DE102006019446A1

DE102006019446A1 - Trägermedium zur Immobilisierung von Mikroorganismen und Verfahren zur Herstellung dieses Trägermediums

Info

Publication number: DE102006019446A1
Application number: DE200610019446
Authority: DE
Inventors: Markus Dr. Geiger
Original assignee: MULTI UMWELTTECHNOLOGIE AG
Current assignee: MULTI UMWELTTECHNOLOGIE AG
Priority date: 2006-04-24
Filing date: 2006-04-24
Publication date: 2007-10-25
Anticipated expiration: 2026-04-25
Also published as: DE102006019446B4

Abstract

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Trägermaterial zur Immobilisierung von Mikroorganismen zu schaffen mit Trägerelementen, auf denen sich Biofilme dauerhaft etablieren können, die lange Standzeiten auch in turbulenten aeroben und/oder anaeroben Flüssigkeitsströmen aufweisen und das ein an die Aufgabenstellung optimiertes Verhältnis von Volumen zu Oberfläche und von Oberfläche zu Porenvolumen hat als bisher bekannt und entsprechend an die jeweilige Aufgabenstellung angepasst eine höhere Raum-Zeit-Ausbeute sicherstellt. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Erzeugung der oben erwähnten Trägerelemente aus einem Kunststoffmaterial in der Form eines Granulats oder Pulvers, das mit anorganischen und/oder organischen wasserlöslichen Partikeln einstellbarer Größe vermischt wird, woraufhin das Gemisch einem Einschnecken- oder Zweischneckenextruder zugeführt wird und zu einer Folie oder Platte extrudiert wird und optional mit einem Prägewerkzeug behandelt und/oder zusätzlich beschichtet und anschließend konfektioniert wird. Wird das fertige Trägermaterial mit Wasser gespült und/oder im Wasser bzw. Abwasser verwendet, lösen sich die wasserlöslichen Substanzen und es bildet sich auf diese Weise eine optimale, raue Oberfläche zur Immobilisierung von Mikroorganismen aus, die von keinem anderen Trägermedium bekannt ist. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Die Figur 1 zeigt im Teil A einen ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Trägermedium zur Immobilisierung von Biofilmen in einer Flüssigkeit, beispielsweise einem Wasser oder Abwasser, mit einer Vielzahl von Trägerelemente mit einer rauen Oberfläche.
Es ist bekannt, feste Körper, insbesondere Hohlkörpern, zur biologischen Reinigung von Abwasser, die im Schwebezustand und in ständiger Bewegung gehalten werden und an denen ein bakterieller Bewuchs haftet, zu verwenden ( DE 30 174 39 ).
Geeignete Trägermaterialien wurden in der in der Folge beschrieben.
Ein solches Trägermedium ist beispielsweise aus der offen gelegten DE 40 22 522 A1 bekannt, die ein poröses Filtermaterial beschreibt, das aus harten Materialien bestehen kann, etwa Ton, Glas, Schaumglas, Perlit, Steingut, Keramiken, Porzellan und Quarz, es kann auch ein steifes und hartes Kunststoffmaterial verwendet werden. Das erwähnte Filtermaterial hat Poren in der Form von kapillaren Röhrchen, die die Wirkung haben, gleichzeitig eine nicht erwünschte, unkontrollierbare aerobische und anaerobische Reaktion zu erlauben.
In dem Patent GB 1,034,760 wird ein der Luft ausgesetztes Filter zum biologischen Reinigen von Abwasser beschrieben. Das Filter ist aus gepackten Elementen in der Form beispielsweise von Kugeln, Kuben, Ringen, Röhren, Kegeln, Gittern und Netzen gebildet. Für die Herstellung dieser Elemente werden inaktive expandierte polymere Materialien verwendet, beispielsweise Polyurethan, Polyvinylchlorid, Polystyren, Polypropylen oder Polyamid. Das Material kann steif sein, um die gepackten Filter ausreichend selbsttragend zu machen, jedenfalls müssen die Elemente eine solche Form haben, dass sie zu einem Filter gepackt werden können, wobei sie die Passage für Luft und Flüssigkeit durch den Filter erlauben. Dies schließt aus, dass die Elemente die Form von flachen Scheiben oder Kalotten haben, die durch ein Packen sich selbst aufeinander legen würden, das vollständig oder teilweise die Passage durch das Filter verhindern würde.
Es wird weiter angenommen, dass die Filterelemente, um einander in einem oder mehreren Bereichen abstützen zu können, während gleichzeitig ein ausreichend großer Abstand zwischen den Elementen vorhanden sein muss, um es dem Filter zu erlauben, effektiv zu wirken, eine so große räumliche Erstreckung haben, dass, ein dicker Biofilm gebildet wird, wo unkontrollierte aerobische und anaerobische Reaktionen stattfinden können.
In dem Patent EP 0 793 622 B1 wird ein Trägermaterial und ein Verfahren zur Herstellung dieses Trägermediums beschrieben das dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Teil der Poren zuvor geschlossene Zellen sind, die durch den Überdruck eines Gases in den Zellen aufgebrochen sind und dass die Scheiben oder Ringe ein Verhältnis zwischen Oberfläche und Volumen zwischen 120.000 und 150.000 m²/m³ haben.
Aufgrund des Herstellungsprozesses ist die Ausbildung der Oberfläche nicht gezielt zu beeinflussen und deshalb ist die Porengröße und Porenanzahl statistisch zufällig verteilt. Damit ist eine gezielte Optimierung der Oberfläche für den gewünschten Anwendungsfall nicht möglich.
Es ist die Aufgabe der Erfindung ein Trägermaterial der eingangs genannten Art zu schaffen mit Trägerelementen, auf denen sich Biofilme dauerhaft etablieren können, die lange Standzeiten auch in turbulenten aeroben und/oder anaeroben Flüssigkeitsströmen aufweisen und das ein an die Aufgabenstellung optimiertes Verhältnis von Volumen zu Oberfläche und von Oberfläche zu Porenvolumen hat als bisher bekannt und entsprechend an die jeweilige Aufgabenstellung angepasst eine höhere Raum-Zeit-Ausbeute sicherstellt.
Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Erzeugung der oben erwähnten Trägerelemente aus einem Kunststoffmaterial in der Form eines Granulats oder Pulvers, das mit anorganischen und/oder organischen wasserlöslichen Partikeln einstellbarer Größe vermischt wird, woraufhin das Gemisch einem Einschnecken- oder Zweischneckenextruder zugeführt wird und zu einer Folie oder Platte extrudiert wird und optional mit einem Prägewerkzeug behandelt und/oder zusätzlich beschichtet und anschließend konfektioniert wird. Wird das fertige Trägermaterial mit Wasser gespült und/oder im Wasser bzw. Abwasser verwendet, lösen sich die wasserlöslichen Substanzen und es bildet sich auf diese Weise eine optimale, raue Oberfläche zur Immobilisierung von Mikroorganismen aus die von keinem anderen Trägermedium bekannt ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Die 1 zeigt im Teil A einen Schnitt durch ein aus dem Herstellungsprozess erhaltenes Trägerteil. Die äußere Oberfläche (1) ist aufgrund der Fließeigenschaften des verwendeten Kunststoffs weitgehend glatt. Die in der Kunststoffmatrix eingelagerten Partikel sind sichtbar (2) Wird dieses Trägerteil mit Wasser gespült, lösen sich die wasserlöslichen Teile die sich an der Oberfläche befinden und hinterlassen, entsprechend ihrer Größe, Vertiefungen (4) in der neu gebildeten Oberfläche (3). Diese Vertiefungen werden, bei Substratverfügbarkeit, im Abwasser von Mikroorganismen besiedelt.

Claims

Ein Trägermaterial als Aufwuchsfläche für einen Biofilm in einer Flüssigkeit, beispielsweise einem Abwasser, bestehend aus einer Vielzahl von scheiben-, ring- oder kalottenförmigen Kunststoffkörpern mit einer rauen Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rauhigkeit der Oberfläche durch Elution von organischen und/oder anorganischen wasserlöslichen Stoffen, deren Partikelgröße zwischen 0,01 und 5 mm einstellbar ist, die aus einer Kunststoffmatrix hergestellt wurde, und dass die Scheiben, Ringe oder Kalotten ein Verhältnis zwischen Oberfläche und Volumen zwischen 5.000 und 100.000 m²/m³, insbesondere zwischen 10.000 und 80.000 m²/m³ haben.
Ein Trägermaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerteile eine Dicke zwischen 0,1 und 50 mm, insbesondere zwischen 0,5 und 10 mm haben.
Ein Trägermaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerteile rund sind und einen Durchmesser zwischen 20 und 100 mm haben.
Ein Trägermaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerteile eine Länge von 10 bis 100 mm und eine Breite zwischen 10 und 100 mm haben.
Ein Trägermaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um Kalotten vom Durchmesser 2 ≤ D ≤ 15 cm und einer Höhe von H ≤ D/2 handelt.
Ein Trägermaterial nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalotten Öffnungen aufweisen.
Ein Trägermaterial nach Anspruch 1, 6 und 7 dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum der Hohlkörper durch Lamellen in nischenartige Teilräume unterteilt ist.
Ein Trägermaterial nach Anspruch 1, 6, 7 und 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Kalotten unsymetrisch aufgebaut sind.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Trägermaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit folgendem Verfahren: – Vermischen eines Thermoplasten, etwa einem Kunststoffgranulat oder einem Kunststoffpulver, mit einer oder mehreren organischen oder anorganischen, wasserlöslichen Partikeln und mit bis zu 80% Füll- und/oder Verstärkungsstoffen, – Extrudieren dieses Gemisches mit einem Einschnecken- oder Zweischneckenextruder zu einer Folie, einer Platte oder zu einem Strang, – Konfektionieren der Folie, Platte oder dem Strang in die gewünschte Form und Größe.
Ein Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie oder Platte mit einem Präge- und/oder Glättwerkzeug bearbeitet wird.
Ein Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie oder Platte einseitig oder beidseitig nach Anspruch 1 beschichtet wird und dass die mittlere Schicht aus einem Thermoplasten ohne zusätzliche wasserlösliche Partikel besteht.