DE2424116C2

DE2424116C2 - Verfahren zur biologischen Reinigung von Abwasser

Info

Publication number: DE2424116C2
Application number: DE19742424116
Authority: DE
Inventors: Hans Jürgen Prof.Dr. 2320 Plön Overbeck
Original assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Current assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Priority date: 1974-05-17
Filing date: 1974-05-17
Publication date: 1983-11-17
Also published as: JPS50153458A; DE2424116A1; FR2271176A1; FR2271176B1; CA1041681A; GB1472491A; NL7505717A

Abstract

Das angegebene Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass dem Abwasser Enzyme zugesetzt werden, die aus Mikroorganismen gewonnen werden, welche in Gewaessern vorkommen. Die verwendeten Enzympraeparate lassen sich auf hoechst einfache Weise durch Zerstoerung der Zellwaende und Gewinnung der wasserloeslichen Anteile des auf diese Weise freigesetzten Zellinnern gewinnen. Nach der Zerstoerung der Mikroorganismenzellwaende kann die loesliche Fraktion verwendet werden. Vorzugsweise wird aus der von unloeslichen Bestandteilen gereinigten Aufschlussfluessigkeit ein Enzympraeparat durch Zugabe ueblicher Faellungsmittel, wie sie in der Enzymchemie bekannt sind, gewonnen. Aufgrund seiner Einfachheit bevorzugt wird eine Faellung mit Amoniumsulfat, wobei sich eine Faellung des in Loesung gegangenen Enzymeiweises bis zu 70 % Amonsulfatsaettigung als besonders zweckmaessig erwiesen hat. Im allgemeinen werden Enzymzusaetze zwischen etwa 0,1 mg und 5,0 mg/l Abwasser erforderlich sein. Beim erfindungsgemaessen Verfahren tritt ein ausserordentlich beschleunigter Abbau der Verunreinigungen ein, der sich in einer entsprechenden Erhoehung des Sauerstoffverbrauches zeigt. Daher wird das Verfahren vorzugsweise in Verbindung mit einer Sauerstoffzufuhr in das Abwasser angewendet. ...U.S.W

Description

JO

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur biologischen Reinigung von Abwasser.

•C-emäß der DE-OS 23 57 753 ist ein Reinigungsverfahren vorgeschlagen worden, bei dem die aerobe biologische Aktivität von Algen und Mik;oorganismen. die im J» Wasser leben, durch Zugabe von Nährstoffen stimuliert wird bis schließlich anaerobe Bedingungen auftreten. Die Algen und Mikroorganismen sterben dann ab und setzen sich mit Verunreinigungen beladen ab.

Ein Nachteil dieses biologischen Abwasserreinigung«;- -to verfahren ist darin zu sehen, daß dabei erhebliche Schlammengen gebildet werden, welche im wesentlichen aus den Mikroorganismenkolonien bestehen, und für deren Entfernung gesorgt werden muß. Problematisch sind derartige Anlagen auch bei stark wechselndem Anfall an Abwasser. Um unregelmäßig anfallende besonders große Abwassermengen so verarbeiten zu können, daß keine unzulässige Belastung des Vorfluters befürchtet werden muli, ist es in vielen Fällen erforderlich, die gesamte Kläranlage größer auszulegen, als dies bei den > <> regelmäßig anfallenden Abwassermengen erforderlich wäre.

Aufgabe der Erfindung ist, die Wirksamkeit der biologischen Abwasserreinigungen so zu verbessern, daß die Größe der Anlagen herabgesetzt werden kann, der ·> Schlammanfall vermindert wird und stoßweise auftretende, besonders hohe Belastungen ohne besondere bauliche Maßnahmen, wie Rückhaltebecken und dergleichen, aufgefangen werden können.

UiTlndungsgcmäU wird diese Aufgabe dadurch gelöst. ^b0 daß dem Abwasser Enzyme zugesel/t werden, die aus im Wasser lebenden Mikroorganismen gewonnen werden.

Als Ausgangsmikroorganismen können allgemein Im Wasser lebende Mikroorganismen im Rahmen der Erfindung verwendet werden. Vorzugsweise werden jedoch ^h' solche Mikroorganismen für die Gewinnung der Enzyme verwendet, welche in verschmutzten Gewässern vorkommen, und besonders bevorzugt sind Enzyme aus Mikroorganismen, welche in dem zu reinigenden Abwasser selbst auftreten. Beispielsweise läßt sich eine besonders geeignete Enzympräparation aus den Mikroorganismen gewinnen, die bei der biologischen Abwasserreinigung, sei es im Belebtschlammverfahren oder im Tropfkörperverfahren, für die Klärung des Abwassers verantwortlich sind. Überraschenderweise wurde gefunden, und hierauf baut die Erfindung auf, daß die gewünschte Abwasserreinigung nicht an die lebenden Mikroorganismen gebunden ist. sondern auch durch die in diesen enthaltenen Enzyme in gleicher Weise erfolgt.

Die für die Gewinnung der erfindungsgemäß eingesetzten Enzyme verwendeten Mikroorganismen sollen nicht reine Stämme, sondern Mischpopulationen sein, wie sie in Gewässern, insbesondere in Abwässern, auftreten.

Die erfindungsgemäß verwendeten Er/ - mpräparale lassen sich auf höchst einfache Weise durch Zerstörung der Zellwände und gewinnung des wasserlöslichen Anteils des auf diese Weise freigesetzten Zellinneren gewinnen. Zahlreiche Methoden zur Zerstörung der Zeiiwände von Mikroorganismen, insbesondere von aeroben Bakterien, sind dem Fachmann bekannt und brauchen hier nicht im einzelnen erläutert zu werden. Bevorzugt werden jedoch im Rahmen der Erfindung solche Aufschlußverfahren, bei denen keine zusätzlichen chemischen Verunreinigungen eingeführt werden, also vor allem mechanische Aufschlußverfahren.

Nach der Zerstörung der Mikroorganismenzellwände kann die lösliche Fraktion als solche im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden. Zweckmäßig werden die unlöslichen Anteile abgetrennt, dies ist jedoch nicht unbedingt erforderlich. Vorzugsweise wird aus der von unlöslichen Bestandteilen gereinigten Aufschlußflüssigkeit ein Enzympräparat durch Zugabe üblicher Fällungsmittel, wie sie in der Enzymchemie bekannt sind, gewonnen. Aufgrund seiner Einfachheit wird hierbei eine Fällung mit Ammoniumsulfat bevorzugt, wobei sich eine Fällung des in Lösung gegangenen Enzymeiweißes bis zu 7CK Ammonsulfaisättigung als besonders zweckmäßig erwiesen hat.

Die zugesetzten Mengen an Enzymen hängen von den jeweils vorliegenden Verhältnissen und von der Art des Enzympräparates ab. Insbesondere ist die Art und Menge der Verunreinigungen, die Herkunft des Enzympräparates und die Art der Herstellung des Enzympräparates für die einzusetzenden Mengen ausschlaggebend. Außerdem hängt die zugesetzte Menge davon ab. ob der Abbau der Verunreinigungen alleine durch die i »gesetzten Enzympräparate erfolgen soll oder die Enzympräparate zusätzlich zu den lebenden Mikroorganismen im biologischen Abbauverfahren eingesetzt werden. So Ist es im letzteren Fall beispielsweise möglich, das erfindungsgemäße Verfahren nur dann anzuwenden, wenn durch ungewöhnlich starken Abwasscranfall oder durch eine das übliche weit übersteigende sloßartige Verschmutzung die Kapazität der Abwasserkläranlage nicht mehr ausreicht. In diesem Falle ist es durch den Zusatz gemäß der Erfindung möglich, die Geschwindigkeit des Abbaus der Verunreinigungen wesentlich zu steigern und damit gewissermaßen die Kapazität der Anlage zu vergrößern.

Im allgemeinen werden für zufriedenstellende Ergebnisse Enzymzusätze zwischen etwa 0,1 mg und 5,0 mg/1 Abwasser erforderlich sein.

Bei der Anwendung des crfindungsgemäßen Verfahrens wurde auch festgestellt, daß der Enzymzusatz In Gegenwart von anderen, die Verunreinigungen abbauenden Mikroorganismen zu einer Steigerung der Abbautä-

tigkeit und des Wachstums der Mikroorganismen selbst führt. Dieser Effekt kann noch dadurch verstärkt werden, daß dem Abwasser noch zusätzlich Nährstoffe für die darin enthaltenen Mikroorganismen zugesetzt werden. Beispiele für derartige Nährstoffe sind Kohlenstoff- ■-, quellen (C-Quellen) wie Kohlehydrate oder Aminosäuren. Mineralsalze und dergleichen. Ein derartiger Zusatz hai zwar den Nachteil, daß die Menge des als Verunreinigung zu betrachtenden organischen Materials im Abwasser erhöht wird, dieser Nachteil wird jedoch mehr als w ausgeglichen durch die Erhöhung der Aktivität der abbauenden Mikroorganismen.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren tritt ein außerordentlich beschleunigter Abbau der Verunreinigungen ein, der sich in einer entsprechenden Erhöhung des Sauer- ι -. stoffverbrauches zeigt. Das erfindungsgemäße Verfahren wird daher vorzugsweise in Verbindung mit einer Sauerstoffzufuhr in das Abwasser angewendet. Insbesondere eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren in Kombination mit Methoden, bei denen das Abwasser belüftet m> wird, beispielsweise im Tropfkörperverfahien, im Tauchkörperverfahren und im Belebungsverfahren mit Lufteintrag durch Druckbelüftung, Oberflächenbelüftung und kombinierte Befüftungsverfahren. Erfindungsgemäß ist es möglich, den Abbau von Abwässern in Kläranlagen :'■ gegebener Größe zu beschleunigen bzw. ohne bauliche Maßnahmen die Kapazität von Kläranlagen zu vergrößern oder die Qualität des in den Vorfluter geleiteten Abwassers zu verbessern. Durch die erhöhte Abbauintensität. die erfindungsgemäß erzielt wird, werden auch die :» anfallenden Schlammigen verringert. Falls ohne Mikroorganismen gearbeitet wird, kann scny\r ein Schlammanfall vollständig vermieden werden.

Die Wirksamkeit des erfindungsgemi^n Verfahrens zeigen die in den folgenden Beispielen beschriebenen :"· Versuche.

Beispiel I
A. Herstellung eines Enzympräparates

400 ml Seewasser aus einem verstärkten verschmutzten See (Edebergsee bei Plön) als Mikroorganismenquelle wurde zur Beimpfung von 10 I handelsüblicher Mlkroorganismenniihrlösung auf Basis von Fleischextrakt und Pepton (Difco Nutrient-Broth) verwendet. Die erhaltene i> Mischung wurde 6 Tage bei 27" C bebrütet. Die gewonnene Bakterienkultur wurde abzentrifugiert und zweimal mit Tris-Puffer.pH 7,8 gewaschen. Die gewaschenen Zellen wurden dann in der Kälte mit Ultraschall aufgeschlossen. Die unlöslichen Zellwandtrümmer wurden >" abzentrifugiert und der klare Überstand mit Ammoniumsulfatlösung auf 60% Sättigung gebracht. Der Niederschlag wurde abzentrifugiert und im klaren Überschlag erneut Ammoniumsulfat bis auf 70% Sättigung zugegeben. Die erhaltenen Niederschläge, die im folgenden als >'■ 60%-Niederschlag und als 70%-Niederschlag bezeichnet werden, wurden mit Tris-Puffer pH 7,8 aufgenommen und für die weiteren Versuche verwendet.

B. In einer Versuchsreihe wurde ein künstliches Wasser, bestehend aus Wasser aus dem Edebergsee unter en Zusatz von 0,15 mg Glucose/I und 0,15 mg Glutaminsäure/l verwendet. Der Abbau der Verunreinigungen ohne und mit Zusatz von Enzympräparat wurde anhand der Sauerstoffzehrung verfolgt.

Die Versuchsansätze wurden in lOO-ml-Steilbrustfla- tn sehen durchgeführt. Sauerstoffbestimmungen erfolgten nach 0, 2 und 4 Tagen. Die Temperatur betrug 27° C.

Versuchsansatz und Ergebnisse zeigt Tabelle I.

Tabelle

Versuch Nr. mg O₂/!

Mittelwert

OyZehrung

OTage

2 Tage

4 Tage

11,0

11,2 11,4 10,6 10,3 10,5 10,6

6,4 6,3 6,7 0,0 0,0 0,3 0,3

2,4 2,3 2,0 0,0 0,0 0,0 0,0

11,1

11,3 10,4 10,6

6,3 6,7 0,0

0,3

4,8

4,6 10,5

10,3

2,3	8,8
2,0	9,3
0,0	10,5

0,0

10,6

Anmerkungen Versuche I und 2: Edebergseewasser Versuche 3 und 4: Edebergseewasser + 0,15 mg Glucose + 0,15 mg

ülulaminsaure/l Versuche 5 und 6: wie Versuche 3 und 4 + 0,1 ml 60%-Enzym-

präparat Versuche 7 und 8: wie Versuche 3 und 4 + 0,1 ml 70%-Enzym-

präparat

Die obigen Werte zeigen, daß erfindungsgemäß der gesamte Sauerstoff bereits nach 2 Tagen verbraucht ist. In den Kontrollversuchen ohne Enzymzusatz (Versuche I bis 3) ist auch nach 4 Tagen noch Sauerstoff vorhanden.

Beispiel

Es wurden die Versuche von Beispiel I wiederholt, jedoch wurde ein Enzympräparat als Zusatz verwendet, bei welchem von vornherein bis 70% Ammonsuifatsättigung gefällt wurde. In drei Versuchen wurde Edebergseewasser (Versuch 8), Edebergseewasser+ 0,15 mg Glucose + 0,15 mg Glutamlnsäure/I (künstliches Abwasser: Versuch 10) sowie künstliches Abwasser nach Versuch 8 + 0,ImI Enzympräparat eingesetzt. Die Keimzahlen wurden für jeden Versuchsansatz zu Beginn und während der folgenden 4 Tage bestimmt. Die Ergebnisse zeigt nachstehende Tabelle

Tabelle 2

Versuch Nr. Keimzahlen je ml -

9
IO
II

1860 1760 2268

2126 2859 3534

2224 2224 4063

1275 1240 1110

1641 1713 1771 Versuch 9
10

186
142

Aus den obigen Reimzahlen ergeben sich folgende Werte für die Uenenitionsdauen

Die obigen Versuche zeigen, dali die Keimzahl beim erfindungsgemälien Verfahren gegenüber der Konirolle deutlich erhöht und die Generationsdauer dementsprechend herabgesetzt wird. Der Proteingehall der Bakierienbiomasse, die beim erfindungsgeniälien Verfahren erhalten wurde, war deutlich höher als die in Form des Enzympräparates zugesetzte Proleinmenge. Dies kann nur auf einen erhöhten Abbau zurückgeführt werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur biologischen Reinigung von Abwasser, dadurch gekennzeichnet. daß dem -, Abwasser Hnzyme zugesetzt werden, die aus Im Wasser lebenden Mikroorganismen gewonnen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Enzyme aus Mikroorganismen zugesetzt werden, welche im zu reinigenden Abwasser vorkom- m men.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daB ein durch Zerstörung der Zellwände der Mikroorganismen gewonnenes Enzympräparat zugesetzt wird. π

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Enzympräparat zugesetzt wird, welches aus der von unlöslichen Bestandteilen befreiten Aufschlußlösung der Mikroorganismen durch Fällung mit Ammoniumsutfat bei einem Sättigungsgrad von bis zu 70". erhalten wird.