DE4223945A1 - Verfahren zur mikrobiologischen Reinigung von Kühlschmierstoff enthaltenden Abwässern der metallverarbeitenden Industrie mit Hilfe eines speziellen Phospholipids - Google Patents
Verfahren zur mikrobiologischen Reinigung von Kühlschmierstoff enthaltenden Abwässern der metallverarbeitenden Industrie mit Hilfe eines speziellen PhospholipidsInfo
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Description
Das Wachstum von Mikroorganismen und der damit zusammenhängende Stoffumsatz
ist einerseits abhängig vom umzusetzenden Substrat, andererseits von der
Präsenz spezifischer Elemente wie z. B. Schwefel, Phosphor, Stickstoff, die für
den Aufbau von Proteinen, Enzymen etc. benötigt werden. Diese Elemente liegen
in der Regel in Form unterschiedlicher chemischer Verbindungen vor und sind
dementsprechend unterschiedlich bioverfügbar.
So ist z. B. literaturbekannt, daß die auf spezielle Mikroorganismen zurückzufüh
rende Käsereifung durch die Anwesenheit von liposomaler Phospholipide, die eine
Stickstoff- und Phosphor-Quelle darstellen, beschleunigt wird (J-C. Piard et al.,
Biotechnology Letters 8 (4), 241-246 (1986)). Über die Änderungen der
Phospholipidgehalte während der Käsereifung wurde berichtet (J. Hladik et al.,
Scientific Papers of the Prague Institute of Chemical Technology E 50/1979/Food,
43-65).
Phospholipide sind vom chemischen Aufbau Fettkörper mit oberflächenaktiven
Eigenschaften. Sie sind ein essentieller Baustein des Aufbaus der Zellmembran.
Exogen zugeführte Phospholipide werden daher naturgemäß sehr schnell von den
Zellen der Mikroorganismen aufgenommen und machen somit sowohl Stickstoff als
auch Phosphor optimal verfügbar.
Bei der Aufbereitung von Abwässern, speziell von Abwässern, die aus
technischen Emulsionen resultieren, ist bei Anwendung einer mikrobiologischen
Reinigungsstufe aus ökonomischer Sicht ein rasches Zellwachstum und ein hoher
Zellumsatz von besonderer Bedeutung, da hiervon die Anlagengröße und deren
Unterhaltungskosten abhängen.
Ein besonderes Problem stellen hierbei Abwässer von Kühlschmierstoffemulsionen
dar, da sie im Gebrauchszustand gegen den Abbau durch Mikroorganismen mittels
Konservierungsmitteln oder ähnlich wirkenden Hemmstoffen geschützt sein
müssen, im Fall der mikrobiologischen Entsorgung aber von Mikroorganismen ab
gebaut werden sollen.
Es wurde nun überraschend festgestellt, daß in diesen Emulsionen nach Zusatz
eines speziellen Phospholipids nicht nur ein beschleunigter Abbau der Emulsion
und eine damit verbundene Desaktivierung des Konservierungsmittels, sondern
sogar ein Abbau bzw. eine Bindung des Konservierungsmittels in der Biomasse
stattfindet. Dies ist deshalb von besonderem Interesse, da Konservierungsmittel
sehr häufig niedermolekulare Substanzen darstellen, die auch mittels Ultrafiltra
tion nicht abgetrennt werden können und somit in den CSB-Wert des Abwassers
eingehen und aus toxikologischen Gründen nicht in das öffentliche Kanalnetz
abgegeben werden dürfen.
Weiter konnte festgestellt werden, daß sich sowohl aerobe als auch anaerobe
Reinigungsstufen dadurch beschleunigen lassen. Dies ist deshalb von allergrößtem
Interesse, da sich hierdurch auch Kombinationen ergeben, die insbesondere für
den Anwender von Kühlschmierstoffen (insbesondere die metallverarbeitende
Industrie) durchführbar sind.
Z. B. ist ein metallverarbeitender Betrieb in der Regel nicht in der Lage, eine
mikrobiologische Reinigung seiner Abwässer auf aerober Basis durchzuführen, da
hierfür eine Reihe kostenintensiver infrastruktureller Maßnahmen notwendig sind.
Dagegen ist ein anaerober Reinigungsschritt für ihn von Interesse, da hierbei ein
vergleichsweise kleiner Aufwand betrieben werden muß. Die sich dabei ergebende
Biomasse mit einem sehr hohen Anteil an intakt gebliebenen Kohlenwasserstoffen
kann anschließend in einer externen Anlage unter Nutzung der inherenten
Energie aerob biologisch behandelt werden. Selbstverständlich sind aufgrund des
hohen Energieinhaltes der Biomasse auch konventionelle Verfahren wie z. B.
Verbrennung möglich.
Sind die zu behandelnden Abwässer stark verunreinigt mit umweltrelevanten
Metall-Ionen wie z. B. Chrom, Nickel, Kobalt, Kupfer, so werden diese in der
anaeroben Stufe in bestimmten Zonen der Biomasse angereichert und somit
ebenfalls aus dem Abwasser entfernt. Es kann danach alternativ eine aerobe
Stufe mit entsprechender späterer Aufbereitung der Biomasse oder möglicherweise
eine direkte Verhüttung des getrockneten anaeroben Schlammes erfolgen (vgl.
Metex®-Verfahren; M. Morper, Linde Berichte aus Technik und Wissenschaft Nr.
57 (1985)).
Als Phospholipidquelle sind die üblichen Produkte wie Lecithin in öliger oder
entölter Form, Phosphatidylcholin in angereicherter Form oder sogenannte
Fraktionen nicht geeignet, weil sie entweder zu teuer sind oder Stoffe wie Sojaöl
enthalten, die ihrerseits das Abwasser zusätzlich belasten würden. Zum anderen
sind diese Stoffe im allgemeinen wenig für diese Anwendung geeignete da sie ein
schlechtes Lösungsverhalten in Wasser haben.
Es konnte nun ein spezielles Phospholipid (im folgenden einfach "Phospholipid"
genannt) gefunden werden, daß alle diese Nachteile nicht besitzt. Dieses
Produkt, daß im Handel unter anderem unter der Bezeichnung Phospholipon® 5
erhältlich ist, zeichnet sich durch einen besonders hohen Anteil an sogenannten
negativen Ladungsträgern wie Phosphatidsäure, Phosphatidylinosit etc. aus, ist
wasserdispergierbar und sehr preiswert.
Das Phospholipid weist die folgende Zusammensetzung auf:
15 bis 25 Gew.% Phosphatidylethanolamin,
15 bis 25 Gew.% Phosphatidylinosit,
15 bis 25 Gew.% Phosphatidsäure,
15 bis 0 Gew.% Phosphatidylcholin,
0 bis 1 Gew.% Öl,
40 bis 24 Gew.% in Lecithinen übliche Begleitstoffe, wobei sich die Mengen auf jeweils 100 Gew% summieren.
15 bis 25 Gew.% Phosphatidylethanolamin,
15 bis 25 Gew.% Phosphatidylinosit,
15 bis 25 Gew.% Phosphatidsäure,
15 bis 0 Gew.% Phosphatidylcholin,
0 bis 1 Gew.% Öl,
40 bis 24 Gew.% in Lecithinen übliche Begleitstoffe, wobei sich die Mengen auf jeweils 100 Gew% summieren.
Das Phospholipid wird in Abhängigkeit von der Konzentration der im Abwasser
enthaltenen organischen Belastung zudosiert. Die Dosierung ist weiterhin ab
hängig von der chemischen Zusammensetzung der organischen Belastung. So kann
als Faustregel gelten, daß das Gewichtsverhältnis Phospholipid zu organischer
Belastung von 1 : 1000 bis 1 : 20 reichen kann, normalerweise etwa 1 : 100 beträgt.
Die Zudosierung geschieht zweckmäßigerweise in Form des Feststoffes mit einer
Förderschnecke, kann aber mit jedem anderen, dem Fachmann geläufigen Ver
fahren durchgeführt werden, so z. B. in Form einer wäßrigen Dispersion. Es
kann sowohl im Batch- als auch im kontinuierlichen Verfahren gearbeitet
werden.
Weitere Stickstoff- oder Phosphor-liefernde Zusätze wie z. B. Aminosäuren etc.
sowie Emulgatoren oder sauerstoffabgebende Verbindungen und spezielle
Trägersubstanzen sind beim Einsatz des genannten Phospholipids nicht
notwendig. Es ist auch nicht erforderlich, spezielle Stämme von Mikroorganismen
zu benutzen. Der für die Bioreaktoren notwendige Belebtschlamm kann
konventionellen kommunalen Kläranlagen entnommen werden. Das Verfahren ist
daher sehr einfach zu handhaben und zeichnet sich daher dadurch aus, daß der
Stoffeinsatz im ökologischen Sinne optimiert ist.
Die folgenden Beispiele erläutern die Verfahrensweise im kontinuierlichen
anaeroben Verfahren:
Ein Abwasserstrom mit einer Belastung aus 1.1% organischen Bestandteilen,
bestehend aus Mineralöl, synthetischen und nativen Estern, Ethern und
Alkoholen, anionischen und nichtionogenen Emulgatoren sowie nicht näher
spezifizierten Additiven aus Kühlschmierstoffen der Metallverarbeitung, fließt in
einer Geschwindigkeit von 1.2 m3/h in einen anaerob ausgelegten eingefahrenen
Bioreaktor. Das Abwasser verläßt den Bioreaktor mit einer organischen Belastung
von 71 ppm.
In den Abwasserstrom wird festes Phospholipid in Form von Phospholipon® 5 über
eine Förderschnecke in einer Menge von 0.2 kg/h zudosiert, wobei die
Durchmischung mittels geeigneter Rohreinbauten erfolgt. Der Abwasserstrom kann
nach Beginn der Zudosierung innerhalb von 72 h auf 1.9 m3/h gesteigert werden,
wobei das Abwasser nach 72 h den Reaktor mit einer organischen Belastung von
52 ppm verläßt.
Das eingesetzte Phospholipid (Quelle: Sojabohne) hat die folgende Zusammen
setzung:
Phosphatidylethanolamin | |
20.2 Gew.-% | |
Phosphatidylinosit | 19.4 Gew.-% |
Phosphatidsäure | 22.0 Gew.-% |
Phosphatidylcholin | 10.6 Gew.-% |
N-Acyl-phosphatidylethanolamin | 2.3 Gew.-% |
Lysolecithin | kleiner 1.0 Gew.-% |
Öl | kleiner 1.0 Gew.-% |
Sonstige, in Lecithinen übliche Begleitstoffe | ad 100.0 Gew.-% |
Ein Abwasserstrom mit einer Belastung aus 0.4% organischen Bestandteilen,
bestehend aus Mineralöl, synthetischen und nativen Estern, Ethern und
Alkoholen, anionischen und nichtionogenen Emulgatoren sowie nicht näher
spezifizierten Additiven aus Kühlschmierstoffen der Metallverarbeitung, fließt in
einer Geschwindigkeit von 2.2 m3/h in einen anaerob ausgelegten eingefahrenen
Bioreaktor. Das Abwasser verläßt den Bioreaktor mit einer organischen Belastung
von 19 ppm.
In den Abwasserstrom wird festes Phospholipid in Form von Phospholipon® 5 über
eine Förderschnecke in einer Menge von 0.09 kg/h zudosiert, wobei die
Durchmischung mittels geeigneter Rohreinbauten erfolgt. Der Abwasserstrom kann
nach Beginn der Zudosierung innerhalb von 72 h auf 2.9 m8/h gesteigert werden,
wobei das Abwasser nach 72 h den Reaktor mit einer organischen Belastung von
9 ppm verläßt.
Das eingesetzte Phospholipid hat die in Beispiel 1 angegebene Zusammensetzung.
Claims (2)
1. Verfahren zur Beschleunigung der mikrobiologischen Reinigung Kühlschmier
stoff-haltiger Abwässer, dadurch gekennzeichnet, daß dem Abwasserstrom
vor der mikrobiologischen Reinigungsstoffe ein Phospholipid im Verhältnis
1 : 1000 bis 1 : 20 bezogen auf den Gehalt an organischen Verbindungen zuge
mischt wird.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Phospholipid
die nachstehende Zusammensetzung aufweist:
15 bis 25 Gew.% Phosphatidylethanolamin,
15 bis 25 Gew.% Phosphatidylinosit,
15 bis 25 Gew.% Phosphatidsäure,
15 bis 0 Gew.% Phosphatidylcholin,
0 bis 1 Gew.% Öl
40 bis 24 Gew.% in Lecithinen übliche Begleitstoffe, wobei sich die Mengen auf jeweils 100 Gew.% summieren.
15 bis 25 Gew.% Phosphatidylethanolamin,
15 bis 25 Gew.% Phosphatidylinosit,
15 bis 25 Gew.% Phosphatidsäure,
15 bis 0 Gew.% Phosphatidylcholin,
0 bis 1 Gew.% Öl
40 bis 24 Gew.% in Lecithinen übliche Begleitstoffe, wobei sich die Mengen auf jeweils 100 Gew.% summieren.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19924223945 DE4223945A1 (de) | 1992-07-21 | 1992-07-21 | Verfahren zur mikrobiologischen Reinigung von Kühlschmierstoff enthaltenden Abwässern der metallverarbeitenden Industrie mit Hilfe eines speziellen Phospholipids |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (1)
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DE (1) | DE4223945A1 (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
1992
- 1992-07-21 DE DE19924223945 patent/DE4223945A1/de not_active Withdrawn
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