DE4208120C2

DE4208120C2 - Carrier material for microorganisms

Info

Publication number: DE4208120C2
Application number: DE19924208120
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl Ing Kliche; Helmut Dr Rueckauf; Willi Prof Dr Neumann; Reinhard Dr Rer Nat Panning
Original assignee: Schwermaschinenbau Kombinat Ernst Thalmann VEB
Current assignee: Schwermaschinenbau Kombinat Ernst Thalmann VEB
Priority date: 1992-03-11
Filing date: 1992-03-11
Publication date: 1994-02-10
Anticipated expiration: 2012-03-12
Also published as: DE4208120A1

Description

Die Erfindung betrifft das im Anspruch angegebene Trägermaterial für Mikroorganismen, das bei der Entsorgung durch mikrobiellen Abbau für flüssige organisch belastete Abprodukte aus dem kommunalen und industriellen Bereich sowie aus der Tierhaltung eingesetzt wird.The invention relates to the carrier material for microorganisms specified in the claim, which in the disposal by microbial degradation for liquid organically contaminated waste from the municipal and industrial area as well as from animal husbandry.

Die Verwendung von trägerfixierten Mikroorganismen zur äroben und anäroben Abwasser reinigung ist Stand der Technik (S.M. Stronach u. a.: Anärobic digestion, Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, Tokyo 1986), lt. Stand, zur äroben Abwasserreinigung. Dabei stehen folgende Charakteristika im Vordergrund:The use of carrier-fixed microorganisms for aerobic and anaerobic wastewater cleaning is state of the art (S.M. Stronach et al .: Anärobic digestion, Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, Tokyo 1986), according to the stand, for aerobic wastewater treatment. The focus is on the following characteristics:

1) The carrier fixation enables high microorganism concentrations by micro organism retention. Associated with this is an increase in the rate of degradation and thus an increase in the space-time yield.
2) Biomass fixed to the carrier is much less sensitive to fluctuations the product composition and the process parameters.
3) The recommissioning of bioreactors with carrier-fixed biomass is in the Contrary to conventional reactors, possible in a few days. You are with it also suitable for seasonal use.
4) With fixed bed reactors currently used for biological wastewater treatment be and with irregularly shaped chunks of mineral Fabrics, packs made of plastic, glass and metal molded parts can be filled a number of requirements to be met on fixed bed reactors are met. To include the concentration of active biomass, the decoupling of hydraulic Residence time of the nutrients over the entire cultivation volume and the setting certain milieu conditions (temperature, pH, pressure).

Weitere Anforderungen, die aus typischen Stoffsystemen und der Bauart der eingesetzten Reaktoren resultieren, sind mit dem Einsatz bekannter Füll- und Trägermaterialien, wie z. B. geschäumtem Naturkautschuk und/oder synthetischem Kautschuk gem. US 4,469,600, nicht mehr zu erfüllen.Further requirements arising from typical material systems and the type of construction used Reactors result, are with the use of known filler and carrier materials, such as. B. foamed natural rubber and / or synthetic rubber acc. US 4,469,600, not to fulfill more.

Dazu zählen die Vermeidung von Mikroorganismenschädigungen durch eine gleichförmige Versorgung mit Nährstoffen, das Zuwachsen und Überwuchern mit Mikroorganismen, wodurch die Trägermaterialfüllung bzw. -packung undurchlässig wird und verstopft. Weiterhin ist es mit den bekannten Füll- und Trägermaterialien nur schwer möglich, eine an das zu behandelnde Stoffsystem (Anteil an Feststoffen und der Konzentration der organischen Verunreinigungen) angepaßte Trägermaterialpackung mit definierter spezifischer Oberfläche in gegebenen Reaktoren (meist behälterartige Bauwerke aus Beton, Stahl, Kunststoff bzw. Verbundwerkstoffen) herzustellen. This includes avoiding damage to microorganisms by uniform Supply of nutrients, overgrowth and overgrowth with microorganisms, whereby the carrier material filling or packing becomes impermeable and clogs. Farther it is difficult with the known filler and carrier materials to get one to that treating material system (proportion of solids and the concentration of organic Impurities) adapted carrier material pack with a defined specific surface in given reactors (mostly container-like structures made of concrete, steel, plastic or Composite materials).

Gleiches gilt für die Gestaltung der hydrodynamischen Verhältnisse im Reaktor (Bildung von Totzonen) und die Verhinderung von Schwimm- und Sedimentschichten durch aufsteigende bzw. absinkende Inhaltsstoffe des zu reinigenden Stoffsystems. Nachteilig ist weiterhin, daß die mit dem bekannten Füll- und Trägermaterial hergestellten Packungen nicht geeignet sind, die Milieubedingungen im Reaktor (z. B. Temperatur) zu einem energetisch günstigeren Niveau hin zu verändern bzw. bei Ausfall der Prozeßenergieversorgung durch Speichereigenschaften des Trägermaterials und einen reduzierten radialen Stofftransport den Wärmeinhalt des Reaktors zu erhalten.The same applies to the design of the hydrodynamic conditions in the reactor (formation of Dead zones) and the prevention of floating and sediment layers by ascending or sinking ingredients of the material system to be cleaned. Another disadvantage is that the Packs made with the known filler and carrier material are not suitable Environment conditions in the reactor (e.g. temperature) to an energetically more favorable level to change or if the process energy supply fails due to storage properties of the Carrier material and a reduced radial mass transfer to the heat content of the reactor receive.

Der Erfindung liegt das Problem der Schaffung eines einfach aufgebauten und leicht handhabbaren kostengünstigen Bioträgermaterialsystems, das an den biologischen Abwasser reinigungsprozeß, das zu behandelnde Abwasser und den jeweiligen Bioreaktor anpaßbar ist und unter anäroben Bedingungen über einen längeren Zeitraum genutzt werden kann, zugrunde.The invention has the problem of creating a simple and lightweight manageable inexpensive bio carrier material system that connects to the biological wastewater purification process, the waste water to be treated and the respective bioreactor can be adapted and can be used over an extended period of time under anaerobic conditions, underlying.

Es wurde ermittelt, daß Altreifen von unterschiedlicher oder gleicher Größe, geordnet oder als Zufallsschüttung, einzeln oder in vorgefertigten Paketen, als komplette Reifen mit und ohne Perforation der Reifenseiten und Reifenlaufflächen, oder als Segmentformteile unterschied licher Konfiguration und mit unterschiedlichen oder gleichen spezifischen Oberflächen, mit variablem Innendurchmesser-Höhenverhältnis und variablem Verhältnis des Trägersystem innendurchmessers zum Reaktorinnendurchmesser, unter Beibehaltung aller im Altreifen ent haltenen Materialkomponenten als Bioträgermaterialsystem in einem abgeschlossenen Reaktionsvolumen (Reaktor) eingesetzt werden können.It was determined that old tires of different or the same size, ordered or as Random fill, individually or in prefabricated packages, as complete tires with and without Perforation of the tire sides and tire treads, or as segment molded parts licher configuration and with different or the same specific surfaces, with variable internal diameter-height ratio and variable ratio of the carrier system inside diameter to the inside diameter of the reactor, while maintaining all ent in the old tire holding material components as a bio-carrier material system in a closed Reaction volume (reactor) can be used.

So wird durch das lose Einbringen ganzer Altreifen, perforierter ganzer Altreifen, von Alt reifenteilen, von aus Altreifen hergestellten Segmenten unterschiedlicher Konfiguration in einem abgeschlossenen Reaktionsraum in Form einer Zufallsschüttung oder geordneten Ablage eine disperse Phase mit einer definierten spezifischen Oberfläche und einem definierten spezi fischen Reaktionsvolumen hergestellt. Die Schüttung oder Packung ist dabei so aufgebaut, daß die Bildung von durchgehenden Kanälen vermieden wird und dadurch die gesamte zur Verfügung stehende Trägeroberfläche mit Mikroorganismen besiedelt ist und diese gleich förmig mit Nährstoffen versorgt werden und die bei der mikrobiellen Behandlung entstehenden Produkte (Biogas) gleichmäßig aus dem Reaktionsraum abgeführt werden können.By loosely inserting old tires, perforated old tires, old tire parts, from segments made of used tires of different configurations in a closed reaction space in the form of a random bed or ordered storage a disperse phase with a defined specific surface and a defined spec fish reaction volume produced. The bed or pack is so constructed that the formation of continuous channels is avoided and thereby the entire Available carrier surface is populated with microorganisms and the same formally supplied with nutrients and those resulting from the microbial treatment Products (biogas) can be removed evenly from the reaction chamber.

Überraschenderweise wurde gefunden, daß durch die Varianz der Reifengrößen, der Konfigu ration der aus Altreifen vorgefertigten Bioträgersysteme, den definiert einstellbaren spezifischen Oberflächen und Reaktionsvolumina an den biologischen Reinigungsprozeß, das Stoffsystem und den Reaktor anpaßbare Schüttungen oder Packungen hergestellt werden können, sich dadurch optimale Strömungsverhältnisse im Reaktionsraum einstellen, Temperaturgradienten abgebaut werden, und die auf dem Trägermaterial angeordneten Mikroorganismen optimal mit Nährstoffen versorgt werden. Surprisingly, it was found that due to the variance in tire sizes, the configuration ration of the biocarrier systems prefabricated from old tires, the defined adjustable specific Surfaces and reaction volumes to the biological cleaning process, the material system and adaptable beds or packs can be made to the reactor thereby setting optimal flow conditions in the reaction space, temperature gradients are broken down, and the microorganisms arranged on the carrier material optimally Nutrients are supplied.

Weiterhin wurde festgestellt, daß sich auf der Trägermaterialoberfläche ein relativ dünner Biofilm ausbildet, an dessen Oberfläche, meist einlagig, die zur Durchführung der mikrobiellen Abwasserbehandlung benötigten Mikroorganismen angeordnet sind. Außerdem wurde gefunden, daß durch die versetzte Anordnung des Altreifenbioträgersystems das Aufsteigen von organischen Abwasserinhaltsstoffen vermieden wird, dadurch die in den Zwischenschichten angeordneten Mikroorganismen optimal mit Nährstoffen versorgt werden und eine Schwimm deckenbildung vermieden wird, weiterhin konnte festgestellt werden, daß dadurch das Absinken von Feststoffen verhindert wird, wodurch das Sediment über die Schüttung verteilt wird und den in suspendierter Form im Stoffsystem vorliegenden Mikroorganismen Besiedlungszonen angeboten werden, die zu einer wesentlichen Steigerung der Raum-Zeit-Ausbeute führt und das Blockieren von Reaktionsbereichen vermieden wird. Außerdem erhöht sich dadurch die Standzeit des Festbettsystems auf das 4- bis 5fache gegenüber konventionellen Festbett reaktoren.It was also found that there was a relatively thin layer on the substrate surface Forms biofilm on its surface, mostly single-layer, which is used to carry out the microbial Waste water treatment required microorganisms are arranged. Besides, was found that by the staggered arrangement of the used tire carrier system, the rise of organic wastewater constituents are avoided, which in the intermediate layers arranged microorganisms are optimally supplied with nutrients and a swimming blanket formation is avoided, it was also found that this caused the subsidence of solids is prevented, whereby the sediment is distributed over the bed and the microorganisms colonization zones present in suspended form in the material system are offered, which leads to a substantial increase in the space-time yield and blocking of reaction areas is avoided. It also increases the Service life of the fixed bed system is 4 to 5 times that of conventional fixed beds reactors.

Weiterhin wurde festgestellt, daß durch die Herausbildung des stabilen Biofilmsystems auf den Trägermaterialien aus Altreifen die Stabilität des mikrobiellen Prozesses gegenüber Stoß belastungen wesentlich größer ist und der Prozeß auf einem energetisch günstigeren Niveau bei hoher Stabilität des erzeugten Biofilmes betrieben werden kann.Furthermore, it was found that the formation of the stable biofilm system on the Carrier materials from used tires ensure the stability of the microbial process against impact loads is much greater and the process at an energetically more favorable level high stability of the biofilm produced can be operated.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden:The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment:

In einem 2 m³ Stahlreaktor wurde eine Trägerfüllung, bestehend aus Altreifen von Klein- PKW′s eingebracht, (spezifische Oberfläche 50 m²/m³, freier Querschnitt 0,4 m²/m², Gashold-up 75%, Flüssigkeitshold-up 10%).In a 2 m ³ steel reactor, a carrier filling consisting of old tires from small cars was introduced (specific surface 50 m ² / m ³ , free cross section 0.4 m ² / m ² , gas hold-up 75%, liquid hold up 10%).

Nach einer Inbetriebnahmezeit von 16 Tagen konnte der Reaktor mit Mischquelle (50 Ma.% Rindergülle/50 Ma.-% Schweinegülle) mit einer mittleren Verweilzeit der Flüssigphase von 5 Tagen betrieben werden. Es wurde eine Substratausfaulung von 73% bei einer Faulraum belastung von 12 kg/m³ d erreicht.After a commissioning time of 16 days, the reactor with a mixed source (50% by weight manure / 50% by weight pig manure) could be operated with an average residence time of the liquid phase of 5 days. A substrate digestion of 73% was achieved with a digestion chamber load of 12 kg / m ³ d.

Claims

Carrier material for microorganisms, characterized in that this carrier material used tires of different or the same size, individually or in prefabricated packages or layers, as whole tires with and without perforation of the tire sides and tire treads, as segment molded parts of different or the same configuration, with different or the same specific surfaces , a constant or variable internal diameter / height ratio and / or internal diameter / reactor diameter ratio.