-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen thermoplastischen wasserabsorbierenden
Gelträger, der
als Träger
verwendet werden kann, an welchem Tierzellen, Pflanzenzellen, Mikroorganismen
und/oder Protozoen anhaften, um einen Bioreaktor für die Herstellung
einer Substanz, die Behandlung schädlicher Substanzen, die Behandlung
von Altöl,
die Abwasserbehandlung, die Desodorisierung und dergleichen zu erhalten.
-
Beschreibung
des Hintergrunds der Technik
-
Die
in Bioreaktoren verwendeten Träger
liegen in zwei Arten vor: porös
und als Gel (nicht-porös).
Poröse
Träger
umfassen Träger
aus Polyurethan, Zellulose, Polypropylen, Polyvinylformal und Keramik.
-
Die
Porosität
dieser Träger
verleiht ihnen einen große
Oberfläche.
Sie werden häufig
mit Tierzellen, Pflanzenzellen, Mikroorganismen und/oder Protozoen
verwendet, die an deren porösen
Oberflächen
befestigt sind.
-
Poröse Träger sind
jedoch mit verschiedenen Nachteilen behaftet. So sind poröse Körper aus
Polyurethan und Polypropylen hydrophob und zeigen somit in Wasser
eine schlechte Fluidität.
Zusätzlich
dazu sind sie gegen eine Anhaftung von Tierzellen, Pflanzenzellen,
Mikroorganismen und Protozoen beständig. Poröse Körper aus Zellulose neigen dazu,
von solchen Organismen abgetragen zu werden, und haben somit nur
eine kurze Lebensdauer. Abgesehen von anderen Nachteilen sind poröse Körper aus
Polyvinylformal insofern benachteiligt, als für ihre Herstellung in industriellem
Maßstab
noch kein Verfahren etabliert wurde. Poröse Körper aus Keramik sind beim
Verfahren der Verwendung eingeschränkt, da sie aufgrund ihrer
hohen spezifischen Dichte in Wasser nicht fließfähig gemacht werden können.
-
Gelträger umfassen
Träger
aus Polyacrylamid, Polyethylenglykol, Polyvinylalkohol und Alginsäure.
-
Obwohl
diese Gelträger
im Allgemeinen mit Tierzellen, Pflanzenzellen, Mikroorganismen und/oder Protozoen
verwendet werden, die im Gel eingehüllt sind, können sie auch mit Tierzellen,
Pflanzenzellen, Mikroorganismen und/oder Protozoen verwendet werden,
die an der Geloberfläche
befestigt sind.
-
Da
diese Gelträger
zu einem hohen Anteil Wasser enthalten, zeigen sie hohe Biokompatibilität und bieten
somit mit Ausnahme des Polyacrylamid-Gelträgers, der aus dem zytotoxischen
Acrylamid hergestellt wird, für
Tierzellen, Pflanzenzellen, Mikroorganismen und Protozoen ein bevorzugtes
Habitat. Andererseits weisen die meisten dieser Gelträger aufgrund
ihres hohen Wassergehalts eine schlechtere physikalische Festigkeit
auf. Sie neigen somit mit hoher Wahrscheinlichkeit dazu, sich während ihrer
Verwendung im Reaktor abzunützen
oder zu zerbrechen.
-
Gelträger, von
denen bis dato berichtet wurde, einschließlich jener oben angeführten, fallen
in die folgenden Kategorien: hitzegehärtete, bei niedriger Temperatur
gehärtete,
durch ionische Vernetzung gehärtete und
durch Strahlung gehärtete
organische Polymerverbindungen.
-
Wenn
diese Träger
einmal in eine spezifische Gestalt geformt wurden, so können sie
nicht mehr erneut geschmolzen und in eine andere Gestalt geformt
werden. Aus diesem Grund werden sie für gewöhnlich in die erwünschte Größe zurechtgeschnitten.
-
Der
Vorgang des Schneides des wasserimprägnierten und geschwollenen
Gels in Würfel
von der Größe einiger
Millimeter ist ein sehr mühsamer.
Die Herstellung herkömmlicher
Gelträger
war somit extrem beschwerlich und damit sehr zeit- und kostenintensiv.
Zusätzlich
dazu ist die Erzeugung von Gelen mit hohem Volumen schwierig. Es
wird angenommen, dass diese Faktoren dafür verantwortlich sind, dass
Gelträger
noch keine weit verbreitete Verwendung in Bioreaktoren gefunden
haben.
-
Eine
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung kann einen Bioreaktorträger aus einem thermoplastischen
wasserabsorbierenden Gel bereitstellen, das einen hohen Anteil an
Wasser enthält, über exzellente physikalische
Festigkeit verfügt,
starke Erosionsbeständigkeit
gegen Organismen zeigt und leicht gewerblich in hohem Volumen hergestellt
werden kann.
-
Diese Erfindung stellt Folgendes
bereit
-
Einen
Bioreaktorträger,
der ein thermoplastisches organisches Polymer mit einer Volumenschwellrate in
Wasser von 150 bis 4.000 % und ein wasserabsorbierendes Polyurethangel
ist, das durch Umsetzen von langkettigen und kurzkettigen Polyolverbindungen
und einer Isocyanatverbindung erhalten wird, wobei das langkettige
Polyol ein wasserlösliches
Polyoxyalkylendiol mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von 1.000
bis 13.000 ist; wobei das kurzkettige Polyol ein Diol mit einem
zahlenmittleren Molekulargewicht von bis zu 400 ist; und wobei die
Mengen so gewählt
sind, dass das Verhältnis
zwischen NCO und OH im Bereich von 1,0 bis 1,6 zu 1 liegt,
(2)
einen Träger
zur Abwasserbehandlung unter Verwendung des Bioreaktors nach (1),
(3)
einen Träger
zur Desodorisierung unter Verwendung des Bioreaktors nach (1) und
(5)
ein Verfahren zur Herstellung eines Bioreaktorträgers, der dadurch gebildet
wird, indem langkettige und kurzkettige Polyolverbindungen und eine
Isocyanatverbindung umgesetzt werden, um ein thermoplastisches Harz
zu erhalten, das thermoplastische Harz auf seine Schmelztemperatur
erhitzt wird, um dieses dadurch zu plastifizieren, das plastifizierte
Harz mit einem Extruder zu Strängen
extrudiert wird und die Stränge
kontinuierlich zu Pellets geschnitten werden.
-
Das
langkettige Polyol hat ein (zahlenmittleres) Molekulargewicht von
1.000 bis 13.000, vorzugsweise 4.000 bis 8.000.
-
Wird
dieser Bioreaktorträger
aus thermoplastischem wasserabsorbierendem Gel verwendet, so werden
die Rührleistung
und die Konzentration der Tierzellen, Pflanzenzellen, Mikroorganismen
und/oder Protozoen im Reaktor erhöht, wodurch eine hohe Behandlungsleistung
ermöglicht
wird.
-
Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
-
1 ist eine schematische
Darstellung, um ein aktiviertes Schlammverfahren und ein Abwasserbehandlungssystem
unter Verwendung des thermoplastischen Gelträgers dieser Erfindung zu erklären.
-
2 ist eine schematische
Darstellung eines Systems, das dazu verwendet wird, die Testleistung
der Gasdesodorisierung unter Verwendung des thermoplastischen Gelträgers dieser
Erfindung und Torfmoor zu vergleichen.
-
Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
-
Der
Bioreaktorträger
aus thermoplastischem, wasserabsorbierendem Gel (nachfolgend als „thermoplastischer
Gelträger" bezeichnet) gemäß dieser
Erfindung besteht vorzugsweise aus einem Material, das extrem hohe
Hydrophilie zeigt und eine große
Menge an Wasser darin halten kann. Als solches ist es mit Tierzellen,
Pflanzenzellen, Mikroorganismen und Protozoen in hohem Ausmaß kompatibel.
-
Der
thermoplastische Gelträger
dieser Erfindung wird in eine Kulturlösung, die Tierzellen, Pflanzenzellen,
Mikroorganismen und/oder Protozoen zur Verwendung enthält, eingegossen.
Augrund der hohen Biokompatibilität des Trägermaterials haften die Tierzellen,
Pflanzenzellen, Mikroorganismen und/oder Protozoen, die in der Lösung vorhanden
sind, an den Oberflächen
der Gelteilchen an und wachsen darauf rasch an.
-
Anders
als ein schwammiger, poröser
Träger
besitzt der thermoplastische Gelträger der Erfindung keine poröse Struktur,
die mit dem nackten Auge erkennbar ist. Klebrige Tierzellen, Pflanzenzellen;
Mikroorganismen und Protozoen, z.B. Ammonium-oxidierende Bakterien,
Nitrit-oxidierende Bakterien, andere Bakterien zur Nitrifizierung,
Bakterien zur Denitrifizierung und Schimmelpilze, haften somit vorzugsweise
an den Oberflächen
des thermoplastischen Gelträgers
an.
-
Die
Kulturlösung
oder das Wasser zur Behandlung, das den thermoplastischen Gelträger enthält, wird mittels
Belüftung
oder eines Rührwerks
gerührt.
Dieses bringt die Tierzellen, Pflanzenzellen, Mikroorganismen und/oder
Protozoen, die nur eine geringe Klebrigkeit mit dem Träger zeigen,
dazu, sich von den Oberflächen der
thermoplastischen Gelträgerteilchen
abzulösen
und davon abzufallen.
-
Nur
die klebrigen Tierzellen, Pflanzenzellen, Mikroorganismen und/oder
Protozoen haften in großer Anzahl
am thermoplastischen Gelträger
an, um daran befestigt zu werden. Diese Mikroorganismen sind somit während der
Verflüssigung
gegen Trennung beständig.
Ein Effekt wird unweigerlich daraus erhalten, wobei sich nämlich nur
jene Tierzellen, Pflanzenzellen, Mikroorganismen und/oder Protozoen
mit hoher Klebrigkeit auf den Oberflächen der Trägerteilchen verbreiten. Dies
stellt ein besonders beachtliches Merkmal des thermoplastischen
Gelträgers
der Erfindung dar.
-
Anders
als das herkömmliche
wasserhältige
Gel besitzt der thermoplastische Gelträger der Erfindung eine hohe
Scherfestigkeit. Die thermoplastischen Gelträgerteilchen, an denen eine
große
Anzahl an Tierzellen, Pflanzenzellen, Mikroorganismen und/oder Protozoen,
die als biologische Katalysatoren dienen, in großer Dichte an ihren Außenflächen anhaftet,
kann somit in wirksamer Weise dem Rührvorgang unter Verwendung eines
Impellerrührers
oder dergleichen widerstehen.
-
Als
Beispiel folgt nun eine Erklärung
zur Abwasserbehandlung, insbesondere zur Behandlung zur Desaminierung
(biologische Nitrifizierung), d.h. die Oxidation eines Stickstoffs
im Ammoniakzustand zu einem Stickstoff im Nitratzustand.
-
1 ist eine schematische
Darstellung, die ein Abwasserbehandlungssystem unter Verwendung
eines aktivierten Schlammverfahrens des thermoplastischen Gelträgers dieser
Erfindung erklärt.
In dieser Fig. bezeichnet die Bezugsziffer 1 ein Vorabsetzbecken, 2 einen
Bioreaktor und 3 ein Nachabsetzbecken. Das Abwasser 4 wird
vom Vorabsetzbecken 1 zum Bioreaktor 2 zugeführt und
darin biologisch behandelt. Das behandelte Wasser 5 wird
aus der Ablagerung im Nachabsetzbecken 3 entfernt, und
der Wasserüberstand
wird abgelassen.
-
Der
Bioreaktor 2 ist mit Diffusoren 6 ausgerüstet, die
Sauerstoff oder Luft, die auf eine geeignete Sauerstoffkonzentration
eingestellt sind, zur Belüftung
zuführen.
Die Sauerstoff enthaltende Luft wird mit Hilfe eines Gebläses 7 zu
den Diffusoren 6 zugeführt.
-
Der
thermoplastische Gelträger 8 dieser
Erfindung wird in den Bioreaktor 2 eingegossen. Während Abwasser 4 zum
Bioreaktor 2 zugeführt
und behandeltes Wasser 5 Diffusoren 6 eingeblasen,
um Sauerstoff zum Flüssigkeitsgemisch 9 im
Bioreaktor 2 zuzuführen.
-
Die
im Flüssigkeitsgemisch 9 durch
die nach oben steigenden Bläschen,
die zu diesem Zeitpunkt entstehen, erzeugte Konvektion bringt die
Teilchen des thermoplastischen Gelträgers 8 dazu, im Bioreaktor 2 zu treiben
und zu zirkulieren. Die Organismen, die die organischen Verunreinigungen,
die im Flüssigkeitsgemisch 9 vorhanden
sind, zersetzen und entfernen, haften und befestigen sich am thermoplastischen
Gelträger 8 an.
-
Da
der thermoplastische Gelträger 8 zu
diesem Zeitpunkt einen hohen Wasseranteil besitzt, ist er mit den
Organismen hochgradig kompatibel. Das Flüssigkeitsgemisch 9 umfasst
Gruppen von treibenden Organismen. Diese Gruppen liegen in vielen
verschiedenen Arten vor, umfassend dabei z.B. BOD-Verdauungsbakterien;
Oxidationsbakterien organischer Verbindungen, die organische Verunreinigungen
als ihre Nähr stoffquelle
verwenden, Nitrifizierungsbakterien, die Stickstoff im Ammoniakzustand
in Stickstoff im Nitratzustand zersetzen, sowie Denitrifizierungsbakterien,
die Stickstoff im Nitratzustand in Stickstoffgas umwandeln.
-
Da
diese Organismengruppen wie Schlammkörner in Wasser aussehen, werden
sie kollektiv auch als aktivierter Schlamm bezeichnet. Der aktivierte
Schlamm kann auch Regenwürmer,
Rädertierchen,
Vorticellae und andere Protozoen enthalten.
-
Von
diesen treibenden Organismusgruppen setzen sich jene mit hoher Klebrigkeit,
z.B. die Ammonium-oxidierenden Bakterien, die Nitrit-oxidierenden
Bakterien, andere Bakterien zur Nitrifizierung, Bakterien zur Denitrifizierung
und Schimmelpilze, formschlüssig
selbst an den Oberflächen
der thermoplastischen Gelträgerteilchen
fest. Im Bioreaktor 2 werden die organischen Verunreinigungen
und Stickstoffkomponenten im Abwasser zersetzt und durch die Wirkung
sowohl der Organismusgruppen, die an den Oberfläche der Trägerteilchen anhaften, als auch
der treibenden Organismusgruppen entfernt.
-
Da
der Stickstoff im Ammoniakzustand, der im Abwasser enthalten ist,
als primäre
Ursache der Fluss- und Meeresverschmutzung identifiziert wurde,
wird es nunmehr als notwendig erachtet, die Menge dieser Verunreinigungen
im Abwasser zu verringern. Die im aktivierten Schlamm vorhandenen
Nitrifizierungsbakterien wandeln den Stickstoff im Ammoniakzustand
im Abwasser in Stickstoff im Nitratzustand um, und die Denitrifizierungsbakterien
darin wandeln den Stickstoff im Nitratzustand in Stickstoffgas um,
das danach in die Atmosphäre
freigesetzt wird.
-
Da
die Nitrifizierungsbakterien sehr langsame Brüter sind, ist ihre Konzentration
unter den treibenden Organismusgruppen, d.h. im aktivierten Schlamm,
nicht sehr hoch. Das aktivierte Schlammverfahren, das in der gewöhnlichen
Abwasserbehandlung verwendet wird, ist somit nicht dazu geeignet,
Stickstoff im Ammoniakzustand angemessen zu behandeln.
-
Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung fürhten eine Studie durch, um
herauszufinden, warum die Nitrifizierungsbakterien sich im aktivierten
Schlamm nicht vermehren. Sie kamen dabei zum folgenden Schluss.
-
Die
Gesamtanzahl der Organismen, die in einem bestimmten Einheitsvolumen
vorhanden sind, kann als im Wesentlichen konstant bezeichnet werden.
Wenn sich schnell vermehrende Bakterien wie Oxidationsbakterien
für organische
Verbindungen im aktivierten Schlamm befinden, so vermehren sich
nur die BOD-Verdauungsbakterien und die Oxidationsbakterien für organische
Verbindungen, während
sich langsam vermehrende Bakterien wie Bakterien zur Nitrifizierung
nicht leicht vermehren können.
Die Konzentration der Nitrifizierungsbakterien im aktivierten Schlamm
ist somit stets gering. Dies kann jedoch dadurch verhindert werden,
indem nur die Nitrifizierungsbakterien an einem getrennten Ort davon
gezüchtet
werden. Da Nitrifizierungsbakterien klebrig sind, können sie
an der glatten Oberfläche
der thermoplastischen Gelträgerteilchen
anhaften.
-
Andererseits
können
BOD-Verdauungsbakterien, Oxidationsbakterien organischer Verbindungen
und andere solche Bakterien mit geringer Klebrigkeit nicht an den
Oberflächen
der Trägerteilchen
anhaften. In der unmittelbaren Umgebung der Trägerteilchen vermehren sich
somit nur Nitrifizierungsbakterien bis zu einer hohen Konzentration.
-
Die
Verwendung des thermoplastischen Gelträgers dieser Erfindung führt dazu,
dass die Habitate der Nitrifizierungsbakterien und der BOD-Verdauungsbakterien,
Oxidationsbakterien organischer Verbindungen getrennt werden. Die
Nitrifizierungsbakterien, die an den Oberflächen des thermoplastischen
Gelträgers
anhaften, behandeln den Stickstoff im Ammoniakzustand biologisch
mit exzellenter Wirksamkeit und großer Geschwindigkeit.
-
Im
Gegensatz dazu fängt
sich bei Verwendung eines porösen
Trägers
der Schlamm an den Porenabschnitten des schwammartigen Trägers, und
der daraus resultieren de Anstieg in der Schlammdichte im Bioreaktor
verbessert die Leistung der Abwasserbehandlung. Somit ist das, was
die Erfinder der vorliegenden Erfindung als „Habitattrennungseffekt" bezeichnen, nur
gering. Aus diesem Grund ist der poröse Träger im Allgemeinen dem thermoplastischen
Gelträger
in Hinblick auf die Behandlungsleistung von Stickstoff im Ammoniakzustand
unterlegen.
-
Die
vorangegangene Erklärung
bezieht sich hauptsächlich
auf die Abwasserbehandlung zum Zersetzen des Stickstoffs im Ammoniakzustand
im Abwasser in Stickstoff im Nitratzustand. Der thermoplastische Gelträger der
Erfindung ist jedoch nicht auf diese Anwendung beschränkt und
kann auch in anderen Schritten der Abwasserbehandlung, so etwa in
der Denitrifizierung, sowie in anderen biokatalytischen Reaktionen
für andere
Behandlungen als jene von Abwasser eingesetzt werden.
-
Obwohl
diese Erfindung die Größe oder
Form der thermoplastischen Gelträgerteilchen
nicht besonders begrenzt, werden dennoch Teilchen mit würfeliger,
zylindrischer, kugelförmiger
Form sowie anderen Formen bevorzugt, die große Oberflächen bereitstellen. Es können aber
auch splitterförmige
Teilchen mit einer einheitlichen Größe verwendet werden.
-
Kubische
Teilchen mit 1 bis 8 mm pro Seite, zylindrische Teilchen mit einem
Durchmesser sowie einer Länge
von je 5 mm und kugelförmige
Teilchen mit einem Durchmesser von 5 mm können als bevorzugte Beispiele
dafür angeführt werden.
-
Die
Teilchen des thermoplastischen Gelträgers können einheitlich im Reaktor
fluidisieren, wenn ihre spezifische Dichte 1.000 bis 1.250 beträgt, nachdem
das Anhaften und Befestigen der Organismen einen stationären Zustand
erreicht hat. Somit wird bevorzugt, die spezifische Dichte des thermoplastischen
Gelträgers innerhalb
dieses Bereichs einzustellen. Die Einstellung der spezifischen Dichte
erfolgt durch die Zugabe eines Pulvers mit hoher spezifischen Dichte
wie Bariumsulfat während
der Synthese des thermoplastischen Harzes vor dem Formen oder wenn
das Harz während
des Heißformens
in einem geschmolzenen Zustand ist. Ein anorganisches Pulver wie
Aktivkohle, Kohlepulver, Zeolith oder dergleichen kann im thermoplastischen
Gelträger aufgenommen
werden, um das Anhaften einer großen Menge an gewünschten
Tierzellen, Pflanzenzellen oder Mikroorganismen sicherzustellen.
Die Zugabe kann erfolgen, wenn das Harz in einem geschmolzenen Zustand
vorliegt, ähnlich
der Zugabe des zuvor erwähnten
Pulvers mit hoher spezifischer Dichte. Anderenfalls kann sie erfolgen,
indem das anorganische Pulver sich an die Oberfläche der thermoplastischen Harzstränge anhaftet,
die vor dem Zerschneiden in Stränge
von einem Extruder extrudiert wurden.
-
Der
thermoplastische Gelträger
der Erfindung plastifiziert vor dem Anschwellen mit Wasser und zeigt Fluidität, wenn
er auf seine Schmelztemperatur erhitzt wird. Er kann zu Pellets
geformt werden, indem er von einem Extruder mit Heizungsvermögen zu Strängen extrudiert
wird und danach kontinuierlich die Stränge in Segmente mit geeigneter
Länge geschnitten
werden. Soll das thermoplastische Harz in Trägersplitter geformt werden,
so wird es zerdrückt
und danach gesiebt, um es in Splitter mit einheitlicher Größe zu trennen.
Am häufigsten
verwendete Bioreaktorträger
bestehen aus hitzehärtbaren
Polymerharzen. Da ein solches Harz oft geschnitten werden muss,
um Teilchen mit einer gewünschten
Größe zu erhalten,
ist dieses Verfahren extrem mühsam.
Im Gegensatz dazu besteht der Träger
gemäß dieser
Erfindung aus einem thermoplastischen Harz, das durch Erhitzen plastifiziert
werden kann. Dies stellt insofern einen großen Vorteil dar, als die Bildung
von Trägerteilchen
mit einer gewünschten
Größe sowie
die leichte Herstellung von Trägerteilchen
mit gewöhnlicher Form
und Größe ermöglicht wird.
-
Beinahe
kugelförmige
Trägerteilchen
können
durch das Zerschneiden der zuvor erwähnten Stränge mit einer Unterwasser-Pelletiermaschine
oder einem ähnlichen
Gerät hergestellt
werden. Es ist natürlich
auch ein Spritzgießverfahren
möglich,
wodurch es möglich
ist, Trägerteilchen
mit platten-, block-, wellenförmiger oder
anderer Gestalt auszubilden, wie dies die verschiedenen Gussformen
erforderlich machen. Der derart geformte thermoplastische Gelträger kann
nach dem Schwellen auf den Boden eines Bioreaktors absinken, um als
Festbett zu dienen. Der thermoplastische Gelträger dieser Erfindung enthält zum Zeitpunkt
des Formens kein Wasser.
-
Zum
Zeitpunkt der Verwendung werden die thermoplastischen Gelträger in den
Reaktor eingegossen, wo sie durch die Absorption von Wasser darin
schwellen. Da der Träger
keine Tierzellen, Pflanzenzellen, Mikroorganismen oder Protozoen
enthält,
kann er über
einen langen Zeitraum in einem feuchtigkeitsbeständigen Sack aufbewahrt werden.
-
Herkömmliche
Gelträger
aus Polyacrylamid, Polyethylenglykol, Polyvinylalkohol, Alginsäure und
dergleichen enthalten darin Wasser und Tierzellen, Pflanzenzellen,
Mikroorganismen und/oder Protozoen. Ihre Lagerung muss daher gut
organisiert werden, damit die Tierzellen, Pflanzenzellen, Mikroorganismen
und/oder Protozoen am Leben bleiben.
-
Zusätzlich dazu
werden ihre Kosten für
den Transport zu jenem Ort, an dem sie in großen Mengen verwendet werden,
aufgrund ihres hohen Wasseranteils sehr hoch. Da der thermoplastische
Gelträger
dieser Erfindung als Trockenmaterial transportiert und nach der
Absorption von Wasser im Reaktor verwendet werden kann, ist es möglich, ihn
zu deutlich geringeren Kosten zu transportieren. Da an den Träger eine
Vielzahl von erwünschten
Tierzellen, Pflanzenzellen und/oder anderen Organismen durch die
Wasserabsorption in einer Suspension, welche die erwünschten
Tierzellen, Pflanzenzellen und/oder andere Organismen in einer hohen Konzentration
enthält,
anhaften kann, ist es somit möglich,
die Anfangsleistung des Bioreaktors zu verstärken.
-
Anders
als das herkömmliche
wasserenthaltende Gel besitzt der thermoplastische Gelträger der
Erfindung eine hohe Scherfestigkeit. Der Träger, an dessen Außenflächen viele
Tierzellen, Pflanzenzellen, Mikroorganismen und/oder Protozoen anhaften,
kann somit effizientem Rühren
unter Verwendung eines Impellerrührers
oder dergleichen standhalten. Das Belüftungsrühren unter Verwendung von Luft
oder ei nes anderen Gases wird verwendet, um den Träger in einem
aeroben Bioreaktor zu rühren.
Ein Impellerrührer
oder dergleichen muss jedoch verwendet werden, um den Träger in einem
anaeroben oder anoxischen Bioreaktor zu rühren, da die Verwendung der
Belüftungsrührung nicht
zulässig
ist. Während
eines solchen Rührens
wird der hitzehärtbare
Träger,
der zu einem hohen Grad dreidimensional vernetzt ist, durch das
Rühren
aufgelöst, da
ihn seine niedrige Scherbeständigkeit
sehr fragil macht. Der thermoplastische Träger dieser Erfindung besitzt
vorzugsweise eine Volumenschwellrate in Wasser, die durch die Gleichung
1 definiert ist, im Bereich von 150 bis 4.000 %.
-
-
„Trockenvolumen" bezeichnet den Zustand
des thermoplastischen Gelträgers,
wenn sein Gewichtsverlust während
des Trocknens bei 100 °C
minimal wird. „Vollständig geschwollenes
Volumen" bezeichnet
den Zustand desselben, wenn die Volumenänderung während des Aufweichens in reinem
Wasser bei 25 °C
minimal wird. Das Volumen der rechteckigen oder kubischen Trägerteilchen
wird durch die Seitenlängen
bestimmt. Im Fall von zylindrischen Pellets oder Splittern, die
durch Zerdrücken
entstehen, deren Volumina schwer berechnet werden können, wird
das folgende Verfahren verwendet, um das Trocken- und das vollständig geschwollene
Volumen zu erhalten.
-
Trockenvolumen
-
Berechnet
der spezifischen Dichte des thermoplastischen Harzes vor der Heißformung
oder vor dem Zerdrücken
und vom Gewicht des Pellets oder Splitter nach dem Trocknen bei
100 °C.
-
Vollständig geschwollenes
Volumen: Eine geeignete Menge an vollständig geschwollenen Pellets
oder Splittern wird in eine Messflasche eingefüllt, die mit einem luftdichten
Verschluss aus gestattet ist, wobei die Flasche bis zu einer markierten
Linie mit reinem Wasser befüllt
wird und die Pellets oder Splitter 1 Stunde lang bei 4 °C im Wasser
stehengelassen werden und das Gesamtgewicht als A(g) gemessen wird.
-
Die
Pellets oder Splitter werden aus der Flasche entfernt, und das Gewicht
der Messflasche und des reinen Wassers, das in der Flasche zurückbleibt,
werden als B(g) gemessen.
-
Die
gemessenen Werte werden in die Gleichung eingesetzt:
-
Vollständig geschwollenes
Volumen (ml) _ (A – B)
x 1,00
-
Liegt
die Volumenschwellrate unter 150 %, so ist das Wasserabsorptionsvermögen des
thermoplastischen Gelträgers
gering. Aus diesem Grund ist sein Wassergehalt so gering, dass die
Beschreibung „wasserenthaltendes
Gel" unpassend wird.
Die Organismen haften somit auch nur schlecht an. Beträgt die Schwellrate
mehr als 4.000 %, so verliert der thermoplastische Gelträger so viel
an Festigkeit, dass er nicht mehr nützlich ist.
-
Gele,
die für
den thermoplastischen Gelträger
der Erfindung verwendet werden können,
sind thermoplastische Polyurethangele. Der thermoplastische Polyurethangelträger ist
ein Polyurethan-Copolymer, das aus weichen und harten Segmenten
besteht, die durch Urethan-Bindungen statistisch Kopf an Schwanz
gebunden sind. Er wird durch Umsetzen einer bifunktionellen langkettigen
Diolverbindung, einer bifunktionellen Diisocyanatverbindung und
einer kurzkettigen Diolverbindung hergestellt. Das durch das Umsetzen
der langkettigen Diolverbindung mit der Isocyanatverbindung erhaltene
weiche Segment ist durch die Formel 2 dargestellt:
-
-
Das
durch das Umsetzen der kurzkettigen Diolverbindung mit der Isocyanatverbindung
erhaltene harte Segment ist durch die Formel 3 dargestellt:
-
-
Das
Symbol X in der Formel 2 bezeichnet eine Gruppe, die durch Umsetzen
einer Hydroxyendgruppe einer langkettigen Diolverbindung mit einem
Isocyanat erzeugt wird, weniger der Hydroxyendgruppe davon. Es wird
angenommen, dass das Molekulargewicht von X die Schwellrate und
dergleichen des Gels wesentlich beeinflusst. Das Molekulargewicht
liegt zwischen 1.000 und 13.000, bevorzugter zwischen 4.000 und
8.000. Ist das Molekulargewicht von X gering, so wird das Molekulargewicht
des weichen Segments klein. Da die Schwellrate des Gels dadurch
tendenziell gering ist, steigt die spezifische Dichte des Gels in
Wasser an. Ist das Molekulargewicht von X größer als 13.000, so steigt während der
Synthese die Viskosität.
Dies ist insofern von Nachteil, als dadurch die Schmelztemperatur
angehoben wird und auch andere Probleme entstehen.
-
Die
in dieser Erfindung verwendete langkettige Diolverbindung ist vorzugsweise
ein wasserlösliches Ethylenoxid-Propylenoxid-Copolymer
mit zwei Hydroxyendgruppen pro Molekül oder Polyethylenglykol.
-
Der
Anteil an Ethylenoxid beträgt
vorzugsweise 70 % oder mehr, noch bevorzugter 85 % oder mehr. Bei
einem Ethylenoxidanteil von weniger als 70 % kann die Schwellrate
des Gels gering sein.
-
Das
Symbol Y in den Formeln bezeichnet eine Gruppe, die durch Umsetzen
einer Diisocyanatverbinung mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht
zwischen 100 und 1.000 mit einer Hydroxidgruppe erzeugt wird, weniger
der Isocyanatgruppe,.
-
Isocyanate,
die in der Erfindung verwendet werden können, umfassen z.B. Tolylendiisocyanat,
Xylylendiisocyanat, Naphthylendiisocyanat, Diphenylmethandiisocyanat,
Biphenylendiisocyanat, Diphenyletherdiisocyanat, Tolidindiisocyanat,
Hexamethylendiisocyanat und Isophorondiisocyanat.
-
Das
Symbol Z in der Formel 3 bezeichnet eine Gruppe, die durch Umsetzen
einer Hydroxidendgruppe eines niedrigmolekularen Diols mit einem
zahlenmittleren Molekulargewicht zwischen 30 und 400 mit einem Isocyanat
hergestellt wird, weniger der Hydroxyendgruppe davon,.
-
Kurzkettige
Diolverbindungen, die in der Erfindung verwendet werden können, umfassen
z.B. Ethylenglykol, 1,2-Propylenglykol, 1,3-Propylenglykol, 1,3-Butandiol,
2,3-Butandikol,
1,4-Butandiol, 1,5-Pentandiol, 1,6-Hexandiol, 2,2-Dimethyl-1,3-propandiol,
Diethylenglykol, Dipropylenglykol, 1,4-Cyclohexandimethanol, 1,4-Bis-(β-hydroxyethoxy)benzol,
p-Xylylendiol, Phenyldiethanolamin, Methyldiethanolamin und 3,9-Bis-(2-hydroxy-1,1-diemethylethyl)-2,4,8,10-tetraoxaspiro[5,5]-undecan.
-
Das
Verhältnis
zwischen den Anteilen der in der Erfindung verwendeten langkettigen
Diolverbindung und der kurzkettigen Diolverbindung kann abhängig vom
Molekulargewicht der Verbindungen, den physikalischen Eigenschaften
des erwünschten
Gels und dergleichen variiert werden. Obwohl das bevorzugte Molverhältnis zwischen
der langkettigen Diolverbindung und der kurzkettigen Diolverbindung
abhängig
vom Molekulargewicht der langkettigen Diolverbindung variiert, liegt
es im Allgemeinen im Bereich von 5:1 bis 1:2. Wird eine langkettige
Diolverbindung mit hohem Molekulargewicht verwendet, so ist das
Molverhältnis
der kurzkettigen Diolverbindung zum Ausbilden des harten Segments
vorzugsweise klein ausgeführt,
da eine langkettige Diolverbindung dazu neigt, die Viskosität während der
Synthese des thermoplastischen Harzes zu erhöhen. Andererseits wird, wenn
es erwünscht
ist, die Volumenschwellrate zu steigern und gleichzeitig die hohe
physikalische Festigkeit beizubehalten, das Molverhältnis der
kurzkettigen Diolverbindung vorzugsweise erhöht. Die Anzahl der Isocyanatgruppen
der Diisocyanatverbindung im Vergleich zur Gesamtan zahl der Hydroxygruppen in
den zwei Verbindungen (NCO/OH) liegt vorzugsweise im Bereich von
0,95 bis 1,8 und insbesondere im Bereich von 1,0–1,6. Daher erlaubt diese Erfindung
nicht nur die Verwendung von Polyurethan-Copolymeren, die eine vollständige Polymersynthesereaktion
durchlaufen haben, sondern auch von unvollständigen thermoplastischen Polyurethanen,
d.h. sie erlaubt Polyurethan-Copolymere mit verbleibenden aktiven
Gruppen wie Isocyanatgruppen, die nach ihrer Bildung einer Vernetzung
unterzogen werden sollen.
-
Das
in dieser Erfindung verwendete thermoplastische Polyurethangel kann
entweder im Präpolymerverfahren,
in welchem die langkettige Diolverbindung und die Diisocyanatverbindung
zuerst umgesetzt und danach das Ergebnis mit der kurzkettigen Diolverbindung
als Kettenverlängerer
umgesetzt wird, oder im Einstufenverfahren, in welchem alle Reaktionsmaterialien
auf einmal vermischt werden, hergestellt werden.
-
Obwohl
das Verfahren zur Herstellung von thermoplastischen Polyurethangelen,
das zuvor erklärt wurde,
typisch ist, ist die Erfindung nicht auf die Verwendung von Gelen
beschränkt,
die durch dieses Verfahren hergestellt werden, es können auch
thermoplastische wasserabsorbierende Gele verwendet werden, die durch
andere Verfahren hergestellt werden, sofern sie thermoplastische
Harze sind, die der Bedingung einer Volumenschwellrate in Wasser
von 150 bis 4.000 % entsprechen.
-
Beispiele
-
Die
Erfindung ist nun mit Bezug auf die spezifischen Beispiele erklärt. Sie
ist aber keineswegs auf diese Beispiele beschränkt.
-
Beispiel 1 (Herstellung
des thermoplastischen Polyurethangels)
-
100
Gewichtsteile Polyurethanglykol mit einem mittleren Molekulargewicht
von 2.000, das als langkettige Diolverbindung verwendet wird, wurden
in einen mit einem Rührer
ausgestatteten Reaktor eingefüllt.
1 Stunde lang wurde bei 110 °C
in einer Stickstoffatmosphäre
vorgeheizt, um den Wasseranteil des Polyethylenglykols zu entfernen.
Die Temperatur im Reaktor wurde dann auf 130 °C eingestellt. 25 Gewichtsteile
4,4'-Diphenylmethandiisocyanat
wurden dem Reaktor als Polyisocyanatverbindung zugegeben, und die
Reaktion wurde 2 h lang unter Rühren
durchgeführt.
Nachdem die Präpolymerreaktion
abgeschlossen war, wurden 1,19 Gewichtsteile 1,4-Butandiol dem Reaktor
als Kettenverlängerer
zugeführt,
danach wurde 1 Stunde lang gerührt.
Alle Reaktionen wurden nach dem Vorerhitzen bei 130 °C durchgeführt. Nachdem
die Reaktion abgeschlossen war, wurde das Produkt verteilt, indem
es auf eine mit einem Trennmittel behandelte Wanne gefüllt und
4 Stunden lang bei 100 °C
wärmebehandelt
wurde, um eine thermoplastische Polyurethanharzzusammensetzung zu
erhalten. Die auf diese Weise erzeugte Harzzusammensetzung aus Polyurethan
wurde gekühlt
und danach in feine Teilchen zerkleinert. Die Teilchen wurden einem
Heizextruder zugeführt
und durch Erhitzen auf 180 bis 230 °C unter Anwendung von Scherkraft
geschmolzen. Die aus der Düse
extrudierten Stränge
mit einem Durchmesser von 3 mm wurden in 3 mm lange Pellets geschnitten,
um zylindrische Harzpellets zu erhalten. Die Pellets wurden mit
Wasser aufgeschwollen, um thermoplastische Gelträger-Pellets zu erhalten. Die Volumenschwellrate
des thermoplastischen Gelträgers
in Wasser betrug 450 %.
-
Beispiel 2 (Herstellung
des thermoplastischen Polyurethangels)
-
Die
thermoplastischen Gelträgerpellets
wurden auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 erhalten, nur dass 100
Gewichtsteile Polyethylenglykol mit einem mittleren Molekulargewicht
von 6.000 als langkettige Diolverbindung, 8,3 Gewichtsteile 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat
als Polyisocyanatverbindung und 0,4 Gewichtsteile 1,4-Butandiol
als Kettenverlängerer
verwendet wurden. Die Volumenschwellrate des thermoplastischen Gelträgers in
Wasser betrug 1.600 %.
-
Beispiel 3 (Herstellung
des thermoplastischen Polvurethangels)
-
Die
thermoplastischen Gelträgerpellets
wurden auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 erhalten, nur dass 100
Gewichtsteile Polyethylenglykol mit einem mittleren Molekulargewicht
von 10.000 als langkettige Diolverbindung, 5,0 Gewichtsteile 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat
als Polyisocyanatverbindung und 0,24 Gewichtsteile 1,4-Butandiol
als Kettenverlängerer
verwendet wurden. Die Volumenschwellrate des thermoplastischen Gelträgers in
Wasser betrug 2.600 %.
-
Beispiel 4 (Herstellung
des thermoplastischen Polvurethangels)
-
Die
thermoplastischen Gelträgerpellets
wurden auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 erhalten, nur dass 100
Gewichtsteile Polyethylenglykol mit einem mittleren Molekulargewicht
von 6.000 als langkettige Diolverbindung, 8,3 Gewichtsteile 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat
als Polyisocyanatverbindung und 1,53 Gewichtsteile 1,4-Butandiol
als Kettenverlängerer
verwendet wurden. Die Volumenschwellrate des thermoplastischen Gelträgers in
Wasser betrug 1.400 %.
-
Beispiel 5 (Herstellung
des thermoplastischen Polvurethangels)
-
Die
thermoplastischen Gelträgerpellets
wurden auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 erhalten, nur dass 100
Gewichtsteile Polyethylenglykol mit einem mittleren Molekulargewicht
von 6.000 als langkettige Diolverbindung, 8,3 Gewichtsteile 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat
als Polyisocyanatverbindung und 0,16 Gewichtsteile 1,4-Butandiol
als Kettenverlängerer
verwendet wurden. Die Volumenschwellrate des thermoplastischen Gelträgers in
Wasser betrug 2.000 %.
-
Beispiel 6 (Herstellung
des thermoplastischen Polvurethangels)
-
Die
thermoplastischen Gelträgerpellets
wurden auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 erhalten, nur dass 100
Gewichtsteile Polyetherdiol (EP/PO = 7/3) mit einem mittleren Molekulargewicht
von 6.000 als langkettige Diolverbindung, 8,3 Gewichtsteile 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat
als Polyisocyanatverbindung und 0,4 Gewichtsteile 1,4-Butandiol
als Kettenverlängerer
verwendet wurden. Die Volumenschwellrate des thermoplastischen Gelträgers in
Wasser betrug 400 %.
-
Beispiel 7 (Herstellung
des thermoplastischen Polyurethangels)
-
Es
wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 eine thermoplastische
Harzzusammensetzung aus Polyurethan erhalten, nur dass 100 Gewichtsteile
Polyethylenglykol mit einem mittleren Molekulargewicht von 6.000
als langkettige Diolverbindung, 8,3 Gewichtsteile 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat
als Polyisocyanatverbindung und 0,4 Gewichtsteile 1,4-Butandiol
als Kettenverlängerer
verwendet wurden. Die thermoplastische Harzzusammensetzung aus Polyurethan
wurde gekühlt
und danach in feine Teilchen zerkleinert. Die Teilchen wurden einem
Wärmeextruder
zugeführt
und unter Erhitzen auf 180–230 °C geschmolzen,
während
gleichzeitig eine Scherkraft darauf angewendet wurde, um die Harzzusammensetzung
aus der Extruderdüse
zu extrudieren. Aktivkohle wurde auf die Oberflächen der Stränge mit
einem Durchmesser von 3 mm aufgetragen, während sie sich noch in geschmolzenem
Zustand befanden. Die Stränge
wurde daraufhin gekühlt
und in 3 mm lange Segmente geschnitten, um zylindrische Harzpellets
zu erhalten. Die Pellets wurden mit Wasser geschwollen, um thermoplastische
Gelträgerpellets
zu erhalten. Die Volumenschwellrate des thermoplastischen Gelträgers in
Wasser betrug 1.600 %.
-
Vergleichsbeispiel 1 (Herstellung
des thermoplastischen Polyurethangels)
-
Die
thermoplastischen Gelträgerpellets
wurden auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 erhalten, nur dass 100
Gewichtsteile Polyetherdiol (EO/PO = 5/5) mit einem mittleren Molekulargewicht
von 6.000 als langkettige Diolverbindung, 8,3 Gewichtsteile 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat
als Polyisocyanatverbindung und 0,4 Gewichtsteile 1,4-Butandiol
als Kettenverlängerer
verwendet wurden. Die Volumenschwellrate des thermoplastischen Gelträgers in
Wasser betrug 120 %.
-
Vergleichsbeispiel 2 (Herstellung
des thermoplastischen Polyurethangels)
-
Die
thermoplastischen Gelträgerpellets
wurden auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 erhalten, nur dass 100
Gewichtsteile Polyethylenglykol mit einem mittleren Molekulargewicht
von 6.000 als langkettige Diolverbindung, 10,6 Gewichtsteile 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat
als Polyisocyanatverbindung und 0,4 Gewichtsteile 1,4-Butandiol
als Kettenverlängerer
verwendet wurden. Das Schwellen der Trägerpellets, wenn diese in Wasser
getaucht wurden, war von Schaumbildung begleitet.
-
Vergleichsbeispiel 3 (Herstellung
eines ionisch vernetzenden härtbaren
Polyvinylalkoholgels
-
Polyvinylalkoholpulver
(Polymerisationsgrad: 2.000, Verseifungsgrad: 99,8 %) wurde in Wasser
gelöst,
um eine wässrige,
12 Gew.-% Lösung
von Polyvinylalkohol zu erhalten. Mit 500 g dieser Lösung wurden 250
g einer wässrigen,
4 Gew.-% Lösung
von Natriumalginat vermischt. Der gemischten Lösung wurden 250 g Aufschlämmung zugefügt, die
durch das Konzentrieren des aktivierten Schlamms aus einer Abwasserbehandlungseinrichtung
für aktivierten
Schlamm in der Fabrik von Nisshinbo Industries, Inc., in Tokyo (Schlammkonzentration:
1.500 mg/l) auf eine Schlammkonzentration von 8.000 mg/l erhalten
wurde. Das Ergebnis wurde bis zur Gleichmäßigkeit gemischt und danach
von einer Düse
in eine koagulierende Lösung
getropft. Die koagulierende Lösung
war eine wässrige
Lösung
von Borsäure
mit einer Konzentration von 12 g/l und Natriumchlorid mit einer
Konzentration von 30 g/l. Die getropfte Flüssigkeit koagulierte in Kugelform.
Die resultierenden Gelkugeln wurden entfernt und in eine gesättigte wässrige Lösung von
Natriumsulfat transferiert und darin zwei Stunden lang stehen gelassen.
Die erhaltenen Trägerkugeln
aus Polyvinylalkohol hatten einen Durchmesser von 4 mm.
-
Vergleichsbeispiel 4 (Herstellung
eines vernetzten Polyethylenglykolträgers)
-
15
Gewichtsteile von nicht-thermoplastischem, dreidimensional vernetztem
Polyethylenglykoldimethacrylat (23G, Shin Nakamura Chemical Industries,
Ltd.) und 0,6 Gewichtsteile (Dimethylamino)propionitril wurden in
84,4 Gewichtsteilen Wasser gelöst.
Der Lösung
wurden 35 Gewichtsteile einer 0,2%igen wässrigen Lösung von Kaliumpersulfat zugegeben,
das Gemisch wurde sorgfältig
gerührt,
in eine Form gegossen und geliert. Das Gel wurde aus der Form herausgenommen
und geschnitten, um einen Polyethylenglykolträger zu ergeben.
-
Die
Zusammensetzungen und Volumenschwellraten der in den vorangegangenen
Beispielen und Vergleichsbeispielen erhaltenen Gelträger sind
in Tabelle 1 dargestellt.
-
-
Beispiel 8
-
Die
in den Beispielen 1, 2 und 3 und den Vergleichsbeispielen 3 und
4 erhaltenen Gelträger
wurden, wie nachfolgend ausgeführt,
bewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt.
-
(1)
Ein Behälter
wurde hergestellt, indem wasserbeständiges Sandpapier (Nr. 100)
auf der Innenseite einer Glasflasche angeklebt wurde, um die Abriebfestigkeit
des Trägers
zu vergleichen (Durchmesser: 40 mm, Länge: 200 mm). Der Behälter wurde
mit 4 mm großen
Trägerwürfeln (30
ml mit Hilfe eines 100-ml-Messzylinders gemessen) und 120 ml Wasser
befüllt.
Nach dem Verschließen
wurde der Behälter
mit einem Umkehrschlag von 70 mm und einer Umdrehungsgeschwindigkeit
von 150 U/min 20 Stunden lang geschüttelt. Die Inhalte wurden daraufhin
entfernt und durch ein 1-mm-Sieb passiert. Das Volumen der Träger, die
auf dem Sieb zurückblieben,
wurde unter Verwendung des 100-ml-Messzylinders gemessen.
-
Abriebfestigkeitsrate
(%) = (offensichtliches Volumen der Träger, die nach dem Test auf
dem Sieb zurückblieben
(ml) / 30 ml) × 100
-
Obwohl
der Gelträger
des Beispiels 2 etwa dieselbe Abwasserbehandlungsentfernungsrate
wie jener der Vergleichsbeispiele 3 und 4 zeigte, war seine Abriebfestigkeitsrate
geringer.
-
-
Beispiel 9
-
Die
Gelträger
des Beispiels 2 und der Vergleichsbeispiele 3 und 4 wurden kurzzeitigen
Abwasserbehandlungsnitrifizierungstests unterzogen.
-
Es
wurde das Abwasserbehandlungstestsystem der 1 verwendet. Die 20 l fassende Belüftungseinrichtung
(Bioreaktor) 2 wurde mit 2 l des Trägers und 5 g SS (aktiver Schlamm)
des Nitrifizierungssäulenschlamms
befüllt.
Die Tests wurden unter Verwendung des künstlichen Abwassers der Tabelle
3 unter den Bedingungen der Tabelle 4 durchgeführt. Einen Monat nach Zugabe
des Trägers
wurde angenommen, dass das System sich akklimatisiert hatte, und
die Messung des Stickstoffs im Ammoniakzustand des Rohwassers und des
behandelten Wassers wurde begonnen. Die mittlere Entfernungsrate
des Stickstoffs im Ammoniakzustand zwischen dem 30. und dem 100.
Tag nach der Zugabe des Trägers
wurde bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 veranschaulicht.
-
-
-
Beispiel 10
-
Die
Desodorisierungssäule 10 (Innendurchmesser:
100 mm, Höhe:
600 mm) des Testsystems der 2 wurde
mit 4 l des in Beispiel 7 erhaltenen Gelträgers befüllt. Während die Schlammsuspension
von einem Einstellbehälter 14 in
die Säule 10 von
einer Spritzvorrichtung 13 eingespritzt wurde, wurde NH3-hältige Luft
durch einen Einlass 11 eingeleitet. Die Konzentrationen
des Ammoniakgases wurden beim Einlass 11 und Auslass 12 gemessen.
Zum Vergleich wurde ein Test auf ähnliche Weise mit der Säule 10 durchgeführt, die mit
Torfmoor befüllt
war. Die Ergebnisse der Tests sind in Tabelle 5 dargestellt.
-
In
den 2 ist 15 eine
Spritzpumpe, 16 ein pH-Messgerät, 17 eine NaOH-Pumpe
und 18 ein NaOH-Behälter.
-
-
Wie
aus den vorangegangenen Beispielen ersichtlich ist, kann der thermoplastische
Gelträger
der Erfindung für
die Abwasserbehandlung, insbesondere für die Behandlung zur Zersetzung
von Stickstoff im Ammoniakzustand, der im Abwasser enthalten ist,
in Stickstoff im Nitratzustand, sowie für die biologische Desodorisierung,
insbesondere die Zersetzung von Ammoniakgas, verwendet werden. Der
thermoplastische Gelträger
der Erfindung ist jedoch nicht auf diese Beispiele beschränkt und
kann auch vorteilhaft auf andere Denitridierungsvorgänge bei
der Abwasserbehandlung und dergleichen sowie auf andere biokatalytische
Reaktionen zur biologischen Desodorisierung und dergleichen angewendet
werden.
-
Der
thermoplastische Gelträger
der Erfindung zeigt trotz seines hohen Wassergehalts exzellente
Abriebfestigkeit, er ist hydrophil, wodurch sich Tierzellen, Pflanzenzellen,
Mikroorganismen und/oder Protozoen daran anhaften können, ohne
dass dabei ihre physiologischen Aktivitäten beeinträchtigt werden, und er zeigt starke
Beständigkeit
gegen Erosion durch Organismen.
-
Da
der Gelträger
leicht Nitrifizierungsbakterien absorbiert, kann er Stickstoff im
Ammoniakzustand effizient und mit hoher Geschwindigkeit behandeln.
Der Träger
kann vor seiner Verwendung auch lange Lagerungszeiten tolerieren.
Darüber
hinaus kann er aufgrund seiner außergewöhnlichen Scherfestigkeit effizient
in einem Reaktor gerührt
werden.