SE526670C2 - Sätt och anordning för att mångfaldiga mikroorganismer - Google Patents

Description

l5 20 25 30 526 670 2 vattnet en höghaltig uppslamning av mikroorganismer för dekontaminering av bl. a. kolväteföroreningar.

Dekontaminering av mark- och vattenområden förorenade av kolväten är tids- krävande. Den tid som erfordras för sanering av ett kolvätekontaminerat markområde beror på bland annat på kontamineringsgrad, volym kontarninerat mark och/eller vat- tenområde som skall behandlas och mängden tillförda mikroorganismer. Äv de an- givna faktorema, som påverkar dekontamineringstiden är det antalet tillförda mikro- organismer, som kan påverkas.

Hittills har det varit möjligtçatt framställa uppslamningar av mikroorganismer, som innehåller upp till 107 mikroorganismer per ml vatten. Denna mängd är emeller- tid otillräcklig för att åstadkomma en marksanering med tillfredsställande resultat un- der godtagbar saneringstid.

Ett syfie med föreliggande uppfinning är att framställa en uppslamning i ett vattenhaltigt medium av mikroorganismer för sanering av mark och vattenområden förorenade av kolväten, vilken medium irmehåller en betydligt större mängd upp- slammade mikroorganismer än de som man hittills har kunnat framställa.

Ett annat syfte med uppfinningen är att anvisa en anordning för framställning av en uppslamning av mikroorganismer, vilken uppslamning erhålles enligt förelig- gande förfarande.

Det första och väsentliga syfiet med uppfmningen erhålles med ett förfarande för framställning av en uppslamning av mikroorganismer i ett flytande medium bestå- ende huvudsakligen av vatten och utmärkes av att man till en kavitet i ett material med kommunicerande porer inför frystorkade mikroorganismer, vilket material be- finner sig i en nedre del av en behållare, att man till behållaren tillför ett vattenhaltigt medium, näringsämnen och spårelement för främjande av mikroorganismernas mång- faldigande samt att man inbringar en oxygenhaltig gas i den nedre delen av behållaren under materialet, så att gasen kan stigar uppåt genom det porösa materialet. Den oxy- genhaltiga gasen är företrädesvis lufi men kan även vara oxygenberikad luft eller rent syre.

Enligt en föredragen utföringsforrn använder man som vattenhaltigt medium vatten innehållande kolväten. Detta kan vara vatten, som härrör från pumpgropar i kontaminerade markområden. Ett sådant vatten innehåller även mikroorganismer och andra i vattnet lösta, emulgerade eller uppslammande beståndsdelar. 10 15 20 25 30 526 670 3 Enligt ytterligare en annan utföringsforrn använder man vatten från pumpgro- par, som man har uppsamlat i en mottagningstarrk.

För att snabbt uppnå en hög initialhalt av mikroorganismer i behållaren tillfö- res frystorkade mikroorganismer till kaviteten i det porösa materialet. Det porösa ma- terialet bör ha en porositet av 16 - 140 porer per cmz, (64 - 1650 porer per cm3), före- trädesvis inom intervallet 40 - 100 porer per cmz, (250 - 1000 porer per crln3). Vidare är det optimalt att man håller det vattenhaltiga mediet, som finns i behållaren, på en temperatur inom intervallet 20 - 35 grader Celsius.

Vidare bör det vattenhaltiga mediets pH-värde ligga inom intervallet 5 - 10.

Det är föredraget, pH-värdet ligger inom intervallet 6 - 8. Reglering sker efter behov med gängse miljövänliga syror eller baser, exempelvis koldioxid respektive natrium- eller kaliumvätekarbonat.

Med föreliggande förfarande har man erhållit mer än 5 * 108 mikroorganismer per ml vatten.

Anordningen för att åstadkomma en kraftig ökning av antalet mikroorganis- mer enligt föreliggande förfarande innefattar en behållare med en inloppsöppning för tillförsel av vattenhaltigt medium inklusive närings- och spårämnen, liksom exempel- vis pH - reglerande tillsatser, för förökning av mikroorganismer och utloppsöppning ' för borttransport av uppslamningen, ett skikt av ett poröst material, som uppvisar kommunicerande porer och innefattar en av det porösa materialet partiellt omslutande kavitet, i den undre delen av behållaren för frystorkade mikroorganismer, organ för tillförsel av oxygenhaltig gas till den nedre delen av det porösa materialet, företrädes- . vis till behållaren under skiktet av poröst material samt utloppsöppning för gas i den övre delen av behållaren. i ~ Skiktet av det porösa materialet har en tjocklek av 20 - 70 cm, företrädesvis av 30 - 50 em. Det porösa materialet uppvisar en porositet av 16 - 140 porer per cmz, (64 - 1650 porer per omg), företrädesvis inom intervallet 40 - 100 porer per cmz, (250 - 1000 porer per cm3). Materialet kan företrädesvis vara av uretancellplast.

Det är föredraget att behållaren är öppningsbar och att en tillförselledning går genom behållarväggen till kaviteten i det porösa materialet för tillförsel av frystorka- de mikroorganismer. Det porösa materialet bör uppta högst 50 procent av behållarens höjd och bör ha ungefär samma diameter, som behållarens insida.

Uppfmningen kommer nu att beskrivas utförligare med hjälp av ritningen, på vilken 10 15 20 25 30 526 670 4 Figur 1 visar schematiskt ett system för in-situ dekontaminering av ett mark- område; Figur 2 visar också schematiskt föreliggande bioreaktor för satsvis flerfal- digande av mikroorganismer; , Figur 3 visar en liknande bioreaktor som i figur 2 för kontinuerligt flerfaldiga- de av mikroorganismer; och i Figur 4 visar en graf för reduktion av kolväten som funktion av tid.

Systemet enligt figur 1 innefattar två infiltrationsrör 101, 102 nedsänkta i ett kontaminerat markområde. På avstånd från infiltrationsrören 101, 102 finns fyra pumpgropar 103 - 106. Från var och en av pumpgropama 103 - 106 utgår en ledning 1l0a, ll0b, 110c respektive 1l0d, som förenas i en gemensam ledning 110. Ledning- en 1 10 mynnar i en vattenbehandlingsenhet 107, som innefattar en sedimenterings- bassäng 107a och en odlingsbassäng 107b för mikroorganismer. Sedimenteringsbas- sängen 107a och odlingsbassängen 107b står i förbindelse med varandra. Organ för tillförsel av vatten, näringsämnen, spårämnen samt oxygenhaltig gas, exempelvis luft, är ej visade.

Systemet innefattar vidare två organismacceleratorer 108, 109. Dessa drives satsvis och är växelvis inkopplade. Organismacceleratorema 108, 109, som är iden- ' tiska enheter, kommer att beskrivas närmare med hjälp av figur 2. Dessa är förbundna med odlingsbassängen 107b via en ledning ll 1 och mynnar i den första acceleratom 108. Från ledningen 111 utgår en grenledning 112 till den andra acceleratom 109.

Ventiler för kontroll och reglering av tryck och motstånd (ej visade) är anordnade i ledningama 111 och 112 nedströms om förgreningen. lAcceleratorerria 108 och 109 är vidare förbundna med ledningar 113 respekti- ve 114, som mynnar i en uppsamlingstarik 115. Uppsarnlingstanken 115 är via led- ningar 116 och 117 förbunden med infiltrationsrören 101 respektive 102.

.Vattenhaltigt medium med en mycket hög halt av mikroorganismer pumpas från uppsamlingstanken 115 av ej visade pumpar till infiltrationsrören 101, 102. Där- ifrån sprider sig mediet i markområdet, företrädesvis i pilarnas P riktning. Vid sin transport i markområdet fastnar merparten av mikroorganismema i markens hålighe- ter och bryter där ned i marken befintliga kolväten. Vattenhaltig uppslamning som kan innehålla jordpartiklar, som nårpumpgroparria 103 - 106, pumpas genom led- ningarna l 10a - l l0d till vattenbehandlingsenheten 107. I sedimenteringsbassängen 107a avskiljes partiklarna, som faller mot bassängens botten, från vattnet. Sedimentet 20 25 30 526 670 5 och en del av det från partiklarna befriade vattnet går till separat behandling. Det res- terande vattnet, som även innehåller mikroorganismer tillföres odlingsbassängen l07b.

Till odlingsbassängen 107b tillsätter man oxygenhaltig gas, näringsämnen, spårämnen och eventuellt andra för mikroorganismemas tillväxt erforderliga ämnen.

Detta vatten med mikroorganismer ledes därefter till en av organismaccelératorema 108 eller 109. Till denna accelerator tillsättes frystorkade mikroorganismer, vatten från odlingsbassängen 107b liksom övriga för tillväxt av mikroorganismema nödvän- diga beståndsdelar. Det på mikroorganismer anrikade vattnet leds därefter till upp- samlingstariken och därifrån till ínñltrationsrören.

Organismacceleratom 108, schematiskt visad i ñgur 2, innefattar en tank 201, som består av en uppåt öppen behållare 201a och ett tillslutande lock 201b. Locket 201b kanmed gångled 202 vara fäst i behållaren 201 och uppvisa en låsningsanord- ning på den diametralt motsatta sidan. I behållarens bottendel fmns anordnat ett skikt 203 av poröst material, som uppvisar en kavitet 204, vilken är avsedd att mottaga en mängd frystorkade mikroorganismer. I Från locket 201b sträcker sig ett rör 205 ned i skiktet 203 av poröst material.

Röret 205 slutar under skiktet 203 eller intill skiktets nedre begränsning. I sin övre del avslutas röret 205 med en nippel 206 för anslutning till en källa 220 för oxygenhaltig gas, vanligen luft, under tryck. Källan 220 är exempelvis en pump. Över skiktet 203 är ett nät 219 av plast eller metall anordnat för att hålla .skik- tet av poröst material i den nedre delen av tanken 201. Locket 201b innefattar vidare en första öppning 207 för tillförsel av vatten och/eller vattenhaltig medium inne- hållande mikroorganismer och näringsämnen, spårämnen och andra för mikroorga- nismernas förökning nödvändiga beståndsdelar. Locket 201b innefattar vidare en andra öppning 209, från vilket en ledning 221 utgår i en riktning utanför behållaren 201. Ledningen 221 är försedd med ett stryporgan, till exempel en ventil 222, för re- glering av trycket i tanken 201. Genomdenna andra öppning 209 avgår överskott av den tillförda oxygenhaltiga gasen. Tanken 201 innefattar vidare en utloppsport 208 i behållarens nedre del med en anslutande ledning 113 till uppsarnlingstanken 115 (fi- gur 1,) för tömning av accqeleratoms uppslamning av mikroorganismer till uppsam- lingstanken 1 15. Tanken 201 kan vara försedd med värmeslingor 223 i behållarens vägg för att hålla tankens innehåll på lämplig temperatur för optimal förökning av 10 20 25 30 526 670 6 mikroorganismema. Dessa värmeslingor kan sträcka sig utmed behållarens 20la hela höjd eller delar därav, De elektriska anslutningarna till värmeslingan är ej visade.

Enligt föreliggande förfarande tillsätter man en mängd frystorkade mikroor- ganismer till kaviteten i skiktet 203 av poröst material och därefter kan man stänga tanken 201. Därefter tillsätter man vatten och/eller vattenhaltigt medium med upp- slainmade mikroorganismer och kolväten, spårämnen och gödningsämneni Slutligen tillsättes en oxygenhaltig gas, företrädesvis luft, till tanken 201 för att hålla det vat- tenhaltiga mediet i rörelse och därmed åstadkomma utjämning av koncentrationer av i vattnet lösta och/eller uppslammaçlebeståndsdelar. f För att åstadkomma den för marksanering erforderliga höga koncentrationen av mikroorganismer är det av betydelse, att mikroorganismema har optimala beting- elser för förökning och för att bringa de frystorkade i uppslamning. Av stor betydelse är poremas storlek i det porösa materialet. Porerna måste vidare stå i förbindelse med varandra. Även temperaturen i mediet för förökning av mikroorganismerna är av be- tydelse. Temperaturen bör ligga inom intervallet 20 - 35 °C, företrädesvis inom inter- vallet 25 - 30 °C. En annan viktig faktor är att gödningsämnena är lätt assimilerbara av mikroorganismerna; dessa är företrädesvis av organiskt ursprung, till exempel er- hållna genom användning av alger.

För gott utbyte använder man företrädesvis vatten, som återförts från marksa- nering, vilket innehåller både mikroorganismer och kolväten från saneringsområdet.

Dessa kolväten utgör näring för milaoorganismerna. Detta vatten från saneringsom- rådet kan vara all tillfört vatten eller en del därav. Det är naturligtvis även möjligt att använda rent vatten.

I det fall organismreaktorn ej är försedd med vänneslingor kan man tillsätta vattenhaltigt medium som är värmt till optimal temperatur för förökning av mikroor- ganismema.

Figur 3 visar en organsimaccelerator 308 för kontinuerlig drift, vilken motsva- rar organismacceleratom 108. De delar av acceleratom 308, som även finns i accele- ratom 108 (figur 2) har fått samma referensbeteckningar. Organismacceleratorn 308 är försedd med ett tillförselrör 311 för frystorkade mikroorganismer till kaviteten 204 i skiktet 203 av det porösa materialet. Tillförselröret 311 är ansluten till ett förråd av frystorkade mikroorganismer och sträcker sig från tankens 201 lock 20lb ned i skik- tet 203 av det porösa materialet och mynnar i kaviteten 204. Utanför tanken 201 kan lO l5 20 526 670 7 en doseringsanordning eller liknande vara ansluten till tillfórselröret 31 l for dosering av mängden frystorkade mikroorganismer.

Vid drifi av denna organismaccelerator 308 tillförs frystorkade mikroorganis- mer kontinuerligt eller intermittent till tanken 201. Även näringsämnen, spårämnen och vattenhaltigt medium, vilket medium antingen är återförd från sanering och inne- håller mikroorganismer liksom kolväten eller är rent vatten, tillsätts kontinuerligt eller interrnittent. Den oxygenhaltiga gasen tillfiöres kontinuerligt, så att man har god om- blandning av uppslamningen. Medeluppehållstiden för det vattenhaltiga mediet ligger inom 30 - 60 minuter. Uppslarnningen uttages i botten av tanken 1 genom utlopps- porten 208.

Figur 4 visar resultat av marksanering i form av en graf, där halten av vissa typer av kolväten i mg/l är inritad som funktion av tid. Kurvorna är betecknade l - 8, där kuva 1 avser alifater, kurva 2 aromater, kurva 3 bensen, kurva 4 toluen, kurva 5 etylbensen, kurva 6 xylen, kurva 7 PAH C och kurva 8 PAH Ö, där PAH C står for cancerogena polyaromatiska kolväten och PAH Ö betyder övriga icke cancerogena kolväten. Av kurvoma framgår, att halten av kolväten i början av behandlingen sakta - sjunker. Efter cirka 3 månader har halten av kolväten i provtagningsvätskan sjunkit till när noll. En fördel, som uppnås, är att den behandlade marken är anrikad på mik- roorganismer, som efter sanering i brist på näring (kolväten) bildar sporer, som akti- veras när kolvätehalten stiger.

Claims (16)

10 15 20 25 30 526 670 Patentkrav

1. l. Sätt att framställa en uppslamning av mikroorganismer i ett flytande medium bestående huvudsakligen av vatten, kännetecknat därav, att man till en be- hållare innehållande ett material med kommunicerande porer tillför frystorkade mik- roorganismer till en kavitet i materialet, att man tillför ett vattenhaltigt medium, när- ing och spårelement samt bringar en oxygenhaltig gas att strömma genom det porösa materialet för att främja för mikroorganismemas mångfaldigande.

2. Sätt enligt krav 1, kännetecknat därav, att det vattenhaltiga mediet är kontaminerat vatten, som härrör från eller har erhållits ur kontaminerad mark eller vattensamling.

3. Sätt enligt krav 1 eller 2, kännetecknat därav, att det vattenhaltiga me- diet innehåller mikroorganismer.

4. Sätt enligt krav 3, kännetecknat därav, att det vattenhaltiga mediet även innehåller mikroorganismer som tillförts den kontaminerande marken eller vat- tensamlingen.

5. Sätt enligt krav 3 eller 4, kännetecknat därav, att det vattenhaltiga me- diet före tillflirseln till behållaren underkastats betingelser för mångfaldigande av mikroorganismema genom tillsats av näring, spårelement och oxygen.

6. Sätt enligt ett eller flera av kraven 1 - 5, kännetecknat därav, att man håller det flytande mediet på en temperatur av 20 - 35 grader Celsius.

7. Sätt enligt ett eller flera av kraven 1 - 6, kännetecknat därav, att det porösa materialet har en porositet av 16 - 140 porer per cmz.

8. Sätt enligt krav 7, kännetecknat därav, att det porösa materialet har en porositet av 40 - 100 porer per cmz.

9. Sätt enligt krav 1, kännetecknat därav, att man satsvis tillsätter det vat- tenhaltiga mediet, de frystorkade mikroorganismerna, spårelementen och näringsäm- nena.

10. Sätt enligt krav 1, kännetecknat därav, att man kontinuerligt tillsätter det vattenhaltiga mediet, de frystorkade mikroorganismerna, spårelementen och när- ingsämnena.

11. 1 1. Anordning för genomförandet av sättet enligt krav 1, kännetecknad därav, att anordningen innefattar en tank (201) med en inloppsöppning (207) för till- försel av vattenhaltigt medium inklusive närings- och spårämnen för förökning av mikroorganismer och utloppsöppning (208) för borttransport av uppslamningen, ett 10 526 670 9 skikt (203) av ett material med kommunicerande porer i den undre delen av behålla- ren med en kavitet (204) omgiven av det porösa materialet för frystorkadc mikroor- ganismer, organ (205) för tillförsel av oxygenhaltig gas till den nedre delen av behål- laren samt utloppsöppning (209) för gas i den övre delen av behållaren (20lb).

12. Anordning enligt krav 11, kännetecknad därav, att det porösa materia- let har en porositet av 16 - 140 porer per cmz.

13. Anordning enligt krav 12, kännetecknad därav, att det porösa materia- let har en porositet av 40 - 100 porer per cmz.

14. Anordning enligt krav 1 l, kännetecknad därav, att det porösa materia- let har en tjocklek av 20 - 70 cm.

15. Anordning enligt krav l 1, kännetecknad därav, att behållaren är öpp- ningsbar.

16. Anordning enligt krav 11, kännetecknad därav, att den innefattar en tillförselledning (311) genom behållaren för de frystorkade mikroorganismema.