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Verfahren und Vorrichtung zum mikrobiellen Abbau von Petroleum Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des mikrobiellen
Abbaus von rohem Petroleum, verschiedenen Ulfraktionen, öligen Abfällen, polychlorierten
Biphenylen und anderen organischen Kontaminantien. Insbesondere betrifft sie eine
Vorrichtung und ein Verfahren zur wirksamen Durchführung des mikrobiellen Abbaus
umweltverschmutzender Kontaminantien.
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Die Säuberung der Umwelt stellt heutzutage ein großes Problem in der
Welt dar. Luft-, Wasser- und Landverschmutzung sind wesentliche Probleme in der
heutigen technologischen Gesellschaft. Obgleich viele Vorschläge und Techniken zur
Lösung
dieser Probleme, beispielsweise zur Frage des Reinigens industrieller Abwassermaterialien
vorgeschlagen wurden, ist hinsichtlich einer Lösung in wirtschaftlich durchführbarer
und gewerblich vertretbarer Weise wenig Fortschritt erzielt worden.
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In den US-Patentschriften 3 769 164, 3 779 866, 3 870 599, 3 871 956
und 3 856 557 sind Methoden zum Abbau verschiedener organischer Verunreinigungen
und Kontaminantien beschrieben, die nicht-pathogene, Kohlenwasserstoff-verwendende
Mikroorganismenstämme verwenden. Diese Technik wurde angenommen und allgemein als
eine wirtschaftlich ansprechende und wirksame Maßnahme zur Lösung der Probleme beim
Verschütten von Ul und bei Kontamination durch Industrieabwässer angesehen.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung
zur wirksamen Durchführung des Verfahrens des mikrobiellen Abbaus von verschiedenen
organischen Verschmutzungen, wie Petroleum, öligen Abfällen, polychlorierten Biphenylen
und dergleichen. Die Erfindung schafft auch ein Verfahren zur wirksamen Durchführung
des mikrobiel len Abbaus kontaminierender Materialien auf wirksame und relativ einfache
Weise.
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Die Erfindung schafft somit die Möglichkeit und das Verfahren zum
schnellen Abbau verschiedener organischer Verschmutzungen.
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Erfindungsgemäß wurde festgestellt, daß ein Multi-Tanksystem, bestehend
aus mehreren Tankeinheiten, die durch Rohrvorrichtungen zur Schaffung der entsprechenden
Belüftung sowie durch Pumpvorrichtungen zum Oberführen des Abwassermaterials aus
einem Tank in den nächsten verbunden sind, zur wirksamen Lösung der oben genannten
Aufgabe verwendet werden kann.
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Alternativ kann man eine einzelne Tankeinheit verwenden, um Verschmutzungen
zu reinigen, die in geschlossenen Behältern enthalten sind, beispielsweise auf dem
Boden von Tankschiffen oder in Lagertanks, die rohes Petroleum, Schwerteerfraktionen,
Asphalte, viskose Rohölrückstände oder andere petrochemische oder organische Verunreinigungen
enthalten.
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Die vorliegende Erfindung wird anhand der nachfolgend aufgeführten
detailierten Beschreibung und der anliegenden Zeichnungen, die lediglich erläuternden
Zwecken dienen, besser verständlich. In den Zeichnungen bedeuten: Figur 1 eine schematische
Ansicht einer Anlage zum mikrobiellen Abbau, die sechs Tankeinheiten enthält; Figur
2 eine schematische Draufsicht auf die in Figur 1 gezeigte Anlage zum mikrobiellen
Abbau; und Figur 3 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der
Anlage zum mikrobiellen Abbau, die zwei Tankeinheiten und hiermit verbundene Ausstattung
enthält.
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen in den verschiedenen
Figuren dieselben Bezugszeichen zur Benennung derselben Elemente dienen, besteht
die Anlage zum mikrobiellen Abbau der Figuren 1 und 2 aus Tanks 1, 2, 3, 4, 5 und
6 als deren Grundeinheiten. Diese Tanks können aus irgendeinem geeigneten Material,
beispielsweise Metallen, die der mikrobiellen Abbauwirkung nicht schädlich sind,
wie rostfreiem Stahl oder Aluminium, Glas oder einem synthetischen Harz, wie Polystyrol,
Acrylnitril/Butadien/Styrolharz, Polyäthylen, und dergleicben, hergestellt sein.
Darüber hinaus können die Tankeinheiten natürliche oder künstliche Teiche, Sammelvorrichtungen
aus Erde, Metall oder Zement (Beton), die erforderlichenfalls beispielsweise mit
einem synthetischen Harz ausgekleidet sind, oder irgendeine andere günstige Behälter-
oder Lagerstruktur umfassen. Während die vorliegenden Erläuterungen sechs bzw. zwei
Tanks zeigen, liegt es auf der Hand, daß die Anzahl der Tanks oder der Tankvorrichtungen
gemäß den Verfahrensbedingungen und der Art des abzubauenden Materials variiert
werden können, so daß ganz allgemein festgestellt werden kann,
daß
ein Multitanksystem, das heißt ein Tanksystem, das aus mehreren Tankeinheiten besteht,
verwendet wird und daß deren Anzahl lediglich von den gewünschten Ergebnissen abhängt.
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Ein Luftkompressor 12 liefert Luft durch die Ventile 15 in die Luftleitung
13, um die einzelnen Luftleitungen 14 durch Ventile 16 zu jedem der Tanks 1, 2,
3, 4, 5 und 6, wie gewünscht oder erforderlich, zu liefern. Diese Belüftung schafft
die für die mikrobielle Abbau-Arbeitsweise erforderliche Mischwirkung. Eine Pumpvorrichtung
11 ist zur Überführung des Materials von Tank zu Tank durch Rohre 10 vorgesehen.
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Eine Entleerungsvorrichtung 17 ist am Unterteil jedes Tanks zur Entfernung
der erhaltenen Zellmasse sowie von irgendwelchem verbleibendem Wasser, Abwasser
oder dergleichen, angeordnet.
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Das zu behandelnde Abwasser wird durch die Rohrvorrichtung 18 in den
Tank L gegeben und die Mikvoorganismen werden entweder durch dieselbe Vorrichtung
aus dem Vorratstank 19 durch das Ventil 20 oder unabhängig davon durch eine getrennte
Vorratsleitung zugegeben.
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Nimmt man das in den Figuren 1 und 2 gezeigte Tanksystem als spezifisches
Beispiel, so wird der Tank 1, der jegliche gewünschte Kapazität besitzen kann, mit
einer Mischung beladen, die aus 25 Vol.-% organischen Verunreinigungen, einschlieD-lich
Ul, Emulgiermitteln, einem bioziden Mittel und einem algiziden Mittel und 75 Vol.-%
Wasser besteht. Durch das Rohr 14 wird die Belüftung eingeleitet und angenähert
2 Vol.-% einer Aufschlämmung der nicht-pathogenen, Zellmassen-produzierenden, Kohlenwasserstoff-verbrauchenden
Mikroorganismenstämme werden hierzu zugesetzt. Die Mikroorganismen werden in den
Tank 1 in Form einer wässrigen Mischung, die Quellen für Stickstoff und Phosphor,
beispielsweise Baumwollsamenprotein und anorganische Salze des Stickstoffs und Phosphors
einschließt, zugegeben. Das Verfahren wird bei Raumtemperatur
durchgeführt.
Man läßt den Abbau der organischen Verunreinigungen im Tank 1 angenähert 60 Stunden
lang fortschreiten.
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Am Ende der 60 Stunden wird die Mischung in den Tank 2 überführt,
der eine gleiche Menge Wasser enthält, wodurch eine ungefähr 50 %-ige Verdünnung
erzielt wird. Es wird weiterhin belüftet und man läßt den mikrobiellen Abbau im
Tank 2 36 Stunden, also insgesamt 96 Stunden (ungefähr 4 Tage) weiterlaufen. Es
ist lediglich erforderlich, die Belüftung in dem spezifischen Tank fortzusetzen,
in dem der Abbau erfolgt, und Ventile 15 und 16 sind in den Rohren 13 und 14 vorgesehen,
um den Luftstrom in irgendeinen besonderen Tank abzuschalten oder zu gestatten.
Normalerweise verwendet man zur Belüftung Umgebungsluft, jedoch ist es durchaus
durchführbar, beispielsweise Sauerstoff oder Kohlenwasserstoff-enthaltende Luft
zu verwenden. Die im Tank 1 gebildete Zellmasse setzt sich ab und diese Masse kann
mechanisch, beispielsweise durch Spülen des Tanks 1 und Auswaschen der Zellmasse
durch den Abfluß 17 oder einfach durch Ausschöpfen, nachdem das Abwasser in den
Tank 2 gepumpt wurde, zu entfernen.
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Am Ende der 96 Stunden werden angenähert 50 % der erhaltenen Mischung
in Tank 2 in ein gleiches Volumen Wasser, das sich im Tank 3 befindet, überführt.
Man läßt den Abbau im Tank 3; weitere 24 Stunden bis zu einer Gesamtzeit von ungefähr
120 Stunden oder angenähert 5 Tagen, erfolgen. Aus dem Tank 3 entnommene Hexanextrakte
zeigen, daß in diesem Tank nach einem 5-tägigen Verlauf des Abbaus kein Ul mehr
vorliegt.
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Nach 120 Stunden werden 50 % der Mischung im Tank 3 in ein gleiches
Volumen Wasser, das sich im Tank 4 befindet, überführt und man überführt auch die
im Tank 2 verbleibende Mischung in die verbleibende Mischung im Tank 3. Somit enthalten
zu diesem Zeitpunkt die Tanks 3 und 4 beide angenähert dieselbe Menge an Mischung.
Man läßt den Abbau in den Tanks 3
und 4 angenähert 12 Stunden, also
eine Gesamtzeit von 5 1/2 Tagen, erfolgen.
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Nach 132 Stunden werden angenähert 40 bis 50 % des Volumens von Tank
4 in ein angenähert gleiches Volumen Wasser, das sich im Tank 5 befindet, überführt
und angenähert 50 % des Volumens der Mischung in Tank 3 wird in die verbleibende
Mischung im Tank 4 überführt. Der Tank 5 enthält ein Filter 21.
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Das Filter 21 ist ein Umlauffilter das beispielsweise Sand und Kies
enthält, und das dazu dient, irgendwelche Feststoffe aus dem behandelten Wasser
zu entfernen, wodurch es geklärt wird. Die Verweilzeit im Tank 5, der das Umlauffilter
21 enthält, beträgt ungefähr 12 Stunden, so daß sich insgesamt angenähert 144 Stunden
(6 Tage) ergeben.
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Nach 144 Stunden Behandlung kann das reine, filtrierte Wasser wie
gewünscht, beispielsweise in einen See oder einen Bach abgelassen werden. Tank 6
könnte dieser See oder dieser Bach sein, oder Tank 6 könnte ein echter Speichertank
sein. Nach 144 Stunden wird die im Tank 3 verbleibende Mischung in den Tank 4 überführt
und man gibt eine passende Menge einer Mischung in den Tank 5, die durch das Filter
21 zirkuliert werden soll. Nachdem sie angenähert 12 Stunden im Tank 5 verblieben
ist, wird die saubere Förderung in den Tank 6 über-' führt oder gewünschtenfalls
abgelassen und die verbleibende Mischung im Tank 4 wird zur Rezirkulierung durch
das Filter in den Tank 5 überführt. Am Ende der 168 Stunden (7 Tage) ist die gesamte
Mischung durch das Filter im Tank 5 durchgetreten und kann gewünschtenfalls abgelassen
werden. Demgemäß ist die in den Tank 1 eingegebene verunreinigte Mischung am Ende
der angenähert 7 Tage völlig abgebaut und in klares Wasser überführt worden, das
wiederverwendet, recyclisiert oder in irgendein natürliches Gewässer abgelassen
werden kann.
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In den Tank 6 eingesetzte Fische, Tiere und Pflanzen des Meeresbodens,
mikrokopisches
Leben und Wasserpflanzen wachsen, überleben und vermehren sich auf natürliche Weise,
wodurch angezeigt wird, daß das verschmutzte Wasser durch Behandlung mit der beschriebenen
Anlage zum mikrobiellen Abbau zu einer bewohnbaren, ökologisch sauberen Umgebung
abgebaut wurde.
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Das Verfahren kann chargenweise, wie oben beschrieben, durchgeführt
werden. Alternativ kann das Verfahren auf kontinuierliche Weise durchgeführt werden,
indem zusätzliches, Verunreinigungen-enthaltendes Wasser dem Tank 1 zugeführt werden
kann, nachdem er geleert wurde und ein vorhergehender Umlauf in Betrieb ist. Die
hier gezeigten Tanks können von kleinem Maßstab sein, wie einer Kapazität von angenähert
100 bis 200 Liter, oder sie können einen sehr großen Maßstab aufweisen, wie die
in der Industrie vorgefundenen Speicherbehälter, die eine Kapazität von Tausenden
von Gallonen umfassen. In jedem Fall bleiben die hier ausgeführten Grundlagen dieselben.
Die Dauer der Verweilzeit in jedem Tank und die Oberführungszeit von Tank zu Tank
kann abhängig von der Art der abzubauenden Verunreinigungen, der Größe der Tanks
und der besonderen verwendeten Mikroorganismen variiert werden.
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Figur 3 zeigt eine bewegliche Anlage zum mikrobiellen Abbau, die grundsätzlich
aus zwei Tankeinheiten besteht. Die erste Tankvorrichtung umfaßt die Tanks 30A,
30B und 30C, wodurch ein kontinuierlicher Betrieb ermöglicht wird, da der Abbau
in dieser Einheit so ausgelegt ist, daß er 3 Tage in der ersten Tankvorrichtung
und 1 Tag in der zweiten Tankvorrichtung 31 abläuft. Der Tank 31 kann so ausgelegt
sein, daß er erforderlichenfalls oder gewünschtenfalls Abwasser aus mehr als einer
Serie der ersten Tankeinheiten empfängt. Das abzubauende Abwasser tritt in den Tank
30A, beispielsweise durch eine Rohreinlaßvorrichtung 32 und durch das Ventil 46
und das Rohr 45 ein. In gleicher Weise sind die Ventile 46
und Rohre
45 in Tanks 30B und 30C vorgesehen, um gegebenenfalls den Einlaß des Abwassers darin
zu erlauben. Die abbauende Mikroorganismenmischung, einschließlich geeigneter Nährquellen,
wird durch das Ventil 34 aus dem Vorrattank 33 zur Einlaßvorrichtung 32 zugegeben.
Alternativ können die Mikroorganismen zum geeigneten Zeitpunkt direkt zu den Tanks
30A, 30B und 30C zugegeben werden. Die Belüftung wird durch den Luftkompressor 35
oder eine andere geeignete Quelle durch die Luftleitung 36 über die Ventile 37 in
die Luftauslaßvorrichtung 38 geliefert, die aus Rohren besteht, welche Uffnungen
zum Auslaß der Luft unter der Oberfläche der Flüssigkeit enthalten, um eine Belüftung
und ein Vermischen des abzubauenden Materials zu liefern. Alternativ kann eine Rührvorrichtung,
die nicht gezeigt ist, verwendet werden, um ausreichende Turbulenz und Mischen und
Sauerstoffbelüftung an der Oberfläche der Flüssigkeit aus der Umgebungsluft zu schaffen.
Von jedem Tank zum Tank 31 ist eine Rohrvorrichtung 39 vorgesehen, um das abgebaute
Abwasser mittels der Pumpe 40 aus den Tanks 30A, 30B und 30C in den Tank 31 zu pumpen.
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Ein In-Line-Filter 41 kann verwendet werden, um irgendwelche suspendierten
Feststoffe aus dem abgebauten Abwasser zu entfernen, jedoch ist dies eine gegebenenfalls
vorgesehene Ausführungsform, die von den Umständen abhängt. Eine Rohrvorrichtung
42 ist im Tank 41 vorgesehen, um das saubere Ab-; wasser zum Ablassen mittels der
Pumpe 43 zu fördern. In dieser Leitung verwendet man ein Filter 44, um irgendwelche
suspendierte Feststoffe,beispielsweise übrige Zellmasse, vor dem Ablassen des Wassers
in beispielsweise einen Fluß oder einen Bach, zu entfernen. Obgleich das Abwasser
an diesem Punkt frei von den kontaminierenden Verunreinigungen ist, die im Material
vorlagen, als es durch die Einlaßvorrichtung 32 eintrat, ist dennoch die Verwendung
eines Filters 44 bevorzugt, um eine Klärung und ein ästhetisch befriedigenderes
abgebautes Abwasser zu erhalten.
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Obgleich die Einheit in Figur 3 als auf einem Zugmaschinenanhänger
25 positioniert dargestellt ist, liegt es auf der Hand, daß die Einheit beispielsweise
auf Kufen oder als permanente Installation gebaut sein kann. Die Tanks 30A, 30B,
30C und 31 können beispielsweise Bohrungen im Erdboden umfassen, die mit einem geeigneten
Material ausgekleidet sind.
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Die während der Abbau-Arbeitsweise gebildete Zellmasse wird durch
die Ventile 50 entfernt, da sie die Tendenz aufweist, sich am Boden jedes Tanks
abzusetzen, wenn das Belüften oder Rühren unterbrochen wird. Alternativ kann die
Zellmasse aus jedem Tank herausgepumpt werden.
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Der Betrieb der in Figur 3 gezeigten Anlage wird kontinuierlich durchgeführt,
indem man den Tank 30A mit dem abzubauenden Material füllt, gegebenenfa-lls mittels
eines Wassereinlasses (nicht dargestellt) verdünnt; das Verdünnen kann auch in einem
Tank stromaufwärts von der Einlaßvorrichtung 32 durchgeführt werden, das vom mikrobiellen
Abbausystem gemäß der Erfindung unabhängig ist. Das zum Verdünnen verwendete Wasser
kann aus dem Auslaß der erfindungsgemäßen Anlage zum mikrobiellen Abbau rezirkuliert
werden, oder man kann für diesen Zweck frisches Wasser verwenden. Die Mikroorganismenmischung
wird zum Tank 30A zugesetzt und die Belüftung oder das Rühren der Mischung wird
dann begonnen. Am Beginn des zweiten Tags wird Abwasser durch den Einlaß 32 aus
beispielsweise einem Sammeltank außerhalb des Systems in den Tank 30B gegeben und
der mikrobielle Abbau wird darin begonnen. Auf gleiche Weise gibt man Abwasser zum
Tank 30C zu Beginn des dritten Tags und beginnt dort den Abbau. Der Abbau erfolgt
in jedem der Tanks 30A, 30B und 30C während drei Tagen. Demgemäß wird zu Beginn
des vierten Tags das am meisten abgebaute Abwasser vom Tank 30A in den Tank 31 zur
Endbehandlung überführt, wo es einen Tag verbleibt; zusätzliche Mikroorganismen
und
Nährstoffe, sowie Wasser (zum Verdünnen) können dem Tank 31 falls erforderlich oder
wünschenswert zugesetzt werden. Der Tank 30A wird von neuem mit frischem Abwasser
befüllt, nachdem man aus ihm die Zellmasse entfernt hat, und zu Beginn des fünften
Tags wird das Abwasser vom Tank 31 abgelassen, wodurch das abgebaute Abwasser aus
dem Tank 30B in den Tank 31 zur Endbehandlung und zum eintägigen Abbau überführt
wird. Zur selben Zeit gibt man frisches Abwasser in den Tank 30B für eine Abbau-Verweilzeit
von 3 Tagen. Auf gleiche Weise wird frisches, abzubauendes Abwasser jeden Tag zum
Tank 30A, 30B oder 30C für eine Verweilzeit von 3 Tagen zugegeben, und jeden Tag
wird das abgebaute Abwasser aus dem Tank 30A, 30B oder 30C in den Tank 31 überführt,
von dem es nach einer Verweilzeit von 1 Tag abgelassen wird. Auf diese Weise wird
ein kontinuierliches# System geschaffen, dessen Kapazität auf die Anforderungen
des Verbrauchers durch entsprechende Wahl der Größe der Tanks zugeschnitten werden
kann.
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Beispielsweise kann das in Figur 3 gezeigte System verwendet werden,
um überschüssiges Abwasser, das 10.000 ppm Ul (1 % Ul) enthält, in einer Geschwindigkeit
von 3785,4 Liter (1000 gallons) pro Tag unter Verwendung von Tanks 30A, 30B und
30C mit einer Kapazität von jeweils 11 356,2 Liter (3000 gallons) (um die erforderliche
Verdünnungskapazität und den Sicherheitsfaktor zu schaffen) und des Tanks 31 mit
einer Kapazität von 11 356,2 Liter (3000 gallons) bis 37 854 Liter (10.000 gallons),
wobei der letztere verwendet wird, wenn mehr als eine Serie von Tanks 30A, 30B und
30C im System verwendet wird, abzubauen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist wirksam zum Abbau von Petroleum
sowie anderer industrieller Abfallprodukte im allgemeinen, wie Abwässer aus Konserven-
oder Nahrungsmittelherstellungsfabriken, Papiermühlen, Molkereien und chemischen
Anlagen, die Lösungsmittel, Weichmacher, Alkohole, Aldehyde,
Ketone,
organische Säuren, phenolische Verbindungen und andere cyclische Verbindungen in
die Umwelt ausstoßen. Der Ausdruck "Petroleum" soll so, wie er hier verwendet wird,
Rohpetroleum sowie Petroleumfraktionen und von Petroleum abgeleitete Produkte, wie
aliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe, Alkohole, Aldehyde, Ketone, organische
Säuren, Phenole, Naphthaline, Phenanthrine, Anthracene, Ester und dergleichen, umfassen.
Somit bezieht sich der Begriff "Petroleum" so wie er hier verwendet wird, auf organische,
Kohlenstoff-enthaltende Verbindungen, einschließlich gerad- und verzweigtkettiger
Alkane (einschließlich Paraffinen verschiedenen Molekulargewichts) und anderer aliphatischer
Verbindungen (einschließlich alicyclischer Verbindungen, wie Cyclohexan), sowie
aromatischer heterocyclischer und carbocyclischer Verbindungen.
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Das bei der vorliegenden Erfindung gebrauchte Verfahren ist ein rein
biologisches Verfahren, in dem ausgewählte Bakterien, Actinomyceten, Hefen und filamentöse
Pilze das Rohpetroleum, öligen Abfall oder andere organische Kontaminantien zelle
gen und diese Verschmutzungen in eßbare, nicht-toxische lebende Zellen überführen.
Abhängig von den speziellen verwendeten Mikroorganismen kann das erfindungsgemäße
Verfahren auch dazu verwendet werden, Dolychlorierte Biphenyle (PCBs), bei denen
festgestellt wurde, daß es sich um Kontaminantien handelt, die in der Umwelt beständig
sind, sowie ähnliche organische Verunreinigungen, mikrobiell abzubauen.
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Die nachfolgenden Mikroorganismen, die in den US-Patentschriften 3
769 164 und 3 856 667 vollständig beschrieben sind, könnep bei der erfindungsgemäßen
Anlage zum mikrobiellen Abbau verwendet werden:
Candida parapsilosis
ATCC 20246 Candida tropicalis ATCC 20247 Candida utilis ATCC 20248 Aureobasidium
pullulans ATCC 20249 Myrothecium verrucaria ATCC 20250 Cladosporium cladosporioides
ATCC 20251 Saccharomyces cerevisiae ATCC 20252 Aspergillus sp. ATCC 20253 Rhodotorula
sp. ATCC 20254 Candida lipolytica ATCC 20255, 20362, 20363, 20364 Nocardia corallina
ATCC 21504 Nocardia globerula ATCC 21505 Nocardia globerula ATCC 21506 Nocardia
opaca ATCC 21507 Nocardia rubra ATCC 21508 Nocardia paraffinae ATCC 21509 Diese
Mikroorganismenstämme wurden alle bei der American Type Culture Collection, Rockville,
Maryland, Vereinigte Staaten von Amerika, hinterlegt.
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Ein weiterer Mikroorganismus, der ebenfalls bei der American Type
Culture Collection hinterlegt ist, und der sich in Verbindung mit der vorliegenden
Erfindung als außerordentlich vorteilhaft erwiesen hat, ist Penicillium sp. ATCC
20369.
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Bei diesem Stamm, der aus dem Inneren einer Kokosnuß isoliert wurde,
wird angenommen, daß es sich um eine Variante des Penicillium waksmani handelt.
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Diese Mirkoorganismen können entweder alleine oder in verschiedenen
Mischungen von zwei oder mehr für das Abbauverfahren verwendet werden, und die besondere
verwendete Mischung von Mikroorganismen wird durch ein Routineuntersuchungsverfahren
bestimmt, das beispielsweise in Kolben auf einer
üblichen Laborschüttel
vorrichtung durchgeführt werden kann. Die verwendete besondere Mischung von Mikroorganismen
hängt selbstverständlich von der Art der im verunreinigten Wasser enthaltenen Kontaminantien
ab.
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Die Mikroorganismen oder die Mischung von Mikroorganismen wird vorteilhaft
in aufgeschlämmter Form in einer Menge von ungefähr 1 % bis 5 %, vorzugsweise 2
Vol.-% zur wässrigen Lösung, die sich in dem ersten Tank der Anlage zum mikrobiellen
Abbau befindet, zugegeben. Ein ausgewogenes Nährmedium, einschließlich anorganischer
Stickstoff- und Phosphornährstoffe wird vorteilhafterweise für die eingesetzten
Mikroorganismen vorgesehen. Da die Zusätze aus landwirtschaftlichen oder waldwirtschaftlichen
Quellen stammen, sind sie sicher und nicht toxisch. Ein typisches Nährmittelmedium,
das in die Aufschlämmung der Mikroorganismen eingeschlossen ist, ist wie folgt:
Hefe-Stickstoffbase (Difco) 0,1 g Hefeextrakt (Difco) 0,1 g Erdnußöl (0,2 %) 2,0
ml MSSO, 0,02 g CaC12 0,002 g KH2P04, einbasisch 0,1 g K2HP04, zweibasisch 0,1 g
NH4N03 0,1 g FeCl3 0,005 g Bromthymolblau 0,008 g Destilliertes Wasser soviel wie
erforderlich für 1000 ml Somit können als Sti ckstoffquel 1 e verschiedene Arten
anorganischer oder organischer Salze oder Verbindungen, wie Harnstoff oder Ammoniumsalze,
wie Ammoniumchlorid, Ammoniumsulfat, Ammoniumnitrat, Ammoniumphosphat und dergleichen,
oder eine
oder mehr als eine Aminosäure, oder Rohprotein, gemischt
in Kombination, oder natürliche Substanzen, die Stickstoff enthalten, wie Maismaischeflüssigkeit
(cornsteep liquor), Baumwollsamenprotein, Hefeextrakt, Fleischextrakt, Fischmehl,
Pepton, Bouillon, Caseinhydrolysate, Erdnußöl, lösliche Bestandteile von Fischen,
Reiskleieextrakt und dergleichen, verwendet werden. Diese Substanzen können entweder
alleine oder in Kombinationen von zwei oder mehr gebraucht werden.
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Zu anorganischen Verbindungen, die als Zusatzsubstanzen verwendet
werden können, qehören Magnesiumsulfat, Natriumphosphat, Kaliumdihydrogenphosphat,
Kaliummonohydrogenphosphat, Eisensulfat oder andere Eisensalze, wie Eisen-III-Trichlorid,
Manganchlorid, Calciumchlorid, Natriumchlorid, Ammoniumnitrat und dergleichen.
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Es ist somit zu ersehen, daß das gesamte Verfahren sicher und nicht
toxisch ist, da die Mikroorganismen als solche und die zugesetzten Nährstoffe gegenüber
Menschen, Tieren oder Fischen nicht toxisch sind.
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Obgleich es bevorzugt ist, das Verfahren bei Umgebungstemperatur durchzuführen,
kann es von eben oberhalb der Gefriertemperatur (ungefähr 4OC) bis ungefähr 37 oder
39°C, abhängig von der Art der verwendeten Mikroorganismen, durchgeführt werden.
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Selbstverständlich kann ein vollständiger Abbau eine um so längere
Zeit erfordern, je niedriger die Temperatur ist.
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Es ist nicht erforderlich, eine Aufschlämmung von Mikroorganismen,
wie oben beschrieben, zu verwenden und die Mikroorganismen können in den ersten
Tank in Form eines Schaums oder in gepulverter oder pelletisierter Form mit zugesetzten
Nährstoffen zugegeben werden.
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Die Belüftung der Abbaumischung innerhalb der Tanks reicht üblicherweise
aus, um für eine genügende Rührwirkung zu sorgen; jedoch ist es durchaus möglich,
in den Tanks Rührer einzuschließen, um zur Beschleunigung der Abbauwirkung der Mikroorganismen
beizutragen. Ein weiterer Weg zur Beschleunigung der Abbauwirkung besteht darin,
zusätzliche Mikroorganismenkulturen und zusätzliche Nährstoffe bei der Überführung
der Mischung aus einem Tank in den nächsten Tank zum nächsten Tank oder den nachfolgenden
Tanks zuzusetzen. Die aus der Abbauwirkung herrührende Zellmasse wird aus den Tanks
nach der Überführung der Abbaumischung aus den Tanks heraus entfernt. Grundsätzlich
kann dies durch Pumpen oder Spülen, abhängig von der Größe der Tanks, erfolgen.
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In jedem Fall besteht das Endergebnis der Erfindung in der Umwandlung
von schmutzigem und verunreinigtem Wasser in klares Wasser, das gewünschtenfalls
abgelassen oder rezirkuliert werden kann, wobei das abgelassene Wasser jeglichen
Bundes-oder Staatsvorschriften bezüglich der Qualität des Wassers genügt.
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Die nachfolgenden Beispiele dienen lediglich zur Erläuterung der vorliegenden
Erfindung und sollen diese nicht beschränken.
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Beispiel 1 Unter Verwendung einer Anlage zum mikrobiellen Abbau, die
zwei Tanks und einen in-Line-Filter stromabwärts vom zweiten Tank enthält, wird
die nachfolgende Mischung dem ersten Tank im System zugesetzt:
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1 abgebautes Abwasser aus einem vorherigen Ansatz (rezirkuliert) 16 1 altes Leitungswasser
16 1 öliges Industrieabwasser 2 1 einer Aufschlämmung, die Penicillium sp. BI 3005
ATCC 20369 und 142,2 g einer wässrigen Mischung von Salzen 4 enthält 40 Liter insgesamt
* Mischung bestehend aus 0,2 g tlgSO4 ~ 7H20, 0,2 g CaC03.
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1,0 g KH2P04, 1,0 g K2HP04, 1,0 g NH4NO3, 0,01 g Dayno-Sea-Salts
und 0,1 g Baumwollsamenprotein in 1000 ml Leitungswasser.
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Man belüftet den Tank 1 und läßt den mikrobiellen Abbau 72 Stunden
lang erfolgen. Man beobachtet nach mehreren Stunden ein großes Wachstum an Zellmasse,
und die Menge an Zellmasse wächst weiterhin mit der Zeit. Nach 72 Stunden wird beim
Tank 1 die Luftzufuhr abgeschlossen und 31 Liter des abgebauten Materials werden
in den Tank 2 hinübergepumpt, der 40 Liter altes Leitungswasser enthält. Eine Aufschlämmung
von 0,5 Liter Candida lipolytica ATCC 20362, 0,5 Liter Saccharomyces cerevisiae
ATCC 20252 und 40,0 g der oben beschriebenen Salzmischung werden ebenfalls zum Tank
2 zugegeben und es wird in ihm die Belüftung begonnen. Die 9 Liter Rückstand im
Tank 1, die hauptsächlich aus Zellmasse bestehen, werden durch den Bodenabfluß entfernt.
Der Abbau oder die Endbehandlung des Abwassers im Tank 2 wird noch 24 Stunden fortgesetzt
und anschließend wird das behandelte Abwasser durch ein Sand-Kiesfilter durchgegeben,
um klares Wasser zu erhalten, das das Leben unter Wasser unterstützt.
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Beispiel 2 Der erste Tank einer Anlage zum mikrobiellen Abbau, die
zwei Tanks zum Abbau enthält, wird mit der nachfolgenden Mischung befüllt: 22 1
altes Leitungswasser 16 1 öliges Industrieabwasser 2 1 einer Aufschlämmung, die
Penicillium sp. BI 3005 ATCC 20369 und 142,2 g einer wässrigen Lösung der im Beispiel
1 beschriebenen Mischung von Salzen enthält.
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40 Liter insgesamt Man belüftet den Tank 1 und läßt den mikrobiellen
Abbau 72 Stunden lang erfolgen. Nach mehreren Stunden beobachtet man ein großes
Zellmassenwachstum, und die Menge an Zellmasse nimmt mit der Zeit weiterhin zu.
Nach 72 Stunden wird beim Tank 1 die Luft abgedreht und 31 Liter des abgebauten
Materials werden in den Tank 2 herübergepumpt, der 40 Liter altes Leitungswasser
enthält. Eine Aufschlämmung von 0,5 Liter Candida lipolytica ATCC 20362 und 0,5
Liter Saccharomyces cerevisiae ATCC 20252 wird ebenfalls zum Tank 2 zugesetzt, um
ein Endvolumen von 72 Liter zu ergeben, und dann wird der Tank 2 belüftet. Nach
21 Stunden werden 34 Liter des behandelten Abwassers in Tank 2 in einen Tank gepumpt,
der ein Umlauffilter und 36 Liter altes Leitungswasser enthält. Man filtriert noch
48 Stunden und gibt dann 34 Liter des erhaltenen klaren Wassers in einen Fischbehälter.
Dann werden 32 Liter des verbliebenen behandelten Abwassers in Tank 2 in den Tank
gepumpt, der das Umlauffilter enthält und nach 24 Stunden ebenfalls zum Fischbehälter
zugegeben. Das abgebaute Abwasser unterstützt das Fisch- und Pflanzenleben noch
Monate danach.
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Beispiel 3 In unterschiedlichen Ansätzen werden verschiedene Mischungen
von Candida lipolytica 2002, 2003, 2004 und 2005 in den ersten Tank einer Pilot-Plant-Anlage
zugegeben, die 40 Liter einer Mischung aus Wasser und einem Abfallöl-Abwasser aus
einem Aluminiumwalzwerk enthält. Die Mikroorganismen werden dem Tank zugesetzt (in
einer Menge von 2 Vol.-%, bezogen auf das Volumen der abzubauenden Mischung) in
Form einer Aufschlämmung, wobei die Mischung Baumwollsamenprotein und anorganische
Salze des Stickstoffs und Phosphors enthält. Man belüftet die Mischung im Tank und
läßt den Abbau angenähert 60 Stunden bei Raumtemperatur fortlaufen. Am Ende der
60 Stunden wird die Mischung in einen zweiten Tank überführt, der eine gleiche Menge
Wasser enthält, wodurch eine~50S!,-ige Verdünnung geschaffen wird. Es wird weiterhin
belüftet und man läßt den mikrobiellen Abbau im zweiten Tank 36 Stunden, also insgesamt
96 Stunden (ungefähr 4 Tage) weiterlaufen. Am Ende der 96 Stunden werden angenähert
50 % der erhaltenen Mischung im zweiten Tank in ein gleiches Volumen Wasser, das
in einem dritten Tank enthalten ist, überführt. Im dritten Tank läßt man den Abbau
weitere 24 Stunden, also über eine Gesamtzeit von ungefähr 120 Stunden oder angenähert
5 Tagen, weiterlaufen. Dem dritten Tank entnommene Hexanextrakte zeigen, daß nach
einem 5-tägigen Abbau in diesem Tank kein Ul vorliegt. Dann wird die Mischung im
dritten Tank durch ein Filter zirkuliert, um irgendwelche Feststoffe, wie Zellmasse,
aus dem behandelten Abwasser zu entfernen. Das erhaltene Wasser ist sauber und sicher
für das Unterwasserleben und kann gewünschtenfalls in einen See oder einen Bach
abgelassen werden. Fische, Meerestiere und -pflanzen, mikroskopisches Leben und
Wasserpflanzen, die in das erhaltene klare, abgebaute Abwasser eingesetzt wurden,
überleben und vermehren sich auf natürliche Weise, wodurch angezeigt wird, daß das
verschmutzte Wasser zu einer
bewohnbaren, ökologisch-sauberen Umgebung
abgebaut wurde.
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Das obige Experiment wird mit verschiedenen Abfallölabwässern wiederholt,
wobei jeder der erfindungsgemäßen Candida lipolytica Mikroorganismen, sowie Mischungen
von zwei, drei oder allen vier dieser Organismen verwendet wird, wobei man dasselbe
Ergebnis erzielt.
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Beispiel 4 An der Ostküste von Virginia wurde ein Geländetest zur
Reinigung einer Ulverschinutzung im Freien durchgeführt. Es wurden zwei Teiche (lagoons)
ausgewählt. Der Untersuchungsteich war angenähert kreisförmig und wies einen Durchmesser
von ungefähr 22,86 m (75 feet) mit einem Auslauf (throat) von 3,66 m (12 foot) auf.
Der Durchmesser variiert etwas mit den Gezeiten. Das Testbett war ein Gerüst aus
Brettern 2,44 m x 2,44 m im Quadrat (8 x 8 ft square), wobei die Bretter 2,54 cm
x 30,48 cm (1 inch x 12 inches) maßen und mit Schwimmvorrichtungen ( floatation)
an den Seiten versehen waren. Der Kontrollteich war ungefähr 30,48 m (100 feet)
breit und wies einen 6,10 m (20 foot) breiten Abfluß (throat) auf. Beide Teiche,
die durch ungefähr 106,7 m (350 feet) Land getrennt sind; sind ideale Versuchsgelände.
Es wurde Rohpetroleum (3,1 Liter) in das Testbett und in das Kontrollbett gegeben.
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Eine Aufschlämmung von Candida lipolytica 2005 ATCC 20255 wurde zu
3,18 kg (7 lbs) Stroh, 1,36 kg (3 lbs) Bagasse und 2,04 kg (4 1/2 lbs) Baumwollsamenprotein
gegeben.
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Die Mischung wurde dann in das Testbett gestreut. Das Kontrollbett
wurde mit dem zugesetzten Ul in Ruhe gelassen.
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Drei Tage später wurden das Test- und Kontrollgelände untersucht.
Das Ul im Testbett war im wesentlichen vollständig
abgebaut. Das
Ul im Kontrollbett war im wesentlichen unverändert. Aus den Testbetten entnommene
feuchte Proben (wet mounts of samples) zeigten die Anwesenheit von Protozoen in
der Probe aus dem Testbett an, jedoch keine in der Probe aus dem Kontrollbett. Es
lagen auch mikroskopische grüne Algen in der Testprobe vor, jedoch keine in der
Kontrolle.
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Am sechsten Tag war das Ul im Testbett zu einem Ausmaß von mehr als
95 % abgebaut, während beim Kontrollbett keine wesentliche änderung vorlag. Wiederum
aus den Testbetten entnommene feuchte Proben (wet mounts of samples) zeigten die
Anwesenheit von mikroskopischen grünen Algen und Protozoen in der Probe aus dem
Testbett an, jedoch keine in der Probe aus dem Kontrollbett.
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Somit war das Ul im Testbett im wesentlichen abgebaut und das Meeresleben
darin war wieder üppig. Im Kontrollbett, in das keine Mikroorganismen eingesetzt
worden waren, verblieb jedoch der Ulschlick und zerstörte im wesentlichen das gesamte
ursprünglich darin vorhandene Meeresleben.
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Auf gleiche Weise können Petroleum und Ulabfälle abgebaut werden,
in dem man einen oder mehr der hier offenbarten Mikroorganismen verwendet.
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Es ist somit ersichtlich, daß die vorliegende Erfindung einen wünschenswerten
und vorteilhaften Weg für einen Abbau und ein Säubern von Petroleum oder Ulabfällen
durch mikrobiellen Abbau schafft, um durch ölverschmutzte Gebiete wieder in. eine
bewohnbare und ökologisch saubere Umgebung zu überführen.
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Dieses Verfahren wird sicher und relativ wirtschaftlich ohne irgendwelche
Schäden für Menschen, Tiere oder Meeresleben, durchgeführt.
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Es liegt auf der Hand, daß die vorliegende Erfindung nicht nur die
Verwendung der offenbarten Organismen umfaßt, sondern auch die Verwendung hieraus
hergestellter Mutanten umschließt, unter der Voraussetzung,daß sie dieselbe Funktion
ausüben.
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Es liegt weiter auf der Hand, daß die Erfindung die Verwendung von
Subkulturen umfaßt, die durch verschiedene mikrobiologische Standardtechniken erhalten
werden. Derartige Mutanten und/oder Subkulturen können sich von den zuvor beschriebenen
neuen Stämmen in bestimmter Hinsicht unterscheiden, sie sind jedoch ebenfalls in
der Lage, Petroleum auf angenähert dieselbe Weise wie zuvor offenbart, abzubauen.