CS245584B3 - A method of strengthening and stabilizing particles of immobilized cells for denitrification of water - Google Patents
A method of strengthening and stabilizing particles of immobilized cells for denitrification of water 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
- filtration
- cells
- Prior art date
Links
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.The method of solidifying and stabilizing particles of immobilized cells for denitrification of water, prepared according to basic copyright certificate No. 231 458, in which drinking, utility or waste water containing nitrate and/or nitrite, together with a suitable carbon source, is brought into contact with biocatalyst particles, consists in adding to a stirred mixture of biocatalyst particles based on mixed cell populations showing denitrification activity, or taxonomically defined species of microorganisms with denitrification activity, in particular Pseudomonas denitrificans or Paracoccus denitrificans, after adjusting the pH in the range! 6.0 to 8.0 aqueous solution of glutaraldehyde and/or aqueous solution or suspension of technical or pure protein of animal, vegetable and/or microbial origin, preferably technical egg protein and/or disintegrated or autolyzed suspension of production cells containing particulate or free denitrification enzymes in addition to other soluble proteins, after which the continuously stirred mixture is optionally supplemented with further addition of glutaraldehyde, the stabilized particles are separated from the reaction liquid by filtration and optionally suspended in ice-cold acetone, separated again by filtration and dried after homogenization in the open air at room temperature for 1 to 24 hours, then the particles are suspended in cold water, decanted several times with water and allowed to swell in water or in buffer, at temperatures of 5 to 20 °C, preferably in the presence of glucose, ethanol or methanol.
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.The invention relates to a method of strengthening and stabilizing lysed cells according to basic copyright certificate No. 231,458 and stabilizing the nitrifying enzyme system in these particles, which serve for the denitrification of drinking, utility and waste water.
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.The application of these solidified and stabilized biocatalyst particles enables denitrification or purification of drinking, utility and wastewater based on the principle of bioreactors, in a multiple, repeated, semi-continuous and continuous manner.
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.Denitrification can be specified as the reduction of nitrate to gaseous nitrogen, which is a process of ecological and economic significance. Anaerobic respiration of nitrate to gaseous nitrogen /denitrification/ is an ecologically very important process significantly affecting the material balance in the nitrogen cycle. It takes place in soil and water, both fresh and marine, and is essentially the opposite process to nitrogen fixation /nitrification/. It leads to a decrease in the concentration of nitrates and nitrites in soil and water and to nitrogen loss /leakage into the atmosphere/. In soil, the denitrification process is of course undesirable, but for natural waters, especially drinking water /whether underground or surface/ a higher content of nitrates and nitrites is unacceptable in many countries of the world. In the current Czechoslovak state standard for drinking water, nitrates are not classified as pollution indicators and the nitrate content is permissible up to a concentration of 50 mg/1. However, this permissible value already exceeds the nitrate content in water that may be used for infant nutrition /15 mg/l/. In connection with the extensive chemicalization of agriculture and the flushing of mineral and animal fertilizers with rain and seepage through the soil into rivers, lakes, ponds, groundwater, wells, etc., high concentrations of nitrates and nitrites and ammonia, especially in drinking water used for the nutrition of the population, are becoming critical. This fact could seriously endanger the health of humans and animals in the future.
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,Some microorganisms are able to reduce nitrate to molecular nitrogen by respiration. While many microorganisms, especially bacteria, are able to reduce nitrate to nitrite, which accumulates in the environment, only a few microorganisms are able to use nitrite as an exogenous acceptor of hydrogen and electrons. In this case, nitrites do not accumulate, but are reduced to N 2 by nitrite reductase and other enzymes. The entire process of enzymatic denitrification, which is catalyzed by nitrate reductase, nitrite reductase, NO-reductase and ^O-reductase, i.e. 4 enzymes /reductases/, can be achieved in 4 steps, assuming the formation of two free intermediates, NO and N 2 0, which, however, are not released into the environment,
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/.2NO 2 + 3H 2 + 2H + -> N 2 + 3H 2 O is -795 kJ.mol The physiological donors of hydrogen and electrons for the reduction of NOg, NO^, NO and N 2 0 are cytochromes and it is generally believed that these reductions are associated with the oxidative phosphorylation of ADP to ATP /Payne, WJ, Bacteriol. Rev. 37, 409 to 459, 1973/.
Syntéza respirační nitrátreduktázy u mikroorganismů je fyziologicky regulována.The synthesis of respiratory nitrate reductase in microorganisms is physiologically regulated.
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.It is formed only in the presence of nitrate, which is its inducer. Nitrate induces not only the synthesis of nitrate reductase itself, but also a specific cytochrome, which supplies hydrogen and electrons for the reduction of nitrate to nitrite. The second condition for the synthesis of this enzyme is anaerobic.
Kyslík reprimuje syntézu nitrátreduktázy i v přítomnosti induktoru. Kromě toho kyslík také inhibuje aktivitu nitrátreduktázy již přítomné v buňkách /kyslíkový efekt/.Oxygen represses the synthesis of nitrate reductase even in the presence of an inducer. In addition, oxygen also inhibits the activity of nitrate reductase already present in cells (oxygen effect).
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.Nitrate reductase contains iron and molybdenum and is bound to the cytoplasmic membrane of the cell as a hemoprotein. In contrast, nitrite reductase is a soluble enzyme, dissolved in the cytoplasm of the cell. It is a protein containing two heme groups and, in addition to nitrite reductase activity, also exhibits oxidase activity. Little is known about the two remaining enzymes, NO-reductase and N^O-reductase. They are membrane-bound enzymes.
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/.The process of enzymatic denitrification is therefore relatively complex and only a few organisms capable of reducing nitrate to molecular nitrogen by respiration occur in nature. Among the bacteria, these are mainly Pseudomonas denitrificans and Paracoccus denitrificans, which belong to gram-negative or gram-labile bacteria. The ability of some mixed cell populations containing various microorganisms, especially heterotrophic bacteria and saprobic protozoa, to denitrify has been known for a long time. These mixed cell populations are known from purification processes in water treatment plants and form the so-called socially activated sludge. The composition of the community of heterogeneous cell population /biocenosis/ in a given treatment plant is decisively influenced by the ability of individual species of organisms to use wastewater, or rather the nutrients contained therein as sources of carbon, nitrogen and energy, which results in the possibility of growth and multiplication of organisms in the specific conditions of a given treatment plant. In other words, in essence, the selection and accumulation of capable individuals forming a mixed cell population. The qualitative and quantitative representation of individual species and groups of organisms in the population largely depends not only on the quality and content of nutrients in the wastewater, but also on the technological conditions of treatment /aeration and its intensity, bubble size, mixing, temperature/. Under given conditions, a balance is established in the qualitative and quantitative representation of individual organisms forming the activated sludge community /biosludge/, where in the vast majority of cases the mixed cell population is made up of bacteria /gram-negative bacteria from the genus Pseudomonas, paracocci, diplococci, lactobacilli, vibrios/, imperfect and true fungi /yeasts, molds, basidiomycetes/, protozoa /flagellates, metazoans/ and metazoans - rotifers, nematodes /Buck, H., Mikroorganismen in der Abwasserreinigung, Hirthammer, F. ed., Verlag, Munich, 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/.Due to the fact that the content of nitrates and nitrites in drinking, utility and waste water fluctuates on average between 5 and 100 mg/1, the composition of the activated sludge cell community also fluctuates in different treatment plants, respectively. its denitrification activity also fluctuates. However, due to the constant spread of relatively significant amounts of organic and inorganic nitrogen in waters, the common denominator of biosludge is always a certain denitrification activity. From the above, it is clear that selected and accumulated mixed cell communities in treatment plants can serve as a starting biological material for water denitrification /Goronszy, M. C. and Barnes, D., Process Biochem., Jan/Feb., 13 to 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.A certain progress in the field of modern directions of biotechnology is the application of microbial, taxonomically defined or mixed cell populations in immobilized form. Immobilized cells with denitrification activity, in contrast to the single-use of native cells, allow the use of particles of these biocatalysts many times over in batch stirred reactors, or continuously in reactors with a buoyant or fixed bed, in stirred single-stage or multi-stage reactors, or in recirculating reactors, which significantly reduces labor and energy consumption, with significantly longer half-lives of denitrification activity than in the case of native cells.
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.Certain methods of immobilization and utilization of immobilized cells with denitrification activity have already been described in the literature. For example, a pilot-scale model of water denitrification in a recirculating fluidized bed reactor was described, where the sorption and growth of living cells of a mixed cell population of biosludge onto sand particles placed in a recirculating column was used.
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 fcMethanol was used as the carbon source. In this case, nitrite was an intermediate product of nitrate reduction in two steps /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.Europe Congress Biotechnol., Part 1, Discussion Papers, 151 az 153, Interlaken, Swltzerland, published by Dechema Frankfurt/M, 1978/, /1/ N0~ + 0.33 CH 3 OH--> NO~ + 0.33 CC> 2 + 0.66 H 2 O, /2/ NO + 0.5 CH 3 OH ------> 0.5 N 2 + 0.5 CO 2 + 0.5 H 2 O + 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.Another example is the use of immobilized living cells, in this case taxonomically defined bacteria Pseudomonas denitrificans, in a calcium alginate gel for the denitrification of drinking water. In this case, ethanol was chosen as the carbon source for the physically embedded bacteria. The column was filled with alginate pellets and denitrification was carried out under laboratory conditions in a continuous manner. Chemical treatment of the pellets with glutaraldehyde alone, or with glutaraldehyde in the simultaneous presence of hexamethylenediamine or polyethyleneimine, led to a significant reduction or complete loss of the denitrification activity of the immobilized cells in alginate /Nilsson, I and Ohlson, S., European J. Appl. Microbiol. Biotechnol.
14, 89 až 90, 1982/.14, 89-90, 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.However, with multiple repeated or continuous use of physically immobilized living cells with denitrification activity, the cells are washed out of the particles and thus the enzyme efficiency decreases, because the natural /alginate, gelatin, agar/ or synthetic /copolymerization of acrylamide with N,N'-methylene diacrylamide/ polymers used form very soft pellets, regardless of the fact that the cells in these gels grow and multiply, which leads to mechanical disruption of the rigidity of the particles and after a certain time to their disintegration. In freshly immobilized cells in the above-mentioned way, the rate of denitrification is strongly limited by the diffusion of substrates into the particle and gaseous products and water from the particle. Sorption of living cells onto water-insoluble particles /e.g. sand or other inorganic or organic materials/ is a very labile physical bond, based mainly on van der Waals forces, or mechanical strengthening of the adhesion of adhered cells to the surface of the carrier particles is applied here due to the influence of extracellular slimes produced by the mixed cell population. From the point of view of the industrial use of water denitrification using immobilized cells, physical methods of immobilization are unrealistic for the reasons indicated and work leading to the acquisition of immobilized cell particles by a combination of physical and chemical methods /incorporation into a gel and chemical treatment of particles/ has not yet met with success.
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.In an effort to remove this technological limit of production and use of cell catalysts in various industrial sectors, a substantially simplified and to a large extent universal technology for the production of various immobilized prokaryotic and eukaryotic cells has been developed, the particles of which contain various enzymes or entire sequences of enzyme-catalyzed metabolic pathways and are applicable for various biotransformations and bioconversions. These procedures are the subject of Czechoslovak Patent No. 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.By the cited procedure, which is based on mutual chemical immobilization of different cells carrying different enzymes into the form of mutually covalently bound aggregates using reactive water-soluble polymers (hereinafter referred to as RRP), biocatalyst particles can be created even by simply mixing suspended cells in a reaction mixture at normal temperatures. The resulting catalyst particles have high required enzyme activities and good sedimentation properties, but they are soft and must be strengthened in various ways, either by using adhesives dissolved in organic solvents, e.g. acetone, or by postforming voluminous particles into the form of granules or cylinders and their subsequent drying. The first method of solidification results in the creation of a diffusion barrier for substrates and products into and out of the particle, by reducing their porosity (partially sealing the pores of the particles), the second method leads to the formation of large particles, of the order of 1 to 10 mm, thereby eliminating the initial advantage of a high degree of enzyme efficiency of the originally formed smaller particles (dependence of particle size on the specific surface area). RRP, due to its high molecular weight, does not penetrate into entire native cells, which is an advantage for some enzymes contained in cells that are extremely sensitive to free low-molecular crosslinking agents, especially glutaraldehyde. Enzymes that are extremely sensitive to the aggressive effects of bifunctional crosslinking agents such as glutaraldehyde include the aforementioned reducing enzymes that form the denitrification enzyme system.
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.It has now been found that, depending on the method of production of immobilized cells described in Czechoslovak patent No. 231 458, it is possible to strengthen and stabilize particles of immobilized cells with denitrification activity by chemical means in combination with mechanical means, whereby the obtained material is usable for denitrification on an industrial scale for the selective removal of nitrates or nitrites from drinking, utility and waste water. The technology of strengthening and '' stabilization of particles according to the present invention is simple, does not require any water-insoluble carriers and, above all, does not require special technological and mechanical equipment.
K výrobě katalyzátorů s denitrifikační aktivitou, zpevňování a stabilizaci částic je třeba pouze míchací kotel a filtrační vakuové zařízení.To produce catalysts with denitrification activity, solidification and stabilization of particles, only a mixing boiler and a vacuum filtration device are needed.
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.The above-mentioned disadvantages were eliminated by developing a method for solidifying and stabilizing particles of immobilized cells prepared according to the MS. of the author's certificate No. 231 458, in which drinking, utility and waste water containing dissolved nitrate and/or nitrite together with a suitable source of organic carbon are brought into contact with particles of a biocatalyst, the essence of which lies in the fact that an aqueous solution of glutaraldehyde and/or an aqueous solution of technical or pure protein of animal, plant and/or microbial origin, such as egg protein, disintegrated or autolyzed cells, preferably cells of the denitrifying organisms used, are added to a continuously stirred mixture of particles of immobilized cells based on mixed cell populations showing denitrification activity, preferably a cell community of activated sludge, or microbial taxonomically defined species of microorganisms with denitrification activity, in particular Pseudomonas denitrificans and Paracoccus denitrificans, after pH adjustment in the range of 6.0 to 8.0, after which the mixture is optionally finished with a further addition of glutaraldehyde, the stabilized particles are are separated from the reaction liquid by filtration and optionally suspended with intensive stirring in ice-cold acetone, after which they are separated again by filtration and dried after homogenization in the open air for 1 to 24 hours, then suspended in cold water, decanted several times with water and finally allowed to swell in drinking or distilled water or in a buffer at temperatures between 5 and 20 °C, preferably in the presence of glucose, ethanol or methanol.
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.The immobilized cell particles obtained according to the present invention are solid, very rapidly sedimenting formations of irregular size and shape with high stability of the enzyme denitrification system, which is demonstrated in the following examples. Individual cells forming the particle - aggregate, optionally with covalently crosslinked protein and stabilized intracellular content by pulse crosslinking of individual cells, during the competitive reaction of the crosslinker with the protein, are dead, incapable of growth and multiplication and the required enzyme activities are preserved in them. Their strength, good sedimentation properties, easy and fast separability by conventional filtration from reaction mixtures and high denitrification activity, enable their multiple repeated or continuous use for denitrification of water in various types of bioreactors even at high concentrations of nitrates or nitrites.
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.As the starting enzyme-active cell material, a mixed cell population of the activated biosludge community was used, which was obtained from wastewater treatment plants by biological flotation, or biological coagulation and thickening, according to the method according to the Czechoslovak Patent No. 228 403. For the technology of solidification and stabilization of immobilized cell particles, the thickened floc suspension was centrifuged into a wet cell paste on a Sharples separator. As another starting enzyme-active cell material, wet cell pastes of taxonomically defined species of denitrifying bacteria were used, in particular Pseudomonas denitrificans and Paracoccus denitrificans, grown under anaerobic or semi-anaerobic conditions in the presence of nitrate. However, the method of solidification and stabilization of immobilized cell particles according to the present invention does not exclude the use of other species or strains of microorganisms exhibiting denitrifying activity, or strains that were obtained by selection and accumulation of natural or collection, taxonomically defined or undefined cells of various organisms, or that were obtained by gene manipulation or other breeding methods.
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,To separate the particles of the obtained biocatalyst, metal sieves for sieve analysis with mesh sizes of 0.8; 0.5 and 0.315 mm were used, and the particles were separated by floating on these sieves with water. The sedimentation rate of the particles of the undivided catalyst and the separated fractions was determined by the time it takes for 1 ml of the given catalyst fraction to sediment; dimension ml . s \ The specific resistance (R) was calculated from the time it takes for a given amount of water, under a given pressure, to flow through a certain column of immobilized cell particles,
R = p . S/v . d [Pa . s . ir|2 ] p = tlak vodyR = p . S/w. d [Pa . with . ir|2 ] p = water pressure
S = průřez sloupce v = průtoková rychlost d = výška sloupce.S = column cross-section v = flow rate d = column height.
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.Specific resistance measured for water at room temperature. Particle size was determined both by an optical microscope with a built-in measuring eyepiece and by dividing on sieves. Particle porosity was evaluated indirectly by measuring the reaction rate of nitrate reduction depending on its various concentrations and was also determined by a scanning electron microscope.
((
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 ,For analytical evaluation of biochemical activities and further characterization of the obtained solidified and stabilized particles of immobilized cells and the denitrification process, the following and thus characterized quantities were used, __ initial conc. NoZ . residual conc. NOZ V NO, = reduction rate = catalyst loading . time dimension [ mg NO^ . 1 . g dry matter . h ,
NOg -N = přepočtená hodnota NO^ na dusík; rozměr [mg . 1 j,NOg -N = converted value of NO^ to nitrogen; dimension [mg . 1 j,
NC>2 -N = přepočtená hodnota NC>2 na dusík; rozměr [mg . 1 ^] ,NC>2 -N = converted value of NC>2 to nitrogen; dimension [mg . 1 ^] ,
NH+ -N = přepočtená hodnota NH^ na dusík; rozměr [mg . 1 , Ncelk = celkoví dusík; rozměr [mg .1^,NH+ -N = converted value of NH^ to nitrogen; dimension [mg . 1 , N total = total nitrogen ; dimension [mg .1^,
CHSK = chemická spotřeba kyslíku; rozměr [mg O2 . 1 1] ,COD = chemical oxygen demand; dimension [mg O 2 . 1 1 ] ,
VL = veškeré látky /sušina filtrátu po oddělení částic/; rozměr [g . 1 1J ,VL = all substances /solids of the filtrate after separation of particles/; dimension [g . 1 1 J ,
CST = /capillary suction time/, filtrabilita částic; rozměr s .CST = /capillary suction time/, particle filterability; dimension 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/.To determine the concentration of nitrates and nitrites, spectrophotometric methods were used; in the first case by reaction with sodium salicylate, in the second case with sulfanilic acid and N-(1-naphthyl)-ethylenediaminedihydrochloride. The determination of ammonium ions was also carried out spectrophotometrically by Nesslerization. Chemical oxygen demand /COD/, indicating organic water pollution, was carried out by titration with dichromate, all substances /VL/ were determined gravimetrically by dry matter /105 °C overnight/. The measurements were carried out according to the recommended methods of Horáková et al., /Methods of chemical analysis of water, scriptum vSCHT Prague, 1981/. Total nitrogen was determined by Kjeldalization. Filterability /CST/ was carried out on the equipment and by the method according to 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.Catalyst particles were suspended (about 0.5 kg/l) in boiled water containing 0.5 to 1.0% (w/v) glucose or 1.0% (v/v) ethanol and stored in polyethylene bottles fitted with screw caps at a temperature between 5 and 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.At 3-day intervals, the liquid was decanted and the particles suspended in fresh cold boiled water containing the indicated concentrations of glucose or ethanol and stored again at the indicated temperatures. Under these storage conditions, the catalyst is stable for at least months without any change in denitrification activity.
V dalším je vynález blíže objasněn v příkladech provedení, aniž by se jimi omezoval.In the following, the invention is explained in more detail in the examples, without being limited thereto.
Příklady provedeníDesign examples
Příklad 1Example 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.320 g of wet mass of activated biosludge cell paste with a denitrification rate /v^q-/ 1/79 mg NO^ . g . 1 . h /mixed cell population from a wastewater treatment plant/, was suspended using a high-speed steel propeller mixer in 800 ml of reactive water-soluble polymer, hereinafter referred to as RRP, obtained 24 h prior polymerization of 4% flocculant containing polyethyleneimine /Sedipur CL-930, BASF, NSR/ and 2% glutaraldehyde by the procedure according to Czechoslovak author's certificate No. 231 458; the pH of the suspension was adjusted to 7.25 with 40% NaOH solution and the highly viscous suspension containing voluminous particles of aggregated cells was continuously stirred for 1 hour. Then, the suspension of bulky particles was divided into 4 equal volume parts (each 280 ml) and the following procedure was followed.
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/.A) The first volume portion was vacuum-extracted through a textile material (milling nylon tarpaulin) and the captured particles were weighed. 48 g of wet mass of immobilized cells was obtained. After homogenization, the material was dried freely in air at room temperature for 24 h (control variant without consolidation and stabilization of particles).
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/.B) 10 ml of 25% aqueous glutaraldehyde solution was added to the second volume of the suspension during continuous stirring and the reaction mixture was stirred continuously for 1 hour after adjusting the pH to 8.0 with 40% NaOH solution. Then the suspension was filtered in the described manner and the wet particles were weighed. 56 g of wet mass of immobilized and stabilized cells were obtained. The material was placed in 200 ml of cooled acetone /-20 °C/ and briefly mixed using a high-speed propeller stirrer and immediately quickly vacuum-sucked through the textile material, homogenized and dried freely in air at room temperature for hours /stabilized and solidified particles by method 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.C) 100 ml of an aqueous solution of technical egg protein (10 g protein/ 100 ml water, pH 9.5) was added to the third volume of the suspension during continuous stirring and the reaction mixture was stirred continuously for 1 hour at the current pH value of 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 /The mixture was then vacuum filtered as described and the wet particles were weighed. 96 g of wet mass of immobilized and stabilized cells was obtained. The material was placed in 250 ml of pre-cooled acetone and treated as described in the previous paragraph, filtered and dried freely in air at room temperature for 24 hours (stabilized and solidified particles by method 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 mlD) To the fourth volume of the suspension, 100 ml of an aqueous solution of technical egg protein of the same concentration and in the manner specified in the previous paragraph was added again during continuous stirring. After 1 hour of continuous stirring, 12 ml of
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/.25% aqueous solution of glutaraldehyde and the particles were allowed to react for 1 hour with stirring and after further adjustment of the pH with 40% NaOH solution to 7.9. Then the suspension was vacuum filtered in the described manner and the obtained immobilized material was weighed. 102.6 g of wet mass of immobilized, stabilized and solidified particles were obtained. The wet, well-suctioned material was treated with ice-cold acetone in the manner described in the previous paragraph and, after thorough suction and homogenization, dried freely in air for 24 hours at room temperature /stabilized and solidified particles in the manner 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.After 24 hours of drying, the materials were mechanically homogenized and decanted separately with several liters of cold drinking water and finally with distilled water. Then the particles were separately vacuum filtered through textile material and placed in 1 liter of 1% glucose solution in water and left to swell for 24 hours at a temperature of 10 °C. After swelling, the particles were separately vacuum filtered, washed thoroughly on a cloth with distilled water, sucked off well again and weighed. The immobilized cell particles were further characterized by the method described in the description of the present invention, which is shown in the following summary of the results.
sici skladování a vztaženy na výchozí aktivitu částic po jejich přípravě.namely storage and related to the initial activity of the particles after their preparation.
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.In 1 liter of distilled water, 500 mg of glucose and KNO^ were dissolved at a concentration of 100 mg NOj/1. Each 10 g of wet mass of individual swollen and washed preparations of immobilized cells was suspended in 100 ml of this solution in 250 ml Erlenmeyer flasks, the necks of which were covered with plastic foil and the flasks were placed on a rotary shaker and stirred at room temperature /50 rpm/. At selected time intervals, the course of denitrification was evaluated by analytical procedures specified in the description of the present invention; the kinetics of the course of denitrification is given as follows.
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 aExample 2 g of wet mass of activated biosludge cell paste with a denitrification rate /v^q“/ of 2.09 mg NO^ .g^. 1 . h was suspended in 200 ml of RRP by the method and procedure given in Example 1. 4.55 to a value of 6.95 and
Poté bylo za míchání upraveno pH 40% roztokem 30 minut byla suspenze intenzívně míchána.Then, the pH was adjusted with a 40% solution while stirring, and the suspension was stirred intensively for 30 minutes.
NaOH z hodnotyNaOH from the value
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.After this time, 250 ml of a 10% (weight/volume) aqueous solution of technical egg protein was added while stirring. The pH of the reaction mixture was 7.25 for mixing. The highly viscous suspension was continuously stirred for 1 hour, after which the particles were vacuum-separated by suction filtration through a textile material. The particles were thoroughly squeezed and freed from excess reaction mixture and weighed wet (320 g) and divided into two equal parts (each 160 g). One part was homogenized and dried in a thin layer in the open air for 24 hours, the second part was suspended in 500 ml of pre-cooled acetone /-20 °C/ and intensively mixed using a high-speed propeller stirrer for approximately 3 minutes, then quickly vacuumed through a cloth in the described manner, excess acetone was squeezed out of the particles, the material was homogenized, spread in a thin layer and left to dry in the open air for 24 hours at room temperature.
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/.After drying the material, they were mechanically homogenized separately, decanted and allowed to swell as described in Example 1. After swelling, washing and filtration, both catalysts were weighed (B1 - particles not treated with acetone, wet mass 67.6 g; B2 - particles treated with acetone, wet mass 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.Both obtained biocatalysts, the particles of which were solidified and stabilized in the described manner, were further characterized in repeated cycles of use /denitrification/ of the same batch as follows. 10 g of wet mass of each of the catalysts was suspended in 100 ml of water containing glucose and KNO^ /500 mg glucose . 1 and 100 mg NO^ . 1 / in 250 ml Erlenmeyer flasks. The necks of the flasks were hermetically sealed with plastic film and placed on a reciprocal shaking machine /100 oscillations . min ^/ at a temperature of 28 to 30 °C, where the particle suspensions were continuously stirred for 24 hours. After this time, the flasks were removed from the shaking machine, the particles were separately filtered through a mill cloth, the filtrate was subjected to analysis according to the procedures specified in the description of the present invention, the particles on the cloth were thoroughly washed with distilled water, aspirated and quantitatively introduced back into the cleanly rinsed flasks, poured over with a fresh batch /100 ml/ of an aqueous solution of glucose and KNO 3 of the indicated concentrations, closed and another repeated cycle of denitrification and the same batch of biocatalysts under the indicated conditions was started. This was done in 24-hour cycles of repeated use of the particles a total of 10 times. The results are summarized as follows.
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.Example 3 g of wet mass of activated biosludge cell paste with denitrification activity as in Example 2 was suspended in 200 ml of RRP in the manner and procedure described in Example 1. Then, the pH was adjusted with stirring from 4.95 to 7.1 with 40% NaOH solution and the suspension was stirred intensively for 30 minutes. After this time, 250 ml of an aqueous solution of technical protein as in Example 2 was added with stirring and the pH was adjusted with the same NaOH solution to 8.05. After 30 minutes of stirring, 40 ml of a 25% aqueous solution of glutaraldehyde was added to the strongly viscous stirred suspension and stirred intensively for 1 hour, after which the particles were separated by filtration in the described manner, squeezed, the wet material was weighed /295 g/ and divided into two equal parts /147 g/. One part by weight (C^) was dried without treatment with acetone, the other part by weight was treated with 500 ml of pre-cooled acetone. The procedure for drying, filtration and treatment with acetone is given in Example 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 zváženyAfter drying the materials, they were mechanically homogenized separately, decanted and allowed to swell as described in Example 1. After swelling, washing and filtration, these operations were carried out as described in Example 1, both catalysts were weighed.
- částice neošetřeny acetonem, vlhká hmota 44 g; C2 - částice ošetřeny acetonem, vlhká hmota 37 g/.- particles not treated with acetone, wet mass 44 g; C 2 - particles treated with acetone, wet mass 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.Both obtained biocatalysts, the particles of which were solidified and stabilized in the described manner, were further characterized in 10 repeated cycles of use /denitrification/ of the same batch, by the method and under the conditions specified in Example 2. The procedures for analyzing the filtrates after the completed cycles of repeated use of the same batch of particles for enzymatic denitrification of water are given in the description of the present invention.
Počet Katalycyklů zátorNumber of Catalysts
Příklad 4 g vlhké hmoty buněčné pasty Pseudomonas denitrificans s denitrifikační rychlostíExample 4 g wet mass of Pseudomonas denitrificans cell paste with denitrification rate
- -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.- -1 -1 -1 3 /v N0 - / 2.8 rag N0 3 · 9 · 1 · h ' b yi° suspended in 100 ml RRP , by the method and procedure given in example 1. The suspension was adjusted during mixing with 40% NaOH solution to pH 8.0 and stirred for 1 hour. Then 100 ml of 10% /mass/volume/ aqueous solution of technical egg protein was added to the stirred suspension of particles and the suspension was further stirred for 1 hour. The wet particles were vacuum separated and weighed /53.6 g/ in the manner described in the previous examples. The particles were suspended in 200 ml of pre-cooled acetone /-20 °C/, stirred intensively for 3 minutes and separated again through a cloth by vacuum filtration, the excess acetone was squeezed out, the particles were homogenized and spread in a thin layer and left to dry at room temperature for 24 hours in the open air.
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.The dry particles were then homogenized, larger clumps were crushed in a mortar and the material was decanted several times with several liters of drinking water and then distilled water. The material was aspirated and weighed /63 g/ and placed in 250 ml of drinking water containing 1% /volume/volume/ ethanol and left to swell for 24 hours at 10 °C. The particles were then well aspirated by vacuum, washed on a cloth with distilled water, aspirated again and weighed.
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.A total of 56.2 g of wet mass of solidified and stabilized biocatalyst particles with a denitrification activity / V NO - / 0.821 mg NO^ . g . 1 . average particle size distribution of 0.085 to 1.5 nm, sedimentation rate of 24.2 ml . s was obtained. During 3 months of storage of the immobilized material under the conditions specified in the description of the present invention, no decrease in the specific denitrification rate was recorded.
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.Example 5 g of wet mass of Paracoccus denitrificans cell paste with a denitrification rate of ' - -1 -1 -1 3 /ν Ν θ-/ 3.6 mg NOj . g .1 . h , was suspended in 100 ml of RRP according to the method and procedure given in Example 1. The solidification and stabilization of the particles was then carried out as given in Example 4 with the difference that after one hour of stirring after adding the protein solution, 12 ml of a 25% aqueous solution of glutaraldehyde was added while stirring and the reaction mixture was stirred continuously for another 1 hour after adjusting the pH to 7.5 in the manner described. After this time, the procedure was again carried out according to Example 4, including separation by filtration, acetonization, drying, decantation, swelling, washing and separation.
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 iA total of 48.6 g of wet mass of solidified and stabilized biocatalyst particles with a denitrification activity /in NQ -/ of 1.14 mg NO” . g -1 . I -1 . h“ 1 , with an average distribution 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.particle size 0.06 to 1.1 mm and sedimentation rate 39.2 ml.s. During one-month monitoring of the activity of the immobilized material, under the storage conditions specified in the description of the present invention, no decrease in the specific denitrification rate was recorded.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CS463584A CS245584B3 (en) | 1982-01-14 | 1984-06-18 | A method of strengthening and stabilizing particles of immobilized cells for denitrification of water |
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 (en) | 1982-01-14 | 1984-06-18 | A method of strengthening and stabilizing particles of immobilized cells for denitrification of water |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CS245584B3 true CS245584B3 (en) | 1986-10-16 |
Family
ID=25745267
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CS463584A CS245584B3 (en) | 1982-01-14 | 1984-06-18 | A method of strengthening and stabilizing particles of immobilized cells for denitrification of water |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CS (1) | CS245584B3 (en) |
-
1984
- 1984-06-18 CS CS463584A patent/CS245584B3/en unknown
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Huang et al. | Towards the biofilm characterization and regulation in biological wastewater treatment | |
Sim et al. | Comparison of centrifugation, dissolved air flotation and drum filtration techniques for harvesting sewage-grown algae | |
Ahansazan et al. | Activated sludge process overview | |
CA2692133C (en) | Wastewater treatment system with simultaneous separation of phosphorus and manure solids | |
Kumlanghan et al. | Microbial BOD sensor for monitoring treatment of wastewater from a rubber latex industry | |
US20070062865A1 (en) | Novel biological flocculants and production methods | |
CN1367759A (en) | Hybrid chemical and biological process for decontaminating sludge from municipal sewage | |
WO1990010083A1 (en) | A method for controlling and/or monitoring biological processes | |
CN102863085A (en) | Waste water treatment | |
Dalecka et al. | Removal of total phosphorus, ammonia nitrogen and organic carbon from non-sterile municipal wastewater with Trametes versicolor and Aspergillus luchuensis | |
Miksch et al. | Distribution of extracellular polymeric substances and their role in aerobic granule formation | |
Ismail et al. | Effects of high salinity wastewater on methanogenic sludge bed systems | |
CN100334008C (en) | Method for treaing uaste water containing aminopolycanboxylic acid | |
Manogari et al. | Biodegradation of rice mill effluent by immobilised Pseudomonas sp. cells | |
Keluskar et al. | Application of a rotating biological contactor and moving bed biofilm reactor hybrid in bioremediating surimi processing wastewater | |
CS245584B3 (en) | A method of strengthening and stabilizing particles of immobilized cells for denitrification of water | |
CN106277365A (en) | A kind of Powdered Activated Carbon preparation method of granules with biodegradation and denitrification functions | |
TAKAHASHI et al. | Metabolism of suspended matter in activated sludge treatment | |
DE10085484B4 (en) | Process for the preparation of stable and reusable bio-sensitive granules | |
JPH10286085A (en) | Brevundimonas sp. p3-4 strain and treatment of orthophosphoric acid-containing water | |
Jaafari et al. | Biodegradation of dairy wastewater by the use of fish scales as packing in moving bed bioreactors | |
Hidayahtullah | Microalgae potential to decreasing dissolved amonia concentration (NH3) on liquid waste of urea fertilizer factory | |
Kriebitzsch et al. | Assessment of biological activity during temperature changes in a bench-scale sequencing batch reactor fed with synthetic medium containing lignin | |
Devi et al. | Studies on effects of soil enzymes for removal of nitrogen and phosphorus from sewage water treatment by constructed wetlands | |
EP0643676B1 (en) | Biological and chemical single step purification of discharged water |