DE10340612A1 - Growth substrate in form of fibrous pellets, used to treat waters including opencast mining lagoons, employs wet-pelletized ultra-short natural fibers - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Aufwuchskörper aus agglomerierten Naturfasern zur Wasserbehandlung, der zur Immobilisierung von Abwasser-aufreinigenden Mikroorganismen eingesetzt werden kann sowie die Verwendung dieses Wasserbehandlungsaufwuchskörpers zur Reinigung von Abwasser, insbesondere als in-situ Reaktor zur mikrobiellen Sulfatreduktion und ein Verfahren zur Herstellung des Wasserbehandlungsaufwuchskörpers sowie einen Reinigungskit und eine Vorrichtung, die den Wasserbehandlungsaufwuchskörper umfassen.The The invention relates to a growth body of agglomerated natural fibers for water treatment, for the immobilization of wastewater-purifying Microorganisms can be used as well as the use of this Water treatment regrowth body for the purification of wastewater, in particular as an in-situ reactor for microbial sulfate reduction and a process for the preparation of the water treatment growth body and a cleaning kit and apparatus comprising the water treatment growth body.
Das wesentliche Grundprinzip der biologischen Abwasserreinigung besteht darin, dass Abwasser mit einer Vorrichtung in Kontakt gebracht wird, in der sich, insbesondere auf einem Trägermaterial, bevorzugt Aufwuchskörpern, Mikroorganismen befinden, die die Schadstoffe aus dem Abwasser, insbesondere unter Verwendung von Kohlenstoffquellen, zu einer ökologisch wenig bedenklichen Biomasse und CO2 verstoffwechseln. Unter Abwässern sind hierbei die durch häuslichen, gewerblichen, industriellen, landwirtschaftlichen und sonstigen Gebrauch in ihrer natürlichen Zusammensetzung veränderten Wässer sowie das von bebauten oder befestigten Flächen abfließende, weniger verschmutzte Regen- und Schmelzwasser zu verstehen.The essential basic principle of biological wastewater treatment is that wastewater is brought into contact with a device in which, especially on a support material, preferably growth bodies, microorganisms are the pollutants from the wastewater, especially using carbon sources, to an ecological little questionable biomass and metabolize CO 2 . Wastewater is understood here to be the water modified by domestic, commercial, industrial, agricultural and other uses in its natural composition, as well as the less polluted rainwater and meltwater draining from built-up or paved areas.
Für die Abwasserreinigung ist es erforderlich, dass eine geeignete Trägeroberfläche für die Immobilisierung der Schadstoff abbauenden Mikroorganismen bereitgestellt wird. Die Trägeroberflächen können hierbei neben der Immobilisierung der Mikroorganismen auch als Nährstoffquellen für die Mikroorganismen dienen.For wastewater treatment It is necessary that a suitable support surface for the immobilization of the pollutant degrading microorganisms is provided. The carrier surfaces can hereby in addition to the immobilization of the microorganisms as nutrient sources for the Serve microorganisms.
Bisher ist es bekannt, als Wasserbehandlungsaufwuchskörper natürliche oder synthetische Trägermaterialien bzw. Lavaschlacke, Bimsstein, Schaumglas oder ähnliche Materialien zu verwenden, auf denen sich Biofilme aus Mikroorganismen bilden. Derartige inerte Trägermaterialien können jedoch nicht als Nährstoffquelle für die Mikroorganismen genutzt werden. Aus diesem Grund werden nachwachsende natürliche Rohstoffe in Abwasserreinigungsanlagen eingesetzt. Der älteste bekannte Einsatz solcher nachwachsenden Rohstoffe besteht darin, dass in mit Abwässern kontaminierten Teichen einen dörflichen Gemeinschaft Stroh eingebracht wird, auf dem sich nach einer gewissen Zeit ein Biofilm bildet, wobei die diesen Biofilm bildenden Mikroorganismen die Bestandteile der Abwässer verstoffwechseln und somit zur Aufreinigung des Teiches beitragen. Neben dem Einsatz von Stroh können selbstverständlich auch Hanf, Flachs oder Teile dieser Pflanzen eingesetzt werden.So far it is known as water treatment growth body natural or synthetic support materials or lava varnish, pumice, foam glass or similar materials, on which biofilms of microorganisms are formed. Such inert support materials can but not as a source of nutrients for the Microorganisms are used. For this reason, renewable natural Raw materials used in wastewater treatment plants. The oldest known use such renewable raw materials is that in contaminated with wastewater Ponds a village Community straw is introduced, on which after a certain Time forms a biofilm, wherein the biofilm forming microorganisms the components of the wastewater metabolise and thus contribute to the purification of the pond. In addition to the use of straw can of course also Hemp, flax or parts of these plants are used.
Es ist jedoch nachteilig, dass derartige Wasserbehandlungsaufwuchskörper nur bei Abwässern eingesetzt werden können, die relativ gering belastet sind. Beispielsweise gestaltet sich die Behandlung von Schmutzwässern aus Raststätten besonders schwierig, weil bei den dort vorherrschenden C-N-Verhältnissen (Stickstoff-Überschuss) die Denitrifikation nur stark limitiert abläuft. Daher ist es bisher notwendig, dass geeignete Kohlenstoffquellen, wie zum Beispiel Methanol, in diese Schmutzwässer zur Behandlung zugegeben werden.It However, it is disadvantageous that such Wasserbehandlungsaufwuchskörper only used in wastewater can be which are relatively lightly loaded. For example, it is designed the treatment of dirty water from service areas especially difficult because of the prevailing C-N ratios (Nitrogen-excess) the denitrification only runs very limited. Therefore, it has been necessary suitable carbon sources, such as methanol, in these dirty waters be added for treatment.
Besonders schwierig ist es, komplexe Abwässer, wie beispielsweise Tagebauseen, zu behandeln, deren Wasserinhaltsstoffe durch zuströmende Grundwässer bestimmt werden. Erfolgt ein wesentlicher Grundwasserzustrom durch die an die Restlöcher angrenzenden Kippen, werden aus diesen Verwitterungsprodukte einer Pyrit-Oxidation ausgespült. Die dominierenden Inhaltsstoffe der Kippengrundwässer, Eisen und Sulfat, kennzeichnen deshalb die Qualität des Tagebauseewassers, wobei durch Oxidation von Eisen, Aluminium und Mangan in Tagebauseen Protonen freigesetzt werden, die zu pH-Werten < 3 führen. Die Wasserbeschaffenheit der schwefelsauren Tagebauseen unterbindet jegliche Nutzung dieser Gewässer. Weiterhin besteht durch die Anbindung vieler Tagebauseen an Vorfluter bzw. das Grundwasser eine Gefährdung der Ökosysteme über die Tagebauseen hinaus. Bisher stellt die Fremdflutung die einzig praxiswirksame Maßnahme dar, die der Versauerung der Tagebauseen entgegenwirkt. Die Wirksamkeit dieser Maßnahmen ist, insbesondere in Ermangelung leistungsstarker Vorfluter, nicht ausreichend.Especially difficult to handle complex wastewater, such as open pit mines, to treat their water constituents determined by inflowing groundwater become. If there is a significant inflow of groundwater through the the leftovers adjacent tipping, these weathering products become one Purged pyrite oxidation. The dominant constituents of the tipping groundwater, iron and sulphate therefore the quality of the open pit water, whereby by oxidation of iron, aluminum and manganese are released in open-pit protons leading to pH <3. The Prevents the water quality of sulfuric acid mines any use of these waters. Furthermore, there is the connection of many Tagebauseen to receiving waters or the groundwater is a hazard of the ecosystems over the Tagebauseen addition. So far, foreign flooding is the only practical one Measure, which counteracts the acidification of the mining lakes. The effectiveness of these measures is not, especially in the absence of powerful receiving waters sufficient.
Aufgabe der Erfindung war es daher, Wasserbehandlungsaufwuchskörper bereitzustellen, die in der Lage sind, Säuren zu binden, Eisen zu entfernen, die Sulfatkonzentration zu senken und einen stärkeren Hydrogenkarbonatpuffer aufzubauen und die effizient und kostengünstig in der langfristigen Nachsorge bzw. Bewirtschaftung von Abwässern, wie zum Beispiel Tagebauseen, eingesetzt werden können.task The invention therefore was to provide water treatment growth bodies, which are capable of acids to bind, to remove iron, to lower the sulfate concentration and a stronger one Hydrogen carbonate buffer build and efficient and cost effective in the long-term aftercare or management of wastewater, such as for example Tagebauseen, can be used.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch einen Wasserbehandlungsaufwuchskörper, der herstellbar ist durch Verfahren, welches folgende Schritte umfasst.
- – Bereitstellung von Ultrakurznaturfasern mit einer Länge von 80 bis 50000 μm und
- – Pelletierung der Ultrakurznaturfasern unter Zugabe von Feuchtigkeit ohne zusätzliche Bindemitteln bis ein Durchmesser von 500 bis 25000 μm erhalten wird,
- – Trocknung der Pellets bei Temperaturen > 100°C,
- - Provision of ultrashort natural fibers with a length of 80 to 50,000 μm and
- Pelletizing the ultra-short fibers with addition of moisture without additional binders until a diameter of 500 to 25000 μm is obtained,
- - drying of the pellets at temperatures> 100 ° C,
Die Aufwuchskörper sind sehr gut zur Abwasserreinigung geeignet. Abwasser im Sinne der Erfindung ist beispielsweise häusliches Schmutzwasser, bevorzugt Waschwasser, Badewasser, Spülwasser und/oder Fäkalwasser, weiterhin gewerbliches Schmutzwasser, wie zum Beispiel Fabrikations-, Reinigungs- und Kühlwasser, oder aber auch industrielles Schmutzwasser, wie Fabrikations- und Reinigungswasser, landwirtschaftliches Schmutzwasser, Fremdwasser, sowie Regen- und Schmelzwasser. Die Abwässer im Sinne der Erfindung können ein breites Spektrum an verschiedensten Inhaltstoffen aufweisen, wie beispielsweise Salze, Fette, Eiweißstoffe, Kohlenhydrate, Detergenzien, Lösungsmittel, Mikroorganismen, Sand, Holz und anderen, die gelöst, kolloidal, fein- oder grobdispers sowie in sehr unterschiedlicher Konzentration vorliegen können. Je nach ihrer Dichte kommen die dispergierten Stoffe als Schwimm-, Schweb- oder Sinkstoffe vor. Im Sinne der Erfindung sind unter der Reinigung von Abwasser alle Techniken und Maßnahmen zur schadlosen Ableitung und Reinigung des Abwassers im weiteren Sinne auch Zurückgewinnung bestimmter Inhaltsstoffe bzw. des Wassers selbst sowie zur Minderung des Abwasseranfalls oder der Belastung mit Problemstoffen zu verstehen. Im Wesentlichen werden erfindungsgemäß mechanische, biologische und physikalisch-chemische Verfahren unterschieden. Eine wesentliche Säule der erfindungsgemäßen Aufreinigung des Wassers ist die biologische Abwasserreinigung, die selbstverständlich mit chemischen und physikalischen Methoden kombiniert werden kann. Bevorzugt ist die Abwasserreinigung durch die Entfernung von organischen und/oder anorganischen Inhaltsstoffen aus Abwasser, die in ihm in gelöster, kolonialer oder feindispergierter Form enthalten sind, durch mikrobielle Aktivität, d. h. durch aeroben und/oder anaeroben Abbau, Aufbau neuer Zellsubstanz und Sorbtion an Bakterienflocken oder mikrobiellen Rasen, bevorzugt Biofilmen.The A culture medium are very good for wastewater treatment. Wastewater in the sense For example, domestic wastewater is preferred in the invention Wash water, bath water, rinse water and / or faecal water, commercial waste water, such as manufacturing, Cleaning and cooling water, or also industrial wastewater, such as factory and cleaning water, agricultural sewage water, extraneous water, as well as rain and Meltwater. The wastewater in the sense of the invention have a wide range of different ingredients, such as salts, fats, proteins, carbohydrates, detergents, Solvent, Microorganisms, sand, wood and others that are dissolved, colloidal, fine or coarse and in very different concentrations. ever according to their density, the dispersed substances come as swimming, Suspended or suspended matter. For the purposes of the invention are under the Purification of wastewater all techniques and measures for harmless discharge and purification of the wastewater in the broader sense also recovery certain ingredients or the water itself and to reduce of the waste water or the pollution with problem substances. Essentially, according to the invention, mechanical, biological and differentiated physico-chemical processes. An essential one Pillar of purification according to the invention of water is biological wastewater purification, which of course with chemical and physical methods can be combined. Prefers is the purification of waste water by the removal of organic and / or Inorganic ingredients from wastewater, which are dissolved in it, colonial or finely dispersed form, by microbial activity, i. H. by aerobic and / or anaerobic degradation, building new cell substance and sorbing on bacterial flakes or microbial lawn, preferably Biofilms.
Im Sinne der Erfindung ist ein Biofilm die Bezeichnung für die von Mikroorganismen gebildeten Schichten an der Grenzfläche von Festkörper/Luft, Festkörper/Flüssigkeit oder Flüssigkeit/Luft.in the For the purposes of the invention, a biofilm is the name given to Microorganisms formed layers at the interface of Solid / air, solid / liquid or liquid / air.
Die erfindungsgemäßen Wasserbehandlungsaufwuchskörper bestehen aus Agglomeraten, insbesondere Pellets und Granulaten, auf Basis von Naturfasern, vorzugsweise Hanf oder Flachs. Bei dem erfindungsgemäßen Herstellen der Wasserbehandlungsaufwuchskörper werden die in den Fasern natürlich vorkommenden Bindungsmechanismen genutzt. Die Erzeugung der Faseragglomerate zur Herstellung der Wasserbehandlungsaufwuchskörper erfolgt vorzugsweise in einem Kompaktor.The There are water treatment growth bodies according to the invention from agglomerates, in particular pellets and granules, based of natural fibers, preferably hemp or flax. In the manufacture according to the invention become the water treatment growth body in the fibers of course used existing binding mechanisms. The production of fiber agglomerates for the preparation of the Wasserbehandlungsaufwuchskörper is preferably carried out in a compactor.
Die Herstellung der Pellets kann sowohl mit unaufbereitetem Abfallmaterial aus der Faserverarbeitung als auch zum Beispiel mittels Schneidmühle oder Zentrifugalmühle zerkleinerten Fasern erfolgen. Die Pelletierung der Faser mit einer Länge von 80 bis 50000 μm erfolgt wahlweise in einem Pelletiermischer, mit einem Pelletierteller oder einem Kompaktor. Hierdurch entstehen kugelförmige bzw. zylindrische Pellets mit Durchmessern von 500 bis 25000 μm. Die Eigenschaften der Pellets oder Granulate werden durch die Länge der verwendeten Fasern und dem jeweiligen Pelletierverfahren bestimmt, die durch Routineversuche durch einen Fachmann ermittelt werden können.The Production of the pellets can be done both with unprocessed waste material from the fiber processing as well as for example by means of granulator or Centrifugal shredded fibers take place. The pelleting of the fiber with a length of 80 to 50,000 μm optionally in a pelleting mixer, with a pelletizing plate or a compactor. This results in spherical or cylindrical pellets with diameters from 500 to 25000 μm. The properties of the pellets or granules are determined by the length of the fibers used and determined by the respective pelleting method, by routine experimentation can be determined by a person skilled in the art.
Die erfindungsgemäßen Wasserbehandlungsaufwuchskörper können in Vorrichtungen bzw. Kits zur Wasseraufbereitung eingesetzt werden. Beispielsweise können sie als in-situ betriebene Reaktoren zur Entsäuerung von Tagebaurestseen eingesetzt werden, wobei die durch gezielte Auswahl des Biofilms einsetzende mikrobielle Sulfatreduktion Eisen entfernt und Säure gebunden sowie die Sulfatkonzentration gesenkt werden kann.The Water treatment growth bodies according to the invention can be found in Devices or kits are used for water treatment. For example, you can they are used as in-situ reactors for the deacidification of opencast mining lakes be used, by the targeted selection of the biofilm microbial sulfate reduction, which removes iron and binds acid and the sulfate concentration can be lowered.
Im Gegensatz zu den bekannten Suspensionsreaktoren, bei denen Mikroorganismen mit dem Belebtschlamm ausgetragen werden können und somit nur kurze Verweildauer im Reaktionsraum aufweisen, ist die Verweilzeit der Organismen in dem erfindungsgemäßen Wasserbehandlungsaufwuchskörper so groß, dass hochspezialisierte Organismen mit einer langen Entwicklungsphase einen kompletten Lebenszyklus durchlaufen können. Eine längere Verweilzeit hat eine Erhöhung der Abbaurate pro Fläche zur Folge und ist insbesondere bei der Anwendung von zeit- und kostenaufwendigen Züchtungen spezialisierter Organismen von großem wirtschaftlichen Vorteil.in the Contrary to the known suspension reactors in which microorganisms can be discharged with the activated sludge and thus only a short residence time have in the reaction space, the residence time of the organisms in the water treatment growth body according to the invention so large, that highly specialized organisms with a long developmental phase can go through a complete life cycle. A longer residence time has an increase the rate of degradation per area to Result and is particularly in the application of time-consuming and costly Varieties specialized organisms of great economic advantage.
Die Ausbildung eines Mikromilieus innerhalb des Biofilms, aufgrund der großen Verweilzeit der Organismen auf dem erfindungsgemäßen Wasserbehandlungsaufwuchskörper, führt zu einer an die jeweiligen Abwässerbedingungen sehr gut angepassten stabilen Mischpopulation mit hoher Aktivität, wodurch die Prozessstabilität erhöht werden kann.The Formation of a microenvironment within the biofilm, due to the huge Residence time of the organisms on the water treatment growth body according to the invention leads to a to the respective drainage conditions very well adapted stable mixed population with high activity, which the process stability elevated can be.
Vorteilhafterweise besitzen die erfindungsgemäßen Wasserbehandlungsaufwuchskörper neben ihrer Fähigkeit zur Immobilisation noch filternde und absortive Eigenschaften und sie können weiterhin als Kohlenstoffquelle eingesetzt werden. Die vorteilhafte Unempfindlichkeit gegenüber toxischen Stoßbelastungen in den Abwässern wird durch die Tatsache, dass durch den langen Lebenszyklus Biofilme mit verschiedenen Schichten aufgebaut werden können, hervorgerufen. Der Schadstoff kann nur durch Diffusion in den Biofilm eindringen. Aufgrund des sehr langsamen Diffusionsvorganges kommt es zur Ausbildung eines Konzentrationsgradienten, wodurch die Auswirkung des Hemmstoffes im Inneren des Biofilms bei kurzfristiger Anfangsbelastung gering bleibt. Die im äußeren Bereich der Schadstoffkonzentration ausgesetzten Bakterien sterben ab und lösen sich vom Biofilm. Der übrige Biofilm bleibt somit von der toxischen Stoßbelastung unversehrt und kann mit unverminderter Geschwindigkeit auf dem Wasserbehandlungsaufwuchskörper weiter wachsen.Advantageously, the water treatment growth bodies according to the invention in addition to their ability to immobilize still filtering and absortive properties and they can also be used as a carbon source. The advantageous insensitivity to toxic shock loads in the waste water is caused by the fact that biofilms with different layers can be built up through the long life cycle. The pollutant can only penetrate into the biofilm by diffusion. Due to the very slow diffusion process, it comes to form a concentration gradient, whereby the effect of the inhibitor inside the biofilm remains low at short-term initial loading. The bacteria exposed in the outer area of the pollutant concentration die off and detach from the biofilm. The remaining biofilm thus remains intact from the toxic impact load and can continue to grow at undiminished rate on the water treatment growth body.
Durch die Porengröße ab 150 μm ist überraschenderweise eine freie Bewegung der sich bildenden Gasphase möglich. Somit sind Form und Struktur der Aufwuchsfläche so beschaffen, dass bei effektiver Versorgung mit der den für die Umsetzungsprozesse notwendigen Stoffe gleichzeitig günstige hydraulische Bedingungen vorherrschen. Die bevorzugte Verwendung von Flachs, Hanf und Leinen führt dazu, dass die Aufwuchskörper neben der Funktion als Aufwuchsfläche besonders gut als Nährstoffquelle dienen.By the pore size from 150 microns is surprisingly a free movement of the forming gas phase possible. Consequently The shape and structure of the growth surface are such that effective supply with the necessary for the implementation processes Fabrics at the same time cheap prevail hydraulic conditions. The preferred use of flax, hemp and linen leads to that the growth body in addition to the function as a nursery surface particularly good as a source of nutrients serve.
Überraschenderweise sind die Wasserbehandlungsaufwuchskörper aufgrund der mechanischen Verhakung der Ultrakurznaturfasern mit einer Länge von 80 bis 50000 μm und der Pelletierung ohne Zugabe von Bindemitteln auch bei längerer Verwirbelung im Wasser vorteilhafterweise sehr stabil. Die erfindungsgemäßen Wasserbehandlungsaufwuchskörper sind insbesondere als Festbett, Schwebebett oder Wirbelbett einsetzbar. Die Eigenschaften der Pellets sind durch die Pelletierung der Ultrakurznaturfaser mit einer Länge von 80 bis 50000 μm ohne Zugabe von Bindemitteln, bis der gewünschte Durchmesser erreicht ist, so stabil, dass sie sowohl für aerobe als auch für anaerobe Behandlungsverfahren eingesetzt werden können. Die Struktur der erfindungsgemäßen Wasserbehandlungsaufwuchskörper ermöglicht aber auch eine simultane Prozessführung beider Zustände durch die Ausbildung aerober Hüllschichten und anaerober Kernzonen.Surprisingly are the water treatment growth bodies due to the mechanical Entanglement of Ultrakurznaturfasern with a length of 80 to 50,000 microns and the Pelleting without the addition of binders, even with prolonged turbulence in the water advantageously very stable. The water treatment growth bodies according to the invention are especially as a fixed bed, floating bed or fluidized bed can be used. The properties of the pellets are due to the pelleting of the ultra-short fiber with a length from 80 to 50,000 μm without the addition of binders, until the desired diameter is reached is so stable that it is both aerobic and anaerobic Treatment methods can be used. However, the structure of the inventive water treatment growth body allows also a simultaneous process management both states by the formation of aerobic shell layers and anaerobic core zones.
Die hohe Abrissfestigkeit, die hohe nutzbare, spezifische Oberfläche und die Oberflächenrauigkeit beschleunigen die Initialbesiedlung, garantieren eine lange Lebenszeit und erlauben überraschend vorteilhafte Raum-Zeit-Ausbeuten.The high tear resistance, the high usable, specific surface and accelerate the surface roughness the initial colonization, guarantee a long lifetime and allow surprising advantageous space-time yields.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Pelletierung der Ultrakurznaturfasern so, dass sie sich bei einer Druckkraft von 14 N um maximal 4 % verformen. Dem Fachmann sind die Routinehandlungen bekannt, mit denen er bei der Pelletierung Wasserbehandlungsaufwuchskörper mit dieser Eigenschaft bereitstellen kann. Solche Aufwuchskörper weisen eine hohe mechanische Stabilität auf und können daher bevorzugt in Reaktoren oder in verschmutzten Gewässern eingesetzt werden.In a preferred embodiment the invention, the pelleting of Ultrakurznaturfasern done so that they deform at a pressure of 14 N by a maximum of 4%. The person skilled in the routine actions are known with which he pelletizing water treatment growth body with this property can provide. Such growth bodies have a high mechanical stability on and can therefore preferably used in reactors or in polluted waters become.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Ultrakurznaturfasern aus Hanf, Leinen, Baumwolle, Bastseide, Jute, Ramie, Sisal, Kokos, Manila und/oder Flachs.In a further preferred embodiment of the invention are the ultra-short fibers of hemp, linen, cotton, Bast silk, jute, ramie, sisal, coconut, manila and / or flax.
Die Manilafasern werden aus der Faserbanane (Musa textiles) gewonnen. Die Manilafasern sind vorteilhafterweise sehr reißfest und widerstandsfähig gegen Feuchtigkeit und widerstehen selbst der Einwirkung von Meereswasser.The Manila fibers are extracted from the fiber banana (Musa textiles). The manila fibers are advantageously very tear-resistant and resistant against moisture and even withstand the effects of seawater.
Die Fasern aus den Schalen der Steinfrüchte der Kokospalme, die als Kokos gewonnen werden, sind mit Vorteil sehr widerstandsfähig gegen Fäulnis und spezifisch leichter als Wasser, so dass sie, wenn im Aufwuchskörper eine Dichte von > als 1 g/cm3 erreicht werden soll, mit anderen Fasern einer größeren Dichte in dem erfindungsgemäßen Wasserbehandlungsaufwuchskörper kombiniert werden muss.The fibers from the bowls of the cocot fruit drupes, which are obtained as cocos, are advantageously very resistant to decay and specifically lighter than water, so that, if in the growing body a density of> 1 g / cm 3 is to be achieved, must be combined with other fibers of a higher density in the water treatment growth body according to the invention.
Die Ramiefasern werden insbesondere aus Nesselgewächsen, wie Boehmeria nivia oder Tanacissima, auch Chinagras genannt, gewonnen. Im aufgearbeiteten Zustand besteht die Ramiefaser aus fast reiner Zellulose und kann damit als spezifische Nährstoffquelle für ausgewählte zelluloseaufschließende Mikroorganismen, die bestimmte Biofilme mit spezifischen Aufreinigungsleistungen bei bestimmten Abwässern bilden können, eingesetzt werden.The Ramie fibers are mainly from Nesselgewächsen, such as Boehmeria nivia or Tanacissima, also called Chinese grass. In the reclaimed Condition, the Ramiefaser consists of almost pure cellulose and can as a specific nutrient source for selected cellulosic microorganisms, the specific biofilms with specific purification benefits for certain wastewaters can form be used.
Die Jutefasern sind im ausgereiften Zustand stark verholzt und daher als spezifische Kohlenstoffquelle einsetzbar. Die genannten Fasern sind vorteilhafterweise chemikalienbeständig, sehr strapazierfähig sowie normalerweise schwer entflammbar.The Jute fibers are heavily woody in the mature state and therefore can be used as a specific carbon source. The fibers mentioned are advantageously resistant to chemicals, very hard-wearing as well normally flame retardant.
Bevorzugt sind die Naturfasern Hanf, Leinen und Flachs. Flachs wird aus einem einjährigen zweikeimblättigen Nessel- und Maulbeergewächs gewonnen, wobei die Hanffasern im Gegensatz zum Flachs stärker verholzte Faseranteile beinhalten. Eine weitere bevorzugte Naturfaser ist Leinen, die eine hohe Saugfähigkeit aufweist und demgemäß Feuchtigkeit schnell aufnimmt, sie aber auch schnell wieder abgibt. Sie besitzt eine hohe Nassfestigkeit, d. h. sie ist nass noch fester als im trockenen Zustand. Die Reißfestigkeit ist vorteilhafterweise zwei- bis dreimal so hoch wie bei Baumwolle. Vorteilhafterweise sind Leinenfasern weiterhin laugenunempfindlich. Flachsfasem bestehen aus 70 Zellulose sowie Pektinholzstoffen und einem gewissen Lipid- und Wachsanteil. Diese Flachsfasern bildenden Elemente sorgen für eine hohe Saugfestigkeit, Steifheit und Festigkeit der Flachsfasern.Prefers The natural fibers are hemp, linen and flax. Flax becomes one year zweikeimblättigen Nettle and mulberry plant the hemp fibers, in contrast to the flax, more woody Contain fiber shares. Another preferred natural fiber is Linen that has a high absorbency and thus moisture quickly but also releases it quickly. She owns one high wet strength, d. H. it is wet even harder than in the dry Status. The tear strength is advantageously two to three times as high as cotton. Advantageously, linen fibers are still insensitive to lye. Flax fibers consist of 70 cellulose as well as Pektinholzstoffen and a certain amount of lipid and wax. These flax fibers forming Elements provide for a high absorbency, stiffness and strength of the flax fibers.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Wasserbehandlungsaufwuchskörper kugelförmige bzw. zylindrische Pellets.In a further preferred embodiment invention, the water treatment growth bodies are spherical or cylindrical pellets.
Zur schnelleren Besiedlung durch Mischpopulation innerhalb eines Biofilms kann es günstig sein, dass in dem Substrat zusätzlich ein Stickstoffanteil in Form von Harnstoff, Ammoniumverbindung und/oder Proteinen einzubringen, wobei durch die Zugabe des Stickstoffanteils zu dem biologisch schneller abbaubaren Substrat ein gewisser Selektionsdruck auf die Mikroorganismen erreicht wird. Demgemäß können die Wasserbehandlungsaufwuchskörper dann sowohl als Stickstoff als auch als Kohlenstoffquelle eingesetzt werden.For faster colonization by Mischpo Within a biofilm, it may be favorable to additionally introduce a nitrogen content in the form of urea, ammonium compound and / or proteins into the substrate, whereby a certain selection pressure on the microorganisms is achieved by adding the nitrogen content to the biodegradable substrate. Accordingly, the water treatment growth bodies can then be used both as a nitrogen and as a carbon source.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Wasserbehandlungsaufwuchskörper eine Dichte von 0,7 bis 2 g/cm3 auf. Bevorzugt ist eine Dichte, die geringfügig größer als 1 g/cm3 ist, um die Größe der erforderlichen Auftriebskörper zu minimieren.In a further preferred embodiment of the invention, the water treatment growth body has a density of 0.7 to 2 g / cm 3 . Preferred is a density which is slightly greater than 1 g / cm 3 in order to minimize the size of the required buoyancy bodies.
Die Erfindung betrifft auch einen Reinigungskit, umfassend mindestens einen erfindungsgemäßen Wasserbehandlungsaufwuchskörper. Der Reinigungskit im Sinne kann jede Vorrichtung sein, mit der es möglich ist, Abwasser zu reinigen. Der Kit kann hierbei so konzipiert sein, dass er beweglich oder fest angebracht ist. Beispielsweise ist es möglich, die Wasserbehandlungsaufwuchskörper als Festbett, Schwebebett oder Wirbelbett in einer Vorrichtung einzusetzen. Selbstverständlich können sie aber auch als schwimmende Reaktoren, beispielsweise zur mikrobiellen Sulfatreduktion in Tagebauseen, eingesetzt werden.The The invention also relates to a cleaning kit comprising at least a water treatment growth body according to the invention. Of the Cleaning kit in the sense can be any device with which it is possible To clean wastewater. The kit can be designed so that he is movable or firmly attached. For example, it is possible to use the water treatment growth bodies as Fixed bed, floating bed or fluidized bed to use in a device. Of course can but also as floating reactors, for example for microbial Sulfate reduction in Tagebauseen be used.
Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung der Wasserbehandlungsaufwuchskörper zur Reinigung von Abwassern.The The invention further relates to the use of the water treatment growth body for cleaning from sewage.
Allgemein erfolgt die biologische Abwasserreinigung in Kläranlagen unter Ausnutzung der gleichen Vorgänge, die sich bei der biologischen Selbstreinigung in einem Fließgewässer abspielen können, allerdings in technisch intensivierter Form, beispielweise durch höhere Konzentration der Mikroorganismen. Es ist selbstverständlich möglich, dass keine speziellen Kläranlagen, d. h. erfindungsgemäße Vorrichtungen, gebaut werden, sondern dass, wie bereits oben ausgeführt, die Wasserbehandlungsaufwuchskörper direkt in das zu reinigende Gewässer gegeben werden.Generally biological wastewater treatment in sewage treatment plants takes place using the same processes, which take place during the biological self-cleaning in a running water can, however in technically intensified form, for example by higher concentration of microorganisms. It is of course possible that no special sewage treatment plants, d. H. devices according to the invention, be built, but that, as already stated above, the Water treatment growth body directly into the water to be purified become.
Aerobe Verfahren zur biologischen Abwasserreinigung sind besonders bei Abwasserteichen, Sumpfpflanzenanlagen, Boden- und Staufeldern bevorzugt, wohingegen anaerobe Verfahren besonders bevorzugt sind für Lebensmittelindustriewässer, Mineralölindustrieabwässer sowie Abwässer, die bei Zellstoffherstellung entstehen. Insbesondere handelt es sich bei den durch den Wasserbehandlungsaufwuchskörper zu reinigenden Abwässern um ein Tagebausee, um Schmutzwasser oder um Kippengrundwasser.aerobic Methods for biological wastewater treatment are particularly at Sewage ponds, marsh plants, soil and storage fields preferred, whereas anaerobic processes are particularly preferred for food industry waters, mineral oil industry effluents, as well as sewage, which arise in pulp production. In particular, it is towards the water treatment growth body cleaning wastewater for a Tagebausee, to dirty water or tipping groundwater.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann der erfindungsgemäße Aufwuchskörper auch zur Aufbereitung von Trink- oder Gebrauchtwasser eingesetzt werden. Trinkwasser im Sinne der erfindungsgemäßen Lehre ist so beschaffen, dass durch seinen „Genuss oder Gebrauch eine Schädigung der menschlichen Gesundheit, insbesondere durch Krankheitserreger, nicht zu besorgen ist" (§ 11 Abs. 1 Bundesseuchengesetz). Bevorzugt ist dieses Wasser farblos, klar, geruchlos und geschmacklich einwandfrei sowie frei von Krankheitserregern und arm an Keimen.In a further preferred embodiment The growth body according to the invention can also used for the treatment of drinking or service water. Drinking water in the sense of the teaching according to the invention is such that through his "enjoyment or use damage human health, in particular by pathogens, can not be obtained "(§ 11 para. 1 federal law). Preferably, this water is colorless, clear, odorless and tasteless and free from pathogens and poor in germs.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung der Wasserbehandlungsaufwuchskörper, wobei Ultrakurznaturfasern mit einer Länge von 80 bis 50000 μm ohne Zugabe von Bindemitteln solange pelletiert werden, bis Agglomerate mit einem Durchmesser von 500 bis 25000 μm erhalten werden. Bei der Herstellung kommen vor allem Naturfasern, vorzugsweise Hanf- oder Flachsfasern, aus dem Aufbereitungsprozess zum Einsatz, wobei eine Zugabe eines Bindemittels nicht notwendig ist. Die Pellets werden in einem Kompaktor gebildet, wobei der notwendige Pressdruck so gewählt wird, dass die Pellets eine ausreichende hohe mechanische Stabilität aufweisen. Hierbei ist es möglich, dass die Naturfasern auch einen Anteil Schäben oder Verunreinigungen wie zum Beispiel Staub beinhalten. Bevorzugt werden die Naturfasern entsprechend der Aufbereitungsstufe vor der Zugabe in den Pelletierapparat keiner weiteren Zerkleinerung unterzogen. Erfindungsgemäß werden zur Pelletierung die in den Fasern eigenen Bindemechanismen, insbesondere die Eigenschaft zur Ausbildung formschlüssiger Bindungen, genutzt.The The invention also relates to a method for producing the water treatment growth body, wherein Ultra-short natural fibers with a length from 80 to 50,000 μm without addition of binders, pellet until agglomerates be obtained with a diameter of 500 to 25000 microns. In the preparation of are mainly natural fibers, preferably hemp or flax fibers, used from the treatment process, with an addition of a Binder is not necessary. The pellets are placed in a compactor formed, wherein the necessary pressing pressure is chosen so that the pellets have a sufficiently high mechanical stability. Here it is possible, that the natural fibers also share a share of shives or contaminants for example, dust. The natural fibers are preferred according to the preparation stage before adding it to the pelletizer no further comminution. According to the invention for pelleting the binding mechanisms inherent in the fibers, in particular the property for forming positive bonds, used.
Die erfindungsgemäßen Wasserbehandlungsaufwuchskörper weisen mehrere Vorteile auf. Durch die Herstellung der Pellets aus den Naturfasern ohne die Verwendung eines Bindemittels können überraschenderweise Ultrakurzfasern mit einer Länge von 80 μm bis 50000 μm einfach, sicher und effektiv verarbeitet werden. Weiterhin ist es möglich, unaufbereitetes Abfallmaterial der Faserverarbeitung und/oder aufbereitete Fasern zu verwenden. Die erfindungsgemäßen Wasserbehandlungsaufwuchskörper können weiterhin, ohne dass zusätzliche Materialien eingemischt werden müssen, Substratfunktion übernehmen, wie z. B. die Funktion einer Kohlenstoffquelle. Die Wasserbehandlungsaufwuchskörper können weiterhin auf Grund des spezifischen Herstellungsverfahrens durch die Verwendung von Fasern aus verschiedenen Pflanzen hergestellt werden. Demgemäß ist es beispielsweise nicht erforderlich, wie im Stand der Technik, zur Herstellung der Aufwuchskörper nur Schäben der Hanfpflanzen zu verwenden.The exhibit Wasserbehandlungsaufwuchskörper invention several advantages. By making the pellets from the Natural fibers without the use of a binder can surprisingly Ultra short fibers with a length of 80 μm up to 50000 μm easy, safe and effective processing. It continues possible, unprocessed Waste material of fiber processing and / or recycled fibers to use. The water treatment growth bodies according to the invention can furthermore without that extra Materials must be mixed in, Assume substrate function, such as B. the function of a carbon source. The water treatment growth bodies may continue due to the specific manufacturing process by use made of fibers from different plants. Accordingly, it is For example, not required, as in the prior art, for Production of the growth bodies only shives to use the hemp plants.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines Beispiels näher erläutert werden, ohne auf dieses beschränkt zu sein.in the The invention will be explained in more detail below by means of an example, without being limited to this to be.
Die zu agglomerierenden Fasem haben eine Länge von 30 bis 60 mm und sind somit Ergebnis des Aufbereitungsprozesses. Andererseits können aber auch Fasern mit Längen > 100 mm zum Einsatz kommen. Ebenfalls ist die Anwesenheit von Verunreinigungen (Schäben, Staub) möglich. Eine weitere Nachzerkleinerungsstufe ist erfindungsgemäß vor dem Agglomerationsprozess nicht notwendig. Das angefeuchtete Fasergut wird über geeignete Zuführungseinrichtungen einem Kompaktor, der zum Beispiel mit Lochwalzen bestückt sein kann, zugeführt. Bedingt durch die Konstruktion des Kompaktors werden die Fasern entsprechend dem verwendeten Durchmesser der Kompaktorwalzen eingekürzt und anschließend zu Pellets verdichtet.The to be agglomerated fibers have a length of 30 to 60 mm and are thus the result of the preparation process. On the other hand, but also Fibers with lengths> 100 mm are used come. Also, the presence of impurities (shives, dust) possible. Another Nachzerkleinerungsstufe is inventively before Agglomeration process not necessary. The moistened fiber material will over suitable feeding devices a Kompaktor, for example, be equipped with perforated rollers can, fed. conditioned the construction of the compactor makes the fibers corresponding shortened to the diameter used Kompaktorwalzen and then closed Compacted pellets.
Erfindungsgemäß liegt die mittlere Faserlänge der erzeugten Agglomerate im Bereich bis 30 mm. Auf die Zugabe von Bindemitteln wird erfindungsgemäß verzichtet. Die entstehenden Pellets besitzen eine ausreichend hohe Festigkeit, um transportiert zu werden. Durch die Trocknung der Pellets bei Temperaturen über 100°C werden weitere Bindungsmechanismen aktiviert, so dass die Pellets dann bei erneutem Wasserkontakt formstabil bleiben.According to the invention the mean fiber length the agglomerates produced in the range up to 30 mm. On the addition of Binders is omitted according to the invention. The resulting pellets have a sufficiently high strength, to be transported. By drying the pellets at Temperatures above 100 ° C activated further binding mechanisms, so that the pellets then remain dimensionally stable on renewed contact with water.
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