CS245584B3 - Způsob zpevňování a stabilizace částic imobilizovaných buněk pro denitrifikaci vod - Google Patents
Způsob zpevňování a stabilizace částic imobilizovaných buněk pro denitrifikaci vod Download PDFInfo
- Publication number
- CS245584B3 CS245584B3 CS463584A CS463584A CS245584B3 CS 245584 B3 CS245584 B3 CS 245584B3 CS 463584 A CS463584 A CS 463584A CS 463584 A CS463584 A CS 463584A CS 245584 B3 CS245584 B3 CS 245584B3
- Authority
- CS
- Czechoslovakia
- Prior art keywords
- particles
- water
- denitrification
- cells
- filtration
- Prior art date
Links
- 239000002245 particle Substances 0.000 title claims abstract description 93
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 40
- 210000001822 immobilized cell Anatomy 0.000 title claims abstract description 22
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 title claims abstract description 5
- 239000003643 water by type Substances 0.000 title abstract description 5
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 claims abstract description 53
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 36
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 36
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 claims abstract description 32
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 claims abstract description 32
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 30
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 14
- SXRSQZLOMIGNAQ-UHFFFAOYSA-N Glutaraldehyde Chemical compound O=CCCCC=O SXRSQZLOMIGNAQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 239000011942 biocatalyst Substances 0.000 claims abstract description 13
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 230000035622 drinking Effects 0.000 claims abstract description 10
- 239000008103 glucose Substances 0.000 claims abstract description 10
- 244000005700 microbiome Species 0.000 claims abstract description 10
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 claims abstract description 10
- IOVCWXUNBOPUCH-UHFFFAOYSA-M Nitrite anion Chemical compound [O-]N=O IOVCWXUNBOPUCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 9
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 8
- 102000002322 Egg Proteins Human genes 0.000 claims abstract description 7
- 108010000912 Egg Proteins Proteins 0.000 claims abstract description 7
- 241000168053 Pseudomonas denitrificans (nomen rejiciendum) Species 0.000 claims abstract description 7
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 claims abstract description 7
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 claims abstract description 7
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 241000589597 Paracoccus denitrificans Species 0.000 claims abstract description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 claims abstract description 5
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 claims abstract description 5
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 239000000872 buffer Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000012295 chemical reaction liquid Substances 0.000 claims abstract description 3
- 238000010979 pH adjustment Methods 0.000 claims abstract description 3
- 235000013311 vegetables Nutrition 0.000 claims abstract description 3
- 239000012258 stirred mixture Substances 0.000 claims abstract 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 17
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 12
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims description 8
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 claims description 7
- 241000894007 species Species 0.000 claims description 7
- 239000010802 sludge Substances 0.000 claims description 5
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 claims 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 abstract description 17
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 5
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 abstract description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 23
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 21
- 239000000463 material Substances 0.000 description 20
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 11
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 11
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 9
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 7
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 7
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 7
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 7
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 6
- 150000002826 nitrites Chemical class 0.000 description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 5
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 5
- 150000002823 nitrates Chemical class 0.000 description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 5
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 5
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 5
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 4
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 4
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 4
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 4
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 4
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 4
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 4
- FHVDTGUDJYJELY-UHFFFAOYSA-N 6-{[2-carboxy-4,5-dihydroxy-6-(phosphanyloxy)oxan-3-yl]oxy}-4,5-dihydroxy-3-phosphanyloxane-2-carboxylic acid Chemical compound O1C(C(O)=O)C(P)C(O)C(O)C1OC1C(C(O)=O)OC(OP)C(O)C1O FHVDTGUDJYJELY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 108090000913 Nitrate Reductases Proteins 0.000 description 3
- 108090000854 Oxidoreductases Proteins 0.000 description 3
- 102000004316 Oxidoreductases Human genes 0.000 description 3
- 229940072056 alginate Drugs 0.000 description 3
- 235000010443 alginic acid Nutrition 0.000 description 3
- 229920000615 alginic acid Polymers 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 3
- 230000000241 respiratory effect Effects 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 3
- HVBSAKJJOYLTQU-UHFFFAOYSA-N 4-aminobenzenesulfonic acid Chemical compound NC1=CC=C(S(O)(=O)=O)C=C1 HVBSAKJJOYLTQU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- -1 Ammonium ions Chemical class 0.000 description 2
- 102000018832 Cytochromes Human genes 0.000 description 2
- 108010052832 Cytochromes Proteins 0.000 description 2
- 241000233866 Fungi Species 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920002873 Polyethylenimine Polymers 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000007596 consolidation process Methods 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 2
- NAQMVNRVTILPCV-UHFFFAOYSA-N hexane-1,6-diamine Chemical compound NCCCCCCN NAQMVNRVTILPCV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000411 inducer Substances 0.000 description 2
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 239000012460 protein solution Substances 0.000 description 2
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 2
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 239000007966 viscous suspension Substances 0.000 description 2
- 229920003169 water-soluble polymer Polymers 0.000 description 2
- HRPVXLWXLXDGHG-UHFFFAOYSA-N Acrylamide Chemical compound NC(=O)C=C HRPVXLWXLXDGHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001817 Agar Polymers 0.000 description 1
- 241000221198 Basidiomycota Species 0.000 description 1
- 241000223782 Ciliophora Species 0.000 description 1
- 239000004971 Cross linker Substances 0.000 description 1
- 108010010803 Gelatin Proteins 0.000 description 1
- 229910000997 High-speed steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000186660 Lactobacillus Species 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000715 Mucilage Polymers 0.000 description 1
- MZNYWPRCVDMOJG-UHFFFAOYSA-N N-(1-naphthyl)ethylenediamine dihydrochloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].C1=CC=C2C([NH2+]CC[NH3+])=CC=CC2=C1 MZNYWPRCVDMOJG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 241000589516 Pseudomonas Species 0.000 description 1
- 240000004808 Saccharomyces cerevisiae Species 0.000 description 1
- ABBQHOQBGMUPJH-UHFFFAOYSA-M Sodium salicylate Chemical compound [Na+].OC1=CC=CC=C1C([O-])=O ABBQHOQBGMUPJH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005273 aeration Methods 0.000 description 1
- 239000008272 agar Substances 0.000 description 1
- 235000010419 agar Nutrition 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004099 anaerobic respiration Effects 0.000 description 1
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000001588 bifunctional effect Effects 0.000 description 1
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 1
- 230000036983 biotransformation Effects 0.000 description 1
- 238000009395 breeding Methods 0.000 description 1
- 230000001488 breeding effect Effects 0.000 description 1
- 235000010410 calcium alginate Nutrition 0.000 description 1
- 239000000648 calcium alginate Substances 0.000 description 1
- 229960002681 calcium alginate Drugs 0.000 description 1
- OKHHGHGGPDJQHR-YMOPUZKJSA-L calcium;(2s,3s,4s,5s,6r)-6-[(2r,3s,4r,5s,6r)-2-carboxy-6-[(2r,3s,4r,5s,6r)-2-carboxylato-4,5,6-trihydroxyoxan-3-yl]oxy-4,5-dihydroxyoxan-3-yl]oxy-3,4,5-trihydroxyoxane-2-carboxylate Chemical compound [Ca+2].O[C@@H]1[C@H](O)[C@H](O)O[C@@H](C([O-])=O)[C@H]1O[C@H]1[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O[C@H]2[C@H]([C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O2)C([O-])=O)O)[C@H](C(O)=O)O1 OKHHGHGGPDJQHR-YMOPUZKJSA-L 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 210000000170 cell membrane Anatomy 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 1
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 1
- 230000002860 competitive effect Effects 0.000 description 1
- 235000009508 confectionery Nutrition 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000007334 copolymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 1
- 239000003431 cross linking reagent Substances 0.000 description 1
- 210000000805 cytoplasm Anatomy 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- SOCTUWSJJQCPFX-UHFFFAOYSA-N dichromate(2-) Chemical compound [O-][Cr](=O)(=O)O[Cr]([O-])(=O)=O SOCTUWSJJQCPFX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000002255 enzymatic effect Effects 0.000 description 1
- 210000003527 eukaryotic cell Anatomy 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000003337 fertilizer Substances 0.000 description 1
- 238000005188 flotation Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 1
- 239000008273 gelatin Substances 0.000 description 1
- 229920000159 gelatin Polymers 0.000 description 1
- 235000019322 gelatine Nutrition 0.000 description 1
- 235000011852 gelatine desserts Nutrition 0.000 description 1
- 238000010353 genetic engineering Methods 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 239000003673 groundwater Substances 0.000 description 1
- 150000003278 haem Chemical group 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 description 1
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000543 intermediate Substances 0.000 description 1
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 description 1
- 230000003834 intracellular effect Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010409 ironing Methods 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000010297 mechanical methods and process Methods 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 230000037353 metabolic pathway Effects 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 1
- ZIUHHBKFKCYYJD-UHFFFAOYSA-N n,n'-methylenebisacrylamide Chemical compound C=CC(=O)NCNC(=O)C=C ZIUHHBKFKCYYJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 210000003739 neck Anatomy 0.000 description 1
- 238000004172 nitrogen cycle Methods 0.000 description 1
- 235000016709 nutrition Nutrition 0.000 description 1
- 230000035764 nutrition Effects 0.000 description 1
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 230000010627 oxidative phosphorylation Effects 0.000 description 1
- 238000000053 physical method Methods 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 210000001236 prokaryotic cell Anatomy 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 238000005029 sieve analysis Methods 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 229960004025 sodium salicylate Drugs 0.000 description 1
- 238000002798 spectrophotometry method Methods 0.000 description 1
- 238000000967 suction filtration Methods 0.000 description 1
- 229950000244 sulfanilic acid Drugs 0.000 description 1
- 230000008719 thickening Effects 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 238000004448 titration Methods 0.000 description 1
- 238000003828 vacuum filtration Methods 0.000 description 1
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Immobilizing And Processing Of Enzymes And Microorganisms (AREA)
Abstract
Způsob zpevňování a stabilizace částic imobilizovaných
buněk pro denitrifikaci vod, připravených
podle základního autorského osvědčení
č. 231 458, při kterém se pitná, užitková nebo
odpadní voda, obsahující nitrát a/nebo nitrit,
spolu s vhodným zdrojem uhlíku, uvádí ve
styk s částicemi biokatalyzátoru, spočívá
v tom, že se do míchané směsi částic biokatalyzátoru
na bázi směsných buněčných
populací vykazujících denitrifikační aktivitu,
nebo taxonomicky definovaných druhů
mikroorganismů s denitrifikační aktivitou,
zejména Pseudomonas denitrificans
nebo Paracoccus denitrificans, přidá po
úpravě pH v rozmez! 6,0 až 8,0 vodný roztok
glutaraldehydu a/nebo vodný roztok
nebo suspenze technické nebo čisté bílkoviny
živočišného, rostlinného a/nebo mikrobiálního
původu, s výhodou technická vaječná bílkovina
a/nebo dezintegrovaná nebo autolyzovaná
suspenze produkčních buněk obsahujících
vedle jiných rozpustných bílkovin
i partikulátni nebo volné denitrifikační
enzymy, načež se nepřetržitě míchaná směs
popřípadě ještě došiti dalším přídavkem
glutaraldehydu, stabilizované částice se od
reakční kapaliny oddělí filtrací a popřípadě
suspendují v ledovém acetonu, filtrací
se znovu oddělí a suší se po homogenizaci
volně na vzduchu při teplotě místnosti
po dobu 1 až 24 hodin, poté se částice
suspendují ve studené vodě, několikrát
se vodou dekantují a nechají
bobtnat ve vodě nebo v pufru, při teplotách
5 až 20 °C, s výhodou v přítomnosti
glukózy, etanolu nebo metanolu.
Description
Vynález se týká způsobu zpevňování a stabi 1 lz.n·· o-tiv tmeli lizovaných buněk podle základního autorského osvědčení č. 231 458 a stabilizu* hnitritikačního enzymového systému v těchto částicích, které slouží pro denitrifikaci pitní , užitkové a odpadní vody.
Aplikace těchto zpevněných a stabilizovaných částic biokatalyzátoru umožňuje denitrifikaci resp. čištění pitné, užitkové a odpadní vody na principu bioreaktorů, mnohonásobným opakovaným, semikontinuálním a kontinuálním způsobem.
Denitrifikaci lze specifikovat jako redukci nitrátu na plynný dusík, což je proces významný ekologicky i hospodářsky. Anaerobní respirace nitrátu na plynný dusík /denitrifikace/, je ekologicky velmi důležitý proces ovlivňující významně látkovou bilanci v koloběhu dusíku. Probíhá v půdě a ve vodě, sladké i mořské a je to v podstatě proces opačný fixaci dusíku /nitrifikaci/. Vede ke snížení koncentrace nitrátů a nitritů v půdě a ve vodě a ke ztrátě dusíku /vytékání do atmosféry/. V půdě je pochopitelně proces denitrifikace nežádoucí, avšak pro přírodní vody, zejména pitnou vodu /at již podzemní nebo povrchové/ je vyšší obsah nitrátů a nitritů v řadě zemí světa nepřípustný. V dosavadní čs. státní normě pro pitnou vodu nejsou nitráty sice řazeny mezi indikátory znečištěni a obsah nitrátu je přípustný do koncentrace nejvýše 50 mg/1. Avšak tato přípustná hodnota již přesahuje obsah nitrátů ve vodě, která smí být používána k výživě kojenců /15 mg/1/. V souvislosti s rozsáhlou chemizací zemědělství a splachováním minerálních a živočišných hnojiv dešti a prosakováním půdou do řek, jezer, rybníků, podzemních vod, studní apod., stává se vysoká koncentrace nitrátů a nitritů a amoniaku, zejména v pitné vodě sloužící výživě obyvatelstva, kritická. Tato skutečnost by v budoucnosti mohla vážně ohrozit zdraví lidí a zvířat.
Některé mikroorganismy jsou schopny respiračně redukovat nitrát až na molekulární dusík. Zatímco řada mikroorganismů, zejména bakterií, je schopna redukovat nitrát na nitrit, který se hromadí v prostředí, jen nemnoho mikroorganismů je schopno využívat nitrit jako exogenní akoeptor vodíku a elektronů. V tomto případě se nitrity nehromadí, ale jsou nitritreduktázou a dalšími enzymy redukovány až na N2· Celý proces enzymové denitrifikace, který je katalyzován nitrátreduktázou, nitritreduktázou, NO-reduktázou a ^O-reduktázou, tedy 4 enzymy /reduktázami/, lze postihnout ve 4 krocích, za předpokladu vzniku dvou volných intermediátů, NO a N20, které se však do prostředí neuvolňují,
| N0~ + H2 | -> no2 | + Ho0 AG' 2 o | = -163 kJ.mol-1 |
| 2NO + H2 + | 2H+-» 2 NO | + HoO AG' 2 o | = -147 kJ.mol-1 |
| 2N0 + H2 | —> n20 | + H-0 AG' 2 o | = -306 kJ.mol 1 |
| N2O + H2 | -> N~ + H~O AG' 2 2 o | = -342 kJ.mol-1. | |
| Změna standardní volné energie | (Δ G' ) pro | redukci nitritů na molekulární dusík |
2NO2 + 3H2 + 2H+-> N2 + 3H2O činí -795 kJ.mol Fyziologickými donory vodíku a elektronů pro redukci NOg, NO^, NO a N20 jsou cytochromy a všeobecně se soudí, že tyto redukce jsou spojeny s oxidativní fosforylací ADP na ATP /Payne, W. J., Bacteriol. Rev. 37, 409 až 459, 1973/.
Syntéza respirační nitrátreduktázy u mikroorganismů je fyziologicky regulována.
Tvoří se jen v přítomnosti nitrátu, který je jejím induktorem. Nitrát indukuje nejen syntézu nitrátreduktázy samé, ale i specifického cytochromu, který dodává vodík a elektrony pro redukci nitrátu na nitrit. Druhou podmínkou syntézy tohoto enzymu je anaerobioca.
Kyslík reprimuje syntézu nitrátreduktázy i v přítomnosti induktoru. Kromě toho kyslík také inhibuje aktivitu nitrátreduktázy již přítomné v buňkách /kyslíkový efekt/.
Nitrátreduktáza obsahuje železo a molybden a jako hemoprotein je vázána na cytoplazmatickou membránu buňky. Naproti tomu nitritreduktáza je enzym solubilní, rozpuštěný v cytoplasmě buňky. Je to protein obsahující dvě hemové skupiny a vedle nitritreduktázové aktivity vykazuje i aktivitu oxidázovou. 0 obou zbývajících enzymech, NO-reduktáze a N^O-reduktáze, je jen málo známo. Jsou to enzymy membránově vázané.
Proces enzymové denitrifikace je tedy poměrně složitý a v přírodě se vyskytuje jen nemnoho organismů schopných respiračně redukovat nitrát až na molekulární dusík. Z bakterií je to zejména Pseudomonas denitrificans a Paracoccus denitrificans, patřící mezi gramnegativní resp. gramlabilní bakterie. Schopnost denitrifikace některých směsných buněčných populací obsahujících různé mikroorganismy, zejména heterotrofní bakterie a saprobni prvoky, je již dlouho známa. Tyto směsné buněčné populace jsou známy z čistících procesů v čistírnách vod a tvoří tzv. společensko aktivovaného kalu. Na složení společenstva heterogenní buněčné populace /biocenózy/ v daném čistícím zařízení, má rozhodující vliv schopnost jednotlivých druhů organismů využívat odpadní vodu, resp. živiny v ní obsažené jako zdroje uhlíku, dusíku a energ’ie, z čehož rezultuje možnost růstu a množení organismů v konkrétních podmínkách dané čistírny. Tedy v podstatě selekce a nahromadování schopných jedinců tvořících směsnou buněčnou populaci. Kvalitativní a kvantitativní zastoupení jednotlivých druhů a skupin organismů v populaci do značné míry závisí nejen na kvalitě a obsahu živin v odpadní vodě, ale i na technologických podmínkách čištění /provzdušňování a jeho intenzita, velikost bublin, míchání, teplota/. V daných podmínkách pak dojde k ustavení rovnováhy kvalitativního a kvantitativního zastoupení jednotlivých organismů tvořících společenstvo aktivovaného kalu /biokal/, kde v převážné většině případů je směsná buněčná populace tvořena bakteriemi /gramnegativní bakterie z rodu Pseudomonas, parakoky, diplokoky, laktobacily, vibria/, imperfektními a pravými houbami /kvasinky, plísně, basidiomycety/, prvoky /bičíkovci, měňavky, nálevníci/ a metazoami - vířníci, hlístice /Buck, H., Mikroorganismen in der Abwasserreinigung, Hirthammer, F. ed., Verlag, Miinchen, 1980/.
Vzhledem ke skutečnosti, že obsah nitrátů a nitrátů v pitné, užitkové a odpadní vodě kolísá v průměru mezi 5 až 100 mg/1, kolísá i v různých čistících stanicích složení buněčného společenstva aktivovaného kalu, resp. kolísá i jeho denitrifikační aktivita. Nicméně, vzhledem k neustálému šíření relativně značných množství organického i anorganického dusíku ve vodách, je společným jmenovatelem biokalu vždy určitá denitrifikační aktivita. Z uvedeného je zřejmé, že vyselektovaná a nahromaděná směsná buněčná společenstva v čistírnách, mohou sloužit jako výchozí biologický materiál pro denitrifikaci vody /Goronszy, M. C. a Barnes, D., Process Biochem., Jan/Feb., 13 až 19, 1982/.
Jistým pokrokem v oblasti moderních směrů biotechnologie je aplikace mikrobiálních, taxonomicky definovaných nebo směsných buněčných populací v imobilizované formě. Imobilizované buňky s denitrifikační aktivitou, na rozdíl od jednorázového použití nativních buněk, umožňují využití částic těchto biokatalyzátorů mnohonásobně opakovaně ve vsádkových míchaných reaktorech, nebo kontinuálně v reaktorech se vznosným nebo pevným ložem, v míchaných jednostupňových nebo vícestupňových reaktorech, nebo v recirkulačních reaktorech, čímž se značně snižují nároky na pracnost a spotřebu energie, při podstatně delších poločasech denitrifikační aktivity, než je tomu v případě nativních buněk.
V literatuře byly již popsány určité způsoby imobilizace a využití imobilizovaných buněk š denitrifikační aktivitou. Tak např. byl popsán poloprovozní model denitrifikace vody v recirkulačním reaktoru se vznosným ložem, kde bylo využito sorpce a nárůstu živých buněk směsné buněčné populace biokalu na částice písku umístěné v recirkulační koloně.
Jako zdroj uhlíku byl použit metanol. V tomto případě nitrit byl intermediárnim produktem redukce nitrátu ve dvou krocích /Eggers, E., Modelling the fluid bed denitrification, s fc
Europ. Congress Biotechnol., Part 1, Discussion Papers, 151 az 153, Interlaken, Swltzerland, published by Dechema Frankfurt/M, 1978/, /1/ N0~ + 0,33 CH3OH--> NO~ + 0,33 CC>2 + 0,66 H2O, /2/ NO + 0,5 CH3OH ------> 0,5 N2 + 0,5 CO2 + 0,5 H2O + OH.
Jiným příkladem je využití imobilizovaných živých buněk, v tomto případě taxonomicky definovaných bakterií Pseudomonas denitrificans, do calcium alginátového gelu k denitrifikaci pitné vody. V tomto případě byl jako zdroj uhlíku pro fyzikálně zabudované bakterie zvolen etanol. Kolona byla naplněna alginátovými peletami a denitrifikace probíhala v laboratorních podmínkách kontinuálním způsobem. Chemické ošetření pelet glutaraldehydem samotným, nebo glutaraldehydem v simultánní přítomnosti hexametylendiaminu nebo polyetyleniminu, vedlo k značnému snížení resp. úplné ztrátě denitrifikační aktivity imobilizovaných buněk v alginátu /Nilsson, I a Ohlson, S., European J. Appl. Microbiol. Biotechnol.
14, 89 až 90, 1982/.
Při mnohonásobném opakovaném nebo kontinuálním využití fyzikálně imobilizovaných živých buněk s denitrifikační aktivitou však dochází k vyplavování buněk z částic a tím k poklesu enzymové účinnosti, nebot použité přírodní /alginát, želatina, agar/ či syntetické /kopolymerace akrylamidu s N,N'-metylendiakrylamidem/ polymery tvoří velmi měkké pelety, nehledě na skutečnost, že buňky v těchto gelech rostou a množí se, čímž dochází k mechanickému narušování rigidity částic a po určité době k jejich rozpadu. U čerstvě imobilizovaných buněk uvedeným způsobem je rychlost denitrifikace silně limitována difúzí substrátů do částice a plynných produktů a vody z částice. Sorpce živých buněk na ve vodě nerozpustné částice /např. písek či jiné anorganické resp. organické materiály/ je velmi labilní fyzikální vazba, spočívající především na silách van der Waalsových, popřípadě se zde uplatňuje mechanické zpevnění adhesí ulpělých buněk na povrchu částic nosiče vlivem extracelulárních slizů produkovaných směsnou buněčnou populací. Z hlediska průmyslového využití denitrifikace vody pomocí imobilizovaných buněk, jsou fyzikální způsoby imobilizace z naznačených důvodů nereálné a práce vedoucí k získání částic imobilizovaných buněk kombinací fyzikálních a chemických metod /zabudování do gelu a chemické ošetření částic/, se zatím nesetkaly s úspěchem.
Ve snaze po odstranění tohoto technologického limitu výroby a využití buněčných katalyzátorů v různých průmyslových odvětvích, byla vypracována podstatně zjednodušená a do značné míry univerzální technologie výroby různých imobilizovaných prokaryontních a eukaryontních buněk, jejichž částice obsahují různé enzymy resp. celé sekvence enzymově katalyzovaných metabolických drah a jsou použitelné pro různé biotransformace a biokonverze. Tyto postupy jsou předmětem čs. autorského osvědčení č. 231 458.
Citovaným postupem, který spočívá na vzájemné chemické imobilizaci různých buněk nesoucích různé enzymy do formy navzájem kovalentně vázaných agregátů pomocí reaktivních ve vodě rozpustných polymerů /dále jen RRP/, lze vytvořit částice biokatalyzátorů i pouhým mícháním suspendovaných buněk v reakční' směsi za normálních teplot. Vzniklé částice katalyzátorů mají sice vysoké požadované enzymové aktivity a dobré sedimentační vlastnosti, jsou však měkké a musí se různým způsobem zpevňovat, bud použitím lepidel rozpuštěných v organických rozpouštědlech např. acetonu, nebo postform.a, 4 voluminézních částic do formy granulí nebo válečků a jejich následným sušením. První způsob zpevňování má za následek vytvoření difuzní bariéry pro substráty a produkty do a z částice, snížením jejich porozity /parciálním zalepením pórů částic/, druhý způsob vede k tvorbě velkých částic, řádově 1 až 10 mm, čímž se odstraní počáteční výhoda vysokého stupně enzymové účinnosti původně vzniklých menších částic /závislost velikosti částice na specifickém' povrchu/. RRP v důsledku jeho vysoké molekulové hmotnosti nepenetruje do celých nativních buněk, což je výhoda pro některé enzymy obsažené v buňkách, které jsou extrémně citlivé k volnému nízkomolekulárnímu sífovadlu, zejména glutaraldehydu. K enzymům, které jsou extrémně citlivé k agresivním účinkům bifunkčních sítovacích činidel jako je např. glutaraldehyd, patří i zmíněné redukční enzymy, tvořící enzymový systém denitrifikace.
Nyní bylo zjištěno, že v závislosti na způsobu výroby imobilizovaných buněk popsaném v čs. autorském osvědčení č. 231 458, lze chemickým v kombinaci s mechanickým způsobem zpevňovat a stabilizovat částice imobilizovaných buněk s denitrifikační aktivitou, přičemž získaný materiál je použitelný k denitrifikaci v průmyslovém měřítku pro selektivní odstranění nitrátů resp. nitritů z pitné, užitkové a odpadní vody. Technologie zpevňování a ’' stabilizace částic podle předmětného vynálezu je jednoduchá, nevyžaduje žádných ve vodě ' nerozpustných nosičů a především nevyžaduje speciální technologické a strojní zařízení.
K výrobě katalyzátorů s denitrifikační aktivitou, zpevňování a stabilizaci částic je třeba pouze míchací kotel a filtrační vakuové zařízení.
Výše uváděné nevýhody byly odstraněny vypracováním způsobu zpevňování a stabilizace částic imobilizovaných buněk, připravených podle čs. autorského osvědčení č. 231 458, při kterém se pitná, užitková a odpadní voda obsahující rozpuštěný nitrát a/nebo nitrit spolu s vhodným zdrojem organického uhlíku, uvádí ve styk s částicemi biokatalyzátoru, jehož podstata spočívá V tom, že se do nepřetržitě míchané směsi částic imobilizovaných buněk na bázi směsných buněčných populací vykazujících denitrifikační aktivitu, výhodně buněčného společenstva aktivovaného kalu, nebo mikrobiálních taxonomicky definovaných druhů mikroorganismů s denitrifikační aktivitou, zejména Pseudomonas denitrificans a Paracoccus denitrificans, přidá po úpravě pH v rozmezí 6,0 až 8,0 vodný roztok glutaraldehydu a/nebo vodný roztok technické nebo čisté bílkoviny živočišného, rostlinného a/nebo mikrobiálního původu, jako je vaječná bílkovina, desintegrované nebo autolyzované buňky, výhodně buňky použitých denitrifikačních organismů, načež se směs popřípadě došiti dalším přídavkem glutaralaldehydu, stabilizované částice se od reakční kapaliny oddělí filtrací a popřípadě se suspendují za intenzivního míchání v ledovém acetonu, načež se filtrací znovu oddělí a suší po homogenizaci volně na vzduchu po dobu 1 až 24 hodin, poté se suspendují ve studené vodě, několikrát se vodou dekantují a nakonec se nechají bobtnat v pitné nebo destilované vodě nebo v pufru při teplotách v rozmezí 5 až 20 °C, s výhodou v přítomnosti glukózy, etanolu nebo metanolu.
Částice imobilizovaných buněk, získané podle předmětného vynálezu, jsou pevné, velmi rychle sedimentující útvary nepravidelné velikosti a tvaru s vysokou stabilitou enzymového denitrifikačního systému, což je doloženo v následujících příkladech provedení. Individuální buňky tvořící částici - agregát, popřípadě s kovalentně zesítěnou bílkovinou a stabilizovaným vnitrobuněčným obsahem pulsním zesítěním individuálních buněk, při kompetitivní reakci sítovadla s bílkovinou, jsou mrtvé, neschopné růstu a množení a jsou v nich zachovány požadované enzymové aktivity. Jejich pevnost, dobré sedimentační vlastnosti, snadná a rychlá separovatelnost běžnou filtrací z reakční směsí a vysoká denitrifikační aktivita, umožňuje jejich mnohonásobné opakované nebo kontinuální využití pro denitrifikaci vod v různých typech bioreaktorů i při vysokých koncentracích nitrátů resp. nitritů.
Jako výchozí enzymově aktivní buněčný materiál bylo použito směsné buněčné populace společenstva aktivovaného biokalu, který byl získán z čistíren odpadních vod biologickou flotaci, resp. biologickou koagulací a zahuštěním, způsobem podle čs. autorského osvědčení č. 228 403. Pro technologii zpevňování a stabilizace částic imobilizovaných buněk, byla zahuštěná suspenze vloček ještě odstředěna do formy vlhké buněčné pasty na separátoru Sharples. Jako další výchozí enzymově aktivní buněčný materiál byly použity vlhké buněčné pasty taxonomicky definovaných druhů denitrifikačních bakterií, zejména Pseudomonas denitrificans a Paracoccus denitrificans, vyrostlých za anaerobních resp. semianaerobních podmínek v přítomnosti nitrátu. Způsob zpevňování a stabilizace částic imobilizovaných buněk podle předmětného vynálezu, však nevylučuje využití jiných druhů resp. kmenů mikroorganismů vykazujících denitrifikační aktivitu, popřípadě kmenů, které byly získány selekcí a nahromadováním přírodních nebo sbírkových, taxonomicky definovaných nebo nedefinovaných buněk různých organismů, nebo které byly získány genovou manipulací, nebo jiným způsobem šlechtění.
K dělení částic získaného biokatalyzátoru bylo použito kovových sít na sítovou analýzu s velikosti ok 0,8; 0,5 a 0,315 mm, přičemž částice byly děleny plavením na těchto sítech vodou. Sedimentační rychlost částic neděleného katalyzátoru a rozdělených frakcí byla určována dobou za jakou sedimentuje 1 ml dané frakce katalyzátoru; rozměr ml . s \ Specifický odpor (R) byl vypočítán z doby za kterou dané množství vody, pod daným tlakem, proteče určitým sloupcem částic imobilizovaných buněk,
R = p . S/v . d [Pa . s . ir|2 ] p = tlak vody
S = průřez sloupce v = průtoková rychlost d = výška sloupce.
Specifický odpor měřen pro vodu při teplotě místnosti. Velikost částic byla určována jednak optickým mikroskopem s vestavěným měrným okulárem, jednak dělením na sítech. Porozita částic byla hodnocena nepřímo měřením reakční rychlosti redukce nitrátu v závislosti na j-ého různých koncentracích a také byla zjištována rastrovacím elektronovým mikroskopem.
(
K analytickému hodnoceni biochemických aktivit a další charakterizaci získaných zpevněných a stabilizovaných částic imobilizovaných buněk a procesu denitrifikace, bylo použito následujících a takto charakterizovaných veličin, __ poč. konc. NoZ . zbytk. konc. NOZ VNO, = rychlost redukce = navážka katalyzátoru . čas rozměr [ mg NO^ . 1 . g suché hmoty . h ,
NOg -N = přepočtená hodnota NO^ na dusík; rozměr [mg . 1 j,
NC>2 -N = přepočtená hodnota NC>2 na dusík; rozměr [mg . 1 ^] ,
NH+ -N = přepočtená hodnota NH^ na dusík; rozměr [mg . 1 , Ncelk = celkoví dusík; rozměr [mg .1^,
CHSK = chemická spotřeba kyslíku; rozměr [mg O2 . 1 1] ,
VL = veškeré látky /sušina filtrátu po oddělení částic/; rozměr [g . 1 1J ,
CST = /capillary suction time/, filtrabilita částic; rozměr s .
K stanoveni koncentrace nitrátů a nitritů bylo použito spektrofotometrických metod; v prvém případě reakcí se salicylanem sodným, v druhém případě s kyselinou sulfanilovu a N-/l-naftyl/-etylendiamindihydrochloridem. Stanovení amonných iontů bylo prováděno rovněž spektrofotometricky nesslerizací. Chemická spotřeba kyslíku /CHST/, indikující organické znečištění vody, byla prováděna titrací dvojchromanem, veškeré látky /VL/, byly stanoveny gravimetricky sušinou /105 °C přes noc/. Uvedená měření byla prováděna podle doporučených metod Horákovou et al., /Metody chemické analýzy vod, scriptum vSCHT Praha, 1981/. Celkový dusík byl stanoven kjehldalizací. Filtrabilita /CST/, byla prováděna na zařízeni a způsobem podle Analysis of Raw Potable and Waste Waters, Dept. of the Environment, Her Majestys' Stationary Office, London /Í972/.
Částice katalyzátoru byly suspendovány /asi 0,5 kg/1/ v převařené vodě obsahující 0,5 až 1,0 % /hmota/objem/ glukózy, nebo 1,0 % /objem /objem/ etanolu a přechovávány v polyetylenových lahvích opatřených šroubovým uzávěrem při teplotě v rozmezí 5 až 12 °C.
V 3denních časových intervalech byla kapalina slita a částice suspendovány v čerstvé studené převařené vodě, obsahující uvedené koncentrace glukózy resp. etanolu a opět skladovány při uvedených teplotách. Za těchto podmínek skladování je katalyzátor stabilní minimálně měsíce beze změny denitrifikační aktivity.
V dalším je vynález blíže objasněn v příkladech provedení, aniž by se jimi omezoval.
Příklady provedení
Příklad 1
320 g vlhké hmoty buněčné pasty aktivovaného biokalu s denitrifikační rychlostí /v^q-/ 1/79 mg NO^ . g . 1 . h /směsná buněčná populace z čistírny odpadních vod/, bylo^suspendováno pomocí rychloběžného ocelového vrtulového míchadla v 800 ml reaktivního ve vodě rozpustného polymeru, dále jen RRP, získaného 24 h předchozí polymeraci 4 % flokulantu obsahujícího polyetylenimin /Sedipur CL-930, BASF, NSR/ a 2 % glutaraldehydu postu- pem podle čs. autorského osvědčení č. 231 458; pH suspenze bylo upraveno 40% roztokem NaOH na 7,25 a silně viskozní suspenze obsahující voluminézní částice agregovaných buněk byla 1 hodinu nepřetržitě míchána. Poté byla suspenze voluminézních částic rozdělena na 4 stejné objemové díly /á 280 ml/ a dále bylo postupováno takto.
A) První objemový díl byl vakuově odsát přes textilní materiál /mlynářská silonová plachetka/ a zachycené částice zváženy. Bylo získáno 48 g vlhké hmoty imobilizovaných buněk. Materiál byl po homogenizaci sušen volně na vzduchu při teplotě místnosti 24 h /kontrolní varianta bez zpevnění a stabilizace částic/.
B) Do druhého objemového dílu suspenze bylo v průběhu nepřetržitého míchání přidáno 10 ml 25% vodného roztoku glutaraldehydu a reakční směs byla po dobu 1 hodiny nepřetržitě míchána po úpravě pH 40%roztokem NaOH na 8,0. Poté byla suspenze popsaným způsobem zfiltrována a vlhké částice zváženy. Bylo získáno 56 g vlhké hmoty imobilizovaných a stabilizovaných buněk. Materiál byl vpraven do 200 ml vychlazeného acetonu /-20 °C/ a pomocí rychloběžného vrtulového míchadla krátce promíchán a ihned rychle přes textilní materiál vakuově odsát, homogenizován a sušen volně na vzduchu při teplotě místnosti hódin /stabilizované a zpevněné částice způsobem B/.
C) Do třetího objemového dílu suspenze bylo v průběhu nepřetržitého míchání přidáno 100 ml vodnéhoroztoku technické vaječné bílkoviny /10 g bílkoviny/ 100 ml vody, pH 9,5/ a reakčn-ísměs byla po dobu 1 hodiny nepřetržitě míchána při aktuální hodnotě pH 8,0.
Poté byla směs popsaným způsobem vakuově zfiltrována a vlhké částice zváženy. Bylo získáno 96 g vlhké hmoty imobilizovaných a stabilizovaných buněk..Materiál byl vpraven do 250 ml předem vychlazeného acetonu a způsobem popsaným v předchozím odstavci ošetřen, zfiltrován a sušen volně na vzduchu při teplotě místnosti '24 hodin /stabilizované a zpevněné částice způsobem C/. ' i /
D) Do čtvrtého objemového dílu suspenze bylo v průběhu^nepřetržitého míchání přidáno opět 100 ml vodného roztoku technické vaječné bílkoviny o stejné koncentraci a způsobem uvedeným v předchozím odstavci. Po 1 hodině nepřetržitého míchání bylo k suspenzi přidáno 12 ml
25% vodného roztoku glutaraldehydu a částice za míchání a po další úpravě pH 40% roztokem NaOH na hodnotu 7,9 dále 1 hodinu ponechány reagovat. Poté .byla suspenze popsaným způsobem vakuově zfiltrována á získaný imobilizovaný materiál zvážen. Bylo získáno 102,6 g vlhké hmoty imobilizovaných, stabilizovaných a.zpevněných částic. Vlhký, dobře odsátý materiál byl ošetřen ledovým acetonem způsobem popsaným v předchozím odstavci a po důkladném odsátí a homogenizaci sušen volně na vzduchu po dobu 24 hodin při teplotě místnosti /stabilizované a zpevněné částice způsobem D/.
Po 24 hodinách sušení byly materiály mechanicky homogenizovány a odděleně dekantovány každý několika litry studené pitné vody a nakonec destilovanou vodou. Poté byly částice odděleně vakuově přes textilní materiál zfiltrovány a vpraveny do 1 litru 1% roztoku glukózy ve vodě a ponechány 24 hodin bobtnat, při teplotě 10 °C. Po nabobtnáni byly částice odděleně vakuově zfiltrovány, na plachetce důkladně promyty destilovanou vodou, znovu dobře odsáty a zváženy. Způsobem uvedeným v popisu předmětného vynálezu byl částice imobilizo váných buněk dále charakterizovány, což je uvedeno v následujícím souhrnu výsledků.
| Imobilizovaný preparát | A | B | c | D |
| získáno vlhké hmoty /g/ charakter mate- | 18 | 24 | 36 | 52 |
| riálu /subjek- | voluminézni. | pevný část. | pevný,. | pevný, |
| tivně/ distribuce velikosti částic | mazlavý, | voluminézni | drsný | drsný |
| /mm/ sedimentační | 0,05 až 1,5 | 0,05 až 2,0 | 0,1 až 2,5 ' | 0,1 až 2,5 |
| rychlost /s/ | 26,8 | 19,1 | 12,2 | 10,6 |
| specifický odpor 2 /Pa.s.m / | 389.106 | 269,8.105 | 98,78.105 | 57,69.105 |
| rychlost denitri- | ||||
| fikaoe /vN0-Z /+/ 3 ' 'stabilita | 0,780 | 0,120 | 0,607 | 0,420 |
| denitrifikační | ||||
| aktivity /%/ | 82 | 100 | 100 | 100 |
| ^+^Stabilita | denitrifikační aktivity sledovaná v | průběhu skladování | částic způsobem | |
| uvedeným v popisu | předmětného vynálezu; | procentuální hodnoty jsou uvedeny | po jednom mě- |
sici skladování a vztaženy na výchozí aktivitu částic po jejich přípravě.
V 1 litru destilované vody bylo rozpuštěno 500 mg glukózy a KNO^ o koncentraci 100 mg NOj/1. Vždy 10 g vlhké hmoty jednotlivých nabobtnalých a promytých preparátů imobilizovaných buněk bylo suspendováno ve 100 ml tohoto roztoku v 250 ml erlenmayerových baňkách jejichž hrdla byla překryta fólií z plastické hmoty a baňky umístěny na rotační třepací stroj a míchány při teplotě místnosti /50 otáček/min/. Ve zvolených časových intervalech byl hodnocen průběh denitrifikace analytickými postupy uvedenými v popisu předmětného vynálezu; kinetika průběhu denitrifikace je uvedena jak následuje.
| Preparát imobil. buněk | A | B | |||||
| parametr | no“ -n | NO* -N | NH^ -N | no“ -n | no“ -n | NH* -N | |
| čas /h/ | 2 | 11,52 | 0,20 | 15,22 | 60,60 | 1,80 | 17,20 |
| 4 | 9,71 | 0,11 | 6,48 | 42,82 | 1,20 | 15,66 | |
| 6 | 6,99 | 0,08 | 5,24 | 37,68 | 0,96 | 11,43 | |
| 24 | 0,79 | 0,05 | 4,74 | 1,96 | 0,36 | 6,28 |
| Preparát imobil. buněk | c | D | |||||
| __ | |||||||
| parametr | NO3 -n | no2 -n | NH4 -n | NO3 -n | NO2 -n | NH4 -n | |
| čas /h/ | 2 | 12,24 | 0,08 | 5,38 | 15,28 | 0 | 12,47 |
| 4 | 10,12 | 0,06 | 5,16 | 9,76 | 0,05 | 10,02 | |
| 6 | 8,81 | 0,04 | 3,08 | 8,93 | 0,04 | 4,74 | |
| 24 | 1,09 | 0,06 | 1,77 | 3,73 | 0,09 | 4,34 |
Příklad 2 g vlhké hmoty buněčné pasty aktivovaného biokalu s denitrifikační rychlostí /v^q“/ 2,09 mg NO^ .g^. 1 . h bylo suspendováno ve 200 ml RRP způsobem a postupem uvedeným v příkladu 1. 4,55 na hodnotu 6,95 a
Poté bylo za míchání upraveno pH 40% roztokem 30 minut byla suspenze intenzívně míchána.
NaOH z hodnoty
Po této době bylo za míchání přilito 250 ml 10% /hmota/objem/ vodného roztoku technické vaječné bílkoviny. Pro promíchání bylo pH reakční směsi 7,25. Silně viskózní suspenze byla dále 1 hodinu nepřetržitě míchána, načež byly částice vakuově odděleny filtrací na nuči přes textilní materiál. Částice byly důkladně vymačkány a zbaveny přebytečné reakční směsi a vlhké zváženy /320 g/ a rozděleny na dva stejné hmotnostní díly /á 160 g/. Jeden díl homogenizován a sušen v tenké vrstvě volně na vzduchu 24 hodin, druhý díl suspendován v 500 ml předem vychlazeného acetonu /-20 °C/ a pomocí rychloběžného vrtulového míchadla intenzivně promícháván po dobu přibližně 3 minut, poté rychle vakuově popsaným způsobem přes plachetku odsát, přebytečný aceton z částic vymačkán, materiál homogenizován, rozprostřen v tenké vrstvě a ponechán schnout volně na vzduchu 24 hodin při teplotě místnosti.
Po usušení materiálu byly tyto mechanicky odděleně homogenizovány, dekantovány a ponechány bobtnat způsobem uvedeným v příkladu 1. Po nabobtnání, promytí a filtraci byly oba katalyzátory zváženy /B^ - neošetřené částice acetonem, vlhká hmota 67,6 g; B2 - ošetřené částice acetonem, vlhká hmota 62,5 g/.
Oba získané biokatalyzátory, jejichž částice byly popsaným způsobem zpevněny a stabilizovány, byly dále charakterizovány v opakovaných cyklech použití /denitrifikace/ téže násady takto. 10 g vlhké hmoty každého z katalyzátorů bylo suspendováno do 100 ml vody obsahující glukózu a KNO^ /500 mg glukózy . 1 a 100 mg NO^ . 1 / v 250 ml erlenmayerových baňkách. Hrdla baněk byla neprodyšně uzavřena fólií z plastické hmoty a umístěna na reciproký třepací stroj /100 kyvů . min ^/ při teplotě 28 až 30 °C, kde byly suspenze částic nepřetržitě míchány po dobu 24 hodin. Po této době byly baňky z třepacího stroje sejmuty, částice odděleně zfiltrovány přes mlynářskou plachetku, filtrát podroben analýzám postupy uvedenými v popisu předmětného vynálezu, částice na plachetce důkladně promyty destilovanou vodou, odsáty a kvantitativně vpraveny zpět do čistě vypláchnutých baněk, přelity čerstvou násadou /100 ml/ vodného roztoku glukózy a KNO3 o uvedených koncentracích, uzavřeny a zahájen další opakovaný cyklus denitrifikace a toutéž násadou biokatalyzátorů za uvedených podmínek. Takto bylo postupováno ve 24 hodinových cyklech opakovaného použití částic celkem lOkrát. Výsledky jsou shrnuty jak následuje.
| Počet cyklů | Kataly- zátor | CST | VL | no” “N | no -n | nhJ -n | N ,, celk | CHSK |
| 1 | B1 | 7,7 | 0,605 | 0 | 1,800 | 10,23 | 63,11 | 335,84 |
| B2 | 6,9 | 0,795 | 0 | 1,979 | 19,46 | 72,82 | 559,73 | |
| 2 | B1 | - | 0,490 | 0,68 | 0,269 | 12,98 | - | - |
| B2 | - | 0,305 | 0,41 | 0,198 | 11,78 | - | - | |
| 3 | B1 | - | 0,545 | 0 ' | 0,081 | 8,11 | - | - |
| B2 | - | 0,480 | 0 | 0,092 | 5,36 | - | - | |
| 4 | B1 | - | 0,475 | 0,75 | 0,107 | 11,78 | 63,11 | 619,06 |
| B2 | - | 0,540 | 0,90 | 0,131 | 15,47 | 72,82 | 624,87 | |
| 5 a 6 | B1 | v opakovaných | cyklech pokračováno. | filtráty | ||||
| B2 | však | neanalyzovány | ||||||
| 7 | B1 | 7,4 | 0,380 | 0,24 | 0,055 | 3,49 | - | |
| 8,0 | 0,395 | 0,39 | 0,067 | 7,18 | - | - | ||
| 8 | B1 | 4,2 | 0,490 | 0,27 | 0,057 | 1,60 | 48,54 | 400,95 |
| B2 | 8,4 | 0,435 | 0,03 | 0,061 | 3,60 | 43,69 | 212,27 | |
| 9 | B1 | - | 0,390 | 0,12 | 0,066 | 2,39 | - | Ξ |
| B2 | - | 0,415 | 0,15 | 0,058 | 4,69 | - | - | |
| 10 | B1 | - | 0,280 | 0,21 | 0,038 | 1,46 | - | 1 084,90 |
| B2 | - | 0,230 | 0,31 | 0,018 | 0,32 | 306,61 |
Příklad 3 g vlhké hmoty buněčné pasty aktivovaného biokalu s denitrifikační aktivitou jako v příkladu 2, bylo suspendováno ve 200 ml RRP způsobem a postupem uvedeným v příkladu 1. Poté bylo upraveno za míchání pH 40% roztokem NaOH z hodnoty 4,95 na hodnotu 7,1 a 30 minut byla suspenze intenzivně míchána. Po této době bylo za míchání přilito 250 ml vodného roztoku technické bílkoviny jako v příkladu 2 a upraveno za míchání pH tímtéž roztokem NaOH na hodnotu 8,05. Po 30 minutách míchání bylo do silně viskázní míchané suspenze přidáno 40 ml 25% vodného roztoku glutaraldehydu a intenzívně mícháno po dobu 1 hodiny, načež byly částice filtrací popsaným způsobem odděleny, vymačkány, vlhký materiál zvážen /295 g/ a rozdělen na dva stejné hmotnostní díly /á 147 g/. Jeden hmotnostní díl /C^/ byl sušen bez ošetřeni acetonem, druhý hmotnostní díl byl ošetřen 500 ml předem vychlazeného acetonu. Postup sušení, filtrace a ošetření acetonem je uveden v příkladu 2.
Po usušení materiálů byly tyto mechanicky odděleně homogenizovány, dekantovány a ponechány bobtnat způsobem uvedeným v příkladu 1. Po nabobtnání, promytí a filtraci, tyto operace byly prováděny způsobem uvedeným v příkladu 1, byly oba katalyzátory zváženy
- částice neošetřeny acetonem, vlhká hmota 44 g; C2 - částice ošetřeny acetonem, vlhká hmota 37 g/.
Oba získané biokatalyzátory, jejichž částice byly popsaným způsobem zpevněny a stabilizovány, byly dále charakterizovány v 10 opakovaných cyklech použití /denitrifikace/ téže násady, způsobem a za podmínek uvedených v příkladu 2. Postupy analýzy filtráty po proběhlých cyklech opakovaného použití téže násady částic pro enzymovou denitrifikaci vody, jsou uvedeny v popisu předmětného vynálezu.
Počet Katalycyklů zátor
| 1 | C1 C2 | 6,5, 7,2 | 0,625 0,505 | 11,93 4,52 | 0,213 0,091 | 22,80 17,46 | 72,82 58,25 | 708,97 429,11 |
| 2 | C1 | 0,670 | 3,35 | 0,709 | 5,69 | * | - | |
| c2 | - | 0,600 | 2,75 | 0,079 | 3,14 | - | - | |
| 3 | C1 | 0,545 | 0,72 | 0,046 | 6,11 | - | - | |
| c2 | - | 0,535 | 0,19 | 0,025 | 2,82 | - | - | |
| 4 | C1 | - | 0,500 | 0,900 | 0,149 | 10,48 | 53,40 | 440,49 |
| c2 | - | 0,520 | 1,020 | 0,079 | 7,88 | 67,96 | 309,53 | |
| 5 a 6 | C1 C2 | v opakovaných cyklech pokračováno, však neanalyzovány | filtráty | |||||
| 7 | C1 | 6,6 | 0,365 | 0,390 | 0,038 | 3,790 | - | - |
| c2 | 8,0 | 0,420 | 0,500 | 0,055 | 4,590 | - | - | |
| 8 | C1 | 8,4 | 0,450; | 0,160 | 0,035 | 1,600 | 38,84 | 306,61 |
| c2 | 5,7 | 0,250 | 0,090 | 0,035 | 1,190 | 48,54 | 247,59 | |
| 9 | C1 | 0,420 | . 0,320 | 0,055 | 2,200 | - | - | |
| <2 | - | 0,440 | 0,140 | 0,038 | 1,600 | - | - | |
| 10 | C1 | - | 0,130 | 0,080 | 0,030 | 1,080 | - | 412,74 |
| c2 | - | 0,135 | 0,180 | 0,007 | 0,540 | - | 153,30 |
Příklad 4 g vlhké hmoty buněčné pasty Pseudomonas denitrificans s denitrifikační rychlostí
- -1 -1 -1 3 /vN0 -/ 2,8 rag N03 · 9 · 1 · h ' byi° suspendováno ve 100 ml RRP , způsobem a postupem uvedeným v příkladu 1. Suspenze byla upravena v průběhu míchání 40% roztokem NaOH na hodnotu pH 8,0 a míchána po dobu 1 hodiny. Poté bylo k míchané suspenzi částic přidáno 100 ml 10% /hmota/objem/ vodného roztoku technické vaječné bílkoviny a suspenze dále míchána po dobu 1 hodiny. Vlhké částice v předešlých příkladech popsaným způsobem vakuově separovány a zváženy /53,6 g/. Částice suspendovány ve 200 ml předem vychlazeného acetonu /-20 °C/, 3 minuty intenzívně míchány a opět přes plachetku separovány vakuovou filtrací, přebytečný aceton vymačkán, částice homogenizovány a rozprostřeny v tenké vrstvě a ponechány schnout při teplotě místnosti 24 hodin volně na vzduchu.
Poté byly suché částice homogenizovány, větší slepené hrudky rozdrceny v hmoždíři a materiál několikrát dekantován několika litry pitné a posléze destilované vody. Materiál odsát a zvážen /63 g/ a vpraven do 250 ml pitné vody obsahující 1 % /objem/objem/ etanolu a ponechán bobtnat 24 hodin při 10 °C. Poté byly částice vakuově dobře odsáty, na plachetce promyty destilovanou vodou, znovu odsáty a zváženy.
Celkem bylo získáno 56,2 g vlhké hmoty zpevněných a stabilizovaných částic biokata- -1 -1 -1 lyzátoru o denitrifikační aktivitě /VNO-/ 0,821 mg NO^ . g . 1 . h o průměrné distri3 _ j buci velikosti částic 0,085 až 1,5 nun, sedimentační rychlosti 24,2 ml . s .V průběhu 3 měsíčního skladování imobilizovaného materiálu za podmínek uvedených v popisu předmětného vynálezu, nebyl zaznamenán pokles specifické denitrifikační rychlosti.
Příklad 5 g vlhké hmoty buněčné pasty Paracoccus denitrificans s denitrifikační rychlostí ' - -1 -1 -1 3 /νΝθ-/ 3,6 mg NOj . g .1 . h , bylo suspendováno ve 100 ml RRP způsobem a postupem uvedeným v příkladu 1. Dále bylo postupováno ve zpevňování a stabilizaci částic jak je uvedeno v příkladu 4 s tím rozdílem, že po jedné hodině míchání po přidání roztoku bílkovin, bylo za mícháni přidáno 12 ml 25% vodného roztoku glutaraldehydu a reakční směs ještě 1 hodinu nepřetržitě míchána po úpravě pH na 7,5 popsaným způsobem. Po této době bylo opět postupováno podle příkladu 4 včetně separace filtrací, acetonizaoe,· sušení, dekantace, bobtnání, promytí a separace.
Celkem bylo získáno 48,6 g vlhké hmoty zpevněných a stabilizovaných částic biokatalyzátoru o denitrifikační aktivitě /vNQ-/ 1,14 mg NO” . g-1 . I-1 . h“1, o průměrné distribuci i
velikosti částic 0,06 až 1,1 mm a sedimentační rychlosti 39,2 ml . s .V průběhu jednoměsíčního sledování aktivity imobilizovaného materiálu, za podmínek skladování uvedených y popisu předmětného vynálezu, nebyl zaznamenán pokles specifické denitrifikační rychlosti.
Claims (1)
- PŘEDMĚT VYNÁLEZUZpůsob zpevňováni a stabilizace částic imobilizovanýoh buněk pro denitrifikaci vod, připravených podle autorského osvědčeni č. 231 458, při kterém se pitná, užitková nebo odpadní voda obsahující nitrát a/nebo nitrit spolu s vhodným zdrojem organického uhlíku, uvádí ve styk s částicemi biokatalyzátoru, vyznačený tím, že se do nepřetržitě míchané směsi částic imobilizovanýoh buněk na bázi směsných buněčných populací vykazujících denitrifikační aktivitu, výhodně buněčného společenstva aktivovaného kalu, nebo taxonomioky definovaných druhů mikroorganismů s denitrifikační aktivitou, zejména Pseudomonas denitrificans a Paracoccus denitrificans, přidá po úpravě pH v rozmezí 6,0 až 8,0 vodný roztok glutaraldehydu a/nebo vodný roztok nebo suspenze technické nebo čisté bílkoviny živočišného, rostlinného a/nebo mikrobiálního původu, jako· je vaječná bílkovina, desintegrované nebo autolyzované mikrobiální buňky, výhodně buňky použitých produkčních mikroorganismů, načež se směs popřípadě došití dalším přídavkem glutaralaldehydu, stabilizované částice se od reakční kapaliny oddělí filtrací a popřípadě suspendují za intenzivního míchání v ledovém acetonu, filtrací se znovu oddělí a suší se po homogenizaci volně na vzduchu při teplotě místnosti po dobu 1 až 24 hodin, potom se částice suspendují ve vodě, několikrát se vodou dekantují a nechají bobtnat v pitné nebo destilované vodě nebo v pufru při teplotách v rozmezí 5 až 20 °C, s výhodou v přítomnosti glukózy, etanolu nebo metanolu.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CS463584A CS245584B3 (cs) | 1982-01-14 | 1984-06-18 | Způsob zpevňování a stabilizace částic imobilizovaných buněk pro denitrifikaci vod |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CS82277A CS231458B1 (en) | 1982-01-14 | 1982-01-14 | Cellular catalysts for biotransformation and method to produce them |
| CS463584A CS245584B3 (cs) | 1982-01-14 | 1984-06-18 | Způsob zpevňování a stabilizace částic imobilizovaných buněk pro denitrifikaci vod |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CS245584B3 true CS245584B3 (cs) | 1986-10-16 |
Family
ID=25745267
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CS463584A CS245584B3 (cs) | 1982-01-14 | 1984-06-18 | Způsob zpevňování a stabilizace částic imobilizovaných buněk pro denitrifikaci vod |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CS (1) | CS245584B3 (cs) |
-
1984
- 1984-06-18 CS CS463584A patent/CS245584B3/cs unknown
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Garber | Laboratory study of nitrogen and phosphorus remineralization during the decomposition of coastal plankton and seston | |
| Kumlanghan et al. | Microbial BOD sensor for monitoring treatment of wastewater from a rubber latex industry | |
| Ragusa et al. | Indicators of biofilm development and activity in constructed wetlands microcosms | |
| Ahansazan et al. | Activated sludge process overview | |
| Sun et al. | Feast/famine ratio determined continuous flow aerobic granulation | |
| Burghate et al. | Fluidized bed biofilm reactor–a novel wastewater treatment reactor | |
| US20040219651A1 (en) | Novel biological floculants and production methods | |
| CN102863085A (zh) | 废水处理 | |
| Bohdziewicz et al. | Integrated system of activated sludge–reverse osmosis in the treatment of the wastewater from the meat industry | |
| Nogueira et al. | Influence of dissolved oxygen on the nitrification kinetics in a circulating bed biofilm reactor | |
| Dong et al. | Nitrification characteristics of nitrobacteria immobilized in waterborne polyurethane in wastewater of corn-based ethanol fuel production | |
| Dalecka et al. | Removal of total phosphorus, ammonia nitrogen and organic carbon from non-sterile municipal wastewater with Trametes versicolor and Aspergillus luchuensis | |
| Lazarova et al. | Biofilm performance of a fluidized bed biofilm reactor for drinking water denitrification | |
| Ismail et al. | Effects of high salinity wastewater on methanogenic sludge bed systems | |
| CN100334008C (zh) | 含有氨基多羧酸的有机废水的处理方法 | |
| Kokufuta et al. | Continuous column denitrfication using polyelectrolyte complex-entrapped Paracoccus denitrificans cells | |
| Nancharaiah et al. | Removal and biotransformation of U (VI) and Cr (VI) by aerobically grown mixed microbial granules | |
| CN106277365A (zh) | 一种具有生物降解和脱氮功能的粉末活性炭颗粒制备方法 | |
| CS245584B3 (cs) | Způsob zpevňování a stabilizace částic imobilizovaných buněk pro denitrifikaci vod | |
| Setianingsih et al. | Development of aerobic microbial granules to enhance the performance of activated sludge technology for wastewater treatment application | |
| Ellis et al. | Biological wastewater treatment under the influence of pressure | |
| TAKAHASHI et al. | Metabolism of suspended matter in activated sludge treatment | |
| DE10085484B4 (de) | Verfahren zur Herstellung von stabilen und wiederverwendbaren, bioempfindlichen Granulaten | |
| KR100212198B1 (ko) | 유기물 및 암모니아성 질소 제거용 메디아 충진형폐수처리 시스템 | |
| Maurer et al. | Modelling denitrification in a moving bed of porous carriers from a low-loaded wastewater treatment plant |