DE60017263T2

DE60017263T2 - Verfahren zur reinigung von wasser, dafür geeignete bakterien und deren verwendung

Info

Publication number: DE60017263T2
Application number: DE60017263T
Authority: DE
Inventors: Jussi Uotila; Gennadi Zaitsev
Original assignee: TEKNO FOREST RIIHIMAEKI Oy; TEKNO-FOREST Oy
Current assignee: TEKNO-FOREST OY, RIIHIMäKI, FI
Priority date: 1999-07-12
Filing date: 2000-07-06
Publication date: 2006-01-26
Anticipated expiration: 2020-07-07
Also published as: EP1204608B9; CN1183046C; ATE286487T1; WO2001004060A2; US6780317B1; HUP0202345A2; CN1420848A; EP1204608A2; AU6162600A; EP1204608B1; CZ200241A3; WO2001004060A3; BR0012422A; MXPA02000504A; RU2272793C2; DE60017263D1; HUP0202345A3; JP2003504185A; PL352611A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur biologischen Reinigung von Abwasser sowie Bakterien und eine Mischpopulation von Bakterien, die für das Verfahren und dessen Einsatz geeignet sind. Die Erfindung betrifft ferner einen Bioreaktor mit diesen Bakterien oder dieser Mischpopulation.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Herkömmlicherweise kann Wasser mit sowohl physikalischen als auch chemischen Mitteln gereinigt werden, z.B. durch Sedimentation, Filtration und Flokkulation (WO 94/5866 und WO 88/5334). Zur Entfernung schwierig zu reinigender organischer und anderer Verbindungen ist es auch bevorzugt, eine so genannte biologische Reinigung einzusetzen, in welcher das zu reinigende Wasser in Kontakt mit Mikroorganismen gebracht wird, welche die verschmutzenden Stoffe abbauen. Verfahren der biologischen Wasserbehandlung sind sowohl für den Einsatz in herkömmlichen Wasserbehandlungsanlagen als auch in industriellen Wasserbehandlungsanlagen geeignet. Die biologische Wasserbehandlung wurde auch in Systemen getestet, wo das Wasser recycelt wird ( FI 964141 ). Eine biologische Wasserbehandlung wird z.B. auch zur Reinigung von Sickerwasser von Müllhalden benötigt, bevor das Sickerwasser in die Umwelt entlassen wird.
Das biologische Reinigungsverfahren ist jedoch schwieriger zu kontrollieren als physikalische oder chemische Reinigungsverfahren. Erstens müssen Mikroorganismen gefunden werden, welche die Verschmutzungsstoffe abbauen. Zweitens müssen die Mikroorganismen in der Lage sein, leicht zu überleben und sich unter den während der Wasserbehandlung herrschenden Bedingungen zu vermehren. Mit anderen Worten müssen die zur Wasserreinigung verwendeten Mikroorganismen kompetitiv sein, so dass sie andere im Wasser vorkommende Organismen daran hindern, sie abzutöten. Darüber hinaus dürfen die zur Wasserbehandlung eingesetzten Mikroorganismen gegenüber den Veränderungen in der Umgebung nicht empfindlich sein, welche oft während einer Wasserbehandlung auftreten, wenn sich das eingeleitete Abwasser verändert.
Zur Reinigung von Wasser wurden viele Sorten von Mikroorganismen verwendet, einschließlich Bakterien und Protozoen, wie z.B. Ciliaten. Oft verwendete Bakterien sind Arten der Gattung pseudomonas, aber auch Vertreter von Alcagenes-, Acinetobacter- oder Rodococcus-Gattungen werden oft eingesetzt. Es werden oft Mischpopulationen mit einer großen Anzahl unterschiedlicher Mikroorganismen, von denen einige identifiziert und einige nicht identifiziert sind, eingesetzt. Am besten geeignet sind aerobe oder fakultative Mikroorganismen, wobei geeigneterweise Luft in das zu reinigende Wasser gepumpt wird, um die Reinigung effizienter zu machen.
In der US-A-5 679 568 wird der Abbau einer halogenierten organischen Säure und/oder von aliphatischen organischen Chlorverbindungen durch gewisse Mikroorganismen einschließlich pseudomonas und Xanthobacter und insbesondere einem neuen Renobacter-Stamm beschrieben.
Die EP-A-915 061 handelt davon, wie die zerstörerische Wirkung von Detergenzien auf das Wachstum von Mikroorganismen unterbunden werden kann, um z.B. industrielle Fermentationsverfahren zu verbessern. Die zerstörerische Wirkung von Detergenzien wird dadurch unterbunden, dass der Flüssigkeit hydrolysierende Enzyme zugesetzt werden, d.h. die Entfernung des Detergens aus dem Abwasser erfolgt enzymatisch und nicht biologisch.
Die US-A-4 317 885 betrifft den Einsatz eines besonderen Stammes von pseudomonas fluorescens bei der Entfernung von Detergenzien und anderen verunreinigenden Stoffen aus Abwasser. Der eingesetzte Stamm ist obligat aerob, was bedeutet, dass er nicht zur Denitrifikation befähigt ist, welche für die Entfernung von stickstoffhaltigen Verbindungen aus Abwasser essentiell ist.
Bei der Kultur von Mikroorganismen sollte das Nährmedium normalerweise sterilisiert sein, um zu verhindern, dass die Kultur durch externe Organismen kontaminiert wird. Da bei der Reinigung von Abwasser große Mengen Wasser behandelt werden, ist die Menge der für die biologische Reinigung notwendigen Biomasse ebenfalls groß. Die Bereitstellung einer solchen Biomasse unter sterilen Bedingungen ist sowohl arbeitsaufwändig als auch teuer; es wäre daher höchst erwünscht, wenn sich die Biomasse unter nicht sterilen Bedingungen erzeugen ließe, ohne Gefahr zu laufen, dass sie kontaminiert wird. Die vorliegende Erfindung stellt gerade eine neuartige Fermentationstechnik zur Verfügung, bei der nicht sterilisiert werden muss. Dies ist möglich, wenn für das Verfahren besonders geeignete Mikroorganismen eingesetzt werden und diese Mikroorganismen auf für sie geeigneten Nährstoffen gezogen werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Mikroorganismen, die für eine biologische Reinigung von Abwasser überraschend gut geeignet sind. Diese Mikroorganismen erfüllen besonders gut die oben beschriebenen Anforderungen an für die biologische Reinigung von Wasser geeignete Mikroorganismen. Zusätzlich sind die Mikroorganismen der Erfindung so spezifisch, dass sich ihre Biomasse unter nicht sterilen Bedingungen erzeugen lässt, indem ein Nährmedium eingesetzt wird, auf dem andere Mikroorganismen nicht in der Lage sind, zu konkurrieren. Dies führt bei einem biologischen Wasserreinigungsverfahren zu großen Einsparungen bei den Kosten und dem Energieverbrauch, noch dazu bei ausgezeichneten Reinigungs-ergebnissen. Das gemäß der Erfindung gereinigte Wasser ist sogar recycelbar.
Die Erfindung betrifft somit die Bakterien Bacillus sp. DT-1 mit der Hinterlegungsnummer DSM 12560, pseudomonas sp. DT-2, später als pseudomonas azelaica identifiziert, mit der Hinterlegungsnummer DSM 12561 sowie die frühere pseudomonas sp. und jetzige Rhizobium sp. mit der Hinterlegungsnummer DSM 12562. Spätere 16S rDNA-Analysen zeigten, dass dieses Bakterium aufs engste den Mitgliedern der Gattung Rhizobium glich, so dass sie im Folgenden als eines von ihnen angesehen wird. Die Erfindung betrifft ferner die folgenden Bakterienstämme zur Unterstützung der Wasserreinigung: Pseudomonas azelaica DT-6 mit der Hinterlegungsnummer DSM 13516, Azospirillum sp. mit der Hinterlegungsnummer DSM 13517, Ancylobacter aquaticus DT-12 mit der Hinterlegungsnummer DSM 13518 und Xanthobacter sp. DT-13 mit der Hinterlegungsnummer DSM 13519. DSM 12560–12562 sind am 1. Dezember 1998 und DSM 13516–13519 am 29. Mai 2000 bei der Deutschen Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH hinterlegt worden.
Die Erfindung betrifft ferner eine bakterielle Mischpopulation, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie die Mikroorganismen Bacillus sp. DT-1 mit der Hinterlegungsnummer DSM 12560, Pseudomonas azelaica DT-2 mit der Hinterlegungsnummer DSM 12561 und/oder Rhizobium sp. DT-5 mit der Hinterlegungsnummer DSM 12562 umfasst.
Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung der bakteriellen Mischpopulation bei der Behandlung von Abwasser sowie ein Verfahren zur Reinigung von Abwasser, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Wasser durch die Mikroorganismen Bacillus sp. DT-1 mit der Hinterlegungsnummer DSM 12560, Pseudomonas azelaica DT-2 mit der Hinterlegungsnummer DSM 12561 und Rhizobium sp. DT-5 mit der Hinterlegungsnummer DSM 12562 biologisch gereinigt wird.
Die Erfindung betrifft ferner einen Bioreaktor, der dadurch gekennzeichnet ist, dass er die Mikroorganismen Bacillus sp. DT-1 mit der Hinterlegungsnummer DSM 12560, Pseudomonas azelaica DT-2 mit der Hinterlegungsnummer DSM 12561 und Rhizobium sp. DT-5 mit der Hinterlegungsnummer DSM 12562 umfasst. Ein Bioreaktor ist ein Reaktor, in welchem ein biologisches Reinigungsverfahren durchgeführt wird.
ZEICHNUNGEN
1 zeigt schematisch ein Reinigungssystem für Sickerwasser,
2a zeigt ein Diagramm der Fettsäuren des Bakterienstammes DT-1,
2b ist ein Ausdruck der Fettsäureanalyse des Bakterienstammes DT-1,
3a zeigt ein Diagramm der Fettsäuren des Bakterienstammes DT-2,
3b ist ein Ausdruck der Fettsäureanalyse des Bakterienstammes DT-2,
4 ist ein Ausdruck der Fettsäureanalyse des Bakterienstammes DT-5,
5 ist ein Ausdruck der Fettsäureanalyse des Bakterienstammes DT-6,
6 ist ein Ausdruck der Fettsäureanalyse des Bakterienstammes DT-10,
7 ist ein Ausdruck der Fettsäureanalyse des Bakterienstammes DT-12, und
8 ist ein Ausdruck der Fettsäureanalyse des Bakterienstammes DT-13.
GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In einer Seifenmischung wachsende Mikroorganismen wurden aus Abwasser einer Industrieanlage angereichert und sodann angepasst, indem sie in einem Abwasser aus einer Müllhalde enthaltenden Bioreaktor kultiviert wurden. So wurden drei Bakterienstämme isoliert, die den anderen überlegen waren. Diese Bakterienstämme sind Bacillus sp. DT-1 mit der Hinterlegungsnummer DSM 12560, pseudomonas azelaica DT-2 mit der Hinterlegungsnummer DSM 12561 und Rhizobium sp. DT-5 mit der Hinterlegungsnummer DSM 12562. Diese Bakterien lassen sich in etwa 1 bis 4 g/l Seife enthaltendem Leitungswasser kultivieren. Unter solchen Bedingungen können nur äußerst wenige Mikroorganismen aktiv wachsen; Daher braucht dieses Nährmedium nicht sterilisiert zu werden, wenn Biomasse aus diesen drei Bakterien erzeugt wird. Die Stämme tolerieren Seifenmengen bis zu 40 g/l. Am besten wachsen sie in einer Seifenkonzentration von etwa 0,3 bis 0,5 g/l.
Zusätzlich zu der Fähigkeit, in einem Nährmedium zu wachsen, wo die meisten anderen Bakterienstämme zu keiner Reproduktion befähigt sind, sind diese Bakterienstämme zur Entfernung organischer Fracht aus Abwasser äußerst effizient. Diese wird gewöhnlich als Gesamt-COD (Chemical Oxygen Demand) gemessen, was den gesamten chemischen Sauerstoffverbrauch (mg O₂/l) angibt. Die isolierten Bakterienstämme können besonders Verbindungen abbauen, die sich sonst nicht leicht zersetzen, wie z.B. Chlorphenole, polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAH-Verbindungen) und Öle. Sie entfernen auch Schwermetalle.
Die Bakterien Bacillus sp. DT-1, pseudomonas azelaica DT-2 und Rhizobium sp. DT-5 neigen ferner dazu, auszuflocken, wobei sie dann ein so genanntes Bionetzwerk bilden, welches Klumpen mit Mikroorganismen und andere Teilchen umfasst und die Reinigung beschleunigt.
Besonders gute Ergebnisse bei der Abwasserreinigung werden erreicht, wenn bei der biologischen Wasserreinigung eine Mischpopulation eingesetzt wird, welche die Bakterien Bacillus sp. DT-1, pseudomonas azelaica DT-2 und Rhizobium sp. DT-5 enthält. Zusätzlich zu diesen drei Stämmen kann die bakterielle Mischpopulation andere Mikroorganismen-Stämme enthalten, die bei der Wasserbehandlung von Nutzen sind und eine günstige Kombinationswirkung auf die Reinigungskapazität ausüben.
Die besten Ergebnisse bei der Reinigung werden erhalten, wenn die Mikroorganismenstämme DT-1, DT-2 und/oder DT-5 zusammen mit einem oder mehreren der Bakterienstämmeaus der Gruppe pseudomonas azelaica DT-6 mit der Hinterlegungsnummer DSM 13516, Azospirillum sp. DT-10 mit der Hinterlegungsnummer DSM 13517, Ancylobacter aquaticus DT-12 mit der Hinterlegungsnummer DSM 13518 und Xanthobacter sp. DT-13 mit der Hinterlegungsnummer DSM 13519 eingesetzt werden. Diese vier Stämme wurden aus dem Biofilm der letzten Einheit eines Bioreaktors mit vier Kaskaden zur Behandlung von Wasser isoliert, das eine Seifenmischung enthielt. Sie lassen sich im selben Nährmedium wie DT-1, DT-2 und DT-5. züchten. DT-6, DT-10, DT-12, und DT-13 verbessern die Immobilisierungseigenschaften des Biofilms an Trägermatrices, wenn sie mit den Stämmen DT-1, DT-2 und DT-5 vermischt werden. Die Vereinigung der Stämme verbessert auch das Behandlungsverfahren für Abwasser als Ergebnis einer gegen Giftstoffe gebildeten größeren Toleranz des Biofilms.
Bacillus sp. DT-1 ist stäbchenförmig mit einer Breite von ca. 1,0 bis 1,2 μm und einer Länge von 3,0 bis 6,0 μm. Eine Teilsequenzierung der 16S rDNA zeigt eine Ähnlichkeit von 99,3% mit B. cereus und 100% mit B. thuringiensis. In Tests zur Identifizierung reagierte DT-1 wie unten angegeben:
Pseudomonas azelaica DT-2 ist stäbchenförmig mit einer Breite von 0,5 bis 0,7 μm und einer Länge von 1,5 bis 3,0 μm mit 1 bis 3 polaren Flagellen und ohne fluoreszierende Pigmente Eine Teilsequenzierung der 16S rDNA zeigt eine Ähnlichkeit von 99,8% mit Ps. azelaica Es reagiert wir folgt:
Rhizobium sp. DT-5 ist stäbchenförmig mit einer Breite von ca. 0,5 bis 0,7 μm und einer Länge von 1,5 bis 3,0 μm. Eine Teilsequenzierung der 16S rDNA zeigt eine Ähnlichkeit von 98,6% mit R. giardinii und 98,6% Ähnlichkeit mit phyllobacterium myrisinacearum. Die physiologischen Testergebnisse sind unten angegeben. Sie bestätigen nicht jede dieser Gattungen.
Andere morphologische, physiologische und biochemische Eigenschaften der Bakterienstämme DT-1, DT-2 und DT-5 werden in Tabelle 1 angegeben.
Tabelle 1. Morphologische, physiologische und biochemische Eigenschaften der Bakterienstämme
Ferner wurden die Fettsäureprofile der Bakterienstämme DT-1, DT-2 und DT-5 ermittelt und in den 2 bis 4 gezeigt. Die Bakterien wurden 24 Stunden lang bei 28°C auf einem tryptischen Soja-Bouillon-Agar wachsen gelassen und für die Fettsäureanalyse ganzer Zellen, wie in der Veröffentlichung Structure and composition of biological slimes on paper and board machines, Appl. Environ, Microbiol. 60: 641–653 von Väisänen, O. M., E-L. Nurmiaho-Lassila, S. A. Marmo und M. S. Salkinoja-Salonen (1994) beschrieben, wurden Methylester hergestellt. Es wurde eine aerobe TSBA-Bibliothek, Version 3.9 (MIDI Inc., Newark, DE, USA) verwendet. Die Retentionszeit (in Minuten) ist auf der X-Achse der 2a und 3a dargestellt und die Peak-Intensität wird auf der Y-Achse der gleichen Figuren angegeben. Die entsprechenden Ausdrucke für die Fettsäureanalysen werden in den 2b, 3b und 4 gezeigt. Das Fettsäureprofil von DT-1 ist typisch für die B. cereus-Gruppe. Das Profil für DT-2 ist typisch für die RNA-Gruppe I der Pseudomonaden und das Profil für DT-5 weist auf die Rhizobium-Gruppe hin.
Pseudomonas azelaica DT-6 ist ein 0,5 bis 0,7 μm breites und 1,5 bis 3,0 μm langes gram-negatives bewegliches Stäbchen mit 1 bis 3 polaren Flagellen und ohne fluoreszierende Pigmente. Sein Ausdruck der Fettsäureanalyse (5) ist typisch für die RNA-Gruppe I der Pseudomonaden Die Teilsequenzierung der 16S rDNA zeigt eine 99,8% Ähnlichkeit mit ps. azelaica. DT-6 zeigt die folgenden physiologischen Reaktionen:
Azospirillum sp. DT-10 ist ein 0,8 bis 1,2 μm breites und 2,0 bis 4,0 langes gram-negatives Stäbchen. Der Ausdruck seiner Fettsäureanalyse (6) ist typisch für die -Untergruppe der Proteobakterien und weist auf die Gattung Azospirillum hin. Die Teilsequenzierung der 16S rDNA zeigt Ähnlichkeiten zwischen 92% und 97,4% mit verschiedenen Vertretern der Gattung Azospirillum. Die höchste Ähnlichkeit von 97,4% wurde zu Azospirillum lipoferum gefunden. Die physiologischen Reaktionen von DT-10 sind unten wiedergegeben. Sie weisen auf die Gattung Azospirillum hin, sind aber nicht typisch für Azospirillum lipoferum. DT-10 stellt möglicherweise eine neue Art dieser Gattung dar.
Ancylobacter aquaticus DT-12 ist ein gram-negatives gekrümmtes Stäbchen, das 0,5 bis 0,7 μm breit und 1,5 bis 2,0 μm lang ist. Die Teilsequenz der 16S rDNA zeigt eine Ähnlichkeit von 98,8% zu Ancylobacter aquaticus. Thiobacillus novellus weist eine Ähnlichkeit von 97,8% auf. Die Fettsäuren (7) deuten auf die -Probakterien hin. Die unten gezeigten physiologischen Tests identifizieren Klar die Art Ancylabacter aquaticus
Xanthobacter sp. DT-13 ist ein unregelmäßiges, bewegliches, gram-negatives Stäbchen mit einer Breite von 0,8 bis 1,0 μm und einer Länge von 1,5 bis 3,0 μm. Die Teilsequenzen der 16S rDNA zeigen Ähnlichkeiten von 98,5% bis 99.3% zu unterschiedlichen Vertretern der Gattung Xanthobacter. X. fulvus zeigt die größte Ähnlichkeit (99,3%). Das Profil für die Fettsäuren ist typisch für die Unterklasse der -Proteobakterien. Mit den physiologischen Tests kann man nicht zuverlässig zwischen den Arten dieser Gattung unterscheiden (d.h. es wurde keine Pigmentproduktion, keine Schleimbildung usw. nachgewiesen). Die physiologischen Daten sind unter wiedergegeben:
Die oben beschriebenen Bakterien sind zur Verwendung bei der Reinigung von Abwässern geeignet. Die Bakterien können dann zunächst in einem Salz-Minimalmedium (KSN) in einem Rüttler wachsen gelassen werden. Soja-Pepton (0,5 g/l), Trypton (0,1 g/l) und Kaliumacetat (0,3 g/l) können, falls erwünscht, zugesetzt werden. Die Wachstumstemperatur für die Bakterien liegt bei etwa 20° bis 30°C. Daraufhin wird das Volumen der Kultur vergrößert, um die nötige Biomasse zur Reinigung des Wassers zu gewinnen. Diese Stufe braucht nicht länger unter sterilen Bedingungen durchgeführt zu werden, in welcher Leitungswasser, dem ca. 0,5 bis 4 g/l Seife zugesetzt worden war, als Wachstumsmedium verwendet werden kann. Die verwendete Seife ist vorzugsweise eine anionische, kationische, amphotere und nicht ionische Tenside enthaltende Mischung. Vorzugsweise wird eine Mischung aus verschiedenen Seifen verwendet, wie z.B. Reinigungsmittel, Weichspüler und Detergenzien für Kleider und Geschirr. Die Bakterien wurden in Submerskultur, durch die Luft gepumpt wurde, wachsen gelassen. Die Biomasse kann als Batch-Kultur erzeugt werden, wird aber vorzugsweise als kontinuierliche Kultur oder als Chemostat-Kultur erzeugt. Bei der Erzeugung der Biomasse ist der Einsatz eines Trägermaterials bevorzugt. Für diesen Zweck ist jeder gewöhnliche Träger, z.B. aus Kunststoff, geeignet. Die erzeugte Biomasse wird sodann in einen Reaktor zur Wasserbehandlung überführt, in den das zu reinigende Wasser geleitet wird. Auch im Reaktor wird ein Trägermaterial für die Bakterien eingesetzt, wobei der Träger vorzugsweise der gleiche ist wie der bei der Erzeugung der Biomasse eingesetzte. Der Träger weist vorzugsweise eine spezifische unter 1 g/cm³ auf. Im Allgemeinen wird der Träger im Tank z.B. mit Hilfe eines Netzes an Ort und Stelle gehalten („fester Träger"), aber manchmal wird der Träger im Tank auch frei schwimmen gelassen („schwimmender Träger").
Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders zur Reinigung von Sickerwasser aus einer Müllhalde geeignet, was hier unter Bezugnahme auf 1 näher beschrieben wird. Eine Müllhalde ist gewöhnlich von einem Graben umgeben, um das Sickerwasser zu sammeln. Sickerwasser ist Wasser, das in einer Müllhalde in Folge eines Regens oder aus dem Grundwasser versickert. Dieses Sickerwasser, das sowohl Oberflächenwasser als auch Porenwasser enthält, wird gewöhnlich zuerst in einen Tank geleitet, von wo aus das Wasser durch einen Reinigungsprozess geschleust wird, bevor es in die Umwelt entlassen wird. Das sowohl aus tiefem als auch flachem Grund erhaltene Sickerwasser wird vorzugsweise zunächst zu einem Absetzbecken geleitet, von wo aus das Wasser durch ein Einlassrohr 1 zu einem Filterbecken 2 gelangt und von dort aus über eine Überführungsleitung 8 zu einem diese Bakterien und ein Trägermaterial 5 enthaltenden Bioreaktor. Die Bakterien bilden um das Trägermaterial herum einen so genannten Biofilm. Das Trägermaterial mit seinen Bakterien wird mit Hilfe eines Netzes unterhalb der Wasseroberfläche gehalten. Der Bioreaktor verfügt vorzugsweise über eine oder mehrere Trennwände 6, die so angeordnet sind, dass das Wasser gezwungen wird, im Reaktor zu zirkulieren. Die Trennwände können z.B., wie in 1 gezeigt, auf einander gegenüberliegenden Wänden angeordnet sein. Der Reaktor verfügt ferner gewöhnlich über ein Gebläse 9, um durch ein Belüftungsrohr 4 Luft in den Reaktor zu blasen. Der Reaktor enthält ferner noch ein Auslassrohr 7, durch welches behandeltes Wasser aus dem Reaktor entlassen wird.
Zusätzlich zur Reinigung von Sickerwasser ist die vorliegende Erfindung auch außergewöhnlich gut zur Reinigung von Grauwasser aus Haushalten oder der Industrie geeignet. Grauwasser ist ein anderes Abwasser als das von Klosetts stammende, z.B. Wasser aus Duschen, Waschbecken, Badewannen und Waschküchen. Das erfindungsgemäße Reinigungsverfahren ist auch zur Reinigung von aus Klosetts stammenden Abwässern geeignet, das als Schwarzwasser bezeichnet wird. Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich auch zur Reinigung von Abwässern aus Waschküchen und der Industrie einsetzen, welches oft eine große Menge organischer Abgänge wie z.B. Öl, polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAH-Verbindungen) und/oder Schwermetalle enthält. Das Verfah ren ist auch zur Reinigung von Abwasser geeignet, das von der Lebensmittelindustrie oder aus Swimmingpools stammt.
Beispiel 1
Erzeugung von Biomasse und Start eines Bioreaktors.
Bacillus sp. DT-1, pseudomonas azelaica DT-2 und Rhizobium sp. DT-5 wurden jeweils zu 200 ml eines sterilisierten Salz-Minimalmediums (KSN) der folgenden Zusammensetzung (g/l destilliertes Wasser) gegeben: K₂HPO₄ × 3H₂O – 1,0, NaH₂PO₄ × 2H₂O – 0,25, (NH₄)₂SO₄ – 0,1, MgSO₄ × 7H₂O – 0,04, Ca(NO₃)₂ × 4H₂O – 0,01, Hefeextrakt-0,05, pH 7,0–7,3 und ca. 1 g/l Seifenmischung. Die Seifenmischung enthielt etwa die gleichen Mengen der folgenden Detergenzien: Haushaltsseife, Comfort, Cleani-Family-Weichspüler, Cleani Color, Serto Ultra, Bio Luvil, Ariel Futur, Omo Color, Tend Color, Tend Total und Eko Kompakt (insgesamt ca. 1 g/l). Die Bakterien wurden in einem Rüttler (120–200 Upm) bei 28°C wachsen gelassen.
Sobald der Bewuchs dicht war, wurden alle drei Kulturen in einen 500 ml Fermenter gegeben, um die notwendige Biomasse zu erzeugen. Der Fermenter enthielt nicht sterilisiertes Leitungswasser und insgesamt 4 g/l der obigen Seifenmischung sowie ein Polyethylen enthaltendes Trägermaterial aus Kunststoff mit einer spezifischen Dichte von etwa 0,8 g/cm³. Der Träger wurde mit Hilfe eines Netzes unter der Oberfläche der Flüssigkeit gehalten. Mit der Kultivierung wurde nun unter nicht sterilen Bedingungen bis zu einer Trübheit von ca. 2 (600 nm) und dann als Chemostat-Kultur fort gefahren. Ein erstes aus dem Fermenter erhaltenes Inokulum wurde dann in einen Bioreaktor (6 m³) gemäß 1 eingetragen und 1:10 verdünnt. Der Bioreaktor enthielt Sickerwasser von einer städtischen Müllhalde, das zuerst in einem Tank gesammelt wurde, von wo aus es zu einem Absetzbecken zur Entfernung von festen Stoffen geleitet wurde und als nächstes zu einem Filterbecken, von wo aus es in den Bioreaktor gepumpt wurde. Im Prinzip arbeitet das System mit Schwerkraft, wobei die einzige notwendige Pumpe eine Behälterpumpe im Filterbecken ist. Der Bioreaktor enthielt den gleichen Träger wie der zur Erzeugung der Biomasse verwendete Fermenter. Der Träger wurde mit Hilfe eines Net zes unter dem Flüssigkeitspegel gehalten. Die Bakterien flockten am Ende des Bioreaktors aus. Der Reinigungsprozess war kontinuierlich, wobei mit einer Kapazität von ca. 100 m³/24 h gearbeitet wurde. Es wurde Luft eingepumpt, um den Sauerstoffgehalt des zu behandelnden Wassers > 7 mg/l zu halten.
Beispiel 2
Reinigung von Sickerwasser
Ein nach Beispiel 1 angeordneter Bioreaktor wurde zur Reinigung von Sickerwasser aus einer städtischen Müllhalde eingesetzt. Der mittlere COD des zu behandelnden Abwassers betrug ca. 800 mg–6 g O₂/l. Das Abwasser enthielt z.B. Chlorphenole, PAH-Verbindungen und Öl. Die Entfernung dieser Stoffe aus dem Abwasser wurde aufgezeichnet. Gemäß dem technischen Bericht Nr. 329 (offiziell 9603) von Nordtest wurden die Verbindungen mit Hilfe eines mit einem Massendetektor ausgestatteten Gaschromatographen identifiziert. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 wiedergegeben.
Beispiel 3
Reinigung von städtischem Abwasser (Originalmaßstab)
Abwasser aus einer städtischen Abwasser-Wiederaufbereitungsanlage wurde sowohl auf die herkömmliche in der Anlage benutzte Weise als auch nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gereinigt. Auf herkömmliche Weise wurde das Abwasser gereinigt, indem zunächst das Abwasser in ein vorbereitendes Absetzbecken geleitet wurde, damit sich die Feststoffe auf dem Boden absetzen können. Das vorbehandelte Wasser wurde sodann in ein Becken zur aeroben Behandlung geleitet, wobei Eisen(II)sulfat zum Ausfällen von Phosphat und Polyamin zum Ausfällen von Bioschlamm zugesetzt wurden. Von hier wurde das Wasser weiter zu einem zweiten Absetzbecken geleitet. Das erfindungsgemäße Reinigungssystem umfasste fünf Tanks mit einem Gesamtvolumen von 7,5 m³, wobei die Tanks in der folgenden Reihenfolge miteinander verbunden wurden: zwei anaerobe Tanks, denen die Bakterien DT-1, DT-1 und DT-5 ohne Träger zugesetzt wurden, ein aerober Tank, an dem (mit Hilfe eines Netzes) ein Träger befestigt wurde, auf dem die Bakterien DT-1, DT-2 und DT-5 immobilisiert wurden und zwei Absetztanks. Die Temperatur betrug 8°–15°C. Die Fließgeschwindigkeit für das Abwasser betrug 7,5 m³/24 h. Die Belüftung erfolgte dadurch, dass das Wasser durch den Träger rezyklisiert wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 wiedergegeben.
Tabelle 3
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielten Reinigungsergebnisse waren entweder so gut oder besser als die mit dem herkömmlichen Verfahren erhaltenen und der Energieverbrauch war beträchtlich geringer. Der Energieverbrauch für die Behandlung von einem Kubikmeter Wasser bei der städtischen Abwasser-Wiederaufbereitungsanlage betrug 0,23 kWh und 0,05–0,1 kWh, wenn das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt wurde.
Beispiel 4
Reinigung von Schwarzwasser aus dem Haushalt (Originalmaßstab)
Das System wies fünf Tanks auf, deren Gesamtvolumen 6,5 m³ betrug, wobei die Tanks in der folgenden Reihenfolge miteinander verbunden waren: zwei aerobe Tanks ohne Träger, denen die Bakterien DT-1, DT-1 und DT-5 zugesetzt wurden, ein aerober Tank, an dem ein Träger befestigt wurde, auf dem die Bakterien DT-1, DT-2 und DT-5 immobilisiert wurden und zwei Absetztanks. Die Temperatur betrug 8–15°C. Die Fließgeschwindigkeit für das Abwasser betrug 0,5–5 m³/24 h. Die Belüftung erfolgte dadurch, dass das Wasser durch den Träger rezyklisiert wurde. Der Energieverbrauch betrug 0,05–0,5 kWh. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 wiedergegeben.
Tabelle 4
Beispiel 5
Reinigung von Seife und Schwermetalle enthaltendem Industrie-Abwasser (Labormaßstab)
Das Abwasser aus einer Industrieanlage für Metallbeschichtung wurde mit einem System gereinigt, dessen wirksamer Behandlungsabschnitt sechs anaerobe und zwölf aerobe Tanks umfasste. Die Bakterien DT-1, DT-2 und DT-5, die auf einem mit Hilfe von Netzen befestigten Träger immobilisiert waren, wurden allen aeroben und anaeroben Tanks zugesetzt. Jeder Tank fasste 21. Das gesamte System umfasste 23 Tanks mit einem Ge samtvolumen von 701, wobei die Tanks in der folgenden Reihenfolge miteinander verbunden waren: sechs anaerobe Tanks (effektives Behandlungsvolumen), ein Absetztank, sechs aerobe Tanks (effektives Behandlungsvolumen), ein Absetztank, sechs aerobe Tanks (effektives Behandlungsvolumen), und zwei Tanks für Calciumchlorid- und Natriumhydroxid-Behandlungen zum Ausfällen der Biomasse und der Schwermetalle. Vor der Behandlung wurde das ursprüngliche Abwasser fünf Mal mit Grauwasser verdünnt. Nach dem Verdünnen wurden wie folgt Mineralsalze zugesetzt: HH₄ ⁺ 2–10 mg/l, NO₃ ⁺ 5–20 mg/l, Mg²⁺ 2–10 mg/l, Ca²⁺ 0,5–2 mg/l, SO₄ ^2– 1–10 mg/l und PO₄ ^3– 2–20 mg/l. Die Temperatur betrug 20°–35°C und die Fließgeschwindigkeit 12 l Wasser pro 24 Stunden. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 wiedergegeben.
Tabelle 5
Beispiel 6
Reinigung von Grauwasser aus dem Haushalt zum Recyceln (Pilot-Maßstab)
Der effektive Teil des Systems umfasste drei aerobe Tanks mit einem Volumen von jeweils 0,2 m³. Das Gesamtsystem umfasste sechs Tanks mit einem Gesamtvolumen von 2,8 m³, wobei die Tanks in der folgenden Reihenfolge miteinander verbunden waren: ein Tank zum Sammeln des Grauwassers, drei aerobe Tanks mit einem festen Träger, auf dem die Bakterien DT-1, DT-2 und DT-5 immobilisiert waren (effektives Behandlungs volumen), ein aerober Tank ohne Träger, ein Absetztank und nachfolgend ein Filtersystem und ein System zur UV-Behandlung. Die Temperatur betrug 20°–35°C. Die Fließgeschwindigkeit betrug ca. 1 m³ pro 24 Stunden. Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 wiedergegeben.
Tabelle 6
Beispiel 7
Reinigung von Grauwasser aus einer Waschküche zu Recyceln (Pilot-Maßstab)
Der effektive Behandlungsteil des Systems umfasste zwei aerobe Tanks mit einem Volumen von 1 m³, wobei die Tanks einen schwimmenden Träger aufwiesen, auf dem DT-1, DT-2 und DT-5 immobilisiert waren. Das gesamte System umfasste zehn Tanks mit einem Gesamtvolumen von 23 m³, wobei die Tanks in der folgenden Reihenfolge miteinander verbunden waren: ein Tank zum Sammeln des Grauwassers, zwei aerobe Tanks mit einem schwimmenden Träger (effektives Behandlungsvolumen), ein Absetztank, drei aerobe Tanks mit festem Träger und dessen Bakterien (effektives Behandlungsvolumen), ein aerober Tank ohne Träger und zwei Absetztanks. Die Wassertemperatur betrug 20°–35°C und die Fließgeschwindigkeit 1 m³ pro 24 Stunden. Die Ergebnisse sind in Tabelle 7 wiedergegeben.
Tabelle 7
Beispiel 8
Zuwachs an immobilisierter Biomasse
Die Biomasse für die Stämme DT-1, DT-2, DT-5, DT-6, DT-10, DT-12 und DT-13 wurde erzeugt und auf einem Träger wie in Beispiel 1 immobilisiert und die Menge der Biomasse auf dem Träger wurde gewogen. Das Gewicht einer Trägerscheibe betrug 72 ! 1 g. Waren DT-1, DT-2 und DT-5 auf dem Träger immobilisiert, betrug das Gewicht einer Trägerscheibe 119 ! 13 g, d.h. das Nassgewicht der Biomasse pro Scheibe betrug 47 ! 11 g. Waren alle sieben Bakterienstämme auf dem Träger immobilisiert, betrug das Gewicht einer Trägerscheibe 172 ! 16 g, d.h. das Nassgewicht der Biomasse betrug 91 ! 16 g. Die Ergebnisse zeigen, dass DT-6, DT-10, DT-12 und DT-13 die immobilisierte Biomasse um etwa das zweifache vergrößerten.

Claims

Verfahren zur Reinigung von Abwasser, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser durch eine gemischte Population biologisch gereinigt wird, welche die Mikroorganismen Bacillus sp. DT-1 mit der Hinterlegungsnummer DSM 12560, Pseudomonas azelaica DT-2 mit der Hinterlegungsnummer DSM 12561 und Rhizobium sp. DT-5 mit der Hinterlegungsnummer DSM 12562 umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Sickerwasser, trübes Wasser, schmutziges Wasser, industrielles Abwasser und Abwasser von Wäschereien gereinigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die notwendige Biomasse für die Reinigung in einem nicht sterilisierten Wachstumsmedium hergestellt wird, das Leitungswasser und etwa 0,5–4 g/l Seife umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser ebenso durch ein oder mehrere Mikroorganismen aus der Gruppe Pseudomonas azelaica DT-6 mit der Hinterlegungsnummer DSM 13516, Azospirillium sp. DT-10 mit der Hinterlegungsnummer DSM 13517, Ancylobacter aquaticus DT-12 mit der Hinterlegungsnummer DSM 13518 und Xanthobacter sp. DT-13 mit der Hinterlegungsnummer DSM 13519 gereinigt wird.
Bacillus sp. DT-1 mit der Hinterlegungsnummer DSM 12560.
Pseudomonas azelaica DT-2 mit der Hinterlegungsnummer DSM 12561.
Rhizobium sp. DT-5 mit der Hinterlegungsnummer DSM 12562.
Pseudomonas azelaica DT-6 mit der Hinterlegungsnumer DSM 13516.
Azospirillium sp. DT-10 mit der Hinterlegungsnummer DSM 13517.
Ancylobacter aquaticus DT-12 mit der Hinterlegungsnummer DSM 13518.
Xanthobacter sp. DT-13 mit der Hinterlegungsnummer DSM 13519.
Bakterielle gemischte Population, dadurch gekennzeichnet, dass sie Bacillus sp. DT-1 mit der Hinterlegungsnummmmer DSM 12560, Pseudomonas azelaica DT-2 mit der Hinterlegungsnummer DSM 12561 und/oder Rhizobium sp. DT-5 mit der Hinterlegungsnummer DSM 12562 umfasst.
Bakterielle gemischte Population wie beansprucht in Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin Pseudomonas azelaica DT-6 mit der Hinterlegungsnummer DSM 13516, Azospirillium sp. DT-10 mit der Hinterlegungsnummer DSM 13517, Ancylabacter aquaticus DT-12 mit der Hinterlegungsnummer DSM 13518 und/oder Xanthobacter sp. DT-13 mit der Hinterlegungsnummer DSM 13519 umfasst.
Verwendung einer bakteriellen gemischten Population wie in Anspruch 1 oder 4 beansprucht zur Reinigung von Abwasser.
Bioreaktor, dadurch gekennzeichnet, dass er die Mikroorganismen Bacillus sp. DT-1 mit der Hinterlegungsnummer DSM 12560, Pseudomonas azelaica DT-2 mit der Hinterlegungsnummer DSM 12561 und Rhizobium sp. DT-5 mit der Hinterlegungsnummer DSM 12562 umfasst.
Bioreaktor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass er weiterhin ein oder mehrere Mikroorganismen aus der Gruppe Pseudomonas azelaica DT-6 mit der Hinterlegungsnummer DSM 13516, Azospirillium sp. DT-10 mit der Hinterlegungsnummer DSM 13517, Ancylobacter aquaticus DT-12 mit der Hinterlegungsnummer DSM 13518 und Xanthobacter sp. DT-13 mit der Hinterlegungsnummer DSM 13519 umfasst.
Bioreaktor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass er alle genannten sieben bakteriellen Stämme umfasst.
Bioreaktor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass er eine oder mehrere Trennwände umfasst, die so angeordnet sind, dass sie die Zirkulation von Wasser in dem Reaktor erzwingen.
Bioreaktor nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Bakterien auf einem Plastikträgermedium immobilisiert sind, dessen spezifische Dichte etwa 0,8 g/cm³ beträgt.