DE10085484B4

DE10085484B4 - Verfahren zur Herstellung von stabilen und wiederverwendbaren, bioempfindlichen Granulaten

Info

Publication number: DE10085484B4
Application number: DE10085484T
Authority: DE
Inventors: Sonti Venkata Ramakrishna; Srenivasulureddy Venkata Mohan; Reddy Shetty Prakasham; Palle Komaraiah; Kondapuram Vijaya Raghavan
Original assignee: Council of Scientific and Industrial Research CSIR
Current assignee: Council of Scientific and Industrial Research CSIR
Priority date: 2000-08-31
Filing date: 2000-08-31
Publication date: 2006-04-27
Anticipated expiration: 2020-09-01
Also published as: WO2002018563A1; DE10085484T1; AU2001230484A1; CN1454255A; EP1313847A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung von stabilen und wiederverwendbaren bioempfindlichen Granulaten, die zur Bewertung der Bioabbaubarkeit von Abwässern verwendbar sind, wobei das Verfahren das Entwickeln einer aktiven aeroben mikrobiellen Mikroorganismengemeinschaft in einem synthetischen Medium, das Abtrennen der aktiven aeroben mikrobiellen Mikroorganismengemeinschaft, das Immobilisieren der mikrobiellen Mikroorganismengemeinschaft unter Verwendung eines natürlichen Polymers unter Bildung bioempfindlicher Granulate und das Dehydratisieren der immobilisierten bioempfindlichen Granulate bei 24–32°C für eine Zeitdauer von 4–12 Stunden unter Erhalten eines stabilen bioempfindlichen Granulats mit einem Feuchtigkeitsgrad von 5–30% umfaßt.

Description

Fachgebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von stabilen und wiederverwendbaren, bioempfindlichen Granulaten bzw. Granalien, die zur Bewertung der Biobehandelbarkeit von Abwässern verwendbar sind.
Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezüglich der Entwicklung von bioempfindlichen Granalien bzw. Granulaten hilft bei der raschen Charakterisierung von jedweden Abwässern an Ort und Stelle. Darüberhinaus sind die erfindungsgemäßen bioempfindlichen Granulate mehrere Male wiederverwendbar und beinhalten weniger Arbeits-einsatz. Zusätzlich sind diese bioempfindlichen Granulate umweltgünstig, kostengünstig und erfordern keinen chemischen oder energetischen Aufwand bzw. Leistung und sind somit leicht unter Anwendungsbedingungen bzw. Arbeitsverhältnissen handzuhaben.
Die Nebenprodukt-Flüssigkeitsströme von verschiedenen Industrieanlagen enthalten verschiedene, unter Umweltsgesichtspunkten unerwünschte chemische Verbindungen, die Wasserflächen und Grundwasserreservoirs nachteilig beeinflussen. Die Verminderung von organischen Umweltschadstoffen auf umweltverträgliche Grenzen ist wesentlich, bevor diese Abwässer in die Umwelt ausgetragen werden. Dies erfordert als Voraussetzung eine Messung des organischen Gehaltes dieser Austräge, was bei der Einschätzung der Schadstoffbelastung, der Gestaltung der Behandlungsmethodik und Einwegalternativen, etc., hilft. Die bioabbaubare organische Stärke bzw. Festigkeit in einem Abwasser kann durch Bestimmungsverhältnis des biologischen Sauerstoffbedarfs (BOD) zu chemischem Sauerstoffbedarf (COD) bestimmt werden. Die erhöhte Analyse-Zeitdauer, unzuverlässige simulierte Experimentalbedingungen und die toxische Natur von Abwässern beschränkt deren Nutzen und eine nachfolgende Entscheidung bezüglich der Auswahl einer geeigneten Behandlungsmethodik an Ort und Stelle.
Wahlmöglichkeiten bezüglich der Abwasserbehandlung können im allgemeinen in die folgenden Kategorien physikalisch, chemisch, biologisch und thermisch eingeteilt werden. Unter den vorgenannten Kategorien besitzen biologische Behandlungsverfahren aufgrund deren Potential, die organischen Schadstoffe in einfache und umweltsichere Verbindungen, wie Methan, Kohlenstoffdioxid und Wasser, die umweltfreundlich sind, abzubauen, einen Vorteil gegenüber den anderen. Die Bio-behandlung eines Abwassers kann durch Inokulation geeigneter mikrobieller Mikroorganismengemeinschaften bzw. mikrobieller Konsortien und Inkubieren entweder unter anaeroben oder aeroben Bedingungen durchgeführt werden. Unter aeroben Bedingungen verwenden die mikrobiellen Mikroorganismengemeinschaften, die in dem System vorliegen, den Sauerstoff und organische Verbindungen des Abwassers zur Energieerzeugung. Die Schadstoffkonzentration kann durch Berechnen der mikrobiellen Aktivität in dem Abwasser bewertet werden. Somit ist die mikrobielle Aktivität in Bezug auf die Atmung bzw. Respiration eine wichtige Indikation, um die Abwässer in verschiedene Biobehandelbarkeitsklassen zu kennzeichnen.

Verschiedene Versuche sind teilweise durchgeführt worden, um den organischen Gehalt von Industrieabwässern sowohl durch chemische als auch durch biologische Mittel derart zu bestimmen, daß das Abwasser charakterisiert wird, dessen Bioabbaubarkeit bewertet wird und die geeignete Option bezüglich des Behandlungsverfahrens gewählt wird [Rogers, K. R. und Williams, L. R. (1995) Trends Anal. Chem. 14; 289–294]. Der organische Gehalt eines Abwassers wird im allgemeinen in bezug auf die Menge an Sauerstoff, die zum Abbauen der organischen Schadstoffe erforderlich ist, ausgedrückt und wird entweder durch chemische oder biologische Mittel gemessen. Eine der Faustregeln, die zum Bewerten der Bioabbaubarkeitskriterien von Abwässern verwendet wird, ist das Verhältnis des biologischen Sauerstoffbedarfs (BOD) zu dem chemischen Sauerstoffbedarf (COD), welches üblicherweise ein Bruch ist. Ein niederer Wert des BOD/COD-Verhältnisses zeigt die Schwierigkeit hinsichtlich des biologischen Abbaus an, während ein hoher Wert die Zugänglichkeit der Abwässer für biologischen Abbau anzeigt.

Der biochemische Sauerstoffbedarf ist im allgemeinen ein Bioassay-Verfahren, welches die Bestimmung des in einem simulierten System unter vorbestimmten Standardbestimmungen verbrauchten Sauerstoffs beinhaltet. BOD wird in einer BOD-Flasche von 300 ml Fassungsvermögen bei 20°C für 5 Tage durch Entnahme geeigneter Teilmengen von Abwässern in Gegenwart eines Keims, entweder von Rohabwasser oder behandeltem Abwasser von Abwasserbehandlungsanlagen, und Nährstoffen. Die lange Zeitdauer zur Durchführung der Analyse, unzuverlässige simulierte experimentelle Bedingungen und die toxische Natur der Abwässer schränkt dessen Anwendung ein. In diesem Zusammenhang tritt COD auf, wenn organisches Material in dem Abwasser durch ein starkes Oxidationsmittel bei erhöhter Temperatur in saurer Umgebung oxidiert wurde. Dieser Test erfordert ungefähr 3 Stunden zur Analyse und ist nicht von der biologischen Umgebung abhängig. Jedoch hat dieses Verfahren seine eigenen Beschränkungen, wie unzuverlässige Genauigkeit, chemischen und energetischen Aufwand und Beseitigungsprobleme im Zuge der Erzeugung von sekundärem Abwasser, etc. Dieses Verfahren der BOD/COD-Charakterisierung eines Abwassers ist zeitaufwändig, erfordert eine Laboreinrichtung mit speziellen Instrumenten, um die erforderliche Temperatur konstant beizubehalten, und zudem den Eintrag von Chemikalien und Energie und kann daher im allgemeinen nicht unter Anwendungsbedingungen verwendet werden.

Die anderen Techniken bezüglich der Bioabbaubarkeit im Rahmen der Abwassercharakterisierung sind eine Messung von dessen Aufnahmeraten an anorganischer Stickstoffverbindung. Jedoch sind diese Verfahren nur für bestimmte Abwassertypen anwendbar. Darüberhinaus erfordern sie spezielle Instrumente bzw. Einrichtungen, um die entsprechenden anorganischen Verbindungen in den Abwässern zu messen. in jüngster Zeit sind Anstrengungen unternommen worden, eine bereits fortgeschrittene respirometrische Technik, das Hybridrespirometer, mit einer titrimetrischen Technik zu kombinieren und zwar mit beschränktem Erfolg [Vanrolleghem, P. A. und Spanjers, H. (1998) Wat. Sci. Technol., 37; 237–246]. Mehrere andere Wissenschaftler haben auch versucht, Biosensoren auf Basis von Mikroorganismen zu entwickeln, welche die Bestimmung der mikrobiellen Aktivität entweder spektrophotometrisch oder elektrochemisch beinhalten [Bains, W. (1994) Biosensors Bioelectronics., 9; 111–117; Corbisier, P., Thiry, E., und Diets, L. (1996) Environ. Toxicol. Water Qual., 11; 171–177; Silva, M. J., und Wong, J. L. (1995) Bioelectrochem. Bioener., 37; 141–148]. Die Nachteile bei all diesen Techniken sind lange Inkubationszeitdauern und geringes Anfangsansprechen, etc. [Rogers, K. R. und Koglin, E. N. (1997) in Biosensors for Direct Monitoring of Environmental Pollution in Field, (Herausgeber D. P. Nikolelis, U. J. Krull, J. Wang und M. Mascini) Kluwer Publishers, Boston, 335–349]. Darüberhinaus ist die Implementierung dieser Technologien zur Abwassercharakterisierung an Ort und Stelle nicht möglich [Koglin, E. N. und Williams, L. R. (1994) Trends. Anal. Chem. 13; 294–299]. Somit verspricht die Entwicklung einer verläßlichen Methode zur raschen Bestimmung des Sauerstoffs, der für den Bioabbau erforderlich ist, erheblichen Fortschritt im Umwelt-Monitoring.

CA 116: 200304 beschreibt ein Verfahren zur Immobilisierung von Abwasserbakterien in Pelletform, wobei die Abwasserbakterien in einem synthetischen Gel immobilisiert werden. JP 05 192 132 A beschreibt ein Verfahren zum Dehydratisieren von Abwasserbakterien, wobei die Bakterien zu fester Form bei einem Feuchtigkeitsgrad von bis zu 85% getrocknet werden. US 5,952,188 beschreibt eine wiederverwendbare immobilisierte Mikroorganismenzusammensetzung, wobei die Mikroorganismen in ein Immobilisierungsmittel eingeschlossen werden.

Aufgaben der Erfindung

Die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung von stabilen und wiederverwendbaren, bioempfindlichen Granulaten, die zur Messung der Biobehandelbarkeit von Abwässern verwendbar sind.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines kostengünstigen Verfahrens zur Bewertung der Biobehandelbarkeit von Abwässern.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen Arbeitskit für die wirksame Charakterisierung der Biobehandelbarkeit von Abwasser unter Anwendungsbedingungen bereitzustellen.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein stabiles und wiederverwendbares, bioempfindliches Granulat zur Bestimmung der bioabbaubaren Natur eines Abwassers bereitzustellen.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, Informationen bezüglich des Charakters des Austrags an Ort und Stelle bereitzustellen.

Es ist noch eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine umweltfreundliche Technik bereitzustellen, die keine Chemikalien zur Abwassercharakterisierung für die biologische Behandlung erfordert.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines raschen Verfahrens zur Bestimmung der Biobehandelbarkeit eines Abwassers.

Zusammenfassung der Erfindung

Demgemäß stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von stabilen und wiederverwendbaren, bioempfindlichen bzw. biosensorischer Granulaten, die zur Bewertung der Bioabbaubarkeit von Abwässern verwendbar sind, bereit, wobei das Verfahren das Entwickeln von aktiven aeroben Mikroorganismengemeinschaften in einem synthetischen Medium, das Abtrennen der aktiven aeroben mikrobiellen Mikroorganismengemeinschaften, das Immobilisieren der mikrobiellen Mikroorganismengemeinschaften unter Verwendung von natürlichem Polymer zur Bildung von bioempfindlichen Granulaten und das Dehydratisieren der immobilisierten bioempfindlichen Granulate bei 24–32°C für eine Zeitdauer von 4–12 Stunden unter Erhalten von stabilen bioempfindlichen Granulaten bzw. Granalien mit einem Feuchtigkeitsgrad von 5–30% umfaßt.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung von stabilen und wiederverwendbaren, bioempfindlichen Granulaten, die zur Bewertung der Biobehandelbarkeit von Abwasser verwendbar sind, welches umfaßt:

i. Auswählen einer Impfkultur bzw. Keimkultur aus Rohabwasser, Abwasserbehandlungsanlagen oder aktivierten Schlammeinheiten;
ii. Herstellen eines synthetischen Nährmediums,
iii. Inokulieren einer mikrobiellen Mikroorganismengemeinschaft in dem Medium;
iv. Inkubieren der mikrobiellen Microorganismengemeinschaft unter aerober Bedingung bei einer Luftströmung von etwa 5 ml/Minute bei etwa 28°C für eine Zeitdauer von 12–24 Stunden oder bis der Anteil an in der Flüssigkeit gemischten suspendierten Feststoffen (MLSS), („mixed liquor suspended solids") 14500–15500 mg/l auf Trockengewichtsbasis erreicht;
v. Abtrennen der aktiven aeroben Mikroorganismengemeinschaft durch Zentrifugieren bei der geeigneten Umdrehungszahl für 10–15 Minuten und bei einer Temperatur von etwa 28°C;
vi. Immobilisieren der mikrobiellen Mikroorganismengemeinschaft unter Verwendung einer wäßrigen Lösung von natürlichem Polymer durch jedwede bekannte Verfahren unter Erhalten von immobilisierten bioempfindlichen Kügelchen bzw. Beads;
vii. Abtrennen der bioempfindlichen Kügelchen durch Dekantieren der Lösung;
viii. Waschen der Kügelchen kräftig mehrere Male mit Wasser;
ix. Dehydratisieren der Kügelchen bei einer Temperatur in dem Bereich von 24–36°C für eine Zeitdauer von 2–20 Stunden unter Erhalten von stabilen bioempfindlichen Granalien bzw. Granulaten mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 5–30%;
x. Aktivieren der stabilen bioempfindlichen Granulate durch Inkubation in einer 2–5% (Gewicht/Volumen (w/v)) wäßrigen Lösung bei 28°C für 2–10 Stunden unter Erhalten aktiver stabiler bioempfindlicher Granulate;
xi. Abtrennen der aktiven Granulate von der Aktivierungslösung durch herkömmliche Verfahren.

In einer Ausführungsform der Erfindung wird die aerobe mikrobielle Mikroorganismengemeinschaft aus Rohabwasser, Abwasserbehandlungsanlagen oder aktivierten belüfteten Schlammeinheiten gesammelt.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht das verwendete synthetische Nährmedium aus (in Gramm/Liter): Glukose – 29–31; Ammoniumchlorid – 5,5–7,5; Kaliumdihydrogenorthophosphat – 1,5–3,5; Dikaliumorthophosphat – 0,5–1,5; Natriumbicarbonat – 4,5–5,5; Hefeextrakt – 0,5–1,5; Harnstoff – 0,3–0,7; un Trypton – 0,5–1,5.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der pH des hergestellten synthetischen Nährmediums auf etwa 7,0 unter Verwendung von 0,1 N Salzsäure oder 0,1 N Natriumhydroxid eingestellt.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird etwa 10% (w/v) der gesammelten mikrobiellen Mikroorganismengemeinschaft in dem synthetischen Nährmedium inokuliert.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das inokulierte synthetische Nährmedium durch Leiten von Luft mit einer Rate von etwa 5 ml/Minute belüftet.

In noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Nährmedium bei einer Temperatur von 24–32°C inkubiert.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Wachstum der aktiven aeroben mikrobiellen Mikroorganismengemeinschaft beendet bzw. terminiert, nachdem die in der Flüssigkeit gemischten suspendierten Feststoffe (MLSS) 14500–15500 mg/l erreicht haben.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die aktive aerobe mikrobielle Mikroorganismengemeinschaft von der Brühe unter Verwendung herkömmlicher Verfahren, ausgewählt aus Zentrifugierung, Absetzen und Dekantieren der überstehenden Flüssigkeit, abgetrennt.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die abgetrennte aktive aerobe mikrobielle Mikroorganismengemeinschaft unter Verwendung von 1–3% (w/v) Natriumalginat und 0,2 M Calciumchlorid-Lösung immobilisiert.

In noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die aktive aerobe mikrobielle Mikroorganismengemeinschaft zur Immobilisierung im Bereich von 3–5% (w/v) verwendet, um immobilisierte bioempfindliche Granalien bzw. Granulate zu erhalten.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die hergestellten immobilisierten bioempfindlichen Granulate für 12–24 Stunden bei 4°C in 0,2 M Calciumchloridlösung inkubiert.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die hergestellten immobilisierten bioempfindlichen Granulate von der Calciumchloridlösung durch Dekantieren der wäßrigen Flüssigkeit abgetrennt.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die immobilisierten bioempfindlichen Granulate bei 24–32°C für einen Zeitraum von 2–20 Stunden unter Erhalten stabiler bioempfindlicher Granulate mit 5–30% Feuchtigkeitsgehalt dehydratisiert.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die stabilen bioempfindlichen Granulate für 2–10 Stunden in 2–5% (w/v) Glucoselösung bei 24–32°C unter Erhalten aktiver stabiler bioempfindlicher Granulate inkubiert.

In noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die stabilen bioempfindlichen Granulate von dem Aktivierungsmedium durch Ablassen bzw. Entwässern der Lösung abgetrennt.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der Gehalt an restlichem gelösten Sauerstoff in dem Abwasser unter Verwendung einer Sauerstoffprobe bzw. -sonde vor und 2–6 Stunden nach Zugabe der aktiven stabilen bioempfindlichen Granulate in dem Bereich von 2–5% (w/v) gemessen.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Bestimmung der Biobehandelbarkeit eines Abwassers unter Verwendung der bioempfindlichen Granulate bzw. Granalien gemäß Anspruch 1, wobei das Abwasser als hoch biobehandelbar charakterisiert wird, wenn die Verbrauchsrate an gelöstem Sauerstoff durch die aktivierten bioempfindlichen Granulate mehr als 2 mg/l beträgt, mittel biobehandelbar, wenn die Sauerstoffverbrauchsrate zwischen 1,0–2,0 mg/l liegt, und gering biobehandelbar, wenn die Sauerstoffverbrauchsrate weniger als 1,0 mg/l beträgt.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Die bioempfindlichen Granulate der vorliegenden Erfindung sind mechanisch fest und biologisch aktiv und können zur Bewertung der Bioabbaubarkeit des Abwassers innerhalb von 2–4 Stunden bei einer Temperatur im Bereich von 24–32°C ohne das Einbeziehen von BOD-Instrumenten oder COD-Analyse angewendet werden.

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung beinhaltet die Herstellung eines stabilen und wiederverwendbaren bioempfindlichen Granulats und dessen Verwendung zur Bewertung der Biobehandelbarkeit von Abwässern. Die Impf- bzw. Keimkultur wird aus Rohabwasser, einer Abwasserbehandlungsanlage oder einer aktivierten Schlammeinheit ausgewählt. Es wird ein synthetisches Nährmedium hergestellt, bestehend aus (in g/l): Glucose – 30,0; Ammoniumchlorid – 6,5; Kaliumdihydrogenorthophosphat – 2,5; Dikaliumhydrogenorthophosphat – 1,0; Natriumbicarbonat – 5,5; Hefeextrakt – 1,0; Harnstoff – 0,5 und Trypton – 1,0 bei pH 7,0 unter lufthaltigen Bedingungen bei einer Luftströmung von 5 ml/Minute bei 28°C für eine Zeitdauer von 12–24 Stunden oder bis die in der Flüssigkeit gemischten suspendierten Feststoffe (MLSS) 14500–15500 mg/l auf Trockengewichtsbasis erreichen. Die resultierende aktive aerobe mikrobielle Mikroorganismengemeinschaft wurde durch Zentrifugierung bei einer entsprechenden Umdrehungszahl, vorzugsweise 10000 Upm, für 10–15 Minuten bei 28°C abgetrennt. Die mikrobielle Mikroorganismengemeinschaft wird unter Verwendung einer wäßrigen Lösung von natürlichem Polymer durch bekannte Verfahren unter Erhalten immobilisierter mikrobieller bioempfindlicher Kügelchen bzw. Beads immobilisiert. Diese Kügelchen werden durch Dekantieren der Lösung abgetrennt und mehrere Male mit Wasser kräftig gewaschen und bei einer Temperatur in dem Bereich von 24–36°C für einen Zeitraum von 2–20 Stunden unter Erhalten stabiler bioempfindlicher Granulate mit einer Feuchtigkeit in dem Bereich von 5–30% dehydratisiert.

Die stabilen und wiederverwendbaren bioempfindlichen Granulate der vorliegenden Erfindung sind granuläre kugelförmige Teilchen mit einem Durchmesser von 0,3–1,0 mm, schwarz in der Farbe, feste, robuste Teilchen, welche in wäßrigem oder organischem Medium unlöslich sind. Diese Granulate weisen intrinsische Fähigkeit auf, Wassermoleküle zu absorbieren oder desorbieren. Diese stabilen Granulate werden durch Inkubieren in 2–5% (w/v) wäßriger Lösung bei 28°C für 3–10 Stunden aktiviert, um aktive stabile bioempfindliche Granulate zu erhalten. Diese aktiven Granulate werden von der Aktivierungslösung durch herkömmliche Verfahren abgetrennt. Verschiedene Typen industrieller Abwässer werden von Industrieanlagen gesammelt und bei etwa 1–5% (w/v) inkubiert, um aktive stabile bioempfindliche Granulate zu erhalten. Der in dem Abwasser gelöste Sauerstoff wird vor der Zugabe der aktivierten bioempfindlichen Granulate gemessen und wiederum nach 2 Stunden der Granulatzugabe.

Die Quelle für die aktive aerobe mikrobielle Mikroorganismengemeinschaft ist Rohabwasser oder eine Abwasserbehandlungsanlage oder eine belüftete Schlammbehandlungseinheit.

Das synthetische Medium, das zum Wachsen der gesammelten aktiven aeroben mikrobiellen Mikroorganismengemeinschaft verwendet wird, besteht aus (in g/l): Glucose – 30,0; Ammoniumchlorid – 6,5; Kaliumdihydrogenorthophosphat – 2,5; Dikaliumhydrogenorthophosphat – 1,0; Natriumbicarbonat – 5,5; Hefeextrakt – 1,0; Harnstoff – 0,5 und Trypton – 1,0 bei pH von 7,0 ±, hergestellt unter belüfteten Bedingungen bei einer Luftströmung von 5 ml/Minute bei 28°C für eine Zeitdauer von 12–24 Stunden oder bis die in der Flüssigkeit gemischten suspendierten Feststoffe (MLSS) 14500–15500 mg/l auf einer Trockengewichtsbasis erreichen.

Vorzugsweise werden die bioempfindlichen Granulate durch Mischen der mikrobiellen Mikroorganismengemeinschaft von in der Flüssigkeit gemischten suspendierten Feststoffen (MLSS) 600–8500 mg/l in 2% (w/v) Lösung von natürlichem oder synthetischem Polymer, bis es ein einheitliches Gemisch wird, hergestellt. Diese Aufschlämmung wird in eine 0,2 M Härtungslösung in der Form von Tröpfchen unter Verwendung einer peristaltischen Pumpe getropft, um eine einheitliche Granulatgröße von 1,0–1,5 mm im Durchmesser zu erhalten. Diese Granulate werden bei 4°C in 0,2 M Härtungslösung über Nacht gehärtet und zweimal mit Wasser gewaschen und anschließend bei Raumtemperatur getrocknet.

Verschiedene Industrieabwässer von üblichen Abwasserbehandlungsanlagen, hauptsächlich bestehend aus Abwässern der chemischen Industrie, Abwässern der Textilindustrie, die hauptsächlich aus H-Säure bestehen, und Abwasser aus Industrien, welche die Extraktion von Naturprodukten von Pflanzen beinhalten, werden in Flaschen bzw. Behältern zum Zweck der vorliegenden Erfindung gesammelt. Die gesammelten Abwässer werden auf deren Bedarf an chemischem Sauerstoff und Bedarf an biologischem Sauerstoff, unter Verwendung klassischer Methoden, charakterisiert.

Beispiel 1:
Die Konzentrationsangabe "M" bezieht sich auf Mol/l.
Herstellung eines stabilen bioempfindlichen Granulats:
Die aktive aerobe mikrobielle Mikroorganismengemeinschaft wurde aus einer Abwasserbehandlungsanlage gesammelt. Es wurde das synthetische Nährmedium hergestellt, bestehend aus den folgenden Bestandteilen (in g/l): Glukose – 30,0; Ammoniumchlorid – 6,5; Kaliumdihydrogenorthophosphat – 2,5; Dikaliumhydrogenorthophosphat – 1,0; Natriumbicarbonat – 5,5; Hefeextrakt - 1,0; Harnstoff – 0,5 und Trypton – 1,0. Der pH des synthetischen Mediums wurde auf 7,0 unter Verwendung von 0,1 N Salzsäure oder 0,1 N Natriumhydroxidlösung eingestellt. Die gesammelte mikrobielle Mikroorganismengemeinschaft wurde in dem synthetischen Nährmedium inokuliert und unter aeroben Bedingungen bei einer Luftströmung von 5 ml/Minute inkubiert, bis die MLSS 15500 mg/l auf Trockengewichtsbasis bei 28°C erreichte. Die aktive mikrobielle Mikroorganismengemeinschaft wurde durch Zentrifugierung bei 10000 Upm für 10 Minuten bei 28°C abgetrennt, und die Aufschlämmung von aktiver mikrobieller Mikroorganismengemeinschaft wurde unter Verwendung von 4% (w/v) aktiver mikrobieller Mikroorganismengemeinschaft und 2% (w/v) Natriumalginatlösung in Wasser hergestellt. Diese Aufschlämmung wurde anschließend in der Form von Tröpfchen in 0,2 M Calciumchloridlösung getropft, und die immobilisierten bioempfindlichen Kügelchen wurden weiter in der gleichen Lösung für die Zeitdauer von 18 Stunden bei 4°C inkubiert. Die Kügelchen wurden dann durch Ablassen der Calciumchloridlösung abgetrennt und wiederholt mehrere Male mit Wasser gewaschen. Die immobilisierten bioempfindlichen Kügelchen wurden anschließend bei 28°C für 12 Stunden unter Erhalten stabiler bioempfindlicher Granulate dehydratisiert.
Beispiel 2:
Die aktive aerobe mikrobielle Mikroorganismengemeinschaft wurde aus einer Schmutzwasserbehandlungsanlage gesammelt. Es wurde das synthetische Nährmedium hergestellt, bestehend aus den folgenden Bestandteilen (in g/l): Glukose – 30,0; Ammoniumchlorid – 6,5; Kaliumdihydrogenorthophosphat – 2,5; Dikaliumhydrogenorthophosphat – 1,0; Natriumdicarbonat – 5,5; Hefeextrakt – 1,0; Harnstoff 0,5 und Trypton 1,0. Der pH des synthetischen Mediums wurde auf 7,0 unter Verwendung von 0,1 N Salzsäure oder 0,1 N Natriumhydroxidlösung eingestellt. Die gesammelte mikrobielle Mikroorganismengemeinschaft wurde in dem synthetischen Nährmedium inokuliert und unter aeroben Bedingungen bei einer Luftströmung von 5 ml/Minute inkubiert, bis die MLSS 14500 mg/l auf Trockengewichtsbasis bei 30°C erreichte. Die aktive mikrobielle Mikroorganismengemeinschaft wurde durch Zentrifugieren abgetrennt. Die Aufschlämmung von aktiver mikrobieller Mikroorganismengemeinschaft wurde unter Verwendung von 5% (w/v) aktiver mikrobieller Mikroorganismengemeinschaft und 4% (w/v) Natriumalginatlösung in Wasser hergestellt. Diese Aufschlämmung wurde anschließend in der Form von Tröpfchen in 0,2 M Calciumchloridlösung getropft, und die immobilisierten bioempfindlichen Kügelchen wurden weiter in der gleichen Lösung für eine Zeitdauer von 12 Stunden bei 4°C inkubiert. Die Kügelchen wurden anschließend durch Ablassen der Calciumchloridlösung abgetrennt und mehrere Male wiederholt mit Wasser gewaschen. Die immobilisierten bioempfindlichen Kügelchen wurden anschließend bei 24°C für 18 Stunden unter Erhalten eines stabilen bioempfindlichen Granulats dehydratisiert.
Beispiel 3:
Eine aktive mikrobielle Mikroorganismengemeinschaft wurde aus Rohabwasser gesammelt. Es wurde das synthetische Nährmedium hergestellt, bestehend aus folgenden Bestandteilen (in g/l): Glukose – 30,0; Ammoniumchlorid – 6,5; Kaliumdihydrogenorthophosphat – 2,5; Dikaliumhydrogenorthophosphat – 1,0; Natriumdicarbonat – 5,5; Hefeextrakt – 1,0; Harnstoff – 0,5 und Trypton – 1,0. Der pH des synthetischen Mediums wurde auf 7,0 unter Verwendung von 0,1 N Salzsäure oder 0,1 N Natriumhydroxidlösung eingestellt. Die gesammelte mikrobielle Mikroorganismengemeinschaft wurde in dem synthetischen Nährmedium inokuliert und unter aeroben Bedingungen bei einer Luftströmung von 5 ml/Minute inkubiert, bis die MLSS 15000 mg/l auf Trockengewichtsbasis bei 28°C erreichte. Die aktive mikrobielle Mikroorganismengemeinschaft wurde durch Zentrifugieren bei 5000 Upm für 15 Minuten bei 28°C abgetrennt, und die Aufschlämmung von aktiver mikrobieller Mikroorganismengemeinschaft wurde unter Verwendung von 5% (w/v) aktiver mikrobieller Mikroorganismengemeinschaft und 1 % (w/v) Natriumalginatlösung in Wasser hergestellt. Diese Aufschlämmung wurde anschließend in der Form von Tröpfchen in 0,2 M Calciumchloridlösung eingetropft, und die immobilisierten bioempfindlichen Kügelchen wurden weiter in der gleichen Lösung für eine Zeitdauer von 24 Stunden bei 4°C inkubiert. Die Kügelchen wurden anschließend durch Ablassen der Calciumchloridlösung abgetrennt und mehrere Male wiederholt in Wasser gewaschen. Die immobilisierten bioempfindlichen Kügelchen wurden anschließend bei 30°C für 18 Stunden unter Erhalten stabiler bioempfindlicher Granulate dehydratisiert.
Beispiel 4:
Charakterisierung der bioempfindlichen Granulate unter Verwendung von synthetischem Medium
Die BOD und COD des synthetischen Mediums wurde unter Verwendung von Standardverfahren, vorbeschrieben durch die American Public Health Association (APHA) (1967) Standardverfahren zur Überprüfung von Wasser und Abwasser, Washington, DC., bestimmt. 300 ml dieses synthetischen Mediums wurden in eine Standard-BOD-Flasche aufgenommen und zu diesem wurden 0,2 g aktivierter bioempfindlicher Granulate (BSG) zugegeben. Die Konzentration an gelöstem Sauerstoff in der Lösung wurde bei Raumtemperatur unter Verwendung einer eingetauchten Sauerstoffsonde gemessen.
Beispiel 5:
Charakterisierung von üblichem Industrieabwasser unter Verwendung bioempfindlicher Granulate
Ein Abwasser wurde aus einer üblichen Abwasserbehandlungsanlage gesammelt, welches aus dem Austrag von verschiedenen Industrien bestand. Das Abwasser wurde für COD und BOD₅ gemäß dem Verfahren, beschrieben durch American Public Health Association (AHPA) (1967) Standard Methods for Examination of Water and Wastewater, Washington, DC., charakterisiert.
In einer BOD-Flasche wurden 300 ml des vorgenannten Abwassers aufgenommen und zu diesem 0,2 g der aktivierten bioempfindlichen Granalien zugegeben. Der in der Flasche gelöste Sauerstoff wurde bestimmt und zwar bei Raumtemperatur, anfänglich und nach zwei Stunden durch Verwendung einer eingetauchten Sauerstoffsonde.
Beispiel 6:
Charakterisierung von Abwasser aus der Textilindustrie unter Verwendung von bioempfindlichen Granulaten
Es wurde ein Abwasser aus der Textilindustrie, das hauptsächlich aus H-Säure bestand, gesammelt und bezüglich COD und BOD₅, basierend auf dem Verfahren, vorbeschrieben durch AHPA (1967) Standard Methods for Examination of Water and Wastewater, Washington, DC., charakterisiert. In einer BOD-Flasche wurden 300 ml des H-Säure-Abwassers aufgenommen und zu diesem 0,2 g aktivierte bioempfindliche Granalien zugegeben. Der in der Flasche gelöste Sauerstoff wurde anfänglich und nach zwei Stunden bei Raumtemperatur, unter Verwendung einer eingetauchten Sauerstoffsonde, gemessen.
Beispiel 7:
Charakterisierung von Industrieabwasser unter Verwendung von bioempfindlichen Granalien bzw. Granulaten
Das Abwasser einer Industrieanlage, welche die Extraktion von natürlichen Pflanzenprodukten beinhaltete, wurde gesammelt und für verschiedene Parameter wie COD und BOD₅ unter Verwendung von AHPA (1967) Standard Methods for Examination of Water and Wastewater, Washington, DC. analysiert. In einer BOD-Flasche wurden 300 ml des vorstehenden Abwassers aufgenommen und zu diesem wurden 0,2 g aktivierte bioempfindliche Granalien zugegeben. Der gelöste Sauerstoff in der Flasche wurde anfänglich und nach zwei Stunden, unter Verwendung einer eingetauchten Sauerstoffsonde, bei Raumtemperatur gemessen.
Vorteile der Erfindung:
Die Hauptvorteile der Erfindung sind:

1. Die vorliegende Erfindung stellt eine rasche Methodik zur Charakterisierung eines Abwassers für dessen Biobehandelbarkeit bereit.
2. Die hergestellten stabilen bioempfindlichen Granalien können bei Raumtemperatur für eine längere Zeitdauer ohne Aktivitätsverlust gelagert werden.
3. Die hergestellten stabilen bioempfindlichen Granalien können mehrere Male zur Bestimmung der Biobehandelbarkeit eines Abwassers wiederverwendet werden.
4. Die hergestellten bioempfindlichen Granalien sind befähigt, in situ verwendet zu werden.
5. Die hergestellten bioempfindlichen Granalien sind leicht zu verwenden und erfordern keinen speziellen und/oder geschickten Aufwand für deren Verwendung.
6. Die hergestellten bioempfindlichen Granalien der vorliegenden Erfindung gestalten die Bestimmung der Biobehandelbarkeit von Abwässern kostengünstig.
7. Die vorliegende Erfindung zur Bestimmung der Biobehandelbarkeit von Abwässern durch stabile bioempfindliche Granulate liefert eine einfache und simple Technik zur Charakterisierung von Abwasser auf dessen Biobehandelbarkeit.
8. Die vorliegende Erfindung zur Bestimmung der Biobehandelbarkeit von Abwässern durch stabile bioempfindliche Granulate erfordert minimale Vorsicht.
9. Die vorliegende Erfindung zur Bestimmung der Biobehandelbarkeit von Abwässern durch stabile bioempfindliche Granalien bzw. Granulate kann für die rasche Entwicklung von biologisch abbaubarem organischem Anteil in dem Abwasser verwendet werden.
10. Die vorliegende Erfindung zur Bestimmung der Biobehandelbarkeit von Abwässern durch stabile bioempfindliche Granulate erfordert keine zusätzlichen Einträge von Chemikalien zur Charakterisierung des Abwassers.
11. Die Erfindung ist zur Bewertung von großen Proben in einer kurzen Zeit verwendbar.
12. Jedwedes Abwasser kann unter Verwendung der erfindungsgemäßen stabilen bioempfindlichen Granulate charakterisiert werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung von stabilen und wiederverwendbaren bioempfindlichen Granulaten, die zur Bewertung der Bioabbaubarkeit von Abwässern verwendbar sind, wobei das Verfahren das Entwickeln einer aktiven aeroben mikrobiellen Mikroorganismengemeinschaft in einem synthetischen Medium, das Abtrennen der aktiven aeroben mikrobiellen Mikroorganismengemeinschaft, das Immobilisieren der mikrobiellen Mikroorganismengemeinschaft unter Verwendung eines natürlichen Polymers unter Bildung bioempfindlicher Granulate und das Dehydratisieren der immobilisierten bioempfindlichen Granulate bei 24–32°C für eine Zeitdauer von 4–12 Stunden unter Erhalten eines stabilen bioempfindlichen Granulats mit einem Feuchtigkeitsgrad von 5–30% umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 1, umfassend i. Auswählen einer Keimkultur aus Rohabwasser, Abwasserbehandlungsanlagen oder aktivierten Schlammeinheiten; ii. Herstellen eines synthetischen Nährmediums, iii. Inokulieren einer mikrobiellen Mikroorganismengemeinschaft in dem Medium; iv. Inkubieren der mikrobiellen Mikroorganismengemeinschaft unter aerober Bedingung bei einer Luftströmung von etwa 5 ml/Minute bei etwa 28°C für eine Zeitdauer von 12–24 Stunden oder bis der Anteil an in der Flüssigkeit gemischten suspendierten Feststoffen (MLSS) 14500–15500 mg/l auf Trockengewichtsbasis erreicht; v. Abtrennen der aktiven aeroben Mikroorganismengemeinschaft durch Zentrifugieren bei der geeigneten Umdrehungszahl für 10–15 Minuten und bei einer Temperatur von etwa 28°C; vi. Immobilisieren der mikrobiellen Mikroorganismengemeinschaft unter Verwendung einer wäßrigen Lösung von natürlichem Polymer durch bekannte Verfahren unter Erhalten von immobilisierten bioempfindlichen Kügelchen; vii. Abtrennen der bioempfindlichen Kügelchen durch Dekantieren der Lösung; viii. Waschen der Kügelchen kräftig mehrere Male mit Wasser; ix. Dehydratisieren der Kügelchen bei einer Temperatur in dem Bereich von 24–36°C für eine Zeitdauer von 2–20 Stunden unter Erhalten von stabilen bioempfindlichen Granulaten mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 5–30%; x. Aktivieren der stabilen bioempfindlichen Granulate durch Inkubation in einer 2–5% (w/v) wäßrigen Lösung bei 28°C für 2–10 Stunden unter Erhalten aktiver stabiler bioempfindlicher Granulate; xi. Abtrennen der aktiven Granulate von der Aktivierungslösung durch herkömmliche Verfahren.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die aerobe mikrobielle Mikroorganismengemeinschaft aus Rohabwasser, Abwasserbehandlungsanlagen oder aus aktivierten belüfteten Schlammeinheiten gesammelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das synthetische Nährmedium (in g/l) aus: Glucose – 29–31; Ammoniumchlorid – 5,5–7,5; Kaliumdihydrogenorthophosphat – 1,5–3,5; Dikaliumhydrogenorthophosphat – 0,5–1,5; Natriumbicarbonat – 4,5–5,5; Hefeextrakt – 0,5–1,5; Harnstoff – 0,30,7 und Trypton – 0,5–1,5 besteht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der pH des hergestellten synthetischen Nährmediums auf etwa 7,0 unter Verwendung von 0,1 N Salzsäure oder 0,1 N Natriumhydroxid eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei etwa 10% (w/v) der gesammelten mikrobiellen Mikroorganismengemeinschaft in dem synthetischen Nährmedium inokuliert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das inokulierte synthetische Nährmedium durch Leiten von Luft mit einer Rate von etwa 5 ml/Minute belüftet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Nährmedium bei einer Temperatur von 24–32°C inkubiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Wachstum der aktiven aeroben mikrobiellen Mikroorganismengemeinschaft terminiert wird, nachdem die in der Flüssigkeit gemischten suspendierten Feststoffe (MLSS) 14500–15500 mg/l erreicht haben.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die aktive aerobe mikrobielle Mikroorganismengemeinschaft von der Brühe unter Verwendung herkömmlicher Verfahren, ausgewählt aus Zentrifugieren, Absetzen und Dekantieren der überstehenden Lösung, abgetrennt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die abgetrennte aktive aerobe mikrobielle Mikroorganismengemeinschaft unter Verwendung von 1–3% (w/v) Natriumalginat und 0,2 M Calciumchloridlösung immobilisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die aktive aerobe mikrobielle Mikroorganismengemeinschaft zur Immobilisierung in dem Bereich von 3–5% (w/v) verwendet wird, um ein immobilisiertes bioempfindliches Granulat zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das hergestellte immobilisierte bioempfindliche Granulat für 12–24 Stunden bei 4°C in 0,2 M Calciumchloridlösung inkubiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das hergestellte immobilisierte bioempfindliche Granulat von der Calciumchloridlösung durch Dekantieren der wäßrigen Flüssigkeit abgetrennt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das immobilisierte bioempfindliche Gra nulat bei 24–32°C für eine Zeitdauer von 2–20 Stunden unter Erhalten eines stabilen bioempfindlichen Granulats mit 5–30% Feuchtigkeitsgehalt dehydratisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das stabile bioempfindliche Granulat für 2–10 Stunden in 2–5% (w/v) Glucoselösung bei 24–32°C unter Erhalten eines aktiven stabilen bioempfindlichen Granulats inkubiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das stabile bioempfindliche Granulat von dem Aktivierungsmedium durch Entwässern der Lösung abgetrennt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Gehalt an restlichem gelösten Sauerstoff des Abwassers unter Verwendung einer Sauerstoffsonde vor und 2–6 Stunden nach Zugabe des aktiven stabilen bioempfindlichen Granulats in dem Bereich von 2–5% (w/v) gemessen wird.
Verfahren zur Bestimmung der Biobehandelbarkeit eines Abwassers unter Verwendung des bioempfindlichen Granulats nach Anspruch 1, wobei das Abwasser als hoch biobehandelbar charakterisiert wird, wenn die Verbrauchsrate an gelöstem Sauerstoff durch das aktivierte bioempfindliche Granulat mehr als 2 mg/l beträgt, mittel biobehandelbar, wenn die Sauerstoffverbrauchsrate zwischen 1,0–2,0 mg/l beträgt, und wenig biobehandelbar, wenn die Sauerstoffverbrauchsrate weniger als 1,0 mg/l beträgt.