DE10163977A1

DE10163977A1 - Trägerkörper für die Besiedlung von Mikroorganismen

Info

Publication number: DE10163977A1
Application number: DE10163977A
Authority: DE
Inventors: Astrid Walch; Martin Bergmann; Steffen Heidenreich
Original assignee: Schumacher Umwelt und Trenntechnik
Current assignee: Pall Corp
Priority date: 2001-12-22
Filing date: 2001-12-22
Publication date: 2003-07-24
Anticipated expiration: 2021-12-23
Also published as: DE10163977B4

Abstract

Es wird ein Trägerkörper für die Besiedlung von Mikroorganismen beschrieben, insbesondere zum Befüllen von Filtereinrichtungen, mit einer durchgängigen Porenstruktur mit Poren, die einen maximalen Porendurchmesser von 500 mum aufweisen. DOLLAR A Die derzeit bekannten, durch Sintern hergestellten Trägerkörper ermöglichen eine nur verhältnismäßig geringe Abbaurate von Schadstoffen. DOLLAR A Aus diesem Grund lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Trägerkörper bereitzustellen, der den Schadstoffabbau in kontaminierten Flüssigkeiten verbessert. DOLLAR A Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Trägerkörper gelöst, der die Komponenten Kieselgur, Bimsstein, Quarzsand, Glas und/oder Schamotte aufweist, und bei dem die Komponenten durch Pelletieren zusammengefügt sind.

Description

Die Erfindung betrifft Trägerkörper für die Besiedlung von Mikroorganismen, insbesondere zum Befüllen von Filtereinrichtungen, mit einer durchgängigen Porenstruktur mit Poren, die einen maximalen Porendurchmesser von 500 µm aufweisen.

Für biotechnische und katalytische Anwendungen wurde bisher hochporöses keramisches Schüttgutmaterial verwendet, das unter dem Namen Stuttgarter Masse® (Marke der Firma USF Schumacher Umwelt- und Trenntechnik GmbH) vertrieben wird. Dieses homogen gesinterte Material besteht zu mehr als 80% aus amorphen und kristallinen Kieselsäuren, ist chemisch neutral und inert. Aufgrund der großen Oberfläche eignet sich die Stuttgarter Masse® sowohl für katalytische Beschichtungen als auch als Bewuchsfläche für Mikroorganismen.

Ein weiteres Schüttgutmaterial wird mit dem Namen Biofix® vertrieben, welches im wesentlichen das Mineral Kaolinit umfaßt, vergesellschaftet mit Quarz, Feldspat sowie weiteren Mineralien. Die einzelnen Trägerkörper sind aus einer speziellen Mischung gefertigt und weisen untereinander verbundene Porenräume auf.

Den nächstliegenden Stand der Technik bildet die DE 34 10 650 A1, in der als organische Trägerkörper poröse Sinterkörper in Form von Raschig-Ringen mit einer Porendoppelstruktur beschrieben werden, wobei die Trägerkörper durch porositätsbestimmende durchgehende Makroporen, die einen freien Flüssigkeits- und Gasaustausch vom Trägerkörperinneren zur Umgebung hin zulassen, und durch die Makroporenwände durchsetzende offene Mikroporen gekennzeichnet sind, deren Größe im Bereich der Mikroorganismen- bzw. Zellgröße liegt. Die Trägerkörper werden durch Versintern einer Pulvermischung aus feinkörnigem Material und einer grobkörnigen, höher als die Sintertemperatur schmelzenden, aus dem Sinterprodukt herauslösbaren Substanz, abkühlen lassen und Herauslösen der löslichen Komponente erhalten.

Der wesentliche Nachteil der bekannten durch Sintern hergestellten Trägerkörper liegt in der verhältnismäßig geringen Abbaurate von Schadstoffen.

Aus diesem Grund lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Trägerkörper bereitzustellen, der den Schadstoffabbau in kontaminierten Medien, insbesondere in Flüssigkeiten verbessert.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Trägerkörper gelöst, der die Komponenten Kieselgur, Bimsstein, Glas sowie Quarzsand und/oder Schamotte aufweist, und bei dem die Komponenten durch Pelletieren zusammengefügt sind.

Es hat sich herausgestellt, daß eine wesentliche Voraussetzung für einen verbesserten Schadstoffabbau in der Eigenschaft besteht, eine möglichst dichte Besiedlung mit Mikroorganismen auf der Materialoberfläche zu erzielen.

Unter Kieselgur werden Diatomeenablagerungen verstanden. Geeignet sind alle bekannten Kieselgurarten, die z. B. weiß, rosa, gelblich braun oder dunkelbraun gefärbt sein können.

Durch die Verwendung von Kieselgur wird erreicht, daß die Trägerkörper eine mikroporöse Oberflächenstruktur mit einer großen spezifischen Oberfläche aufweisen, die sich günstig auf das Besiedlungsverhalten von Mikroorganismen auswirkt.

Bimsstein ist ein helles, schaumiges Gesteinsglas mit vorherrschend saurem Charakter, einem SiO₂-Gehalt > 65% und einem hohen Porenvolumen von > 50%.

Der Bimsstein hat daher den Vorteil, daß er aufgrund seiner Mikroporosität ein beliebter Nährboden für Mikroorganismen ist. Auch dadurch wird ein sehr gutes Besiedlungsverhalten erzielt.

Quarzsand und/oder Schamotte bilden die Stützstruktur der Trägerkörper und bewirken eine homogen poröse Struktur der Trägerkörper mit durchgehenden Porenkanälen. Über die Auswahl der Korngröße und Korngrößenverteilung der verwendeten Stützkörner wird die Porengröße eingestellt. Bevorzugt werden Korngrößen für Quarzsand, Schamotte und Bimsstein im Bereich von 200 µm bis 800 µm eingesetzt, die im Trägerkörper zu Porengrößen von 50 µm bis 500 µm führen, wobei ca. 80% der Poren im Bereich von 100 bis 200 µm liegen. Zu diesen durch die Stützstruktur vorgegebenen Poren, die auch als Makroporen bezeichnet werden können, kommen noch die durch das Bimsstein- und Kieselgurmaterial vorgegebenen Poren, deren Größe mindestens eine Größenordnung kleiner ist als die Makroporen.

Durch die Kombination unterschiedlicher Porengrößen, die gezielt eingestellt werden können, wird die Durchströmung der Trägerkörper und gleichzeitig die Besiedlung durch Mikroorganismen gefördert.

Die erfindungsgemäßen Trägerkörper wurden zum Abbau von Nitrit und Ammonium in Flüssigkeiten eingesetzt. Die Abbauzeit einer vorgegebenen Menge an Nitrit betrug nur 60% derjenigen unter Einsatz von Trägerkörpern nach dem Stand der Technik. Beim Amoniumabbau betrug die Abbauzeit 70% der herkömmlichen Abbauzeit.

Als Schamotte werden vorzugsweise die Materialien mit hohem Al₂O₃-Gehalt verwendet (Gruppen 40, 42 nach ISO R1109).

Ein weiterer Vorteil von insbesondere Bimsstein und Schamotte besteht darin, daß über die Körnung dieser Materialien die Oberflächenstruktur der Trägerkörper eingestellt werden kann, wodurch die Besiedlung mit Mikroorganismen zusätzlich verbessert werden kann.

Die eingesetzten Materialien, insbesondere Bimsstein und Quarzsand sowie Schamotte ermöglichen es, im Rahmen des Pelletiervorgangs eine Oberflächenrauhigkeit der Trägerkörper von vorzugsweise bis zu 500 µm einzustellen. Eine Körnung von 200 µm bis 800 µm für Bimsstein und eine Körnung von 200 µm bis 600 µm für Schamotte sind bevorzugt.

Vorzugsweise sind die Trägerkörper kugelförmig ausgebildet. Diese Ausgestaltung hat gegenüber anderen Formen der Trägerkörper, die nicht ausgeschlossen sind, den Vorteil, daß eine hohe Packungsdichte erzielt werden kann, wenn die Trägerkörper zur Befüllung von Filtereinrichtungen eingesetzt werden.

Hierzu trägt unter anderem auch bei, daß die Trägerkörper vorzugsweise einen Durchmesser von 4 bis 12 mm aufweisen.

Eine bevorzugte Zusammensetzung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper einen Glas-Anteil von 10 bis 30 Gew.%, einen Kieselgur-Anteil von 10 bis 30 Gew.%, einen Bimsstein-Anteil von 10 bis 30 Gew.% und einen Quarzsand-Anteil von 10 bis 70 Gew.% aufweist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird anstelle des Quarzsand-Anteils ein Schamotte Anteil von 10 bis 70 Gew.% eingesetzt.

Quarzsand und Schamotte können auch in Kombination eingesetzt werden, wobei die Anteile jeweils im Bereich von 10 bis 70 Gew.% liegen können.

Vorzugsweise bestehen die Trägerkörper ausschließlich aus den genannten Komponenten, so daß sich die eingesetzten Anteile jeweils auf 100 Gew.% addieren.

Im Rahmen der genannten Anteilsbereiche sind folgende Bereiche besonders bevorzugt:
Glas: 15 bis 25 Gew.% und 15 bis 20 Gew.%
Kieselgur: 15 bis 25 Gew.% und 18 bis 22 Gew.%
Bimsstein: 15 bis 25 Gew.% und 15 bis 20 Gew.%
Quarzsand: 20 bis 60 Gew.% und 30 bis 50 Gew.%
Schamotte: 20 bis 60 Gew.% und 30 bis 50 Gew.%.

Die jeweiligen Anteile richten sich auch nach dem Einsatzzweck sowie der gewünschten Porosität.

Das erfindungsgemäße Schüttgut aus Trägerkörpern ist gekennzeichnet durch eine Packungsdichte von 500 bis 700 g/l.

Besonders vorteilhaft eignen sich die vorstehend beschriebenen Trägerkörper für die Reinigung belasteter Wässer in Aquarien.

Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den nachfolgenden beiden Tabellen zusammengestellt. Tabelle 1
In der vorstehend beschriebenen Mischung sind sowohl Quarzsand als auch Glas zusammen enthalten. Das Glas schmilzt bereits im Fertigungsprozeß zusammen und übernimmt eine Bindefunktion, während der Quarzsand erhalten bleibt und eine Stützstruktur bildet. Tabelle 2
Abweichend von den beiden beschriebenen Mischungen ist es durchaus auch möglich, die Komponenten Quarzsand und Schamotte gemeinsam zu verwenden, wobei die jeweiligen Anteile bevorzugt in der gleichen Größenordnung liegen.
Der Trägerkörper kann mit mindestens einem Bio- oder Chemiekatalysator dotiert sein. Die Dotierung kann auch bei einer oder mehreren der eingesetzten Komponenten erfolgen.

Claims

1. Trägerkörper für die Besiedlung von Mikroorganismen, insbesondere zum Befüllen von Filtereinrichtungen, mit einer durchgängigen Porenstruktur mit Poren, die einen maximalen Porendurchmesser von 500 µm aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß er die Komponenten Kieselgur, Bimsstein, Glas sowie Quarzsand und/oder Schamotte aufweist, und daß die Komponenten durch Pelletieren zusammengefügt sind.

2. Trägerkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper kugelförmig ausgebildet ist.

3. Trägerkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper einen Durchmesser von 4 bis 12 mm aufweist.

4. Trägerkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Glas Anteil von 10 bis 30 Gew.%, einen Kieselgur-Anteil von 10 bis 30 Gew.%, einen Bimsstein-Anteil von 10 bis 30 Gew.% und einen Quarzsand-Anteil von 10 bis 70 Gew.%.

5. Trägerkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Glas-Anteil von 10 bis 30 Gew.%, einen Kieselgur-Anteil von 10 bis 30 Gew.%, einen Bimsstein-Anteil von 10 bis 30 Gew.% und einen Schamotte-Anteil von 10 bis 70 Gew.%.

6. Trägerkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Glas-Anteil von 10 bis 30 Gew.%, einen Kieselgur-Anteil von 10 bis 30 Gew.%, einen Bimsstein-Anteil von 10 bis 30 Gew.%, einen Quarzsand-Anteil von 10 bis 70 Gew.% und einen Schamotte- Anteil von 10 bis 70 Gew.%.

7. Trägerkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper mit mindestens einem Bio- oder Chemiekatalysator dotiert ist.

8. Schüttgut aus Trägerkörpern nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Packungsdichte von 500 bis 700 g/l.

9. Verwendung eines Trägerkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 8 für die Reinigung belasteter Wässer in Aquarien.