WO1993016958A1 - Schlammbehandlung bzw. zerstörung zellularer strukturen von mikroorganismen durch ultraschall - Google Patents

Schlammbehandlung bzw. zerstörung zellularer strukturen von mikroorganismen durch ultraschall Download PDF

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Gerhard Osswald
Toni Gradl
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Dr. Blasy - Dr. Busse Gmbh
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    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage

Definitions

  • the invention relates to a method for the destruction of cellular structures of suspensions of microorganisms, in particular sludges from biological sewage treatment plants, by means of ultrasound.
  • sludge As the use of the resulting sludge as fertilizer is becoming increasingly difficult, only landfill or incineration remains. Since both are associated with high costs, it is useful to use the sludge quantities, both by volume and by dry matter. to reduce the punching quantity. The resulting sludge is relatively difficult to drain. Dewatering is only possible with the addition of (expensive) conditioning agents. The sludge still contains a lot of organic matter, especially inside the cells of the microorganisms. These organic cellulose substances are difficult to attack biologically.
  • both primary, excess and digested sludge in the cell structure are destroyed in such a way that largely only the empty cell shells remain as settable substances, while the majority passes into real or coloidal solutions .
  • the residual sludges can be dewatered more easily and better. A lower use of conditioning agents is necessary for dewatering.
  • the substances that have gone into real or colloidal solution can be subjected again to microbiological degradation.
  • this can be done in the aerobic biological part of a sewage treatment plant (activated sludge, drip-body process), but preferably there it serves as a proton donor for denitrification.
  • activate sludge, drip-body process a sewage treatment plant
  • it serves as a proton donor for denitrification.
  • Another possibility is to digest the genuinely or colloidally dissolved organic substances together with the resulting sludges and thus to use them to produce biogas that can be used to generate energy.
  • the sludge passes a gap between the ultrasound transmitter and a wall which reflects the ultrasound, the gap having a defined width.
  • the slit width is preferably 1/4 to 1 wavelength. Sound frequencies between 10 and 50 kHz are particularly preferably used.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, bei dem mittels Einwirkung von Ultraschall auf Suspensionen von Mikroorganismen deren zelluläre Struktur zerstört wird. Bei den Mikroorganismen-Suspensionen handelt es sich insbesondere um Schlämme aus biologischen Kläranlagen. Durch diese Behandlung mit Ultraschall wird eine Volumen- und Masseverringerung der abzuführenden Klärschlämme erreicht.

Description

Beschreibung
SCHLAMMBEHANDLUNG BZW. ZERSTÖRUNG ZELLULARER STRUKTUREN VON MIKROORGANISMEN DURCH ULTRASCHALL.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Zer¬ störung zellulärer Strukturen von Suspensionen von Mi¬ kroorganismen insbesondere von Schlämmen aus biologi¬ schen Kläranlagen durch Ultraschall.
Es ist bekannt, daß sich zellulären Strukturen von Mi¬ kroorganismen mit Hilfe von Ultraschall zerstören las¬ sen.
In biologischen Kläranlagen entstehen durch Absetzvor¬ gänge Primärschlämme und durch Verstoffwechselung .bio¬ logisch abbaubarer Stoffe durch Bakterien im Bele- bungs- oder Tropfkörperverfahren Überschußschlämme (Bakteriensuspension) , die häufig einer Faulung zur Erzeugung von Biogas (in der Hauptsache Methan) unter¬ zogen werden. Dabei verbleibt Faulschlamm.
Da die Verwendung der anfallenden Schlämme als Dünger zunehmend erschwert wird, verbleibt nur noch entweder die Deponierung oder die Verbrennung. Da beides mit hohen Kosten verbunden ist, ist es von Nutzen die Schlammengen, sowohl nach Volumen wie nach Trockensub- stanzmenge zu reduzieren. Die anfallenden Schlämme lassen sich relativ schlecht entwässern. Die Entwässe¬ rung ist nur unter Zugabe von (teuren) Konditionie- rungsmitteln möglich. Die Schlämme enthalten noch viel an organischer Substanz vor allem im Inneren der Zellen der Mikroorganismen. Diese organischen Zeilin¬ haltsstoffe sind biologisch schwer angreifbar.
Durch die Behandlung der Schlämme mit Ultraschall wer¬ den sowohl Primär-, Überschuß- als auch Faulschlamm in der Zellstruktur so zerstört, daß weitgehend nur noch die leeren Zellhüllen als absetzbare Stoffe übrig bleiben, während der größte Teil in echte oder kol¬ loidale Lösungen übergeht. Im Gegensatz zu den nicht mit Ultraschall behandelten Schlämmen lassen sich die Restschlämme leichter und besser entwässern. Zur Ent¬ wässerung ist ein geringerer Einsatz von Konditionie- rungsmitteln notwendig.
Die in echte oder kolloidale Lösung gegangenen Stoffe können erneut einem mikrobiologischen Abbau unterwor¬ fen werden. Dies kann zum einen im aeroben biologi¬ schen Teil einer Kläranlage geschehen (Belebtschlamm-, Tropfköperverfahren) , vorzugsweise dort aber als Pro¬ tonendonator für die Denitrifikation dienen. Dadurch wird das oft ungünstige Verhältnis zwischen leicht ab¬ baubaren Verbindungen und dem Nitratgehalt des nitri- fizierten Abwassers verbessert. Eine weitere Möglich¬ keit besteht darin, die echt oder kolloidal gelösten organischen Stoffe gemeinsam mit den anfallenden Schlämmen auszufaulen und so zur Erzeugung von Biogas heranzuziehen, das zur Energieerzeugung genutzt werden kann. Bei der Durchführung des Verfahrens ist es von beson¬ derem Vorteil, wenn der Schlamm einen Spalt zwischen dem Ultraschallgeber und einer Wand passiert, welche den Ultraschall reflektiert, wobei der Spalt eine definierte Breite hat. Die Spaltbreite beträgt vor¬ zugsweise 1/4 bis 1 Wellenlänge. Besonders bevorzugt werden Schallfrequenzen zwischen 10 und 50 kHz angewandt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Zerstörung der zellulären Struktur von Suspensionen von Mikroorganismen, in Schlämmen aus biologischen Kläranlagen dadurch gekennzeichnet, daß diese Zerstö¬ rung durch Einwirkung von Ultraschall auf die Suspension geschieht.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung mit dem Z'el geschieht, Prozesse der Schlamm- und Abwasserbehandlung in Kläranlagen zu verbeε- sern.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 - 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung mit dem Ziel geschieht, die im Zellinneren vorhandenen Stoffe in echte oder kolloidale Lösun¬ gen zu bringen, um so die anfallenden Schlammmengen zu verringern.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß Ultraschall εuf Überschußschlamm aus biologischen Kläranlagen einwirkt.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß Ultraschall auf Primärschlamm aus biologischen Kläranlagen einwirkt
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß Ultraschall auf Faul¬ schlamm aus biologischen Kläranlagen einwirkt.
7. Verfahren aus den Ansprüchen 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß Ultrascnall auf ein vollständiges oder teϊiweises Gemisch aus Überschußschlamm, Primärschlamm und/oder Faulschlamm aus biologischen Kläranlagen einwirkt.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 - 3 sowie einem der Ansprüche nach 3 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Zerstörung der zellulären Struktur Zellinhaitsstoffe in echte oder kolloidale Lösung gehen und so innerhalb einer biologischen Kläranlage einem weiteren biologischen Ab- oder Umbau unterworfen werden können.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß die freigesetzten Zellinhaltstoffe einer anaeroben Fermentation (Faulung) unterworfen werden, so daß energetisch nutzbares Biogas (in der Hauptsache Methan) freigesetzt werden kann.
10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß die freigesetzten Zellinhaltstoffe als Protonendonatoren innerhalb einer biologischen Kläranlage im Denitri¬ fikationsbecken oder Denitrifikationsteil zugesetzt werden.
11. Anspruch nach 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich die verbleibenden absetzbaren Stoffe (Restschlamm) leichter und besser eindicken und entwässern lassen als die ur¬ sprünglichen Schlämme, sowie dadurch, daß sich der Einsatz von Konditionierungsmittelr. zur Entwässerung verringert.
12. Anspruch nach 1 - 11 , dadurch gekennzeichnet, daß der Schlamm einen Spalt zwischer. dem Ultraschallgeber und einer, den Ultraschall reflektierenden, Wand passiert, die eine definierte Breite hat.
13. Anspruch nach 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltbreite zwischen einem und einer Viertel Wellenlänge beträgt.
14. Anspruch nach 1 - 13, dadurch gekennzeichnet, daß Schallfrequenzen zwischen 10 und 50 kHz angewandt werden.
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