DE4441866A1 - Vorrichtung zum mehrstufigen anaeroben mikrobiellen Abbau organischer Substrate - Google Patents

Description

Zum Abbau organischer Substrate, wie häusliche, industrielle und landwirtschaftliche Abwässer oder Abprodukte der Biotechnologie und Pharmaindustrie, werden meist einstufige Bioreaktoren oder aerobe Belebungsverfahren eingesetzt. Die Nachteile dieser Verfahren sind neben einer langen Verweilzeit zum Abbau der Abwässer in der Anlage ein hoher schwer entwässerbarer Schlammanfall, sowie eine nicht unwesentliche Geruchsbelästigung der Umgebung durch Abgase.

Abwässer mit Mischsubstraten aus leicht abbaubaren Kohlehydraten bis zu schwer abbaubaren ringförmigen Kohlenwasserstoffen und Eiweißen erfordern einen stufenweisen enzymatischen Aufschluß der Substratanteile durch wechselnde spezialisierte Mikrobengemeinschaften mit gegenseitiger Konkurrenz. Die dazu erforderlichen mehrstufigen Reaktoren sind aufwendig und teuer und benötigen eine umfangreiche Regelung oder Bedienung.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum mehrstufigen anaeroben biologischen Abbau organischer Substrate in einem kompakten Reaktor. Dabei wird der Vorteil anaerober Prozesse mit einem bis zu siebenfach schnelleren Abbau und einem Restschlammanfall von nur etwa 10% gegenüber aeroben Verfahren genutzt. Es ist ein weitgehend selbstregulierendes System, das zwar mehrstufig, aber in einem Reaktor abläuft und alle Anforderungen mehrstufiger Reaktoren, wie Substratdosierung, Abproduktabführung, Biomasseernte, Abbau von umsatzhemmenden Diffusionsbarrieren, Distanz zu konkurrierenden Bakterienarten, Gewährleistung im Prozeßablauf steigender Forderung an Aufwuchsfläche, Verweilzeit und Temperatur erfüllt.

Anhand beigefügter Zeichnung soll der Erfindungsgedanke näher erläutert werden.

In einem Behälter in Form einer Wanne A befinden sich zwei Scheiben B aus Metall oder einem anderen geeigneten Metall, die auf den beiden einander zugewandten Flächen mit einer saugfähigen Schwammschicht C, vorzugsweise einem elastischen offenporigem Schaumstoff aus Polyurethan oder ähnlichem versehen sind. Die Scheiben sind auf einer Hohlwelle D gelagert, die auf der Unterseite perforiert ist und den Zulauf des abzubauenden Substrats darstellt. Durch den Überlauf E ist gewährleistet, daß der Flüssigkeitsspiegel des Substrats immer so hoch gehalten wird, das die Scheiben B zur Hälfte eintauchen. In Höhe des Flüssigkeitsspiegels sind zwei drehende Quetschwalzen F angebracht. Die beiden Scheiben B werden durch einen geeigneten Antrieb in gegenläufige langsame Rotation versetzt. Durch die Quetschwalzen wird die Schwammschicht C in Höhe der Oberfläche der Substratflüssigkeit zusammengepreßt, so daß beim Austauchen die Flüssigkeit ausgequetscht und beim Eintauchen Flüssigkeit aufgesaugt wird.

Im folgenden wird der Prozeßablauf dargestellt.

Das abzubauende Substrat, z. B. zu reinigendes Abwasser, wird durch die Hohlwelle D dem Reaktor zugeführt und tritt durch die Perforation der Hohlwelle im Zentrum der Scheiben in die Reaktorwanne aus, wird durch die Schwammschicht aufgesogen und untergetaucht. durch die im Porenraum des Schwammes im zentralen Teil der Scheiben angesiedelten Mikroben werden besonders die leicht aufschließbaren Kohlenhydrate abgebaut. Nach einer halben Umdrehung der Scheiben wird die Flüssigkeit ausgequetscht und von der gegenüberliegenden gegenläufigen Schwammscheibe wieder aufgesogen. Durch das aus der Hohlwelle D nachfließende Abwasser wandert das in den Schwammporen befindliche Substrat nach jeder Halbumdrehung etwas weiter nach außen und gelangt in den Bereich von Mikrobengemeinschaften, die auf schwerer abbaubare Substratanteile spezialisiert sind. Beim Passieren der Ausquetschwalzen wird im Schwammgefüge eine hohe mechanische Turbulenz und Spülwirkung ausgelöst, bei der Stoffwechselendprodukte und tote Biomasse ausgeschwemmt werden. An der Oberfläche des erneut aufsaugenden gegenüberliegenden Aufwuchsträgersegments werden diese Abproduktflocken an der Oberfläche zurückgehalten und das teilabgebaute Substratfiltrat gegen eine veränderte Mikrobengemeinschaft mit weitergehendem Substrataufschlußvermögen exponiert. Je weiter außen der Abbau erfolgt, um so größer ist die verfügbare Aufwuchsträgerfläche, um so geringer die Mikrobendichte, um so größer die Artenvielfalt infolge geringerem Konkurrenzdruckes um so höher die Substrattemperatur infolge exothermer Reaktionsabläufe. Bei der aufgezeigten Prozeßfolge werden die Grundsubstanzen organischer Substrate, wie Kohlenstoff-, Wasserstoff-, Stickstoff- und Schwefelverbindungen weitestgehend als gasförmige Verbindungen eliminiert.

Damit sind bei optimaler Regelung des Substratdurchsatzes und der Scheibendrehzahl alle Voraussetzungen für einen weitestgehenden Substratumsatz durch die vorliegende Erfindung gegeben.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum mehrstufigen anaeroben mikrobiellen Abbau organischer Substrate, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Reaktorgehäuse zwei oder mehr Scheiben mit einem elastischen, saugfähigen Aufwuchsträger versehen auf einer perforierten Hohlwelle angeordnet sind und durch einen geeigneten Antrieb in jeweils gegenläufige Drehung versetzt werden, wobei die Scheiben bis zur Hälfte in das abzubauende flüssige Substrat eintauchen und durch zwischen den Scheiben angebrachte Quetschwalzen die Aufwuchsträger beim Auftauchen ausgequetscht werden, während die gegenüberliegende Scheibe das ausgequetschte Substrat aufsaugt und damit eintaucht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das abzubauende Substrat über die perforierte Hohlwelle zugeführt und durch die gegenläufigen Scheiben und das abwechselnde Ausquetschen und Aufsaugen pendelnd nach außen transportiert wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich durch das pendelnd nach außen geführte Substrat auf den Aufwuchsträgerscheiben radial unterschiedliche Mikrobengemeinschaften ansiedeln und das Substrat stufenweise abbauen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch das intervallmäßige Ausquetschen des Aufwuchsträgers partikuläre Verunreinigungen, gebildete Flocken und umsatzhemmende Diffusionsbarrieren abfiltriert und in der Gasse zwischen den Scheiben nach außen abgeführt werden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die atmosphärische Sauerstoffnachlieferung unterbrochen wird durch die stauspiegelbegrenzende Lage der Quetschwalzen und die Verlagerung des frischen Substrats in den Porenraum der Aufwuchsträger.