DE3816679A1

DE3816679A1 - Verfahren und vorrichtung zur kontinuierlichen beseitigung von schadstoffen aus waessern

Info

Publication number: DE3816679A1
Application number: DE19883816679
Authority: DE
Inventors: Axel Dr Gloe; Peter Dr Souw
Original assignee: INT BIOTECH LAB
Current assignee: INT BIOTECH LAB
Priority date: 1988-05-17
Filing date: 1988-05-17
Publication date: 1989-11-23

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Beseitigung von Schadstoffen aus Wässern.

In Wässern sind zahlreiche Schadstoffe vorhanden. So nimmt in Grundwässern die Verunreinigung mit organischen Verbin dungen, beispielsweise halogenierten Kohlenwasserstoffen, zu. Dies erfordert beispielsweise bei Wasserwerken den Einbau teurer Aktivkohle-Filter, die häufig erneuert werden müssen.

Andere Reinigungsmethoden sind Durchströmen von Ionenaus tauschern, Destillation und Umkehrosmose.

Die Verfahren des Standes der Technik sind teuer, erfordern aufwendige Wartung und Installationen und bieten eine unzu reichende Reinigung im Falle von Verunreinigungen mit mehreren Stoffen, wie sie häufig auftreten.

Demgegenüber liegt vorliegender Erfindung die Aufgabe zu grunde, ein Verfahren zur kontinuierlichen Beseitigung von Schadstoffen aus Wässern zu liefern, das effektiv wirksam ist, nur geringe Investitionen erfordert und für eine Viel zahl ansonsten schwierig zu beseitigender, insbesondere organischer Verunreinigungen geeignet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs genannten Gattung dadurch gelöst, daß man immobilisierte Mikroorganismen verwendet.

Besondere Ausführungsformen sind dadurch gekennzeichnet, daß die Mikroorganismen auf einem porösen Trägermaterial immobilisiert werden, daß man als poröses Material Gasbeton, Sinterglas, Aktiv kohle, Blähton, Holzhackschnitzel, Borke, Torf oder der gleichen, allein oder in Kombination, verwendet, daß der Abbau aerob oder anaerob erfolgt, und daß eine Zudosierung von Nährstoffen, gegebenenfalls auch von Sauerstoff und/oder einer Kohlenstoffquelle erfolgt.

Weitere besondere Ausführungsformen sind dadurch gekennzeichnet, daß die Fermentations- und Lebensbedingungen, wie Temperatur, pH-Wert, Leitfähigkeit, Sauerstoffkonzentration, Redox potential und dergleichen überwacht und gegebenenfalls regu liert werden,
daß ein Betrieb im Durchfluß und/oder Kreislauf erfolgt,
daß ein Betrieb in einer Kombination von Durchfluß und Kreis lauf erfolgt, und
daß einen Betrieb aufwärtsfließend oder abwärtsfließend er folgt.

Beansprucht wird weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Reaktor 23 mit Trägermaterialschüttung 24, auf einer Lochplatte 25 besteht, der mit Dosierpumpen 12, 13, 14, Heizung 1, Mischer 2, Rotametern 3, 4, Prallplatte 5, Überlauf 6, Leitfähigkeitselektroden 7, Austragspumpe 9, Hähnen 16, 17, 18, Probenahmevorrichtungen 19, 20, 21, 22 und Kreislaufpumpe 15 besteht.

Das Verfahren ist besonders geeignet zur Beseitigung von organischen Schadstoffen wie halogenierten Kohlen wasserstoffen, Aromaten und Mineralölprodukten.

Mikroorganismen, die aus Schadensfällen (Altlasten) an gereichert und isoliert werden, können Eigenschaften er worben haben, die einen Teilabbau der genannten Stoffe be wirken. Diese Mikroorganismen werden unter Belastung durch den später abzubauenden Stoff isoliert und weiter kultiviert, um eine Verstärkung der erwünschten Eigenschaften zu er reichen. In Laborexperimenten werden anschließend die Nähr stoffbedürfnisse der Mikroorganismen geklärt, um Voraus setzungen für einen erfolgreichen Abbau im Filter zu erar beiten. Für einen derartigen Einsatz kommen folgende Bakterien in Frage:

- Aeromonas/Achromobacter/Acinetobacter/Alcaligenes/ Arthrobacter
- Bacilli/Enterobacter/Kurthia/Micrococcus/Moraxella
- Pseudomonaden/Serratia/Streptococcus/Xanthomonas.

Ein Abbau der o. g. Substanzen wird aber auch durch Pilze bzw. Hefen und durch Cyanobakterien erreicht.

Das vorgestellte Verfahren ist ein "Festbettverfahren", bei dem die Mikroorganismen auf einem porösen Trägermaterial immobilisiert werden.

Als Trägermaterialien lassen sich fast alle porösen Materialien verwenden, wie z. B.:

- Gasbeton
- Sinterglas
- Aktivkohle
- Blähton
auch Holzhackschnitzel, Borke oder Torf sind einsetzbar.

Als besonders günstig haben sich Kombinationen, wie z. B. Aktivkohle/Blähton herausgestellt.

Je nach Schadstoff kann der Abbau aerob oder anaerob erfolgen.

Neben dem Einsatz speziell gezüchteter Mikroorganismen, wie oben beschrieben, kann sinnvoll sein, im Reaktor bestimmte Milieubedingungen einzustellen und mit der "sich im Schadens fall automatisch einstellenden Biologie" zu arbeiten. Für beide Methoden ist eine Zudosierung von Nährstoffen, wie z. B.:

- Kohlenstoff
- Stickstoff
- Phosphat
- Kalium etc.

und je nach Verfahren von Sauerstoff und/oder einer Kohlen stoffquelle notwendig.

Einzelne Größen, wie z. B.:

- pH-Wert
- Leitfähigkeit
- Sauerstoffkonzentration
- Redoxpotential
- Temperatur

müssen während des Betriebes überwacht werden.

Einzelne Mikroorganismen benötigen Temperaturen von 30-37°, um optimale Abbauleistung zu erreichen. Daher sollte eine Heizung vorhanden sein.

Ausgezeichnet ist das Verfahren durch die universellen Möglichkeiten der Betriebsweise. Hier soll nur auf einige verschiedene Möglichkeiten hingewiesen werden:

1. Betrieb im Durchfluß
2. Betrieb im Kreislauf
3. Kombination beider Verfahren
4. Aufwärtsfließend
5. Abwärtsfließend

Als günstig für den Einsatz einer gezielten Mikrobiologie hat sich folgende Kombination erwiesen:

Zur Beimpfung des Reaktors und zur Immobilisation von Mikro organismen auf Trägermaterialien sollte allein eine Kreis laufführung für einige Tage verwendet werden. Zum Hochfahren des Reaktors auf Betriebsbedingungen sollte eine Kombination aus Kreislauf und Durchfluß bei langsam steigender Durchfluß rate gewählt werden.

Unter Betriebsbedingungen ist eine kombinierte Fahrweise aus Kreislauf und Durchfluß oder nur Durchfluß möglich. Wir bevorzugen auch bei Betriebsbedingungen die Kombination, da auf diese Weise im Kreislauf folgendes recht einfach bewerkstelligt werden kann:

1. Zudosierung der Nährstoffe
2. Messung von Soll-Parametern
3. Teil-Schlammrückführung
4. Nachimpfung

Die Fig. 1 zeigt in schematischer Form eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

In der Fig. 1 lassen sich die Einzelheiten der Vorrichtung erkennen; im gezeigten und beschriebenen Beispiel ist die Fließrichtung von oben nach unten gezeigt.

Die Anlage besteht aus einem beispielsweise aus PE-Wickelrohr (auch andere Baustoffe sind möglich) gefertigten Reaktor mit einer Trägermaterialschüttung (in diesem Fall etwa 150 l), die auf einer Lochplatte aufliegt. Zur Beimpfung der Anlage fließt Wasser aus dem unteren Teil des Reaktors über die Positionen 18, 11, 15, 2 und 17 des Kreislaufs oben in den Reaktor zurück. Hierbei lassen sich über die Dosierpumpen 12-14 Nährstoffe, Sauerstoffträger und Mikroorganismen zudosieren. Die Messung einzelner physikalischer Größen (hier pH-Wert und Sauerstoff) dienen der Beurteilung der im Reaktor ablaufenden Prozesse und der Steuerung der Zudosie rung. Die Kreislaufpumpe 15 sollte eine Förderleistung von ca. 10 % der maximalen Durchlaufleistung des Reaktors auf weisen.

Beim Betrieb der Anlage fließt der Hauptwasserstrom durch die Anlage hindurch vom Zu- zum Ablauf. Zur Vorbereitung des einfließenden Wassers sind, neben der Heizung 1, dem statischen Mischer 2 und der Rotameter-Kombination für starken 3 und schwachen 4 Zulauf, die Positionen 5, 16 und 7 zu erwähnen. Die Prallplatte 5 dient der gleichmäßigen Verteilung des zu fließenden Wassers im Reaktor. Die Leitfähigkeitselektroden 7 steuern in Abhängigkeit vom durch den Zulauf beeinflußten Wasserstand den Betrieb der Austragspumpe 9. Der Überlauf 6 ist als Sicherheit bei Verstopfung des Reaktors oder bei Ausfall der Austragspumpe bzw. deren Regelung vorgesehen. über das Rotameter 10 ist die ausgetretene Wassermenge zu erfassen.

Die Probenhähne sind in der aufgeführten Vielzahl für eine Pilotanlage nötig. In einer Betriebsanlage würde man weniger Probennahmemöglichkeiten vorsehen. Im einzelnen sind die Hähne 16 und 18 für die Kontrolle des Zu- und Ablaufs und Hahn 17 für die Kontrolle des Zulaufs aus dem Kreislauf in jedem Fall vorzusehen. Die Probennahmestellen innerhalb des Reaktors sind je nach Bedarf des Anwenders einzubauen. Die Probennahmenvorrichtungen 19 bis 22 innerhalb des Reaktors zeichnen sich noch zusätzlich dadurch aus, daß sie mit einem teilweise perforierten Rohr zur direkten Probennahme im Zentrum des Reaktors verbunden sind. Dieses Rohr ist nur im mittleren Bereich des Reaktors entgegen der Fließrichtung des Wassers geschlitzt, um:

1. Wandeffekte zu vermeiden (inhomogenes Verhalten des Wassers und der Trägermaterialien in der Nähe der Außenwand des Reaktors/Abkühlung an der Außenwand/etc.)
2. Feinmaterial der Trägermaterialschüttung nicht über die Probennahme auszutragen und
3. Verstopfungen zu vermeiden.

Im unteren Bereich des Reaktors ist vorgesehen, über Saug kerzen das auszutragende Wasser abzuführen. Bei starker Schlammbildung kann es nötig sein, Kreislauf und Durchlauf voneinander zu trennen und den Kreislauf ohne Saugkerzen zu betreiben, um eine optimale Schlammrückführung zu erreichen.

Die Größenverhältnisse des Reaktors sollten sich in etwa in der Größenordnung Durchmesser 1 Teil zu 4 Teile Höhe verhalten. Etwa 2,5 Teile des Reaktors sollten mit Träger material gefüllt sein, 0,5 Teile Freiraum Luft, 0,5 Teile Freiraum Wasser im oberen Bereich und weitere 0,5 Teile Freiraum Wasser im unteren Bereich (vergleiche Fig. 1).

Liste der Bezugszeichen:

Durchlauf:
1  elektrische Heizung
2  statischer Mischer
3  Rotameter
4  Rotameter
5  Prallplatte
6  Überlauf
7  Leitfähigkeitselektroden
8  Flüssigkeitsstand (oberer/unterer)
9  Austragspumpe
10  Rotameter

Kreislauf
2  statischer Mischer
11  Rotameter
12-14  Dosierpumpen
15  Kreislaufpumpe

Reaktor:
16-18  Probenahmehähne
19-22  Probenahmehähne mit durchgehendem, nur in der Mitte unten geschlitztem Rohr
23  Bioreaktor
24  Trägermaterialschüttung
25  Lochplatte

Claims

1.Verfahren zur kontinuierlichen Beseitigung von Schadstoffen aus Wässern, dadurch gekennzeichnet, daß man immobilisierte Mikroorganismen verwendet.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikroorganismen auf einem porösen Trägermaterial immobilisiert werden.

3. Verfahren gemäß Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als poröses Material Gasbeton, Sinterglas, Aktiv kohle, Blähton, Holzhackschnitzel, Borke, Torf oder der gleichen, allein oder in Kombination, verwendet.

4. Verfahren gemäß Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abbau aerob oder anaerob erfolgt.

5. Verfahren gemäß Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zudosierung von Nährstoffen, gegebenenfalls auch von Sauerstoff und/oder einer Kohlenstoffquelle erfolgt.

6. Verfahren gemäß Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fermentations- und Lebensbedingungen, wie Temperatur, pH-Wert, Leitfähigkeit, Sauerstoffkonzentration, Rodexpotential und dergleichen überwacht und gegebenen falls reguliert werden.

7. Verfahren gemäß Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Betrieb im Durchfluß und/oder Kreislauf erfolgt.

8. Verfahren gemäß Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Betrieb in einer Kombination von Durchfluß und Kreislauf erfolgt.

9. Verfahren gemäß Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Betrieb aufwärtsfließend oder abwärtsfließend erfolgt.

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Reaktor (23) mit Trägermaterialschüttung (24) auf einer Lochplatte (25) besteht, der mit Dosier pumpen (12, 13, 14), Heizung (1), Mischer (2), Durchfluß messer (3, 4), Prallplatte (5), Überlauf (6), Niveauregu lierung (7), Austragspumpe (9), Probenahmevorrichtungen (16-22) und Kreislaufpumpe (15) besteht.