DE3312579A1

DE3312579A1 - Verfahren zur durchfuehrung von mikrobiologischen umsetzungen bei enger verweilzeitverteilung

Info

Publication number: DE3312579A1
Application number: DE19833312579
Authority: DE
Inventors: Marko Prof. Dr. 5000 Köln Zlokarnik
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1983-04-08
Filing date: 1983-04-08
Publication date: 1984-10-11

Description

Verfahren zur Durchführung von mikrobiologischen Um-
setzungen bei enger Verweilzeitverteilung Es ist bereits bekannt, die Verweilzeitverteilung des Substrates bei kontinuierlich beaufschlagten Fermentern dadurch einzuengen, daß der Fermentationsraum in mehrere, kontinuierlich nacheinander von dem Substrat durchströmte Fermentationsräume aufgeteilt wird. Durch eine solche Einengung der Verweilzeitverteilung kann das Gesamt-Fermentervolumen erheblich reduziert werden.
Jedoch wirkt sich die in den aufeinanderfolgenden Kaskadenstufen abnehmende Konzentration des Substrates auf die Biomasse negativ im Hinblick auf eine Aktivitätsabnahme aus. Eine Mischpopulation, wie sie beispielsweise bei der Abwasserreinigung vorliegt, reagiert bei einer solchen Arbeitsweise außerdem noch durch Populationsverschiebungen in den einzelnen Stufen, da sich die Substratzusammensetzung entsprechend den unterschiedlichen Abbaugeschwindigkeiten der verschiedenen Abwasserinhaltstoffe in den einzelnen Kas- kadenstufen ändert. Kommt es zu einem stoßweisen Zulauf giftiger Substanzen, so pflanzt sich dieser infolge fehlender Rückvermischung unverdünnt in der Kaskade fort und kann die Biomasse schädigen oder gar abtöten. In der Abwassertechnik ist dieser nicht auszuschließende Störfall die Hauptursache dafür, daß die sonst günstige, weil volumensparende, Möglichkeit der Kaskadenschaltung nicht praktiziert wird. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist nun eine Verfahrensführung, die die genannten Nachteile überwindet. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet daß die Biomasse im Gegenstrom zum Substrat geführt wird, wobei die aus der letzten Kaskadenstufe abgetrennte Biomasse in die erste Kaskadenstufe zurückgeführt wird.
Bevorzugt erfolgt die Abtrennung der Biomasse in jeder Kaskadenstufe durch Flotation, da hierbei besonders hohe Konzentrationen an Biomasse in dem zurückzuführenden Schlamm bzw. Schaum erreicht werden. Ein solches Flotationsverfahrens ist in der Europäischen Offenlegungsschrift 35 243 beschrieben. Vorzugsweise wird erfindungsgemäß das dort beschriebene Flotationsverfahren eingesetzt.
Wesentliches Erfindungsmerkmal ist die Einführung der aus der ersten Kaskadenstufe abgetrennten Biomasse in die letzte Kaskadenstufe, d.h. die Einführung einer aufgrund des hohen Substratangebotes in der ersten Stufe hochaktiven Biomasse in eine Stufe mit nur noch geringem Substratangebot. Hierdurch kann auch in der letzten Stufe noch eine hohe Aktivität der Biomasse gewährleistet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren der Abtrennung der Biomasse in jeder Kaskadenstufe, Führung der Biomasse im Gegenstrom zum Substrat in den Kaskadenstufen, und Rückführung der Biomasse aus der ersten Stufe in die letzte Stufe ist insbesondere bei der Abwasserreinigung von Bedeutung. Bei der biologischen Reinigung von Abwasser ist immer damit zu rechnen, daß es zu einem stoßweisen Zulauf von hochgiftigen Substanzen kommt. Die Biomasse in der ersten Kaskadenstufe wird dann stark geschädigt.
Indem die geschädigte Biomasse nun von der ersten Stufe abgetrennt wird und in die letzte mit unvergiftetem Substrat überführt wird, kann die Biomasse regenerieren.
Gleichzeitig wird in die erste Stufe ungeschädigte Biomasse aus den darauffolgenden Stufen eingeführt.
Wenn demnach in der mittleren Stufe ein Substrat mit durch Abbau und Verdünnung reduziertem Giftstoffgehalt mit der im Gegenstrom geführten ursprünglich geschädigten Biomasse in Berührung kommt, hat die ursprüngliche Biomasse durch Verdünnung und Regeneration auf unvergiftetem Substrat ihre Aktivität zurückgewonnen. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden demnach auch hochtoxische stoßweise Zuläufe gut verkraftet.
Besondere Bedeutung hat das erfindungsgemäße Verfahren, wenn immobilisierte Biomasse eingesetzt wird. In diesem Falle ist man bemüht, die Biomasse im System zu halten.
Ein Austrag von geschädigter Biomasse würde ein solches Verfahren wirtschaftlich ungünstig belasten. Als Immobilisationsträger für die Biomasse kommen bei solchen Verfahren Aktivkohle, Ionenaustauscher oder Polyurethan- gele in Frage, die in feinteiliger Form im Abwasser vermischt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt eine Reihe von Abwandlungen, die für spezielle Fermentierungsprozesse Vorteile bieten können.
Nach der einfachsten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden n Kaskadenstufen vom Substrat in der Reihenfolge Stufe 1 bis Stufe n durchströmt. Die Biomasse wird in jeder Stufe abgetrennt und in der Reihenfolge 1-n-(n-1)....-3-2-1 geführt.
Eine Ausbildung der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß eine zusätzliche Kaskadenstufe n + 1 hinter die letzte Kaskadenstufe n hinzugefügt wird, wobei die Biomasse folgendermaßen geführt wird: 1-n-(n-1)....-3-2-(n+1)-1.
Diese Verfahrensführung hat den Vorteil, daß bei stoßweiser vergifteter Substratzuführung in die erste Kaskadenstufe die stark geschädigte Biomasse der ersten Kaskadenstufe in die nun vorletzte Kaskadenstufe n überführt wird. Die nun letzte Kaskadenstufe n + 1 erhält erst später weniger stark geschädigte Biomasse aus der 2. Kaskadenstufe, in die weniger giftiges, bereits verdünntes Substrat, eingeführt war.
Die Aktivität immobilisierter Biomasse wird wesentlich durch die Auswahl des Immobilisationsträgers mitbestimmt. Zum Beispiel wird eine unterschiedliche Schädigung der Biomasse durch Zuführung verschiedener Giftsubstanzen in Abhängigkeit vom Substrat beobachtet. Erfindungsgemäß ist es nun möglich, in den Kaskadenstufen unterschiedliche Immobilisationsträger für die Biomasse einzusetzen. Zum Beispiel können in den Kaskadenstufen alternierend zwei verschiedene Immobilisationsträger für die Biomasse eingesetzt werden. Wird z.B. bei einer geraden Zahl von Kaskadenstufen in den ungerade bezeichneten Stufen Aktivkohle als Immobilisationsträger und in den gerade bezeichneten Kaskadenstufen ein Ionenaustauscher als Immobilisationsträger für die Biomasse eingesetzt, würde sich für die Führung der Biomasse folgendes Schema ergeben: 1-(n-1)-(n-3) .. -3-1 und 2-n-(n-2) . . . -4-2 Eine Vermischung der Immobilisationsträger der gerade und ungerade bezeichneten Kaskadenstufen wird durch die flotatiue Abtrennung weitgehend vermieden. Sie erfolgt nur in dem Maße, wie der Immobilisationsträger durch unvollständige Abtrennung mit dem gereinigten Abwasser aus dem System ausgetragen wird und demgemäß auch unvermischt der Kaskade zugeführt wird.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren 1 bis 3 näher erläutert: Fig. 1 zeigt beispielhaft eine Kaskade die aus drei Stufen 1,2 und 3 besteht, wobei die Zahl die Nummer der jeweiligen Kaskade in der Reihenfolge, wie sie von dem durch die Zuleitung 14 zugeführten Substrat durchströmt wird. 15 bezeichnet die Ableitung des behandelten Substrates. In jeder Kaskade sind Flotationstrichterdüsen 8 nach der Europäischen Offenlegungsschrift 35 243 vorgesehen. Mittels Pumpe 10 und Leitung 13 wird der zentrale Treibstrahl der Flotationsdüse 8 erzeugt. Bei 9 wird Gas angesaugt. Oberhalb jedes Behandlungsbehälters ist ein selbsttätiger Flotataustrag 11 vorgesehen, wobei der Schaum durch eine Öffnung 16 überläuft und in dem Sammelbehälter 11 gesammelt wird. Über Leitung 12 wird das Flotat in die Zufuhrleitung 13 für die Treibstrahlpumpe 10 eingespeist. Die Flotatführung erfolgt in der Reihenfolge 1-3-2-1 Fig. 2 zeigt eine weitere Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, wobei hinter der letzten Kaskadenstufe 3 eine weitere Kaskadenstufe 4 vorgesehen ist. Die Flotatführung erfolgt in der Reihenfolge 1-3-2-4-1 Fig. 3 zeigt eine Kaskade mit zwei verschiedenen Flotatkreisläufen. Die Flotatführung erfolgt entsprechend 1-5-3-1 und 2-6-4-2 Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl bei anaeroben als auch bei aeroben Prozessen eingesetzt werden. Wird das Verfahren bei anaeroben Prozessen eingesetzt, wird als Gas für die Flotation Biogas eingesetzt. Eine erfindungsgemäße Verfahrensführung mit getrennten Flotatkreisläufen, wie beispielhaft in Fig. 3 dargestellt, erlaubt die abwechselnde aerobe und anaerobe Behandlung.

Claims

Patentansprüche r7 1) Verfahren zur Durchführung von mikrobiologischen Umsetzungen in kontinuierlich beaufschlagten Fermentern in Kaskadenschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Kaskadenstufe die Biomasse kontinuierlich abgetrennt wird und im Gegenstrom zum Substrat einer anderen Kaskadenstufe zugeführt wird, wobei die aus der ersten Kaskadenstufe abgetrennte Biomasse in die letzte Kaskadenstufe zurückgeführt wird.
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtrennung der Biomasse in jeder Kaskadenstufe durch Flotation erfolgt.