DE4407216C1 - Verfahren zur Nitrifikation und Stickstoffelimination - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nitrifikation und Stickstoffelimination. Mit einem solchen Verfahren soll vor allem die biologische Umsetzung von Ammonium in molekularen Stickstoff verbessert werden. Insofern eignet sich das Ver­ fahren besonders zur Abwasserbehandlung.

Im ersten Schritt der Nitrifikation wird Ammonium (Ammoniak bzw. Ammoniumverbindungen) zu Nitrit umgesetzt. Die für diese Umsetzung verantwortlichen Ammoniakoxidanten wachsen im all­ gemeinen sehr langsam und werden unter anderem durch niedrige Sauerstoffkonzentrationen gehemmt. Niedrige Sauerstoffkonzen­ trationen sind notwendig, um eine Stickstoffelimination durch Denitrifikation zu erreichen.

Um hier eine Verbesserung zu schaffen, ist gemäß der älteren deutschen Patentanmeldung P 44 02 697 die Zugabe von in Was­ ser unlöslichem Metallhydroxid vorgeschlagen worden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein weiteres Ver­ fahren bereitzustellen, das die Nitrifikation und Stickstoff­ elimination verbessert.

Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der gestellten Aufgabe da­ durch, daß man den Stoffwechsel von Ammoniakoxidanten beein­ flußt, indem man einer wäßrigen Suspension von Ammoniakoxi­ danten Hydroxylamin zusetzt.

Besondere Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den abhängi­ gen Ansprüchen 2 und 3 beschrieben.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich insbesondere zur Reinigung von Wasser einsetzen. Dabei wird unter dem Be­ griff Wasser jede biologisch zu reinigende Flüssigkeit ver­ standen, die Ammonium enthält oder solche Stickstoffverbin­ dungen, die sich zu Ammonium umsetzen lassen. Ammoniumhalti­ ges Wasser fällt beispielsweise bei der Erzaufbereitung, in der Aquaristik und Aquakultur und bei der Abwasserreinigung an.

Besonders geeignet ist das erfindungsgemäße Verfahren zur An­ wendung in einem Teilstrom einer Kläranlage. Derartige Teil­ ströme können ein verhältnismäßig kleines Volumen aufweisen, so daß sich die eingesetzte Hydroxylaminmenge begrenzt. Da­ rüber hinaus können Teilströme auch hohe Ammoniumkonzentra­ tionen enthalten und insofern besonders vorteilhaft zur An­ zucht von Nitrifikanten sind.

Die erforderliche Hydroxylaminkonzentration kann sehr unter­ schiedlich sein. Sie richtet sich vor allem nach den Milieu­ bedingungen, unter denen die Ammoniakoxidanten wachsen. In bezug auf die verhältnismäßig geringe chemische Beständigkeit des Hydroxylamins und die mikrobielle Abbaubarkeit haben sich Konzentrationen von etwa 250 µmol/l als günstig erwiesen. Es kann aber auch eine höhere oder deutlich niedrigere Konzen­ tration von Hydroxylamin erforderlich sein, beispielsweise bei kontinuierlicher Zugabe.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich vorzugsweise bei pH-Werten unterhalb von pH 7,0 durchführen. Bei sauren pH-Werten hat das für das Verfahren wirksame Enzym (Nitritreduktase) sein pH-Optimum.

Es konnte beobachtet werden, daß eine Hemmung der Ammoniak­ oxidation durch Zugabe von Hydroxylamin aufgehoben werden kann. Überraschenderweise ließ sich die Geschwindigkeit der Ammoniakoxidation steigern und darüber hinaus auch eine hohe Stickstoffelimination in Gegenwart von Sauerstoff bewirken.

Es wird angenommen, daß Ammoniakoxidanten Ammonium, Hydroxyl­ amin und Sauerstoff in molekularen Stickstoff und Wasser um­ wandeln.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand ausge­ wählter Versuchsbeispiele beschrieben.

Vergleichsbeispiel

In einer Mischkultur mit einem lithotrophen Ammoniakoxidanten und einem aeroben Denitrifikanten wurde Ammonium nicht stöchiometrisch zu Nitrit umgewandelt. Bei pH-Werten von 6,5 bis 7,0 und vermindertem Sauerstoffpartialdruck traten erheb­ liche Sauerstoffverluste auf. Anorganisch gebundener Stick­ stoff ging als molekularer Stickstoff verloren. Dabei wurde die Nitrifikation in zunehmendem Maße gehemmt. Diese Hemmung läßt sich dadurch erklären, daß der aerobe Denitrifikant Hy­ droxylamin abbaut. Fig. 1 zeigt das Ergebnis aus Versuchen mit einer Mischkultur von Nitrosomonas europaea und Paracoc­ cus denitrificans. Die Versuche wurden als Batch-Versuche mit einem organischen Medium durchgeführt, dem Ammonium zugesetzt war. Man erkennt, daß nach Ammoniumverbrauch und erneuter Zu­ gabe von Ammonium sowohl die Ammoniumabnahme als auch die Ni­ tritzunahme zum Stehen kommen.

Versuchsbeispiel

Eine Mischkultur von Nitrosomonas europaea und Paracoccus denitrificans wurde in einer 11-Flasche mit einem Stickstoff- Luft-Gemisch begast, so daß sich ein Sauerstoffgehalt im Me­ dium auf etwa 1,6 mg/l einstellte. Der pH-Wert wurde bei etwa 7,0 gehalten. Die Hydroxylaminkonzentration im Medium wurde täglich auf 250 µmol/l eingestellt. Nach 13 und nach 22 Tagen wurde die Ammoniumkonzentration wieder auf 10 mmol/l einge­ stellt. Aus Fig. 2 erkennt man, daß die Ammoniumoxidation mit steigender Geschwindigkeit abläuft. Außerdem ist zu sehen, daß die Nitritkonzentration nach Zugabe vom Ammonium nicht weiter ansteigt. Im Laufe des Versuches nimmt sie sogar ab. Nitrat wurde nicht gebildet. Am Ende des Versuches betrug das Defizit in der Stickstoffbilanz ca. 95%.

Claims (6)

1. Verfahren zur Nitrifikation und Stickstoffelimination un­ ter Verwendung von nitrifizierenden Bakterien, dadurch gekennzeichnet, daß man den Stoffwechsel von Ammoniakoxi­ danten beeinflußt, indem man einer wäßrigen Suspension von Ammoniakoxidanten Hydroxylamin zusetzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des Hydroxylamins in der wäßrigen Sus­ pension im Bereich von 1 bis 300 µmol/l liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das Hydroxylamin einer Mischkultur bestehend aus Ammoniakoxidanten und heterotroph wachsenden Mikroorga­ nismen zusetzt, wobei die Menge des zugesetzten Hydroxyl­ amins abhängig ist von der biologischen und chemischen Umsetzung des Hydroxylamins.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Umsetzung von Ammoniak bzw. Ammoniumverbindungen unter unmittelba­ rer und/oder anschließender Freisetzung von gasförmigem Stickstoff.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Reinigung von Wasser, insbesondere von Abwasser.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Anwendung in einem Teilstrom einer Kläranlage.