DE1658043C3 - Verfahren zum Reinigen von proteinhaltigem Abwasser unter Ausnützung der darin vorliegenden, stickstoffhaltigen Verunreinigungen - Google Patents

Description

3 4

Ergebnissen, beispielsweise nach Trocknung, als Tier- Das Ergebnis eines typischen Versuchs ist

futter verwendet.werden. BSIi₅ vor der Behandlung 3160 mg/1

Die Ligninsulfonsauren sind relativ hochmolekulare _{ßSß nach 24 Stunden Vo}rgären

Substanzen, die jedoch etwas vamerende Molekular- _{mjt Toru}|_{opsis ulilis 1810 mg/},

gewichte aufweisen. In jedem Molekül .st indes nur 5 _{3Sß nach Niede}'_rsc}l,_ag _{mit ver}.

eine Saurefunkt.on. Dadurch hat das Molekular- _{edeher Lj}g_nin5u,_fonsäure.. 2000 mg/!

gewicht eine gewisse Bedeutung für den Ausfällungs- _{ßSß nach Niedersch}|_{ag mit ver}.

prozeß. Im allgemeinen werden Ligninsulfonsäuren _{edeIter L}ig_ninäu|_fonsäure

mit einem mittleren Molekulargewicht von etwa 500 _{und nachfolgcnder Gärung}

bevorzugt. Falls das Molekulargewicht wesentlich io _{mjt ToruIopsjs utiljs wäh}.

geringer ist, werden die Partikeln des gebildeten _{fend H Stunden} .. ₂4O mg/1

Komplexes zu klein und leicht, so daß das Ausfällen

Schwierigkeiten bereitet. Ist das Molekulargewicht Die synergistische Wirkung erklärt sich wahrschein-

dagegen wesentlich größer, wird der Verbrauch zu lieh derart, daß die Ausfällung der Proteinstoffe und

groß, eben weil nur eine Säurefunktion für jedes 15 Polypeptide den Mikroorganismen bessere Nahrungs-

Ligninsulfonsäuremolekül besteht. Für unterschied- bedingungen verschafft. Es ist bekannt, daß viele

liehe Proteine können jedoch etwas unterschiedliche Mikroorganismen in Nahriingssub5i;a?.Ti mit zu

Molekulargewichte der Ligninsulfonsäure optimal großen Mengen komplexgebundenen Stickstoffs oder

sein, und eine zweckmäßige Durchführungsform des zu viel Stickstoff überhaupt nicht gut gedeihen.

Verfahrens gemäß der Erfindung zeichnet sich dadurch 20 Wenn die Fällung mit einer nachfolgenden biolo-

aus, daß die Ausfällung in zwei oder mehreren Schritten gischen Reinigung kombiniert wird, werden ent-

mit Sulfonsäuren unterschiedlichen Molekulargewich- sprechende Ergebnisse erzielt. Ein typisches Beispiel

tes vorgenommen wird. Dadurch wird ein weiterer ist:

Vorteil erzielt. Es hat sich erwiesen, daß Proteine mit _{ßSß vor der Behandlung} 3000 _mg/|

verhältnismäßig hohem Molekulargewicht am besten 25 _{ßSBs nadl} losenden biologischer

mit relativ hochmolekularen Ligninsulfonsäuitn aus- Reinigung 1800 mg/1

gefällt werden, während niedermolekulare Proteine BDB₅ nach Fäflung mit veredelter

vorzugsweise mit niedermolekularen Ligninsulfon- Ligninsulfonsäure 1600 mg/1

säuren ausgefällt v.erden. Durch Ausfällen in zwei der _{ßSßs nach Fäl] mj[ LigninsuI}.

mehreren. Stufen erzielt man daher eine grobe Frak- 3= fonsäure und nachfoleender

tiomerung der Proteine, wa·. für ih.e Ausnützung von zehnstündiger biologischer

Bedeutung sein kann. Reinicung^ T 100 mg/1

Für die Durchführung der erfindungsgemäGen Vergärung sind mehrere Mikroorganismen bekannt, Hinzuzufügen ist. dal¹, man bei der obenerwähnten besonders geeignet ist Torulopsis utiiis. 35 Behandlung, bei der der BSB₅-Betrag bei Ausfällung

Im allgemeinen wird man die Ligninsuifonsäuren mit veredelter Ligninsulfonsäure von 3000 auf 1600 mg/1

oder deren Salze in veredelter Form einer Sulfhablage, fiel, bei Verwendung von Sulfitlauge eine Steigerung auf

welche bekanntlich neben ligninsulfonsäuren Salzen 4200 mg/1 erhalten würde.

erhebliche Mengen an Pentosen und Hexosen enthält. Bei weiteren Versuchen wurde eine Lösung von 50 g

vorziehen. 40 Blutalbiimin in 5 1 Wasser behandelt. Das BSB₅/N₂-

Es kann vorkommen, daß das von Proteinen u. dgl. Verhältnis war hier sehr ungünstig, nämlich 6:1. Die

befreite Abwasser so nahrungsarm ist, daß es zweck- erzielten Daten waren:

mäßig ist, den Nahrungsgehalt etwas zu erhöhen. BSB- vor der Behandlung 6000 mg/1

E.nerseits kann es zweckmäßig sein. Ammoniak zu _BSB" _{nach 2}4stündiger biologischer
verwenden, das eine leicht zugängliche Stickstoffquelle 45 ' Reinipnnc mit aktivem
für einen Mikroorganismus bildet und sein Wachstum Schlamm 4600 mg/l
nicht behindert, wenn es in geeigneten Mengen ver- _{ßSB nach}' Niederschlag mit verwendet wird. Ammoniak e.gncl sich außerdem da/u, ^J _edc,_ter ,jgninsulfonsäure . . 900 mg/1
der Flüssigkeit einen geeigneten pH-Wert zu ν.ι leihen _{BSß n;lch Nie}derschlap mit ver-
- oft etwa 6 oder 6 bis 7. Andererseits kann man 50 ^J cdclterLigninsulfonsäure und
gegebenenfalls zuckerhaltige Abfallstoffe, wie z. B. nachfolgender 24stündiger
Melasse, zum Fördern des Wachstums des Mikro- biologischer Reinigung ~. ... 50 mg/1.
Organismus zusetzen. Falls Ammoniak zugesetzt wird,

und das Abwasser mit Schwefelsäure oder :j,.!zsäiire Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend

sauer gemacht wurde, wird sich Ammoniumsulfat oder 55 an Hand eines Ausführungsbcispieles erläutert:
-chlorid bilden, welche ebenfalls leicht ausnutzbare

StickstörTquellen sind, die das Wachstum der Mikro- Beispiel
Organismen fördern. Vor der biologischen Reinigung

kann im Bedarfsfall der Ciärungscrrcger abgetrennt Bei einem Versuch in haibtcchnischem Maßstab

werden. 60 wurden 6 m³ Abwasser aus einer Kartoffclstärkefabrik

Wie erwähnt, führt die erfindungsgemiiße Behänd- behandelt. Das Abwasser enthielt 3 g stickstoffhaltige

lung, d. h. erst Ausfällen mit Ligninsulfonsäuren und Verbindungen und 3 g reduzierbaren Zucker je Liter

darauf Gären und biologische Reinigung zu einer und wurde total mit 2700 g Ligninsulfonsäure-

synergistischen Wirkung, wie aus dem Folgenden Natriumsalz, d. h. 450 g je in³ und einer so großen

hervorgeht. 65 Menge Schwefelsäure, daß ein pH-Wert von etwa 4,5

Die Reinigungswirkuiii! auf das Abwasser wird hier erreicht wurde, behandelt, [lie stickMofThaltigfn Ver-

durcli den BSB.-, erläutert (ausgedrückt in Milligramm !-»indungen bestehen überwiegend odci ausschließlich

verbrauchten Sauerstoff je Liter Abwasser) (Dotailanalysc wurde nicht vorgenommen) aus Pro-

teinen und deren Zersetzungsprodukte, d. h. Polypeptide mit größerer oder geringerer Kettenliinge und Aminosäuren. Bei Zusatz des Ligninsulfonsäuresalzcs wurden die Proteine beinahe momentan ausgefällt und eine Aufschlämmung derselben gebildet. Die Aufschlämmung wurde durch ein Sandfilter, in welchem der Sand mit Kieselsäure belegt war, filtriert. Eine geringe Menge des klaren Filtrats wurde durch das Filter zurückgeschwemmt, wobei eine im wesentlichen konzentrierte Aufschlämmung entstand, aas der die niedergeschlagenen Proteine in bekannter Weise gewonnen und danach verwendet werden konnten.

Das klare Filtrat enthält noch 1,7 g stickstoffhaltige Verbindung je Liter, nämlich aufgelöste: Peptide und Aminosäuren. Der Zuckergehalt wurde von der Behandlung nicht beeinflußt.

Der pH-Wert des klaren Filtrats war 4,5 und wurde durch Beigaben von 180 g flüssigen Ammoniak je m³ auf 6 erhöht. Außerdem wurde je m³ Filtrat 0,5 kg Rübenzuckermelasse mit einem Zuckergehalt von etwa 50% und eine Kultur des Gärschwammes Torulopsis utilis zugegeben. Darauf wur'e eine submere Gärung in der Flüssigkeit bei einer Temperatur von 30⁰C während 18 Stunden unter Luftzufuhr von 3 m³ Luft in der Stunde, entsprechend etwa 1/2 m³ Luft je m³ Flüssigkeit je Stunde durchgeführt. Nach beendigter Gärung wurden 4,8 m³ der Flüssigkeit entnommen. Aus dieser wurden die aufgeschlämmten Teilchen, d. h. praktisch ausschließlich Mikroorganismen entnommen. Die Isolierung wurde mittels Zentrifugen durchgeführt. Bei größeren Anlagen dürfte eine vorhergehende Filtrierung jedoch oft zweckmäßig sein. Bei der Zentrifugierung wurden 8g Preßhefe je Liter Flüssigkeit gewonnen.

Die übrigen 1,2 m³ wurden als Okulierflüssigkeit für eine neue Gärung verwendet, welche letztere im übrigen in der gleichen Weise und mit ähnlichem Ergebnis durchgeführt wurde.

Die Gärung wird, wie beschrieben, am zweckmäßigsten submers in geeigneten Bassins oder Behältern und bei Lüftung vorgenommen. Es ist auch möglich, die Gärung als Oberflächengärung in offenen Kästen in an sich bekannter Weise durchzuführen.

Die nachstehende Tabelle zeigt die Reduktion des BSB₅-Wertes in dem behandelten Abwasser, gemessen an Mustern vor dem Ausfällen mit Ligninsulfonsäure-Natriumsalz, unmittelbar nach dem Ausfällen und nach der Gärung während der in der Tabelle ange-

ao gebeneu Stundenanzahl.

Vor dem Ausfällen 4720

Nach dem Ausfällen 2810

Gärung nach 1 Stunde 2140

Gärung nach 3 Stunden 1430

Gärung nach b Stunden 780

Gärung nach 9 Stunden 570

Gärung nach 12 Stunden 430

Gärung nach 18 Stunden 98

Claims (5)

Ausmaß zu CO. und eventuell N? verwandelt werden, so daß organisch gebundener Stickstoff sogar in die Patentansprüche: anorganische Form zurückgeführt wird. Es ist auch bekannt, Abwasser durch Ausfällen von

1. Verfahren zur Reinigung von proteinhaltigem 5 darin enthaltenen Proteinen und ähnlichen Substanzen, Abwasser unter Ausnutzung der darin vorliegenden wie Polypeptiden, mit Ligninsulfonsäure zu reinigen, stickstoffhaltigen Verunreinigungen, dadurch Derart kann man den biologischen Sauerstoffverbrauch gekennzeichnet, daß man zuerst die Pro- des Abwassers in gewissem Grad aber nicht befriediteine, Polypeptide und ähnliche stickstuifhaltige gend herabsetzen, und man kann die stickstoffhaltigen Substanzen im Abwasser mittels Ligninsulfon- io Stoffe des Abwassers in einem gewissen Ausmaß als säuren oder deren Salze ganz oder teilweise aus- Futterstoff ausnützen.

fällt, danach die ausgefällten Stoffe abtrennt, das Ferner ist es bekannt, Zuckersorten im Abwasser

zurückbleibende Abwasser einer Gärung mittels im voraus mit unterschiedlichen Mikroorganismen zu

eines geeigneten Organismus und/oder einer bio- gären. Aber auch dadurch kann kein befriedigendes

logischen Reinigung unterwirft. 15 Herabsetzen des biologischen Sauerstoffverbrauches

2. Verfahren laut Anspruch 1, dadurch gekenn- erzielt werden.

zeichnet, daß man die Ausfällung in zwei oder Eine besondere Schwierigkeit sowohl bei der bio-

mehreren Stufen mit Ligninsulfonsäuren oder logischen Reinigung von proteinhaltigem Abwasser

deren Salze mit unterschiedlichem Molekular- als auch bei der Ausnützung von Zuckersorten im

gewicht durchführt. 20 Abwasser liegt darin, daß die Menge der N-haltigen

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch Verbindungen gegenüber der Menge von Kohlengekennzeichnet, daC man als Ligninsulfonsäure hydraten im hier zu behandelnden Abwasser oft weit Sulfitablage verwendet. über dem Optimum der einzelnen Organismen im

4. Verfahren laut Anspruch 1 oder 2, dadurch biologischen Filter liegt. Das bedeutet, daß die Orgagekennzeichnet, daß man zum Ausfällen veredelte 35 nismen nicht so gut wachsen, wie sie dies bei einer Ligninsulfonsäuren oder Salze derselben ver- geringeren relativen Menge N-haltiger Verbindungen wendet. tun würden. Entweder muß die Anlage dafür unver-

5. Verfahren laut Anspruch 1, dadurch gekenn- hältnismäßig groß sein, oder das Abwasser wird zeichnet, daß man dem von dem ausgefällten Pro- unzulänglich gereinigt, wobei das von der Reinigungsdukt befreiten Abwasser Ammoniak oder ge- 30 anlage oder Gäranlage weggeleitete Wasser weiterhin gebenenfalls zuckerhaltiges Material, z. B. Melasse, einen viel zu hohen biologischen Sauerstoffverbrauch bei dt·: Gärung entweder in einer Gabe oder hat.

portionsweise zusetzt und das vergorene Abwasser Es hat sich nun überraschenderweise gezeigt, daß einer biologischen Reinigung unterzieht, nachdem man die beschriebenen Nachteile vermeiden und man gegebenenfalls den Gärungserreger vorher 35 ylcichzeitig eine Herabsetzung des biologischen Sauerabgetrennt hat. Stoffverbrauchs des Abwassers zu sehr geringem Preis

erzielen kann.

Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren

zur Reinigung von proteinhaltigem Abwasser unter

40 Ausnutzung der darin vorliegenden stickstoffhaltigen

Verunreinigungen, das dadurch gekennzeichnet ist,

Bezweckt wird durch das erfindungsgemä!>" Ver- daß man zuerst die Proteine, Polypeptide und ähnliche

fahren eine Reinigung von Abwässern, mit niedrigem stickstoffhaltige Substanzen im Abwasser mittels

Gehalt an aufgeschlämmtem und aufgelöstem Material, Ligninsulfonsäure oder deren Salze ganz oder teilweise

wobei dieses Material Proteine und Polypeptide 45 ausfällt, danach die ausgefällten Stoffe abtrennt und

umfaßt. Als Beispiele derartiger Abwasser können jene das zurückbleibende Abwasser einsr Gärung mittels

aus Molkereien, Metzgereien, Kartoffclmchlfahriken, eines geeigneten Organismus und/o'.hr einer bio-

Fischmehlfabriken, Konservenfabriken und anderen logischen Reinigung unterwirft.

Fabriken für proteinhaltigeNahrungsmittel und Futter- Duich das crnndungsgemäße Verfahren tritt eine

stoffe erwähnt werden. 50 synergistische Wirkung ein, d. h., daß die Minderung

Die im Abwasser enthaltenen organischen Sub- des biologischen Sauerstoffverbrauches stärke wird

stanzen haben in der Regel einen gewissen Wert, als die Summe oder das Produkt der Minderung mittels

wenn sie z. B. für Futterstoffe verarbeitet werden jedes einzelnen der beiden Schritte für sich,

können. Die Ausnutzung dieses Wertes erniedrigt die Das Ausfällen der Proteine mit Ligninsulfonsäure

Unkosten der Abwasseraufbereitung. 35 oder deren Salze erfolgt praktisch bei saurem pH-Wert,

Es ist bekannt, Abwasser durch biologische Reim- vorzugsweise bei pH 4 bis 5 und besonders zweck-

gung mit geeigneten biologischen Filtern zu reinigen. mäßig bei pH 4,5. Praktisch erfolgt das Ausfällen

Dabei wird im allgemeinen eine ganz gute Herab- daher normal mit den freien Ligninsulfonsäuren, auch

setzung des biologischen Sauerstoffverbrauches des wenn sie in der Form von Salzen davon zugesetzt

gereinigten Abwassers erzielt. Das Verfahren hat 60 werden. Die Regelung des pH-Wertes erfolgt durch

jedoch den Nachteil, daß biologische Filter sowohl Ucigabe von Säure, vorzugsweise starker mineralischer

hohe Anlagekosten als auch Betriebskosten bedingen Säure. Im allgemeinen wird Schwefelsäure oder SaIz-

und daß die im Filter zurückgehaltenen Substanzen säure verwendet. Die Wahl wird sich dabei haupt-

nicht oder fast nicht ausgenützt werden können. Sie sächlich nach dem Preis richten. Praktisch wird man

können gegebenenfalls in bescheidenem Ausmaß als 65 eine ten Ligninsulfonsäuren etwa stöotriometrische

Diingerstoffe ausgenützt werden, gehen aber sonst M-nge der Mineralsäure zusetzen. Das nicder-

vcrlorcn, da sie hauptsächlich von den am Filter gcschl.iuene Produkt ist ein Komplex aus Proteinen

aktiven Organismen konsumiert und in bedeutendem und Ligninsulfonsäuren und kann mit sehr guten