DE3434678A1 - Verfahren und vorrichtung zum entfernen von eiweiss und dessen abbauprodukten aus wasser - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum entfernen von eiweiss und dessen abbauprodukten aus wasser

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DE3434678A1 DE19843434678 DE3434678A DE3434678A1 DE 3434678 A1 DE3434678 A1 DE 3434678A1 DE 19843434678 DE19843434678 DE 19843434678 DE 3434678 A DE3434678 A DE 3434678A DE 3434678 A1 DE3434678 A1 DE 3434678A1
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Description

Dipl.-Ing. W. Dahrk* »:- "-- ·-" '--" : 19. September 1984 Dipl.-lng. H.-J. Lippert L/Ma
Patentanwälte
Frankenforster Straße 137
5O60 Bergisch Giadbach 1
Hellmut Gunter Hofmann
5063 Overath-Eulenthal
"Verfahren und Vorrichtung zum Entfernen von Eiweiß und dessen Abbauprodukten aus Wasser"
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen von Eiweiß und dessen Abbauprodukten aus Wasser, wobei mit dem zu reinigenden Wasser ein Filtermaterial umspült wird, das eine große Kontaktfläche aufweist, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Aus der US-PS 3 957 017 ist ein Verfahren bekannt, bei dem das zu reinigende Wasser durch einen Filter aus offenzelligem Polyurethanschaum geleitet wird. In diesem Filter werden die Eiweißabbauprodukte Ammonium und Nitrite in Nitrate übergeführt. Die Entfernung der ' ebenfalls schädlichen Nitrate aus dem Wasser ist nach diesem bekannten Verfahren nicht möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Methode zu schaffen, sämtliche Eiweißabbauprodukte mit geringem Aufwand aus dem Wasser zu entfernen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß als Filtermaterial ein inerter Trägerstoff verwendet wird, der bakteriophile Nährstoffe enthält und diese langsam über einen größeren Zeitraum abgibt bzw. dem die bakteriophilen Nährstoffe von außen zugeführt werden, und
daß in dem Filtermaterial ein aerober und ein anaerober Reaktionsbereich eingestellt wird.
Als Trägerstoff kann Kunststoff material, vorzugsweise aufgeschäumtes Kunststoffmaterial, Blähton oder dergleichen verwendet werden, während als bakteriophile Nährstoffe Lactose und/oder Dextrose und/oder Verbindungen der Phthalsäure und deren Abkömmlinge sowie auch Verbindungen mit Phthalsäure oder dergleichen vorgesehen sein können. Besonders geeignet ist Phthalsäureester. Es ist aber auch ebenso gut möglich, andere bakteriophile Nährstoffe zum Einsatz zu bringen.
Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bildet das mit der großen Oberfläche versehene Filtermaterial ein Substrat, aus dem ständig geringe Mengen an bakteriophilen Nährstoffen ausdiffundieren, bzw. an dem sich die von außen zugeführten bakteriophilen Nährstoffe festsetzen, so daß sich auf dem Substrat sehr schnell die gewünschten Mikroorganismen ansiedeln und sich explosionsartig vermehren können.
In dem aeroben Bereich siedeln sich vornehmlich sogenannte nitrifizierende Bakterien (Nitrifikanten) an, die den durch die Zersetzung von Eiweiß entstehenden Ammoniak zu Nitrat oxidieren. Bei diesen chemolithotrophen Organismen handelt es sich in erster Linie um Vertreter der parasymbiontisch zusammenlebenden Gattungen Nitrosomonas und Nitrobacter, von denen erstere Nitritbildner und letztere Nitratbildner sind.
In dem anaeroben Bereich siedeln sich in erster Linie denitrifizierende Bakterien an, beispielsweise Pseudomonas stutzeri und Micrococcus denitrificans. Diese
Anaerobier benutzen den bei der Reduktion von Nitraten 35
freiwerdenden Sauerstoff als Wasserstoffakzeptor für den Abbau organischer Nährstoffe.
Die Ausbildung des aeroben und anaeroben Bereichs erreicht man dadurch, daß das Filtermaterial von dem zu reinigenden Wasser mit einer vergleichsweise geringen Strömungsgeschwindigkeit umspült wird. Es stellt sich dabei in dem Filtermaterial zunächst ein aerober Bereich ein und dann in Strömungsrichtung dahinter liegend je nach dem verbleibenden Sauerstoffgehalt des Wassers ein anaerober Bereich. Die Durchflußmenge durch den Filter kann auch mit einer Sauerstoffmessung am Filterausgang bestimmt werden. Damit sich ein anaerober Bereich einstellen kann, muß das Wasser einen Sauerstoffgehalt von kleiner oder gleich 2 ppm haben. Wenn die gemessenen Werte darüber liegen, muß die Durchflußmenge etwas abgesenkt werden.
Bei entsprechender Auswahl des Korns des Filtermaterials kann man auch an demselben Korn außen einen aeroben und innen einen anaeroben Bereich erzeugen.
Wenn das erfindungsgemäße Verfahren bei Aquarien oder Fischzuchtbecken angewandt wird, ist darauf zu achten, daß das rücklaufende sauerstoffarme Wasser keine Schädigungen hervorruft. Das gereinigte Wasser wird daher vorzugsweise frei rieselnd mit Luftkontakt oder über einen Diffusor in das Aquarium oder Fischzuchtbecken zurückgeleitet, so daß es dabei den verlorenen Sauerstoff wieder aufnehmen und den gasförmigen Stickstoff abgeben kann.
Am Filterausgang kann auch noch eine Nitratmessung durchgeführt werden. Auch dieser Wert, der insbesondere bei Aquarien kleiner oder gleich 50 ppm betragen sollte, kann mit zur Steuerung der Durchlaufgeschwindigkeit des Wassers durch den Filter herangezogen werden.
Wenn die bakteriophilen Nährstoffe von außen zugeführt werden, so kann dies in Abhängigkeit von den bei der
Sauerstoff- und/oder Nitratmessung ermittelten Meßwerten erfolgen.
Um zu bewirken, daß das Verfahren beschleunigt anläuft, kann dem frischen Filtermaterial vor der Inbetriebnahme des Filters eingefahrenes Filtermaterial zugegeben werden. Alternativ ist es auch möglich, das Filtermaterial vor der Inbetriebnahme des Filters mit gefriergetrockneten oder mit anderen Mitteln haltbar gemachten nitrifizierenden und denitrifizierenden Bakterien zu impfen. Dadurch können die Einlaufzeiten der Filter erheblich verkürzt werden.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann dadurch gekennzeichnet sein, daß sie mindestens eine mit einer Einlaßleitung und einer Auslaßleitung versehene Filterkammer aufweist, die zumindest teilweise mit dem Filtermaterial gefüllt ist.
Vorzugsweise ist die Einlaßleitung über eine Bypassleitung direkt mit der Auslaßleitung verbunden, wobei ein einstellbares Ventil zur Steuerung des durch den Filter laufenden Wasseranteils vorgesehen ist. Eine solche Anordnung weist den Vorteil auf, daß in Aquarien und sonstigen Fischzuchtbecken die üblichen Filterpumpen, die eine relativ hohe Leistung haben, weiterverwendet werden können, während durch den Filter nur ein geringer Teilstrom geleitet wird, der zur Nitrifikation und Denitrifikation des Wassers erforderlich ist. Der aus dem Filter austretende sauerstoffarme gereinigte Teilstrom kann dann mit dem durch die Bypassleitung laufenden Strom vereinigt werden, so daß der Sauerstoffentzug überhaupt keine Rolle mehr spielt.
In die Einlaßleitung mündet zweckmäßig eine Luftzufuhrleitung, durch die das in den Filter gelangende und zunächst den aeroben Bereich durchlaufende Wasser einen ausreichenden Sauerstoffgehalt aufweist, welcher für die Nitrifikation förderlich ist.
In Strömungsrichtung vor dem Filtermaterial kann zusätzlich ein mechanischer Grobfilter vorgesehen sein, so daß die folgenden Filterbereiche nicht durch das Absetzen von Verunreinigungsteilchen gestört werden.
Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht und im nachstehenden im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben.
In der Zeichnung ist ein Schnitt durch einen Filter dargestellt, der aus einem allseits geschlossenen Behälter 1 besteht. An den Deckel 2 des Behälters 1 ist auf einer Seite eine rohrförmige Einlaßleitung 3 und
auf der diametral gegenüberliegenden Seite eine Auslaßleitung 4 angeschlossen.
Die Einlaßleitung 3 kreuzt eine Bypassleitung 5, die zwischen dem Behälterdeckel 2 und einem Zwischenboden 6 direkt zur Auslaßleitung 4 verläuft. Durch eine in dem Zwischenboden 6 vorgesehene Durchtrittsbohrung 7 hindurch mündet die Einlaßleitung 3 in eine erste Filterkammer 8, die sich bis zum Boden 9 des Behälters
I erstreckt. Die erste Filterkammer 8 ist durch eine vertikale Trennwand 10 von einer zweiten Filterkammer
II abgetrennt. Die zweite Filterkammer 11 steht über eine Durchtrittsbohrung 12 mit der Bypassleitung 5 und über diese mit der Auslaßleitung 4 in Verbindung. Unmittelbar über dem Behälterboden 9 weist die vertikale Trennwand 10 mindestens eine Durchgangsöffnung 13 auf, durch welche die beiden Filterkammern 8 und 11 miteinander verbunden sind.
Die beiden Filterkammern 8 und 11 weisen in einem Abstand unterhalb des Zwischenbodens 6 Je einen oberen Siebboden 14 bzw. 15 und in einem Abstand oberhalb des unteren Behälterbodens 9 je einen unteren Siebboden 16 bzw. 17 auf.
Beide Filterkammern 8 und 11 sind zwischen ihren Siebböden 14 und 16 bzw. 15 und 17 mit Filtermaterial gefüllt, welches eine große Kontaktfläche aufweist und aus einem Trägerstoff besteht, der bakteriophile Nährstoffe enthält. In der der Einlaßleitung 3 nachgeschalteten ersten Filterkammer 8 befindet sich in deren oberen Bereich zusätzlich grobe Filterwatte 19, die als mechanischer Grobfilter dient.
Das mit Hilfe einer Umwälzpumpe 20 durch die Einlaßleitung 3 eingepumpte zu reinigende Wasser gelangt beim Eintritt in den Filterbehälter 1 zunächst zu einem einstellbaren Ventil 21, welches den ankommenden Gesaratstrom in unterschiedliche Teilströme aufteilen kann, von denen einer unmittelbar in die erste Filterkammer und der andere über die Bypassleitung 5 zur Auslaßleitung 4 gelangt.
In die Einlaßleitung 3 mündet noch eine gesonderte Luftzuführleitung 22, mit welcher das in den Filterbehälter 1 gelangende zu reinigende Wasser mit Sauerstoff angereichert wird.
Im Auslaßbereich der Filterkammer 11, beispielsweise in der Nähe der Durchtrittsbohrung 12, kann eine Sauerstoff messung und/oder eine Nitratmessung durchgeführt werden. Die Sauerstoffmenge soll den Betrag von 2 ppm und die Nitratmenge den Wert von 50 ppm nicht überschreiten. Wenn die beiden Werte überschritten werden, so muß die Durchflußmenge durch den Filter noch weiter
reduziert werden, d. h., daß durch die Bypassleitung ein größerer Betrag des Umlaufwassers geleitet wird.
Wenn die bakteriophilen Nährstoffe nicht von vornherein im Filtermaterial enthalten sind, so müssen diese im Eingangsbereich der Filterkammer 8 zugeführt werden. Außer Lactose und Dextrose eignen sich Verbindungen der Phthalsäure und deren Abkömmlinge sowie auch Verbindungen mit Phthalsäure. Gut bewährt hat sich bisher Phthalsäureester, und darüber hinaus sind auch Phthalate, Phthalamide, Phthalazole und Alkydharze anwendbar. Die Zuführung der bakteriophilen Nährstoffe erfolgt in wassergelöster oder in leicht löslicher Form. Wichtig ist nur, daß die zugegebenen Stoffe von den Mikroorganismen aufnehmbar sind, die die Nährstoffe dann beispielsweise durch Fermente cracken können.
Im folgenden ist ein Anwendungsbeispiel für den Filter angegeben:
Zur Reinigung eines 200-Liter-Aquariums genügt ein Filtervolumen von ungefähr 0,4 Liter, wobei sich dieser Rauminhalt auf den Raum zwischen den Siebboden 14 bzw. 15 und 16 bzw. 17 bezieht. In den gesamten Aufnahmeraum beider Filterkammern 8 und 11, der insgesamt 0,4 Liter beträgt, wird etwa 200 g des Filtermaterials 18 eingegeben. Dieses besteht beispielsweise aus einem aufgeschäumten Kunststoffgemisch aus PVC und Polyäthylen und enthält Phtalsäureester. Alternativ kann aber auch Blähton verwendet werden, in den andere bakteriophile Nährstoffe eingebettet sind. Das Filtermaterial ist körnig mit einer relativ großen, rauhen Oberfläche. Vor der Inbetriebnahme wird das Filtermaterial mit gefriergetrockneten oder mit anderen Mitteln haltbar gemachten Bakterien geimpft.
Die Umwälzpumpe 20 weist eine Förderleistimg von beispielsweise etwa 200 Liter pro Stunde auf. Da diese Umwälzmenge für den Filter zu groß wäre, wird das Ventil 21 so eingestellt, daß nur ca. 50 Liter pro Stunde durch den Filter laufen, während das übrige Wasser über die Bypassleitung 5 unmittelbar zu der Auslaßleitung 4 geführt wird, die das Wasser zusammen mit dem durch die Durchtrittsbohrung 12 gelangenden gereinigten Anteil zu dem Aquarium zurückführt. Der Durchlauf durch den Filter sollte etwa so geregelt sein, daß das aus der Durchtrittsbohrung 12 kommende Wasser einen Sauerstoffgehalt von unter 1 ppm aufweist. Das zu dem Aquarium zurückgeführte Wasser sollte frei rieselnd mit Luftkontakt oder über einen Diffusor in das Aquarium eingegeben werden, damit einerseits das Sauerstoffdefizit wieder ausgeglichen und andererseits der aus dem Nitrat freigesetzte Stickstoff an die Luft abgegeben werden kann.
Je nach Durchlaufgeschwindigkeit des zu reinigenden Wassers durch die Filterkammern stellen sich dort ein aerober und ein anaerober Bereich ein. Bei der obengenannten Durchlaufgeschwindigkeit wird sich in der ersten Filterkammer 8 der aerobe und in der zweiten Filterkammer 11 der anaerobe Bereich einstellen. Bei Änderung der Durchsatzmenge verschiebt sich die Grenze zwischen aerobem und anaerobem Bereich nach vorn oder hinten. Insofern kommt man auch mit einer einzigen Filterkammer aus, in der sich die Grenze zwischen aerobem und anaerobem Bereich fließend einstellt.
Gegebenenfalls können die aeroben und anaeroben Bereiche auch unmittelbar nebeneinander ausgebildet sein, wenn eine entsprechend große Körnung des Filtermaterials gewählt wird.
-Al-
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Claims (15)

  1. Patentansprüche
    Verfahren zum Entfernen von Eiweiß und dessen Abbauprodukten aus Wasser, wobei mit dem zu reinigenden Wasser ein Filtermaterial umspült wird, das eine große Kontaktfläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß als Filtermaterial ein inerter Trägerstoff verwendet wird, der bakteriophile Nährstoffe enthält und diese langsam über einen größeren Zeitraum abgibt bzw. dem die bakteriophilen Nährstoffe von außen zugeführt werden, und daß in dem Filtermaterial ein aerober und ein anaerober Reaktionsbereich eingestellt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägerstoff Kunststoffmaterial, vorzugsweise aufgeschäumtes Kunststoffmaterial, verwendet wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß als Trägerstoff Blähton verwendet wird.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als bakteriophile Nährstoffe Lactose und/oder Dextrose
    3434b /8
    und/oder Verbindungen der Phthalsäure, insbesondere Phthalsäureester, und deren Abkömmlinge sowie auch Verbindungen mit Phthalsäure oder dergleichen verwendet werden.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial von dem zu reinigenden Wasser mit einer vergleichsweise geringen Strömungsgeschwindigkeit umspült wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußmenge durch den Filter mit einer Sauerstoffmessung am Filterausgang bestimmt wird.
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Reinigung von Wasser aus Aquarien oder Fischzuchtbecken, dadurch gekennzeichnet, daß das gereinigte Wasser frei rieselnd mit Luftkontakt oder über einen Diffusor in das Aquarium oder Fischzuchtbecken zurückgeleitet wird.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß am Filterausgang eine Nitratmessung durchgeführt wird.
  9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die bakteriophilen Nährstoffe von außen zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der zugeführten bakteriophilen Nährstoffe in Abhängigkeit von den Sauerstoff- und/oder Nitrat-Meßwerten dosiert wird.
  10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß dem
    34o4b frischen Filtermaterial vor der Inbetriebnahme des Filters eingefahrenes Filtermaterial zugegeben wird.
  11. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial vor der Inbetriebnahme des Filters mit gefriergetrockneten nitrifizierenden und denitrifizierenden Bakterien geimpft wird. 10
  12. 12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13» gekennzeichnet durch mindestens eine mit einer Einlaßleitung (3) und einer Auslaßleitung (4) versehene Filterkammer (8, 11), die zumindest teilweise mit Filtermaterial (18) gefüllt ist.
  13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßleitung (3) über eine Bypassleitung (5) direkt mit der Auslaßleitung (4) verbunden ist und daß ein einstellbares Ventil (21) zur Steuerung des durch die Filterkammer (8, 11) laufenden Wasseranteils vorgesehen ist.
  14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13» dadurch gekennzeichnet, daß in die Einlaßleitung (3) eine Luftzufuhrleitung
    (22) mündet.
  15. 15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung vor dem Filtermaterial
    (18) ein mechanischer Grobfilter (19) vorgesehen ist.
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