DE2424116A1

DE2424116A1 - Verfahren zur reinigung von abwasser

Info

Publication number: DE2424116A1
Application number: DE19742424116
Authority: DE
Inventors: Hans Juergen Prof Dr Overbeck
Original assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften
Current assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften
Priority date: 1974-05-17
Filing date: 1974-05-17
Publication date: 1975-11-27
Also published as: NL7505717A; JPS50153458A; DE2424116C2; GB1472491A; CA1041681A; FR2271176B1; FR2271176A1

Description

Patentanwälte Dipi^-Ing. F. ΛΥειοχμανν,

Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Ftncxe Dipl.-Ing. F.A^eickmann, Dipl.-Chem. B. Huuer

8 MÜNCHEN 86, DEN HKW - POSTFACH 860 820

235 ' MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 3921/22

Max-Planck-G-esellschaf t zur Förderung der Wissenschaften e.V.

34 Göttingen, Bunsenstr. 10

Verfahren zur Reinigung von Abwasser

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Reinigung von Abwasser auf biologisch-chemische Weise.

Pur den biologischen Abbau von in Abwasser enthaltenen organischen Schmutzstoffen sind in erster Linie Bakterien sowie bestimmte Pflanzenarten maßgebend. In der Regel wird bisher bei der Abwasserbehandlung die Tätigkeit aerober Bakterien ausgenutzt, wobei gegebenenfalls der für den Abbau erforderliche Sauerstoff, wenn er im Wasser nicht in ausreichendem Maße vorhanden ist, durch Belüftung zugeführt wird.

Bei der biologischen Klärung des Abwassers werden im allgemeinen entweder Tropfkörper angewendet oder das Belebtschlammverfahren. In beiden Fällen ist ein erheblicher baulicher Aufwand, der von der anfallenden Abwassermenge bedingt wird, notwendig. Ein Nachteil dieser biologischen Abwasserreinigungsverfahren ist auch darin zu sehen, daß dabei doch erhebliche Schlamm-

509848/0621

mengen gebildet werden, welche im wesentlichen aus den Mikroorganismenkolonien bestehen und für deren Entfernung gesorgt werden muß. Problematisch sind derartige Anlagen auch bsi stark wechselndem Anfall an Abwasser. Um unregelmäßig anfallende besonders große Abwassermengen so verarbeiten zu können, daß keine unzulässige Belastung des Vorfluters befürchtet werden muß» ist es in vielen Fällen erforderlich, die gesamte Kläranlage größer auszulegen als dies bei den"regelmäßig anfallenden Abwassermengen erforderlich wäre.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die biologische Abwasserreinigung so zu verbessern, daß die Wirksamkeit erhöht wird, die Größe der Anlagen herabgesetzt werden kann, der Schlammanfall vermindert wird und stoßweise auftretende, besonders hohe Belastungen ohne besondere bauliche Maßnahmen, wie Rückhaltebecken und dgl., aufgefangen werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Reinigung von Abwasser, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß dem Abwasser Enzyme zugesetzt werden, die aus Mikroorganismen gewonnen werden, welche in Gewässern vorkommen.

Aus früheren Untersuchungen über den Stoffkreislauf in Gewässern ist es zwar bereits bekannt, daß in Wasser freie intakte Enzyme vorkommen. Hieraus konnte jedoch nicht entnommen werden, daß aus in Wasser lebenden Mikroorganismen Enzyme gewonnen werden können, welche im Rahmen der Abwasserreinigung eingesetzt werden können.

Als Ausgangsmikroorganismen können allgemein solche im Rahmen der Erfindung verwendet werden, welche in Gewässern vorkommen. Vorzugsweise werden jedoch solche Mikroorganismen für die Gewinnung der Enzyme verwendet, welche in verschmutzten Gewässern vorkommen und besonders bevorzugt sind Enzyme aus Mikroorganis-

509848/0621

_ 3 —

men, welche in dem zu reinigenden Abwasser selbst auftreten. Beispielsweise läßt sich eine besonders geeignete Enzympräparation aus den Mikroorganismen gewinnen, die bei der biologischen Abwasserreinigung, sei es im Belebtschlammverfahren oder im Tropfkörperverfahren, für die Klärung des Abwassers verantwortlich sind. Überraschenderweise wurde nämlich gefunden, und hierauf baut die Erfindung auf, daß die gewünschte Abwasserreinigung nicht an die lebenden Mikroorganismen gebunden ist, sondern auch durch die in diesen enthaltenen Enzyme in gleicher Weise erfolgt.

Die für die Gewinnung der erfindungsgemäß eingesetzten Enzyme verwendeten Mikroorganismen sollen nicht reine Stämme, sondern Mischpopulationen sein, wie sie in Gewässern, insbesondere in Abwässern, auftreten.

Die erfindungsgemäß verwendeten Enzympräparate lassen sich auf höchst einfache Weise durch Zerstörung der Zellwände und Gewinnung des wasserlöslichen Anteils des auf diese Weise freigesetzten Zellinneren gewinnen. Zahlreiche Methoden zur Zerstörung der Zellwäiide von Mikroorganismen, insbesondere von aeroben Bakterien, sind dem Fachmann bekannt und brauchen hier nicht im einzelnen erläutert zu werden. Bevorzugt werden jedoch im Rahmen der Erfindung solche Aufschlußverfahren, bei denen keine zusätzlichen chemischen Verunreinigungen eingeführt werden, also vor allem mechanische Aufschlußverfahren.

Nach der Zerstörung der Mikroorganismenzellwände kann die lösliche Fraktion als solche im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden. Zweckmäßig werden die unlöslichen Anteile abgetrennt, dies ist jedoch nicht unbedingt erforderlich. Vorzugsweise wird aus der von-unlöslichen Bestandteilen gereinigten Aufschlußflüssigkeit ein Enzympräparat durch Zugabe üb-

09048/0621

lichter Fällungsmittel, wie sie in der Enzymchemie bekannt sind, gewonnen. Aufgrund seiner Einfachheit bevorzugt wird hierbei eine Fällung mit Ammoniumsulfat, wobei sich eine Fällung des in Lösung gegangenen Enzymeiweiß bis zu 70 $ Ammonsulfatsättigung als besonders zweckmäßig erwiesen hat.

Die zugesetzten Mengen an Enzymen hängen von den jeweils vorliegenden Verhältnissen und von der Art des Enzympräparates ab. Insbesondere ist die Art und Menge der Verunreinigungen, die Herkunft des Enzympräparates und die Art der Herstellung des Enzympräparates für die einzusetzenden Mengen ausschlaggebend. Außerdem hängt die zugesetzte Menge davon ab, ob der Abbau der Verunreinigungen alleine durch die zugesetzten Enzympräparate erfolgen soll oder die Enzympräparate zusätzlich zu den lebenden Mikroorganismen im biologischen Abbauverfahren eingesetzt werden. So ist es im letzteren Fall beispielsweise möglich, das erfindungsgemäße Verfahren nur dann anzuwenden, wenn durch ungewöhnlich starken Abwasseranfall oder durch eine das übliche weit übersteigende stoßartige Verschmutzung die Kapazität der Abwasserkläranlage nicht mehr ausreicht. In diesem Falle ist es durch den Zusatz gemäß der Erfindung möglich, die Geschwindigkeit des Abbaus der Verunreinigungen wesentlich zu steigern und damit gewissermaßen die Kapazität der Anlage zu vergrößern.

Im allgemeinen werden für zufriedenstellende Ergebnisse Enzymzusätze zwischen etwa 0,1 mg und 5,0 mg/1 Abwasser erforderlich sein.

Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahren wurde auch festgestellt, daß der Enzymzusatz in Gegenwart von anderen, die Verunreinigungen abbauenden Mikroorganismen zu einer Steigerung der Abbautätigkeit und des Wachstums der Mikroorganismen selbst führt. Dieser Effekt kann gemäß einer besonderen Aus-

509848/0621

führungsform der Erfindung noch dadurch verstärkt werden, daß dem Abwasser noch zusätzlich Nährstoffe für die darin enthal-tenen Mikroorganismen zugesetzt werden. Beispiele für derartige Nährstoffe sind Kohlenstoffquellen (C-Quellen) wie Kohlehydrate oder Aminosäuren, Mineralsalze und dergl. Ein derartiger Zusatz hat zwar den Nachteil, daß die Menge des als Verunreinigung zu betrachtenden organischen Materials im Abwasser erhöht wird, dieser Nachteil wird jedoch mehr als ausgeglichen durch die Erhöhung der Aktivität der abbauenden Mikroorganismen.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren tritt ein außerordentlich beschleunigter Abbau der Verunreinigungen ein, der sich in einer entsprechenden Erhöhung des SauerstoffVerbrauches zeigt. Das erfindungsgemäße Verfahren wird daher vorzugsweise in Verbindung mit einer Sauerstoffzufuhr in das Abwasser angewendet. Insbesondere eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren in Kombination mit Methoden, bei denen das Abwasser belüftet wird, beispielsweise im Tropfkörperverfahren, im Tauchtropfkörperverfahren und im Belebungsverfahren mit Lufteintrag durch Druckbelüftung, Oberflächenbelüftung und kombinierte Belüftungsverfahren. Erfindungsgemäß ist es möglich, den Abbau von Abwässern in Kläranlagen gegebener Größe zu beschleunigen bzw. ohne bauliche Maßnahmen die Kapazität von Kläranlagen zu vergrößern oder die Qualität des in den Vorfluter geleiteten Abwassers zu verbessern. Durch die erhöhte Abbauintensität, die erfindungsgemäß erzielt wird, werden auch die anfallenden Schlammmengen verringert* Falls ohne Mikroorganismen gearbeitet wird, kann sogar ein Schlammanfall vollständig vermieden werden.

Die Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigen die in den folgenden Beispielen beschriebenen Versuche.

"5¹JE) 9-848/0 6-2 1

242 A 1 16'

Beispiel 1

A. Herstellung eines Enzympräparates

400 ml Seewasser aus einem stärker verschmutzten See (Edebergsee bei Plön) als Mikroorganismenquelle wurde zur Beimpfung von 10 1 handelsüblicher Mikroorganismennährlösung auf Basis von Fleischextrakt und Pepton (Difco Nutrient-Broth) verwendet. Die erhaltene Mischung wurde 6 Tage bei 27⁰C bebrütet. Die gewonnene Bakterienkultur wurde abzentrifugiert und zweimal mit Tris-Puffer pH 7,8 gewaschen. Die gewaschenen Zellen wurden dann in der Kälte mit Ultraschall aufgeschlossen. Die unlöslichen Zellwandtrümmer wurden abzentrifugiert und der klare Überstand mit Ammoniumsulfatlösung auf 60 $ Sättigung gebracht. Der Niederschlag wurde abzentrifugiert und im klaren Überschlag erneut Ammoniumsulfat bis auf 70 $ Sättigung zugegeben. Die erhaltenen Niederschlage, die im folgenden als 60 ^-Niederschlag und als 70 ^-Niederschlag bezeichnet werden, wurden mit Tris-Puffer pH 7,8 aufgenommen und für die v/eiteren Versuche verwendet.

B. In einer Versuchsreihe wurde ein künstliches Wasser, bestehend aus Wasser aus dem Edebergsee unter Zusatz von 0,15 mg Glucose/l und 0,15 mg Glutaminsäure/l verwendet. Der Abbau der Verunreinigungen ohne und mit Zusatz von Enzympräparat wurde anhand der Sauerstoffzehrung verfolgt.

Die Versuchsansätze wurden in 100 ml-Steilbrustflaschen durchgeführt. SäuerstoffbeStimmungen erfolgten nach 0, 2 und 4 Tagen. Die Temperatur betrug 27⁰C.

Versuchsansatz und Ergebnisse zeigt Tabelle 1.

509848/0621

_ 7 —

	Tabelle	1	Mittelwert	Ojp-Zehrung .
O Tage			11,1 ' 11,3 10,4 10,6	4,8 4,6 10,5 10,3
Versuch Ur.	mg O₂A
1 2 3 4 5 6 7 8	11,0 11,2 11,2 11,4 10,6 10,3 10,5 10,6	Mittelwert	O₂-Zehrung
2 Tage		6,3 6,7 0,0 0,3	8,8 9,3 10,5 10,6
Versuch Nr.	mg O₂A-
1 _. 2 3 " 5 6 7 8	6,4 6,3 6,7 0,0 0,0 0,3 0,3	Mittelwert
4 Tage		2,3 2,0 0,0 0,0
Versuch Nr.	mg O₂A
1 2 3 5 6 7 8	2,4 2,3 2,0 0,0 0,0 0,0 0,0
Anmerkungen

Versuche 1 und 2: Edebergseewasser

Versuche 3 und 4: Edebergseewasser + 0,15 mg Glucose + 0,15 mg

Glutaminsäure/l

Versuche 5 und 6: wie Versuche 3 und 4 + 0,1 ml 60 ^-Enzympräparat

Versuche 7 und 8: wie Versuche 3 und 4 + 0,1 ml 70 ^-Enzympräparat

509 8 48/0621

Die obigen Werte zeigen, daß erfindungsgemäß der gesarate Sauerstoff bereits nach 2 Tagen verbraucht ist. In den Kontrollversuchen ohne Enzymzusatz (Versuche 1 bis 3) ist auch nach 4 Tagen noch Sauerstoff vorhanden.

Beispiel 2

Es wurden die Versuche von Beispiel 1 wiederholt, jedoch wurde ein Enzympräparat als Zusatz verwendet, bei welchem von vornherein bis 70 % Ammonsulfatsättigung gefällt wurde. In drei Versuchen wurde Edebergseewasser (Versuch 8), Edebergseewasser + 0,15 mg Glucose + 0,15 mg Glutaminsäure/l (künstliches Abwasser; Versuch 10) sowie künstliches Abwasser nach Versuch 8+0,1 ml Enzympräparat eingesetzt. Die Keimzahlen wurden für jeden Versucheansatz zu Beginn und während der folgenden 4 Tage bestimmt. Die Ergebnisse zeigt nachstehende Tabelle 2.

Tabelle 2
Versuch Nr. Keimzahlen je ml . 10^

9	1860	2126	2224	1275	1641
10	1760	2859	2224	1240	1713
11	2268	3534	4063	1110	1771

Aus den obigen Keimzahlen ergeben sich folgende Werte für die Generationsdauer: \~

Versuch

9	Std.	186
10		142
11		57

Die obigen Versuche zeigen, daß die Keimzahl beim erfindungs-

509848/0621

gemäßen Yerfahren gegenüber der Kontrolle deutlich erhöht und die Generationsdauer dementsprechend herabgesetzt wird. Der Proteingehalt der Bakterienbiomasse, die beim erfindungsgemäßen Verfahren erhalten wurde, war deutlich höher als die in Form des Enzympräparates zugesetzte Proteinmenge. Dies kann nur auf einen erhöhten Abbau zurückgeführt werden.

509848/0621

Claims

Patentansprüche

1.J Verfahren zur Reinigung von Abwasser, dadurch gekennzeichnet, daß dem Abwasser Enzyme zugesetzt werden, die aus Mikroorganismen gewonnen v/erden, welche in Gewässern vorkommen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Enzyme aus Mikroorganismen zugesetzt werden, welche im zu reinigenden Abwasser vorkommen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Enzyme zugesetzt werden, welche aus Mikroorganismen erhalten werden, die aus dem zu reinigenden Abwasser gewonnen wurden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein durch. Zerstörung der Zellwände der Mikroorganismen gewonnenes Enzympräparat zugesetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß ein Enzympräparat zugesetzt wird, welches aus der von unlöslichen Bestandteilen befreiten Aufschlußlösung der Mikroorganismen durch Fällung bis 70 # AmmonsulfatSättigung erhalten wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Abwasser zusätzlich Nährstoffe für Mikroorganismen zugesetzt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Kohlenstoffquellen wie Kohlehydrate oder Aminosäuren zugesetzt werden.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da-

9*48/0

durch gekennzeichnet, daß in das Abwasser zusätzlich Sauerstoff eingebracht wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwasser belüftet wird.

509848/0621