DE3928255A1 - Verfahren und vorrichtung zur biologischen ab- und trinkwasseraufbereitung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur biolo­ gischen Ab- und Trinkwasseraufbereitung, insbesondere auch auf ein Verfahren zur Denitrifikation bzw. Nitrifikation von Grund- und Abwasser, unter Einsatz einer Biomasse aus einem Gel oder Polymer sowie darin eingeschlossenen immobi­ lisierten Mikroorganismen und/oder Enzymen. Des weiteren hat die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens zum Gegenstand, die mit einem Träger zur Halterung einer Biomasse der vorgenannten Art versehen ist.

Die Belastung von Trink- und Abwasser wird zunehmend viel­ fältiger und bereitet demzufolge hinsichtlich der Aufberei­ tung Probleme. Im Trinkwasserbereich ist inzwischen insbe­ sondere auch aufgrund von Überdüngung von Böden die stei­ gende Nitratkonzentration ein grundsätzliches Problem. Eine biologische Trinkwasseraufbereitung ist dabei neben wirtschaftlichen Gesichtspunkten insbesondere auch wegen der natürlichen Verfahrensweise und der Selektivität eine bevorzugte Maßnahme. Nachteilig bei herkömmlichen biolo­ gischen Aufbereitungsverfahren ist jedoch der direkte Kon­ takt einer losen Biomasse mit dem aufzubereitenden Trink­ wasser. Bei den sogenannten heterotrophen Verfahren, bei denen z. B. Ethanol zugesetzt wird, ist nachteilig, daß das Trinkwasser durch diese Zugabe zunächst verunreinigt und nach der Denitrifikation durch aufwendige Maßnahmen nachbehandelt werden muß.

Bei der Aufbereitung von Abwässern sind die Probleme noch vielfältiger. Die für die herkömmlichen biologischen Auf­ bereitungsverfahren zur Verfügung zu stellenden Mikroorga­ nismen können teilweise nur durch sehr aufwendige Verfah­ rensschritte angezüchtet werden mit der Konsequenz, daß sie an sich viel zu wertvoll sind, um sie mit dem Abwasser verlorengehen zu lassen. Beispielhaft sei hier die Nitrifi­ kation in kommunalen Kläranlagen angeführt, in denen mit herkömmlichen biologischen Verfahren die Nitrifikation nur schwerlich in Gang zu bringen ist. Im Falle eines Un­ falles, bei dem eine biologische Aufbereitung sehr schnell mit einer hohen Abbauleistung gefordert ist, sind herkömm­ liche biologische Verfahren nicht mit dem gewünschten Ergeb­ nis realisierbar, da es mitunter Monate dauern kann, bis sich eine geeignete Biomasse im Reaktor bildet.

Um insbesondere die Aufbereitungsergebnisse zu verbessern, ist ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt gewor­ den (DE-OS 36 13 575), bei dem eine Biomasse Verwendung findet, die aus einer Gelschicht besteht, in die Mikro­ organismen oder Enzyme eingebracht werden. Diese die Mikro­ organismen bzw. Enzyme enthaltende Gelschicht wird in ein poröses Trägermaterial eingebracht und ausgehärtet. Nach­ teilig hierbei ist jedoch, daß die Abbaurate insbesondere auch in zeitlicher Hinsicht noch nicht zu überzeugen vermag, was insbesondere auch darauf zurückzuführen ist, daß die mit den Abwässern direkt in Kontakt kommende Oberfläche der Biomasse insgesamt relativ gering ist, die in den Hohl­ räumen eingeschlossene Biomasse jedoch erst nach zeitrau­ bender Diffusion reaktionsbereit ist. Zudem sind derartige offenzellige, getränkte Kügelchen in besonderen Vorrich­ tungen einsetzbar, damit die Kügelchen nicht im Einsatzfall verlorengehen. Insbesondere im Falle eines Unfalls mit der zuvor beschriebenen Forderung nach einer hohen Abbau­ leistung ist somit auch dieses Verfahren noch nicht mit dem gewünschten Erfolg einsetzbar.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur biologischen Ab- und Trinkwasseraufbereitung zur Verfü­ gung zu stellen, mit dem die entsprechende Abwasseraufbe­ reitung effektiver und schneller zu vollziehen ist. Zur Lösung dieser Aufgabe zeichnet sich das Verfahren der ein­ gangs genannten Art dadurch aus, daß zur Wasseraufbereitung ein in einen Feststoff oder Wirbelbettreaktor einsetzbarer Füllkörper Verwendung findet, auf dessen äußerer, im wesent­ lichen geschlossener Oberfläche vor Einsetzen in den Reaktor ein hinsichtlich Dicke und Zusammensetzung variabler, aus­ härtbarer Biomassefilm aufgebracht ist.

Durch die Verwendung des filmbeschichteten Füllkörpers steht ein Träger zur Verfügung, der nach der Beschichtung eine sehr große Biomassekontaktfläche für die aufzuberei­ tenden Abwässer hat. Besonders vorteilhaft ist, daß bei dem Verfahren nach der Erfindung der Füllkörper auf ein­ fache Weise erst im Bedarfsfall mit der Biomasse beschichtet werden muß und dann nach dem Aushärteprozeß ausgesetzt wird. Beispielsweise im Falle eines Unfalles ist es somit möglich, die aufzubringende Biomassefilmschicht den in der Praxis anfallenden Notwendigkeiten hinsichtlich Auswahl der erforderlichen Mikroorganismen bzw. Enzymen anzupassen, aber auch Filmdicke, Konzentration der zuzugebenden Mikro­ organismen und dgl. problemorientiert vorzusehen. Die Ein­ satz findenden Mikroorganismen lassen sich damit vor ihrem Einsatz in Fermentatoren als Reinkultur oder auch als Misch­ kultur unter optimalen Bedingungen leicht anzüchten und können auch problemlos gelagert werden, bis sie im Bedarfs­ fall einfach und schnell immobilisiert über die Füllkörper Einsatz finden können. Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen des Verfahrens wird auf die Ansprüche 2 bis 4 verwiesen.

Die für das Verfahren einsetzbare Vorrichtung zeichnet sich zunächst dadurch aus, daß der Träger für die Biomasse durch einen beschichtbaren sowie einem Aushärtungsprozeß unterziehbaren Füllkörper mit im wesentlichen geschlossener Körperoberfläche gebildet wird. Dieser Füllkörper kann z. B. durch handelsübliche, in Füllkörperkolonnen einsetz­ bare Füllkörper gebildet sein, beispielsweise auch aus Kunststoff, die bereits eine im wesentlichen geschlossene Körperoberfläche mit der Konsequenz aufweisen, daß die aufgebrachte Filmschicht aus dem Gel und den Mikroorganismen als Abwasserkontaktfläche zur Verfügung steht. Beispiels­ weise können die Füllkörper igel-, gitterrohr-, ring-, rohr- oder eine kugelförmige Gestalt haben. Sie können dabei verschiedenfach dimensioniert sein, so daß sie bei­ spielsweise auch insgesamt einen Festkörperreaktor bilden können, der beispielsweise im Falle eines Unfalles in die aufzubereitende Abwassermenge eingelassen wird. Nach Ver­ brauch des Biomassefilms ist der Füllkörper darüber hinaus voll wiederverwendbar und für einen nachfolgenden Aufberei­ tungsprozeß mit dem entsprechend geforderten Biomassefilm zu beschichten. In vielen Fällen, z. B. in Kläranlagen, können die filmbeschichteten Füllkörper einmalig eingesetzt werden, wobei sich nach Verbrauch bzw. Ablösen des Bio­ massefilms ein stabiler Film mit direktem Kontakt zum Füll­ körper selbständig gebildet hat.

Es bietet sich darüber hinaus auch an, die in der Film­ schicht aufgebrachten Mikroorganismen durch den Füllkörper selber mit Nährstoffen und/oder Energiestoffen zu versehen, z. B., indem der Füllkörper eine Kohlenstoffquelle bildet bzw. als Elektronendonator ausgebildet ist. Hierzu bietet sich auch Calciumcarbonat an, das für einen Calciumalginat umfassenden Biomassefilm filmstabilisierend wirkt. Die Beschichtung kann derart erfolgen, daß die zunächst für die entsprechende Wasseraufbereitung spezifischen Mikro­ organismen, sei es als Reinkultur oder als Mischkultur, mit einem Gelbildner wie z. B. Agga, Alginat und dgl. ver­ mischt werden. Der Füllkörper wird dann in eine derartige Suspension getaucht und dabei filmbeschichtet. Alsdann kann der Filmkörper mitsamt der aufgebrachten Biomasse in einer Vernetzungschemikalien enthaltenden Lösung, z. B. Calciumchlorid bei Verwendung von Natriumalginat, ein­ gebracht, vernetzt und anschließend getrocknet werden. Durch z. B. Variation der Viskosität des Gelbildners, der Verweilzeit im Beschichtungsbad und des anschließenden Trocknungsvorganges können im Hinblick auf die gewünschte Aufbereitungsart bzw. -leistung verschiedene Schichtdicken eingestellt werden. Durch verschiedene Trocknungsverfahren und Aushärtzeiten kann darüber hinaus die Härte bzw. die Stabilität der gebildeten Filmschicht auch im Hinblick auf die gewünschte Aufbereitungsart bzw. -leistung variiert werden. Zudem ist es möglich, durch Wiederholung der vor­ genannten Vorgänge mehrere übereinander liegende Film­ schichten zu erhalten.

Hinsichtlich weiterer Ausgestaltungen der Vorrichtung wird auf die Ansprüche 5 bis 15 verwiesen.

Claims (15)

1. Verfahren zur biologischen Ab- und Trinkwasserauf­ bereitung, insbesondere auch Verfahren zur Denitrifikation bzw. Nitrifikation von Grund- und Abwasser, unter Einsatz einer Biomasse aus einem Gel oder Polymer sowie darin ein­ geschlossenen immobilisierten Mikroorganismen und/oder Enzymen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Wasseraufbereitung ein in einen Feststoff- oder Wirbelbettreaktor einsetzbarer Füllkörper Verwendung findet, auf dessen äußerer, im wesent­ lichen geschlossener Oberfläche vor Einsetzen in den Reaktor ein hinsichtlich Dicke und Zusammensetzung variabler, aus­ härtbarer Biomassefilm aufgebracht ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Verbrauch eines ersten Biomassefilms der Füllkörper zur weiteren Wasseraufbereitung mit einem neuen Biomassefilm beschichtet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß gleichzeitig und/oder nachfolgend hinsichtlich Dicke, Konzentration und/oder Zusammensetzung der Bakterien bzw. Mikroorganismen unterschiedlich filmbeschichtete Füll­ körper Verwendung finden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß den Mikroorganismen bzw. Enzymen während der Wasseraufbereitung Nährstoffe, Kohlenstoff und/oder Energiestoffe durch den Füllkörper zugeführt werden.

5. Vorrichtung zur Durchführung insbesondere des Ver­ fahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einem Träger zur Halterung einer Biomasse aus in einem Gel oder Polymer eingeschlossenen immobilisierten Mikroorganismen und/oder Enzymen, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger durch einen mit dem Biomassefilm beschichtbaren sowie einem Aushärtungs­ prozeß unterziehbaren Füllkörper mit im wesentlichen ge­ schlossener Körperoberfläche gebildet wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der filmbeschichtbare Füllkörper als einen Festbett­ reaktor ausbildender Festkörper ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Füllkörper eine igel-, gitterrohr-, ring-, rohr- oder kugelförmige Gestalt hat.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllkörper als Elektronendonator, Kohlenstoffquelle und/oder Nährstoffversorger ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllkörper durch Gestein gebildet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllkörper ein phosphathaltiges Filmschichtträger­ material umfaßt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllkörper ein kalkhaltiges Filmschichttträgermate­ rial aufweist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, das das Filmschichtträgermaterial durch calciumreiches Calcium-Carbonat gebildet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllkörper ein Schwefel umfassendes Filmschicht­ trägermaterial aufweist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 13, da­ durch gekennzeichnet, daß der Füllkörper eine die Film­ schicht stabilisierende Trägersubstanz aufweist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllkörper eine Filmschichtträgersubstanz aus Na­ triumalginat, Calciumalginat oder Agga aufweist.