DE3514817A1

DE3514817A1 - Verfahren zum herstellen eines traegermaterials aus polyolefin

Info

Publication number: DE3514817A1
Application number: DE19853514817
Authority: DE
Inventors: Uwe 8000 München Fuchs
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1984-04-27
Filing date: 1985-04-24
Publication date: 1985-10-31

Description

Verfahren zum Herstellen eines
Trägermaterials aus Polyolefin Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines als Ansiedlungsfläche für Mikroorganismen dienenden Trägermaterials aus Polyolefin, bei dem geschlossenzellige Polyolefinelemente geschäumt werden.
Bei biologischen Abwasserreinigungsverfahren ist es bekannt, Trägerteilchen aus offenzelligem Polyurethanschaumstoff als Ansiedlungsfläche für Mikroorganismen zu verwenden, um auf diese Weise die Biomassenkonzentration in einem Reaktor möglichst hoch zu halten. Durch die offenzellige Struktur wachsen die Mikroorganismen bis ins Innere der Trägerteilchen, wodurch sich eine große Stoffaustauschfläche ergibt. Damit ist die Abbauleistung eines mit solchen Trägerteilchen bestückten Reaktors entsprechend hoch, so daß ausgehend von einer bestimmten Größe eines Reaktors entweder die Durchsatzmenge an zu behandelndem Abwasser erhöht oder aber bei gleichbleibender Durchsatzmenge das Reaktorvolumen verkleinert werden kann.
Neben dem Einsatz bei der Abwasserbehandlung können solche Trägerteilchen auch bei solchen biologischen Fermentationsprozessen Anwendung finden, bei denen biologisches Material aus einer Nährstoffquelle gezüchtet wird, beispielsweise bei der Herstellung von pharmazeutischen Substanzen und Einzelzellen-Proteinen, wie Hefe.
Der Nachteil der Polyurethanschaumstoffe ist jedoch, daß diese physiologisch nicht unbedenklich sind. Ein weiteres Problem stellt die Haltbarkeit dar, die gerade in volldurchmischten Becken oder in Wirbelbettreaktoren aufgrund der Bewegung und der damit verbundenen Reibung der Trägerteilchen aneinander und an der Wand des Beckens oder Reaktors sowie durch mechanische Krafteinwirkungen bei eventuell notwendigen Regeneriervorgängen begrenzt ist.
Aus diesem Grund wurde bereits bei der Abwasser- und Trinkwasserbehandlung vorgeschlagen, Polyolefine, wie Polyäthylen oder Polypropylen, als Trägerteilchen einzusetzen, da bei Polyolefinen die vorstehend geschilderten Probleme weitgehend ausgeschlossen sind. Der Nachteil der Polyolefine ist jedoch, daß diese in geschlossenzelliger Struktur geschäumt werden und damit die Mikroorganismen nur auf der Oberfläche der Trägerteilchen wachsen, von der sie leicht abgerieben werden können. Da sich die Trägerteilchen dann auch nicht mit Flüssigkeit vollsaugen können, besteht außerdem verstärkt die Gefahr, daß solche Trägerteilchen zur Oberfläche aufschwimmen und so nur am oberen Rand eines Reaktionsraumes zur Verfügung stehen, wo aber dann die auf ihnen wachsenden Mikroorganismen nur noch zum Teil an den biologischen Umwandlungsprozessen des Reaktionsraumes teilnehmen können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß auf einfache und wirtschaftliche Weise eine offenzellige Struktur der Polyolefinelemente erreicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die geschlossenzellige Struktur der Polyolefinelemente durch äußere und/oder innere Krafteinwirkung in eine zumindest teilweise offenzellige Struktur aufgesprengt wird.
Durch das nachträgliche Aufsprengen der geschlossenen Zellen werden Besiedlungs- und Reaktionsflächen für Mikroorganismen auch im Inneren der Polyolefinelemente geschaffen, wobei sich die eingangs für Polyurethanschaumstoffteilchen geschilderten Vorteile unter Ausschluß der bei Polyurethanschaumstoffteilchen vorhandenen Nachteile ergeben. Erfindungsgemäß hergestellte Polyolefinelemente können deshalb ohne weiteres nicht nur bei der Abwasserreinigung sondern auch bei der Trinkwasseraufbereitung sowie bei biologischen Fermentationsprozessen verwendet werden. Dabei läßt sich in allen Fällen eine hohe Umwandlungsarbeit erzielen, da die Mikroorganismen bis ins Innere solcherPolyolefinelemente wachsen, dadurch die Zahl der pro Polyolefinelement vorhandenen Mikroorganismen gegenüber bisher wesentlich erhöht ist und die Polyolefinelemente bei entsprechender Größe und entsprechendem spezifischem Gewicht nicht auf der zu behandelnden Substanz aufschwimmen, sondern durch die Einwirkung einer Begasungs- bzw. Rühreinrichtung in der zu behandelnden Substanz leicht in Schwebe gehalten werden können.
Als Polyolefinelemente können Platten, Blöcke oder Würfel aus Polyäthylen oder Polypropylen verarbeitet werden.
Zum Aufsprengen der geschlossenen Zellen der Polyolefinelemente hat es sich als zweckmäßig erwiesen, diese mindestens einmal auf etwa 10 % ihres ursprünglichen Volumens zusammenzupressen und wieder zu entspannen. Damit können dann etwa 80 % der anfangs geschlossenen Zellen in offene Zellen umgewandelt werden.
Das Zusammenpressen der Polyolefinelemente wird vorteilhafterweise mechanisch und/oder mittels überdruck durchgeführt. Für die mechanische Pressung kommen beispielsweise zwei gegenläufig rotierende Preßwalzen, Preßstempel oder Bandpressen in Frage. Wird die Uberdruckmethode angewandt, sollte in einer entsprechend ausgerüsteten Kammer ein Überdruck von etwa 10 bar erzeugt werden, damit das Aufsprengen einer genügend hohen Anzahl geschlossener Zellen mit Sicherheit erreicht wird.
Zum gleichen Zweck können auch beide Methoden hintereinander geschaltet werden, so daß beispielsweise auf eine Vorbehandlung in einer Uberdruckkammer eine mechanische Behandlung mittels Preßrollen erfolgt.
Von Vorteil ist es auch, das Zusammenpressen in einem gasförmigen Medium und das Entspannen in einem flüssigen Medium oder das Zusammenpressen und Entspannen in einem flüssigen Medium durchzuführen.
Beim Entspannen der Polyolefinelemente im flüssigen Medium saugen diese Flüssigkeit auf. Beim Zusammenpressen der Polyolefinelemente in dem gasförmigen oder flüssigem Medium wird dann dem Flüssigkeitsaustritt aus den Polyolefinelementen durch das gasförmige oder flüssige Medium ein Widerstand entgegengesetzt, wodurch neben dem mechanischen Zusammenpressen auch die in den Polyolefinelementen befindliche, nur verzögert austretende Flüssigkeit die Zellwände geschlossener Zellen aufsprengt. Derselbe Effekt wird erreicht, wenn das Zusammenpressen der Polyolefinelemente nach der Flüssigkeitsaufnahme in einer Druckkammer erfolgt. Als gasförmige Medien kommen beispielsweise Luft oder Stickstoff, der wie später noch gezeigt wird als Kühlmedium wirken kann, und als flüssiges Medium beispielsweise Wasser oder behandeltes Abwasser in Frage.
Statt des Zusammenpressens besteht in vorteilhafter Weise auch die Möglichkeit, die Polyolefinelemente in einer Vakuumkammer schlagartig einem Unterdruck auszusetzen. Dabei erfolgt dann das Aufsprengen der Zellen durch die Expansion des bei dem Schäumvorgang in den Polyolefinelementen eingeschlossenen Gases.
Zur Reduzierung der einzusetzenden Kräfte und zur Erreichung eines höheren Offenporigkeitsgrades ist es außerdem vorteilhaft, die Polyolefinelemente vor und/ oder während der Krafteinwirkung mit Hilfe eines Kühlmediums unter ihre Versprödungstemperatur abzukühlen.
Aufgrund der Versprödung lassen sich dann die Zellwände schon bei nur geringem Zusammenpressen oder bei geringem Unterdruck aufbrechen. Die äußere und/oder innere Krafteinwirkung sowie das Abkühlen ist dabei so aufeinander abzustimmen, daß nicht auch das die Zellwände umgebende Gerüst zerstört wird.
Eine Abkühlung der Polyolefinelemente auf -40 OC wird in der Regel ausreichend sein, wobei aber Temperaturen bis -70 0C durchaus möglich sind.
Als Kühlmedium wird zweckmäßigerweise flüssiger Stickstoff, flüssige Luft oder flüssiges Kohlendioxid ver-.
wendet. Diese Kühlmedien können in flüssiger oder gasförmiger Form auf die Polyolefinelemente aufgesprüht bzw. aufgeblasen oder die Polyolefinelemente können kurz in ein Flüssig-Gasbad eingetaucht werden.
Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn die Polyolefinelemente während der Krafteinwirkung geschnitten und/oder perforiert werden. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, daß die Preßwalzen mit entsprechenden Schneidkanten und spitzen Stiften, die das Aufsprengen erleichtern, besetzt sind. Damit können dann auch aus Polyolefinelementen, die als Platten oder Blöcke vorliegen, schon während des Aufsprengens der Zellen würfelförmige Trägerteilchen hergestellt werden, die beispielsweise in voll durchmischten Becken von Abwasserreinigungsanlagen besonders vorteilhaft als Ansiedlungsfläche für Mikroorganismen eingesetzt werden können. Die zusätzliche Perforierung ermöglicht dabei einen guten Stoffaustausch, da durch die Perforationskanäle Flüssigkeiten, Gase und Biomasse transportiert werden können.
Zur Beschleunigung und Intensivierung eines biologischen Behandlungsprozesses ist es außerdem zweckmäßig, wenn die Polyolefinelemente nach der Krafteinwirkung mit Dotierungsmitteln besetzt werden. Als Dotierungsmittel kommen beispielsweise Adsorbentien, wie Aktivkohle, oder substratspezifische Mikroorganismen, wie nitrifizierende oder denitrifizierende Mikroorganismen in Frage.
Diese können, je nach dem sie in suspendierter flüssiger oder in pulverförmiger Form vorliegen, nach der Krafteinwirkung bei der Entspannung der Polyolefinelemente durch Aufspritzen oder Aufblasen aufgebracht werden, so daß die sich beim Entspannen der Polyolefinelemente bildende Saugwirkung für den Transport der Dotierungsmittel auch ins Innere der Polyolefinelemente ausgenutzt wird.

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zum Herstellen eines als Ansiedlungsfläche für Mikroorganismen dienenden Trägermaterials aus Polyolefinen, bei dem geschlossenzellige Polyolefinelemente geschäumt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die geschlossenzellige Struktur der Polyolefinelemente durch äußere und/oder innere Krafteinwirkung in eine zumindest teilweise offenzellige Struktur aufgesprengt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polyolefinelemente mindestens einmal auf etwa 10 % ihres ursprünglichen Volumens zusammengepreßt und wieder entspannt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusammenpressen der Polyolefinelemente mechanisch und/oder mittels Uberdruck durchgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusammenpressen in einem gasförmigen Medium und das Entspannen in einem flüssigen Medium durchgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusammenpressen und Entspannen in einem flüssigen Medium durchgeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polyolefinelemente in einer Vakuumkammer einem Unterdruck ausgesetzt werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Polyolefinelemente vor und/oder während der Krafteinwirkung mit Hilfe eines Kühlmediums unter ihre Versprödungstemperatur abgekühlt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlmedium flüssiger Stickstoff verwendet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Polyolefinelemente während der Krafteinwirkung geschnitten und/oder perforiert werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Polyolefinelemente während und/oder nach der Krafteinwirkung mit Dotierungsmitteln besetzt werden.