DE2259788A1

DE2259788A1 - Verfahren und vorrichtung zum behandeln von abwaessern

Info

Publication number: DE2259788A1
Application number: DE2259788A
Authority: DE
Inventors: John Robin Hulls
Original assignee: Bio Kinetics Inc
Current assignee: Bio Kinetics Inc
Priority date: 1971-12-06
Filing date: 1972-12-06
Publication date: 1973-06-14
Also published as: IT975952B; FR2162465B1; CA1012081A; FR2162465A1; NL7215774A; JPS4864754A; GB1410797A

Description

Dipl.-Ing. H. MITSCHERLICH ε M3NCHEN

Dipl.-lng. K. GUNSCHMANN ShirrforWnifc 10

Dr. rer. not. W. KÖRBER
Dipl.-lng. J. SCHMIDT-EVERS

PATENTANWÄLTE

6. Dezember 1972

BIO-KIIiETIGS INC,

Building E¹, Second Floor

Redwood Highway

San Rafael, California, V.St.A.

P atentanme1dung

Verfahren und Vorrichtung zum Behandeln von Aby/ässern

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Vorrich tungen zum Züchten einzelliger und ähnlicher Algen unter Verwendung eines organischen Abfallstoffes und daraus gewonnenen Kährmediums, das einen Phosphorträger und einen Stickstoffträger enthält, und sie betrifft insbesondere Verfahren und Vorrichtungen zum Schützen der Umwelt gegen Verunreinigung, bei denen einzellige und ähnliche Algen, die eine gute Proteinquelle bilden, unter Verwendung Stickstoff- und proteinhaltiger wäßriger Abfallstoffe, z.B. von städtischen Abwässern, der Abwässer von Konserven fabriken und dergleichen, auf eine solche Weise gezüchtet werden, daß man gereinigtes Wasser, eine Algenmasse von hohem Proteingehalt und in die Atmosphäre übertretenden freien Sauerstoff erhält. I'erner ist durch die Erfindung eine Vorrichtung der genannten Art geschaffen worden, die es auf besonders vorteilhafte Weise ermöglicht, Algen und Nährstoffe miteinander zu mischen und jeweils einen Teil des Gemisches intermittierend der Wirkung von licht auszusetzen.

Das Vermeiden von verunreinigungen bildet einen sehr wichtigen L'aktor für die Aufrechterhaltung des Gleichgewichts in der iiatur. Es stehen bereits viele Verfahren

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zur Verfügung, die es ermöglichen, z.B. städtische Ib- ...-■■ wasser zu reinigen bzw. zu klären; hierzu gehören sowohl einfache primäre Behandlungsverfahren als auch komplizier _x te biologische und chemische primäre, sekundäre oder tertiäre Verfahren, wie sie in den Vereinigten Staaten von Amerika z.B. in einer Versuchsanlage des Tahoe Public Utilities Department angewendet werden. Alle diese Verfahren konzentrieren sich in erster Linie auf die Beseitigung von Abfallstoffen mit biologischem Sauerstoffbedarf. Hierbei handelt es sich somit um Abfallstoffe, die Sauerstoff benötigen und daher dem Wasser den Sauerstoff entziehen.

Zwar trägt bereits jeder Versuch, Abwasser zu klären, zum Schutz der Umwelt bei, doch genügt die einfache Beseitigung von Schadstoffen nicht zur Aufrechterhaltung des ökologischen Gleichgewichts. In der Praxis kann das Einleiten bestimmter Abwasser in Flüsse und Seen zu vorteilhaften Wirkungen führen. In manchen Fällen hat die sogenannte "thermische" Verunreinigung zu einer Vermehrung des Bestandes an Porellen geführt. Jedoch üben die meisten Abwässer schädliche Wirkungen auf die Umgebung, insbesondere das Wasser, aus. In jedem Fall ist es erforderlich, sich Klarheit über die ökologische Gesamtwirkung einer Behandlung von Abwässern zu verschaffen. Im Idealfall soll jedes angewendete Reinigungsverfahren bewirken, daß die Abfallstoffe der Umgebung auf eine möglichst unschädliche "Meise wieder zugeführt werden, und daß gleichzeitig ein möglichst großer Anteil der Abfallstoffe mit extrahiert oder in eine praktisch verwendbare Form gebracht wird.

Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, eine abgeglichene Verarbeitung von Abfallstoffen in der Weise zu ermöglichen, daß nicht nur reines wasser anfällt, sondern daß aus den Abfallstoffen Protein gewonnen wird, daß Sauerstoff in erheblichen Mengen erzeugt und an die Atmosphäre abgegeben wird, daß sich die Behandlung von AbfalLstoft'en mit einem möglichst ff;ringen Aufwand an Material-, Anlage- und Betriebskonten unter gleichzeitiger- Gewinnung einer

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maximalen Menge praktisch verwendbarer Stoffe durchführen läßt, und daß es möglich ist, aus Abwässern gereinigtes bzw. geklärtes Wasser zu gewinnen, das nach einer Chlorierung als Trinkwasser, Kühlwasser für industrielle Zwecke oder zur Bewässerung verwendbar ist oder gefahrlos dem Grundwasser zugeführt werden kann.

Genauer gesagt ist durch die Erfindung ein Verfahren geschaffen worden, das es ermöglicht, einzellige und ähnliche Algen zu züchten' und gleichzeitig verunreinigtes Wasser zu klären. Hierbei wird als Nährmedium stickstoffhaltiges Abwasser, z.B. das Abwasser von"Eonservenfabriken oder das bei anderen Arten der Verarbeitung von Nahrungsmitteln anfallende Abwasser, Kanalisationswasser oder dergleichen verwendet. Insbesondere ist durch die Erfindung ein Verfahren geschaffen worden, bei dem ein Gemisch aus Algen und Abfallstoffen auf eine bestimmte Weise der Einwirkung von Licht ausgesetzt wird, um eine außerordentlich hohe Wachstumsgeschwindigkeit der Algen zu erzielen. Außerdem sind durch die Erfindung Vorrichtungen und vollständige Anlagen geschaffen worden, die es ermöglichen, die genannten Wirkungen zu erzielen.

Schließlich ist durch die Erfindung ein Verfahren geschaffen worden, das es ermöglicht, auf der Basis von Abfallstoffen einzelliges Protein zu züchten. Durch das Züchten einzelliger oder ähnlicher Algen unter geregelten Bedingungen wird bei einer aus Zellen bestehenden Bio- . masse in einer sich selbst regelnden, kontinuierlich arbeitenden Kultur eine logarithmische Wachstumsgesehwindigkeit aufrechterhalten. Unter diesen Bedingungen verbrauchen die Algen einen sehr hohen Prozentsatz der in dem ?/asser enthaltenen Abfallstoffe, und hierbei synthetisieren sie in der Biomasse Protein, wodurch das Wasser gleichzeitig geklärt wird.

Gemäß der E_rfindung werden einzellige oder ähnliche Algen einem Nährstoffe enthaltenden Abfallstoff beigemischt, der Stickstoff und Phosphor liefert, wodurch das Wachstum

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der Algen in einem wäßrigen Medium gefördert wird, so daß eine Biomasse oder Wachstumszone entsteht. Den Algen wird das Abwasser jeweils in einer Menge beigemischt, die ausreicht, um unter der geregelten Einwirkung von Licht ein schnelles Wachstum der Algen aufrechtzuerhalten· Die Einwirkung des Lichtes auf die Biomasse wird auf vorbestimmte Weise so geregelt, daß ein schnelles Wachstum der Algen und ein schneller Verbrauch der Abfallstoffe gewährleistet werden. Der Anlage können ein Algenprodukt und geklärtes Wasser getrennt entnommen werden. Bei einem besonders vorteilhaften Verfahren wird das Gemisch intermittierend der Wirkung, von Licht ausgesetzt, d»h. Belichtungsperioden wechseln mit Dunkelheitsperioden ab. Die Kasse, in der sich die Beaktion abspielt, wird ständig in Bewegung gehalten, und zwar zweckmäßig durch Einleiten von Luft, und hierbei erweist es sich als vorteilhaft, der Biomasse zusätzlich Kohlensäure zuzuführen, um das Wachstum der Algen anzuregen.

Bei den verwendeten Abwässern kann es sich um städtische Abwässer oder um die Abwässer von Konservenfabriken oder um Abwasser handeln, die bei anderen Prozessen zum Verarbeiten von Nahrungsmitteln anfallen. Hierbei erweisen sich jedoch städtische Abwasser als besonders brauchbar, da sie Stickstoff und Phosphor enthalten, wobei der Phosphor in vielen Fällen aus den in Haushalten verwendeten Deter-r gentien stammt, sowie Spurenelemente wie Calcium und Magnesium, die in natürlichem Leitungswasser gewöhnlich vorhanden sind. Jedoch ist es auch möglich, andere stickstoff- oder proteinhaltige Abwasser zu verwenden, umd im Kahmeη der Erfindung ist ferner daran gedacht, zusätzliche luengen von Stickstoff, Phosphor und Kalium zu verwenden, wenn das Abwasser diese Stoffe nicht in Mengen enthält, die ausreichen, um die gewünschte Wachstumsgeschwindigkeit der Algen aufrechtzuerhalten· Beispielsweise kann man dem Abwasser Phosphor in Form einer wasserlöslichen Verbindung beifügen, z.B. ein Ivie tall salz einer Phosphorsäure, beispiels-

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weise ein wasserlösliches Orthophosphat eines Alkalimetall oder Ammonium, insbesondere Kaliumwasserstoffphosphat. Auch Phosphatkunstdünger in flüssiger Form erweisen sich als vorteilhaft.' Der Stickstoff kann in Form einer festen Stickstoffverbindung beigefügt werden, zweckmäßig in Gestalt von Harnstoff oder aus Protein.

Bei den im Kahmen der Erfindung verwendbaren Algen handelt es sich um mikroskopische Algen, die als einzelne Zellen oder kleine Gruppen von Zellen existieren und daher im folgenden auch als "einzellige Algen" bezeichnet werden. Fadenförmige mikroskopische Algen sind zwar auch brauchbar, doch erweisen sie sich als weniger vorteilhaft als die einzelligen Algen, da ihre Wachstumsgeschwindigkeit dadurch begrenzt wird, daß die Fäden zerrissen werden. Zu den gemäß der Erfindung brauchbaren einzelligen Algen gehören Chlorophyta, Euglenophyta, Christophyta, Pyrrophyta, Cyanophyta und Ehodophyta. Diese Algen sind durch eine hohe Wachstumsgeschwindigkeit, ihre Lebensfähigkeit innerhalb eines großen ilonzentrationsbereichs und ihre Widerstandsfähigkeit gegen höhere Temperaturen bis ζμ etwa 35° C gekennzeichnet. Ein Stamm der Chlorophytaalge, der sich als besonders brauchbar erwiesen hat, ist die Chlorella sp., und zwar insbesondere ein Stamm, der sich nach dreiwöchiger Dauer des erfindungsgemäßen Prozesses entwickelte. Zu v/eiteren besonders gut brauchbaren Stämmen von Chlorophytaalgen gehören die Chlorella TX115> bei der es sich um einen thermophilen Algenstamm handelt, ferner Chlorella pyrenoidosa sowie Scenedasmus obliqüus. Die Chlorophytaalgen erweisen sich im allgemeinen als vorteilhaft, da sie schnell wachsen, und da sie widerstandsfähige Zellengruppen bilden. 'Ls ist jedoch auch möglich, andere Algen zu züchten, wenn ein besonderes Hebenprodukt gewonnen werden soll. Beispielsweise kann man Porphyridium cruentum (eine Ehodophyta) als Quelle für karotinhaltige Algen züchten; hierbei handelt es sich um eine der wenigen mikroskopischen Formen von

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Rotalgen, die bei dem erfindungsgemäßen·Verfahren verwendbar sind.

Um Kohlensäure zuzuführen, kann man in die Biomasse gasförmige Kohlensäure einleiten, wodurch gleichzeitig eine Bewegung der Biomasse herbeigeführt und das Wachstum der Algen sowie die Zersetzung und Nutzbarmachung der Abfallstoffe gefördert wird. Mindestens bei einigen der genannten Algen kann man Carbonate oder Verbrennungsgase als Kohlensäurequelle verwenden. Das Institut Francais Petrol hat über die Züchtung von Spirolina maxima in einem Bicarbonatmedium berichtet.

Die Biomasse wird der Wirkung von Licht ausgesetzt, bei dem es sich um Tageslicht oder künstliches Licht mit einer ähnlichen Wellenlänge handeln kann. Die gewählte Lichtquelle hat eine solche Intensität, daß sie zu einer sichtbaren Förderung des Algenwachstums führt, ohne daß eine erhebliche Bleichung eintritt. Bei einem besonders vorteilhaften Verfahren wird die Biomasse intermittierend der Wirkung von Licht und Dunkelheit ausgesetzt. Beispielsweise ist es möglich, die Wachstumsgeschwindigkeit der Algenzellen auf das Siebenfache zu steigern, wenn man die Algen jeweils kurzzeitig Licht von hoher Intensität bis zu etwa 8000 foot candles aussetzt und auf die Belichtung eine Abdunklung folgen läßt, deren Dauer etwa dem Zehnfachen der Belichtungsperiode entspricht. Gemäß der Erfindung lassen sich hervorragende Ergebnisse erzielen, wenn die Intensität der Lichtquelle zwischen 4000 und 8000 foot candles liegt. Um eine ±-hoto synthese auszulösen, ist es erforderlich, die Algen einer Beleuchtungsstärke von mindestens 400 foot candles auszusetzen. Das verwendete Kunstlicht kann etwa im gleichen Wellenlängenbereich liegen wie das natürliche Tageslicht; alternativ lassen sich hervorragende Ergebnisse mit Kunstlicht erzielen, dessen Wellenlänge 440 bzw. 680 Nanometer beträgt.

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Durch die Erfindung sind- nunmehr Verfahren, Vorrichtungen und Anlagen geschaffen worden, die es ermöglichen, bei den "beschriebenen Gemischen die gewünschte hohe Wachstumsgeschwindigkeit der Algen zu erzielen; wie erwähnt, wird in die Biomasse Luft und gegebenenfalls gasförmige Kohlensäure eingeleitet, und die Biomasse wird abwechselnd der Wirkung von Licht und Dunkelheit ausgesetzt, um ein Algenprodukt und geklärtes Wasser zu gewinnen; hierbei werden die genannten Abfallstoffe als Ausgangsmaterial oder Nährstoff für die Algen verwendet* Zwar läßt sich das Verfahren chargenweise durchführen, doch erweist sich ein kontinuierlich ablaufendes Verfahren als wirtschaftlicher und leichter regelbar.

Abfallstoffe werden im allgemeinen nach dem Grad ihrer Unerwünschtheit, ihrem Geruch, ihrem Gehalt an Feststoffen und nach ihren Aussehen beurteilt. Man erhält einen allgemein brauchbaren Beurteilungsmaßstab, wenn man den bekannten Versuch zum Ermitteln des biologischen Sauerstoffbedarfs durchführt, bei dem die Sauerstoffmenge bestimmt wird, die benötigt wird, um organische Abfallstoffe unter standardisierten Bedingungen zu stabilisieren. Gewöhnlich wird bei Anlagen zum Behandeln von Abwässern der biologische Sauerstoffbedarf während einer Zeit von 5 ^a-gen ermittelt, d.h. man stellt fest, wie groß der Anteil der Abfallstoffe mit biologischem Sauerstoffbedarf ist, der zu seiner Stabilisierung 5 Tage benötigt, wenn man die Probe unter der Einwirkung von Licht und Sauerstoff stehen läßt.

Die Erfindung befaßt sich jedoch mit der Nutzbarmachung der Abfallstoffe als Nährstoffe für Algen. Um 1 g Algen zu züchten, benötigt man etwa 0,4- g Kohlenstoff, 0,1g Stickstoff, 0,01g Phosphor und einige Spurenelemente, die im Wasser normalerweise vorhanden sind. Die Abwässer von Haushalten bilden daher eine in einem bemerkenswerten Ausmaß abgeglichene Ernährungsgrundlage für die Algen.

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Die Algen wandeln 97 bis 99% der umwandelbaren Stoffe um, die in dem Abwasser enthalten sind. Jedoch läßt sich die Menge der gezüchteten Algen nicht direkt mit dem Gehalt des Wassers an Abfallstoffen vergleichen, denn beim Zersetzen der Abfallstoffe geben die Algen erhebliche Säuerstoffmengen frei. In der Praxis werden während des Wachsens der Biomasse normalerweise etwa 65% der Abfallstoffe in Algen verwandelt, und der Rest wird in Form freien Sauerstoffs abgegeben, da es sich bei den Algen um Organismen handelt, die eine Photosynthese durchführen. Bei den genannten Werten handelt es sich natürlich nur um Näherungswerte, denn die Wachstumsgeschwindigkeit der Algen richtet sich nach den jeweiligen Kulturbedingungen.*Andererseits läßt sich das gesamte Ausmaß der Beseitigung der Abfallstoffe eindeutig bestimmen, und die Erzielung eines bestimmten Grades der Beseitigung der Abfallstoffe ist von der Zeit abhängig. Geht man vom Beitrag einer Durchschnittsperson zu Haushaltsabwässern aus, ist es möglich, je Person und Tag eine Algenmenge von etwa O₁O^kg zu erzeugen. Um bei einer Behandlungs- oder Kläranlage die gesamte Menge der zugeführten Abfallstoffe umzuwandeln, wird daher gemäß der Erfindung eine aus Zellen bestehende Biomasse gezüchtet, deren Gewicht annähernd gleich dem Gewicht der umzuwandelnden Abfallstoffe ist.

Die Haushaltabfallstoffe werden durch das in den Haushalten verwendete Wasser verdünnt, so daß der Gehalt des zu verarbeitenden Abwassers an umwandlungsfahxgen Stoffen etwa 1 bis 2g/ltr beträgt; somit muß eine gleichwertige Dichte der Zellen in der Anlage" aufrechterhalten werden, in der die Algen gezüchtet werden, und hierbei ist es erwünscht, dafür zu sorgen, daß sich die Algenmasse innerhalb von 24 Stunden verdoppelt. Die anfänglich verwendete Menge der Zellen wird so gewählt, daß sie ausreicht, um sich entsprechend der zugeführten Abwacsermenge zu vergrößern.

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Mrd eine höhere Dichte der Zellen aufreclri wird daher die zugeführte Abwassermenge vergrößert, um die benötigten Nährstoffe für die Algen zuzuführen. Auch wenn sich die Wachstumsgeschwindigkeit erhöht, wird die Menge der zugeführten Bährstoffe entsprechend vergrößert. Bei einer Verfahrensweise kann dies dadurch geschehen, daß man den Mengenstrom des Abwassers vergrößert, um eine größere Menge von Nährstoffen während einer bestimmten Zeitspanne in Berührung mit der Biomasse zu bringen. Unter der Dichte der Zellen wird im folgenden das dicht gepackte Volumen bzw. das Gewicht der Zellen je Liter der Kultur bezeichnet. Die Untergrenze ist dadurch festgelegt, daß zu niedrige Durchflußgeschwindigkeiten vermieden werden müssen, während die Obergrenze, die etwa I50 g/ltr entspricht, durch die Absorption des Lichtes bestimmt wird. Eine. Dichte von 10 g/ltr entspricht hierbei einem Gehalt an trockenen Feststoffen von etwa 10%. Wird die Atmungsgeschwindigkeit der Algen, die einen vernachlässigbaren Paktor darstellt;, nicht berücksichtigt, läßt sich die folgende Beziehung aufstellen:

V=Ix (W/0) χ (T/24) Hierin bezeichnet

V das Volumen der Kultur

I die insgesamt zugeführte Abwassermenge -V/ den Gehalt des Abwassers an Abfallstoffen in g/ltr C den Algengehalt der Kultur in g/ltr und T die Verdopplungszeit der Biomasse

Bei den besten Ergebnissen, die bei Untersuchungen im Laboratorium erzielt wurden, ergibt sich z.B. ein Wert der Zellendichte von 40 g Algen je Liter bei einer. Verdopp-■ lungszeit von 3»6 Stunden, wenn das zugeführte Abwasser je Liter 2 g an umwandlungsfähigen Stoffen enthält.

!lach Angaben der American Public Health Association beträgt der durchschnittliche Anfall an Abfallstoffen mit biologischem Sauerstoffbedarf je !Person und Tag etwa

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0,078 kg. Bei jedem System zum Aufbereiten von Abwässern bildet der Mensch einen Bestandteil des Systems; für eine Durchschnittsperson entsprechen die je I'ag abgeführten Stoffe der folgenden Aufstellung:

Stoffart Menge

Peststoffe 0,10 kg/Tag

Urin 1,50 kg/Tag

Fäkalienwasser 0,15 kg/Tag

kohlensäure 1, 01 kg/Tag

Bei den drei ersten Stoffen handelt es sich um die im Abwasser enthaltenen Stoffe, die bei der Behandlung von Abwasser eine Kauptrolle spielen, doch ist in der vorstehenden Liste auch die Kohlensäure genannt, da ihre Berücksichtigung die ökologische Wirksamkeit der Verarbeitung von Abfallstoffen zu einzelligen Proteinen erkennen läßt. Wie erwähnt, ist es erforderlich, die Abfallstoffe mit biologischem Sauerstoffbedarf zu beseitigen; im übrigen besteht das Abwasser zu einem hohen Prozentsatz aus Wasser oder totem Zellenmaterial.Infolgedessen beträgt der zu berücksichtigende Peststoffgehalt etwa 0,078 kg je Person und Tag.

Wendet man die vorstehenden Angaben auf eine Stadt mit 10 000 Einwohnern an, ergeben sich die folgenden Werte:

Gesamtes Abwasservolumen je Tag (Bevölkerung x 169 ltr/Tag) = 1 890 000 ltr/Tag ausnutzbarer Anteil des Abwassers (Bevölkerung χ 0,078 kg/Tag)= 780 kg/Tag Algenproduktion

(in Algen umwandelbarer Gehalt des Abwassers)

500 kg/Tag

Gemäß der weiter oben angegebenen Pormel ergibt sich für die Verarbeitung der Abwasser einer Stadt mit 10 000 Einwohnern das Volumen der Kultur wie folgt:

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V = 1 890 000 χ χ I^ = 1654,4 ltr.

Das Ergebnis dieser Gleichung hat natürlich nur dann vollständige Gültigkeit, wenn in allen Teilen der Anlage ein Wirkungsgrad von 100% erzielt wird. Ferner liegt es auf der Hand, daß es nicht in jedem Augenblick möglich ist, sämtliche Algen in Berührung mit den abzubauenden Verunreinigungsstoffen zu bringen. Jedoch kann die genannte Gleichung gute Dienste leisten, wenn man einen ausreichenden Sicherheitsfaktor einbezieht. Beispielsweise würde man bei einer Stadt, in der täglich eine Abwassermenge von

3 785 000 ltr anfällt, etwa fünfzig der erfindungsgemäßen Vorrichtungen benötigen, wenn man einen ausreichenden Sicherheitsfaktor vorsieht, um eine Überlastung durch Eegen oder Schwankungen des Abwasserdurchsatzes zu berücksichtigen.

Verfahren zum Durchführen einer Abwasserbehandlung gemäß der vorstehenden Formel werden im folgenden näher erläutert.

. Bei einer Zellenkultur ergeben sich drei Hauptstadien, und zwar eine Verzögerungs- oder Anlaufphase, eine Phase logarithmischen Wachstums und eine Ruhephase. Werden der Algenkultur Nährstoffe zugänglich gemacht, ändert sich die Wachstumsgeschwindigkeit nicht augenblicklich, doch"setzt sich das Wachstum im bisherigen Ausmaß oder in einem etwas erhöhten Ausmaß fort. Sobald die Biomasse auf die Zufuhr der Nährstoffe anspricht, treten die Zellen in eine logarithmische Wachstumsphase ein. Läßt man zu, daß sich dieser Vorgang während einer unbestimmten Zeit abspielt, verbrauchen die Zellen die Nährstoffe, um dann in eine Euhephase einzutreten.

Bei einem bestimmten Verfahren ist es möglich, eine mit Hilfe von Abwasser gezüchtete Kultur im höchsten Teil der logarithmischen Y/achstumsphase zu halten. Durch ständiges Abernten der Algen läßt sich das Wachstum auf diesem

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hohen Wert halten. Läßt man jedoch zu, daß die Biomasse diese Wachstumsphase überschreitet, tritt die Biomasse in die Ruhephase ein, so daß ihre Aktivität aufhört. Dann muß die Kultur erneut den gesamten Zyklus durchlaufen, bis sich die gewünschte Wachstumsgeschwindigkeit wieder eingestellt hat. Daher ist es zweckmäßig, die Kultur jeweils etwas unter dem optimalen Niveau zu halten. Sobald sich eine Annäherung an den optimalen Wert des Wachstums ergibt, ist es zweckmäßig» eine genauere Regelung zu bewirken; zu diesem Zweck regelt man entweder den Mengendurchsatz der Anlage oder den dem Prozeß erneut zugeführten Anteil der geernteten Algen.

Der pH-Wert der Biomasse wird annähernd auf dem neutralen Punkt gehalten, und wenn er sich über den neutralen Punkt hinaus in einem erheblichen Ausmaß erhöht, können Algen geerntet werden, um den pH-Wert wieder auf den bevorzugten Wert herabzusetzen. Sinkt der pH-Wert erheblich bis unter den neutralen Wert, kann man ein Puffermaterial, z.Be Harnstoff, beifügen. Das Verfahren nach der Erfindung läßt sich innerhalb eines großen Bereichs der pH-Werte durchführen, und zwar zwischen pH-Werten von 5|5 bis 11; gewöhnlich wird jedoch mit einem pH-Wert von 0,9 am Einlaß gearbeitet, und hierbei weist der geklärte Strom einen pH-Wert von 7,1 auf.

Die Algen nutzen die umwandelbaren Bestandteile der Abfallstoffe durch die Photosynthese aus, wobei diese Stoffe verbraucht werden, und gleichzeitig können die Algen bei einer zu starken Einwirkung- von Licht gebleicht oder zerstört werden. Daher ist es gemäß der Lrfindung zweckmäßig, die Algen gegen eine zu starke Bleichwirkung zu schützen, ihnen jedoch Licht in einem für die Photosynthese ausreichenden Ausmaß zuzuführen; zu diesem Zweck werden die Algen abwechselnd dem Licht und danach der Dunkelheit ausgesetzt, wobei die Biomasse bis su einer optimalen Tiefe der \virl;uii{·; von Licht ausgesetzt wird; bei einem kontinuierlichen 'Verfahren wird ein turbulenter

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Strom der Biomasse dem Licht ausgesetzt, so daß keine 'Überbelichtung einer ruhenden oberen Schicht eintreten kann. Bei einer Dichte der Zellenkultur von 150 g/ltr beträgt die optimale Tiefe, bis zu der die Algenkultur dem direkten Sonnenlicht bei einer Beleuchtungsstärke von etwa 8000 foot candles ausgesetzt wird, etwa 70 mm. Hierbei folgt die Kultur dem Beer-Lambertschen Gesetz der Lichtabsorption, gemäß welchem das durch die in Lösung befindlichen Teilchen absorbierte Licht zur Dichte der Teilchen in der Lösung direkt proportional ist; die zweckmäßigste Tiefe läßt sich für jede gegebene Dichte einzelliger Algen leicht berechnen. Um das- Wachstum der Kultur zu regeln, kann man in jedem Fall ein Gerät zum Ermitteln des gesamten Sauerstoffbedarfs benutzen, das dazu dienen kann, den gesamten Sauerstoffbedarf des zugeführten Stroms und des abgegebenen Stroms miteinander zu vergleichen, um die Verringerung der Menge der Abfallstoffe mit biologischem Sauer-, stoffbedarf nachzuprüfen. Mit anderen Worten, die Belastung des Systems, die dem gesamten Sauerstoffbedarf entspricht, ist eine Funktion des Mengendurchsatzes und der Dichte der Verunreinigungen. Somit kann man die Beseitigung der Abfallstoffe mit biologischem Sauerstoffbedarf dadurch regeln, daß man den Mengendurchsatz des Systems regelt; bei einem hohen Anfangswert des gesamten biologischen Sauerstoffbedarfs wird der Mengendurchsatz verringert, während er bei einem niedrigen Wert gesteigert wird. Der gesamte Sauerstoffbedarf des abgegebenen Stroms wird überwacht, um die gewünschte Qualität des abgegebenen Stroms zu gewährleisten, und damit die Zuführungsgeschwindigkeit nachgeregelt werden kann, wenn die einzuhaltenden Toleranzen überschritten werden. Das erfindungsgemäße System bzw. die Anlage arbeitet mit einer sehr hohen Empfindlichkeit, ist jedoch mit geringem Kostenaufwand herstellbare

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:

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Fig. 1 eine Ausfiihrungsform einer Klärvorrichtung in einem Fließbild;

Fig. 2 in einer Seitenansicht einen Behälter mit den zugehörigen Teilen, der einen Bestandteil einer Klärvorrichtung bildet;

Fig. 3 einen vergrößerten Schnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 2; und

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie 4-4 in Fig· 3·

Ein kontinuierlich durchführbares Verfahren nach der Erfindung wird im folgenden anhand von Fig. 1 bis M- beschrieben; hierbei werden Haushaltsabwässer» die durch ein Sieb geleitet worden sind, um größere Stücke nicht abbaufähiger Stoffe zu entfernen, durch eine Einrichtung 10 zum überwachen der Belastung durch Abfallstoffe und eine Rohrleitung 11 einem Zuführungs- und Durchsatzregelventil

12 zugeführt, von dem aus das Abwasser über eine Eohrleitung

13 zu einem Behälter 14 gelangt. Ferner ist ein Behälter 15 vorhanden, der Algen enthält und dazu dient, Algen dem Behälter 14 über eine Rohrleitung 16 zuzuführen, um die Reaktion einzuleiten. Anfänglich können Algen zusätzlich zu dem Behälter 14 auch weiteren Behältern 51 und 64 zugeführt werden, doch ist es im weiteren Verlauf nur erforderlich, dem Behälter 14 Algen zuzuführen. Der Behälter ist offen, so daß sein Inhalt der Umgebungsluft ausgesetzt ist; gegebenenfalls ist eine Quelle 17 für Kohlensäure Vorhanden, die es ermöglicht, dem Behälter 14 Kohlensäure zuzuführen, die gegebenenfalls mit Luft gemischt wird; die Kohlensäure bzw. das Gemisch wird der in dem Behälter

14 befindlichen Iviasse über eine Rohrleitung 18, ein Ventil 19, ein -filter 20 und gemäß Fig. 2 über eine Verteilerleitung 21 zugeführt, zu der gemäß Fig. 4 mehrere Ventile 22, Rohrleitungen 23 und Injektoren 24 (Fig. 4) gehören.

Die Ventile 12 und 19 sowie ein Ventil 85 einer noch zu beschreibenden Einrichtung zum erneuten Zuführen eines

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Teils der gezüchteten Algen können als handbe tat igte Ventile ausgebildet sein, doch sind sie zweckmäßig an den Belastungsregler 25 angeschlossen, der diese Ventile elektrisch steuert, um den Mengendurchsatz entsprechend der Menge der in dem Abwasser enthaltenen Nährstoffe und dem Wirkungsgrad des ^rrozesses zu regeln, bei dem die Qualität des abgegebenen Stroms mit Hilfe bekannter handelsüblicher _ Geräte gemessen wird. Der Belastungsregler 25 steuert auch die Einrichtung 10 zum Überwachen der Belastung über eine Leitung 26, so daß die zugeführte Menge überwacht wird, und er steuert das Ventul 12 über eine Leitung "27· Somit kann der Belastungsregler 25 durch die Dichte der Algen in den abgegebenen Strömen aller Eeaktionsbehälter und eine bestimmte Eigenschaft des klaren Wassers beein-' flußt werden, das von einer noch zu beschreibenden Zentrifuge 81 abgegeben wird. Bei der gewählten Eigenschaft des Wassers kann es sich um den Trübungsgrad, den biologischen Sauerstoffbedarf, den Phosphatgehalt, den Nitratgehalt, den Sulfatgehalt oder den Gehalt an gelöstem Sauerstoff handeln, und es ist auch möglich, das Wasser bezüglich mehrerer dieser Eigenschaften zu prüfen.

Gemäß I¹Ig. 2 bis 4 ist der Behälter 14- an seinem oberen Ende 30 offen, so daß die Algenschicht der Wirkung einer Lichtquelle, zweckmäßig dem Tageslicht, ausgesetzt werden kann. Der Behälter 14 hat Stirnwände 31 und 32, die eben sein können, eine nahezu senkrechte Vorderwand 33 und eine Bückwand 34, die allgemein parabolisch gekrümmt ist, um dazu beizutragen, daß die Biomasse 35 in dem Behälter in der gewünschten Weise zirkuliert. In die Basis 36 des Behälters 14 sind, gemäß Pig. 4 mehrere Injektoren 24 eingebaut, von denen jeder einen Auslaß 25 aufweist, und die jeweils durch eine !Rohrleitung 23 mit einer Verteilerleitung 21 verbunden sind. Außerdem ist jeder Injektor 24 gemäß I'lg. 1 und 2 durch eine zweite Verteilerleitung 38 und jeweils über ein He^eIventil 39 mit einer Pumpe 37 verbunden. Lie Injektoren 24.sind zweckmäßig gegenüber einem Teil ο αν Biißis 36 des Behälters 14 waagerecht angeordnet. Es

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hat sich gezeigt, daß die parabolische Form der Rückwand 34 in Verbindung mit den Injektoren 24 bewirkt, daß der Inhalt des Behälters 14 in der gewünschten Weise bewegt wird, und daß sich die richtige Strömungsgeschwindigkeit der Biomasse 35 erzielen läßt, damit die Biomasse abwechselnd dem Licht und der Dunkelheit ausgesetzt wird.

Im oberen Teil des Behälters 14 ist ein waagerechtes Leitorgan 40 angeordnet, das mit den Stirnwänden 31 und z.B. durch Schrauben verbunden ist. Das Leitorgan 40 ist gemäß Fig. 3 und 4 jeweils in einem Abstand von der Vorderwand 33 und der !Rückwand 34 angeordnet und an seinen Längskanten 41 und 42 vorzugsweise so nach unten umgebogen, daß es die Zirkulationsbewegung der strömenden Lasse unterstützt, Das Leitorgan ist so hoch angeordnet, daß das die Biomasse 35 durchdringende Licht an dem Leitorgan noch eine Intensität von mindestens 400 foot candles hat, und daß bei einer typischen Konstruktion etwa 9 Zehntel der Biomasse 35 in dem Behälter unter dem Leitorgan liegt. Die zwischen den Wänden 33 und 34 am oberen Ende 30 gemessene Breite des Behälters richtet sich nach der Zeit, während welcher die Algen dem Licht ausgesetzt werden sollen, während sie über das ^eitorgan 40 hinwegströmen, und daher auch teilweise nach der Strömungsgeschwindigkeit, die an dieser Stelle herrscht; vorzugsweise beträgt die Belichtungsdauer der Algen etwa 1 see. Die Innenflächen der Behälterwände 31 his 34 und die Unterseite des Leitorgans 40 sind vorzugsweise mit schwarzer Farbe gestrichen, während die Oberseite des Leitorgans das auftreffende Licht vorzugsweise reflektiert, um den Unterschied zwischen der wirksamen Helligkeit und der Dunkelheit zu verstärken.

Gem-ß Fig. 3 und 4 sind mehrere Rohrleitungen 43 zum Abführen von Schaum vorhanden, die auf der Vorderwand 33 des Behälters 14 angeordnet sind und in dem Behälter oberhalb des -beitorgans 40 in einer Höhe münden, die der gewünschten i->age der Oberseite der über das Leitorgan ötrünieiideii Biomasse 35 entspricht, ijo dal.« tuch gegebeneiu'all

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bildender Schaum abgezogen werden kann. Jede der -leitungen

43 weist einen breiten V-förmigen oberen Abschnitt 4Ja auf, an dessen unteres Ende sich eine Rohrleitung 43b anschließt, die gemäß Pig. 3 mit zugehörigen Injektoren

44 verbunden sind, zu denen jeweils ein Auslaß 45 gehört. Die Injektoren 44 erzeugen in den Leitungen 43 einen- Unterdruck, der bewirkt,¹ daß der Schaum zusammenfällt; die Injektoren sind ebenfalls mit der Pumpe 37 durch Rohrleitungen 46 verbunden, und in jede dieser Rohrleitungen ist ein Ventil 47 eingeschaltet. Die Aufgabe der Injektoren besteht darin, den abgezogenen Schaum dem. Behälter 14 er-r neu't zuzuführen. Die Saugseite der Pumpe 37 ist mit dem Behälter 14 durch eine Rohrleitung 48 verbunden, so daß die Pumpe einen Teil der zirkulierenden Biomasse 35 ^aus dem Behälter abzieht und diesen Teil dadurch erneut umwälzt, daß sie ihn über die verschiedenen Injektoren 24 und 44 wieder in den Behälter zurückleitet. Bei manchen Abwässern ist es zweckmäßig, mehrere Düsen 49 zum Beseitigen des Schaums vorzusehen, die jeweils durch eine Rohrleitung 49a mit der Verteilerleitung 38 verbunden und so angeordnet sind, daß sie schräg ύοώ. oben auf den Schaum und die Leitung 43 zum Abführen des Schaums gerichtet sind.

Bei dein hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der Behälter 14 gemäß Pig. 1 am oberen Teil der Stirnwand 32 mit einer ΑηβΐΐΰΐΐΒίβΐΐμ^ 50 versehen, damit behandeltes material einem zweiten Behälter 51 über eine Rohrleitung 52 zugeführt werden kann. Der Quelle 17 entnommene liohlensäure kann auch dem Behälter 51 über eine Rohrleitung 53> ein Ventil 54, eine Verteilerleitung sowie Injektoren usw. zugeführt werden, wie es bezüglich des Behälters 14 beschrieben wurde. Der behälter 51 kann die gleiche iorm haben wie der Behälter 14, er kann in der gleichen Weise arbeiten, und er kann mit einer der Pumpe 37 entsprechenden Pumpe 56 ausgerüstet sein. Die Zufuhr von Laterial zu dem behälter 51 aus' dem Behälter 14 kann durch Signale einer überwachungseinrichtung 57 geregelt werden, die über eine

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Signalleitung 58 dem Belastungsregler 25 zugeführt werden. Auf ähnliche Weise kann dem Auslaß 40 des Behälters 51 eine Überwachungseinrichtung 61 zugeordnet sein, die mit dem Belastungsregler 25 durch eine Signalleitung 62 verbunden ist.

Der Auslaß 60 führt über eine Rohrleitung 63 zu einem dritten Behälter 64, der im wesentlichen von gleicher Konstruktion sein kann wie der Behälter 14. Dem Behälter 64 kann Kohlensäure von der Quelle 17 aus über eine Leitung 65» ein Ventil 66, ein Filter 67 usw. zugeführt werden, und diesem Behälter kann eine Pumpe 68 zugeordnet sein. Der dritte Behälter 64 kann einen Auslaß 70 aufweisen, der zu einer Rohrleitung 71 führt, und es kann eine Überwachungseinrichtung 72 vorhanden sein, deren Signale dem Belastungsregler 25 über eine Signalleitung 73 zugeführt werden. In die Leitung 71 ist ein Ventil 74- eingeschaltet, das durch einen Elektromagneten 75 oder dergleichen gesteuert wird, der durch den Belastungsregler 25 über eine Signalleitung 76 betätigt wird. Die Rohrleitung 71 führt zu einem Absetzbehälter 80.

Aus dem Absetzbehälter 80 wird die abgesetzte Masse über eine Rohrleitung 82 einer Zentrifuge 81 zugeführt, deren oberem Teil klares Wasser über eine Rohrleitung 83 entnommen wird. Ein konzentriertes Algenprodukt wird aus der Zentrifuge 81 über eine Rohrleitung 84 mit einem Ventil 85 abgezogen und einem nicht dargestellten Sprühtrockner zugeführt. Eine in die Leitung 83 für das klare wasser eingeschaltete überwachungseinrichtung 86 führt Signale dem Belastungsregler 25 über eine Signalleitung 87 zu, und das Ventil 85 kann dem Belastungsregler Signale über eine Leitung 89 zuführen. Das gesamte Algenprodukt oder ein l'eil desselben kann mittels einer Eohrleitung 89 erneut dem Behälter 14 zugeführt werden, nachdem der Prozeß angelaufen ist. Das von der Zentrifuge 81 abgegebene klare wasser kann zu beliebigen Zwecken und nach einer Chlorierung auch als trinkwasser verwendet werden.

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BAD

Bei einem kontinuierlich, arbeitenden Verfahren zum Gewinnen von geklärtem 7iasser und eines Algenproduktes mit hohem Proteingehalt nach der Erfindung wird das durch ein Sieb geleitete Haushaltsabwasser so behandelt, daß es ein Sieb mit 60 !«laschen je Zoll passiert, woraufhin es über die Belastungsüberwachungseinrichtung 10 dem beschriebenen Behälter 14 zugeführt wird. Bei Behältern mit einem Fassungsvermögen von jeweils etwa 565 lto? beträgt der Mengen" durchs at ζ etwa 55 ltr/min. Außerdem wird in den Behälter ein Algenvorrat, z.B. Chlorella sp. in einer solchen Menge eingetcacht, daß sich ein Verhältnis von 40 g Algen je Liter zu 2 g der umwandlungsfähigen Stoffe je Liter ergibt. Statt den Belastungsregler 25 zu benutzen, kann man an den Überwachungseinrichtungen in einstündigen Abständen Proben entnehmen und die Proben untersuchen. Beispielsweise kann die überwachung ausschließlich auf dem pH-Wert basieren; an der Zuführungsleitung 11 beträgt der pH-Wert z.B. 6,7» an der überwachungseinrichtung 57 etwa 6,8 bis 6,9j au der überwachungseinrichtung 61 etwa 7>0 und an der "überwachungseinrichtung 72 etwa 7»0 bis 7»1·

Während des Betriebs der Vorrichtung wird das Algen enthaltende Abwasser in dem Behälter 14 dadurch umgewälzt, daß es durch die Leitung 4$ und die Pumpe 37 sowie die Sätze von Injektoren 24 und 44 umgewälzt, die in waagerechter Lage gegenüber dem Boden in den Behälter eingebaut sind. Die Injektoren 24 und 44 saugen Luft, oder wenn es bei den betreffenden Algen erforderlich ist, Kohelensäure über das Filter 20 an, und hierbei entsteht ein Gemisch aus Luft und Wasser bzw. Kohlensäure, das unter Druck in den Behälter eingeleitet wird. Das unter Druck erfolgende Beimischen von Luft durch die Pumpe und die Injektoren trägt dazu bei, daß die den Haushaltungen entstammenden Abfallstoffe oxidiert werden, so daß sie von den Algen leicht verarbeitet werden können.

Die i'rüinmungslinie der Behälterwand 34 gegenüber den Injektoren ?Ά und 44 bildet einen l'eil einer Parabel, um

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sicherzustellen, daß das durch die Injektoren zugeführte Wasser-Luft-Gemisch längs der Eückwand $4 strömt, statt Blasen zu bilddn, die in der Biomasse in dem Behälter sofort nach oben steigen. Die Tatsache, daß ein Flüssigkeitsstrom dazu neigt, sich entlang einer benachbarten Fläche zu bewegen, trägt in einem erheblichen Ausmaß dazu bei, daß die Füllung des Behälters in drehende Bewegung versetzt wird. Die in dem Strom enthaltene Luft veranlaßt das Wasser, sich längs der Rückwand 34 des Behälters nach oben zu bewegen, bis es über die Überseite des Leitorgans 40 strömt, wo es während einer Zeitspanne von etwa 0,9 bis 1,2 see dem Sonnenlicht mit einer Beleuchtungsstärke von etwa 8000 foot candles ausgesetzt wird, um einerseits eine Verringerung der Vvachctumsgeschwindigkeit der Algen zu verhindern, und um andererseits eine Lichtmenge zuzuführen, die für ein gutes Wachstum ausreicht. Die Biomasse bzw. das Kulturmedium 35 strömt jenseits des -^eitorgans 40 längs der Vorderwand 33 des Behälters nach unten, und da das Medium einen hohen Luftgehalt hat, bewegt es sich langsam und in Form einer turbulenten Strömung nach unten, wobei es sich mit dem verbleibenden Teil der Algenkultur vermischt, woraufhin sich der soeben beschriebene Kreislauf wiederholt. Beim praktischen Betrieb der Vorrichtung spielt sich der Strömungsvorgang nahezu regellos ab, wodurch gewährleistet wird, daß die Algenkultur im richtigen Verhältnis der Wirkung des Lichtes ausgesetzt wird; da sich etwa ein Zehntel der Algenkultur oberhalb des Leitorgans 40 befindet, ergibt sich zwischen der Verdunklungszeit und der Belichtungszeit ein Verhältnis von etwa 10:1. Bildet sich an der Oberfläche der Biomasse 35 Schaum, der über das ¹Oitorgan 40 strömt, wird der Schaum durch die Leitungen abgezogen und zum Verschwinden gebracht; das betreffende Material wird der Masse in dem Behälter 14 durch die Injektoren 44 erneut zugeführt, die in den unteren Teil des Behälters 14 zweckmäßig in der gleichen Weise eingebaut sind wie die Injektoren 24. Die Pumpe 37 fördert Luft, gegebenenfalls .kohlensäure, den erneut umgewälzten 'iVil

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des Mediums und das frisch zugeführte Abwasser zu den Injektoren 44. Die Injektoren 24 und 44 erstrecken .sich vorzugsweise allgemein im rechten Yainkel zur !Fläche der Rückwand 34. wenn die Pumpe 37 i&it einem Stator aus Gummi versehen ist, zeigt es sich, daß von der Vorrichtung Rädertierchen im wesentlichen ferngehalten werden, die sich von Algen ernähren und den Ablauf der beschriebenen Reaktion stören könnten. . ■ . ,

Die liefe, in der das Leitorgan 40 unter der Oberfläche der Biomasse 35 angeordnet ist, richtet sich nach der iiindringtiefe des Lichtes bei der Dichte, die bei der Algenkultur aufrechterhalten wird. Bei einer bestimmten. Ausführung betrug diese Tiefe bei direktem Sonnenlicht und bei einer Dichte der Biomasse von etwa 140 g/ltr etwa 70 mm. Es wurde festgestellt, daß die Zellen der Biomasse der gemäß der Erfindung verwendeten Art der wirkung des direkten Sonnenlichtes etwa 1 see lang standhielten, wenn sie sich in einer turbulenten Strömung befanden, und daher wurde die Umwälz- bzw. Durchsatzgeschwindigkeit so eingestellt:, daß die Biomasse mit einer entsprechenden Strömungsgeschwindigkeit über das Leitorgan 40 geleitet wurde. Das i&ssungsvermögen des Behälters 14 unter dem Leitorgan soll gleich dem Zehnfachen des Volumens desjenigen l'eils 'der Älgenkultur sein, der oberhalb des ijeitorgans 40 dem Lichb ausgesetzt wird, wenn optimale Ergebnisse erzielt werden sollen. Dieses Verhältnis kann jedoch variieren, und ein ausreichendes wachstum der fellen bei ausreichender Klärung des 'Wassers läßt sich auch noch bei weniger befriedigenden W&chstumsgeschwindigkeiten erzielen. Bei der hier besprochenen Ausführung wurde die i-umpe 37 so betrieben, daß

sxe bei einem i'drderdruok von etwa .4,2 kp/cm eine Förderleistung von etwa 30 Itr/min erreichte, und es wurde festgestellt, daß die Vorrichtung geeignet war-^ auf einwandfreie «eise etwa 340 Liter in der Stunde bei der vierfachen ionenkonzentratiori normaler städtischer- Abwasser zu verarbeiten.

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3 0 η R ? A I■ 0 9 0 a

Gemäß Fig. 3 kann man drei einander ähnelnde Behälter 14, 51 und 64 hintereinandersclialten, und hierbei strömt die Masse, in der sich die .Reaktion bereits teilweise abgespielt hat, von dem Behälter 14 aus zu dem Behälter 51» in dem sie der gleichen Behandlung unterzogen wird wie in dem Behälter 14; danach wird die Masse zu dem dritten Behälter 64 geleitet, wo die gleiche Behandlung wiederholt wird. Hierbei kann bei jedem Behälter die Verweilzeit der Biomasse etwa I5 min betragen. Bei dem von dem Behälter 64 abgegebenen Strom ist die Eeaktion vollständig durchgeführt; dies läßt sich dadurch nachweisen, daß man den gesamten Sauerstoffbedarf des abgegebenen Stroms ermittelt; von dem Behälter 64 aus wird der Strom dem Absetzbehälter 80 zugeführt, der vorzugsweise in einem dunklen Kaum angeordnet ist, so daß sich das spezifische Gewicht des Algenproduktes erhöht, was zur Folge hat, daß sich das Produkt in iiorm einer dichteren unteren Schicht in dem Behälter absetzt, die dann zentrifugiert werden kann, Das Algenprodukt wird aus der Zentrifuge 81 abgezogen, und abgesehen von dem erneut umgewälzten Teil kann dieses Produkt einer Sprühtrocknung oder einer anderen Trocknung unterzogen werden, woraufhin das trodukt eine gute Proteinquelle darstellt.

Das von der Zentrifuge 81 abgegebene klare nasser kann in ein natürliches Gewässer eingeleitet oder auf andere toeise dem Verbrauch zugeführt werden, weitet man das geklärte Wasser in ein natürliches Gewässer ein, wird auf dieses Gewässer eine iteinigungswirkung ausgeübt, denn das geklärte Wasser enthält überschüssigen Sauerstoff, der durch die Algen wäiirend ihres Wachstums entwickelt worden ist. Bei der Vorrichtung nach der Erfindung bzw. dem erfindungsgemäijen Verfahren läßt sich die für die Verdopplung der Anzahl der 1 ollen benötigte Zeit um ^>0·/ο bis 80% abkürzen« Bei bestimmten Versuchsläufen wurde z.B. die Vordopplungszeit von Chlorella sp. ■ bei uiitüren mit einer hohen Dichte von 140 g/ltr von 5»8 auf 2, ^: Stunden abgekürzt.

An^^L'iiche:

3OÜÜ2 W0908

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Claims

ANSPRÜCHE

Ί. J Verfahren zum Züchten im wesentlichen einzeiliger jßCgen und zum gleichzeitigen Klären von Abwässern zum Gewinnen sauberen Wassers, dadurch gekennzeich-* net, daß ein wäßriges Gemisch, aus den Algen und dem Abwasser angesetzt wird, daß die in dem Abwasser enthaltenen Abfallstoffe Stickstoff- und phosphorhaltige Nährstoffe für die Algen enthalten und den Algen in einer solchen Menge beigemischt werden, daß das Wachstum der Algen aufrechterhalten wird, daß das Gemisch belichtet und in Bewegung gehalten wird, daß das in Bewegung gehaltene Gemisch der Wirkung von Licht und dann während einer längeren Zeitspanne der Wirkung von Dunkelheit ausgesetzt wird, daß diese abwechselnde Beeinflussung durch Licht und Dunkelheit mehrmals wiederholt wird, um das Wachstum der Algen und den Verbrauch der Abfallstoffe zu fördern, und daß voneinander getrennt ein Algenprodukt und gereinigtes Wasser gewonnen werden.

2* Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Gemisch derart abwechselnd der Wirkung von Dunkelheit und Licht ausgesetzt wird, daß zwischen der Dauer der Dunkelheit und der Dauer der Beleuchtung ein Verhältnis von etwa 10:1 besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch der Wirkung von Licht jeweils während einer Zeitspanne von 0,9 bis 1,2 see ausgesetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in das ^emisch zum Zweck des Belüftens Kohlensäure und Luft eingeleitet werden.

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5· Verfahren nach. Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ^bemisch der Wirkung von Tageslicht ausgesetzt wird«,

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Gemisch der Wirkung von kpnstlichem Licht ausgesetzt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht eine Intensität von 400

bis 8000 foot candles hat»

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ze ic hne t , daß es sich "bei dem Abwasser um das Abwasser von Haushaltungen handelt.

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

enthält.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren kontinuierlich durchgeführt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10}. dadurch gekennzeichnet , daß ein bis zu einem Viertel betragende* Anteil des Algenproduktes dem Gemisch erneut zugeführt wird,

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das die Algen enthaltende Gemisch
eine Dichte von etwa 140 bis 150 g/ltr hat, und daß der
Wirkung des Lichtes eine Schicht mit einer Dicke von etwa 68 bis 70 mm ausgesetzt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß es dem die Algen enthaltenden Gemisch ermöglicht wird, sich abzusetzen, und daß das abgesetzte Gemisch zentrifugiert wird, um voneinander getrennt sauberes Wasser und das Alpjenprodukt zu gewinnen»

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14. Verfahren nach Anspruch 1J, dadurch gekennzeichnet , daß das reine Wasser in natürliche Gewässer zurückgeleitet wird.

15· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Algen aus der Gruppe gewählt werden, zu der Chlorophyta, Euglenophyta, Christophyta, Pyrrophyta, Cyanophyta und Rhodophyta gehören«

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Algen eine Species der Gattung Chlorella sind.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Algen um Chlorella 12115 handelt.

18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Algen um Chlorella pyrenoidosa handelt.

19· Verfahren nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß Algen der Art Porphyridium oruentum verwendet werden, um ein karotinhaltiges Algenprodukt zu gewinnen»

20. Verfahren nach Anspruch 15> dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Algen um Scenedasmus obliquus handelt.

21t Verfahren zum schnellen Zuchteh einzelliger Algen und dergleichen unter Verwendung von in Abwässern enthaltenen Abfallstoffen als Nährstoffe, dadurch gekennzeichnet, daß Algen und Abfallstoffe in Wasser gemischt werden, daß eine Seichte strömende Schicht des Gemisches der Wirkung von Licht ausgesetzt wird, dessen Wellenlänge so gewählt ist, daß es in den Algen eine Photosynthese auslöst, daß das katerial der Schicht dann in eine dunkle Zone überführt wird, daß das Gemisch abwechselnd

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der Wirkung von Licht und Dunkelheit ausgesetzt wird, um das Wachstum der Algen und den Verbrauch der Abfallstoffe zu fördern, und daß voneinander getrennt ein Algenprodukt und gereinigtes Wasser gewonnen werden.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Algen aus der Gruppe gewählt werden, zu der Chlorophyta, Euglenophyta, Christophyta, Pyrrophyta, liyariophyta und Bhodophyta gehören.

2$. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet , daß es sich bei dem Abwasser um aus Haushaltungen stammendes Abwasser handelt.

24. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet , daß das Gemisch kontinuierlich in strömender Bewegung gehalten wird.

25· Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet , daß von dem Algenprodukt eine Menge bis zu einem Viertel seiner iuenge dem Gemisch erneut zugeführt

26. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch während seiner strömenden Bewegung kontinuierlich aufgewirbelt und belichtet wird, und daß zu diesem Zweck ein gasförmiges Gemisch aus Kohlensäure und Luft in das Gemisch eingeleitet wird.

27. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet , daß das Licht eine Intensität von 400 bis 8000 foot candles hat.

28. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit während welcher das Gemisch der Wirkung der Dunkelheit ausgesetzt wird, etwa zehnmal so lang ist 'wie die Zeit, während welcher das Gemisch dem Licht ausgesetzt wird.

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29· Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet , daß der betreffende !'eil des Gemisches jeweils etwa eine Sekunde"lang dem Licht ausgesetzt wird,

30. Vorrichtung zum Züchten eines Algenproduktes und zum Reinigen von wäßrigen Abfallstoffen, gekennzeichnet durch einen Behälter (14) mit einer Basis■ (36), einer ersten Seitenwand (34), einer zweiten Seitenwand (33) und zwei Stirnwänden (31» 32), der am oberen Ende (30) offen ist, wobei die erste Seitenwand eine Krümmung aufweist, die einem Teil einer parabolischen Eurve entspricht, Injektoren (25> 4-5)» die in die Basis des Behälters gegenüber der ersten Seitenwand eingebaut sind, ein im oberen Teil des Behälters und in einem Abstand unterhalb seines oberen Endes angeordnetes Leitorgan (40) sowie durch eine Einrichtung zum Einleiten von ITuden durch die Injektoren in dem Behälter in Richtung auf die erste Seitenwand.

31. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß zu den Injektoren ein Satz von Injektoren zum Zuführen von Luft gehört.

32. Vorrichtung nach Anspruch 31» dadurch gekennzeichnet, daß die Injektoren waagerecht angeordnet sind und sich im rechten Winkel zu der ersten Seitenwand (34) erstrecken.

33· Vorrichtung nach Anspruch 31» dadurch gekennzeichnet, daß einige der Injektoren an eine Gasquelle (17) angeschlossen sind.

34. Vorrichtung nach Anspruch 31» dadurch gekennzeichnet , daß einige der Injektoren an eine Einrichtung (43) angeschlossen sind, die der zweiten Seitenwand (33) des Behälters benachbart' ist und dazu dient, Schaum aufzunehmen, der sich im oberen Teil des Behälters bildet.

35· Vorrichtung nach Anspruch 31» dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter in das -ijeitorgan schwarze

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Innenflächen haben.

36. Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet , daß das L_eitorgan eine Licht reflektierende Oberseite hat.

37. Vorrichtung zum Gewinnen reinen 'wassers und eines Algenproduktes mit hohem Proteingehalt, gekennzeichnet durch eine Reaktionszone, eine Einrichtung (15) zum Zuführen von Algen zu der Iteaktionszone, eine Einrichtung (10) zum Einleiten organischen Abfallmaterials in die Keektjonszone zum Bereitstellen von stickstoff- und phosphorhaltigen Mährstoffen für die Algen, Einrichtungen (25» 4-5) zum Einleiten mindestens eines Gases aus der Luft und Kohlensäure umfassenden Gruppe in die Keaktionszone derart, daß die Algen mit dem organischen Abfal!material gemischt werden, daß das Gemisch in bewegung gehalten wird, und daß eine Biomasse bildet, eine Einrichtung (40), die dazu dient, einen ^fl'eil der Biomasse längs einer solchen Bahn zirkulieren zu lassen, daß dieser Teil eine seichte Schicht bildet, daß die Schicht in einem begrenzten Ausmaß der Wirkung von Licht ausgesetzt wird, daß der Teil der Biomasse dann während einer lämgeren Zeit der wirkung von Dunkelheit ausgesetzt wird, daß Perioden der Einwirkung von Licht bzw. von Dunkelheit miteinander abwechseln, um das Wachstum der Algen und den Verbrauch der Abfallstoffe zu fördern, sowie durch eine Einrichtung zum Abziehen von Reaktionsteilnehmern aus der Keaktionszone und zum getrennten Gewinnen des Algenproduktes und von reinem Wasser.

38. Vorrichtung nach Anspruch 37» dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zum Umwälzen der Biomasse jeweils einen Teil der Biomasse der Wirkung von Licht etwa eine Sekunde lang und danach der wirkung von Dunkelheit etwa 10 Sekunden lang aussetzt.

39· Vorrichtung zum Züchten eines Algenproduktes und zum lieinigen widriger Abfallstoffc, g e k e η η ζ e i c h -

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net durch, einen Behälter mit einem offenen oberen Ende, einer Einrichtung zum Erzeugen von eine Photosynthese auslösendem Licht oberhalb des offenen oberen Endes, ein im oberen Teil des Behälters in einem Abstand unter seinem offenen oberen Ende angeordnetes 'Leitorgan sowie eine Einrichtung, die dazu dient, ein wäßriges Gemisch aus Algen und dem wäßrigen Abfallstoffen oberhalb des Leitorgans zirkulieren zu lassen und es dann in den Raum unter dem •ueitorgan zu überführen, so daß das Gemisch jeweils während einer kurzen Zeitspanne der Wirkung von Licht und dann während einer längeren Zeitspanne der Einwirkung von Dunkelheit ausgesetzt wird.

40. Vorrichtung nach Anspruch 39, dadurch g e k e η η zeichnet, daß das Leitorgan in dem Behälter so. angeordnet ist, daß sich .etwa ein Zehntel des Behälterinhalts über dem Leitorgan befindet und jeweils der Wirkung von Licht ausgesetzt wird, und daß sich etwa neun Zehntel des Behälterinhalts unter dem Leitorgan befinden und hierdurch gegen Licht abgeschirmt werden.

41. Vorrichtung nach Anspruch 39 > dadurch gekennzeichnet, daß die Längsränder des Leitorgans und die wände des Behälters so gekrümmt sind, daß sich ein günstiger ötrömungsverlauf ergibt.

42. Vorrichtung nach Anspruch 39»- dadurch gekennzeichnet, daß in den-unteren Teil des Behälters mehrere waagerecht angeordnete, auf die erste Seitenwand des Behälters gerichtete Injektoren eingebaut sind, daß an einige der Injektoren eine Einrichtung zum Zuführen von Gas angeschlossen ist, und daß auf der zweiten Seitenwand des Behälters eine Einrichtung angeordnet ist, die dazu dient, den über dem Leitorgan vorhandenen Schaum aufzunehmen und ihn den anderen Injektoren zuzuführen»

^L\j. Vorrichtuni: nach Anspruch 42, y e k e η η ζ h Lehnet durch eine Einrichtung zum Aufspritzen einer

ο η ν.-; / π μ η

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Flüssigkeit schräg zum oberen Ende des -Behälters in Kichtung auf die Einrichtung zum Aufnehmen des Schaums·

44. Kontinuierlich arbeitende Vorrichtung zum Gewinnen reinen Wassers und eines Algenproduktes mit hohem Proteingehalt, gekennzeichnet durch eine Eeaktionszone, eine Einrichtung zum kontinuierlichen Einführen von i41gen in die Keaktionszone, eine Einrichtung zum kontinuierlichen Einleiten organischer Abfallstoffe in die Reäktionszone zum Bereitstellen stickstoff- und phosphorhaltiger Hährstoffe für die Algen, eine Einrichtung zum
kontinuierlichen Zuführen mindestens eines Gases der Luft und Kohlensäure umfassenden Gruppe von Gasen in die Reaktionszone zum Zweck des i/Iischens und Bewegens der Algen und der Abfallstoffe derart, daß eine Biomasse entsteht, eine Einrichtung zum kontinuierlichen Umwälzen eines 'i'eils der biomasse längs einer solchen Bahn, daß der 'i'eil der Biomasse abwechselnd in einem begrenzten Ausmaß der Wirkung von Licht bzw. der Wirkung von Dunkelheit ausgesetzt wird, um das Wachstum der Algen und den Verbrauch der Abfallstoffe zu fördern, eine Einrichtung zum kontinuierlichen Abziehen von Reaktionsteilnehmern aus der Eeaktionszone, eine Einrichtung zum kontinuierlichen und getrennten Abführen des Algenproduktes und des reinen Wassers sowie durch eine
Einrichtung zum erneuten Umwälzen eines Teils des Algenproduktes und zum kontinuierlichen Einleiten des Algenproduktes in die Eeaktionszone.

45. Vorrichtung nach Anspruch 44, gekenn zeich net durch Einrichtungen zum kontinuierlichen Kegeln der Zufuhr von Algen und Afallstoffen zu der !..eaktionGZone in Abhängigkeit von der Güte der aus der iieaktionszone kontinuierlich abgezogenen Keaktionsteilnehmer.

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