DD290917A5 - PROCESS FOR THE PRODUCTION OF BIOGENIC EXTRACELLULAR FLOCKING AGENTS - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft die Herstellung eines neuen Bioflockungsmittels mittels Bakterien, wobei ein neuer Stamm von Methylobacterium rhodesianum Verwendung findet. Durch dessen Kultivierung unter zumindest Teilsubstitution des herkoemmlichen Wachstumssubstrats Methanol durch chemisch-thermisches Hydrolysat von Bakterienbiomasse, vorzugsweise von Belebtschlamm, koennen Bioflockungsmittel mit einer Ausbeute bis zu 0,4 g/g BTS im Neutralbereich bereitgestellt werden.{Bioflockungsmittel; Biopolymere; Kultivierung; Bakterien; Methylobacterium rhodesianum; Biomassehydrolysat}The invention relates to the production of a new bio-blocking agent by means of bacteria, wherein a new strain of Methylobacterium rhodesianum finds use. By culturing it under at least partial substitution of the conventional growth substrate methanol by chemical-thermal hydrolyzate of bacterial biomass, preferably activated sludge, bio-flocculating agents can be provided in a yield up to 0.4 g / g BTS in the neutral range. biopolymers; Cultivation; Bacteria; Methylobacterium rhodesianum; biomass hydrolyzate}
Description
Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung eines Bioflockungsmittels, welches z. B. zur Aufkonzentrierung von Sedimentstoffen und insbesondere Biomassen, vorzugsweise für die Abwasserreinigung, einsetzbar ist.The invention relates to the preparation of a bio-blocking agent, which z. B. for the concentration of sediment and in particular biomass, preferably for wastewater treatment, can be used.
Es sind verschiedene Verfahren bekannt, Flockungsmittel mikrobieller Herkunft zu gewinnen. Derartige Flockungsmittel werden für verschiedene Anwendungsbereiche vorgesehen, beispielsweise die Wasseraufbereitung, den Einsatz für medizinische Zwecke, die Papierproduktion u.a. Die verwendeten Mikroorganismen, Pilze und Bakterien weisen ein großes Spektrum hinsichtlich ihrer taxonomischen Zugehörigkeit auf, und die flockulativ wirkenden Verbindungen selbst sind entweder nicht näher hinsichtlich ihrer Natur charakterisiert, oder werden als Proteine, Polysaccharide oder auch Fettsäuren angegeben. In den meisten bekannten Fällen ist die Herstellung der Bioflockungsmittel mit erheblichen Problemen behaftet. So ist der Kultiviorungsprozeß meist mit geringen Raum-Zeit-Ausbeuten verbunden, die erforderlichen Reinsubstrate für Wachstum und Produktbildung belasten die Prozeßökonomie maßgeblich, und für die Produktgewinnung sind aufwendige Aufarbeitungsoperationen erforderlich. Bekannte Verfahren kommen für eine technische Anwendung des Flockungsmittels, z. B. in der Abwasserreinigung, deshalb nicht in Betracht.Various methods are known to obtain flocculants of microbial origin. Such flocculants are provided for various applications, such as water treatment, use for medical purposes, paper production, etc. The microorganisms, fungi and bacteria used have a wide spectrum in terms of their taxonomic affiliation, and the flocculant compounds themselves are either not further characterized in nature, or are given as proteins, polysaccharides or fatty acids. In most known cases, the production of bio-flocculants is subject to considerable problems. Thus, the Kultiviorungsprozeß is usually associated with low space-time yields, the required pure substrates for growth and product formation significantly burden the process economy, and for the product extraction complex work-up operations are required. Known methods come for a technical application of the flocculant, z. As in wastewater treatment, therefore not considered.
Es ist ein Verfahren bekannt, in dem Bakterien der Art Acetobacter methanolicus kultiviert und die Ausschüttung von flockungsaktiven Biopolymeren durch P-Limitation induziert wird. Mit diesem Verfahren kann ein Teil der beschriebenen Nachteile des Standes der Technik umgangen werden. Allerdings verlangen die produktbildenden Bakterien während ihrer Kultivierung einen solchen pH-Bereich, was für eine spätere Verwendung des Bioflockungsmittels in der Abwasserreinigung nachteilig ist, wenn man nicht gereinigtes Produkt, sondern produkthaltige Kulturflüssigkeit direkt einsetzen will. Des weiteren ist die Verwendung von Methanol als Substrat für die Kultivierung der beanspruchten Bakterien erforderlich, was die Ökonomie stark belastet. Eine wenigstens teilweise Substitution des Substrates durch enzymatisch erzeugte Biomassehydrolysate, wie es in US 4.041.182 für die Kultivierung von Bakterienmischpopulationen beschrieben wurde, ist bei diesen Bakterien nicht möglich, weil sie außer Glucose und Methanol keine weiteren C-Quellen verwerten. Letztlich ist auch die Produktivität der Produktbildung für eine industrielle Nutzung des Verfahrens noch nicht ausreichend hoch.A method is known in which bacteria of the species Acetobacter methanolicus are cultivated and the release of flocculation-active biopolymers is induced by P-limitation. With this method, a part of the described disadvantages of the prior art can be circumvented. However, the product-forming bacteria require such a pH range during their cultivation, which is disadvantageous for a later use of the bio-flocculant in wastewater treatment, if you do not use purified product, but product-containing culture fluid directly. Furthermore, the use of methanol as a substrate for the cultivation of the claimed bacteria is required, which puts a heavy burden on the economy. An at least partial substitution of the substrate by enzymatically produced biomass hydrolysates, as described in US Pat. No. 4,041,182 for the cultivation of bacterial mixed populations, is not possible with these bacteria because they do not utilize any further C sources apart from glucose and methanol. Finally, the productivity of product formation for industrial use of the process is not sufficiently high.
Die Erfindung hat das Ziel, mikrobielles Flockungsmittel unter Nutzung eines billigen Substrates mit hoher Ausbeute herzustellen.The invention aims to produce microbial flocculant using a cheap substrate with high yield.
zur Verfügung zu stellen und einzusetzen, die unter Nutzung von Biomassehydrolysaten als eine Nährstoffquelle imto provide and utilize, using biomass hydrolysates as a source of nutrients in the
gramnegative bis gramvariable plumpe Stäbchen (0,8-1,2 x 1,5-4,0Mm), beweglich, nicht sporenbildend, Zellen oft verzweigt und pleomorph, häufig Einschlüsse von PHB enthaltendgram-negative to gram-variable plump rods (0.8-1.2 x 1.5-4.0 mm), motile, nonspore-forming, cells often branched and pleomorphic, often containing inclusions of PHB
rosafarbene Kolonien: rund, glänzend, glattrandig, konvex, schmierige Konsistenz, Durchmesser < 0, max 1 mm (Standardagar mit Methanol); Peptonagar: orange-rote Kolonienpink colonies: round, shiny, smooth-edged, convex, greasy consistency, diameter <0, max 1 mm (standard agar with methanol); Pepton agar: orange-red colonies
kommunalen oder industriellen Biomassen, soweit sie keine inhibitorischen Substanzen enthalten, die das Bakterienwachstum beeinträchtigen. Vorzugsweise ist die Verwendung von Belebtschlamm aus kommunalen oder industriellenmunicipal or industrial biomass, in so far as they contain no inhibitory substances that affect bacterial growth. Preferably, the use of activated sludge from municipal or industrial
bei pH-Wert > 8 im Temperaturbereich von 80 bis 17O0C gewonnen. Vorzugsweise kann eine Kurzzeiterhitzung bei 1200C und einem pH-Wert von ca. 12 erfolgen. Die Hydrolysate enthalten in Abhängigkeit vom Ausgangsmaterial niedere Amine,obtained at pH> 8 in the temperature range of 80 to 17O 0 C. Preferably, a short-term heating at 120 0 C and a pH of about 12 done. The hydrolysates contain lower amines, depending on the starting material.
gegenüber der enzymatischen Hydrolyse ist darin zu sehen, daß die im Bioschlamm enthaltenen Schwermetalle unter diesencompared to the enzymatic hydrolysis is to be seen in the fact that the heavy metals contained in the biosludge among these
auf die Flockungsmittelbildner toxisch wirken können. Weiterhin ist die vollständige Sterilisierung des Bioschlammes und der gegenüber Enzymen und Puffersubstanzen billigere Einsatz von technischen Grundchemikalien ein erheblicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens.can have a toxic effect on the flocculant. Furthermore, the complete sterilization of the biosludge and the cheaper compared to enzymes and buffer substances use of basic technical chemicals is a significant advantage of the method according to the invention.
völlig substituieren, wobei ggf. ein Bilanzausgleich des C/N-Verhältnisses erforderlich sein wird. Unter sonst unveränderten optimalen Wachstumsbedingungen erfolgt die Ausschüttung der Biopolymeren ohnedie üblicherweise erforderliche Limitation eines Nährstoffanteils. Die extracellulären Biopolymeren sind wasserlöslich. Sie liegen teilweise in aggregierter Form mit einemcompletely substitute, where appropriate, a balance of the C / N ratio will be required. Under otherwise optimal growth conditions, the distribution of the biopolymers takes place without the usually required limitation of a nutrient fraction. The extracellular biopolymers are water-soluble. They are partly in aggregated form with a
anfallende Kulturmedium ohne weitere Aufarbeitungsschritte eingesetzt werden kann. Der Gehalt an Bioflockungsmitteln kann bis zu 0,4g/g BM betragen und ist damit deutlich höher als für bisher bekannte Verfahren.accumulating culture medium can be used without further workup steps. The content of bioflocculants can be up to 0.4 g / g BM and is thus significantly higher than for previously known methods.
und Trocknung, gewonnen werden.and drying.
Bakterien von Methylobacterium rhodesianum IMET11401 werden bei 320C und einem pH-Wert von 6,2-6,8 diskontinuierlich fermentiert. Als Kohlenstoff- und Stickstoffquelle werden Bioschlammhydrolysat und Methanol verwendet. Das Bioschlammhydrolysat wird durch Kurzzeiterhitzung bei 1500C und einem pH-Wert von 12 aus Sekundär-Überschußschlamm und anschließendem Abtrennen der Feststoffe gewonnen. Das Hydrolysat hat ein C:N-Verhältnis von ca. 4,6:1. Da dieses Verhältnis für ein Wachstum der Mikroorganismen bzw. eine Ausschüttung von Exopolysacchariden unzureichend Ist, muß durch Zugabe von Methanol ausgeglichen werden (1 Teil Belebtschlammhydrolysat = 0,14 Teile Methanol-100 Vol.-%). Nach einer Züchtungsdauer von 72 h werden die von den Mikroorganismen in das Prozeßwasser ausgeschiedenen Flockungsmittel über eine Membranzelle durch Querstrom-Mikrofiltration abgetrennt. Die mikroorganismenhaltige Suspension wird dabei zwischen Fermentor und Membranzelle im Kreislauf geführt. Nachdem die Masse des Fermentorinhaltes um 33% gefallen ist, wird die Abführung des Flockungsmittels unterbrochen und mit einem Substratgemisch, bestehend aus Methanol und Hydrolysat, wieder aufgefüllt.Bacteria of Methylobacterium rhodesianum IMET11401 be fermented batchwise C and a pH of 6.2 to 6.8 at 32 0th The source of carbon and nitrogen is biosludge hydrolyzate and methanol. The Bioschlammhydrolysat is obtained by short-term heating at 150 0 C and a pH of 12 from secondary excess sludge and then separating the solids. The hydrolyzate has a C: N ratio of about 4.6: 1. Since this ratio is insufficient for a growth of the microorganisms or a release of exopolysaccharides, must be compensated by the addition of methanol (1 part activated sludge hydrolyzate = 0.14 parts methanol-100 vol .-%). After a cultivation period of 72 hours, the flocculants separated from the microorganisms into the process water are separated off via a membrane cell by means of cross-flow microfiltration. The microorganism-containing suspension is circulated between the fermenter and the membrane cell. After the mass of the fermenter content has fallen by 33%, the removal of the flocculant is interrupted and replenished with a substrate mixture consisting of methanol and hydrolyzate.
Die alternierenden Prozesse Substratzuführung und Flockungsmittelentnahme können beliebig oft wiederholt werden. Das Flockungsmittel wird aus dem Prozeßwasser mit Hilfe von Iso-Propanol ausgefällt, abfiltriert und getrocknet. Die erreichten Konzentrationen an Flockungsmitteln betrugen ca. 250mg KH/I bzw. 120mg KH/g BTS.The alternating processes of substrate feeding and flocculation removal can be repeated as often as desired. The flocculant is precipitated from the process water with the aid of iso-propanol, filtered off and dried. The concentrations of flocculants achieved were about 250 mg KH / l and 120 mg KH / g BTS.
vorliegt. Die Fermentationssuspension wird im Außenkreislauf über eine Membran gepumpt, die das wäßrige Medium mit demis present. The fermentation suspension is pumped in the outer circuit via a membrane which communicates the aqueous medium with the
abgetrennt.separated.
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1989
- 1989-12-27 DD DD33638789A patent/DD290917A5/en not_active IP Right Cessation
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