DE102007017540A1

DE102007017540A1 - Verfahren und Mittel zur Abwasserreinigung, insbesondere von Textilabwässern

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Publication number: DE102007017540A1
Application number: DE200710017540
Authority: DE
Inventors: Claudia Neumann; Ulrike Dipl.-Biol. Böhmer; Michael Dipl.-Ing. Noack; Thomas Prof. Dr.-Ing. habil. Bley; Hans-Werner Dr.-Ing. Schröder; Georg Prof. Dr.-Ing. habil. Härtel
Original assignee: Technische Universitaet Dresden; Technische Universitaet Bergakademie Freiberg; Vattenfall Europe Mining AG
Current assignee: Technische Universitaet Dresden; Technische Universitaet Bergakademie Freiberg; Vattenfall Europe Mining AG
Priority date: 2007-04-04
Filing date: 2007-04-04
Publication date: 2008-10-09

Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren und Mittel zur Abwasserreinigung, insbesondere zum Entfärben von farbstoffhaltigen Abwässern, wie z. B. Abwässern aus der Textilbranche. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass das Abwasser mit einem Braunkohlegranulat, welches mit Mikroorganismen und/oder Pilzen beladen bzw. besiedelt ist, in Kontakt gebracht wird, und kombiniert dabei physikalische und biologische Effekte. Durch adsorptive und gleichzeitig enzymatische Effekte werden Farbstoffmoleküle gebunden und abgebaut. Die Adsorption wird durch die große spezifische Oberfläche des Granulats verursacht. Dieser Vorgang spielt zu Beginn des Entfärbungsprozesses eine große Rolle.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und Mittel zur Abwasserreisnigung, insbesondere zum Entfärbung von farbstoffhaltigen Abwässern, wie z. B. Abwässern aus der Textilbranche.
Die zweck- und vorschriftsmäßige Reinigung von Abwasser ist besonders in der Textilveredlung eine Herausforderung. Die Textilindustrie ist ein abwasserintensiver Industriezweig. In Abhängigkeit der jeweiligen Textilunternehmen liegt der Wasserverbrauch zwischen 20 und 1000 m³/t Produkt. Meistens fallen diese Abwassermengen in zwei Prozessstufen an, genauer bei den Aufschluss- und Waschprozessen und den Bleich- und Färbeverfahren [1]. Heute wird eine große Menge an Reaktivfarbstoffen zur Textilfärbung, insbesondere bei der Baumwollfärbung, verwendet. Ein geringer Fixierungsgrad der Reaktivfarbstoffe von 60–90% wirkt sich jedoch nachteilig auf die Abwasserentstehung aus. Es entstehen Prozessabwässer mit einem großen Anteil an nicht recycelbaren Farbstoffen [2].
Zur Abwasserreinigung gibt es bereits eine Vielzahl an Behandlungsmethoden. Je nach der Art des vorliegenden Schadstoffes (gelöste oder ungelöste Form) kann eine geeignete Grundoperation der Reinigungstechniken für die Entfernung von Farbstoffmolekülen angewendet werden.
Die Fällung und Flockung sind die ältesten und einfachsten Verfahren zur Entfärbung von Textilabwässern. Bei der Fällung werden in Wasser gelöste Stoffe durch Fällungsmittel in einen ganz oder teilweise unlöslichen Zustand überführt. Während der Flockung werden dispergierte bis kolloidal gelöste Partikel durch physikalischchemische Vorgänge in einen sedimentierbaren Niederschlag überführt [1]. Ein großer Nachteil bei der Verwendung von Fällungs- und Flockungsmitteln ist, dass große Mengen von teilweise stark belastetem Schlamm entstehen. Dieser muss entwässert und verbrannt bzw. als Sondermüll deponiert werden.
Die Membranfiltration ist ein spezielles Verfahren der Filtration und die Technik ist in den letzten Jahren deutlich vorangeschritten. In der Textilabwasserbehandlung stehen vorwiegend die Ultra- und Nanofiltration im Mittelpunkt. Ein großer Nachteil ist die Entsorgung der anfallenden Konzentrate. Auch gibt es bestimmte Gruppen von Abwasserinhaltsstoffen, die zur Verstopfung, zum Fouling und zum Scaling von Membranen führen und folglich die Effektivität der Abwasserreinigung herabsetzen [3].
Die meisten der etwa 260 Textilveredlungsbetriebe in Deutschland sind an die kommunale Kanalisation angeschlossen [4]. Dabei werden farbige Prozessabwässer durch andere Abwässer verdünnt. Kläranlagen arbeiten nach mechanischen, biologischen und chemischen Verfahren. Der eigentliche Abbau der Farbstoffe findet im biologischen Anlagenteil statt. Eine effektive Entfärbung kann aber nur unter anaeroben Bedingungen erreicht werden, so dass eine Kombination von aerober und anaerober biologischer Behandlung nötig ist, die eine spezielle Konzeption der Kläranlage erfordert. In Faultürmen von Kläranlagen können ebenso hochkonzentrierte, farbige Abwässer eingeleitet werden und einem anaeroben Abbau unterzogen werden, doch bedarf dies einer gesetzlichen Genehmigung. Dieses Verfahren wird nur vereinzelt in Baden-Württemberg durchgeführt [5, 6]. Nachteilig ist hier die Belastung des ausgefaulten Restschlammes, welcher wieder entwässert und verbrannt bzw. deponiert werden muss. Daneben besteht hier die Gefahr, dass toxische Abbauprodukte im Faulprozess selbst, als auch während der Verbrennung entstehen.
Der Einsatz chemischer Oxidationsverfahren kann eine rückstandsfreie Entfärbung von Textilabwässern bewirken. Dazu zählen unter anderem die Oxidationen mittels Ozon, Natriumperoxodisulfat und UV/Wasserstoffperoxid [7]. Die Grundlage hierbei ist die Produktion von OH-Radikalen, welche anschließend die Farbstoffe oxidieren. Eine weitere Oxidationsmethode ist die Verwendung von Fenton-Reagenz. Dabei werden mittels Eisen(II)-Ionen als Katalysator aus H₂O₉ ebenso Hydroxyl-Radikale erzeugt [8]. Chemische Oxidationen sind in der Regel kostenintensive Verfahren, da ein hoher Chemikalien und Energieeinsatz von Nöten ist. Nachteilig ist, dass bei einer unvollständigen Oxidation der Wasserinhaltsstoffe giftige Nebenprodukte gebildet werden können. Bei der Verwendung von Eisen-Salzen entstehen auch Schlämme, welche abgezogen und entsorgt werden müssen.
In der Abwasserreinigung ist Aktivkohle das am häufigsten verwendete Adsorptionsmittel. Es wird eingesetzt, wenn im Wasser nur geringe Mengen schwer entfernbarer Verbindungen wie Farbstoffe vorliegen. Die Anlagerung von Molekülen erfolgt durch physikalische Bindekräfte, wie Van der Waals-Kräfte und Wasserstoffbrückenbindungen [1]. Wenn gekörnte Aktivkohle zum Einsatz kommt, kann diese zurück gewonnen und neu eingesetzt werden. Die Reaktivierung des Adsorptionsmittels ist aber mit hohen Kosten verbunden, vor allem die thermische Regeneration. Wird dagegen Pulverkohle verwendet, reichert sich diese im Schlamm an und geht verloren. Der belastete Schlamm muss dann entwässert und verbrannt bzw. als Sondermüll deponiert werden. Darüber hinaus kann Adsorption nur bei geringen Verschmutzungsgraden angewendet werden, da die Sorptionsfläche anderenfalls sehr schnell aufgebraucht wäre.
Für die Textilindustrie relevante elektrochemische Verfahren sind die Elektrokoagulation, Elektrooxidation, elektrochemische Reduktion und Elektroflotation [9]. Bei der Elektrokoagulation werden durch Anlegen eines elektrischen Feldes partielle Oberflächenladungen von Partikeln neutralisiert, so dass es zu einer Koagulation und Flockung kommt. Bei der Elektrooxidation werden an Elektroden starke Oxidationsmittel (z. B. Hydroxyl-Radikale, Ozon) erzeugt. Bei der elektrochemischen Reduktion werden Abwasserinhaltsstoffe an der Kathode reduziert. Das Verfahren der Elektroflotation führt zum Auftrieb von Partikeln durch sehr feine, anhaftende, aus Wasser freigesetzte Sauerstoffbläschen. Als Nachteil der elektrochemischen Verfahren zeigt sich ein großer Energieverbrauch, welcher mit hohen Kosten verknüpft ist. Außerdem ist der begrenzte Einsatz zu erwähnen, denn gelöste Farbmoleküle können nur schwer aus dem Abwasser entfernt werden.
Azofarbstoffe werden unter anaeroben Bedingungen von vielen Bakterien zu aromatischen Aminen reduziert. Die entstehenden Amine sind jedoch ebenfalls schwer abzubauen und können teils toxische Wirkung aufweisen [10]. Ebenso besteht die Möglichkeit Azofarbstoffe bakteriell unter aeroben Bedingungen zu spalten [11, 12]. Der aerobe Abbau von Farbmolekülen durch Mikroorganismen ist trotzdem eher selten. Ein zweistufiger bakterieller Prozess zur Behandlung von farbigen Abwässern wurde in den letzten Jahren intensiv erforscht [13]. Zunächst werden die Azofarbstoffe anaerob zu farblosen aromatischen Aminen reduziert. Das Ziel der zweiten Stufe ist, die Farbstoffmetaboliten zu mineralisieren.
Ein bisher bekannter Ansatz für eine Entfärbung textiler Prozesswässer auf enzymatischem Wege wurde von der Firma Bayer AG entwickelt. Es wird eine nicht näher beschriebene Peroxidase (Baylase^® RP) unter Zugabe einer Assist-Chemikalie (Baylase^® Assist) kontinuierlich dem Waschprozess zudosiert. Dieser Vorgang führt zu einer Entfärbung der nicht stoffgebundenen Farbstoffpartikel. Das Enzym kann jedoch nur ausgewählte Farbstoffe abbauen. Auch ist zu erwähnen, dass Baylase^® RP nur eine begrenzte Temperatur- und pH-Stabilität aufweist. Dadurch verursacht das Enzym neben steigenden Kosten auch eingeschränkte Einsatzmöglichkeiten. Ein weiteres Problem stellt die Adsorption des Enzyms an den Stoff dar. Neben der potentiellen Gesundheitsgefährdung (Allergieauslöser) kann dies zu einer irreversiblen Verfärbung der Textilien führen [14, 15, 16].
Aufgabe der Erfindung ist es die Nachteile der im Stand der Technik geschilderten Verfahren (Schlammanfall, erhöhter Energie- und Kostenaufwand) zu überwinden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Abwasserreinigung, insbesondere zur Entfärbung von farbstoffhaltigen Abwässern, wie z. B. aus der Textilindustrie, welches sich dadurch auszeichnet, dass das Abwasser mit einem Braunkohlegranulat, welches mit Mikroorganismen und/oder Pilzen beladen bzw. besiedelt ist, in Kontakt gebracht wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren kombiniert physikalische und biologische Effekte in vorteilhafter Weise.
Die Verwendung von Braunkohlegranulat als Immobilisierungs- und Adsorptionsmaterial für Mikroorganismen in geeigneten Festphasen-Reaktoren stellt eine günstige, unkomplizierte und biologische Methode zur Entfärbung von Textilabwässern dar. Durch adsorptive und gleichzeitig enzymatische Effekte werden Farbstoffmoleküle gebunden und abgebaut. Die Adsorption wird durch die große spezifische Oberfläche des Granulats verursacht. Dieser Vorgang spielt zu Beginn des Entfärbungsprozesses eine große Rolle.
Bevorzugte Pilze sind Basidiomyceten oder Ascomyceten, wie Schwämme, Porlinge und Trameten. Besonders bevorzugt sind Weiß- und Braunfäulepilze oder andere Mikroorganismen oder Pilze, die in der Lage sind Biomoleküle, wie Lignin und/oder Zellulose, abzubauen. Dies sind insbesondere Pilze der Gattungen Bjerkandera, Laricifomes, Fomitopsis, Laetiporus, Spongiporus, Serpula, Coniophora, Antrodia, Marasmius, Trametes, Daedaleopsis, Phellinus, Fomes, Donkioporia, Xylariaceae und Heterobasidion. Die Braunfäulepilze sind z. B. ausgewählt aus der Gruppe die folgende Spezien umfasst: den Lärchenporling (Laricifomes officinalis), den Fichtenporling (Fomitopsis pinicola, den Schwefelporling (Laetiporus sulphureus), den Bitteren Saftporling (Spongiporus stipticus), den Echten Hausschwamm (Serpula lacrimans), den Braunen Kellerschwamm (Coniophora puteana) und den Weißen Porenschwamm (Antrodia vailantii bzw. Antrodia sinuosa). Die Weißfäulepilze sind z. B. ausgewählt aus der Gruppe der Trameten (Trametes und Daedaleopsis), wie z. B. die Striegelige Tramete (Trametes hirsuta) und der Schmetterlingsporling (Trametes versicolor, auch Schmetterlingstramete genannt), der Feuerschwämme (Phellinus), der Zunderschwämme (Fomes), dem Eichenporling (Donkioporia expansa, auch Ausgebreiteter Hausporling genannt) sowie den Holzkeulenartigen (Xylariaceae).
Die erfindungsgemäß bevorzugt verwendeten Mikroorganismen oder Pilze sind vorteilhaft in der Lage aromatische Ringstrukturen, wie sie z. B. im Lignin-Makromolekül vorkommen, oxidativ enzymatisch zu spalten. Durch das Enzymsystem der genannten Mikroorganismen oder Pilze können jedoch nicht nur natürliche Polymere sondern vorteilhaft auch synthetische Farbstoffe, polyzyklische, aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK), Dioxine, Furane und Tenside abgebaut werden.
Die Pilzkulturen sind weiter vorteilhaft fähig die Hauptbestandteile des Braunkohlegranulats (Cellulose, Hemicellulose und Lignin) als Nährstoffquelle für sich zu nutzen. Somit wird nicht zwingend eine weitere Nährstoffquelle benötigt, was die Kosten minimiert.
Nach der Verwendung des Braunkohlegranulats zur Abwasserreinigung kann das mit Mikroorganismen und Pilzen beladene Granulat unbedenklich im Kraftwerk verbrannt werden. Eine Behandlung als Sondermüll ist also nicht nötig.
Besonders eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Reinigung von Abwässern, die Reaktivfarbstoffe enthalten, wie sie z. B. bei der Färbung von Baumwolle oder anderen Cellulose enthaltende Materialien anfallen.
Unter Reaktivfarbstoffen werden Farbstoffe verstanden, die funktionelle Gruppen enthalten, die fähig sind chemisch mit den Hydroxylgruppen oder Amingruppen des zu färbenden Materials zu reagieren. Reaktivfarbstoffe stellen heute die wichtigste Farbstoffgruppe für die Färbung von Cellulose dar. Dadurch, dass sich Atombindungen bilden ergeben sich brillante und nassechte Färbungen. Auch Wolle mit tiefen Nuancen wird vielfach mit Reaktivfarbstoffen gefärbt. Chemisch gesehen bestehen die Reaktivfarbstoffe aus zwei Teilen: dem chromophoren Teil (z. B. eine Azoverbindung) und daran angeschlossen einer reaktiven Gruppe (bei bifunktionellen Reaktivfarbstoffen auch mehrere Reaktivgruppen) z. B. einer Vinylsulfongruppe (Remazol-Farbstoffe) oder auch einer Triazin-Gruppe. Dieser reaktive Teil verbindet sich chemisch mit z. B. mit einer OH-Gruppe der Cellulose.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorteilhaft geeignet stark farbstoffhaltige Abwässer, in Abhängigkeit des Farbstoffes, mit z. B. einem Farbstoffgehalt von bis zu 500 mg/L, innerhalb von 24 komplett zu entfärben. Toxizitätsmessungen im so gereinigten Abwasser haben gezeigt, dass durch den Abbau der synthetischen Farbstoffe keine toxischen Substanzen entstehen.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich auch zur Reinigung von Abwässern, die mit anderen Stoffen verunreinigt sind. Zur Reinigung von Fäkalien- oder Nitrat-haltigen Abwässern wird z. B. entsprechend ein mit Nitrat-reduzierenden Bakterien, insbesondere der Gattung Pseudomonas, wie z. B. Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas stutzeri und/oder Pseudomonas denitrificans, beladenes Braunkohlegranulat eingesetzt. Zur Reinigung von Wässern, die mit Mineralölprodukten oder Erdöl verschmutzt sind, wird entsprechend ein mit Erdölabbauenden Bakterien, Hydrocarbonoclastic bacteria (HCB), insbesondere der Gattung Alcanivorax, wie z. B. Alcanivorax borkumensis, beladenes Braunkohlegranulat eingesetzt. Durch die Verwendung eines mit mehreren verschiedenen Mikroorganismen oder Pilzen beladenen Braunkohlegranulats oder einer Serienschaltung von mehreren verschieden beladenen Granulaten lässt sich auch eine Reinigung von Abwässern erzielen, die mit mehreren unterschiedlichen Stoffen verunreinigt sind.
Die bevorzugte Menge an Braunkohlegranulat im Reaktor beträgt 250 bis 1000 g, vorzugsweise 500 bis 750 g, Granulat/Liter Abwasser, mit einer bevorzugten Kontakt- bzw Inkubationszeit von 10 bis 30, vorzugsweise 15 bis 20 Minuten innerhalb eines 5 bis 10-Stunden Zeitraumes.
Vorteilhaft sind Temperaturen oberhalb von 25°C bis zu 30°C, wobei auch tiefere Temperaturen den Mikroorganismus nicht schädigen, aber das Verfahren verlangsamen können. Die gesamte Verfahrensführung wird in Bezug auf die Kontaktzeit des Abwassers mit dem beladenen Granulat vorzugsweise semikontinuierlich durchgeführt, dazu wird z. B. innerhalb eines Zeitraumes von 6 Stunden eine 15-minütige Bewässerung des beladenen Braunkohlegranulats durchgeführt. Bezogen auf die gesamte Einsatzzeit des beladenen Braunkohlegranulats ist das Verfahren vorzugsweise ein Batch-Verfahren. Aber auch eine semikontinuierliche oder kontinuierliche Erneuerung des Braunkohlegranulats ist möglich.
Mögliche Reaktortypen, für den Einsatz des beladenen Braunkohlegranulats sind zahlreiche Formen von Festbettreaktoren, wie Rieselreaktoren, Tröpfelreaktoren oder Zeit-Immersions Bioreaktoren.
Durch den Zusatz von Salzen, bevorzugt ausgewählt aus Kalium-, Magnesium-, Calcium-, Natrium-, Mangan- und Ammoniumsalzen, mit einer bevorzugten Gesamtkonzentration von 5 bis 6 g/L, wie sie z. B. im Kirk II-Medium enthalten sind, wird die adsorptive Wirkung des BK-Granulats weiter verstärkt.
Das erfindungsgemäß eingesetzte Braunkohlegranulat hat bevorzugt eine technische Körnung von 0,5 mm bis 50 mm, bevorzugt 1 bis 20 mm, vorzugsweise 3 bis 8 mm, besonders bevorzugt 2 bis 6 mm (jeweils Durchmesser). Die Größe des verwendeten Granulats wird dabei so gewählt, dass die Leitungen und Filter nicht verstopfen, und die Oberfläche für die Beladung mit Pilzen und/oder Mikroorganismen maximiert wird. Braunkohlegranulat zeichnet sich durch günstige Handlingeigenschaften aus; da es nahezu staubfrei ist, sind die sicherheitstechnischen Anforderungen geringer als bei Braunkohlenstaub und Wirbelschichtkohle, so ist das Braunkohlegranulat mit der erfindungsgemäßen Körnung z. B. nicht explosionsgefährdet.
Das erfindungsgemäße Braunkohlegranulat hat eine spezifische Oberfläche allgemein von 0,5 bis 50 m²/g, bevorzugt 1 bis 10 m²/g, eine Porosität im Bereich von 10% bis 60%, bevorzugt 20–40%, eine in der Regel eine Porengrößenverteilung mit mindestens 50% Makroporen (Poren mit 25 nm < Größe < 7300 nm), sowie bevorzugt einen leicht sauren pH-Wert, von vorzugsweise pH 3 bis pH 6, bevorzugt pH 4,5 bis 5,5.
Braunkohlenprodukte haben einen hohen Anteil an Makroporen, teils auch noch an Mesoporen. Der Anteil an Mikroporen (Größe < 3,8 nm) ist eher gering, in der Regel unter 20 % (Aktivkohle hat demgegenüber sehr viele Mikroporen deshalb auch die sehr hohe spez. Oberfläche).
Das erfindungsgemäße Braunkohlegranulat hat bevorzugt eine Abriebfestigkeit (Sturzfestigkeit ST 1 100) von über 80%, vorzugsweise über 90%, besonders bevorzugt über 95%. Das Material ist also sehr beständig gegenüber autogenem Verschleiß. Bei einer 24 h-Wässerung wurden keinerlei Zerfallserscheinungen beobachtet, so dass der Rohstoff für Abwasserreinigungsmaßnahmen geeignet ist. Während den 7-wöchigen Versuchen in den Reaktoren blieb das Granulat trotz permanenter Bewässerung kompakt. Aufgrund der hohen Schüttdichte (pS), von bevorzugt 0,2 bis 1 g/cm³, vorzugsweise 0,4 bis 0,6 g/cm³, werden bereits in kleinen Reaktoren durch den hohen Masseneinsatz enorme Entfärbungsresultate erzielt.
Das erfindungsgemäße Braunkohlegranulat bietet durch seine chemische Zusammensetzung und seine physikalischen Werte, insbesondere seine große innere und äußere Oberfläche und Porosität, gute Ansiedlungsbedingungen für Mikroorganismen und Pilze. Vergleichsversuche mit anderen organischen Substraten, wie z. B. Palmfasern, Kiefernhackschnitzeln, und Faserxylit zeigten weniger gute Ergebnisse. Auf den anderen getesteten Materialien war die Besiedlung mit Mikroorganismen und Pilze und die Reinigungswirkung deutlich schlechter: Überraschend zeigte sich auch, dass die Häufigkeit von Pilzkulturen deutlich höher war, wenn z. B. Holzschnitzel als Substrat eingesetzt wurden. Im erfindungsgemäß mit Pilzen besiedelten Braunkohlegranulat wurden vorteilhaft keine bakteriellen Infektionen beobachtet.
Neben seiner Funktion als Trägermaterial und Adsorptionsmaterial stellt das Braunkohlegranulat außerdem über einen langen Zeitraum Nährstoffe für die Mikrooranismen und/oder Pilze zur Verfügung. Aufgrund des hohen Ligningehaltes, bevorzugt 50 bis 70%, und auch des Zellulosegehaltes kann das Granulat besonders von ligninabbauenden Basidiomyceten und Ascomyceten, wie z. B. Weißfäulepilzen, stofflich genutzt werden.
Das zur Beladung mit Mikroorganismen oder Pilzen verwendete Braunkohlegranulat besteht bevorzugt zu 100% aus naturbelassener Braunkohle, d. h. die Herstellung erfolgt bevorzugt ohne Zusätze, wie z. B. Bindemittel. Das Granulat hat bevorzugt einen Wassergehalt von 5 bis 30%, vorzugsweise 10–15%.
Das beladene Granulat nach sieben Wochen Versuchsdauer einen durchschnittlichen Wassergehalt im Sättigungsbereich, in der Größenordnung von 54%. Es behält vorteilhaft auch nach Versuchsende seine Form und bildet keinen Schlamm.
Die Herstellung des Braunkohlegranulats erfolgt in bekannter Weise, bevorzugt in folgenden Schritten:

a) Zerkleinerung der Braunkohle: Die Zerkleinerung der Braunkohle erfolgt bevorzugt während einer konventionellen Rohkohlenzerkleinerung in zwei Schritten: Vorzerkleinerung in großen Brechern und Nachzerkleinerung in Prallhammermühlen. Die Rohfeinkohle, bevorzugte Fraktion 0–6 mm, wir abgesiebt und weiter verarbeitet.
b) Granulierung: Die Granulierung erfolgt bevorzugt in so genannten Granuliermischern (z. B. Eirich-Mischer) mit Wasserzusatz oder Dampfzusatz.
c) Trocknung: Die Trocknung erfolgt bevorzugt kontinuierlich, vorzugsweise in einem Röhren-, Band-, Fließbett- oder Wirbelschichttrockner.
d) Klassierung: Die Klassierung erfolgt mit Hilfe von Siebmaschinen auf die gewünschte Fraktion.

Das so hergestellte Granulat hat bevorzugt einen Wassergehalt von 5 bis 30%, vorzugsweise 10–15%.
Das Granulat wird nun durch eine einfache Inkubation mit Mikroorganismen oder Pilzen beladen bzw. besiedelt. Dazu werden die Mikroorganismen bzw. Pilzkulturen, -micellen oder -sporen vorzugsweise in einer an den jeweiligen Mikroorganismus oder Pilz angepassten Nährlösung auf das Braunkohlegranulat gegeben. Die Nährstoffzufuhr während der Beladung gewährleistet ein schnelles Besiedeln durch die Mikrorganismen- bzw. Pilzkultur
Das derart mit Mikroorganismen oder Pilzen beladene bzw. besiedelte Braunkohlegranulat lässt sich vorteilhaft getrocknet problemlos (über Monate) lagern.
Die Erfindung umfasst auch die Verwendung von Braunkohlegranulat als Substrat für das Wachstum von Mikroorganismen oder Pilzen.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Modul zur Verwendung in einer Abwasserreinigungsanlage, welches das erfindungsgemäße mit Mikroorganismen oder Pilzen beladene Braunkohlegranulat enthält.
Dieses Modul besteht aus mit Pilzmycel beladenem Braunkohlegranulat, ggf. je nach Anwendung von unterschiedlichen Spezies, das in einen geeigneten Festbettfermenter eingebracht werden kann und eine kontinuierliche Fortsetzung der Abwasserreinigung ermöglicht.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Abwasserreinigungsanlage, die das erfindungsgemäße mit Mikroorganismen oder Pilzen beladene Braunkohlegranulat oder mindestens ein oben beschriebenes Modul enthält.
Die Erfindung wird durch nachfolgende Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne diese jedoch auf diese zu beschränken:
Der Einsatz eines Braunkohlegranulat (BK-Granulat), auf welchem Mikroorganismen bzw. Pilze immobilisiert sind, zur Abwasserreinigung, insbesondere zum Entfärbung von farbstoffhaltigen Abwässern, wird nachfolgend am Beispiel der Entfärbung von Textilabwässern anhand von Adsorptionsversuchen, Wachstumsuntersuchungen von Weiß- und Braunfäulepilzen und enzymatische Entfärbungsversuchen näher erläutert. In Vergleichsversuchen wird auch unbeladenes Braunkohlegranulat, auf welchem keine Mikroorganismen oder Pilze immobilisiert sind, getestet.
Das in den nachfolgenden Versuchen eingesetzte Braunkohlegranulat wurde von der VATTENFALL EUROPE MINING AG bereitgestellt und durch Aufbauagglomeration erzeugt. Bei der Aufbauagglomeration erfolgt die Verdichtung durch Abrollprozesse. Partikelkeime werden mit Hilfe fein versprühten Wasser (oder alternativ mit Dampf) und dem zugranulierenden Gut in Kontakt gebracht und durch Rollbewegungen verdichtet. Für diese Agglomerationstechnik werden Granuliermischer, Granulierteller oder -trommeln verwendet. Die Partikelfestigkeit wird stets im anschließenden Trocknungsvorgang geprägt.
Das Braunkohlegranulat besteht zu 100% aus naturbelassener Braunkohle, d. h. die Herstellung erfolgt ohne Zusätze, wie z. B. Bindemittel. Die Prozessstufen zur Erzeugung sind:

a) Zerkleinerung der Braunkohle: Die Zerkleinerung der Braunkohle erfolgt während einer konventionellen Rohkohlenzerkleinerung in zwei Schritten: Vorzerkleinerung in großen Brechern (Fraktion 0–250 mm entsteht) und Nachzerkleinerung in Prallhammermühlen (Fraktion 0–50 mm entsteht). Die Rohfeinkohle von 0–6 mm wird abgesiebt und weiter verarbeitet.
b) Granulierung: Die Granulierung erfolgt z. B. in Granuliermischern (Eirich-Mischer) mit Wasserzusatz oder alternativ mit Dampfzusatz.
c) Trocknung: Die Trocknung im kleintechnischen Maßstab (Technikum) wird in Kammertrockner bei 100–130°C durchgeführt. In einer technischen Produktion werden kontinuierliche Trocknungs verfahren (z. B. Röhren-, Band-, Fließbett-, Wirbelschichttrockner) in Temperaturbereichen von 70 bis 150°C abhängig vom verwendeten Trockner angewendet
d) Klassierung: Die Klassierung erfolgt mit Hilfe von Siebmaschinen auf die gewünschte Fraktion (z. B. 2–6 mm).

Anschließend besitzt das Granulat einen Wassergehalt von 10–15%. Braunkohlegranulat zeichnet sich durch günstige Handlingeigenschaften aus; da es nahezu staubfrei ist sind die sicherheitstechnischen Anforderungen geringer als bei Braunkohlenstaub und Wirbelschichtkohle (Braunkohlegranulat 2/6 mm ist z. B. nicht explosionsgefährdet). Das Veredlungsprodukt bietet gute Ansiedlungsbedingungen für Mikroorganismen. Die Bestimmung der spezifischen Oberfläche erfolgt nach der BET-Methode. Das Gesamtporenvolumen und die Porengrößenverteilung wird mittels einer Kombination von 2 Methoden ermittelt: 1. Hg-Porosimetrie für Porenradien > 3,8 nm (DIN 66133) und 2. Messung der Reindichte (DIN 51913). Bei der Bestimmung wurden für die untersuchte Granulatprobe (in der Körnung 1–4 mm) folgende Porenverteilung ermittelt: ca. 75% Makroporen (25–7300 nm) ca. 12% Mesoporen (3,8–25 nm) ca. 13% Mikroporen (< 3,8 nm).
Das Granulat weist weiterhin eine spezifische Oberfläche nach BET im Bereich 1–2 m²/g, eine Porosität im Bereich von 20–40%. Der pH-Wert liegt bei knapp 5 (DIN ISO 13037).
Als Pilzkulturen kommen in den Beispielen Marasmius spec. und Trametes hirsuta zum Einsatz.
Die Entfärbung des Abwassers wird anhand von vier ausgewählten Reaktivfarbstoffen Procion Blue H-EGN 125, ein Chlorotriazin-Farbstoff (CAS Nr. 12236-82-7), Remazol Golden Yellow 3R, Levafixblue PN-3R und Levafixblue E-RA gran (alle DyStar Textilfarben GmbH & Co. Deutschland KG, Frankfurt am Main) gezeigt.

In der folgende Tabelle 1 sind die untersuchten Reaktivfarbstoffe aufgelistet. Tabelle 1: Reaktivfarbstoffe

Handelsname (Color Index Name bzw. Nummer)	Nuance	Reaktivgruppe (Anker)	Chromophor	Schwermetalle
Procion Blue H-EGN 125 (Reactive Blue 198)	Blau	2 × Chlortriazin	Triphendioxazin	-
Remazol Golden Yellow 3R fl (Reactive Orange 96)	Gelb	Vinylsulfon	Monoazo	-
Levafixblue PN-3R	Blau	Chlortriazin	Anthrachinon	-
Levafixblue E-RA gran	Blau	Fluorheterocyclus	Formazan	Kupfer

1. Adsorptionsversuche an unbeladenem Braunkohlegranulat
Die Adsorptionsuntersuchung an unbeladenem Braunkohlegranulat, wurde in Kolben durchgeführt. Die adsorptive Wirkung von Braunkohlegranulat wurde in einer Nährlösung (Kirk II-Medium) und in destilliertem Wasser getestet.

Die Nährlösung (Kirk II-Medium) hat folgende Zusammensetzung:
Das Medium (Kirk et al. 1978) wurde nach (Nüske et al. 2001) modifiziert.

Glucose	5,0 g/L
di-Kaliumhydrogenphosphat	2,0 g/L
Magnesiumsulfat × 7 H₂O	0,5 g/L
Calciumchlorid	0,1 g/L
Natriumacetat	2,7 g/L
di-Ammoniumtartrat	0,5 g/L
Manganchlorid	0,025 g/L
Hefeextrakt	0,3 g/L

Für Agarplatten: + 1,5% Agar Agar

Dazu wurden je Gefäß 150 g bzw. 25 g Braunkohlegranulat und 225 mL Kirk II-Medium bzw. Wasser autoklaviert. Anschließend kamen 25 ml eines der ausgewählten Farbkonzentrate [Farbstoffgehalt jew. 1000 mg/200 mL] hinzu. Eine fotometrische Dokumentation der Entfärbung erfolgte über sieben Tage bei 440 nm bzw. 590 nm. Das Maximum von Remazol Golden Yellow 3R liegt bei 440 nm. Die blauen Reaktivfarbstoffe besitzen ein Adsorptionsmaximum bei 590 nm.
Die Ergebnisse der Adsorptionsversuche für das unbeladene Braunkohlegranulat sind in den folgenden Figuren dargestellt:
1 zeigt die Adsorption an 150 g Braunkohlegranulat in Kirk II – Medium.
2 zeigt die Adsorption an 25 g Braunkohlegranulat in Kirk II – Medium.
3 zeigt die Adsorption an 150 g Granulat in destilliertem Wasser.
4 zeigt die Adsorption an 25 g Granulat in destilliertem Wasser.
Aus den 1 bis 4 geht hervor, dass die Adsorption in Wasser schlechter verläuft als im Nährmedium. Die Salze im Kirk II-Medium begünstigten die Anlagerung der Farbmoleküle an der Granulatoberfläche. Durch den Autoklaviervorgang erhält die Flüssigkeit eine leicht gelbliche Färbung, die beim Entfärbungsprozess berücksichtigt werden muss. Im Vergleich zu anderen getesteten Materialen (Holzhackschnitzel, Ölpalmfasern, Faserxylit) ist die Anfärbung der wässrigen Phase durch Granulat, neben der durch die Farbstoffzugabe verursachten Färbung, sehr gering. Die untersuchten Reaktivfarbstoffe werden vom Granulat teils unterschiedlich adsorbiert, was durch die verschiedenen chemischen Strukturen der Farbstoffe zu erklären ist. Bei verwendeten 150 g Braunkohlegranulat in Kirk II-Medium (1) ist die adsorptive Wirkung bei allen Farbstoffen am größten. In 2 lässt das adsorptive Bindungsvermögen deutlich nach. Dies ist mit der geringen Granulatmasse von nur 25 g und der dadurch geringen zur Verfügung stehenden Oberfläche zu erklären. Die 3 und 4 zeigen die Adsorption in destilliertem Wasser. Beide zeigen ein schlechteres Adsorptionsverhalten des Granulats. Nach der ersten Farbzugabe wird innerhalb der nächsten 24 Stunden der größte Teil des insgesamt aufnehmbaren Farbstoffes adsorbiert. Danach findet kaum noch eine weitere adsorptive Bindung statt. Dementsprechend fällt die Adsorption nach der zweiten Farbzugabe geringer aus. Mögliche Bindungsplätze an der Feststoffoberfläche sind bereits nach dem ersten Farbstoffeintrag abgesättigt. Entscheidend für den Entfärbungsprozess ist auch, inwieweit das Material die Farbmoleküle festhalten kann. Dazu wurde das beladene Braunkohlegranulat aus dem System genommen und in destilliertes Wasser gegeben. Innerhalb von 24 Stunden fand keine optische Verfärbung des Wassers statt.
Ableitend kann gesagt werden, dass je größer die eingesetzte Materialmasse und somit zur Verfügung stehender Oberfläche umso höher ist das Adsorptionspotential. Durch den Einsatz von Salzen, wie sie im Kirk Medium Verwendung finden wird die adsorptive Wirkung wesentlich verstärkt. Mit zunehmender Farbzugabe und fortschreitender Entfärbung nimmt der Adsorptionseffekt ab. Das lässt den Schluss zu, dass die Adsorption der Farbmoleküle nur am Anfang eines Entfärbungsprozesses eine Rolle spielt und beachtet werden muss. Anfänglich adsorbierter Farbstoff wird im weiteren Zeitverlauf des Reinigungsvorganges enzymatisch abgebaut, das kann an mit Pilzmycel bewachsenen Holzhackschnitzeln beobachtet werden, die bei Farbzugabe ebenfalls Farbstoff adsorbieren und eine entsprechende Farbänderung zeigen. Im Zeitverlauf des enzymatischen Farbabbaus in der Flüssigphase, wird auch die im Hackschnitzel adsorbierte Farbe wieder abgebaut und die Ausgangsfärbung des Holzes wird wieder sichtbar.
2. Immobilisierung von Mikroorganismen auf dem Granulat
Zur Beimpfung der Reaktoren wurden die Pilze stets sieben Tage im Kolben vorgezüchtet. Dazu sind stets 225 ml autoklavierte Kirk II-Medien mit den Pilzkulturen beimpft worden. Die Gewinnung des Impfmaterials fand von einer bewachsenen Kirk II-Agarplatte statt. Zwei Korkbohrerausstiche (Durchmesser je 10 mm) von einer vierzehn Tage alten Platte wurden in das Medium gegeben. Um annähernd eine gleiche Biomassemenge zu gewährleisten, lagen die Ausstechungen auf einem Radius von 3,5 cm. Die Feuchtmasse eines Ausstiches betrug in etwa 0,5 g. Anschließend erfolgte eine Inkubation bei 28°C im Schüttelschrank bei 100 Umdrehungen pro Minute. Eine Beimpfung der Reaktoren fand dann mit sieben Tage alten Pilzkulturen und dem gesamtem Kirk II-Medium (gesamter Kolbeninhalt) statt. Dadurch kam zusätzlich Flüssigkeit in das System und stellte die Abwasserbasis dar. Die Immobilisierung des Pilzes auf dem Material begann folglich mit der Überführung in den Reaktor. Für weitere sieben Tage wuchs die Pilzkultur im Reaktorsystem und erhielt eine regelmäßige Befeuchtung.
In so genannten RITA^®-Reaktoren (Récipient à Immersion Temporaire Automatique) der Firma VITROPIC in Frankreich wurde das Braunkohlegranulat auf Eignung für enzymatische Entfärbungsprozesse getestet. Die RITA^®-Gefäße wurden mit 150 g Granulat (w = 40–50 %) bestückt und sterilisiert. Der Versuchszeitraum erstreckte sich über sieben Wochen. Einmal wöchentlich wurden 25 ml Farbkonzentrat dem System zugegeben. Insgesamt erfolgten vier Farbzugaben. Nach drei Wochen wurde das gesamte Farbmedium im RITA^®-Gefäß durch frisches 225 ml Kirk II-Medium ersetzt (Entleerungsphase). Die Zykluszeit des RITA^®-Systems betrug sechs Stunden, d. h. in sechs Stunden fand eine 15-minütige Bewässerung der Pilzkulturen statt, um die Enzyme vom Mycel abzuspülen. Die Reaktoren arbeiteten unter sterilen Bedingungen bei 26–28°C. Täglich wurde das künstliche Abwasser auf Enzyme (Laccase, Mangan- und Ligninperoxidasen, unspezifische Peroxidasen) und Farbigkeit untersucht.
Die 5 bis 24 zeigen die Enzymaktivitäten und Farbspektren von Marasmius spec. und Trametes hirsuta immobilisiert auf Braunkohlegranulat:
5: Marasmius spec. auf BK-Granulat: Laccase (Levafixblue PN-3R)
6: Marasmius spec. auf BK-Granulat: Spektrum Levafixblue PN-3R
7 Marasmius spec. auf BK-Granulat: Laccase (Levafixblue E-RA gran)
8: Marasmius spec. auf BK-Granulat: Spektrum Levafixblue E-RA grau
9: Marasmius spec. auf BK-Granulat: Laccase (Procion Blue H-EGN 125)
10: Marasmius spec. auf BK-Granulat: Spektrum Procion Blue H-EGN 125
11: Marasmius spec. auf BK-Granulat: Laccase (Remazol Golden Yellow 3R)
12: Marasmius spec. auf BK-Granulat: Spektrum Remazol Golden Yellow 3R
13: Trametes hirsuta auf BK-Granulat: Laccase (Levafixblue PN-3R)
14: Trametes hirsuta auf BK-Granulat: unspez. Peroxidasen (Levafixblue PN-3R)
15: Trametes hirsuta auf BK-Granulat: Spektrum Levafixblue PN-3R
16: Trametes hirsuta auf BK-Granulat: Laccase (Levafixblue E-RA gran)
17: Trametes hirsuta auf BK-Granulat: unspez. Peroxidasen (Levafixblue E-RA gran)
18: Trametes hirsuta auf BK-Granulat: Spektrum Levafixblue E-RA gran
19: Trametes hirsuta auf BK-Granulat: Laccase (Procion Blue H-EGN 125)
20: Trametes hirsuta auf BK-Granulat: unspez. Peroxidasen (Procion Blue H-EGN 125)
21: Trametes hirsuta auf BK-Granulat: Spektrum Procion Blue H-EGN 125
22: Trametes hirsuta auf BK-Granulat: Laccase (Remazol Golden Yellow 3R)
23: Trametes hirsuta auf BK-Granulat: unspez. Peroxidasen (Remazol Golden Yellow 3R)
24: Trametes hirsuta auf BK-Granulat: Spektrum Remazol Golden Yellow 3R
Die Messungen der Laccase-Aktivitäten erfolgten nach der 1990 veröffentlichten Methode von Niku-Paavola et.al.. [18] mit ABTS (2,20-azino-di-[3-ethyl-benzo-thiazolin-sulfonat]) als Substrat, während unspezifische Peroxidasen mit Guaiakol als Substrat [19] nachgewiesen wurden.
Während der Untersuchungen stellte sich heraus, dass Marasmius spec. und Trametes hirsuta offenbar unter den gegebenen Bedingungen (Temperatur, pH-Wert, Immobilisierungsmaterial und Reaktortyp) weder Lignin- noch Manganperoxidasen produzieren. Laccasen konnten immer nachgewiesen werden, doch unspezifische Peroxidasen wurden nur von Trametes hirsuta erzeugt.

Die folgenden Tabellen 2a, 2b und 3a, 3b fassen die Kurvenverläufe der Enzymaktivitäten und das Entfärbungspotential der untersuchten Pilzkulturen zusammen. Tabelle 2a: Pilz Marasmius spec.

Farbzugabe		Tag	^Aktivität in U/l	Kommentar zum Kurvenverlauf
Levafixblue PN-3R	L	48	66 6	nach jeder Farbzugabe sinkt die Aktivität, steigt bis zur nächsten wieder an
Levafixblue E-RA gran	L	₄₈	²¹ ^, ⁹	steigt bis auf ca. 20 U/l
Procion Blue H-EGN 125	L	38	14,7	steigt leicht bis auf ca. 12 U/l
Remazol Golden Yellow 3R	L	49	58 2	nach jeder Farbzugabe sinkt die Aktivität, steigt bis zur nächsten wieder an

Tabelle 2b: Pilz Trametes hirsuta

Farbzugabe		Tag	Aktivität in U/l	Kommentar zum Kurvenverlauf
Levafixblue PN-3R	L	48	605,5	erst um 200 U/l, steigt, pegelt sich um 550 U/l ein
Levafixblue PN-3R	unP	36	10,2	erst unter 3 U/l, steigt, pegelt sich um 8 U/l ein
Levafixblue E-RA grau	L	14	659,6	stetig zw. 400–600 U/l
Levafixblue E-RA grau	unP	41	8,7	stetig zw. 4–8 U/l
Procion Blue H-EGN 125	L	17	1343,5	fällt leicht bis um 600 U/l
Procion Blue H-EGN 125	unP	15	11,8	fällt leicht bis um 5 U/l
Remazol Golden Yellow 3R	L	44	496,7	erst um 250 U/l, steigt, pegelt sich um 500 U/l ein
Remazol Golden Yellow 3R	unP	43	6,9	erst um 3 U/l, steigt dann leicht bis auf Max.

In den Tabellen 2a und 2b ist als Aktivität (in U/l) jeweils die maximal erreichte Enzymaktivität der Pilzkulturen immobilisiert auf BK-Granulat der Enzyme L – Laccase – und unP – unspezifische Peroxidasen – angegeben.
Bei Marasmius spec. immobilisiert auf Braunkohlegranulat (Tabelle 2a) konnten außer Laccase keine weiteren Enzymaktivitäten nachgewiesen werden. Die geringsten Aktivitäten wurden bei der Entfärbung von Levafixblue E-RA gran und Procion Blue H-EGN 125 verzeichnet. Während sich bei Remazol Golden Yellow 3R und Levafixblue PN-3R maximale Aktivitäten von 58–66 U/l ergaben. Die Maxima wurden immer am Versuchsende (Tag 38–49) erreicht.

Trametes hirsuta (Tabelle 2b) erreicht dagegen maximale Laccaseaktivitäten von 1300 U/l am Tag 17 (bei Procion Blue H-EGN 125). Der Verlauf der Laccaseaktivität über die Versuchszeit ist den vier getesteten Reaktivfarbstoffen sehr unterschiedlich ausgefallen. Wogegen die Aktivitätsentwicklung der unspezifischen Peroxidasen meist mit zunehmender Zeit leicht anstieg. Hier konnten Maxima von 7–12 U/l erzielt werden. Tabelle 3a: Pilz Marasmius spec.

Farbzugabe Levafixblue PN-3R		Farbzugabe Levafixblue E-RA gran
1.	nach 3 Tagen fast komplett entfärbt	1.	nach 24 h komplett entfärbt
2.	nahezu komplett entfärbt	2.	nach 3 Tagen fast komplett entfärbt
3.	nach 3 Tagen fast komplett entfärbt	3.	nach 24 h komplett entfärbt
4.	nach 3 Tagen fast komplett entfärbt	4.	nach 24 h komplett entfärbt
Farbzugabe Procion Blue H-EGN 125		Farbzugabe Remazol Golden Yellow 3R
1.	ca. 75% entfärbt	1.	ca. 75% entfärbt
2.	wenig entfärbt	2.	ca. 50% entfärbt
3.	nahezu komplett entfärbt	3.	ca. 75% entfärbt
4.	nahezu komplett entfärbt	4.	nahezu komplett entfärbt

Tabelle 3b: Pilz Trametes hirsuta

Farbzugabe Levafixblue PN-3R		Farbzugabe Levafixblue E-RA gran
1.	nach 24 h fast komplett entfärbt	1.	nach 24 h komplett entfärbt
2.	nach 24 h fast komplett entfärbt	2.	nach 24 h komplett entfärbt
3.	nach 24 h fast komplett entfärbt	3.	nach 24 h komplett entfärbt
4.	nach 24 h fast komplett entfärbt	4.	nach 24 h komplett entfärbt
Farbzugabe Procion Blue H-EGN 125		Farbzugabe Remazol Golden Yellow 3R
1.	ca. 75% entfärbt	1.	nahezu komplett entfärbt
2.	ca. 75% entfärbt	2.	ca. 75% entfärbt
3.	ca. 75% entfärbt	3.	nahezu komplett entfärbt
4.	ca. 75% entfärbt	4.	nahezu komplett entfärbt

Sehr gute Entfärbungsergebnisse wurden bei der Immobilisierung von Marasmius spec. auf Braunkohlegranulat erreicht. Nach allen Farbzugaben konnten die Reaktivfarbstoffe in den vorgegebenen sieben Tagen weitgehend entfärbt werden.
Die Farben Levafixblue PN-3R und Levafixblue E-RA gran konnten durch Trametes hirsuta in 24 h fast komplett entfärbt werden. Bei Procion Blue H-EGN 125 und Remazol Golden Yellow 3R erfolgte anfänglich ein gutes Entfärbungsergebnis, das aber nach dem Medienaustausch abnahm.
Trotz der geringen Enzymaktivität von Marasmius spec. im Vergleich zu Trametes hirsuta wird ebenso ein sehr gutes Entfärbungsresultat erzielt. Somit ist nicht zwingend die Höhe der Aktivität für einen Entfärbungsprozess entscheidend, sondern eher die Qualität der Enzyme.

Das Granulat unterliegt während des Entfärbungsprozesses chemischen Veränderungen. Durch Adsorption der Farbmoleküle, das Wachstum der Pilzkulturen auf der inneren und äußeren Oberfläche, den Abbau der Inhaltsstoffe und Enzymaktivitäten wird die chemische Struktur des Granulats verändert. Das Braunkohlegranulat wurde hinsichtlich seiner Elementarzusammensetzung (C, H, N, O, S) untersucht. Laccase als auch der Reaktivfarbstoff Levafixblue E-RA gran sind kupferhaltige Moleküle. Deshalb wurde zusätzlich der Kupfergehalt analysiert. Beweggrund ist die Frage, ob das Granulat ohne Bedenken im Kraftwerk verbrannt werden kann. Hierzu wurden das Granulat im Anlieferzustand („Originalzustand", jeweils Zeile 1) und die nach Versuchsende der RITA^®-Systeme anfallenden Granulate untersucht. Die Analyseergebnisse sind in den anschließenden Tabellen 4 und 5 dargestellt. Tabelle 4: Elementarzusammensetzung der Braunkohlegranulate

Proben: Braunkohlegranulat	Analysen wasser	Asche (815C)	C	H	N	O	Sges
Proben: Braunkohlegranulat			Ma.-%	wf
Originalzustand	13,33	5,68	64,06	4,7	0,77	23,69	1,11
mit Levafixblue PN-3R	10,45	8,21	62,33	4,48	0,75	22,96	1,27
mit Levafixblue E-RA gran	10,77	8,38	62,08	4,47	0,75	22,99	1,33
mit Procion Blue H-EGN 125	11,17	8,2	62,12	4,46	0,75	23,18	1,29
mit Remazol Golden Yellow 3R	12,2	8,7	61,85	4,41	0,74	22,86	1,45

Sges = Gesamtschwefelgehalt, Ma = Masse, wf = wasserfrei.

Aus der Tabelle 4 geht hervor, dass die elementaren Bestandteile C, H, N, O während den Entfärbungsversuchen abnehmen. Der Schwefelgehalt steigt dagegen geringfügig an. In Abhängigkeit des Wassergehaltes erfolgt außerdem bei der Verbrennung ein erhöhter Aschenfall. Tabelle 5: Kupfergehalt der Braunkohlegranulate

Proben: Braunkohlegranulat	Kupfergehalt
Proben: Braunkohlegranulat	nach DIN EN ISOq 11885 (E 22) in mg/kg TS	mittels RFA in ppm TS
Originalzustand	11	6
mit Levafixblue PN-3R	10	6,5
mit Levafixblue E-RA gran	48	26
mit Procion Blue H-EGN 125	9	6,6
mit Remazol Golden Yellow 3R	9	6,5

TS = Trockensubstanz„ RFA = Röntgen-Fluoreszenz-Analyse.

In Tabelle 5 sind die Resultate zwei verschiedener Kupferbestimmung gegenübergestellt. Zunächst ist zu erkennen, dass bei dem Farbstoff Levafixblue E-RA grau, der kupferhaltig ist, jeweils eine erhöhte Einlagerung von Kupfer im Granulat stattfindet. Die Ergebnisse der anderen 3 getesteten nicht-kupferhaltigen Reaktivfarbstoffe zeigen jedoch, dass das Kupfer der Laccase nicht im Granulat angereichet wird.
Neben den Nachuntersuchungen am Braunkohlegranulat wurden Toxizitätstests des künstlichen Abwassers durchgeführt. Dazu standen das am Tag 28 entleerte Farbmedium und das Medium nach Versuchsende zur Verfügung. Die Flüssigkeiten wurden auf Toxizität untersucht, die während der enzymatischen Entfärbung entstanden sein könnten. Mit Hilfe des AQUALYTIC^®-Sensomat-Systems wurde das Wachstum von Pseudomonas putida in den Farbmedien aufgezeichnet.
Bei dem angewandten Toxizitätstest handelt es sich um eine Kombination zwischen dem Wachstumshemmtest nach DIN EN ISO 10712 und Sauerstoffhemmtest DIN 38412. Durch diese Verknüpfung können bei der Auswertung farbiger Proben Messfehler vermieden werden [20].
Anhand der aufgenommenen Kurvenverläufe sind sehr differenzierte Aussagen möglich. Es kann unterschieden werden, ob die Probe grundsätzlich toxisch ist, ob nur eine Verzögerung der Sauerstoffzehrung auftritt oder ob ein Inhaltstoff für eine dauerhafte Hemmung im Wachstum sorgt. Die Ergebnisse sind in den 25 und 26 dargestellt.
Die Figuren zeigen:
25: Toxizität: Marasmius spec. auf BK-Granulat – Entleerung
26: Toxizität: Marasmius spec. auf BK-Granulat – Versuchsende
Die Diagramme in den 24 und 25 zeigen nahezu identische Verläufe. In allen Versuchen zeigt Pseudomonas putida keine wesentliche Verzögerung im Beginnen der Sauerstoffzehrung. Auch wurde in fast allen Fällen die volle Höhe des möglichen Wachstums erreicht. Somit sind während dem enzymatischen Entfärbungsprozess im RITA^®-System keinerlei toxische Produkte entstanden.

Im Folgenden sind Vergleichsversuche mit anderen Substraten dargestellt. Die Versuche wurden unter den gleichen Bedingungen wie bei Braunkohlengranulat durchgeführt. Aufgrund unterschiedlicher Schüttdichten wurden nur verschiedene Massen eingesetzt: 70 g Kiefernhackschnitzel, 15 g Palmfasern bzw. 50 g Faserxylit. Wachstumsversuche im Kolben zeigten, dass sich auch Braunkohlenpellets (gepresste Braunkohle mit geringer Oberfläche und geringer Porosität) weniger für die Versuche im Reaktor eignen. Aufgrund der Oberfächenbeschaffenheit der Pellets fand eine schlechtere Pilzansiedlung statt. In den Tabellen 6a, 6b, 6c und 7a, 7b, 7c sind die Enzymaktivitäten zusammengefasst Das erreichte Entfärbungspotential ist in den Tabellen 8a, 8b, 8c und 9a, 9b, 9c erfasst. Tabelle 6a: Pilz Marasmius spec.

Farbzugabe		Tag	Aktivität in U/l	Kommentar zum Kurvenverlauf
Levafixblue PN-3R	L	21	36,2	pegelt sich zw. 20–30 U/l ein
Levafixblue PN-3R	unP	14	11,4	fällt und pegelt sich zw. 4–5 U/l ein
Levafixblue E-RA gran	L	15	32,6	fällt unter 10 U/l, steigt dann wieder leicht
Levafixblue E-RA gran	unP	14	11,6	fällt und pegelt sich zw. 2–3 U/l ein
Procion Blue H-EGN 125	L	14	34,7	fällt und pegelt sich zw. 10–20 U/l ein
Procion Blue H-EGN 125	unP	14	13,8	fällt und pegelt sich zw. 2–4 U/l ein
Remazol Golden Yellow 3R	L	21	31,7	fällt und pegelt sich unter 10 U/l ein
Remazol Golden Yellow 3R	unP	14	10,7	fällt und pegelt sich zw. 1–3 U/l ein

L = Laccase, unP = unspezifische Peroxidasen

In Tabelle 6a sind die Ergebnisse der Versuchsreihe „Marasmius spec. immobilisiert auf Kiefernhackschnitzel" zusammengefasst. Die Laccaseaktivität erreichte bei allen untersuchten Reaktivfarbstoffen zwischen dem 14. und 21. Tag ihr Maximum von 31–36 U/l. Danach fiel sie mit zunehmender Versuchszeit bis unter 10 U/l und stieg wieder leicht an oder pegelt zwischen 10–20 U/l bzw. 20–30 U/l ein. Eine klare Abnahme war meist nach der Entleerungsphase zu verzeichnen. Die Aktivität der unspezifischen Peroxidasen besaß ihr Maximum von 10–14 U/l stets zu Beginn der Versuche, am Tag 14. Danach fiel sie größtenteils. Tabelle 6b: Pilz Marasmius spec.

Farbzugabe		Tag	Aktivität in U/l	Kommentar zum Kurvenverlauf
Levafixblue PN-3R	L	17	28,5	fällt und pegelt sich unter 10 U/l ein
Levafixblue PN-3R	unP	21	14,8	steigt, fällt dann drastisch auf 2–3 U/l
Levafixblue E-RA gran	L	20	41,8	steigt, fällt dann drastisch unter 10 U/l
Levafixblue E-RA gran	unP	21	17,5	steigt, fällt dann drastisch auf 2–3 U/l
Procion Blue H-EGN 125	L	20	26	steigt leicht, fällt dann auf 5 U/l
Procion Blue H-EGN 125	unP	21	7,6	steigt, fällt und pegelt sich zw. 1–3 U/l ein
Remazol Golden Yellow 3R	L	14	21,2	sehr gering, schwankt zw. 5–8 U/l
Remazol Golden Yellow 3R	unP	14	7,3	sehr gering, pegelt sich zw. 4–5 U/l ein

Auch bei der Versuchsreihe „Marasmius spec. immobilisiert auf Palmfasern" (Tabelle 6b) besaß die Laccase ihr Aktivitätsmaximum am Anfang (Tag 14 bis Tag 21) der Untersuchungen. Mit Ausnahme bei der Entfärbung von Levafixblue E-RA gran war die Laccaseaktivität (Maximum von 21–28 U/l) stets geringer als auf Kiefernhackschnitzel. Die unspezifischen Peroxidasen erreichten ihre größte Aktivität meist zwischen dem 14. und 21. Tag. Sie kann mit 7–17 U/l angeben werden. Tabelle 6c: Pilz Marasmius spec.

Farbzugabe		Tag	Aktivität in U/l	Kommentar zum Kurvenverlauf
Levafixblue PN-3R	L	43	9,6	hält sich zw. 5–10 U/l
Levafixblue E-RA gran	L	43	7,4	hält sich zw. 5–10 U/l
Procion Blue H-EGN 125	L	28	8,8	hält sich zw. 4–8 U/l
Remazol Golden Yellow 3R	L	27	6	hält sich zw. 4–6 U/l

Die schlechtesten Enzymergebnisse von Marasmius spec. wurden auf Faserxylit (Tabelle 6c) erreicht. Keine nennenswerten Laccaseaktivitäten (stets unter 10 U/l) wurden erzielt. Wie auf BK-Granulat konnten auch auf Faserxylit keine unspezifischen Peroxidasen nachgewiesen werden. Tabelle 7a: Pilz Trametes hirsuta

Farbzugabe		Tag	Aktivität in U/l	Kommentar zum Kurvenverlauf
Levafixblue PN-3R	L	42	1655,4	steigt bis auf 1650 U/l und fällt dann leicht
Levafixblue PN-3R	unP	48	34	erst zw. 5–10 U/l, steigt steil auf 33 U/l
Levafixblue E-RA gran	L	42	1456	erst um 100 U/l, steigt drastisch um 1250 U/l
Levafixblue E-RA gran	unP	43	12,5	erst um 2 U/l, steigt und pegelt sich um 10 U/l ein
Procion Blue H-EGN 125	L	41	1927	steigt stetig bis auf Max. und fällt dann leicht
Procion Blue H-EGN 125	unP	48	36,2	erst um 5 U/l, steigt und pegelt sich um 30 U/l ein
Remazol Golden Yellow 3R	L	28	1589,1	steigt stetig bis auf Max. und fällt dann wieder
Remazol Golden Yellow 3R	unP	24	44	steigt stetig bis auf Max. und fällt dann wieder

In der Versuchsreihe „Trametes hirsuta immobilisiert auf Kiefernhackschnitzel" (Tabelle 7a) konnten die höchsten Laccaseaktivitäten von über 1900 U/l (bei der Entfärbung von Procion Blue H-EGN 125 am Tag 41) erreicht werden. Die Maxima der Enzymaktivitäten (Laccase und unspezifischen Peroxidasen) befanden sich immer am Versuchsende zwischen Tag 41 und Tag 48. Mit zunehmender Zeit steigt die Aktivität. Bei unspezifischen Peroxidasen konnten Maxima bis zu 44 U/l erzielt werden. Nur bei der Entfärbung von Remazol Golden Yellow 3R wurden beide maximale Enzympotentiale bereits zwischen Tag 24–28 erreicht. Tabelle 7b: Pilz Trametes hirsuta

Farbzugabe		Tag	Aktivität in U/l	Kommentar zum Kurvenverlauf
Levafixblue PN-3R	L	27	1434,5	steigt bis auf Max. und fällt dann wieder
Levafixblue PN-3R	unP	21	24,6	steigt bis auf Max., fällt, pegelt sich um 12 U/l ein
Levafixblue E-RA gran	L	28	434,9	erst unter 100 U/l, pegelt sich leicht um 200 U/l
Levafixblue E-RA gran	unP	23	3,7	hält sich zw. 4–6 U/l
Procion Blue H-EGN 125	L	28	1019,7	erst unter 250 U/l, steigt auf Max. und fällt wieder
Procion Blue H-EGN 125	unP	21	18,8	steigt auf Max., fällt steil, hält sich zw. 10–15 U/l
Remazol Golden Yellow 3R	L	28	1319,2	steigt stetig bis auf Max. und fällt dann drastisch
Remazol Golden Yellow 3R	unP	21	38,8	steigt stetig bis auf Max. und fällt dann wieder

Bei der Immobilisierung von Trametes hirsuta auf Palmfasern (Tabelle 7b) wurden höchste Enzymaktivitäten von 1000–1400 U/l erreicht. Die Entfärbung von Levafixblue E-RA gran ist dabei eine Ausnahme. Hier konnten nur ein Maximum von etwa 430 U/l erzielt werden. Die Höchstpunkte der Laccase kamen um Tag 27 und 28 zum Vorschein. Am Tag 21 wurden die maximalen Aktivitäten der unspezifischen Peroxidasen (bis 38 U/l bei Remazol Golden Yellow 3R) erlangt. Der Farbabbau von Levafixblue E-RA gran zeigt ebenso mit knapp 4 U/l die niedrigste maximale Aktivität. Tabelle 7c: Pilz Trametes hirsuta

Farbzugabe		Tag	Aktivität in U/l	Kommentar zum Kurvenverlauf
Levafixblue PN-3R	L	21	897,8	steigt auf Max., fällt steil, hält sich um 100 U/l
Levafixblue PN-3R	unP	22	14	steigt auf Max., fällt steil unter 2 U/l
Levafixblue E-RA grau	L	21	549	steigt auf Max., fällt, pegelt sich unter 80 U/l ein
Levafixblue E-RA grau	unP	17	3,9	hält sich zw. 2–4 U/l
Procion Blue H-EGN 125	L	21	833,7	steigt auf Max., fällt steil, hält sich um 100 U/l
Procion Blue H-EGN 125	unP	22	13,5	steigt auf Max., fällt, hält sich unter 5 U/l
Remazol Golden Yellow 3R	L	21	724,4	steigt auf Max., fällt steil, hält sich um 100 U/l
Remazol Golden Yellow 3R	unP	22	14,3	steigt auf Max., fällt bis unter 1 U/l

Die Versuchsreihe „Trametes hirsuta immobilisiert auf Faserxylit" (Tabelle 7c) zeichnete sich durch das optisch schlechteste Mycelwachstum aus. Die Aktivitätsmaxima wurden für Laccasen immer am Tag 21 (maximal 900 U/l bei der Entfärbung von Levafixblue PN-3R) und für unspezifische Peroxidasen am Tag 22 zwischen 13–14 U/l registriert. Nach der Entleerungsphase nahmen die Aktivitäten drastisch ab. Dies lässt vermuten, dass ein Großteil der Pilzmycels und der anhaftenden Enzyme sich in der submersen Phase befand und bei der Entleerung ausgetragen wurden. Tabelle 8a: Pilz Marasmius spec.

Farbzugabe Levafixblue PN-3R		Farbzugabe Levafixblue E-RA gran
1.	nahezu komplett entfärbt	1.	nach 24 h komplett entfärbt
2.	ca. 75% entfärbt	2.	nach 24 h komplett entfärbt
3.	ca. 50% entfärbt	3.	nach 24 h komplett entfärbt
4.	kaum noch entfärbt	4.	nach 24 h komplett entfärbt
Farbzugabe Procion Blue H-EGN 125		Farbzugabe Remazol Golden Yellow 3R
1.	nahezu komplett entfärbt	1.	nahezu komplett entfärbt
2.	ca. 75% entfärbt	2.	ca. 75% entfärbt
3.	ca. 50% entfärbt	3.	kaum noch entfärbt
4.	Entfärbungspotential nimmt weiter ab	4.	kaum noch entfärbt

Tabelle 8b: Pilz Marasmius spec.

Farbzugabe Levafixblue PN-3R		Farbzugabe Levafixblue E-RA gran
1.	ca. 50% entfärbt	1.	nach 3 Tagen komplett entfärbt
2.	kaum entfärbt	2.	nahezu komplett entfärbt
3.	ca. 75% entfärbt	3.	nach 3 Tagen komplett entfärbt
4.	ca. 75% entfärbt	4.	nahezu komplett entfärbt
Farbzugabe Procion Blue H-EGN 125		Farbzugabe Remazol Golden Yellow 3R
1.	ca. 50% entfärbt	1.	kaum entfärbt
2.	kaum entfärbt	2.	kaum entfärbt
3.	ca. 75% entfärbt	3.	ca. 75% entfärbt
4.	ca. 50% entfärbt	4.	kaum entfärbt

Tabelle 8c: Pilz Marasmius spec.

Farbzugabe Levafixblue PN-3R		Farbzugabe Levafixblue E-RA gran
1.	weniger als 50% entfärbt	1.	nahezu komplett entfärbt
2.	kaum entfärbt	2.	nahezu komplett entfärbt
3.	kaum entfärbt	3.	nach 3 Tagen fast komplett entfärbt
4.	kaum entfärbt	4.	nach 3 Tagen fast komplett entfärbt
Farbzugabe Procion Blue H-EGN 125		Farbzugabe Remazol Golden Yellow 3R
1.	kaum entfärbt	1.	ca. 50% entfärbt
2.	kaum entfärbt	2.	nahezu komplett entfärbt
3.	kaum entfärbt	3.	ca. 75% entfärbt
4.	kaum entfärbt	4.	ca. 75% entfärbt

Während der Versuchsreihe „Marasmius spec. immobilisiert auf Kiefernhackschnitzel" (Tabelle 8a) konnte die Pilzkultur nach der ersten Farbzugabe alle Reaktiv-farbstoffe entfärben. Danach nahm das Entfärbungspotential stetig ab. Die Ausnahme ist Levafixblue E-RA grau. Jeder Farbeintrag wurde innerhalb von 24 Stunden komplett abgebaut.
In den Experimente „Marasmius spec. immobilisiert auf Palmfasern" (Tabelle 8b) wurden anfänglich kaum Entfärbungsresultate verzeichnet. Erst nach der Entleerungsphase nahm das Potential geringfügig zu. Levafixblue E-RA gran ist auch hier ein Sonderfall, denn nach jeder Farbzugabe konnte die Farbe in der gegebenen Zeit entfärbt werden.

Die Versuche „Marasmius spec. immobilisiert auf Faserxylit" (Tabelle 8c) zeigt im Vergleich mit den anderen eingesetzten Materialien die schlechtesten Entfärbungspotentiale. Tabelle 9a: Pilz Trametes hirsuta

Farbzugabe Levafixblue PN-3R		Farbzugabe Levafixblue E-RA gran
1.	nahezu komplett entfärbt	1.	nahezu komplett entfärbt
2.	ca. 75% entfärbt	2.	weniger als 50% entfärbt
3.	nahezu komplett entfärbt	3.	nach 24 h fast komplett entfärbt
4.	nahezu komplett entfärbt	4.	nach 24 h fast komplett entfärbt
Farbzugabe Procion Blue H-EGN 125		Farbzugabe Remazol Golden Yellow 3R
1.	weniger als 50% entfärbt	1.	ca. 75% entfärbt
2.	weniger als 50% entfärbt	2.	ca. 75% entfärbt
3.	optisch wenig entfärbt	3.	wenig entfärbt
4.	optisch wenig entfärbt	4.	wenig entfärbt

Tabelle 9b: Pilz Trametes hirsuta

Farbzugabe Levafixblue PN-3R		Farbzugabe Levafixblue E-RA gran
1.	ca. 75% entfärbt	1.	nach 24 h komplett entfärbt
2.	ca. 75% entfärbt	2.	nahezu komplett entfärbt
3.	kaum noch entfärbtt	3.	wenig entfärbt
4.	kaum noch entfärbt	4.	wenig entfärbtt
Farbzugabe Procion Blue H-EGN 125		Farbzugabe Remazol Golden Yellow 3R
1.	weniger als 50% entfärbt	1.	ca. 75% entfärbt
2.	weniger als 50% entfärbt	2.	ca. 75% entfärbt
3.	kaum noch entfärbt	3.	kaum noch entfärbt
4.	kaum noch entfärbt	4.	kaum noch entfärbt

Tabelle 9c: Pilz Trametes hirsuta

Farbzugabe Levafixblue PN-3R		Farbzugabe Levafixblue E-RA gran
1.	nach 24 h komplett entfärbt	1.	nach 24 h komplett entfärbt
2.	nach 24 h komplett entfärbt	2.	nach 24 h komplett entfärbt
3.	weniger entfärbt	3.	weniger entfärbt
4.	weniger entfärbt	4.	weniger entfärbt
Farbzugabe Procion Blue H-EGN 125		Farbzugabe Remazol Golden Yellow 3R
1.	ca. 75% entfärbt	1.	nahezu komplett entfärbt
2.	nahezu komplett entfärbt	2.	ca. 75% entfärbt
3.	wenig entfärbt	3.	wenig entfärbt
4.	wenig entfärbt	4.	wenig entfärbt

Das Entfärbungspotential der Versuchsreihe „Trametes hirsuta immobilisiert auf Kiefernhackschnitzel" (Tabelle 9a) nahm bis zur Entleerungsphase ab. Je mehr Farbe hinzukam umso schlechter das Entfärbungsresultat. Nach dem Medienaustausch erfolgte meist ein nahezu kompletter Farbabbau mit Ausnahme von Remazol Golden Yellow 3R, das kaum entfärbt wurde.
Die Versuche „Trametes hirsuta immobilisiert auf Palmfasern" (Tabelle 9b) erzielten anfänglich ein gutes Entfärbungsresultat. Doch nach der Entleerung fand kaum noch ein Entfärbung statt, selbst bei dem leicht entfärbenden Reaktivfarbstoff Levafixblue E-RA gran.
Bei der Immobilisierung von Trametes hirsuta auf Faserxylit (Tabelle 9c) wurden während den ersten beiden Farbzugaben gute Resultate bezüglich der Entfärbung erzielt. Als das künstliche Abwasser dann durch frisches Kirk II-Medium ausgetauscht wurde, färbte es sich sofort der Farbe entsprechend. Nach der Entleerungsphase wurde zwar der neu hinzukommende Farbstoff enzymatisch abgebaut aber eine sichtbare Färbung blieb zurück.

Claims

Verfahren zur Abwasserreinigung, insbesondere zum Entfärbung von farbstoffhaltigen Abwässern, dadurch gekennzeichnet, dass das Abwasser mit einem Braunkohlegranulat, welches mit Mikroorganismen und/oder Pilzen beladen ist, in Kontakt gebracht wird
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Pilze Basidiomyceten oder Ascomyceten verwendet werden.
Braunkohlegranulat, dadurch gekennzeichnet, dass es mit Mikroorganismen oder Pilzen beladen ist.
Verwendung von Braunkohlegranulat als Substrat für das Wachstum von Mikroorganismen oder Pilzen.
Verwendung von Braunkohlegranulat, welches mit Mikroorganismen oder Pilzen beladen ist, zur Abwasserreinigung, insbesondere zum Entfärbung von farbstoffhaltigen Abwässern.
Verfahren zur Herstellung eines mit Mikroorganismen oder Pilzen beladenen Braunkohlegranulats, durch Zerkleinerung, Granulierung, Trocknung der Braunkohle in bekannter Weise, dadurch gekennzeichnet, dass eine Besiedelung des Granulats mit Mikroorganismen oder Pilzen erfolgt.
Modul zur Verwendung in einer Abwasserreinigungsanlage, dadurch gekennzeichnet, dass es Braunkohlegranulat, welches mit Mikroorganismen oder Pilzen beladen ist, enthält.
Abwasserreinigungsanlage enthaltend ein Braunkohlegranulat nach Anspruch 3 oder ein Modul nach Anspruch 7.