CS245584B3 - Immobilized cells' particles hardening and stabilizing method for denitration of waters - Google Patents
Immobilized cells' particles hardening and stabilizing method for denitration of waters 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.A method of strengthening and stabilizing particles immobilized cells for denitrification of waters prepared according to the basic author's certificate No. 231,458, in which the drinking, utility or waste water containing nitrate and / or nitrite together with a suitable carbon source, states contact with biocatalyst particles, rests in that the blended mixture of biocatalyst particles based on mixed cellular populations showing denitrification activity, or taxonomically defined species microorganisms with denitrification activity in particular Pseudomonas denitrificans or Paracoccus denitrificans, add after pH adjustment in the range! 6.0 to 8.0 aqueous solution glutaraldehyde and / or aqueous solution or a suspension of technical or pure protein animal, vegetable and / or microbial origin, preferably technical egg protein and / or disintegrated or autolysed suspension of production cells containing next to other soluble proteins i particulate or free denitrification enzymes followed by a continuously stirred mixture optionally additionally added glutaraldehyde, the stabilized particles are from the reaction liquids are separated by filtration and optionally suspended in iced acetone by filtration are separated again and dried after homogenization freely in air at room temperature for 1 to 24 hours, then the particles suspended in cold water, several times decant with water and leave swell in water or buffer, at temperatures 5 to 20 ° C, preferably in the presence 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 present invention relates to a method of consolidation and stabilization of cemented cells according to the basic author's certificate No. 231 458 and to the stabilization of the hnitritizing enzyme system in these particles for denitrification of drinking, service 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 allows denitrification respectively. Purification of drinking, service and waste water on the bioreactor principle, in multiple, repeated, semi-continuous and continuous ways.
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 a reduction of nitrate to nitrogen gas, a process that is both ecologically and economically significant. Anaerobic respiration of nitrate to nitrogen gas (denitrification) is an ecologically very important process affecting significantly the mass balance in the nitrogen cycle. It takes place in soil and water, both sweet and marine, and is essentially a process of opposite nitrogen fixation (nitrification). It leads to a decrease in the concentration of nitrates and nitrites in the soil and water and a loss of nitrogen (leakage into the atmosphere). Naturally, the process of denitrification is undesirable in soil, but for natural waters, especially drinking water (whether underground or surface), a higher nitrate and nitrite content is unacceptable in many countries of the world. In the current MS. nitrates are not classified as pollution indicators and the nitrate content is allowed up to a maximum concentration of 50 mg / l. However, this permissible value already exceeds the nitrate content of water which may be used for infant feeding (15 mg / l). Due to the extensive chemical chemistry of agriculture and the flushing of mineral and animal fertilizers with rain and soil infiltration into rivers, lakes, ponds, groundwater, wells, etc., a high concentration of nitrates and nitrites and ammonia, especially in drinking water serving the population's nutrition, becomes critical. This could seriously endanger human and animal health 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 capable of respiratory reduction of nitrate down to molecular nitrogen. While many microorganisms, particularly bacteria, are able to reduce nitrate to nitrite, which accumulates in the environment, few microorganisms are able to utilize nitrite as an exogenous hydrogen and electronepeptor. In this case, nitrites do not accumulate, but are reduced to N 2 by nitritreductase and other enzymes. 4 steps, assuming the formation of two free intermediates, NO and N 2 0, which 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 Physiological hydrogen and electron donors for the reduction of NOg, NO 2, NO and N 2 0 are cytochromes and are generally believed to be associated with oxidative phosphorylation of ADP to ATP / Payne, WJ, Bacteriol. Roar. 37, 409-459 (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 nitrated reductase itself, but also a specific cytochrome that supplies hydrogen and electrons to reduce nitrate to nitrite. The second condition for the synthesis of this enzyme is anaerobioca.
Kyslík reprimuje syntézu nitrátreduktázy i v přítomnosti induktoru. Kromě toho kyslík také inhibuje aktivitu nitrátreduktázy již přítomné v buňkách /kyslíkový efekt/.Oxygen represses nitrate reductase synthesis even in the presence of an inducer. In addition, oxygen also inhibits nitrated reductase activity already present in the 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, nitritreductase is a soluble enzyme dissolved in the cytoplasm of a cell. It is a protein containing two heme groups and exhibits oxidase activity in addition to nitritreductase 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/.Thus, the process of enzyme denitrification is relatively complex, and in nature there are only a few organisms capable of respiratory reducing nitrate down to molecular nitrogen. Among the bacteria, in particular, it is Pseudomonas denitrificans and Paracoccus denitrificans, belonging to the gram-negative and resp. Gram-labile bacteria. The ability to denitrify certain mixed cell populations containing various microorganisms, in particular heterotrophic bacteria and saprobic protozoa, has long been known. These mixed cell populations are known from purification processes in water treatment plants and form so-called socially activated sludge. The composition of a community of heterogeneous cell populations (biocoenosis) in a given treatment facility is influenced by the ability of individual species of organisms to use wastewater, resp. the nutrients contained in it as sources of carbon, nitrogen and energy, resulting in the possibility of growth and multiplication of organisms under the particular conditions of the treatment plant. Thus, essentially, 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 waste water, but also on the technological conditions of purification / aeration and its intensity, bubble size, mixing, temperature /. Under these conditions, the balance of qualitative and quantitative representation of individual organisms forming activated sludge community (biocal) is established, where in most cases the mixed cell population is composed of bacteria / gram-negative bacteria of the genus Pseudomonas, paracocci, diplococci, lactobacilli, vibria / and true fungi (yeast, fungi, basidiomycetes), protozoans, flagellates, ciliates, and metazoam (Buck, H., Microorganisms in the 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/.Due to the fact that the nitrate and nitrate content in drinking, service and waste water fluctuates on average between 5 and 100 mg / l, the composition of activated sludge cell community resp. its denitrification activity also varies. However, due to the constant spread of relatively large amounts of organic and inorganic nitrogen in waters, a common denominator of biocal is always a certain denitrification activity. From the above, it is apparent that the selected and accumulated mixed cell communities in sewage plants can serve as a starting biological material for the denitrification of water (Goronszy, M. C. and Barnes, D., Process Biochem., Jan (Feb., 13-19, 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.Some progress in the field of modern biotechnology is the application of microbial, taxonomically defined or mixed cell populations in immobilized form. Immobilized cells with denitrification activity, as opposed to single-use native cells, allow the use of these biocatalysts many times repeatedly in batch stirred reactors, or continuously in buoyant or fixed bed reactors, stirred single-stage or multi-stage reactors, or recirculation reactors. greatly reduce labor demand and energy consumption, at significantly longer half-lives of denitrification activity than 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 by denitrification activity have already been described in the literature. For example, a pilot plant model of water denitrification in a buoyant bed recirculation reactor has been described, which utilized the sorption and growth of living cells of a mixed cell population of biocal to sand particles placed in a recirculation column.
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 the intermediate product of nitrate reduction in two steps (Eggers, E., Modeling the fluid bed denitrification, with 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.Europ. Congress Biotechnol., Part 1, Discussion Papers, 151 to 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 to denitrify drinking water. In this case, ethanol was chosen as the carbon source for physically incorporated bacteria. The column was packed with alginate pellets and denitrification was carried out in a continuous manner under laboratory conditions. Chemical treatment of the pellets with glutaraldehyde alone, or glutaraldehyde in the simultaneous presence of hexamethylenediamine or polyethyleneimine, resulted in a significant reduction or reduction of the pellets. complete loss of denitrification activity of 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.Multiple repeated or continuous use of physically immobilized living cells with denitrifying activity, however, results in leaching of the cells from the particles and thus decreasing the enzymatic efficiency, since the natural (alginate, gelatin, agar) or synthetic (copolymerization of acrylamide with N, N'-methylenediacrylamide) polymers form very soft pellets, despite the fact that the cells in these gels grow and multiply, thereby mechanically disrupting the rigidity of the particles and breaking them down over time. In freshly immobilized cells, the rate of denitrification is severely limited by the diffusion of substrates into the particle and the gaseous products and water from the particle. Sorption of living cells to water-insoluble particles / e.g. sand or other inorganic resp. organic materials / is a very labile physical bond, based primarily on the forces of van der Waals, or mechanical bonding of adhering cells to the surface of the carrier particles due to extracellular mucilages produced by the mixed cell population. From the point of view of industrial utilization of water denitrification by immobilized cells, physical methods of immobilization are unrealistic for the reasons outlined, and work to obtain immobilized cell particles by a combination of physical and chemical methods (gel incorporation and chemical treatment of particles) has not been successful.
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 cellular catalysts in various industries, a substantially simplified and largely universal technology has been developed for the production of various immobilized prokaryotic and eukaryotic cells whose particles contain different enzymes or enzymes. whole sequences of enzyme-catalyzed metabolic pathways and are useful for various biotransformations and bioconversions. These procedures are the subject of MS. Certificate 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 the chemical immobilization of different cells carrying different enzymes into covalently bound aggregates by means of reactive water-soluble polymers (hereinafter RRP), biocatalyst particles can be formed even by mixing the suspended cells in the reaction mixture at normal temperatures. The resulting catalyst particles, while having high desired enzyme activities and good sedimentation properties, are soft and must be reinforced in various ways, either by using adhesives dissolved in organic solvents such as acetone or postform, and 4 volumetric particles to form granules or rollers and their subsequent drying. The first method of solidification results in the formation of a diffusion barrier for substrates and products into and out of the particle, reducing their porosity (by 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. originally formed smaller particles (particle size dependence on specific surface). RRP due to its high molecular weight does not penetrate whole native cells, which is an advantage for some enzymes contained in cells that are extremely sensitive to free low molecular weight crosslinker, especially glutaraldehyde. Enzymes that are extremely sensitive to the aggressive effects of bifunctional crosslinking agents such as glutaraldehyde include the aforementioned reducing enzymes forming the enzyme system of denitrification.
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 U.S. Pat. No. 231 458, chemical particles in combination with a mechanical method can consolidate and stabilize particles of immobilized cells with denitrification activity, the material obtained being usable for denitrification on an industrial scale to selectively remove nitrates or nitrates. nitrites from drinking, service and waste water. The solidification and stabilization technology of the particles of the present invention is simple, does not require any water-insoluble carriers and, above all, does not require special technological and machinery equipment.
K výrobě katalyzátorů s denitrifikační aktivitou, zpevňování a stabilizaci částic je třeba pouze míchací kotel a filtrační vakuové zařízení.For the production of catalysts with denitrification activity, solidification and stabilization of the particles, only a mixing boiler and a vacuum filtering device are required.
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 have been overcome by the elaboration of a method of strengthening and stabilizing the particles of immobilized cells prepared in accordance with U.S. Pat. No. 231,458, in which drinking, service and waste water containing dissolved nitrate and / or nitrite together with a suitable source of organic carbon is brought into contact with the particles of a biocatalyst, the principle of which is to continuously mix the particulate mixture immobilized cells based on mixed cell populations exhibiting denitrifying activity, preferably activated sludge cell community, or microbial taxonomically defined species of denitrifying microorganisms, in particular Pseudomonas denitrificans and Paracoccus denitrificans, add aqueous glutaraldehyde solution after pH adjustment in the range 6.0 to 8.0 and / or aqueous solution of technical or pure protein of animal, vegetable and / or microbial origin, such as egg protein, disintegrated or autolysed cells, preferably cells of denitrification organisms used, whereupon the mixture optionally After the addition of glutaralaldehyde, the stabilized particles are separated from the reaction liquid by filtration and optionally suspended under vigorous stirring in ice-cold acetone, then separated again by filtration and air-dried for 1 to 24 hours after homogenization, then suspended in cold water. They are decanted several times with water and finally swellable in drinking or distilled water or in a buffer at temperatures ranging from 5 to 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 fast sedimentation formations of irregular size and shape with high stability of the enzyme denitrification system as exemplified in the following examples. Individual aggregate-forming cells, optionally with covalently cross-linked protein and stabilized intracellular content by pulsed cross-linking of individual cells, in a competitive crosslinker-protein reaction, are dead, unable to grow and multiply and retain the desired enzyme activities. Their strength, good sedimentation properties, easy and fast separability by conventional filtration from the reaction mixtures and high denitrification activity enable their repeated or continuous use for denitrification of water in various types of bioreactors even at high nitrate and respiratory concentrations. 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.A mixed cell population of the activated biocal community, which was obtained from biological wastewater treatment plants by biological flotation, respectively, was used as the starting enzyme-active cell material. biological coagulation and thickening, according to MS. For consolidation and stabilization of the immobilized cell particles, the thickened suspension of flakes was still centrifuged to form a wet cell paste on a Sharples separator. Wet cell pastes of taxonomically defined species of denitrifying bacteria, in particular Pseudomonas denitrificans and Paracoccus denitrificans, grown under anaerobic resp. semianaerobic conditions in the presence of nitrate. However, the method of consolidating and stabilizing the particles of immobilized cells of the present invention does not exclude the use of other species or species. strains of microorganisms exhibiting denitrifying activity, or strains which have been obtained by selecting and accumulating natural or collecting, taxonomically defined or undefined cells of different organisms, or obtained by genetic manipulation or other breeding.
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,A sieve analysis of 0.8 mesh was used to separate the particles of the biocatalyst obtained. 0.5 and 0.315 mm, the particles being separated by flooding on these screens with water. The sedimentation velocity of the undivided catalyst particles and the split fractions was determined by the time that 1 ml of the given catalyst fraction sedimented; size ml. s \ The specific resistance (R) was calculated from the time during which a given amount of water, under a given pressure, flows through a certain column of particles of immobilized cells,
R = p . S/v . d [Pa . s . ir|2 ] p = tlak vodyR = p. St . d [Pa. p. 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 by optical microscope with built-in eyepiece and by screening. The porosity of the particles was evaluated indirectly by measuring the reaction rate of nitrate reduction as a function of various concentrations, and was also determined by scanning electron microscopy.
((
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 obtained consolidated and stabilized particles of immobilized cells and the process of denitrification, the following and thus characterized quantities were used. NoZ. rest. conc. NOZ V NO, = reduction rate = catalyst load. time dimension [mg NO ^. 1. g dry matter. h,
NOg -N = přepočtená hodnota NO^ na dusík; rozměr [mg . 1 j,NOg -N = converted NO3 into nitrogen; size [mg. 1 j,
NC>2 -N = přepočtená hodnota NC>2 na dusík; rozměr [mg . 1 ^] ,NC> 2 -N = recalculated NC> 2 for nitrogen; size [mg. 1 ^],
NH+ -N = přepočtená hodnota NH^ na dusík; rozměr [mg . 1 , Ncelk = celkoví dusík; rozměr [mg .1^,NH + -N = converted NH4 to nitrogen; size [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 (filtrate dry matter after particle separation); dimension [g. 1 1 J,
CST = /capillary suction time/, filtrabilita částic; rozměr s .CST = (capillary suction time), particle filterrability; 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/.Spectrophotometric methods were used to determine nitrate and nitrite concentrations; in the first case by reaction with sodium salicylate, in the second case with sulfanilic acid and N- (1-naphthyl) -ethylenediamine dihydrochloride. Ammonium ions were also determined spectrophotometrically by nesslerization. Chemical oxygen demand (CHST), indicating organic water contamination, was performed by titration with dichromate, all substances (VL) were determined gravimetrically by dry matter (105 ° C overnight). These measurements were carried out according to recommended methods by Horáková et al., (Methods of chemical analysis of water, scriptum at SCHT Praha, 1981). Total nitrogen was determined by ironing. Filtration (CST) was performed on the apparatus and method of Analysis of Raw Potable and Waste Waters, Dept. of the Environment, Her Majestys' Stationary Office, London / Ireland /.
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.The 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 the seal at a temperature in the range of 5 to 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 time intervals, the liquid was decanted and the particles suspended in fresh cold boiled water containing the indicated glucose and resp. ethanol and stored again at the indicated temperatures. Under these storage conditions, the catalyst is stable for at least a month with no change in denitrification activity.
V dalším je vynález blíže objasněn v příkladech provedení, aniž by se jimi omezoval.In the following, the invention is illustrated in more detail by the examples without limiting them.
Příklady provedeníExamples
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 biocal cell paste with a denitrification rate (v q q-) of 1/79 mg NO.. g. 1. (h) a mixed cell population from a sewage treatment plant was suspended with a high-speed steel propeller stirrer in 800 ml of a reactive water-soluble polymer, hereinafter referred to as RRP, obtained 24 hours prior to polymerization of 4% polyethyleneimine-containing flocculant / Sedipur CL-930, BASF. NSR / a 2% glutaraldehyde according to the procedure of Art. author's certificate No. 231 458; The pH of the suspension was adjusted to 7.25 with a 40% NaOH solution and the strongly viscous suspension containing the aggregated cell voluminous particles was continuously stirred for 1 hour. The suspension of the volumetric particles was then divided into 4 equal volumes (280 280 ml) and proceeded as follows.
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 was vacuum aspirated through a textile material (mill nylon sheet) and the collected particles were weighed. 48 g of wet mass of immobilized cells were obtained. After homogenization, the material was freely dried in air at room temperature for 24 h (control variant without solidification and particle stabilization).
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 a 25% aqueous glutaraldehyde solution was added to the second volume of slurry during continuous stirring, and the reaction mixture was stirred continuously for 1 hour after adjusting the pH to 40 with 40% NaOH. The suspension was then filtered as described and the wet particles weighed. 56 g of wet mass of immobilized and stabilized cells were obtained. The material was introduced into 200 ml of cooled acetone (-20 ° C) and mixed briefly with a high-speed propeller stirrer and immediately sucked off quickly through the textile material, homogenized and air-dried freely at room temperature (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) To the third volume of the suspension was added 100 ml aqueous solution of technical egg protein (10 g protein / 100 ml water, pH 9.5) during continuous stirring and the reaction mixture was continuously stirred for 1 hour at the current 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 /The mixture was then vacuum filtered as described and the wet particles weighed. 96 g of wet mass of immobilized and stabilized cells were obtained. The material was introduced into 250 ml of pre-cooled acetone and treated, filtered and air-dried at room temperature for 24 hours (stabilized and solidified particles by method C) as described above. '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) 100 ml of an aqueous solution of technical egg protein of the same concentration and in the manner described in the previous paragraph was added again to the fourth volume of the suspension during continuous stirring. After stirring for 1 hour, 12 ml was added to the suspension
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/.The 25% aqueous glutaraldehyde solution and the particles were allowed to react for 1 hour with stirring and after further adjusting the pH with 40% NaOH to 7.9. Then, the suspension was vacuum filtered as described and the obtained immobilized material was weighed. 102.6 g of wet mass of immobilized, stabilized and solidified particles were obtained. The wet, well aspirated material was treated with iced acetone as described in the previous paragraph and, after thorough aspiration and homogenization, air-dried for 24 hours at room temperature (stabilized and consolidated particles by method 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 by several liters of cold drinking water and finally distilled water. The particles were then vacuum filtered through the textile material and filtered into 1 liter of 1% glucose in water and allowed to swell for 24 hours at 10 ° C. After swelling, the particles were separately vacuum filtered, washed thoroughly with distilled water on the cloth, again well aspirated and weighed. By the method of the present invention, the particles of immobilized cells were further characterized as shown in the following summary of results.
sici skladování a vztaženy na výchozí aktivitu částic po jejich přípravě.storage and based on 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 100 mg of NO2 / l were dissolved. 10 g of the wet mass of each swollen and washed immobilized cell preparation was suspended in 100 ml of this solution in 250 ml erlenmeyer flasks whose necks were covered with a plastic foil and the flasks were placed on a rotary shaker and stirred at room temperature (50 rpm) . The course of denitrification was evaluated at selected time intervals according to the analytical procedures described in the present disclosure; the kinetics of the course of denitrification is shown 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 activated mass of activated biocal cell paste having a denitrification rate (v / v) of 2.09 mg NO / g. 1. h was suspended in 200 ml RRP by the method and procedure of Example 1. 4.55 to 6.95 a
Poté bylo za míchání upraveno pH 40% roztokem 30 minut byla suspenze intenzívně míchána.The pH was then adjusted with stirring with a 40% solution for 30 minutes and the suspension was vigorously stirred.
NaOH z hodnotyNaOH from
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% (w / v) aqueous solution of technical egg protein was poured under stirring. For stirring, the pH of the reaction mixture was 7.25. The highly viscous suspension was stirred continuously for 1 hour, after which the particles were separated by suction filtration through a textile material. The particles were thoroughly squeezed and freed of excess reaction mixture and wet weighed (320 g) and divided into two equal parts by weight (160 160 g). One part homogenized and dried in a thin film in the open air for 24 hours, the other part suspended in 500 ml of pre-cooled acetone (-20 ° C) and stirred vigorously for about 3 minutes using a high-speed propeller stirrer. , excess acetone is squeezed out of the particles, the material homogenized, spread in a thin layer and allowed to air dry 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 of the material, these were mechanically separately homogenized, decanted and allowed to swell as described in Example 1. After swelling, washing and filtration, both catalysts were weighed .beta.-untreated particles with acetone, wet mass 67.6 g; B 2 - treated particles 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.The two biocatalysts obtained, whose particles were solidified and stabilized as described, were further characterized in repeated cycles of use / denitrification / of the same batch as follows. 10 g of the wet mass of each catalyst was suspended in 100 ml of glucose-containing water and KNO / 500 mg of glucose. 1 and 100 mg NO2. 1 / in 250 ml erlenmeyer flasks. The flasks were sealed with a plastic foil and placed on a reciprocating shaker / 100 rockers. min at 28 to 30 ° C, where the particle suspensions were continuously stirred for 24 hours. After this time, the flasks were removed from the shaker, the particles separately filtered through a mill cloth, the filtrate subjected to the procedures described in the present invention, the particles on the cloth thoroughly washed with distilled water, aspirated and quantitatively returned to cleanly rinsed flasks. ml / aqueous glucose solution and KNO 3 at the indicated concentrations, closed and started another repeated cycle of denitrification and the same batch of biocatalysts under the stated conditions. This was accomplished over a total of 10-hour particle reuse cycles 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 activated cell paste cell paste with denitrification activity as in Example 2 was suspended in 200 ml RRP by the method and procedure described in Example 1. Thereafter, the pH was adjusted from 4.95 to 7 with stirring with 40% NaOH. The suspension was stirred vigorously for 1 and 30 minutes. After this time, 250 ml of an aqueous technical protein solution as in Example 2 was poured under stirring and adjusted to pH 8.05 with the same NaOH solution while stirring. After stirring for 30 minutes, 40 ml of a 25% aqueous glutaraldehyde solution was added to the highly viscous stirred suspension and stirred vigorously for 1 hour, after which the particles were collected by filtration as described, squeezed, wet material weighed (295 g) and divided into two equal parts by weight. 147 g. One part by weight was dried without acetone treatment, the other part by weight was treated with 500 ml of precooled acetone. The procedure for drying, filtration and acetone treatment 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 of the materials, these were mechanically separately homogenized, decanted and allowed to swell as described in Example 1. After swelling, washing and filtration, these operations were performed 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.The two biocatalysts obtained, whose particles were solidified and stabilized as described above, were further characterized in 10 repeated use / denitrification / same batch cycles, by the method and under the conditions of Example 2. Procedures for filtrate analysis after cycles of repeated use of the same enzyme denitrification batch waters are disclosed in the specification.
Počet Katalycyklů zátorThe number of catalytic converters
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 / in NO - / 2,8 rag NO 3 · 9 · 1 · h ' b yi ° suspended in 100 ml RRP, by the method and procedure described in Example 1. The suspension was adjusted during stirring 40 % NaOH solution to pH 8.0 and stirred for 1 hour. Then, 100 ml of a 10% (w / v) aqueous solution of the technical egg protein was added to the stirred suspension of particles, and the suspension was further stirred for 1 hour. The wet particles in the previous examples were vacuum separated and weighed (53.6 g) as described above. The particles were suspended in 200 ml of pre-cooled acetone (-20 ° C), stirred vigorously for 3 minutes and again separated by vacuum filtration, excess acetone squeezed, homogenized and spread in a thin layer and allowed to air dry at room temperature for 24 hours.
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.Then, the dry particles were homogenized, the larger, lumpy lumps crushed in a mortar and the material decanted several times with several liters of drinking and then distilled water. The material was aspirated and weighed (63 g) and placed in 250 ml of drinking water containing 1% (v / v) ethanol and allowed to swell at 10 ° C for 24 hours. The particles were then well sucked off under vacuum, washed with distilled water on the cloth, sucked 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 -1 -1 -1 lyser particles with denitrification activity ( V NO - ) of 0.821 mg NO 2 was obtained. g. 1. It has an average particle size distribution of 0.085 to 1.5 µm, a sedimentation rate of 24.2 ml. During a 3-month storage of the immobilized material under the conditions described herein, no decrease in the specific denitrification rate was noted.
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 wet weight cell paste Paracoccus denitrificans with denitrification rate '- -1 -1 -1 3 / ν Ν θ- / 3.6 mg NOJ. g .1. h, was suspended in 100 ml RRP by the method and procedure described in Example 1. The solidification and stabilization of the particles as described in Example 4 was followed, except that after one hour of stirring after the addition of the protein solution, 12 ml was added under stirring. The 25% aqueous glutaraldehyde solution and the reaction mixture were continuously stirred for 1 hour after adjusting the pH to 7.5 as described above. After this time, the procedure of Example 4 was again followed, including filtration separation, acetonization, drying, decanting, 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 denitrification activity (in NQ - / 1.14 mg NO) were obtained. g -1 . I -1 . h “ 1 , on 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 a sedimentation rate of 39.2 ml. During a one-month observation of the activity of the immobilized material, under the storage conditions of the description of the present invention, there was no decrease in the specific denitrification rate.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CS463584A CS245584B3 (en) | 1982-01-14 | 1984-06-18 | Immobilized cells' particles hardening and stabilizing method for denitration of waters |
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 | Immobilized cells' particles hardening and stabilizing method for denitration of waters |
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 | Immobilized cells' particles hardening and stabilizing method for denitration of waters |
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 |
|---|---|---|
| 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 (en) | Waste water treatment | |
| 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 (en) | Method for treaing uaste water containing aminopolycanboxylic acid | |
| 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 (en) | A kind of Powdered Activated Carbon preparation method of granules with biodegradation and denitrification functions | |
| CS245584B3 (en) | Immobilized cells' particles hardening and stabilizing method for denitration of waters | |
| Ellis et al. | Biological wastewater treatment under the influence of pressure | |
| Setianingsih et al. | Development of aerobic microbial granules to enhance the performance of activated sludge technology for wastewater treatment application | |
| TAKAHASHI et al. | Metabolism of suspended matter in activated sludge treatment | |
| DE10085484B4 (en) | Process for the preparation of stable and reusable bio-sensitive granules | |
| KR100212198B1 (en) | Wastewater disposal system with media compact type for removal of organic substance and ammonia nitrogen | |
| Maurer et al. | Modelling denitrification in a moving bed of porous carriers from a low-loaded wastewater treatment plant |