DE2436535A1

DE2436535A1 - Mikrobiologisches verfahren zur entfernung von pathogenen keimen und geloesten organischen stoffen aus fluessigkeiten

Info

Publication number: DE2436535A1
Application number: DE2436535A
Authority: DE
Inventors: Karl Heinz Hartkorn
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-07-29
Filing date: 1974-07-29
Publication date: 1976-02-12
Also published as: DE2436535C2; FR2280588A1; FR2280588B1; CA1057866A; GB1513294A; BE831878A; FI752155A; AT352030B; ATA577975A; SE7508569L; NL7508499A

Description

[ill. Cl.²:

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

C 12 B 1-00

C 02 C 5-12

<X> CM

Offenlegungsschrift 24 36 535

Unionspriorität:

Aktenzeichen:	P 24	36 535.3
Anmeldetag:	29.	7.74
Offenlegungstag:	12.	2.76

Bezeichnung:

Mikrobiologisches Verfahren zur Entfernung von pathogenen Keimen
und gelösten organischen Stoffen aus Flüssigkeiten

Anmelder:

Hartkorn, Karl Heinz, 6085 Nauheim

Erfinder:

gleich Anmelder

ORIGINAL INSPECTED

4690 Herne, FreiligrathstraSe 19 Postfach 140

Pai.-Anw. Kerrmann-Trenlepohi Fernsprecher: 51013 51014

Telegrammanschrift: Bahrpatsnta Herne Telex 08 229

P 24 56 535.3

Dipl.-Ing. R. H. Bahr

DipL-Phys. Eduard B&tzle?

DipL-Jng. W. Herrmann-Trentepohl

PATENTANWÄLTE

U-M

NAGHGEREICHT

8000 MQnchen 40, E'scnacher Straße 17 Pat.-An ν.. Bttzlir Fer.iip.-echer: 38 3011 36 3012 36 3013

Telegrammanschrift: Babetzpat München Telex 5215330

Bankkonten:

Bayerische Vereinsbank München 952 Dresdner Bank AQ Heme 7-520 499 Postscheckkonto Dortmund 553 68-467

^Ref-^: MO 4934 B/ks

In der Antwort bitte angeben Zuschrift bitte na

3. Juli 1975

Karl Heinz Hartkorn, 6085 Nauheim, Heinrich-Zille-Straße 37

Mikrobiologisches Verfahren zur Entfernung von pathogenen Keimen und gelösten organischen Stoffen aus Flüssigkeiten.

Bei der Entfernung von organischen Stoffen aus Flüssigkeiten wendet man am häufigsten biochemische Verfahren an, deren Wirkung vom Vorhandensein von in Wasser in der Natur befindlichen Organismen wie Rädertierchen, Glockentierchen, Pantoffeltierchen, Geiseltierchen, Forticalle Camparum, Protozoon usw. bei Anwesenheit von Luftsauerstoff abhängig ist.

In der Regel werden Inhaltsstoffe von der Makro- bis zur Mikrogröße, also 200 - 10 ρ durch Sedimentation aus der Flüssigkeit entfernt, bevor sie entweder in Tropfkörpern oder Belebtschlammanlagen mit einer äquivalenten Menge der vorgenannten Mikroorganismen und Kleinstlebewesen bei gleich-

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zeitiger Zufuhr von Luftsauerstoff zusammengebracht werden.

Kolloidale Inhaltsstoffe, kolloidale Suspensionen und im Grenzbereich zum Ion vorhandene Stoffe v/erden in derartigen biochemischen Stufen zunächst enzymatisch umgewandelt und dann durch Stoffwechselvorgänge der Organismen teilweise oxidiert und teilweise durch Anlagerung an die Organismen adsorptiert.

Voraussetzung zur Erzielung eines großen Wirkungsgrades ist das Vorhandensein eines für die Organismen positiven Milieu's, also Temperatur, pH-Wert um den Neutralwert, die Abwesenheit von Giften wie Bakterizide, Insektizide, Schwermetallen ab einer bestimmten Konzentration sowie das Vorhandensein von Phosphaten und Stickstoffen.

Belebtschlammanlagen mit optimalen Wirkungsgraden werden in der Regel mit einem Belebtschlammanteil von 4 Gramm je Liter Abwasser gefahren.

Die Aufenthaltszeit in den Reaktionsräumen ist von der Zusammensetzung der Inhaltsstoffe der Flüssigkeit abhängig und beträgt zwischen 1 Stunde bis zu manchmal 48 Stunden bei besonders schwierigen Abwässern.

Bei rein kommunalen Abwässern bestehen die gelösten organischen Substanzen aus Kohlehydraten, Eiweiß und Zucker. Sie erlauben einen biochemisch raschen Abbau. Allerdings fallen bei derartigen Reinigungsprozessen gemessen im Imhofftrichter nach einer halben Stunde im Durchschnitt 250 ml je Liter Abwasser-Schlammgemisch an absetzbaren Schlämmen an, die sich nur schwer entwässern lassen, auch wenn sie wegen ihrer hygienischen Gefahren noch sogenannten Faultürmen vor der Entwässerung zugeführt werden.

Hochkonzentrierte Abwässer, wie sie beispielsweise aus

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\) Jb

Schlachthöfen, Molkereien, Konservenfabriken und Abdeckereien anfallen, können nach den vorliegenden Erfahrungen nur in sogenannten Langzeitbelebungsanlagen

befriedigend gereinigt werden, wobei die Raumbelastung teilweise bis zu 0,3 kg BSB,-Tag herabgesetzt werden muß.

teilweise Ms zu 0,3 kg BSB,- je nr Belebungsraum und

Bei Abwässern der Papier- und Zellstoffindustrie treten ähnliche Schwierigkeiten auf; hier wirken insbes. die aus dem Holzaufschluß vorhandenen Glukoside, Lignine, Tannine und Holzzucker erschwerend beim biochemischen Abbau. Vielfach werden bei derartigen Abwässern nach der biochemischen Reinigung BSB^-Ablaufwerte gemessen, die recht befriedigend sind, jedoch liegen die Werte des Kalium-Permanganatverbrauches und des chemischen Sauerstoffbedarfes nach der Dichromat-Methode vielfach unvertretbar höher als der gemessene Biochemische Sauerstoffbedarf. Die Differenzen zeigen in vielen Fällen, daß durch die biochemischen. Prozesse nur ein Teil-Abbau erfolgt und bei der BSB_r-Messung die tatsächliche Restbelastung nicht erfaßt wird.

Die Ursache für die Differenzen des letztgenannten Beispieles sind weitgehend im nicht genügenden enzymatischen Aufschluß der Flüssigkeitsinhaltsstoffe vor der eigentlichen biochemischen Oxidation und Adsorption zu suchen.

Abwässer aus der Landwirtschaft verhalten, sich ähnliche schwierig bei den bekannten biochemischen Abbauprozessen. . Bei Abwässern aus der Massenhaltung von Schweinen ist be-. kannt, daß rund 30% der verfütterten Eiweißstoffe unverdaut die Tiere verlassen und erst nach komplizierten Spaltprozessen für die Oxidation durch die Organismen biologischer Anlagen bereitstehen.

Bereits in normalem häuslichem Abwasser sind zahlreiche pathogene Keime enthalten, die biochemisch nicht abgebaut

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werden, sondern allenfalls durch Adsorption an die Bioschlämme aus dem Abwasser entfernt werden. Mit Sicherheit kann unterstellt werden, daß in jedem normalen häuslichen Abwasser je ml mindestens 1.000.000 Keime enthalten sind; überwiegend handelt es sich dabei um Eschieria CoIi, allerdings ist der Anteil an fakultativ pathogenen Keimen sehr hoch, so daß Abwasser als hochinfektionös anzusprechen ist.

Gut funktionierende biochemische Reinigungsanlagen entfernen durch Adsorption 98% der Keime. Anhand des oben angeführten Beispieles verbleiben demnach im Ablauf einer gut geführten bilologischen Reinigungsanlage je ml noch immer 10.000 Gesamtkeime. In öffentlichen Gewässern, die zum Baden für Menschen und zum Tränken von Tieren zugelassen sind, dürfen maximal 10 Keime je ml vorhanden sein.

Durch die steigenden Mengen selbst von gereinigtem Abwasser zu der immer gleichbleibenden Menge an Oberflächenwasser erhöht sich also zunehmend die Gefahr der Infektion durch Abwässer.

Das erfindungsgemäße Verfahren vermeidet die vorgenannten Nachteile das Vorschalten eines elektrochemischen Prozesses, dem Elektro-M-Verfahren, durch das alle kolloidalen Stoffe und weitgehend auch die kolloidalen Suspensionen von Flüss-igkeiten entfernt werden. Das Elektro-M-Verfahren wird als bekannt vorausgesetzt.

Die Flüssigkeiten enthalten nach dem Prozess weitgehend nur noch Teile kolloidaler Suspensionen und die gelösten organischen Substanzen neben anorganischen Inhaltsstoffen.

Da durch den elektrochemischen Prozess eine weitgehende ■ Entkeimung der Flüssigkeiten erfolgt, wird die ablaufende Flüssigkeit mit Milchsäure-Bakterien aus der kaukasischen Kefir-Gruppe geimpft.

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Es handelt sich hierbei um mikrobische Organismen, die sich selbst im saueren Bereich und bis zu pH-Werten von 10 noch durch Zellteilung sehr schnell unter Anwesenheit von Luft* sauerstoff vermehren und nach entsprechender'Gewöhnung an das Milieu insbesondere Zucker, Glukose, Eiweiße und Fette oxidieren.

Es wurde in Versuchen festgestellt, daß wegen der Fähigkeit der Kefir-Organismen, Eiweiße zu spalten, ein gewisser Kannibalismus entsteht, der sich positiv auf die bekanntlich ' ebenfalls auf Eiweißbasis existierenden pathogenen Keime in den Flüssigkeiten auswirkt.

Die Folge der Verfahrensweise, daß zuerst mittels elektrochemischer Prozesse oder der ebenfalls möglichen, jedoch wegen ihrer großen Schlamm-Mengen und anderer für den Gewässerschutz nachteiliger Folgen wie Auf salzung,. Erhöhung "der SuIfatfrachten usw., chemischen Prozesse das Abwasser oder andere Flüssigkeiten weitgehend von allen. Inhaltsstoffen bis zu dem kolloidalen Suspensionen und den gelösten Stoffen befreit wird und dann dem Einwirken der Kefir-Mikroorganismen ausgesetzt wird, ist, daß gegenüber bekannten biochemischen Prozessen eine entscheidend niedrigere Schlamm-Menge als Überschuß-Schlamm anfällt.

In mehreren Fällen wurde festgestellt, daß erst nach zusätzlicher Ausflockung mit organischen Fällungsmitteln geringe Mengen Schlamm aus dem gereinigten Wasser entfernt werden konnten.

Die Kefir-Mikroorganismen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden aus dem Kefir-Pilz unter Zugabe von weitgehend entfetteter Milch bei Raumtemperaturen gezüchtet, wobei die Milch den Organismen als Nährstoff dient. Dabei wird die Nährlösung zersetzt und es verbleibt eine kugelförmige, zusammenhängende Kultur. Die Kultur wird abgesiebt und mit Trinkwasser ausgewaschen.

λ j*, m Λ

Nach dem ersten Waschgang wird auf einen Teil der verbleibenden Kultur vorzugsweise der zehnfache Teil Wasser zugegeben, dann dispergiert und die Suspension anschließend zentrifugiert. Das Zentrifugat wird als Impfstoff der zu reinigenden Flüssigkeit zugesetzt.

Es ist auch möglich, die Kultur nach dem ersten Waschgang direkt der zu reinigenden Flüssigkeit zuzugeben.

Erfahrungsgemäß wird bei Verwendung des Zentrifugates als Impfstoff das geimpfte Wasser einer tropfkörperähnlichen Kolonne zugeführt, in der allerdings in Abweichung vom Tropfkörper-FüTlmaterial Füllkörper in zylindrischer Form, bestehend aus nichtrostendem, antimagnetischen Stahlgewebe mit Maschenweiten von weniger als 300^u verwendet werden. Dadurch wird eine bedeutende Vergrößerung der Oberfläche in der Kolonne gegenüber normalem Tropfkörpermaterial erzielt und je. Gramm des Füllkörpermaterials für den mikroorganismischen Rasen eine

Oberfläche als 2 m bereitgestellt.

Die mit den Mikroorganismen geimpfte Flüssigkeit wird mehrfach über die Kolonne gepumpt, wobei wie bei einem Tropfkörper das einlaufende Wasser über einen Drehsprenger auf die Kolonne, gelangt.

Beispiele der Reduzierung von chemischem Sauerstoffbedarf nach der Dichromat-Methode:

1.) Vorgereinigtes Abwasser einer Toilettenpapierfabrik

■ nach elektrochemischer Behandlung mit dem Elektro-M-Ver- fahren CSB 40 mg/l,

1.1 nach Zugabe von 2 ml Mikroorganismen-Zentrifugat je Liter und 2 Stunden Aufenthalts zeit in der Tropfkolonne CSB 10 mg/l.

2.) Vorgereinigtes häusliches Abwasser

nach elektrochemischer Behandlung mit dem Elektror-M-Verfahren CSB 184 mg/l.

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2.1 nach Zugabe von 5 ml Mikroorganismen-Zentrifugat je Liter und 4 Stunden Aufenthaltszeit in der Tropfkolonne CSB 28 mg/1.

3.) Vorgereinigtes Textilabwasser - aus Dispersionsfärbung -

nach elektrochemischer Behandlung mit dem Elektro-M-Verfahren CSB 296 mg/1,

3.1 nach Zugabe von 10 ml Mikroorganismen-Zentrifugat je Liter und 2 Stunden Aufenthaltszeit in der Tropf kolonne CSB 194 mg/1,

3.2 nach weiteren 2 Stunden CSB 82 mg/1,

3.3 nach weiteren 2 Stunden CSB 41 mg/1

4.) Dem Wasser nach 3.2 wurden innerhalb 2 Stunden 50% vorgereinigtes kommunales Wasser zugegeben Einlauf-CSB 225 mg/1,

4.1 nach 2 Stunden Aufenthaltszeit in der Tropfkolonne CSB 62 mg/1,

4.2 nach weiteren 2 Stunden CSB 34 mg/1.

5.) Dem Wasser nach 4.2 wurden innerhalb 1 Stunde 50% vorgereinigtes Textilabwasser zugegeben. Einlauf-CSB 330 mg/l,

5.1 nach 2 Stunden Aufenthaltszeit in der Tropfkolonne CSB 194 mg/1, nach 4"Stunden CSB 152 mg/1,

5 0 9 S 8 7 / 1 η 1

nach 8 Stunden
CSB 48 mg/1.

Der BSBc dieser Probe wies 20 mg/l aus.

6.) Vorgereinigtes Abwasser aus einer Hautleimfabrik

nach elektrochemischer Behandlung mit dem Elektro-M-Verfahren CSB 883 mg/1,

6.1. nach Zugabe von 20 ml Mikroorganismen-Zentrifugat je Liter und 2 Stunden Aufenthaltszeit in der eingearbeiteten Tropfkolonne CSB 182 mg/1,

nach 6 Stunden Aufenthaltszeit in der Tropfkolonne CSB 52 mg/1.

Auch die Impfung von klassischen biochemischen Belebtschlammstraßen mit dem Zentrifugat der Kefir-Mikroorganismen oder den ausgewaschenen Pilzkulturen zeigt beachtliche Verbesserungen des Wirkungsgrades, bezogen auf die Verweilzeit des Wassers in der Biostufe.

Allerdings konnte keine wesentliche Änderung der Überschuß-Schlamm-Mengen festgestellt werden, was bei. reiner Zugabe der Impfmasse eindeutig festgestellt wurde.

Visuell verliert das unter Zugabe der Kefir-Mikroorganismen behandelte Wasser weitgehend seine Resttrübe und der Geruch ist im Gegensatz zu den Abläufen bekannter Biostufen nicht muffig oder erdig, sondern frisch bzw. neutral.

Die Mikroorganismen können als außerordentlich stabil angesprochen werden, wie einige Versuchsbeispiele zeigen:

Beispiel 1: Die aus der Milch-Nährlösung entnommene Kultur wurde in einer Petrischale 8 Tage in einem

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sterilen Schrank aufbewahrt und erst dann ausgewaschen und zentrifugiert. Im Zentrifugat waren zahlreiche Kefir-Mikroorganismen enthalten, die sich nach Zugabe von Nährlösungen sehr .schnell vermehrten*

Beispiel 2: Beispiel 3:

Das aus dem Beispiel 1 gewonnene Zentrifugat wurde 26 Tage lang in einer Schliff-Flasche mit 50% freiem Raumvolumen bei einer Temperatur von 6° C + in einem Kühlschrank aufbewahrt und dann das Zentrifugat wieder zum Animpfen von Abwasser verwendet. Im Zentrifugat waren die Mikroorganismen reichlich vorhanden. Abgestorbene Zellen konnten nicht festgestellt werden.

Eine mit dem Zentrifugat nach Beispiel-2 geimpfte Tropfkolonne zeigte nach 8-wöchiger Versuchsdauer eine so zahlreiche Kultur, daß weiteres Animpfen auch bei Reinigungsversuchen mit den verschiedensten Abwässern nicht mehr notwendig war.

Die mit den Abwässern in die Kolonne gelangenden Aerobier, die bei der normalen biochemischen Reirigung Verwendung finden, wurden von den Kefir-Mikroorganismen nicht beeinträchtigt.

Allerdings konnte auch hier festgestellt werden, daß die Überschuß-Schlamm-Menge beträchtlich reduziert wurde, so daß unterstellt werden kann, daß die Hauptreinigungsleistung den Kefir-Mikroorganismen zugeschrieben werden kann.

Bei der Verwendung der Tropfkolonne wurde vorzugsweise mit einem Körper gearbeitet, dessen Höhe das 20-fache seines Durchmessers betragen hat. Das Brutto-Volumen wurde durch die Metall-Füllkörper um 50% reduziert.

Patentansprüche:

Claims

Patentansprüche

''y. Verfahren zur Entfernung von pathogenen Keimen und gelösten organischen Substanzen aus Flüssigkeiten, d a d u r ch gekennze ichnet, daß der Flüssigkeit nach entsprechender elektrochemischer Vorreinigung Kefir-Milch-Säure-Bakterien in Form eines Zentrifugates, gewonnen aus der Auswaschung von Kefir-Pilzkulturen, zugeführt wird und die Flüssigkeit mit den Bakterien vermischt über eine zylinderförmige Kolonne geleitet wird, deren Füllkörper aus zylindrisch geformten Geweben aus antiraagnetischem, nichtrostendem Stahl großer Oberfläche bestehen, an die. sich die Mikroorganismen der Kefir-Gruppe anlagern, einen biologischen Rasen bilden und bei Zufuhr von Luftsauerstoff und mehrfachem Hindurchleiten der Flüssigkeiten durch die Kolonne die organischen Flüssigkeitsinhaltsstoffe einschließlich der pathogenen Keime als Nährstoff aufnehmen, so daß durch die mikrobid-ogischen Prozesse der Kefir-Bakterien die Flüssigkeiten von diesen Stoffen befreit werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu reinigenden Flüssigkeiten zum Zwecke der Vorreinigung mittels chemischer Ausfällung von den Makro- bis zu den kolloidalen Substanzen befreit werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2,dadurch gekennzeichnet, daß die Vorreinigung der Flüssigkeiten durch Sedimentation oder Sedimentation und normale biochemische aerobe Ri nigung vor Zugabe der Kefir-Milch-Säure-Bakterien und Einlei rung in die Kolonne erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 3» dadurch gekennzeichnet, daß der sich bildende biologische Rasen mit herkömm-

lichen Aerobien angereichert wird und durch ständige Zugabe der Mikroorganismen der Kefir-Gruppe diese Mikroorganismen zahlenmäßig überlegen sind.
5. Verfahren zur Entfernung pathogener Keime und gelöster organischer Substanzen aus Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, daß Milch-Säure-Bakterien der Kefir-Gruppe dem Zulauf von bekannten aeroben Belebtschlamm-Anlagen zugegeben werden. - - -
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß zur Züchtung der Kefir-Milch-Säure-Bakterien statt entfetteter Milch Magermilchpulver mit Trinkwasser versetzt als Nährlösung verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Behandlung der Flüssigkeit mit Kefir-Milch-Säure-Bakterien die Flüssigkeit zur Entfernung der restlichen Keime und der kolloidalen Suspensionen einer elektrochemischen Koagulation nach dem Elektro-M-Verfahren unterzogen wird.

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