DE1767195C3

DE1767195C3 - Verfahren zur Reinigung von Abwässern aus Wohnsiedlungen

Info

Publication number: DE1767195C3
Application number: DE1767195A
Authority: DE
Inventors: Masayasu Aza-Higashiasami Gunma Kobayashi; Michiharu Prof. Kyoto Kobayashi; Mitsuyoshi Maebashi Matsushima
Original assignee: CITY OF KIRYU KIRYU (JAPAN)
Current assignee: CITY OF KIRYU KIRYU (JAPAN)
Priority date: 1968-02-09
Filing date: 1968-04-10
Publication date: 1974-08-29
Also published as: GB1214701A; DE1767195B2; US3546812A; FR1579556A; DE1767195A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von vorwiegend Exkremente enthaltenden Abwassern aus Wohnsiedlungen, bei dem die Abwasser /.unächst unter Einwirkung von heterotrophen Mikroorganismen künstlich belüftet und anschließend von dem so entstandenen Gemisch die vorhandenen Feststoffe abgetrennt werden und bei dem am Ende in der geklärten Flüssigkeit unter aeroben Bedingungen Chlorella- und Scenedesmus-Algen gezüchtet werden, die dann abgetrennt werden.

Zur weitgehenden Reinigung des Abflusses aus einer Kläranlage für Abwasser aus Wohngebieten, die große Anteile an Exkrementen enthalten, wurde u. a. eine nachgeschaltete Algenzucht in tiefen Becken unter Belichtung und Zufuhr von Kohlensäure vorgeschlagen (s. »Wasser, Luft und Betrieb«, 1961, Heft 6, S. 242).

Die gezüchteten Algen, z. B. Chlorella- und Scenedesmus- Arten, können dann zur Kompostierung oder gegebenenfalls als hochwertiges Viehfutter verwendet werden, was eine gute Ausnutzung der in dem vorgeklärten Abwasser noch vorhandenen organischen und anorganischen Stoffe ermöglicht.

Allerdings zeigte sich, daß in dem Ablauf aus der Kläranlage für Abwasser aus Wohngebieten, der in die Algenzuchtbecken geleitet wurde, oft noch Substanzen anwesend waren, die das Algenwachsturn beeinträchtigten, so daß lange Kulturpcrioden notwendig waren, was zu einem großen Flächenbedarf für die Algenzuchtbecken führte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem in der zur Algenzucht verwendeten Flüssigkeit vorher möglichst alle Bestandteile entfernt bzw. umgewandelt werden, die das Wachstum der Algen beeinträchtigen oder verzögern könnten.

Erfindiingsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in der nach Abtrennen der nach Einwirkung der heterotrophen Mikroorganismen vorhandenen Feststoffe erhaltenen Flüssigkeit vor der Verwendung derselben als Kulturmedium zur Züchtung von ChIo-

»o rella- und Scenedesmus-Algen unter anaeroben Bedingungen eine Photosynthese bewirkende Bakterien gezüchtet werden, die dann anschließend abgetrennt werden.

Die eine Phoiosynthese bewirkenden Bakterien

»5 können, wie gefunden v, arde, Säuren verwerten, wenn dL>se in einer Lösung mit einem BSB-Wert von 3000 bis 15 000 ppm vorliegen. Sie vermehren sich in einer derartigen Lösung sehr rasch, so daß der BSB-Wert nach dem Bakterienwachstum auf 300 bis 500 ppm

^a° absinkt. Weitere dem Verfahren zugrundeliegende Beobachtungen zeigten, daß sich Algen, wie Chlorella oder Seenedesmus in der Lösung, aus welcher die phoiosynthetischen Bakterien abgetrennt wurden, sehr rasch vermehren, wobei der BSB-Wert weiter auf etwa 5 bis 50 ppm absinkt. Es. zeigte sich, daß man die Abwasser in sehr kurzer Zeit und ohne sie zu verdünnen reinigen kann, wenn man in der Flüssigkeit, in der bei der Vorbvhandlung organische Säuren und andere niedrigmolekulare Substanzen gebildet wor-

den sind, photosynthetische Bakterien kultiviert und die Flüssigkeit nach Abtrennen des gebildet en Schlammes zur Algenzüchtung verwendet. Der Flächenbedarf fur die Algenzuchtbecken ist verhältnismäßig gering. Als Nebenprodukt erhält man zudem

außer den gezüchteten Algen noch einen Bakterienschlamm, der ebenso wie diese einen hohen Kohlehydrat- und Eiweißgehalt aufweist und verhältnismäßig reich an Vitaminen ist.

Vorzugsweise werden als eine Photosynthese hcwirkende Bakterien Athiorodaceae verwendet, die mit besonderem Vorteil unter intensiver Belichtung bei einer Temperatur von etwa 30" C gezüchtet werden.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise in einem Fließdiagramm dargestellt, das nachstehend näher erläutert wird.

Wie aus der Zeichnung hervorgeht, werden die Abwasser aus der Kanalisation bzw. die mittels Vakuumwagen oder ähnlich gesammelten Exkremente in eise nc η Sammeltap.k aufgegeben. Durch einen Trommelfilter od. dgl. werden dann fremde Elemente abfiltriert, worauf das Filtrat in einen Belüfter überführt wird, wo bei konstant gehaltener Temperatur von etwa 35 bis 39" C unter Rühren 1 bis 2 Tage Luft hindurchgeblasen wird; die Exkremente werden bei dieser Behandlung durch heterotrophe Mikroorganismen unter Bildung von organischen Säuren, Aminosäuren und anderen niedrigrnolekuiaren Substanzen, die ein sehr günstiges Nährmedium für photosynthctische Bakterien darstellen, zersetzt. Die Konzentration an organischen Säuren in der so behandelten Flüssigkeit beträgt etwa 2500 bis 6000 ppm. Außerdem wird der BSB-Wert auf etwa V₅ des Wertes herabgesetzt, den die Abwasser vor Eintritt in den Belüftcr hatten. (BSB-Wert geht von etwa 10000 zurück auf 2000 ppm.) Die vorhandenen anaeroben Bakterien werden in diesem Stadium so gut wie vollständig zerstört.

Bei dieser Verfahrensstufc mti Schaumbildung auf, so daß es zweckmäßig ist, mil Hilfe eines oberflächenaktiven Mittels oder auf andere Weise ein Entschäumen zu bewirken. Das gebildete Gasgemisch enthält u. a. Kohlensäure, Indol, Scatol, Ammoniak usw. und kann zwecks Verhütung von schlechten Gerüchen in das später folgende Kulturgefäß für Algen übergeführt werden, wo es die Algenzucht begünstigt. Die mit organischen Säuren usw. angereicherte dicke Flüssigkeit kann gegebenenfalls durch einen Surilisierungstank geleitet werden, worin unerwünschte Bakterien durch Druck oder kurzzeitige Sterilisation oder Bestrahlung mit Gamma- oder UV-Strahlen oder durch Ultraschall zerstört werden. (Wenn gegebenenfalls eine Behandlung mit Enzymen, wie CeIIulase, Amylase, Protease. Lipase usw. eingeschaltet wird, sammeln sich organische Säuren, Aminosäuren und andere Substanzen, die von den photosynthetischen Bakterien verwertet werden können, in größeren Mengen an, was für die Züchtung der photosynthetischen Bakterien sehr gunstig ist.)

Im Fällgefüß laßt man die Masse etwa 12 Stunden stehen, absitzen, um den Schlamm abzuscheiden, der dann abgezogen wird. Die überstehende Flüssigkeit wird nun nach Klärung .'her einen Filter od. dgl. erfindungsgemäß in ein verschlossenes Kulturgefäß fur photosynthetische Bakterien überführt. Der pH-Wert kann, je nach dem Gehalt der zu verarbeitenden Masse, etwas schwanken; man stellt ihn vorzugsweise auf etwa 7,0 ein. Vorteilhafte Bedingungen fur die Vermehrung der photosynthetischen Bakterien im Kulturgefäß sind: anaerobe Atmosphäre, Temperatur von vorzugsweise etwa 30" C; Kullurzeit bei Bestrahlung mit Licht etwa 72 bis 96 Stunden. Wenn die pholosynthetischen Bakterien unter solchen Bedingungen gezüchtet werden, nehmen sie die organischen Säuren, die Aminosäuren und die anderen Substanzen auf und vermehren sich.

Vorzugsweise ist das Kulturgefäß vollkommen luftdicht geschlossen, jedoch kann man die Luft auch einfach dadurch ausschließen, daß man auf die Flüssigkeitsoberfläche flüssiges Paraffin oder Speiseöl aufgießt. Die Belichtung erfolgt tagsüber mit Sonnenlicht, bei Nacht durch eine künstliche Lichtquelle, z. B. eine Fluoreszcnzlampe, wobei man die Bestrahlung z. B. alle zwei Stunden durchfuhrt.

Bei Durchführung des erfindungsgemäßen Vi-rfah rens im technischen Maßstab kann die Wirksamkeit der Kultur erhöht werden durch Verwendung eines mehrstufigen Kulturgefäßes aus mehreren untereinander verbundenen, luftdicht abgeschlossenen Einzelgefäßen, wobei man die zähflüssige Masse nacheinander in die hintcreinandcrgeschaltcten Gefäße überführt, in denen sie jeweils 24 Stunden verbleibt. Man kann die Inokkulation der photosynthetischen Bakterien auch kontinuierlich durchführen, indem nian jeweils etwa 20 % der Züchtungslösung aus dem letzten Kulturgefäß als Saatbakterien in das erste KuI-turgefäß zurückführt. Auf diese Weise laßt sich eine hohe Konzentration der Bakterien in der Masse erreichen. Das auf dieser Stufe gebildete Abgas besteht hauptsächlich aus Wasserstoff, der als Heizgas verwendet werden kann.

Nach der Vermehrung der photosynthetischen Bakterien wird die Masse in eine Zentrifuge überführt, um die Bakterien abzutrennen. Aus eimern Liter Flüssigkeit kann man etwa 5 bis 8 g (feuchten) Bakterienschlamm erhalten, und der BSB-Wert der abgetrennten Flüssigkeit ist dann auf etwa V₅ gegenüber dem Wert vor der Züchtung der Bakterien zurückgegangen. Er beträgt jetzt z. B. nur noch 400 ppm gegen

ίο vorher 2000 ppm. Die Konzentration der organischen Säuren ist sogar auf nur noch etwa V₂₀ des Wertes vor der Züchtung abgefallen und beträgt jetzt z. B. 300 ppm gegen vorher 6000 ppm. Auf besonders wirtschaftliche Weise kann man die gezüchteten photo-

»5 synthetischen Bakterien durch Capillarfiltration abtrennen. Das Filtrat enthält zwar noch geringe Mengen an photosynthetischen Bakterien, die jedoch das Algenwachstum im folgenden Kulturgefäß eher fördern und keinesfalls schädlich sind.

Die nach Abtrennen des Bakterienschlammet erhaltene Flüssigkeit stellt ein besonders geeignetes Medium fur die nachfolgende Alpenzucht dar, die auf an sich bekannte Weise erfolgt. Durch das Bakterienwachstum sind die organischen Bestandteile zum größten Teil aufgeschlossen worden und die Flüssigkei: enthält u. a. Aminosäuren, wie Lysin, Histidin, Arginin, Asparaginsäure, Thionin, Methionin sowie Nukleinsäuren (Adenin, Guanin, Uracil, Cytosin, Uridin, Adenosin bzw. Adenosinphosphat usw.), Vitamine (vor allem Vitamin B₁, und Farbstoffe der Carotenoidreihe.

Die bisher für unerläßlich gehaltenen hohen Verdünnungen lassen sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, das erstmalig die Züchtung anaerober Bakterien als Zwischenstufe zwischen der Einwirkung von heterotrophen Mikroorganismen und der Züchtung von Algen einschaltet, vermeiden und die für das Algenwachstum benötigte Zeit ist wesentlich kürzer als bisher, da sich die A'gen in dem aufgeschlossenen Kulturmedium viel schneller vermehren. Bei einer Temperatur von 25" C ist z.B. das Algenwachstum in 3 bis 5 Tagen abgeschlossen, so daß der Platzbedarf für die (noch dazu unverdünnte) Flüssigkeit auf einen Bruchteil des bisherigen eingeschränkt und damit cines der schwierigsten Probleme der Abwässerreinigung gelöst ist.

Nach der Züchtung der Algen wird die Flüssigkeit in eine Zentrifuge überführt, worin man aus einem Liter Flüssigkeit etwa 2 bis 4g feuchte Algen erhiilt:

der BSB-Wcrl der zentrifugieren Flüssigkeit ist auf weniger als V₁₁₁ gegenüber dem Wert, den die ^Plüssig- !. jit vor der Züchtung der Algeti aufwies, abgefallen. Die Konzentration der organischen Säuren betrügt nur noch etwa V₂₁ gegenüber dem Wert vor der Züchlung, so daß die Flüssigkeit unmittelbar in Flüsse, in Seen oder das Meer geleitet werden kann, ohne daß eine Gefahr "der Belästigung für die Umwelt zu befürchten ist.

Die crfindungsgemaß gewonnenen Bakterien und Algen können als Futter für Fische und andere Tiere oder als organische Düngem.itte! verwendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Reinigung von vorwiegenJ Exkremente enthaltenden Abwässern aus Wohnsiedlungen, bei dem die Abwasser zunächst unter Einwirkung von heterotraphen Mikroorganismen künstlich belüftet und anschließend von dem m> entstandenen Gemisch die vorhandenen Feststoffe abgetrennt werden, und bei dem am Ende in der geklärten Flüssigkeit unter aeroben Bedingungen Chlorella- und Scenedesmus-Algen gezüchtet werden, die dann abgetrennt werden, d adurch gekennzeichnet, daß in der nach Abtrennen der nach Einwirkung der heterotrophen Mikroorganismen vorhandenen Feststoffe erhaltenen Flüssigkeit vor der Verwendung derselben als Kulturmedium zur Züchtung von Chlorella- und Scenedesmus-Algen unter anaeroben Bedingungen eine Photosynlhese bewirkende Bakterien gezüchtet werden, die dann anschließend abgetrennt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als eine Photosynthese bewirkende Bakterien Athiorodaceae verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Photosynlhese bewirkenden Bakterien unter intensiver Belichtung bei einer Temperatur von etwa 30" C gezüchtet werden.