CH134956A - Verfahren zur biologischen Reinigung von Abwässern. - Google Patents

Description

  Verfahren zur biologischen Reinigung von Abwässern.    Unter den verschiedenen Methoden zur  Reinigung von Abwässern haben die biolo  gischen Verfahren die grösste Verbreitung  gefunden. Wenn man die Anwendung von  Rieselfeldern und die sogenannte intermittie  rende Bodenfiltration ausser Betracht lässt,  die für die industriellen Abwässer nicht in  Frage kommen, so ergibt sich, dass die bio  logische Abwasserreinigung entweder nach  dem Faulverfahren vorgenommen wird, wo  bei in Faulbecken eine Zersetzung der Ver  unreinigungen .durch anaerobe Mikroorganis  men hervorgerufen wird, oder mit Hilfe  biologischer Körper, wobei man das Ab  wasser über Sand, Koksfilter oder anderes,  künstlich aufgeschichtetes Material rieseln  lässt, um eine Reinigung der Abwässer teils  durch Adsorption, teils durch Mikroorganis  men und niedere Lebewesen zu erzielen.

   Für  die Zersetzung der organischen Stoffe im  biologischen Körper sind aërobe Mikro  organismen von grösster Bedeutung. Ferner  wäre noch das Verfahren zur Abwasser-    reinigung "mit belebtem Schlamm" zu er  wähnen, nach welchem Faulschlamm durch  Luft oder mit Hilfe von Rührwerken durch  das Abwasser getrieben wird. Die reini  gende Wirkung ist den im Faulschlamm  vorhandenen Mikroorganismen zuzuschrei  ben.  



  Die Reinigung von Abwässern nach dem  Faulverfahren hat den grossen Nachteil, dass  durch die anaërobe Spaltung der organischen  Stoffe übelriechende Gase und Stoffe gebil  det werden, zu deren Entfernung, soweit sie  überhaupt möglich ist, kostspielige Lüf  tungseinrichtungen geschaffen werden müs  sen. Das Filtrationsverfahren arbeitet zwar  geruchlos, doch sind gross angelegte und  kostspielige Anlagen erforderlich ohne dass  bei stark verunreinigten Abwässern in allen  Fällen eine genügende Reinigung durch die  Filtration zu erzielen wäre.

   Das Verfahren  mit belebtem Schlamm führt zu grossen  Mengen eines sehr dünnflüssigen     Schlani-          mes,    der wieder     ausgefault    werden muss, wo-      durch auch bei diesem Verfahren alle Nach  teile des Faulverfahrens in Kauf genommen  werden müssen. Ausserdem hat sich das  Verfahren bisher nur bei dünnen städtischen  Abwässern bewährt und arbeitet sehr teuer.  



  Ein allgemeiner Mangel aller biolo  gischen Verfahren ist, dass sie entsprechend  der meist sehr heterogenen Zusammen  setzung der Abwässer mit zufällig an  gesiedelten Mischkulturen von Bakterien  verschiedenster Art und Gattung arbeiten.  Dieses Verfahren ist unrationell, weil es die  spezifische, auf gewisse Stoffe besonders  eingestellte Zersetzungskraft einzelner Mi  kroorganismen unausgenützt lässt. Statt  dessen geht die Zersetzung schlecht und  recht durch eine Menge teils mehr, teils  weniger geeigneter Mikroorganismen vor  sich, ein Vorgang, der vom technologischen  Standpunkte genommen noch nicht weit  über das Stadium natürlicher Fäulnis und  Verwesungsprozesse hinausgeht.

   Während  man sich .auf andern Gebieten der techni  schen Mykologie, zum Beispiel den Gä  rungsgewerben, schon in hervorragendem  Masse spezifischer und ausserdem durch  planmässige Züchtung in ihren Eigenschaf  ten beeinflusster Mikroben bedient, ist dies  bei der Abwasserreinigung nicht der Fall.  Diese Lücke auszufüllen, bemüht sich die  vorliegende Erfindung.  



  Gemäss der Erfindung wird die Reini  gung der Abwässer dadurch erzielt, dass die  bakterielle Einwirkung je nach der Natur  des Abwassers in eine Anzahl von aufein  anderfolgenden Teilverfahren zerlegt wird.  welche den biochemischen Hauptgruppen  der Verunreinigungen angepasst sind. Wei  ter können diese Teilverfahren entsprechend  den biologischen Abbaustufen der bio  chemischen Hauptgruppen allenfalls noch in  weitere Stufen unterteilt sein, wobei in je  der dieser Teilstufen ein für den betreffen  den bakteriellen Teilvorgang planmässig aus  gewählter (zweckmässig aus einer Reinzucht  herangezogener) aërober oder anaërober Mi  kroorganismus zur Vor- oder Alleinherschaft  gebracht wird.    Je nach der Natur der vorhandenen  Verunreinigungen können zum Beispiel Rein  zuchten von Mikroorganismen der folgenden  Gruppen in Betracht kommen:  1.

   Proteolytische, Ammoniak bildende  ammonifizierende, nitrifizierende und     deni-          trifizierende    Bakterien bezw. Bakterien  gemische.  



  2'. Fettzersetzende Bakterien oder Pilze  (Hefe und Schimmelpilze).  



  3. Stärkelösende, dextrinabbauende und  zuckerabbauende Bakterien oder Pilze.  



  4. Zellulose und pektinzersetzende Bak  terien.  



  Die verschiedenen Gruppen werden der  Art und Menge nach entsprechend oder Na  tur des Abwassers zueinander abgestimmt,  wobei allenfalls auch verschiedene Arten  derselben Gattung im Gemisch Verwendung  finden können.  



  Das Verfahren kann wie folgt aus  geführt werden:  Die Züchtung der Bakterien erfolgt in  der gebräuchlichen Weise. Zu diesem  Zweck wind steriles Abwasser in nicht zu  hoher Konzentration in Reinzuchtgefässen  mit den geeigneten Bakterienrassen ge  impft, und bei der optimalen     Wachstum-          temperatur    gehalten. Zur Durchführung der  biologischen Reinigung werden die Ab  wässer in offenen oder geschlossenen Botti  chen, Zersetzungsgefässen oder Zersetzungs  becken mit entsprechenden Mengen der so  herangezogenen Reinzuchten vermischt. Um  eine bessere Verteilung der Mikroorganismen  in .den Abwässern zu erzielen. kann das Ge  misch mit Hilfe eines Rührwerkes oder  durch Einblasen von Luft oder in anderer  Weise in dauernder oder zeitweise unter  brochener Bewegung gehalten werden.  



  Es ist manchmal zweckmässig, die zur  Abwasserreinigung bestimmten Bakterien in  den Zustand der Zooglöenbilidung überzu  führen oder solche Bakterienarten     mitzu-          verwenden,    die zu einem derartigen     Ver-          quellungszustand    der Zellmembran neigen.  Im Zustand der     Zooglöe        ist,die    äussere Bak  terienmembran zu einem     Vielfachen    der      Bakteriendimension aufgequollen. Die Bak  terien bilden schleimigem Froschlaich ähn  liche Klumpen. Gerade diese gallerartigen  Massen sind es, die durch ihre adsorbierende  Kraft wesentlich die Reinigungswirkung  verbessern.

   Es sammeln sich in diesen  Gallertmassen, einer Art Vorratskammer  der Bakterien, die von den Mikroorganis  men assimilierbaren Stoffe an, welche zum  Teil sofort, teilweise erst später, bei der  Regeneration der Bakterien, von diesen ver  wertet werden. Jedenfalls werden diese für  die Bakterien wichtigen Stoffe dem Abwas  ser entzogen.  



  Das Verfahren kann kontinuierlich  durchgeführt werden, indem man die Ab  wässer hintereinander, durch mehrere Zer  setzungsgefässe oder Zersetzungsbecken flie  ssen lässt, in welchen die Zersetzung der Ver  unreinigungen vor sich geht. Hinter jedem  Zersetzungsgefäss oder Zersetzungsbecken. ist  ein Gefäss zum Absetzen oder ein Absitz  becken eingeschaltet. Im Absitzbecken wer  den die verbrauchten Bakterienzuchten aus  der Flüssigkeit entfernt.  



  In den einzelnen Zersetzungsgefässen  oder Zersetzungsbecken werden die für die  einzelnen Mikroorganismen günstigsten Le  bensbedingungen geschaffen. Insbesondere  müssen die Temperatur und die Wasser  stoffionenkonzentration der Flüssigkeit ent  sprechend geregelt werden.  



  Sollte das Abwasser an den einen oder  andern für die Bakterien wichtigen Nähr  stoffen arm sein, so muss durch Zusatz ent  sprechender Stoffe, wie Nährsalze, das  Nährstoffgleichgewicht hergestellt werden,  um das Optimum der biologischen Tätigkeit  zu erzielen. Die verbrauchten und aus der  Flüssigkeit entfernten aëroben Bakterien  können regeneriert werden, indem man sie  in einem Gefäss mit frischem kalten Wasser  in Gegenwart von sauerstoffabgebenden Sal  zen, wie zum Beispiel von Kaliumperman  ganat, unter Zufuhr von Luft oder reinem  Sauerstoff oder von sauerstoffhaltigen  Gasen einige Zeit durcheinanderwirbelt.    Sind die verwendeten Bakterien so weit er  schöpft, dass eine Regenerierung nicht mehr  möglich ist, so können sie zu Kuchen ge  presst werden und als Düngemittel Verwen  dung finden.  



  Im Folgenden sei ein Ausführungsbei  spiel des Verfahrens erläutert, wobei zur  Voraussetzung gemacht wird, dass das zu  reinigende Abwasser als organische Verun  reinigungen Eiweiss, Stärke, Rohrzucker und  Harnstoffe enthält, und zwar in einer Kon  zentration von je 10 gr im Liter. Das Ab  wasser wird je nach der Natur der verwen  deten Mikroorganismen bei alkalischer, neu  traler oder saurer Reaktion behandelt, wo  bei die Wasserstoffionenkonzentration zwi  schen den PH-Werten 8,6 bis 6,2 liegen  kann.  



  Die Stärke des Abwassers wird durch  einen Mikroorganismus, der Stärke rasch  und gründlich zu Glukose oder Maltose ab  baut, zerlegt. Hiezu eignen sich .besonders  Aspergillus oryzä oder Bazillus subtilis  oder mesentericus. Man lässt diese Klein  lebewesen bei einer Temperatur von<B>37'</B>  bis 40  C auf das Abwasser unter zeitwei  liger gründlicher Durchmischung einwirken;  wird einer von den beiden Bakterien ver  wendet, so empfiehlt es sich auch, das Was  ser von Zeit zu Zeit zu lüften. Für die     As-          pergilusa,rt    ist saure Reaktion des Wassers,  für die Bakterien neutrale Reaktion ange  zeigt.  



  Nach Beendigung der     Verzuckerung    wer  den die hierzu verwendeten Mikroorganismen  aus dem Abwasser entfernt oder abgetötet.  Hierauf werden die durch .die Verzuckerung  der Stärke     entstandene    Glukose oder Mal  tose und der ursprünglich vorhandene Rohr  zucker in bekannter Weise durch eine geeig  nete Hefereinzucht in Kohlensäure und Al  kohol zerlegt. Die entstehende Kohlensäure  entweicht oder verbleibt an irgendwelche  Ionen     gebunden,    als Karbonat in der Flüs  sigkeit. Der entstehende Alkohol ist bei den  hier in Betracht kommenden Verdünnungen  im     Vorfluter    gänzlich ungefährlich; übri  gens kann die Alkoholmenge noch durch      Einblasen von Pressluft während der Gärung  vermindert werden.

   Zum 'Schluss dieser bei  den Teilvorgänge, welche das Abwasser von  der Stärke und dem etwa ursprünglich vor  handenen Rohrzucker befreien, wird die  Hefe aus der Flüssigkeit möglichst vollstän  dig entfernt. Es kann nun daran geschritten  werden, die restlichen Verunreinigungen,  Eiweiss und Harnstoff, zu mineralisieren.  



  Zu diesem Zweck setzt man dem Ab  wasser nach vorheriger Neutralisation eine  Reinkultur von Bazillus putrificus oder  vulgaris zu und lässt diese Mikroorganismen  bei 35   C auf das Abwasser einwirken, wo  durch die Eiweissstoffe zu Aminosäuren oder  Fettsäuren abgebaut werden. Hierbei wird  die Reaktion zufolge der nebenher vor sich  gehenden Bildung von Karbonaten und Am  moniak alkalisch. Man bringt nun in das  Abwasser eine reichliche Menge einer Rein  zucht des Bazillus mycoides ein, welcher die  weitere Zerlegung der Aminosäuren bis zum  Ammoniak besorgt; für .die Tätigkeit dieses  Bazillus ist die entstandene alkalische Re  aktion günstig.  



  Die Flüssigkeit enthält nun als Verun  reinigungen in der Hauptsache nur noch  Ammoniumsalze, in erster Linie Ammo  niumkarbonat, sowie geringe Mengen von  Fettsäuren, vorwiegend Ameisensäure. Diese  Säure kann durch Einwirkung des Bazillus  formicicus in Kohlensäure, Wasserstoff und  Methan zerlegt werden. Schliesslich werden  die Ammoniumsalze durch Reinkulturen von  Nitrosomonas und Nitrobacter oxydiert.  



  Man kann bei der biologischen Zer  setzung der einzelnen Verunreinigungen  selbstverständlich auch andere Wege gehen,  beispielsweise Zucker und Stärke statt in  Kohlensäure und Alkohol in Milchsäure,  Essigsäure und Buttersäure überführen.  Für die Richtung, welche dem Zersetzungs  prozess gegeben wird, sind verschiedene Ge  sichtspunkte massgebend, wie etwa auch die  Frage, welches Zwischenprodukt nach den  gegebenen Umständen nicht nur aus dem  Wasser entfernt, sondern allenfalls auch ver  wertet werden kann. Die für den biolo-    gischen Prozess benötigten Bakterien können  leicht aus Humus, Stallmist, Graben  schlamm, biologischen Filtern usw. isoliert  werden.  



  Die beschriebenen Verfahrensgrundsätze  lassen sich auch in Zusammenwirkung mit  allen schon bekannten biologischen oder che  mischen bezw. kolloidchemischen Abwasser  reinigungsverfahren anwenden. So kann man  zum Beispiel aus Aluminiumhydroxyd oder  dergleichen einen Schlamm mit adsorbtiven  Wirkungen herstellen, diesen mit den be  treffenden Reinzuchtbakterien besiedeln und  nach Art des "belebten Schlammverfahrens"  zur Wasserreinigung verwenden. Auch  sterile Sandfilter, Kokskörper können mit  solchen Reinzuchten besiedelt, gute Dienste  leisten.  



  Es ist, wie schon aus dem Gesagten er  sichtlich, zur Vereinfachung des Prozesses  vorteilhaft, den Zersetzungsvorgang derart  zu -leiten, dass man von den im Abwasser  ursprünglich vorhandenen verschiedenen  Grundstoffen vorerst möglichst viele zu  einem einzigen biochemischen Zwischen  produkt verarbeitet, das dann weiterzersetzt  wird, zum Beispiel Stärke und Zucker zu  Milchsäure. Bei unzweckmässiger Bakterien  wahl könnte     :Stärke    in Milchsäure und Rohr  zucker in     Buttersäure        übergefübrt    werden,  so dass dann zwei verschiedene Substanzen  mit verschiedenen Bakterien weiterzerlegt  werden müssten, was den     Arbeitsvorgang     natürlich erschweren würde.

   Auch wird man  trachten, bei dem biologischen Prozess zu  solchen Zwischenstoffen zu gelangen, zu  deren     Zersetzung    man leicht ein Bakterium  findet. So hat man es in der Hand, sein  Ziel auf kürzestem Wege mit grosser Be  triebssicherheit zu erreichen. Die gewöhn  lichen biologischen Verfahren gelangen zu  diesem Ziel infolge der nicht planmässig ge  regelten Bakterientätigkeit in weitaus län  gerer Zeit und nur bei Verwendung einer  entsprechend     umfangreichen    Apparatur.  



  Es ist zweckmässig, die gewerblichen       oder    städtischen Abwässer entsprechend :den  biochemischen     Hauptgruppen    ,der Verunrei-      nigungen nach Möglichkeit schon von Haus  aus .getrennt zu halten und gesondert der  bakteriellen Reinigung gemäss der Erfin  dung zu unterwerfen. Fallen zum Beispiel  in einem industriellen Betrieb verschieden  zusammengesetzte Abwässer in verschiedenen  Stationen, bezw. aus verschiedenen Quellen  getrennt an, so ist es vorteilhaft, die Teil  abwässer nach den biochemischen Haupt  gruppen gesondert zu halten und hernach  jeden Teil für sich der biologischen Reini  gung ,gemäss der Erfindung zu unterwerfen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Verfahren zur biologischen Reinigung von Abwässern, dadurch gekennzeichnet, dass die bakterielle Einwirkung je nach der Natur des Abwassers in eine Anzahl von aufeinanderfolgenden Teilverfahren zerlegt wird, welche den biochemischen Hauptgrup pen der Verunreinigungen angepasst sind, so dass bei den aufeinanderfolgenden Teilver fahren verschiedene !Stoffe abgebaut werden. UNTERANSPRÜCHE: 1. Verfahren gemäss Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die bakterielle Einwirkung innerhalb der durch die bio chemischen Hauptgruppen bestimmten Teilverfahren entsprechend den biologi- sehen Abbaustufen der biochemischen Hauptgruppen noch in weitere Stufen zer legt wird. 2.

   Verfahren gemäss Patentanspruch, da- .durch gekennzeichnet, dass in jeder der Teilstufen ein für den betreffenden bak teriellen Teilvorgang planmässig ausge wählter, aus einer Reinzucht herangezo gener Mikroorganismus zur Vorherrschaft gebracht wird. 3. Verfahren gemäss Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass wenigstens zum Teil Bakterien verwendet werden, welche in den Zustand der Zooglöenbil- dung übergeführt sind. 4. Verfahren gemäss Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass Bakterienarten mitverwendet werden, die zur Zooglöen- bildung neigen. 5.

   Verfahren gemäss Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Abwässer entsprechend den biochemischen Haupt gruppen nach Mäglichkeit schon von Haus aus getrennt .gehalten und die ein zelnen Anteile gesondert der bakteriellen Reinigung in Teilstufen gemäss der Erfin dung unterworfen werden.