DE19734154A1 - Process to choose treatment for municipal or industrial waste - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung kann dort angewendet werden, wenn alternativ zwischen der Wahl aerober oder den an Bedeutung zunehmenden anaerober Verfahren für ein bestimmtes Abwasser ent schieden werden soll oder in Anlehnung an biologischen Kläranlagen mit Faulturm das Abwas ser für beide Abbauprozesse (aerob mit Belebtschlammbildung und nachfolgende Faulung) zu bewerten sind. Mit dieser Erfindung soll eine analytische Lücke zwischen den gut kontrollier ten Prozeßparametern aerober Abbauprozesse und den empfindlicheren, doch wenig durch leuchteten Regelgrößen anaerober Vorgänge geschlossen werden.The invention can be applied there if alternatively between the choice aerobic or the increasing importance of anaerobic processes for a certain wastewater to be separated or, based on biological sewage treatment plants with digestion towers, the waste water water for both degradation processes (aerobic with activated sludge formation and subsequent digestion) are evaluating. This invention aims to control an analytical gap between the well process parameters of aerobic degradation processes and the more sensitive, but little through controlled variables of anaerobic processes can be closed.
Es ist bekannt, daß die aerobe Abwasserbehandlung heute wissenschaftlich und technisch durchdrungen ist und in Form der Belebtschlammtechnologie oder einer trägergestützten Biologie technisch in Kläranlagen genutzt wird. Zur Kontrolle der aeroben Prozesse gehören Geräte zur Bestimmung des chemischen Sauerstoffbedarfs, des biologischen Sauerstoffbedar fes, die Bestimmung des Trockenrückstandes und des Glühverlustes, der pH-Wert, absetzba re Stoffe, des Schlammvolumens und die Bestimmung des Sauerstoffgehaltes zur Standardaus rüstung von Kläranlagen.It is known that aerobic wastewater treatment is scientific and technical today is permeated and in the form of activated sludge technology or carrier-based Biology is used technically in sewage treatment plants. Belonging to control the aerobic processes Devices for determining the chemical oxygen demand, the biological oxygen demand fes, the determination of the dry residue and the loss on ignition, the pH value, deductible substances, the sludge volume and the determination of the oxygen content as standard armament of sewage treatment plants.
Nach der DIN 29 439 wird ein geschlossenes Respirometer zum aeroben biologischen Abbau organischer Stoffe in wäßrigen Medium benutzt, wobei die Testsubstanz von Mikroorganis men verbraucht wird und der verbrauchte Sauerstoff, elektrolytisch hergestellt wird, ständig nachgeliefert wird. Das gebildete Kohlendioxid wird 28 Tage lang kontinuierlich erfaßt und der Abbau zu Referenzsubstanzen wie Natriumacetat, Anilin oder Natriumbenzoat verglichen. According to DIN 29 439, a closed respirometer for aerobic biodegradation organic substances used in aqueous medium, the test substance of microorganism men is consumed and the consumed oxygen, which is produced electrolytically, constantly is delivered later. The carbon dioxide formed is continuously recorded for 28 days the degradation compared to reference substances such as sodium acetate, aniline or sodium benzoate.
Nach der DIN/ISO 9408/EN 29 408 wird der Abbau organischer Substanzen im wäßrigen Medium 28 Tage lang durch den Sauerstoffbedarf bestimmt, wobei die lösliche oder disper gierfähige Testsubstanz mit zirka 100 mg/l die einzige C-Quelle im System ist. Der nachgelie ferte Sauerstoff wird gemessen, um einen konstanten Druck oder Volumen zu halten. Es wird gegen einen Blindwert verglichen. Ähnliche praxiserprobte Verfahren existieren zur Beurtei lung der organischen Abwasserbelastung mit dem BSB5-Verfahren (Warburg) oder den neuentwickelten Kurzzeit-BSB-Messungen, wobei die Sauerstoffzehrung die Meßgrundlage für diese aeroben Verfahren sind. Bei dem BSB3-Verfahren wird das gebildete CO2 an Lauge gebunden und der entstehende Unterdruck vermessen. Zur Unterbindung der Nitrifikation, die auch Sauerstoff verbraucht, werden Hemmstoffe wie N-Allylthioharnstoff zugesetzt.According to DIN / ISO 9408 / EN 29 408, the breakdown of organic substances in the aqueous medium is determined for 28 days by the oxygen requirement, with the soluble or dispersible test substance with approximately 100 mg / l being the only C source in the system. The supplied oxygen is measured in order to maintain a constant pressure or volume. It is compared against a blank value. Similar tried-and-tested methods exist for assessing the organic wastewater pollution using the BOD 5 method (Warburg) or the newly developed short-term BOD measurements, with oxygen consumption being the basis for these aerobic methods. In the BOD 3 process, the CO 2 formed is bound to lye and the resulting negative pressure is measured. Inhibitors such as N-allylthiourea are added to prevent nitrification, which also consumes oxygen.
Für die anaeroben Prozesse im Faulturm gibt es nur wenige Kontrollparameter. Es werden in der Regel organische Säuren, der pH-Wert, die Temperatur und der CO2-Gehalt bestimmt.There are only a few control parameters for the anaerobic processes in the digestion tower. As a rule, organic acids, the pH value, the temperature and the CO 2 content are determined.
Aus der Literatur ist bekannt, daß anaerobe Prozesse typische Kettenreaktionen sind und we sentlich empfindlicher auf Störungen reagieren als die aeroben Abbauprozesse. Störungen in der Abbaukette (Hydrolyse, acetogene und methanogene) führen schnell zum Nährstoffman gel oder zur Anreicherung von Zwischenprodukten wie z. B. organischen Säuren. Anaerobe Prozesse laufen unter Ausschluß des Luftsauerstoffes ab und auftretende Störungen drücken sich in der Kohlendioxid- bzw. Methankonzentration aus. Wasserstoff wird von acetogenen Bakterien produziert, aber später von Methanbakterien sofort wieder verbraucht. Weitere Gase, die den anaeroben Prozeß beeinträchtigen können, sind Schwefelwasserstoff (besonders sauren Bereich) und Ammoniak. In der Regel ist die Methanbildung der wichtigste Indi kator. Wenn die acetogene Phase gestört ist, fällt das Nährstoffangebot für die Folgestufen und die Methanproduktion verringert sich. Die Folge ist ein Kohlendioxidgehalt < 30%, ein Absinken des pH-Wertes unter 7,0 und statt der Faulung liegt eine saure Gärung vor.It is known from the literature that anaerobic processes are typical chain reactions and we react considerably more sensitively to disturbances than the aerobic degradation processes. Disorders in the degradation chain (hydrolysis, acetogenic and methanogenic) quickly lead to the nutrient man gel or for the enrichment of intermediates such. B. organic acids. Anaerobic Processes are carried out in the absence of atmospheric oxygen, and malfunctions are suppressed in the carbon dioxide or methane concentration. Hydrogen is derived from acetogenic Bacteria produced, but later immediately reused by methane bacteria. Further Gases that can affect the anaerobic process are hydrogen sulfide (especially acidic area) and ammonia. As a rule, methane formation is the most important indicator kator. If the acetogenic phase is disturbed, the nutrient supply for the subsequent stages drops and methane production decreases. The result is a carbon dioxide content of <30% The pH value drops below 7.0 and instead of digestion there is an acidic fermentation.
Anaerobe Prozesse sind sehr störanfällig. Phenole, chlorierte Kohlenwasserstoffe und beson ders Schwermetalle verursachen Probleme bei der anaeroben Behandlung. Von allen Schwer metallen geht besonders vom Kupfer (5-100 mg/l), Zink (3-100 mg/l) und Blei (8-30 mg/l) toxische Wirkungen aus - also die Schwermetalle, die zur Leitungsinstallation verwen det werden und häufig im Abwasser vorkommen. Auch Ammoniak und besonders Schwefel wasserstoff (< 2.3 m g/l) hemmen die Methanbakterien. Anaerobic processes are very prone to failure. Phenols, chlorinated hydrocarbons and esp heavy metals cause problems with anaerobic treatment. Of all difficult metals come especially from copper (5-100 mg / l), zinc (3-100 mg / l) and lead (8-30 mg / l) toxic effects - i.e. the heavy metals that are used for pipe installation det and are common in wastewater. Also ammonia and especially sulfur hydrogen (<2.3 m g / l) inhibit the methane bacteria.
Anaerobe Prozesse gewinnen zunehmend an Bedeutung, weil sie im Gegensatz zu dem aero
ben Abbau statt der 50% Biomasse 95% der Kohlenstoffquellen in ein energetisch verwertba
res Biogas umwandeln. Besonders die Zuckerindustrie, Stärkehersteller, Molkereien, Gemüse
hersteller, Brauereien, die fleischverarbeitende Industrie, die Kunststoffindustrie und zur Re
generierung von Biofiltern werden zunehmend anaerobe Verfahren einsetzen. Ihre weitere
Anwendung auf die chemische, pharmazeutische Industrie, die Photoindustrie, Lackierereien,
Druckereien scheitert oft an den toxischen Inhaltstoffen. Die anaeroben Prozesse bieten we
sentliche Vorteile, wie
Anaerobic processes are becoming increasingly important because, in contrast to aerobic degradation, they convert 95% of the carbon sources into energy-efficient biogas instead of 50% biomass. Especially the sugar industry, starch manufacturers, dairies, vegetable producers, breweries, the meat processing industry, the plastics industry and for the regeneration of biofilters are increasingly using anaerobic processes. Their further application in the chemical, pharmaceutical industry, the photo industry, paint shops, printing plants often fails due to the toxic ingredients. The anaerobic processes offer significant advantages such as
- - Abbau emulgierter aromatischer und aliphatischer Kohlenwasserstoffe (DE 41 02 966)- Degradation of emulsified aromatic and aliphatic hydrocarbons (DE 41 02 966)
- - Abbau auf engstem Raum ohne große Oberfläche zur Umgebungsluft- Dismantling in a confined space without a large surface to the ambient air
- - fast vollständiger Umsatz der Kohlenstoffträger bei geringer Schlammproduktion- Almost complete sales of carbon carriers with low sludge production
- - Konservierung der Energie der Abbausubstanzen in Form des Methans- Preservation of the energy of the degradation substances in the form of methane
- - bei hoher CSB-Belastung bis 106 mg O2/l (DE 39 02 867)- with high COD exposure up to 106 mg O 2 / l (DE 39 02 867)
- - Entfärbung von reduktionsempfindlichen Farbstoffen und guter Schlichteabbau.- Decolorization of dyes sensitive to reduction and good size reduction.
Neben den bekannten Faultürmen gibt es für den anaeroben Abbau auch Festbett-Fließbett und UASB-Reaktoren (upflow anaerobic sludge blanket).In addition to the well-known digestion towers, there are also fixed bed fluid beds for anaerobic digestion and UASB reactors (upflow anaerobic sludge blanket).
Aus dem Stand der Technik ist zu erkennen, daß die unempfindlicheren aeroben Abbauprozes se durch zahlreiche analytische Methoden kontrolliert werden, dagegen die wesentlich sen sibleren anaeroben Prozesse kaum einer Vorkontrolle wie z. B. CSB und BSB5 unterliegen. Während bei den aeroben Testverfahren die Stoffwechselaktivitäten durch den Sauerstoffver brauch bei gleichzeitiger Kohlendioxidabsorption an Kali- oder Natronlauge beurteilt werden, können die anaeroben Abbauprozesse durch Gasbildungsprozesse beurteilt werden.From the prior art it can be seen that the less sensitive aerobic degradation processes are controlled by numerous analytical methods, whereas the much more sensitive anaerobic processes hardly have a prior control such as. B. COD and BSB 5 are subject. While in the aerobic test methods the metabolic activities are assessed by the consumption of oxygen with simultaneous absorption of carbon dioxide in potassium or sodium hydroxide solution, the anaerobic degradation processes can be assessed by gas formation processes.
Der anaerobe Abbau dauert jedoch länger (20-30 Tage im Faulturm) und sollte durch fol
gende bekannte Prozeßparameter optimiert werden:
However, anaerobic degradation takes longer (20-30 days in the digestion tower) and should be optimized using the following known process parameters:
- - völliger Ausschluß von Sauerstoff und Einsatz von Stickstoff- complete exclusion of oxygen and use of nitrogen
- - Temperaturen von 30-40°C, möglichst bei 37°C- Temperatures of 30-40 ° C, if possible at 37 ° C
- - maximale pH-Abpufferung- maximum pH buffering
- - C/N-Verhältnis von 10 : 1 bis 16 : 1 - C / N ratio from 10: 1 to 16: 1
- - N/P-Verhältnis 7 : 1- N / P ratio 7: 1
- - Immobilisierung der Mikrobiologie auf Trägermaterialien (OS 35 24 896 und OS 33 16 720). Eine Entkoppelung von Substrat- und Biomasseverweilzeit erlaubt höhere Durchflußraten- Immobilization of microbiology on carrier materials (OS 35 24 896 and OS 33 16 720). Decoupling the substrate and biomass residence times allows higher flow rates
- - Zusätze von Gärungsessigschaum, Sauerkrautlake oder Obstessig (OS 36 06 917).- Additions of fermentation vinegar foam, sauerkraut brine or fruit vinegar (OS 36 06 917).
Sehr sinnvoll wäre eine Kombination der aeroben und anaeroben Teilprozesse in einer Appara tur mit wenig Umrüstaufwand. Das Abwasser würde zunächst nach dem BSB5-Prinzip ge testet. Die Kohlenstofffracht wird nach den Erfahrungswerten zu 45% als Kohlendioxid, zu 50% als Biomasse-Überschußschlamm und zu 5% Abwasserrestbelastung umgesetzt. Diese so aerob veränderte Abwasserprobe wird nachfolgend einem anaeroben Abbau unterworfen. Hier bilden sich zu 80% Kohlendioxid und Methan, nur noch 10% Überschußschlamm und 10% Abwasserrestbelastung. Weiterhin wäre es denkbar, zur Kontrolle der Gasbildung einen Dreifachköcher einzusetzen, der neben Kohlendioxid auch Schwefelwasserstoff und Ammo niak titrimetrisch erfassen läßt.A combination of the aerobic and anaerobic subprocesses in one apparatus with little changeover effort would be very useful. The wastewater would first be tested according to the BOD 5 principle. Based on experience, carbon freight is implemented 45% as carbon dioxide, 50% as excess biomass sludge and 5% residual waste water. This so aerobically modified wastewater sample is subsequently subjected to anaerobic degradation. Here 80% carbon dioxide and methane are formed, only 10% excess sludge and 10% residual wastewater. Furthermore, it would be conceivable to use a triple quiver to control the gas formation, which in addition to carbon dioxide also allows hydrogen sulfide and ammonia to be recorded titrimetrically.
In der EP 0497414 A1 wird ein Verfahren und ein Gerät zum beschleunigten Nachweis des anaerobischen Bioabbaus eines Produktes beschrieben, indem Kohlendioxid und Methan als Testgase vermessen werden.EP 0497414 A1 describes a method and a device for accelerated detection of the Anaerobic biodegradation of a product described by using carbon dioxide and methane as Test gases can be measured.
Mit dem Degramat-Testsystem können Abwässer, aber auch Handelsprodukte auf ihre anae robe biologische Abbaubarkeit untersucht werden (Niepötter Labortechnik). Die Entwick lung anerkannter Analysenverfahren zum anearoben Abbau steht noch am Anfang. Eine Testsubstanz wird mit einer vorgeschriebenen Mineralsalzlösung versetzt, die 1 Liter- Flasche mehrfach evakuiert und mit Stickstoff gefüllt, Klärschlamm als Impfstoff zugegeben und bei 35°C thermostatiert. Die Biogasbildung erzeugt einen Überdruck, der der Summe aus Methan und Kohlendioxid darstellt. Durch das Einspritzen von Natronlauge durch ein Septum am Versuchsende entspricht der Restdruck nur noch dem gebildeten Methan. Aus dem CSB- Wert kann nach der Gleichung max. Molzahl Methan = CSB/64 bei Substanzen unbekann ter Zusammensetzung die anaerobe biologische Abbaubarkeit im Vergleich ermittelt werden.With the Degramat test system, wastewater as well as commercial products can be tested on their anae robe biodegradability are examined (Niepötter Labortechnik). The develop Recognized analytical methods for anaerobic degradation are still in the early stages. A test substance is mixed with a prescribed mineral salt solution containing 1 liter Bottle evacuated several times and filled with nitrogen, sewage sludge added as vaccine and thermostated at 35 ° C. The formation of biogas creates an overpressure that is the sum of Represents methane and carbon dioxide. By injecting caustic soda through a septum at the end of the test, the residual pressure only corresponds to the methane formed. From the CSB Value can be max. Mole number methane = COD / 64 for substances unknown anaerobic biodegradability can be determined in comparison.
Es existiert auch eine Schott-Anaerob-Testeinheit, in der auf Siran-Raschigringen eine an aerobe Mischpopulation angesiedelt wurde und die Hydrochinon und Halogenaromaten voll ständig mit einer hohen Umsatzrate zu Kohlendioxid und Methan abbauten. Für den anaeroben Abbau werden ein einfaches Kulturgefäß, ein Rührgefäß oder ein Bioreaktor angegeben, wo bei bei den beiden letzten Typen eine pH-Regelung vorgesehen ist. Auch hier wird das Bio gas nach seinen beiden Grundbestandteilen vermessen.There is also a Schott anaerobic test unit, in which one is on Siran-Raschigringen aerobic mixed population was settled and the hydroquinone and halogen aromatics were full constantly break down to carbon dioxide and methane at a high turnover rate. For the anaerobic Degradation are given a simple culture vessel, a stirring vessel or a bioreactor where pH control is provided for the last two types. Here too the organic gas measured according to its two basic components.
Statt des Abwassers kann z. B. die aktuelle und potentielle Bodengrundatmung ohne Eluatbil dung aerob oder anaerob festgestellt werden, um über die richtige Verwertung des Bodens zu entscheiden (landwirtschaftliche Verwertung oder nur Verbringung unter versiegelten Flä chen) oder es kann damit das Ausmaß einer Kontamination als Atmungshemmung erkannt werden. Im gleichen Sinne können kohlenstoffhaltige Chemikalien, Sedimente, Schlämme oder Abfälle beurteilt werden. Für Böden und Sedimente sollte die Einwaage bei mindestens 150 g liegen. Abfalle können zum Beispiel nach der Kompostierfähigkeit beurteilt werden. Statt des Magnetrührers ist ein Kreisschüttler einzusetzen.Instead of the wastewater z. B. current and potential soil breathing without eluate dung aerobic or anaerobic to determine the correct utilization of the soil decide (agricultural utilization or only shipment under sealed areas) Chen) or the extent of contamination can be recognized as an inhibition of breathing become. In the same sense, carbon-containing chemicals, sediments, sludges or Waste are assessed. For soils and sediments, the initial weight should be at least 150 g lie. Waste can, for example, be assessed according to its compostability. A circular shaker must be used instead of the magnetic stirrer.
Während zur Überprüfung der aeroben Belebtschlammbiologie oder trägergestützten Biologie gut funktionierende Analysenverfahren angewendet werden, besteht ein Nachholebedarf für die wesentlich störempfindlichen anaeroben Verfahren. Völlig neu ist der Gedanke, beide mik robiologischen Verfahren zu kombinieren. Der Belebtschlamm der aeroben Abbaustufe, der die Schadstoffe adaptiert enthält, wird unter anaeroben Bedingungen einem zweiten Abbau prozeß unterworfen. Durch diese Doppelbewertung kann der Abbau kohlenstoffhaltiger Ab wässer analog dem Abbau biologischer Kläranlagen mit Faulturm betrachtet werden. Es ist aber auch möglich, separate Messungen für den aeroben Abbau (BSB5) oder den anaeroben Abbau durchzuführen.While well-functioning analytical methods are used to check aerobic activated sludge biology or carrier-supported biology, there is a need to catch up for the anaerobic methods, which are significantly sensitive to interference. The idea of combining both mic robiological methods is completely new. The activated sludge of the aerobic degradation level, which contains the pollutants adapted, is subjected to a second degradation process under anaerobic conditions. With this double assessment, the degradation of carbon-containing waste water can be viewed analogously to the degradation of biological sewage treatment plants with digestion towers. However, it is also possible to carry out separate measurements for aerobic degradation (BOD 5 ) or anaerobic degradation.
Zwischen beiden mikrobiologischen Prozessen bestehen grundsätzliche Unterschiede, die ap
parativ zu beachten sind:
There are fundamental differences between the two microbiological processes, which must be observed separately:
- - Unterdruckbildung bei aeroben Prozessen, wenn das gebildete Kohlendioxid absorbiert wird- Vacuum formation in aerobic processes when the carbon dioxide formed absorbs becomes
- - Überdruckbildung bei anaeroben Prozessen, wobei durch die Kohlendioxidabsorption an Lauge der Methanbestandteil als Differenz bestimmt werden kann- Formation of overpressure in anaerobic processes, due to the absorption of carbon dioxide Alkali the methane component can be determined as the difference
- - verschiedene Abbautemperaturen von 20°C bzw. 35-37°C - Different temperatures of 20 ° C or 35-37 ° C
- - unterschiedliche Nährstoffbeigaben, um die Abbauzeit zu minimieren- Different nutrient additions to minimize the breakdown time
- - endwertes Handling für sauerstofffreien anaeroben Prozesse- Ultimate handling for oxygen-free anaerobic processes
- - Erkennung der reduzierten Abbauleistungen bei den empfindlicheren anaeroben Prozessen durch Schwefelwasserstoff- und Ammoniakbildung.- Detection of the reduced degradation performance in the more sensitive anaerobic processes due to the formation of hydrogen sulfide and ammonia.
Das Meßprinzip läuft folgendermaßen ab:
The measuring principle works as follows:
- 1. Bestimmung des chemischen Sauerstoffbedarfs M0 1. Determination of the chemical oxygen demand M 0
-
2. Bestimmung des BSB5 mit gleichzeitiger Titration des an die Lauge gebundenen CO2
(5 Tage),
aerobe Mineralisationsquote M1 = CO2/CSB (mit Lauge)2. determination of the BOD 5 with simultaneous titration of the CO 2 bound to the alkali (5 days),
aerobic mineralization rate M 1 = CO 2 / COD (with lye) -
3. Bestimmung des anaeroben Mineralisationsquotienten
anaerobe Teilmineralisationsquote M2 = CO2/CSB (mit Lauge)
anaerobe Teilmineralisationsquote M3 = (CH4 + CO2)/CSB (ohne Lauge).3. Determination of the anaerobic mineralization quotient
Anaerobic partial mineralization rate M 2 = CO 2 / COD (with lye)
Anaerobic partial mineralization rate M 3 = (CH 4 + CO 2 ) / COD (without alkali).
M2 entspricht dem gebildeten Gasvolumen an Methan, wobei das Kohlendioxid dem Gas durch
Absorption an Lauge entzogen wird. M3 ist das Gesamtvolumen an Kohlendioxid und Me
than. Die beiden Wertgrößen M1 und M3 zeigen an, wieviel chemisch gebundener Kohlenstoff
Abwasser aerob bzw. anaerob mineralisiert werden kann. Besonders wird der aerob gebil
dete Überschußschlamm auf eine anaerobe Mineralisation geprüft. In der Literatur gibt es ei
nen Zusammenhang zwischen CSB (g/l) und der Methanbildung
max. Molzahl Methan = CSB/64.M 2 corresponds to the gas volume of methane formed, the carbon dioxide being removed from the gas by absorption in alkali. M 3 is the total volume of carbon dioxide and Me than. The two values M 1 and M 3 indicate how much chemically bound carbon waste water can be mineralized aerobically or anaerobically. In particular, the aerobically formed excess sludge is checked for anaerobic mineralization. In the literature there is a connection between COD (g / l) and methane formation
Max. Mole number of methane = COD / 64.
Die Vorschrift zur Bestimmung des mineralischen Kohlendioxids ist bekannt.The regulation for the determination of mineral carbon dioxide is known.
Die Apparatur besteht aus einem Überdruck-/Unterdrucksensor (1), der mit druckstabilen Luftschläuchen (2) mit den beiden Stutzen (3, 4) der 500-1000 ml braunen Abbauflasche (5) verbunden ist. Eine Leitfähigkeitselektrode (6) reicht in den Dreifachköcher (7) hinein, um das gebildete Kohlendioxid, gebunden an Lauge, kontinuierlich zu erfassen. Durch spezielle Ab sorptionslösungen in den kleinen Köchern (8, 9) werden die Anaerobgifte Schwefelwasserstoff und Ammoniak zum Versuchsende erfaßt. Die kontinuierliche Erfassung der CO2-Erzeugung, aerob als auch anaerob, ist ein entscheidender Vorteil für die Bewertung der Mineralisation. Der Magnetrührer (10) hat nur für den aeroben Abbau eine Bedeutung, um ständig den Sauer stoff aus dem Luftpolster der Apparatur umzurühren. Für die anaeroben Prozesse ruht er. Die Raschigringe (11) dienen zur Ansiedlung der mikrobakteriellen Population. Die Dreiwegehäh ne (12) und (13) haben die Aufgabe, je nach Stellung entweder den Minuspol des Drucksen sors bei gleichzeitiger Sperrung des Pluspoles zu verbinden (aerob) oder auch durch eine umgekehrte Stellung den Druckaufbau (anaerob) zu vermessen und dabei gleichzeitig den Minuspol abzusperren. Sind beide Hähne in der Stellung so, daß beide Meßstutzen abgeriegelt sind, dann kann eine Stickstoffspülung zur Vorbereitung der anaeroben Abbauprozesse durch geführt werden. Das Zuführrohr (14) ist mit einer Stickstoffdruckflasche und das Abteilungs rohr (15) mit der Umgebung verbunden.The apparatus consists of an overpressure / underpressure sensor ( 1 ), which is connected to the two sockets ( 3 , 4 ) of the 500-1000 ml brown dismantling bottle ( 5 ) with pressure-stable air hoses ( 2 ). A conductivity electrode ( 6 ) extends into the triple quiver ( 7 ) in order to continuously detect the carbon dioxide formed, bound to the alkali. From special sorption solutions in the small quivers ( 8 , 9 ), the anaerobic poisons hydrogen sulfide and ammonia are detected at the end of the experiment. The continuous recording of CO 2 production, aerobic as well as anaerobic, is a decisive advantage for the evaluation of the mineralization. The magnetic stirrer ( 10 ) is only of importance for aerobic degradation in order to constantly stir the oxygen from the air cushion of the apparatus. He rests for the anaerobic processes. The Raschig rings ( 11 ) are used to colonize the microbial population. The three-way cocks ne ( 12 ) and ( 13 ) have the task, depending on the position, either to connect the negative pole of the pressure sensor with simultaneous blocking of the positive pole (aerobic) or to measure the pressure build-up (anaerobic) by reversing the position and at the same time measuring the To shut off the negative pole. If both taps are in the position so that both measuring sockets are sealed off, a nitrogen purge can be carried out to prepare the anaerobic degradation processes. The feed pipe ( 14 ) is connected to a nitrogen pressure bottle and the department pipe ( 15 ) to the environment.
Das Meßprinzip wird für den komplizierten Fall der kombinierten Messung aerob/anaerober Abbau beschrieben. Es werden zunächst mindestens 500 ml des Abwassers in die Braunglas flasche 5 eingefüllt, mit zirka 10 ml einer gepufferten Nährstofflösung versetzt (beschleunigter mikrobiologischer Abbau), 6 ml einer Impflösung aus dem Belebungsbecken (3 ml) und dem Faulturm (3 ml), 25 Raschigringe (11) zum Aufbau des mikrobiologischen Rasens zugege ben, der Dreifachköcher (7-9) mit der Kalilauge, Bleiacetat und verdünnte Salzsäure einge setzt und der luftdichte Verschluß 16 mit der Leitfähigkeitselektrode 6 eingesetzt. Nach der Thermostatierung bei 20°C wird der Pluspol durch das Dreiwegeventil 13 stillgesetzt, wäh rend das andere Dreiwegeventil 12 mit dem Minuspol eine direkte Verbindung herstellt.The measuring principle is described for the complicated case of the combined measurement aerobic / anaerobic degradation. First, at least 500 ml of the wastewater is poured into the brown glass bottle 5 , mixed with about 10 ml of a buffered nutrient solution (accelerated microbiological degradation), 6 ml of a vaccine solution from the aeration tank (3 ml) and the digestion tower (3 ml), 25 Raschig rings ( 11 ) for the construction of the microbiological lawn, the triple quiver ( 7-9 ) with the potassium hydroxide solution, lead acetate and dilute hydrochloric acid is inserted and the airtight seal 16 with the conductivity electrode 6 is used. After thermostatting at 20 ° C, the positive pole is stopped by the three-way valve 13 , while the other three-way valve 12 establishes a direct connection with the negative pole.
Bei dem aeroben Abbau tritt nun ein Sauerstoffverbrauch bei eingeschalteten Magnetrührer 10 ein, der kontinuierlich als Unterdruckentwicklung angezeigt wird. Gleichzeitig wird das gebil dete Kohlendioxid an die Lauge im Kocher gebunden und durch die Leitfähigkeitselektrode 6 erfaßt. Im System siedelt sich an den Raschigringen eine Population an fakultativen Aerobier/Anaerobier an und gleichzeitig wird wie in einer Kläranlage Belebtschlamm produziert, der nun auf den anaeroben Abbau zu bewerten ist.With aerobic degradation, oxygen consumption now occurs when the magnetic stirrer 10 is switched on , which is continuously displayed as negative pressure development. At the same time the gebil Dete carbon dioxide is bound to the alkali in the stove and detected by the conductivity electrode 6 . In the system, a population of facultative aerobes / anaerobes settle on the Raschig rings and at the same time activated sludge is produced as in a sewage treatment plant, which is now to be assessed for anaerobic degradation.
Wenn der aerobe Abbau abgeschlossen ist, wird das System vorzugsweise auf 37°C aufge heizt und auf diese optimale Temperatur thermostatiert. Der Restsauerstoff wird nun bei Still setzung des Minus- und Pluspoles des Sensors durch die Stellung der Dreiwegehähne 12 und 13 durch den Zufluß des Stickstoffs aus der Zuleitung 14 verdrängt (zirka 1 min).When aerobic degradation is complete, the system is preferably heated to 37 ° C and thermostated to this optimal temperature. The residual oxygen is now displaced when the negative and positive poles of the sensor are stopped by the position of the three-way cocks 12 and 13 by the inflow of nitrogen from the feed line 14 (about 1 min).
Dann wird durch den Dreiwegehahn 12 der Minuspol abgeschirmt und der Hahn 13 so in Stel lung gebracht, daß das System nur mit dem Überdruckpol (+) verbunden ist. Der gebildete Belebtschlamm wird durch die fakultativen Mikroorganismen abgebaut und die anaeroben Ab bauprozesse werden nun durch eine erneute Leitfähigkeitsänderung (Kohlendioxid) und durch eine Überdruckbildung (Methan) bewertet. Zum Versuchsende kann eine eventuelle Hemmwirkung durch Schwefelwasserstoff oder Ammoniak oder durch einen Vergärungspro zeß mittels Köcherinhaltes 8 und 9 bzw. einer End-pH-Messung festgestellt werden.Then the minus pole is shielded by the three-way valve 12 and the valve 13 is brought into position so that the system is only connected to the positive pressure pole (+). The activated sludge formed is broken down by the optional microorganisms and the anaerobic degradation processes are now assessed by a new change in conductivity (carbon dioxide) and by an overpressure formation (methane). At the end of the test, a possible inhibitory effect by hydrogen sulfide or ammonia or by a fermentation process using contents 8 and 9 or a final pH measurement can be determined.
Das Verfahren und die Apparatur bietet folgende Vorteile:
The process and the apparatus offer the following advantages:
- - Sie erfaßt einzeln aerobe oder anaerobe Prozesse.- It detects aerobic or anaerobic processes individually.
- - Sie kann beide Prozesse kombinieren, d. h. der gebildete Belebtschlamm wird mit den ab sorbierten Schadstoffen nochmals anaerob bewertet. Die Kombination entspricht damit Verlauf einer biologischen Kläranlage mit Faulturm.- It can combine both processes, i. H. the activated sludge formed with the sorbed pollutants again evaluated anaerobically. The combination thus corresponds Course of a biological sewage treatment plant with digestion tower.
- - Es wird immer eine Doppelbewertung vorgenommen. Im aeroben Bereich sind es der Sauerstoffverbrauch (Unterdruck) und die Kohlendioxidbildung (Leitfähigkeit) und im anaeroben Bereich zeigt der Überdruck Methan an und die Leitfähigkeit wiederum die Kohlendioxidbildung.- A double evaluation is always carried out. In the aerobic area it is Oxygen consumption (negative pressure) and carbon dioxide formation (conductivity) and in The anaerobic area shows the overpressure methane and the conductivity again the Carbon dioxide formation.
- - eventuelle Abbauhemmungen sind zum Versuchsende durch eine pH-Messung bzw. durch Nachweis von Schwefelwasserstoff und Ammoniak nachweisbar.- Any degradation inhibitions are at the end of the experiment by a pH measurement or Detection of hydrogen sulfide and ammonia detectable.
Mit der Erfindung ist es erstmalig möglich, den komplizierten Vorgang einer biologischen Kläranlage im Komplex (Belebtschlammbildung und Faulturmprozesse) als Vorsorgeuntersu chung zu betrachten. With the invention it is possible for the first time, the complicated process of a biological Wastewater treatment plant in the complex (activated sludge formation and digestion process) as a preventive measure to consider.
500 ml Abwasser einer Kommune werden in die Braunglasflasche eingebracht, mit 10 ml Nährstofflösung und 6 ml einer Impfkultur aus Belebtschlamm- und Faulturmbiologie versetzt, 25 Raschigringe zugesetzt, der Köcher mit den drei Speziallösungen eingesetzt und die Fla sche mit der Leitfähigkeitselektrode und dem Verschluß verschraubt und bei 20°C thermosta tiert. Nach einer kurzen lag-Phase setzt bei bewegten Magnetrührer ein Sauerstoffverbrauch ein, der als Unterdruck angezeigt wird. Der mineralisierte Kohlenstoff als Kohlendioxid wird an Lauge gebunden und als Leitfähigkeitsänderung angezeigt. Der Abbau wird doppelt bewer tet, einmal als Sauerstoffverbrauch (Unterdruck) und zum anderen als Leitfähigkeitsänderung (Kohlendioxidbildung).500 ml of wastewater from a municipality is placed in the amber glass bottle, with 10 ml Nutrient solution and 6 ml of a vaccine culture from activated sludge and digestion biology are added, 25 Raschig rings added, the quiver with the three special solutions inserted and the fla screwed to the conductivity electrode and the closure and at 20 ° C thermosta animals. After a short lag phase, oxygen consumption starts when the magnetic stirrer is moving which is displayed as negative pressure. The mineralized carbon is called carbon dioxide bound to alkali and displayed as a change in conductivity. The dismantling will be double rated tet, on the one hand as oxygen consumption (negative pressure) and on the other hand as a change in conductivity (Carbon dioxide formation).
50 ml Industrieschlamm werden in die Braunglasflasche eingebracht, mit 10 ml Nährstofflö sung versetzt und 6 ml einer Impfkultur aus Belebtschlamm- und Faulturmbiologie zugesetzt, der Sauerstoff durch Stickstoffzuführung verdrängt, der Köcher mit den Speziallösungen ein gesetzt und die Flasche mit der Leitfähigkeitselektrode luftdicht verschraubt. Der Magnetrüh rer ruht und das System wird bei 37°C temperiert. Der Pluspol des Sensors zeigt den Gehalt an Methan an und die Leitfähigkeitselektrode den Gehalt an Kohlenstoffdioxid. Durch die zwei unteren Halbschalen am Köcher können zum Versuchsende die Faulgifte Schwefelwas serstoff und Ammoniak erkannt werden.50 ml of industrial sludge are introduced into the amber glass bottle, with 10 ml of nutrient solution solution and 6 ml of a vaccine culture from activated sludge and digestion biology were added, the oxygen is replaced by a nitrogen supply, the quiver with the special solutions set and the bottle with the conductivity electrode screwed airtight. The Magnetetrüh rer rests and the system is tempered at 37 ° C. The positive pole of the sensor shows the content of methane and the conductivity electrode the content of carbon dioxide. Through the At the end of the experiment, two lower half-shells on the quiver can contain the septic acid hydrogen and ammonia are recognized.
500 ml eines industriellen Abwassers mit einem CSB-Wert < 10 000 mg O2/l werden in die Braunglasflasche eingebracht, 10 ml Nährstofflösung zugegeben, 6 ml Impfschlamm gemäß Beispiel 1, 25 Raschigringe und der Köcher mit den drei Speziallösungen eingesetzt. Die Ap paratur wird bei 20°C thermostatiert, der Magnetrührer eingeschaltet und der Sauerstoffver brauch als Unterdruckmessung ermittelt. Der mineralisierte Kohlenstoff aus der organischen Abwasserbelastung wird über die Leitfähigkeitsmeßelektrode ermittelt. Am Ende des aeroben Abbaus nach 3-5 Tagen wird über die zwei Dreiweghähne eine Stickstoffspülung vorgenom men und die Temperatur auf 37°C ausgeregelt. Die Apparatur wird auf den Pluspol umge schaltet und die Gasentwicklung im anaeroben Bereich als Methan (Überdruck) bzw. über die Leitfähigkeitselektrode (Kohlendioxid) als Zweitmessung ermittelt. Am Ende der Ver suchsreihe kann im Falle einer Abbauhemmung der pH-Wert oder der Gehalt an Schwefel wasserstoff bzw. Ammoniak durch kolorimetrische Messungen bestimmt werden.500 ml of industrial waste water with a COD value <10,000 mg O 2 / l are introduced into the amber glass bottle, 10 ml of nutrient solution are added, 6 ml of inoculation sludge according to Example 1, 25 Raschig rings and the quiver with the three special solutions are used. The apparatus is thermostatted at 20 ° C, the magnetic stirrer switched on and the oxygen consumption determined as a vacuum measurement. The mineralized carbon from the organic wastewater pollution is determined via the conductivity measuring electrode. At the end of aerobic degradation after 3-5 days, a nitrogen purge is carried out via the two three-way cocks and the temperature adjusted to 37 ° C. The apparatus is switched to the positive pole and the gas development in the anaerobic area is determined as methane (overpressure) or via the conductivity electrode (carbon dioxide) as a second measurement. At the end of the test series, in the event of an inhibition of degradation, the pH or the content of hydrogen sulfide or ammonia can be determined by colorimetric measurements.
150 g Boden werden auf 2 mm gesiebt und mit 50% der maximalen Wasserhaltekapazität ein gestellt. Zum zugesetzten Wasser werden 100 ml der Nährstofflösung vorher zudosiert. Im Dunklen wird der Sauerstoffverbrauch und die Kohlenstoffdioxidentwicklung gemessen, wo bei der Kreisschüttler mit 100 U/min für eine leichte Bodenbewegung sorgt. Durch den Zu satz von 1,5 g Glucose kann die potentielle Atmungsaktivität bestimmt werden. Die Atmungs aktivität wird als Sauerstoffzehrung pro 100 g Boden und Stunde angegeben.150 g of soil are sieved to 2 mm and a with 50% of the maximum water holding capacity posed. 100 ml of the nutrient solution are previously added to the added water. in the In the dark, oxygen consumption and carbon dioxide evolution are measured where with the rotary shaker with 100 rpm for a slight ground movement. By the Zu potential breathability can be determined by adding 1.5 g glucose. The breathable Activity is depleted of oxygen per 100 g of soil per hour specified.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19734154A DE19734154A1 (en) | 1997-08-07 | 1997-08-07 | Process to choose treatment for municipal or industrial waste |
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DE19734154A DE19734154A1 (en) | 1997-08-07 | 1997-08-07 | Process to choose treatment for municipal or industrial waste |
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DE (1) | DE19734154A1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6416994B1 (en) * | 1997-08-27 | 2002-07-09 | Asahi Breweries, Ltd. | Methanation activity measuring instrument |
CN1303013C (en) * | 2004-06-01 | 2007-03-07 | 同济大学 | Biological treating method for decreasing comprehensive toxic of urban waste water |
US20210222113A1 (en) * | 2018-08-28 | 2021-07-22 | Jinan University | Respirator, measurement device and measuring method for measuring respiratory rate of biofilm |
-
1997
- 1997-08-07 DE DE19734154A patent/DE19734154A1/en not_active Withdrawn
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US11834645B2 (en) * | 2018-08-28 | 2023-12-05 | Jinan University | Respirator, measurement device and measuring method for measuring respiratory rate of biofilm |
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