DE10226795A1

DE10226795A1 - Verfahren zur biologischen Abwasseraufbereitung

Info

Publication number: DE10226795A1
Application number: DE2002126795
Authority: DE
Inventors: Andreas Dipl.-Bio.-Chem. Benedix; Rolf Dipl.-Chem. Dr. Ilgner; Karl-Heinz Bständig; Gerhart Dipl.-Landw. Dr. Sittig
Original assignee: Baustoff Service Dessau GmbH; Baustoff-Service Dessau GmbH
Current assignee: Baustoff Service Dessau GmbH; Baustoff-Service Dessau GmbH
Priority date: 2002-06-15
Filing date: 2002-06-15
Publication date: 2004-01-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur biologischen Abwasseraufbereitung. DOLLAR A Wie in der Darlegung des Standes der Technik beschrieben, arbeiten die meisten biologischen Abwasserreinigungsverfahren mehr oder weniger nach dem Zufallsprinzip, d. h., eine direkte Einflußnahme auf die Intensität der Biologie ist über die bekannten Steuergrößen, wie Sauerstoffeintrag und pH-Wert, hinaus kaum möglich. DOLLAR A Erfindungsgemäß werden hydrophobierte, mit Mikronährstoffen additivierte Getreideextrudate als Immobilisierungsmatrix für schadstoffabbauende Mikroorganismen eingesetzt, die von dem zu reinigenden Wasser umspült werden.

Description

Es wurde bereits ein Verfahren zur Herstellung von biologisch abbaubaren Formteilen aus nativen Rohstoffen vorgeschlagen, bei dem Getreidemahlerzeugnissen Calciumcarbonat und Phosphorsäure als Schäumungsmittel zugegeben werden und die resultierenden Extrudate ausschließlich durch Verpressen in ein stabiles Formteil überführt wird ( DE 196 47 220 ).
Weiterhin wurde die Herstellung und Anwendung von Maisextrudaten im Verpackungsmittelsektor bekannt ( US 576 6529 ).
Ebenso wurde die Anwendung von Additiven zur Verbesserung der Produkteigenschaften bekannt ( JP 1001 5920 , DE 196 47 220).
Letztlich wurde die gemeinsame Verarbeitung von Papier und nativen Rohstoffen ( DE 431 76 91 ) sowie die Zugabe von Mineralien als Stabilisator bekannt ( DE 431 69 01 ).
Ebenso sind Systemlösungen bekannt, die mittels physikalischer und aerober Abwasserreinigung arbeiten. Bekannt wurde die Bio-Classic-Systemreihe, die nach dem Biofilmverfahren arbeitet und auf dem Prinzip der biochemischen Stoffwandlung unter Einsatz von Luftsauerstoff beruht, wobei die Biologie einer Selbstinfektion überlassen bleibt.
Bekannt wurden auch Abwasserrecycling-Anlagen in Modulbauweise. Diese umfassen eine Filtrationsstufe und eine vollbiologische Reinigungsstufe. Dabei wird als leistungsstarke Variante das Verfahren der getauchten und belüfteten Kunststoff-Festbettkörper favorisiert, was zu einer schnellen Regeneration der Betriebsfähigkeit einer solchen Anlage nach längeren Stillstandzeiten führen soll. Die eingesetzten Kunststoffkörper erfüllen lediglich die Funktion von Trägermaterial und haben keinerlei physiologische Wirkung.
Nachteile dieser Vorschläge sind, daß der Prozeß der biochemischen Stoffwandlung, außer über den Sauerstoffeintrag, nicht beeinflußt werden kann. Ein Kippen der Biologie ist mit den herkömmlichen Methoden nicht abzufangen und bedeutet oftmals den Ausfall der Anlage über mehrere Tage. Deshalb ist es die Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur biologischen Abwasseraufbereitung vorzuschlagen, das diese Nachteile beseitigt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Einzelheiten der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Wie in der Darlegung des Standes der Technik beschrieben, arbeiten die meisten biologischen Abwasserreinigungsverfahren mehr oder weniger nach dem Zufallsprinzip, d. h. eine direkte Einflußnahme auf die Intensität der Biologie ist über die bekannten Steuergrößen, wie Sauerstoffeintrag und pH-Wert, hinaus kaum möglich.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren sollen diese Unzulänglichkeiten eliminiert werden.
Grundlage hierfür ist die Immobilisierung der Mikroorganismen auf einer Kohlenstoff- und Mineralstoffquelle, welche aus Getreideextrudaten besteht. Im Zusammenwirken mit einer Technologie der Abwassererführung, die eine hinreichende Verweildauer des Wassers im biologisch aktiven Teil der Aufbereitungsanlage ermöglicht, werden dabei folgende Effekte erzielt:

– hoch wirksame Reinigung des Abwassers
– Beeinflussung des Wachstums und der Stoffwechselintensität der Mikroorganismen durch gezieltes Feeding und damit Abkehr vom Prinzip der Zufallsbiologie
– Stabilisierung der biochemischen Prozesse gegenüber negativen Einflußgrößen
– Vermeidung von Umweltbelastungen durch den Wegfall der Entsorgung von herkömmlichen Anfallprodukten, wie z.B. Filterrückständen Die Matrix für die Immobilisierung der Mikroorganismen fungiert gleichzeitig als Nährstoffquelle. Getreideextrudate weisen ein teilaufgeschlossenes Kohlenstoffgerüst auf und sind daher ein idealer Wachstumsstimmulator. Werden diese Extrudate zusätzlich mit Mikronährstoffen, wie Spurenelementen und Vitaminen additiviert, kann ein den Anforderungen der Biologie angepaßtes Substrat bereitgestellt werden.

Überraschenderweise wurde aufgefunden, daß ein ausgeprägtes Diauxie-Verhalten der Mikroorganismen nicht stattfindet, sondern eine gleichwertige Metabolisierung von Wasserschadstoffen und C-Quellen in Form von Getreideextrudaten zu verzeichnen war.
Entscheidend für den Einsatz von Getreideextrudaten im wäßrigen Milieu ist die Herabsetzung von deren an sich äußerst hoher Wasserempfindlichkeit. Des wird durch die Einarbeitung von physiologisch unbedenklichen, biologisch abbaubaren Kunststoffen in Größenordnungen zwischen 10% und 30%, vorzugsweise 15%, realisiert.
Die so präparierten Getreideextrudate werden in doppelwandige Kaskadenelemente eingebracht. Die einzelnen Kaskadenstufen, deren Anzahl und Größe nach der entsprechenden Kapazität der Aufbereitungsanlage ausgelegt sein müssen, sind gegenüberstehend angebracht. Somit wird die hinreichende Verweilzeit des Wassers im biologisch aktiven Teil der Anlage gesichert, die Anreicherung mit Luftsauerstoff wird durch das Kaskadenprinzip an sich gewährleistet.
Das Trägermaterial kann sich einerseits einer Selbstinfektion überlassen werden oder aber mit aus der Aufbereitungsanlage gewonnenen Mikroorganismen beimpft werden.
Dies bietet den Vorteil einer Startinfektion mit bereits weitgehend adaptierten und dem Milieu angepaßten Organismen. Durch die Verwendung der oben beschriebenen Matrix, die in der Anlauf- und exponentiellen Phase die Funktion eines Wachstumsstimmulators übernimmt, wird eine hohe Teilungsrate der Population erzielt. Die poröse Beschaffenheit des Trägermaterials erlaubt die Immobilisierung einer großen Mikroorganismenzahl und gewährleistet damit eine ausgedehnte, biologisch aktive Oberfläche. Durch die Möglichkeit der Ergänzung von Trägermaterial während des Prozeßverlaufes erfolgt bei gleichzeitigem Feeding eine Adaption des biologisch aktiven Teils der Reinigungstechnologie unter wechselnden Anforderungen an die Anlagenkapazität.
Für den Betreiber gestaltet sich die Technologie ohne Mehraufwand gegenüber herkömmlichen Verfahren bei erhöhter Sicherheit in der biologischen Reinigungsstufe sowie Kostenersparnissen bei der Entsorgung von Rückständen.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden.
Mittels eines Kurzschneckenextruders werden geschäumte Extrudate aus folgender Ausgangsmischung hergestellt:
55% Roggenschrot
30% Weizengrieß
10% acetylierte Stärke
5% Polyamid
Die so gewonnenen Extrudate werden in die Hohlräume von Kaskadenstufen eingebracht. Die einzelnen Kaskadenstufen bestehen aus verzinktem Blech oder Edelstahl und sind nach oben hin durch Lochblech oder Gaze abgeschlossen. Die Länge beträgt 750 mm, die Breite 150 mm und die Höhe 50 mm.
Die einzelnen Kaskadenstufen können sowohl gerade als auch geschwungene Form aufweisen. Es werden 5 Kaskadenstufen gegenständig und mit einem Abstand von 100 mm übereinander in einem Behälter angeordnet. Zum Zwecke einer Infektion mit, an das Milieu der Abwasseraufbereitungsanlage bereits adaptierten Mikroorganismen, werden die Kaskaden mit sauerstoffangereicherten Wasser aus der Aufbereitungsanlage durchfeuchtet. Nach 24 Stunden hat sich an der Oberfläche der Extrudate eine entsprechende Mikroflora entwickelt, so daß nun mit dem kontinuierlichen Durchströmen der Kaskaden begonnen werden kann.
Das zu reinigende Wasser durchfließt die Kaskadenstufen und umspült dabei die Extrudate. Dadurch kommt es einerseits zu einer mechanischen Filtration, andererseits findet eine metabolische Umsetzung der Schadstoffe durch die Mikroorganismen statt. Nach einer Standzeit von 3 bis 4 Wochen, in Abhängigkeit von Belastung des Wassers, werden die Kaskadenstufen neu befällt, bzw. alternierend gegen neu befüllte ausgetauscht.
Die Wasserqualität kann vor und nach der beschriebenen Behandlung wie folgt charakterisiert werden: Beispiel 1
Beispiel II

Claims

Verfahren zur biologischen Abwasseraufbereitung, dadurch gekennzeichnet, dass hydrophobierte, mit Mikronährstoffen additivierte Getreideextrudate als Immobilisierungsmatrix für schadstoffabbauende Mikroorganismen fungieren und von dem zu reinigendem Wasser umspült werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Getreideextrudate durch ein schäumendes Extrusionsverfahren hergestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Getreideextrudate aus Mais, Roggen, Weizen, Triticale oder Gerste oder aus Kommbinationen dieser Getreidearten bestehen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass den Extrudaten Hydrophobierungsmittel aus biologisch abbaubaren Additiven , vorzugsweise aus biologisch abbaubaren Kunststoffen, zugesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass den Extrudaten die Hydrophobierungsmittel in Größenordnungen von 1 bis 30%, vorzugsweise von 15%, zugesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass über den Anteil an Hydrophobierungsmitteln im Extrudat dessen temporäre Wasserbeständigkeit bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in die Extrudate zusätzliche Mikronährstoffe eingearbeitet werden können.
Verfahren nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Extrudate als Immobilisierungsmatrix für schadstoffabbauende Mikroorganismen dienen.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zu reinigende Wasser über Kaskaden und/oder Filter geführt wird, welche die Immobilisierungsmatrix enthalten.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserführung vorzugsweise durch die Schwerkraft erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Anwendungsbereiche des Verfahrens in Abwasseraufbereitungsanlagen, vorzugsweise in Autowaschanlagen oder im häuslichen oder kommunalen Bereich liegen.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Extrudate durch Selbstinfektion oder durch gezielte Infektion mit den Mikroorganismen besiedelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Extrudate als Wachsstumsstimulator fungieren und eine hohe Populationsdichte ermöglichen.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Extrudate als Immobilisierungsmatrix einem natürlichen Abbau durch die Mikroorgansimen unterliegen und anfallende Reststoffe problemlos kompostierbar sind.