen eine Doppelwandung eines Trägers eingebracht, der wiederum aus Edelstahl oder einem anderen geeigneten Material, beispielsweise säurefestem Kunststoff, etc. hergestellt sein kann.
  • Die eingangs genannten Mikroorganismen können entweder zentral über einen Dosierschlauch in das Zentrum des spiralförmigen Füllkörpers 30 eingebracht werden. Es ist jedoch auch möglich, diese Mikroorganismen mit den Nano-Composite-Materialien bereits bei der Herstellung des Füllkörpers ins Porensystem einzubringen. Sehr erfolgsversprechend waren Versuche, bei denen die Mikroorganismen und Nano-Composite-Materialien in Chitosan gelöst und diese mit den Nano-Composite-Materialien versetzte Mischung dann – beispielsweise durch Tränken – auf den Füllkörper aufgebracht wird, so dass ein kontinuierliches Zuführen von Mikroorganismen entfällt und lediglich in regelmäßigen Abständen ein Austausch des Füllkörpers 30 erforderlich ist.
  • Der Siebkorb 22 ist über Lager 34 drehbar an der Vertikalführung 24 befestigt. Prinzipiell ist es auch möglich, nur den Füllkörper 30 drehbar zu befestigen, während der Siebkorb 22 – oder besser gesagt dessen Mantel – drehfest an der Vertikalführung 24 festgelegt ist, so dass der Füllkörper 30 mit Bezug zum Mantel drehbar ist.
  • Durch die Temperaturerhöhung und durch eine Gasbildung während des eingangs beschriebenen biologischen Abbauprozesses und insbesondere durch die Ausbildung eines elektrischen Wechselfeldes innerhalb des Siebkorbs 22 kommt es zu einer Rotation des Siebkorbs 22 oder des Füllkörpers 30, durch die einerseits die Durchmischung des zu behandelnden Abwassers innerhalb des Siebkorbs 22 und andererseits das Durchströmen des Siebkorbs 22 verbessert wird, wobei der Schraubenlinien förmig gewellte Füllkörper 30 die Abwasserströmung unterstützt.
  • Das vorgenannte elektrische Wechselfeld entsteht bei photodynamischen Prozessen und wird durch die photokatalytische wirksame Beschichtung 32 des Siebkorbs 22 sowie durch das Einbringen der Nanostrukturen unterstützt, deren Wirkweise später anhand 9 erläutert wird. Falls die aus dem biologischen Abbauprozess eingebrachte Energie nicht ausreicht, um den Füllkörper 30 oder den Siebkorb 22 rotieren zu lassen, kann diesem ein eigener Antrieb zugeordnet sein, der unterstützend ein Drehmoment aufbringt, um die Rotation zu bewirken.
  • 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Siebkorbs 22 eines Bioreaktors 2, der im Unterschied zum vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel nicht trichterförmig sondern zylinderförmig ausgebildet ist.
  • Der Mantel 36 des Siebkorbs 22 ist wieder beid- oder einseitig mit einer photokatalytisch wirksamen Beschich tung (Titandioxid, IndiumZinnoxid) versehen. Im Inneren dieses zylinderförmigen Mantels 36 ist wiederum ein schraubenlinienförmig gewendelter Füllkörper 30 angeordnet, der durch einen Träger mit einer Porenstruktur gebildet ist, die mit einer katalytischen Oberfläche, beispielsweise mit Aktivkohle beschichtet ist. Wie beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel kann partiell oder auf bestimmten Wandungsabschnitten des Füllkörpers 30 wiederum eine photokatalytisch wirksame Oberfläche aus Titandioxid, IndiumZinnoxid aufgebracht werden.
  • Konkret ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Träger wiederum in Sandwichbauweise ausgeführt. Das eigentliche Trägermaterial besteht aus einem zwei bis drei Millimeter starkem VA-Gitterkörper, wobei die wendelförmige Struktur durch zwei Gitterflächen gebildet ist, zwischen denen – wie beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel – ein halbharter, offenzelliger PU-Schaum mit Aktivkohlebeschichtung eingebracht ist. Die auf der nach unten gerichteten Seite des Wendels angeordneten Gitterstäbe sind mit einer photokatalytischen Oberfläche versehen, die Maschenweite beträgt an diesen nach unten weisenden Großflächen ca. 10 – 12 mm. An den die nach oben weisende Großfläche des Wendels bildenden Gitterstäben ist keine Beschichtung vorgesehen. Die Maschenweite beträgt hier etwa 25 bis 30 mm.
  • Der PU-Schaum ist auf der nach unten weisenden Seite des Wendels mit einem gelartigen Material aus Chitosan beschichtet. In diesem Chitosan sind die Nano-Composite-Materialien eingebettet, welche jeweils ein piezoelektrisches Keramik-System aus PZT-Kurzfasern mit photokatalytischen Beschichtungen darstellt. Ferner sind kläranlagentypische und biophysikalisch arbeitende Mikroorganismen mit eingebettet. Auf der Oberseite des PU-Schaumkerns sind im kationisch wirkenden Chitosan-Lactat nur aerobe Mikroorganismen eingebaut.
  • Wie bereits eingangs beschrieben, kommt es auf der Oberseite der Spirale sehr schnell zur Biofilmbildung, wobei auf der Unterseite des Sandwich-Körpers die Bildung eines Biofilms durch die photokatalytischen Aktivitäten mit starker Gasbildung (Wasserstoff und Sauerstoff) verhindert wird. Die Innen- und Außenseite des zylinderförmigen Siebkorbs 22 ist wiederum – wie beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel – mit einer beständigen photokatalytischen Oberfläche versehen.
  • Auch bei diesem Ausführungsbeispiel vergrößert sich der Außendurchmesser des wendelförmigen Füllkörpers 30 von unten nach oben. Im Unterschied zum vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel ist bei dem in 4 dargestellten Siebkorb 22 die untere Stirnfläche als Eintrittsquerschnitt für das zu behandelnde Abwasser vorgesehen – der Umfangsmantel 36 ist wasserundurchlässig, so dass die Anströmung des Siebkorbs 22 nicht radial wie beim eingangs beschriebenen Ausführungsbeispiel, sondern axial erfolgt.
  • Vorversuche zeigten, dass der PU-Schaum des Füllkörpers 30 dem Siebkorb 22 schon hinreichend Auftrieb verleiht. Sollte dieser Auftrieb nicht ausreichen, so kann – wie in 4 angedeutet – im oberen Bereich des Siebkorbs 22 ein Auftriebskörper 38 vorgesehen werden, der den zylinderförmigen Mantel 36 ringförmig umgreift.
  • Anstelle des Aktivkohle beschichteten PU-Schaums kann auch Keramikmaterial verwendet werden, das ein hinreichendes Porenvolumen aufweist.
  • Der Vorteil des in 4 dargestellten Ausführungsbeispiels liegt in der wesentlich einfacheren Herstellbarkeit des Mantels 36 und in dem geringeren Druckverlust, der bei einer axialen Durchströmung zu erwarten ist.
  • Anhand der 5 bis 8 wird im folgenden ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Bioreaktors 2 erläutert.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Bioreaktor 2 zylinderförmig ausgebildet und hat einen stirnseitig offenen, zylinderförmigen Siebkorb 22, der bei diesem Ausführungsbeispiel aus einem Lochblech – vorzugsweise aus Edelstahl – hergestellt ist. Anstelle eines mit Durchbrüchen versehenen Mantels kann auch ein geschlossener Umfangsmantel verwendet werden, der nur stirnseitig offen ist. Der rohrförmige Siebkorb 22 hat beispielsweise eine Länge von etwa 110 cm und einen Durchmesser von 35 cm. Die im Rohrmantel ausgebildeten, vorzugsweise kreisförmigen Durchbrüche 26 haben beim dargestellten Ausführungsbeispiel einen Durchmesser von etwa 8 mm und einen Mittenabstand von 12 mm.
  • Der Siebkorb 22 umgreift den wendelförmig ausgebildeten Füllkörper 30, der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit einem gleichbleibenden Aussendurchmesser ausgeführt ist, wobei der Innendurchmesser des Siebkorbs 22 nur geringfügig größer als der Aussendurchmesser D der Wendel des Füllkörpers 30 ausgebildet sind.
  • Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht der Füllkörper 30 aus einem Stützkörper 40, der im Wesentlichen aus einem koaxial zum Siebkorb 22 angeordneten Stahlrohr 42 und spiralförmig daran angeordneten Rundstäben 44 gebildet ist. Diese Rundstäbe 44 tragen eine spiralförmige Matte 46 aus PUR-Schaum. Die Rundstäbe 44 sind rechtwinklig zur Stahlrohrachse 42 angeordnet und reichen bis knapp an die gelochte Umfangswandung des Siebkorbs 22 heran. Die PUR-Matte 46 ist dabei, wie aus 6 hervorgeht, unterhalb der Rundstäbe 46 angeordnet, so dass sie in Durchströmrichtung (von unten nach oben in 6) abgestützt ist.
  • Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Siebkorb 26 stehend angeordnet und in diesem der Füllkörper 30 drehbar gelagert.
  • Ähnlich wie beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel ist die PUR-Matte 46 mit einer katalytisch wirksamen Schicht, vorzugsweise einer Aktivkohlebeschichtung versehen. Die von den Rundstäben 46 abgewandte, untere Großfläche der Matte 46 ist zusätzlich mit einem Biopolymer, beispielsweise einem Milchsäurepolymer (PLA) beschichtet. In diesem Biopolymer sind die eingangs beschriebenen Mikroorganismen und die Nano-Composite-Materialien angeordnet. Zusätzlich oder anstelle der PLA kann auch Zucker-Melasse oder Chitosan-Lactat als Trägermaterial eingesetzt werden. Die erfindungsgemäße mikrobiotische Mischung enthält des Weiteren noch Mikronährstoffe, wie beispielsweise Aluminium, Calcium, Kobalt, Kupfer, Eisen, Magnesium, Mangan, Molybdän, Kalium, Nickel, Selen, Schwefel, Zink und/oder Chrom.
  • Die mikrobiotische Mischung kann des Weiteren noch kläranlagentypische Mikroorganismen enthalten.
  • Wie bereits beschrieben, kommt es auf der Oberseite des spiralförmigen Füllkörpers 30 sehr schnell zu einer Biofilmbildung, wobei auf der Unterseite der Matte die Bildung eines Biofilms durch katalytische Aktivitäten mit starker Gasbildung (Wasserstoff oder Sauerstoff) verhindert werden.
  • Der photodynamische Abbau der organischen Bestandteile wird noch durch die photokatalytische Beschichtung des Siebkorbs 22 unterstützt. Wie insbesondere aus der vergrößerten Darstellung gemäß 7 hervorgeht, ist der Siebkorb sowohl an seiner Innenumfangsfläche als auch an seiner Aussenumfangsfläche mit einer photokatalytisch wirksamen Schicht, beispielsweise Titandioxid beschichtet. Diese Schicht ist an der Innenumfangsfläche, d. h. an der dem Füllkörper 30 zugewandten Seite vollständig aufgetragen, während an der Aussenumfangsfläche gemäß den 5 und 7 das Titandioxid in Form von Streifen 48 aufgebracht ist, zwischen denen Bereiche verbleiben, die mit einer Diamantbeschichtung 60 versehen sind. Eine derartige Diamantbeschichtung läßt sich synthetisch herstellen, indem Methan und Wasserstoff sowie eine geeignete Trägersubstanz aus beispielsweise Niob, Silizium oder Keramik in einer Vakuumkammer auf Temperaturen bis etwa 2000° erhitzt werden. Es kommt dann zu einer Reaktion, bei der sich ein Diamantgitter auf der Trägersubstanz ausbildet. Diese Beschichtung 50 wird dann auf der Außenumfangswandung des Siebkorbs 22 aufgebracht, so dass mit einer photokatalytisch wirksamen und mit einer Diamantschicht 50 versehene Bereiche nebeneinander liegen. Diese Bereiche 48, 50 verlaufen in Längsrichtung des Siebkorbs 22. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel entspricht die Breite der Streifen 48 etwa dem Abstand von vier lochförmigen Durchbrüchen 26, während die Breite der unbeschichteten Bereiche 50 wesentlich kleiner ist und etwa dem Abstand zwischen zwei benachbarten Durchbrüchen 26 entspricht.
  • Im Zusammenwirken mit der katalytischen Beschichtung des Siebkorbs 22 und der vorbeschriebenen Beschichtung des wendelförmigen Füllkörpers 30 stellt sich ein vergleichsweise starkes elektromagnetisches Feld ein. Die entstehende Potentialdifferenz liegt an den mit der Diamantbeschichtung 50 versehenen Bereichen an, die dann als Diamantelektroden wirken. Durch diese geringe Spannung entstehen im Bereich der Diamantelektroden (Bereiche 50) Hydroxylradiakale, die auch bisher schwierig oder nicht abbaubare Substanzen in harmlose Salze oder Kohlendioxid umwandeln, das als Gas über Kopf aus dem Korb abgeführt wird. D. h., bei dem erfindungsgemäßen Bioreaktor laufen parallel nebeneinander über das Zusammenwirken der photokatalytisch wirksamen Schicht und dem Biofilm auf dem Füllkörper sowie durch die Diamantelektroden Prozesse ab, die zum nahezu vollständigen Abbau der organischen Schadstoffe führen.
  • Einzelheiten über das entstehende elektromagnetische Feld sind in der älteren, nachveröffentlichten Anmeldung DE 103 30 959.4 offenbart, so dass diesbezügliche weitere Erläuterungen entbehrlich sind.
  • Eine weitere Besonderheit des Bioreaktors 2 ist in 8 dargestellt. Dem gemäß werden die kreisförmigen Durchbrüche 26 beim dargestellten Ausführungsbeispiel vorzugsweise durch Stanzen ausgebildet, wobei ein Stanzgrat 52 nach innen, d. h. zum Füllkörper 30 hin vorsteht. Die vorbeschriebene photokatalytisch wirksame Beschichtung 32 aus Tiatandioxid wird bei diesem Ausführungsbeispiel nach dem Ausstanzen der Durchbrüche 26 aufgebracht. Es zeigte sich, dass die Beschichtung im Bereich der äußerst scharfkantigen Stanzgrate 52 häufig nicht haftet, so dass diese Grate 52 unbeschichtet bleiben. Überraschender Weise lagert sich an diesen unbeschichteten Stanzgraten 52 während des Betrieb des Bioreaktors 2 vorzugsweise ein Biofilm 54 an – d. h., diese unbeschichteten Bereiche wirken somit als Keimzonen für die Ausbildung des Biofilms an der Innenumfangsfläche des Reaktors, so dass die Umsetzung der organischen Bestandteile weiter verbessert wird.
  • Mit der erfindungsgemäßen biologischen Stufe läßt sich der organische Anteil der Trockensubstanz (TS) im Siebkorb (Bioreaktor) durch den Abbau der hemmenden Stoffe und durch die Freisetzung von Sauerstoff und Energie auf weniger als 10 % der Trockensubstanz verringern. Der durch die Energieanreicherung des Sauerstoff freigesetzte reaktionsfreudige Singulett-Sauerstoff oxidiert beispielsweise Hormonrückstände und Antibiotika äußerst effektiv. Nach wenigen Sekunden werden organische Substanzen durch Desintegration umgesetzt und nachfolgend unschädlich gemacht. Der Biofilm an der Oberseite des wendelförmigen Einsatzes baut in dessen die abwassergelösten Stoffe ab.
  • Offenbart ist ein Bioreaktor mit einem Siebkorb, in dem ein Füllkörper aufgenommen ist, der eine porösen Träger mit großer spezifischer Oberfläche hat. In diesen Siebkorb wird eine Mikroorganismenmischung eingebracht, die vorzugsweise einen Anteil an photokatalytisch wirksamen Nanopartikeln enthält. Die Außenumfangswandung des Siebkorbs ist mit einer photokatalytischen Schicht versehenen und nur mit einer Diamantschicht versehenen Bereichen ausgebildet. Während des Abbaus der organischen Schadstoffkomponenten entsteht durch Zusammenwirken der mit einer photokatalytischen Schicht versehenen Bereiche und den Mikroorganismen eine Potentialdifferenz, die an den mit einer Diamantbeschichtung versehenen Bereichen anliegt, so dass diese als Elektroden wirken, an denen Radiakale entstehen, die den Abbau der organischen Komponenten weiter beschleunigen.
  • 1
    Kleinkläranlage
    2
    biologische Stufe
    4
    mechanische Stufe
    6
    Dreikammer-Absetzgrube
    8
    Trennwand
    10
    Kammer
    12
    Kammer
    14
    Zulauf
    16
    Durchbruch
    18
    Flüssigkeitsspiegel
    20
    Ablauf
    22
    Siebkorb
    24
    Vertikalführung
    26
    Durchbruch
    28
    Stirnfläche
    30
    Füllkörper
    32
    Beschichtung
    34
    Lager
    36
    Mantel
    38
    Auftriebskörper
    40
    Sitzkörper
    42
    Stahlrohr
    44
    Rundstab
    46
    Matte
    48
    Streifen
    50
    Diamantschicht
    52
    Stanzgrat
    54
    Biofilm
    56
    Nanopartikel
    58
    Stirnfläche

Claims (6)

  1. Bioreaktor zur Behandlung von belastetem kommunalen oder industriellen Abwasser oder von mit organischen Schadstoffen belasteten Fluiden, in den Mikroorganismen zum Abbau von organischen Schadstoffen enthalten sind, mit einem Behälter (22) mit zumindest einer Ausnehmung (26) zum Durchtritt des zu behandelnden Abwassers, in dessen Inneren ein Füllkörper (30) mit einem großen Porenvolumen sowie eine mikrobiotische Mischung, vorzugsweise mit einem Anteil photosynthetisch wirkender und einem Anteil lichtemittierender Mikroorganismen, angeordnet ist, wobei die Behälterwandungen (36) mit einer photokatalytisch wirksamen Schicht (32, 48) beschichtet ist, die auf die Aussenumfangsfläche abschnittsweise aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den mit der photokatalytischen Schicht (32, 48) versehenen Bereichen (48) eine Diamantbeschichtung (50) aufgebracht ist.
  2. Bioreaktor nach Patentanspruch 1, wobei die photokatalytische Schicht (32) auf der Außenumfangsfläche streifenförmig aufgebracht ist, wobei diese Streifen (48) vorzugsweise in Längsrichtung verlaufen.
  3. Bioreaktor nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Umfangswandung des Behälters mit einer Vielzahl von Durchbrüchen (26) versehen ist.
  4. Bioreaktor nach Patentanspruch 3, wobei die Durchbrüche (26) des Behälters gestanzt sind, so dass die Stanzgrate (52) nach innen vorstehen und die photokatalytische Beschichtung (32) sowie die Diamantbeschichtung (50) nach dem Stanzen aufgebracht ist.
  5. Bioreaktor nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die photokatalytische Schicht aus Titandioxid oder IndiumZinnoxid besteht.
  6. Bioreaktor nach Patentanspruch 3 oder 4, wobei die Diamantschicht (50) auf einer Kupfer-, Niob-, Silizium- oder Keramiktragschicht als Trägersubstanz angeordnet ist.
DE200510032747 2004-09-24 2005-07-13 Bioreaktor Withdrawn DE102005032747A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200510032747 DE102005032747A1 (de) 2004-09-24 2005-07-13 Bioreaktor

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102004046693.9 2004-09-24
DE102004046693 2004-09-24
DE200510032747 DE102005032747A1 (de) 2004-09-24 2005-07-13 Bioreaktor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102005032747A1 true DE102005032747A1 (de) 2006-04-06

Family

ID=36062298

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE200510032747 Withdrawn DE102005032747A1 (de) 2004-09-24 2005-07-13 Bioreaktor

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102005032747A1 (de)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10330959B4 (de) Biologischer Nachrüstsatz
EP1831113A2 (de) Füllkörper für einen bioreaktor
EP0654015B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur biologischen behandlung von organisch belastetem abwasser und organischem abfall
CN108483806B (zh) 一种利用活性炭催化臭氧预氧化的废水深度处理系统及工艺
DE2303657C3 (de)
WO2008000296A1 (de) Fäkalienabwasserbehandlungsanlage durch biofiltration (bfba)
DE8906830U1 (de) Biologischer Klärreaktor nach dem aeroben/fakultativen Prinzip
WO2007045228A1 (de) Optoreaktor
DE2839872B2 (de) Verfahren und Vorrichtungen zur biologischen Abwasserreinigung nach dem Schlammbelebungsverfahren
WO2018091059A1 (de) Verfahren zur entkeimung und reinigung von flüssigen medien sowie verfahren zum separieren fester und flüssiger bestandteile einer fest-flüssig-mischung und vorrichtung zur umsetzung der verfahren
EP0182380A2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur biologischen Behandlung von Wasser, insbesondere zur Denitrifikation von Rohwasser zur Trinkwasseraufbereitung
EP1838631B1 (de) Vorrichtung zum zerkleinern partikulärer organischer substanzen in suspensionen von mikroorganismen in einem trägermedium, insbesondere in abwasser
DE102005032747A1 (de) Bioreaktor
DE102017000785A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Abbau von umweltschädlichen Stoffkomponenten aus Wasser und Abwasser
WO1987003574A1 (en) Process and plant for purifying waste water
DE4122804C2 (de) Kläranlage
EP1587763A2 (de) Kleinkläranlage mit konzentrisch angeordneten behandlungsstufen
EP1338566B1 (de) Einrichtung zur Reinigung von Abwässern nach dem Belebungsverfahren
DE3628909C2 (de)
DE3520652A1 (de) Klaerbecken zur aeroben oder fakultativen reinigung organischer abwaesser
CH441140A (de) Anlage zur mechanisch-biologischen Reinigung von Abwasser
DE102006033288A1 (de) Filter für Teichanlagen
AT292592B (de) Biologische Kläranlage
EP4365139A1 (de) Substrat zur phosphatadsorption und verfahren zu dessen herstellung
EP2791068B1 (de) Festbettreaktor

Legal Events

Date Code Title Description
8139 Disposal/non-payment of the annual fee