WO1988008409A1 - Process for improving the efficiency of biological purification of waste water and/or sludge treatment - Google Patents

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WO1988008409A1 PCT/HU1988/000024 HU8800024W WO8808409A1 WO 1988008409 A1 WO1988008409 A1 WO 1988008409A1 HU 8800024 W HU8800024 W HU 8800024W WO 8808409 A1 WO8808409 A1 WO 8808409A1
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    • Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage

Definitions

  • the invention relates to a method for improving the effectiveness of biological waste water treatment and / or sludge treatment.
  • Biological wastewater treatment and sludge treatment processes are widely used to purify wastewater from various sources. These processes are generally environmentally friendly, simple and relatively stable. These advantages would be manifested even more if the total degree of removal of the impurities and the degree of stabilization of the sludge could be increased or the plant and operating costs of the objects required for a certain degree of cleaning were reduced.
  • Efficacy of cleaning is not aimed at by intensifying the life activity of the microorganisms that purify the wastewater, but through physico-chemical processes. Also to increase the biological activity of the
  • the object of the invention was to create a method with which the effectiveness of biological waste water and sludge treatment processes can be improved by stimulating the vital functions of the microorganisms participating in the biological process.
  • the solution to the problem is based on the knowledge and active exploitation of the effect that polarized light has on the cell membrane.
  • the linearly polarized light is known to act on the structure of the cell membrane, and this effect also affects the biological processes running through the cell membrane.
  • the stimulating effect of the linearly polarized light is essentially independent of the wavelength of the light, therefore the spectral distribution of the light with which the treatment is carried out is of no fundamental importance. Because the intrusion! ef e des
  • linearly polarized light which contains components of longer wavelength (for example infrared radiation).
  • the treatment of a liquid medium with linearly polarized light can be carried out in different ways. During treatment, care must be taken to ensure that the light energy per unit area reaches a certain threshold. This threshold should be around 15-20 J / cm 2 .
  • the stimulating effect of the polarized light tends towards a saturation value, ie when more energy is transmitted, the effect does not increase.
  • the energy of the treatment, the length of the sections and the length of time must be selected so that as far as possible all of the microorganisms participating in the process receive the energy required for stimulation.
  • standing liquid can also be irradiated, in this case treatment due to the natural or artificial mixing of the liquid affects the entire volume over a longer period of time.
  • the required reactor voluaina and thus the investment and operating costs can be reduced primarily by accelerating the biological processes taking place in the systems and by increasing the enzyme activity, and at the same time improving as a result of the intensified bacterial metabolism and the quality of the purified water.
  • the life activity (enzyme activity) of those bacteria is stimulated, which otherwise (ie without the proposed treatment) ensure the removal of the organic substances or the stabilization of the sludge.
  • the bacteria capable of increasing metabolic activity are accordingly produced in the system itself.
  • a COD improvement of about 20% can also be shown in highly stressed systems, but this is based on a different mechanism.
  • the biodegradation becomes more intense, i.e. the rate of degradation of the organic compounds is greater.
  • the effect can also be seen in the fact that the acetate breakdown activity of the activated sludge increases, according to previous experience, by at least 15-20%.
  • the treatment also improves the system's adaptation time when certain new micropollutants appear.
  • An example of this is the approximately 10% increase in nitrobenzoic acid degradation activity.
  • Type in the bacterial cell can also be regarded as an essential effect.
  • An increase of about 20% was found in biological phosphorus removal based on a known control system, and the purity of the water was below the permissible limit of 1.8 mg / 1, while in the control system the outflowing water was still above this value .
  • the method according to the invention also has numerous other advantageous effects, which are: manifest in different wastewater treatment and sludge treatment systems as well as in different wastewater compositions in different ways.
  • Fig. 1 shows the functional diagram of the system used according to B eispi el 1
  • Fig. 2 a bacterial flake not treated with polarized light is shown as a light microscope recording (magnification 2400x) after Neisser staining.
  • the black dots marked with arrows are polyphosphate particles.
  • Fig. 3 shows a similar picture, but from a living sludge sample which was treated with polarized light.
  • the polyphosphate particles are larger and more numerous than in FIG. 2.
  • FIG. 4 shows a bacterial cell not treated with polarized light, taken with a transmission electron microscope in a magnification of 150,000 times. Only two polyphosphate particles are visible in the cell.
  • Fig. 5 shows a similar photograph, but from a cell treated with polarized light.
  • FIG. 6 shows the image of live sludge not treated with polarized light, taken with a scanner electron microscope in a magnification of 22,000 times. The individual bacteria are well separated. 7 shows a similar picture, but of polarized light treated sludge. The bacteria are covered with a kind of skin, a coating. example 1
  • the activated sludge generates the energy necessary for survival from the previously stored polyphosphate and the organic substances of the raw sewage, whereby phosphate is released and goes into solution.
  • the bacteria with the energy that is supplied to them by the ventilation and the organic substrates
  • Phosphate and convert it to polyphosphate The amount of phosphate taken up in this reactor is greater than that released in the anaerobic reactor.
  • Fig. 1 The system used is shown schematically in Fig. 1. It consists of four stages, namely an anaerobic reactor 1, an anoxic reactor 2, an aerobic heater 3 and a post-settler 4.
  • a sludge recirculation line 5 leads from the post-settler 4 to the anaerobic reactor 1, and a nitrate recirculation circuit 6 is expanded between the outlet of the aerobic reactor 3 and the anoxic reactor 2.
  • the anaerobic reactor 1 and the anoxic reactor 2 have stirrers 7, 8, the aerobic reactor 3 has a ventilation device 9.
  • lamps 10, 11 are used to irradiate the quantities of liquid flowing in the recirculation lines.
  • lamps 10 and 11 which consist of a metal halogen lamp of 35 W power and a Brewster polarizer, are switched on while maintaining the previous operating parameters.
  • the lamps emit uniformly parallel, linearly polarized light, which has a practically continuous spectral composition in the range between 400 and 3000 nm wavelength.
  • the first section of the experiment lasts 9 days, the second 6 days. In the first section, the lamps are hourly switched on for 10 minutes, in the second section every hour for 30 minutes. At the point of irradiation, the layer thickness of the liquid is 4 cm, the average residence time of the liquid is between 8 and 20 seconds.
  • Retract 20 88.0 83, 0 46.6 44.3 Retract 10 94, 2 87, 6 57, 6 66.9
  • the activity of acetate degradation increased by 20% after 20 minutes of treatment with linearly polarized light and remained at this value for a certain time. The increase in activity was still detectable 2 hours after the end of treatment, but no longer 6 hours later. In an oxygen-poor environment (anaerobic sludge), a shorter exposure time (10-15 minutes) was sufficient to achieve the same increase in activity. The experiment showed the same result even after ten repetitions.
  • the free surface of the reactor was continuously irradiated with linearly polarized light every 24 hours for 6 hours, the surface energy density being 30 J / cm 2 .
  • the mixing of the liquid was maintained by the inlet of the waste water, the return of the recirculated activated sludge and the drainage of the water from the upper part of the reactor.
  • the experimental reactor had a volume of 900 ml and was charged with 200 ml / h of waste water.
  • the residence time of the waste water in the reactor was 4 hours.
  • TOC - total organic carbon The total organic carbon content (TOC - total organic carbon) was measured daily in the reactors operated under these conditions. The following average TOC values were calculated from the measured values of 2 days: inflowing wastewater (both reactors): 300 mg / 1 outflowing wastewater (unirradiated reactor): 112 mg / 1 outflowing wastewater (irradiated reactor): 95 mg / 1
  • the efficiency of the removal was 62% for the control system and 68% for the system irradiated with polarized light. If the organic water content of the flowing water is regarded as a measure of quality, the water quality in the irradiated system is 15% better.

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Abstract

In a process for improving the efficiency of biological purification of waste water and/or sludge treatment, the bacteria involved in the biological process are irradiated with linearly polarized light and thereby supplied with a quantity of energy in excess of a given threshold value equal to 15 J/cm2 of irradiated surface. The irradiation can be conveniently carried out with linearly polarized light containing infrared spectral components. The liquid to be treated is circulated in a separate liquid branch the depth of which corresponds to the depth of penetration of the light, and this branch is irradiated over a distance appropriate to the flow rate, the intensity of the irradiation, and the said energy threshold value. It is advantageous if the free surface of any desired reactor, for example the anaerobic reactor (1), the anoxic reactor (2) or the aerobic reactor (3), or of a sedimentation tank, for example the post-sedimentation tank (4), of the waste water purification plant is irradiated and the liquid in the reactor or sedimentation tank is kept in motion during irradiation. The treatment facilitates the adaptation of the system to new types of pollution, reduces the load on the plant, and/or decreases the phosphate content of the waste water.

Description

VERFAHREN ZUR VERB ESSERUNG DER WIRKSAMKEIT DER BIOLOGISCHEN ABWASSERREINIGUNG UND/ODER D ER SCHLAMMB EHANDLUNG Di e Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Wirksamkeit der biologischen Abwasserreinigung und/oder der Schlammbehandlung. METHOD FOR IMPROVING THE EFFECTIVENESS OF BIOLOGICAL WASTEWATER TREATMENT AND / OR THE SLUDGE TREATMENT The invention relates to a method for improving the effectiveness of biological waste water treatment and / or sludge treatment.
Zur Reinigung der aus unterschi edlichen Quellen stammenden Abwässer werden verbreitet biologische Abwasserreinigungs- und Schlammbehandlungsverfahren angewendet. Di ese Verfahren sind im allgemeinen umweltschonend , einfach und verhältnismäßig stabil. Di ese Vorteile würden sich noch stärker manifestieren, wenn es gelänge, den Gesamtentfernungsgrad der Verunreinigungen und den Stabilisationsgrad des Schlammes zu erhöhen bezi ehungsweise die Anlage- und B etri ebskosten der für einen b estimmten Reinigungsgrad erforderlichen Obj ekte zu verringern.Biological wastewater treatment and sludge treatment processes are widely used to purify wastewater from various sources. These processes are generally environmentally friendly, simple and relatively stable. These advantages would be manifested even more if the total degree of removal of the impurities and the degree of stabilization of the sludge could be increased or the plant and operating costs of the objects required for a certain degree of cleaning were reduced.
Auf dem Fachgebi et der Abwasserreinigung mittels B elebtschlamm ist eines der wichtigsten Forschungsziele eben di e Verbesserung des Wirkungsgrades. Aus der ungarischen Patentschrift Nr. 161 538 (Titel: Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung von Abwäss ern in B elüftungsbecken) ist zur bess eren Entfernung der Verunreinigungen eine Lösung zur Erhöhung des Wirkungsgrades der B elüftung bekannt.In the field of wastewater treatment using activated sludge, one of the most important research goals is to improve efficiency. From the Hungarian patent specification No. 161 538 (title: Method and device for the purification of waste water in aeration tanks), a solution for increasing the efficiency of the aeration is known for better removal of the impurities.
In den US-PS 3 763 040 und 4 019 982 werden zur Entfernung der Verunreinigungen reine Adsorptionsverfahren vorgeschlagen. Das erste Pat ent hat den Titel Process forIn U.S. Patent Nos. 3,763,040 and 4,019,982, pure adsorption processes are proposed to remove the contaminants. The first patent is entitled Process for
Reducing the Organic Carbon Compounds by Continuous Counter Current Multistage Treatment with Activated Carbon' ( Verfahren zur Verringerung der Menge an organischen Kohlenstoff Verbindungen durch kontinuierliche, mehrstufige Gegenstrombehandlung mit Aktivkohle) . Di e Reinigung wird durch im Gegenstrom geführte Aktivkohle vorgenommen. Di e Investitions- und B etriebskosten des Verfahrens si nd außerordentlich hoch , weshalb das V erfahren keinen breit eren Eingang in di e Praxis gefunden hat . iine ähnliche Lösung ist in der anderen US-PS beschrieben, deren Tit el lautet : 'Method for Treatment of Waste Wat er. Containing Organic Poll utants ' ( Verfahren zur B ehandlung von organische Verunreinigungen enthaltendem Abwasser) . Bei diesem Verfahren werden als Adsorbentien die aus den Lösungen von Aluminium-, Calcium-, Magnesium- und Eisensalzen bei Zusatz von Lauge ausfallenden Niederschläge in getrocknetem Zustand verwendet. B ei di esem Verfahren ist der Wirkungsgrad der Adsorption nicht zufri edenstellend.Reducing the Organic Carbon Compounds by Continuous Counter Current Multistage Treatment with Activated Carbon '(process to reduce the amount of organic carbon compounds through continuous, multi-stage counter-current treatment with activated carbon). The cleaning is carried out by counter-current activated carbon. The investment and operating costs of the process are extremely high, which is why the process has not been widely used in practice. A similar solution is described in the other US PS, the title of which is: 'Method for Treatment of Waste Wat er. Containing Organic Poll utants' (Process for treating wastewater containing organic contaminants). In this process, the precipitates precipitated from the solutions of aluminum, calcium, magnesium and iron salts with the addition of lye are used in the dried state as adsorbents. With this method, the efficiency of the adsorption is not satisfactory.
Auf einem ähnlichen Prinzip beruht das Verfahren gemä ß US-PS 3 904 518, 'Waste Water Treatment ' (Verfahren zur AbWasserbehandlung) , j edoch wird hier die als Atdsorbens verwendete körnige Aktivkohle im Verlauf der Reinigung mit Belebtschlamm des Belüftungsbecken zugesetzt.The process according to US Pat. No. 3,904,518, 'Waste Water Treatment', is based on a similar principle, but here the granular activated carbon used as the absorbent is added to the aeration basin in the course of cleaning with activated sludge.
GeoäJ der ungarischen Patentschrift Nr. 180 614 (Verfahren zur Verbesserung des Wirkungsgrades biologischer Abwas serr ei nigungs Systeme mit Hilfe pulverförmiger Adsorbentien) wird der Wirkungsgrad der biologischen Abwasserreinigung dadurch verbessert, daß in das Belebtschlamm enthaltende Belüftungsbecken pulverförmige Adsorb enti en, zum Beispiel Aktivkohle, dosiert werden. Für alle diese Verfahren ist kennzeichnend, daß di eGeoäJ the Hungarian Patent No. 180 614 (method for improving the efficiency of biological wastewater purification systems with the aid of powdered adsorbents), the efficiency of biological wastewater treatment is improved by dosing powdered adsorbents, for example activated carbon, into the aeration tank containing activated sludge become. It is characteristic of all these processes that di e
Wirksamkeit der Reinigung nicht durch Intensivi erung der Lebenstätigkeit der das Abwasser reinigenden Mikroorganismen, sondern durch physikalisch-chemische Verfahren angestrebt wird. Auch zur Steigerung der biologischen Aktivität derEfficacy of cleaning is not aimed at by intensifying the life activity of the microorganisms that purify the wastewater, but through physico-chemical processes. Also to increase the biological activity of the
Mikroorganismen sind bereits Lösungen bekannt. Diese beruhen darauf , daui in von der Abwasserreinigungsstation räumlich getrennten Laboratori en reine Bäkt erienstämme hergestellt und lyophilisi ert werden und dieses Lyophi lisat dem Abwasser kontinuierlich, in bestimmter Menge zugesetzt wird, wodurch die Stoffwechselaktivität der Bakterien gröJar als üblich wird. Nachteilig dab ei ist der hohe Preis dieses Bakteri enlyophilisates und die nicht immer nachweisbare Mehrwirkung. Aufgabe der Erfindung war di e Schaffung eines Verfahrens, mit dem die Wirksamkeit biologischer Abwasser- und Schlammbehandlungsv er fahren durch Stimulierung der Lebensfunktionen der an dem biologischen Prozeß teilnehmenden Mikroorganismen verbessert werden kann. Die Lösung der gestellten Aufgabe beruht auf der Erkenntnis und aktiven Ausnutzung der Wirkung, die das polarisierte Licht auf die Zellmembran ausübt.Solutions are already known for microorganisms. These are based on the fact that pure bacterial strains are produced and lyophilized in laboratories that are physically separate from the wastewater treatment station, and that this lyophilisate is continuously added to the wastewater in a certain amount, making the metabolic activity of the bacteria larger than usual. A disadvantage of this is the high price of this bacterial enlyophilisate and the not always demonstrable additional effect. The object of the invention was to create a method with which the effectiveness of biological waste water and sludge treatment processes can be improved by stimulating the vital functions of the microorganisms participating in the biological process. The solution to the problem is based on the knowledge and active exploitation of the effect that polarized light has on the cell membrane.
Das linear polarisierte Licht wirkt bekanntermaßen auf die Struktur der Zellmembran, und diese Wirkung beeinflußt auch die durch die Zellmembran hindurch verlaufenden biologischen Prozesse. Die stimulierende Wirkung des linear polarisierten Lichtes ist im wesentlichen unabhängig von der Wellenlänge des Lichtes, deshalb hat die spektrale Verteilung des Lichtes, mit dem die Behandlung vorgenommen wird, keine grundlegende Bedeutung. Da die Eindringt! ef e desThe linearly polarized light is known to act on the structure of the cell membrane, and this effect also affects the biological processes running through the cell membrane. The stimulating effect of the linearly polarized light is essentially independent of the wavelength of the light, therefore the spectral distribution of the light with which the treatment is carried out is of no fundamental importance. Because the intrusion! ef e des
Lichtes von der Wellenlänge abhängt, ist es unter dem Aspekt der Behandlung tieferer Schichten vorteilhaft, linear polarisiertes Licht zu verwenden, das Komponenten größerer Wellenlänge (zum Beispiel Infrarotstrahlung) enthält. Die Behandlung eines flüssigen Mediums mit linear polarisiertem Licht läßt sich auf unterschiedliche Weise durchführen. Bei der Behandlung muß dafür gesorgt werden, daß die auf eine Flächeneinheit entfallende Lichtenergie einen bestimmten Schwellenwert erreicht. Dieser Schwellenwert soll etwa 15-20 J/cm2 betragen.Light depends on the wavelength, it is advantageous from the point of view of the treatment of deeper layers to use linearly polarized light which contains components of longer wavelength (for example infrared radiation). The treatment of a liquid medium with linearly polarized light can be carried out in different ways. During treatment, care must be taken to ensure that the light energy per unit area reaches a certain threshold. This threshold should be around 15-20 J / cm 2 .
Bei der Vornahme der Behandlung ist es zweckmäßig, die Flüssigkeit in Form eines Baches mit offener Oberfläche strömen zu lassen, dessen Tiefe der Eindringtiefe des Lichtes entspricht, und mit linear polarisiertem Licht einen Abschnitt von so gewählter Länge zu bestrahlen, daß unter Berücksichtigung der Strömungsgeschwindigkeit und der natürlichen Durchmischung der Flüssigkeit ein bedeutender Teil der in der Flüssigkeit anwesenden Mikroorganismen die dem Stimulationsschwellenwert entsprechende Energie bekommt. Bei einem bedeutenden Teil der bekannten Abwasser- und Schlammbehandlungsverfahren wird die gespeicherte Flüssigkeit in einer oder in mehreren Stufen rezirkuli ert. Es ist vorteilhaft , die Behandlung mit polarisi ertem Licht in dem rezirkulierten Flüssigkeitszweig vorzunehmen. Im Falle kontinuierlicher Rezirkulation und längerer Verweilzeiten ist es ausreichend, die Behandlung intermittierend, zum Beispi el in 10-80 % der Gesamtzeit vorzunehmen.When carrying out the treatment, it is advisable to let the liquid flow in the form of a stream with an open surface, the depth of which corresponds to the depth of penetration of the light, and to irradiate a section of a length selected with linearly polarized light, taking into account the flow velocity and the natural mixing of the liquid, a significant part of the microorganisms present in the liquid receives the energy corresponding to the stimulation threshold. With a significant part of the known sewage and The stored liquid is recirculated in one or more stages in the sludge treatment process. It is advantageous to carry out the treatment with polarized light in the recirculated liquid branch. In the case of continuous recirculation and longer dwell times, it is sufficient to carry out the treatment intermittently, for example in 10-80% of the total time.
Die stimulierende Wirkung des polarisi erten Lichtes strebt einem Sättigungswert zu, d.h. bei Übertragung von mehr Energi e wird die Wirkung nicht größer. In j edem Falle sind deshalb die Energi e der Behandlung , die Länge der Abschnitte und die Zeitdauer so zu wählen, daß möglichst alle der an dem Prozeß teilnehmenden Mikroorganismen die zur Stimulation erforderliche Energie erhalten. Statt strömender Flüssigkeit kann auch stehende Flüssigkeit b estrahlt werden, in di esem Fall e wirkt sich die B ehandlung infolge der natürlichen oder künstlichen Durchmischung der Flüssigkeit innerhalb einer längeren Zeit über das ganze Volumen aus. Durch Anwendung des er findungs gemäßen Verfahrens können die erforderlichen Reaktorvoluaina und damit die Investitions- und Betri ebskosten in erster Lini e durch die B eschleunigung der in den Systemen ablaufenden biologischen Prozesse und durch Steigerung der Enzymtätigkeit verringert werden, und gleichzeitig verbessert sich infolge des intensivi erten bakteri ellen Stoffwechsels auch die Qualität des gereinigten Wassers. Im Laufe des Verfahrens wird di e Lebenstätigkeit ( Enzymaktivität) derj enigen Bakterien stimuli ert , die auch ansonsten ( d.h. ohne die vorgeschlagene B ehandlung) für di e Entfernung der organischen Substanzen beziehungsweise die Stabilisi erung des Schlammes sorgen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die zu gesteigerter Stoffwechseltätigkeit fähigen Bakterien demnach im System selbst hergestellt. Der erfindungsgemäß hergestellte Anstieg der biologi sehen Aktivität tritt bei den verschiedenen Abwasserr ei nigungs verfahren unterschiedlich in Erscheinung.The stimulating effect of the polarized light tends towards a saturation value, ie when more energy is transmitted, the effect does not increase. In each case, therefore, the energy of the treatment, the length of the sections and the length of time must be selected so that as far as possible all of the microorganisms participating in the process receive the energy required for stimulation. Instead of flowing liquid, standing liquid can also be irradiated, in this case treatment due to the natural or artificial mixing of the liquid affects the entire volume over a longer period of time. By using the method according to the invention, the required reactor voluaina and thus the investment and operating costs can be reduced primarily by accelerating the biological processes taking place in the systems and by increasing the enzyme activity, and at the same time improving as a result of the intensified bacterial metabolism and the quality of the purified water. In the course of the process, the life activity (enzyme activity) of those bacteria is stimulated, which otherwise (ie without the proposed treatment) ensure the removal of the organic substances or the stabilization of the sludge. With the method according to the invention, the bacteria capable of increasing metabolic activity are accordingly produced in the system itself. The increase in biological produced according to the invention see Activity appears differently in the different wastewater treatment processes.
Bei Prozessen mit vollständiger Oxydation steigt der durch den chemischen Sauerstoffbedarf (CSB) des abfließenden Wassers ausgedrückte Wirkungsgrad um etwa 20 %. Diese Verbesserung ist, wie angenommen werden muß, darauf zurückzuführen, daß die Bildung von Stoffwechselprodukten gehemmt, die Schlammbildungskonstante gesteigert wird.In processes with complete oxidation, the efficiency expressed by the chemical oxygen demand (COD) of the flowing water increases by about 20%. This improvement, it must be assumed, is due to the fact that the formation of metabolic products is inhibited and the sludge formation constant is increased.
Auch in hochbelasteten Systemen kann eine CSB-Verbessevon etwa 20 % ausgewiesen werden, jedoch beruht diese auf einem anderen Mechanismus. Im Ergebnis der mit polarisiertem Licht vorgenommenen Behandlung wird der biologische Abbau intensiver, d.h. die Abbaugeschwindigkeit der organischen Verbindungen größer. Die Wirkung zeigt sich auch darin, daß die Acetatabbauaktivität des Belebtschlammes wächst, und zwar den bisherigen Erfahrungen nach um wenigstens 15-20 %.A COD improvement of about 20% can also be shown in highly stressed systems, but this is based on a different mechanism. As a result of the treatment carried out with polarized light, the biodegradation becomes more intense, i.e. the rate of degradation of the organic compounds is greater. The effect can also be seen in the fact that the acetate breakdown activity of the activated sludge increases, according to previous experience, by at least 15-20%.
Durch die Behandlung bessert sich auch die Adaptionszeit des Systems, wenn gewisse neue MikroVerunreinigungen auftauchen. Als Beispiel dafür sei der etwa 10 %ige Anstieg der Nitrobenzoesäure-Abbauaktivität erwähnt.The treatment also improves the system's adaptation time when certain new micropollutants appear. An example of this is the approximately 10% increase in nitrobenzoic acid degradation activity.
Die Erfahrungen zeigen ferner, daß sich die Verdichtungseigenschaften des Schlammes im Vergleich zur unbehandelten Kontrolle bessern. Der effektivere Einbau von Verunreinigungen bestimmtenExperience also shows that the compaction properties of the sludge improve compared to the untreated control. The more effective installation of contaminants determined
Typs in die Bakterienzelle ist ebenfalls als eine wesentliche Wirkung anzusehen. Bei der biologischen Phosphor entfernung wurde bezogen auf ein bekanntes Kontrollsystem ein Anstieg um etwa 20 % gefunden, und die Reinheit des Wassers lag unter dem zulässigen Grenzwert von 1,8 mg/1, während in dem Kontrollsystem das abfließende Wasser noch immer über diesem Wert lag.Type in the bacterial cell can also be regarded as an essential effect. An increase of about 20% was found in biological phosphorus removal based on a known control system, and the purity of the water was below the permissible limit of 1.8 mg / 1, while in the control system the outflowing water was still above this value .
Über die hier genannten Hauptwirkungen beziehungsweise Wirkungstypen hinaus weist das erfindungsgemäße Verfahren noch zahlreiche weitere vorteilhafte Wirkungen auf, die sich in unterschiedlichen Abwasserreinigungs- und Schlammbehandlungssystemen sowie bei abweichenden Abwasserzusammensetzungen auf verschi edene Weise manifestieren.In addition to the main effects or action types mentioned here, the method according to the invention also has numerous other advantageous effects, which are: manifest in different wastewater treatment and sludge treatment systems as well as in different wastewater compositions in different ways.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden an Hand von Beispi elen mit Hilfe der beigeschlossenen Zeichnungen näher erläutert.The method according to the invention is explained in more detail below with reference to examples using the accompanying drawings.
Fig. 1 zeigt das Funktionsschema des gemäß B eispi el 1 benutzten Systems , in Fig. 2 ist eine nicht mit polarisi ertem Licht behandelte Bakterienflocke als Lichtmikroskopauf nähme (Vergrößerung 2400fach) nach Neisser-Anfärbung gezeigt. Die mit Pfeilen gekennzeichneten schwarzen Punkte sind Polyphosphatpartikel. Fig. 3 zeigt eine ähnliche Aufnahme, j edoch von einer B elebtschlammprobe, die mit polarisiert em Licht behandelt wurde. Di e Polyphosphatpartikel sind größer und zahlreicher als in Fig. 2. Fig. 4 zeigt eine nicht mit polarisiertem Licht behandelte Bakteri enzelle, aufgenommen mit einem Transmissionselektronenmikroskop in 150 000facher Vergrößerung. In der Zelle sind lediglich zwei Polyphosphatpartikel sichtbar. Fig. 5 zeigt eine ähnliche Aufnahme, j edoch von einer mit polarisiertem Licht behandelten Zelle. In der Zelle sind zahlreiche Polyphosphatpartikel sichtbar. Fig. 6 zeigt die mit einem Scanner-Elektronenmikroskop in 22 000facher Vergrößerung angefertigte Aufnahme von nicht mit polarisi ertem Licht behandeltem B elebtschlamm. Di e einzelnen Bakterien sind gut voneinander getrennt. In Fig. 7 ist eine ähnliche Aufnahme, j edoch von mit polarisiertem Licht behandeltem Schlamm, sichtbar. Die Bakteri en sind mit einer Art Haut , einem Belag überzogen. Beispiel 1Fig. 1 shows the functional diagram of the system used according to B eispi el 1, in Fig. 2 a bacterial flake not treated with polarized light is shown as a light microscope recording (magnification 2400x) after Neisser staining. The black dots marked with arrows are polyphosphate particles. Fig. 3 shows a similar picture, but from a living sludge sample which was treated with polarized light. The polyphosphate particles are larger and more numerous than in FIG. 2. FIG. 4 shows a bacterial cell not treated with polarized light, taken with a transmission electron microscope in a magnification of 150,000 times. Only two polyphosphate particles are visible in the cell. Fig. 5 shows a similar photograph, but from a cell treated with polarized light. Numerous polyphosphate particles are visible in the cell. FIG. 6 shows the image of live sludge not treated with polarized light, taken with a scanner electron microscope in a magnification of 22,000 times. The individual bacteria are well separated. 7 shows a similar picture, but of polarized light treated sludge. The bacteria are covered with a kind of skin, a coating. example 1
Die von polarisiertem Licht auf die Abwasserreinigung ausgeübte Wirkung wurde auf dem Gebiet der biologischen Phosphor entf er nung untersucht. Die auf diesem Wege erfolgende Phosphor entf ernung beruht bekanntlicherweise darauf, daß die Bakterienzelle unter anaeroben Bedingungen Phosphor abgibt, unter aeroben Bedingungen jedoch über den augenblicklichen Bedarf hinaus Phosphor aufnimmt und diesen zwecks Speicherung chemischer Energie in Form von Polyphosphat akkumuliert. Dieser Prozeß verläuft als biochemischer Transport durch die Zellmembran des Bakteriums hindurch, sein Mechanismus ist auch heute noch nicht in allen Einzelheiten geklärt. Es wurde nun angenommen, daß, falls das linear polarisierte Licht irgend eine Wirkung auf den Proder Abwasserreinigung hat, sich diese Wirkung am prägnantesten bei den Bakterien des Belebtschlammes, in deren Funktion zeigen muß, und zwar insbesondere dort, wo die gewünschte biologische Reaktion mit Materie migration durch die Zellmembran hindurch verbunden ist. Daß die Wahl auf die biologische Phosphorentfernung fiel, hat seinen Grund auch in der großen Bedeutung dieses Themas. Im Schutz von Oberflächengewässern, insbesondere stehenden Gewässern, kommt der Zurückhaltung des Phosphors eine entscheidende Rolle zu. Zwar stehen dafür schon gut bewährte chemische Methoden zur Verfügung, jedoch entstehen bei deren Anwendung zusätzliche Niederschläge, wodurch die Sorge der Schlammbehandlung und -ablagerung vergrößert wird. Der hohe Preis der verwendeten Chemikalien und die unvermeidlich in das Wasser gelangenden unerwünschten Chemikalien sprechen gegen die Anwendung chemischer Verfahren. Die biologische Phosphorentfernung weist die genannten Nachteile nicht auf, ihr Wirkungsgrad ist jedoch gegenwärtig noch geringer, so daß eine Verbesserung des Wirkungsgrades von besonderer Bedeutung wäre. In der eine Bakterienpolykultur darstellenden Biomasse sind bestimmte Bakterien zur Speicherung des Polyphosphates befähigt. Die notwendigen Bedingungen für die Phosphatentfernung werden in dem dem Belüftungsbecken vorangeschalteten anaeroben Reaktor eingestellt. In diesem Reaktor erzeugt der Belebtschlamm aus dem früher gespeicherten Polyphosphat und den organischen Substanzen des rohen Abwassers die zum Überleben erforderliche Energie, wobei Phosphat freigesetzt wird und in Lösung geht. In dem sich anschließenden Reaktor nehmen die Bakterien mit der Energie, die ihnen durch die Belüftung und die organischen Substrate zugeführt wird,The effect of polarized light on wastewater treatment has been investigated in the field of biological phosphorus removal. The removal of phosphorus which takes place in this way is known to be based on the fact that the bacterial cell releases phosphorus under anaerobic conditions, but absorbs phosphorus under aerobic conditions beyond the current requirement and accumulates it in the form of polyphosphate for the purpose of storing chemical energy. This process runs as a biochemical transport through the cell membrane of the bacterium, and its mechanism is still not fully understood. It has now been assumed that if the linearly polarized light has any effect on the wastewater treatment, this effect must be most prominent in the bacteria of the activated sludge, in their function, particularly where the desired biological reaction with matter migration through the cell membrane is connected. The reason for choosing biological phosphorus removal is also due to the great importance of this topic. In the protection of surface water, especially stagnant water, the restraint of phosphorus plays a crucial role. Well-proven chemical methods are available for this, but additional precipitation occurs when they are used, which increases the concern about sludge treatment and deposition. The high price of the chemicals used and the inevitable undesirable chemicals entering the water speak against the use of chemical processes. Biological phosphorus removal does not have the disadvantages mentioned, but its efficiency is currently still lower, so that an improvement in the efficiency would be of particular importance. In the biomass representing a bacterial polyculture certain bacteria are capable of storing the polyphosphate. The necessary conditions for the phosphate removal are set in the anaerobic reactor upstream of the aeration tank. In this reactor, the activated sludge generates the energy necessary for survival from the previously stored polyphosphate and the organic substances of the raw sewage, whereby phosphate is released and goes into solution. In the subsequent reactor, the bacteria with the energy that is supplied to them by the ventilation and the organic substrates
Phosphat auf und setzen es zu Polyphosphat um. Die in diesem Reaktor aufgenommene Phosphatmenge ist größer als die im anaeroben Reaktor abgegebene.Phosphate and convert it to polyphosphate. The amount of phosphate taken up in this reactor is greater than that released in the anaerobic reactor.
Die Wirkung der Behandlung mit polarisiertem Licht wurde an dem den ungarischen Verhältnissen angepaßten biologischen Phosphorentfernungsverfahren Phoredox studiert. Die verwendete Anlage ist schematisch in Fig,l dargestellt. Sie besteht aus vier Stufen, nämlich einem anaeroben Reaktor 1, einem anoxischen Reaktor 2, einem aeroben Heaktor 3 und eines Nachabsetzer 4. Die einzelnen Einheiten haben folgende Volumina: V1 = V2 = 30 Liter, V3 = 40 Liter und V4 = 25 Liter. Die Verweilzeiten sind tl = t2 = 3,7 h; t3 = 5 h und t4 = 3,1 h.The effect of the treatment with polarized light was studied using the biological phosphorus removal method Phoredox, which was adapted to the Hungarian conditions. The system used is shown schematically in Fig. 1. It consists of four stages, namely an anaerobic reactor 1, an anoxic reactor 2, an aerobic heater 3 and a post-settler 4. The individual units have the following volumes: V1 = V2 = 30 liters, V3 = 40 liters and V4 = 25 liters. The residence times are tl = t2 = 3.7 h; t3 = 5 h and t4 = 3.1 h.
Aus dem Nachabsetzer 4 führt eine Schlammrezirkulationsleitung 5 zu dem anaeroben Reaktor 1, und zwischen dem Ausgang des aeroben Reaktors 3 und dem anoxischen Reaktor 2 ist ein Nitratrezirkulationskreis 6 ausgebaut. Der anaerobe Reaktor 1 und der anoxische Reaktor 2 weisen Rührer 7, 8 auf, der aerobe Reaktor 3 verfügt über eine Belüftungsvorrichtung 9. Zur Behandlung mit polarisiertem Licht dienende Lampen 10, 11 werden zur Bestrahlung der in den Rezirkulationsleitungen fließenden Flüssigkeitsmengen verwendet.A sludge recirculation line 5 leads from the post-settler 4 to the anaerobic reactor 1, and a nitrate recirculation circuit 6 is expanded between the outlet of the aerobic reactor 3 and the anoxic reactor 2. The anaerobic reactor 1 and the anoxic reactor 2 have stirrers 7, 8, the aerobic reactor 3 has a ventilation device 9. For treatment with polarized light, lamps 10, 11 are used to irradiate the quantities of liquid flowing in the recirculation lines.
Eingespeist wird städtisches Abwasser von Balatonfüred, das vorher einer Vorabsetzung unterzogen wurde. Zur Erhöhung des Gehaltes an organischen Verbindungen und Phosphor wird Natriumacetat und Kaliumdihydrogenphosphat zugesetzt. Um eine gleichmäßige Zusammensetzung des Abwassers zu gewährleisten, wird das Abwasser einem 200 Liter fassenden Faß entnommen, das dem Abwasserbedarf der Vorrichtung für einen Tag entspricht und hinsichtlich der Homogenität durch Probenahme überwacht wird. Das abfließende Wasser wird ebenfalls in einem Faß aufgefangen, auf diese Weise wird einetägliche Durchschnittsprobe des abfließenden Wassers gewonnen. Nach Angaben aus der Fachliteratur ist ein biologisches System zur Phosphorentfernung am 20. Tag nach der Betriebsaufnahme eingearbeitet. Das hier verwendete System wird 28 Tage lang eingearbeitet, zu diesem Zeitpunkt ist der Wirkungsgrad der Gesamtphosphorentfernung 46,6 %, der der PO4-P Entfernung 44,2 %. Anschließend wird die Anlage 10 weitere Tage betrieben, in diesem Zeitraum ist der durchschnittliche Wirkungsgrad der Gesamtphosphorentfernung 57,6 %. der der PO4-P Entfernung 66,8 %. Diese Warte sind besser als die Werte sonstiger ungarischer Stationen zur biologischen Entfernung des Phosphors, aber nicht so gut wie die für ähnliche Anlagen in der Fachliteratur angegebenen. Es ist zu bemerken, daß am Ende des Zeitabschnittes die Konzentration des Phosphors im abfließenden Wasser den vorgeschriebenen Maximalwert von 1,8 mg P/1 nicht erreicht.Urban wastewater is fed in from Balatonfüred, which was previously subjected to a preliminary process. To increase the content of organic compounds and phosphorus Sodium acetate and potassium dihydrogen phosphate added. In order to ensure a uniform composition of the wastewater, the wastewater is taken from a 200 liter barrel, which corresponds to the wastewater requirement of the device for one day and is monitored for homogeneity by sampling. The draining water is also collected in a barrel, in this way a daily average sample of the draining water is obtained. According to information from the specialist literature, a biological system for phosphorus removal is incorporated on the 20th day after the start of operations. The system used here is worked in for 28 days, at this point the efficiency of the total phosphor removal is 46.6%, that of the PO 4 -P removal 44.2%. The system is then operated for a further 10 days, during this period the average efficiency of the total phosphor removal is 57.6%. that of the PO 4 -P removal 66.8%. These readings are better than the values of other Hungarian stations for the biological removal of phosphorus, but not as good as those given for similar plants in the specialist literature. It should be noted that at the end of the time period, the concentration of phosphorus in the draining water does not reach the prescribed maximum value of 1.8 mg P / 1.
Nach dem insgesamt 38 Tage dauernden Versuch werden unter Beibehaltung der vorherigen Betriebsparameter die Lampen 10 und 11 eingeschaltet, die aus einer MetallHalogenglühlampe von 35 W Leistung und einem BrewsterPolarisator bestehen. Die Lampen strahlen gleichmäßig paralleles, linear polarisiertes Licht aus, das im Bereich zwischen 400 und 3000 nm Wellenlänge eine praktisch kontinuierliche spektrale Zusammensetzung aufweist. Der erste Abschnitt des Versuches dauert 9 Tage, der zweite 6 Tage. Im ersten Abschnitt werden die Lampen stündlich für 10 Minuten, im zweiten Abschnitt stündlich für 30 Minuten eingeschaltet. An der Stelle der Einstrahlung beträgt die Schichtdicke der Flüssigkeit 4 cm, die durchschnittliche Verweilzeit der Flüssigkeit liegt zwischen 8 und 20 Sekunden.After the test, which lasted a total of 38 days, lamps 10 and 11, which consist of a metal halogen lamp of 35 W power and a Brewster polarizer, are switched on while maintaining the previous operating parameters. The lamps emit uniformly parallel, linearly polarized light, which has a practically continuous spectral composition in the range between 400 and 3000 nm wavelength. The first section of the experiment lasts 9 days, the second 6 days. In the first section, the lamps are hourly switched on for 10 minutes, in the second section every hour for 30 minutes. At the point of irradiation, the layer thickness of the liquid is 4 cm, the average residence time of the liquid is between 8 and 20 seconds.
Der Anstieg des Wirkungsgrades der Phosphorentfernung durch die Wirkung des polarisierten Lichtes ist augenfällig. In dem ersten Abschnitt, bei stündlich 10 Minuten Beleuchtung steigt der Wirkungsgrad der Gesamtphosphorentfernung auf 70 %, bei stündlich für 30 Minuten eingeschalteten Lampen erreicht er einen Wert von 91,8 %. Darüber hinaus wird im zweiten Abschnitt des Versuches eine Restphosphorkonzentration des abfließenden Wassers von unter 1,0 mg/1 erreicht, was wesentlich weniger ist als der vorgeschriebene Grenzwert.The increase in the efficiency of phosphorus removal due to the action of the polarized light is striking. In the first section, with 10 minutes of lighting every hour, the total phosphor removal efficiency increases to 70%, with lamps turned on for 30 minutes every hour, it reaches a value of 91.8%. In addition, in the second section of the experiment, a residual phosphorus concentration of the flowing water of less than 1.0 mg / 1 is achieved, which is significantly less than the prescribed limit value.
Außer der guten Phosphorentfernung sind auch die Werte für die Entfernung organischer Substanzen- und für Gesamtstickstoffentfernung ausgezeichnet. Die Ergebnisse des Experimentes sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt.In addition to the good phosphorus removal, the values for the removal of organic substances and for total nitrogen removal are excellent. The results of the experiment are summarized in the following table.
Versuchsabschnitt Dauer Wirkungsgrad der Entfernung, %Trial period Duration Efficiency of distance,%
( d) CSB Gesamt-N Ges. -P PO4-P(d) COD total-N tot. -P PO 4 -P
Einstellen 8 88,8 83, 1 52,2 47 ,4Adjust 8 88.8 83, 1 52.2 47, 4
Einfahren 20 88,0 83 ,0 46,6 44,3 Eingefahren 10 94 ,2 87 ,6 57, 6 66,9Retract 20 88.0 83, 0 46.6 44.3 Retract 10 94, 2 87, 6 57, 6 66.9
10 min/h Bestrahl. 9 93 ,7 89 , 6 70 ,0 82,610 min / h irradiation. 9 93, 7 89, 6 70, 0 82.6
30 min/h Bestrahl. 6 93,1 86.0 91 , 8 93 ,730 min / h irradiation. 6 93.1 86.0 91, 8 93, 7
In dem 8 Tage dauernden ersten Abschnitt wurde das System mit aus der Wass erreinigung von Tihany stammendem Abwasserschlamm aufgefüllt , der wegen der chemischen Fällung auch Aluminiumhydroxyphosphat als Niederschlag enthält; deshalb war in diesem Abschnitt die Phosphorentfernung größer als in dem folgenden Abschnitt des Einfahrens der Anlage. Abwasserschlamm aus Balatonfüred konnte wegen des darin enthaltenen Aktivkohlepulvers nicht eingesetzt werden. üxm die Wirkung des polarisierten Lichtes auf den Belebtschlamm auch optisch sichtbar zu machen, wurden von den bebiandelten und den nicht behandelten Proben Aufnahmen mit. dem Licht- beziehungsweise dem Elektronenmikroskop angefertigt, die in den Fig. 2-7 dargestellt sind. Aus den Aufnahmen ist ersichtlich, daß in den behandelten Proben Polyphαsphatpartikel in größerer Anzahl vorliegen als in den unbehandelten Proben. Die mit dem Scanner-Elektronenmikroskop gemachte Aufnahme beweist, daß durch die Wirkung des polarisierten Lichtes in dar Struktur der Bakterien signifikante Veränderungen eintreten. Beispiel 2In the first section, which lasted 8 days, the system was filled with sewage sludge from the water purification of Tihany, which also contains aluminum hydroxyphosphate as a precipitate due to chemical precipitation; therefore in this section the phosphorus distance was greater than in the following section of the plant run-in. Waste water sludge from Balatonfüred could not because of the activated carbon powder contained therein be used. To make the effect of the polarized light on the activated sludge optically visible, pictures were taken of the treated and untreated samples. made the light or the electron microscope, which are shown in Figs. 2-7. From the photographs it can be seen that the treated samples contain a greater number of polyphosphate particles than the untreated samples. The picture taken with the scanner electron microscope proves that significant effects occur in the structure of the bacteria due to the effect of the polarized light. Example 2
Bei der Untersuchung der unterschiedlichen Auswirkungen, die das polarisierte Licht auf die Abwasserbehandlung hat-, wurde auch der Zeitbedarf gemessen, der erforderlich ist, daß sich die den Belebtschlamm bildenden Bakterienpopulation an eine neue Wasserverunreinigung anpassen. Als neue Verunreinigung wurden Mononitrobenzoesäure und Dinitrobenzoesäure gewählt. Zu der Messung wurden Kunststoff reaktionsgefäße von 1 Liter Volumen verwendet, in deren Innerem sich poröser Steinschwamm als Belüftαngsgerät befand. In diesen Steinschwamm wurde Preßluft eingeblasen. Die Gefäße wurden mit 400 ml eines Abwassers beschickt, das aus; dem Vorabsetzer einer großen Wasserreinigungsanlage stammte. Dazu wurden 10 ml homogenisierte Bakterienkultur sowie die Lösung von 1 g Kunstdünger NP 26-6 in 400 ml Wasser gegeben. Der Versuch wurde in mehreren Gruppen (pro Gruppe drei Gefäße) und in zwei Wiederholungen eingestellt. In die Gefäße der ersten Gruppe wurde keine Bakterienkultur gegeben. Die Gefäße der zweiten Gruppe enthielten Bakterienkultur, die nicht behandelt worden war. Die Bakterienkultur in den Gefäßen der dritten Gruppe wurde unmittelbar vor der Zudosierung für 0,5 Minuten mit dem polarisierten Licht der in Beispiel 1 beschriebenen Lampe behandelt, und in der vierten Gruppe wurde die Behandlung 5 Minuten lang vorgenommen. In der ersten Meßreihe wurde die Behandlung mit polarisiertem Licht in Petrischalen von 22 mm Durchmesser vorgenommen, in die je 3,3 ml Kultur gegeben wurden. In der zweiten Meßreihe wurden Petrischalen von 38 mm Durchmesser mit je 3 ml Kultur verwendet. Bei dar Bestrahlung mit polarisiertem Licht betrug die Schichtdicke der Kultur in den Petrischalen etwa 1,5 mm.When examining the different effects that polarized light has on wastewater treatment, the time required for the bacterial population forming the activated sludge to adapt to a new water pollution was also measured. Mononitrobenzoic acid and dinitrobenzoic acid were chosen as new impurities. Plastic reaction vessels of 1 liter volume were used for the measurement, inside of which there was porous stone sponge as a ventilation device. Compressed air was blown into this stone sponge. The vessels were charged with 400 ml of wastewater, which consists of; the supervisor of a large water purification system. 10 ml of homogenized bacterial culture and the solution of 1 g of synthetic fertilizer NP 26-6 in 400 ml of water were added. The experiment was stopped in several groups (three vessels per group) and in two replications. No bacterial culture was placed in the vessels of the first group. The vessels in the second group contained bacterial culture that had not been treated. The bacterial culture in the vessels of the third group was kept for 0.5 minutes immediately before the addition treated with the polarized light of the lamp described in Example 1, and in the fourth group the treatment was carried out for 5 minutes. In the first series of measurements, the treatment with polarized light was carried out in petri dishes with a diameter of 22 mm, into each of which 3.3 ml of culture were added. In the second series of measurements, petri dishes with a diameter of 38 mm and 3 ml culture were used. When irradiated with polarized light, the layer thickness of the culture in the Petri dishes was approximately 1.5 mm.
Während der Reaktion wurden von den einzelnen Gruppen zu unterschiedlichen Zeitpunkten Proben genommen, und zwar pro Gefäß 2 ml. Die aus drei identischen Gefässen stammenden Proben wurden vermischt. Zwecks Abbruch der Reaktion wurde das Gemisch mit 20/ul 37 %iger Formaldehydlösung versetzt und dann tiefgekühlt. Nach Beendigung der Reaktion wurde die Konzentration an Mononitrobenzoesäure und Dinitrobenzoesäure gemessen. Nach einem Tag Reaktionsdauer lagen folgende Konzentrationen vorr Versuchsreihe 1 Mononitrobenzoesäure Dinitrobenzoesäure mg/1 mg/1Samples were taken from the individual groups at different times during the reaction, 2 ml per tube. The samples from three identical tubes were mixed. To stop the reaction, 20 / ul of 37% formaldehyde solution was added to the mixture and then frozen. After the reaction was completed, the concentration of mononitrobenzoic acid and dinitrobenzoic acid was measured. After a day of reaction, the following concentrations were in the test series 1 mononitrobenzoic acid dinitrobenzoic acid mg / 1 mg / 1
Gruppe 1 16 16Group 1 16 16
Gruppe 2 2 15Group 2 2 15
Gruppe 3 1 15 Gruppe 4 0.5 15Group 3 1 15 Group 4 0.5 15
Versuchsreihe 2Test series 2
Gruppe 1 17 16Group 1 17 16
Gruppe 2 6 16Group 2 6 16
Gruppe 3 2 16Group 3 2 16
Gruppe 4 0 16 Der Versuch zeigt , daß im Vergleich zu der unbestrahlten Gruppe 2 in den Gruppen 3 und 4 der Abbau der Mononitrobenzoesäure schneller erfolgte. Hinsichtlich der zweiten Komponente hatte das polarisi erte Licht weder einen positiven noch einen negativen Effekt. Beispiel 3Group 4 0 16 The experiment shows that, compared to the unirradiated group 2 in groups 3 and 4, the breakdown of the mononitrobenzoic acid was faster. With regard to the second component, the polarized light had neither a positive nor a negative effect. Example 3
In einem anderen Versuch sollte die Qualität des sich in den Üblichen städtischen Wasserreinigungsanlagen entwickelnden Belebtschlammes durch die Aktivität des Acθtatabbaus boniert werden. Es wurde deshalb untersucht, inwiefern sich der Acetatabbau durch die Bestrahlung mit polarisiertem Licht ändert. a) In einem diskontinuierlichen Experiment wurde in einem Reaktor von 2 Liter Volumen Belebtschlamm einer Konzentration von 5 g/1 durch gleichmäßiges Lufteinblasen belüftet und diskontinuierlich mit kleineren Mengen an Verunreinigungen (Natriumacetat, künstliches Abwasser, normales Haushaltsabwasser) versetzt. Auf Grund der zeitliehen Änderung dar Sauerstoffkonzentration wurde der Wert der Aktivität für die jeweilige Verunreinigung berechnet. Die Aktivität des Acθtatabbaus stieg durch eine 20minütige Behandlung mit linear polarisiertem Licht um 20 % an und blieb eine gewisse Zeit lang auf diesem Wert. Der Aktivitätsanstieg war 2 Stunden nach Beendigung der Behandlung noch nachweisbar, 6 Stunden danach jedoch nicht mehr. In sauerstoffarmer Umgebung (anaerober Schlamm) genügte zur Erzielung des gleichen Aktivitätsanstieges eine kürzere Bestrahlungszeit (10-15 Minuten). Der Versuch zeigte auch nach zehnmaliger Wiederholung das gleiche Ergebnis. b) In einen kontinuierlich betriebenen Reaktor strömte das Abwasser kontinuierlich ein und vermischte sich dauernd mit dem Belebtschlamm. Für den Versuch wurde künstliches Abwasser (Pepton) verwendet, was den Vorteil hat, daß die Qualität leicht reproduzierbar ist und die Zusammensetzung dem normalen Abwasser nahekommt. Die freie Oberfläche des Reaktors wurde mit linear polarisiertem Licht alle 24 Stunden für 6 Stunden kontinuierlich bestrahlt, wobei die Oberflächenenergiedichte 30 J/cm2 betrug. Die Durchmischung der Flüssigkeit wurde durch den Einlauf des Abwassers , die Rückführung des rezirkuli erten Belebtschlammes und das Ableiten des Wassers aus dem oberen T eil des Reaktors aufrechterhalten. Der Versuchsreaktor hatte ein Volumen von 900 ml und wurde mit 200 ml/h Abwass er beschickt. Die Verwei lzeit des Abwassers im Reaktor betrug 4 Stunden.In another experiment, the quality of the activated sludge developing in the usual urban water purification plants should be rated by the activity of the acetate degradation. The extent to which acetate degradation changes as a result of irradiation with polarized light was therefore investigated. a) In a batch experiment, activated sludge with a concentration of 5 g / l was aerated in a reactor with a volume of 2 liters and mixed with small amounts of impurities (sodium acetate, artificial waste water, normal household waste water). On the basis of the temporal change in the oxygen concentration, the value of the activity for the respective impurity was calculated. The activity of acetate degradation increased by 20% after 20 minutes of treatment with linearly polarized light and remained at this value for a certain time. The increase in activity was still detectable 2 hours after the end of treatment, but no longer 6 hours later. In an oxygen-poor environment (anaerobic sludge), a shorter exposure time (10-15 minutes) was sufficient to achieve the same increase in activity. The experiment showed the same result even after ten repetitions. b) The wastewater continuously flowed into a continuously operated reactor and continuously mixed with the activated sludge. Artificial wastewater (peptone) was used for the test, which has the advantage that the quality is easily reproducible and the composition comes close to that of normal wastewater. The free surface of the reactor was continuously irradiated with linearly polarized light every 24 hours for 6 hours, the surface energy density being 30 J / cm 2 . The mixing of the liquid was maintained by the inlet of the waste water, the return of the recirculated activated sludge and the drainage of the water from the upper part of the reactor. The experimental reactor had a volume of 900 ml and was charged with 200 ml / h of waste water. The residence time of the waste water in the reactor was 4 hours.
In einem Kontrollsystem identischer Ausführung wurde keine B estrahlung angewendet.No radiation was used in a control system of identical design.
In den unter dies en Bedingungen betriebenen Reaktoren wurde täglich vi ermal der gesamte organische Kohlenstoffgehalt (TOC - total organic carbon) gemessen. Aus den Meßwerten von 2 Tagen wurden die folgenden durchschnittlichen TOC-Werte errechnet: zufließendes Abwasser (beide Reaktoren) : 300 mg/1 abfli eßendes Abwasser ( unbestrahlter Reaktor) : 112 mg/1 abfli eßendes Abwasser (bestrahlter Reaktor) : 95 mg/1The total organic carbon content (TOC - total organic carbon) was measured daily in the reactors operated under these conditions. The following average TOC values were calculated from the measured values of 2 days: inflowing wastewater (both reactors): 300 mg / 1 outflowing wastewater (unirradiated reactor): 112 mg / 1 outflowing wastewater (irradiated reactor): 95 mg / 1
Der Wirkungsgrad der Entfernung betrug für das Kontrollsystem 62 %, für das mit polarisi ertem Licht bestrahlte System 68 %. Wenn der Gehalt des abfließenden Wassers an organischen Verbindungen als Gradmesser der Qualität betrachtet wird, so ist di e Wasserqualität in dem betrahlten System um 15 % besser. The efficiency of the removal was 62% for the control system and 68% for the system irradiated with polarized light. If the organic water content of the flowing water is regarded as a measure of quality, the water quality in the irradiated system is 15% better.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Verfahren zur Verbesserung der Wirksamkeit der biologischen Abwasserreinigung und/oder der Schlammbehandlung, dadurch gekennzeichnet, daß die an dem biologischen Prozeß teilnehmenden Bakterien mit linear polarisiertem Licht bestrahlt und ihnen dabei eine einen bestimmten Schwellenwert übersteigende Energiemenge zugeführt wird.1. A method for improving the effectiveness of biological wastewater treatment and / or sludge treatment, characterized in that the bacteria participating in the biological process are irradiated with linearly polarized light and an amount of energy exceeding a certain threshold value is supplied to them.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlung mit infrarote Spektralkomponenten enthaltendem linear polarisiertem Licht vorgenommen wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the irradiation with infrared spectral components containing linear polarized light is carried out.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlung mit linear polarisiertem Licht von wenigstens im Wellenlängenbereich von 400- 1500 nm kontinuierlicher spektraler Zusammensetzung vorgenommen wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the irradiation with linearly polarized light of at least in the wavelength range of 400-1500 nm continuous spectral composition is carried out.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß sie Bestrahlung in sich wiederholenden Zeitabschnitten vorgenommen wird und ein Zeitabschnitt wenigstens eine Dauer von 1/2 Minute aufweist.4. The method according to any one of claims 1-3, characterized in that it is carried out radiation in repeating periods and a period has at least a duration of 1/2 minute.
5, Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlung in sich periodisch wiederholenden Abschnitten vorgenommen wird und die Bestrahlungszeit 10- 80 % der Gesamtzeit ausmacht. 5, Method according to claim 4, characterized in that the irradiation is carried out in periodically repeating sections and the irradiation time makes up 10-80% of the total time.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Flüssigkeitsschicht von der Eindringtiefe dar Strahlung entsprechender Dicke erzeugt und bestrahlt wird.6. The method according to any one of claims 1-5, characterized in that a liquid layer is generated from the depth of penetration of radiation corresponding thickness and irradiated.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zu behandelnde Flüssigkeit in einem getrennten Flüssigkeitszweig von der Eindringtiefe entsprechender Tiefe zirkuliert und dieser Zweig entlang einer der Strömungsgeschwindigkeit, der Intensität des Bestrahlungslichtes und dem erwähnten Energieschwellenwert entsprechenden Längsausdehnung bestrahlt wird. 7. The method according to claim 6, characterized in that the liquid to be treated is circulated in a separate liquid branch from the depth of penetration corresponding depth and this branch is irradiated along a longitudinal extent corresponding to the flow velocity, the intensity of the irradiation light and the aforementioned energy threshold.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitszweig in einem oder mehreren Rezirkulationskreisen (5, 6) der biologischen Abwasserreinigungsanlage erzeugt wird. 8. The method according to claim 7, characterized in that the liquid branch is generated in one or more recirculation circuits (5, 6) of the biological wastewater treatment plant.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß dieyiäche eines beliebigen Reaktors, zum Beispiel des anaeroben Reaktors (1), des anoxischen Reaktors (2) oder des aeroben Reaktors (3) beziehungsweise eines Absetzbeckens, zum Beispiel des Nachabsetzbeckens (4) der Abwasserreinigungsanlage bestrahlt und dabei die Flüssigkeit in dem betreffenden Reaktor oder Absetzbecken in Bewegung gehalten wird.9. The method according to any one of claims 1-6, characterized in that the surface of any reactor, for example the anaerobic reactor (1), the anoxic reactor (2) or the aerobic reactor (3) or a settling tank, for example the post-settling tank (4) the wastewater treatment plant is irradiated and the liquid is kept in motion in the reactor or settling tank concerned.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wasserreinigungssystem vorher mit linear polarisiertem Licht behandelte Bakterien zugesetzt werden.10. The method according to any one of claims 1-6, characterized in that bacteria previously treated with linearly polarized light are added to the water purification system.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Abwasserreinigungsanlage gebildete Belebtschlamm bestrahlt wird. 11. The method according to any one of claims 1-9, characterized in that the activated sludge formed in the wastewater treatment plant is irradiated.
12. Verfahren nach einem .der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung mit polarisiertem Licht in Abwasserreinigungsprόzessβn mit völliger Oxydation vorgenommen wird.12. The method according to one of claims 1-11, characterized in that the treatment with polarized light is carried out in wastewater purification processes with complete oxidation.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung mit linear polarisiertem Licht in hochbelastetan Abwasserreinigungssystemen vorgenommen wird.13. The method according to any one of claims 1-11, characterized in that the treatment with linearly polarized light is carried out in highly loaded wastewater treatment systems.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß mit dar B ehandlung die Adaption des Systems an neue Verunreinigungen verbessert wird.14. The method according to claim 13, characterized in that the adaptation of the system to new impurities is improved with treatment.
15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Behandlung der Phosphorgehalt des Abwassers vermindert wird.15. The method according to claim 13, characterized in that the treatment reduces the phosphorus content of the waste water.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-15, dadurch gekennzeichnet, daß bei den einzelnen Bestrahlungen jedem16. The method according to any one of claims 1-15, characterized in that each in the individual irradiations
Quadratzentimeter Fläche wenigstens 15 J Energie zugeführt werden. Square centimeter area at least 15 J energy can be supplied.
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