NL1005345C2

NL1005345C2 - Werkwijze voor het verkrijgen van korrelvormige groei van een micro-organisme in een reactor.

Info

Publication number: NL1005345C2
Application number: NL1005345A
Authority: NL
Inventors: Joseph Johannes Heijnen; Marinus Cornelis Ma Loosdrecht
Original assignee: Univ Delft Tech
Priority date: 1997-02-21
Filing date: 1997-02-21
Publication date: 1998-08-24
Also published as: ES2182270T3; EP0964831A1; EP0964831B1; DE69807659D1; DK0964831T3; DE69807659T2; US6566119B1; PT964831E; ATE223356T1; WO1998037027A1

Description

Werkwijze voor het verkrijgen van korrelvormige groei van een micro-organisme in een reactor

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het verkrijgen van korrelvormige groei van een micro-organisme in een reactor met een vloeibare, een substraat bevattende fase, waarbij in een eerste stap het sub-' 5 straat door het micro-organisme wordt omgezet terwijl de vloeibare fase wordt gemengd onder vorming van en aangroei op een in de vloeibare fase gesuspendeerde vaste, het organisme-bevattende fase, in een tweede stap het mengen in de reactor wordt stopgezet voor het laten bezinken van een deel van de 10 vaste fase en in een derde stap de reactor gedeeltelijk wordt geledigd door het afvoeren van het bovenste deel van de reactorinhoud uit de reactor die vervolgens met substraat-bevattende vloeistof wordt aangevuld, waarna de stappen 1 tot 3 worden herhaald.

15 Een dergelijke werkwijze is beschreven door Sung S.

et al. (Laboratory studies on the anaerobic sequencing batch reactor, in Water Environment Research, ,67 (3), blz. 294, 1995). Hierbij wordt onder anaërobe omstandigheden een omzetting uitgevoerd, wordt vervolgens de reactorinhoud in ken-20 merkend 10-30 minuten geklaard waarna het bovenste deel van de reactorinhoud uit de reactor wordt weggenomen. Volgens deze publikatie is het werken met anaëroob geactiveerd granu-levormig slib sinds lange_ tijd bekend, ofschoon in het allereerste begin (1966) nog niet werd ingezien dat "granulatie" 25 of korrelvorming van de biomassa optreedt. Korrelvorming onder methanogene condities (dat wil zeggen onder afwezigheid van zuurstof) wordt veelal verklaard uit specifieke behoefte van de betrokken organismen om substraten uit te wisselen "de zgn. interspecies hydrogen transfer", of om de toxiciteit van 30 zuurstof te verminderen.

Aanvraagster heeft verrassenderwijs gevonden dat ook onder aërobe en turbulente omstandigheden granulatie kan optreden.

Derhalve wordt de werkwijze volgens de uitvinding 35 gekenmerkt doordat het micro-organisme een aëroob micro-orga- 1005345 2 nisme is, tijdens ten minste de eerste stap een derde fase aanwezig is, welke derde fase zuurstofhoudend gas omvat dat tijdens de eerste stap aan de reactor wordt toegevoerd waarbij de reactorinhoud in een turbulente toestand wordt gehou-5 den en in de tweede stap het bezinken geschiedt gedurende een tijd van minder dan de vloeistofhoogte in de reactor aan het einde van de eerste stap gedeeld door een bezinkingssnelheid van ten minste 5 meter per uur.

De vorming van granules onder turbulente aërobe 10 omstandigheden is onverwacht, aangezien in een granule de organismen onder zeer sterke druk staan daar nutriënten slechts door diffusie over relatief grote afstanden, gezien de grootte van de granule, in het inwendige van de granule terecht kunnen komen. Daar aërobe organismen daarenboven ook 15 nog zuurstof behoeven is de druk nog hoger en zou voor derge-lijke aërobe organismen alleen vlokvorming mogen worden verwacht. Daarnaast zou de deskundige verwachten dat de korrels als gevolg van de door turbulentie optredende grote afschuifkrachten zouden desintegreren.

20 In de onderhavige aanvrage wordt onder een aëroob micro-organisme zowel een obligaat als een facultatief aëroob micro-organisme verstaan.

De verbinding wordt bij voorkeur pulsgewijs aan de reactor toegevoerd. Hierdoor worden de organismen in een 25 granule overspoeld met verbinding. Aangezien de organismen nabij de buitenzijde van de granule deze toevoer van de om te zetten verbinding niet kunnen verwerken, krijgt de verbinding de kans naar het inwendige van de granule te diffunderen. Dit is met name van belang als de om te zetten verbinding een 30 nutriënt is. Een voorbeeld hiervan is koolhydraatfermentatie voor de bereiding van melkzuur.

Volgens een gunstige uitvoeringsvorm wordt de reactorinhoud tijdens de eerste stap althans nagenoeg continu gemengd.

35 Sung et al. geven de voorkeur aan periodieke menging waarbij slechts kleine afschuifkrachten optreden, om de vorming van aggregaten te bevorderen. Echter, volgens de uitvinding worden vlokken door continu turbulent mengen aan mengkrachten onderworpen waardoor zij gemakkelijker worden 1005345 3 afgevoerd in de derde stap. Daarenboven heeft de aanvraagster proefondervindelijk vastgesteld dat indien micro-organismen aan hoge afschuifkrachten worden blootgesteld als respons een stevigere granule wordt verkregen. Aldus wordt volgens de 5 uitvinding sneller bereikt dat de organismen zich in de vorm van granules in de reactor bevinden.

Met voordeel geschiedt het turbulent mengen door het toevoeren van het zuurstof houdende gas, bijvoorbeeld in een' air-lift-reactor of bellenkolomreactor.

10 Een interessante toepassing van de werkwijze volgens de uitvinding wordt gekenmerkt doordat de omzetting een nitrificatie-denitrificatie-omzetting is waarbij het zuurstof houdende gas alleen tijdens het eerste deel van de eerste stap wordt toegevoerd voor het voltooien van de nitrificatie 15 en de reactor gedurende de rest van de eerste stap onder in hoofdzaak anaërobe omstandigheden wordt bedreven voor het voltooien van de denitrificatie. Indien gewenst kan het gas gedurende deze eerste stap over de reactor worden gerecircu-leerd. Door het recirculeren wordt alle zuurstof verbruikt en 20 kan een turbulente toestand worden gehandhaafd.

Voor het opstarten van de reactor bij het toepassen van de werkwijze volgens de uitvinding dienen de organisme-bevattende granules aanwezig te zijn of ten minste de vorming van granules bevorderende omstandigheden te worden aangelegd. 25 Zo kunnen met voordeel dragerdeeltjes aan de reactor worden toegevoegd waaraan de organismen zijn gehecht of waarop zij zich kunnen hechten. Gebleken is dat als drager ook een myceliumvormende schimmel kan worden toegepast.

Volgens een zeer gunstige uitvoeringsvorm geschiedt 30 het bezinken in de tweede stap gedurende een tijd van minder dan de vloeistofhoogte in de reactor aan het einde van de eerste stap gedeeld door een bezinkingssnelheid van ten minste 10 meter per uur, bij voorkeur ten minste 15 meter per uur. Aldus wordt de aanwezigheid van granules in de reactor 35 sterk bevoordeeld ten opzichte van de aanwezigheid van vlokken. Zoals hierboven genoemd beschrijven Sung et al. een klaringsstap die kenmerkend 10 tot 30 minuten is. Daarbij is de bezinksnelheid slechts 1 meter per uur, en toegepast op aërobe organismen zal met een dergelijke werkwijze geen 1005345 4 korrelvorming worden verkregen. Daar waar onder anaërobe condities de klaringsstap slechts dient ter scheiding van organismen en behandeld water, is bij de werkwijze volgens de uitvinding ook de klaringsstap van essentieel belang om 5 korrelvorming te induceren.

De uitvinding zal thans worden toegelicht aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld en onder verwijzing naar de tekening, waarin fig. 1 een grafische weergave voorstelt van het 10 percentage kooldioxide tijdens een cyclus van de werkwijze volgens de uitvinding in uit een bellenkolomreactor afgevoerd gas ,· en fig. 2 een afbeelding voorstelt van een uit aërobe organismen opgebouwde korrel.

15 Voorbeeld 1

Een bellenkolomreactor (2,5 liter; hoogte/diameter - 20) werd gevoed met 1,25 liter van een als model voor afvalwater dienende oplossing, bestaande uit 8,7 mM ethanol, 5 mM ammoniumchloride, 4,7 mM kaliumfosfaat, 2,4 mM magnesiumsul-20 faat, 0,48 calciumchloride en 1,5 ml per liter oplossing van een standaard sporenelementoplossing. De oplossing werd beënt met aëroob actief slib met een waterzuiveringsinstallatie.

Het modelafvalwater in de bellenkolomreactor werd bij een pH van 6-8 en een temperatuur van 20°C aan een cyclische behan-25 deling onderworpen. De behandeling bestond uit i) het gedurende 4 uur beluchten met een debiet van 1,5 liter lucht per minuut (fig. 1 laat het percentage kooldioxide zien in het tijdens deze fase uit de bellenkolomreactor afgevoerde gas. Dit percentage is een maat voor de omzetting van de ethanol), 30 ii) het gedurende 1 minuut staken van de luchttoevoer, en iii) het op de halve vloeistofhoogte uit de bellenkolomreactor aftappen van het modelafvalwater. Alle biomassa die zich tijdens het aftappen in de bovenste helft van de oplossing bevond, wordt met het effluent afgevoerd. Tenslotte werd iv) 35 de bellenkolomreactor aangevuld met een volume modelafvalwater gelijk aan dat van het afgevoerde effluent. Hierna werd de cyclus hervat met het gedurende vier uur beluchten van de oplossing.

Fig. 2 laat de uit aërobe micro-organismen opgebouw- 1005345 5 de korrels verkregen met de werkwijze volgens de uitvinding zien. De gemiddelde grootte is 3 mm.

1005345

Claims

1. Werkwijze voor het verkrijgen van korrelvormige groei van een micro-organistne in een reactor met een vloeibare, een substraat bevattende fase, waarbij in een eerste stap het substraat door het micro-organisme wordt omgezet 5 terwijl de vloeibare fase wordt gemengd onder vorming van en aangroei op een in de vloeibare fase gesuspendeerde vaste, het organisme-bevattende fase, in een tweede stap het mengen in de reactor wordt stopgezet voor het laten bezinken van een deel van de vaste fase en in een derde stap de reactor ge-10 deeltelijk wordt geledigd door het afvoeren van het bovenste deel van de reactorinhoud uit de reactor die vervolgens met substraat-bevattende vloeistof wordt aangevuld, waarna de stappen 1 tot 3 worden herhaald, met het kenmerk, dat het micro-organisme een aëroob micro-organisme is, tijdens ten 15 minste de eerste stap een derde fase aanwezig is, welke derde fase zuurstofhoudend gas omvat dat tijdens de eerste stap aan de reactor wordt toegevoerd waarbij de reactorinhoud in een turbulente toestand wordt gehouden en in de tweede stap het bezinken geschiedt gedurende een tijd van minder dan de 20 vloeistofhoogte in de reactor aan het einde van de eerste stap gedeeld door een bezinkingssnelheid van ten minste 5 meter per uur.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de om te zetten verbinding pulsgewijs wordt toegevoerd.

3. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de omzetting een nitrificatie-denitrifi-catie-omzetting is waarbij het zuurstofhoudende gas alleen tijdens het eerste deel van de eerste stap wordt toegevoerd voor het voltooien van de nitrificatie en de reactor gedu-30 rende de rest van de eerste stap onder in hoofdzaak anaërobe omstandigheden wordt bedreven voor het voltooien van de deni-trificatie.

4. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het mengen geschiedt door het toevoeren 35 van het zuurstofhoudende gas. 1005345

5. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de reactorinhoud tijdens de eerste stap althans nagenoeg continu wordt gemengd.

6. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, 5 met het kenmerk, dat bij het opstarten van de reactor een dragerdeeltje aanwezig is voor het organisme.

7. Werkwijze volgen conclusie 9, met het kenmerk, dat het dragerdeeltje een myceliumvormende schimmel omvat. '

8. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het ken-10 merk, dat in de tweede stap het bezinken geschiedt gedurende een tijd van minder dan de vloeistofhoogte in de reactor aan het einde van de eerste stap gedeeld door een bezinkingssnel-heid van ten minste 10, en bij voorkeur ten minste 15 meter per uur.

9. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat het bezinken geschiedt gedurende een tijd van minder dan de vloeistofhoogte in de reactor aan het einde van de eerste stap gedeeld door een bezinkingssnelheid van ten minste 15 meter per uur. 1005345