DE102004009587A1

DE102004009587A1 - Biogas reactor with biomass and microorganism feed and fermentation process giving gas useful e.g. in heating and generating plant, use archaebacteria and prokaryotic bacteria also used in immobilized form for removing toxic heavy metals

Info

Publication number: DE102004009587A1
Application number: DE102004009587A
Authority: DE
Inventors: Robert Dr. Müller; Thomas Willuweit
Original assignee: Soell GmbH
Current assignee: Soell GmbH
Priority date: 2004-02-25
Filing date: 2004-02-25
Publication date: 2005-09-15

Abstract

In a biogas reactor for fermenting biomass (I) to produce biogas using microorganisms (II), with an inlet for (I) and (II), the novelty is archaebacteria (IIA) and/or prokaryotic bacteria (IIB) are used as (II). Independent claims are also included for the following: (1) process for operating a biogas reactor using (IIA) and/or (IIB); (2) immobilized (IIA) and/or (IIB) for carrying out this process.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Biogasreaktor, ein Verfahren zum Betreiben von Biogasreaktoren oder Abwasserreinigungsanlagen unter Verwendung von Mikroorganismen die für die Biogasgewinnung eingesetzt werden können, enthaltend Archaebakterien und/oder prokaryotische Bakterien.The The present invention relates to a biogas reactor, a process for operating biogas reactors or wastewater treatment plants using microorganisms used for biogas production can be containing archaebacteria and / or prokaryotic bacteria.

In Biogasreaktoren kann unter Einsatz von Mikroorganismen der organische Anteil in Abwässern aus Industrie, Gewerbe und Kommunen deutlich verringert werden. In den sogenannten Biogasreaktoren erfolgt der Abbau der organischen Inhaltsstoffe (Biomasse) über die Bildung von organischen Säuren zu Biogas. Das Biogas enthält als Hauptbestandteile Methan, CO₂, H₂S, in kleinen Mengen Wasserstoff und Stickstoff. Das Biogas stellt einen wertvollen regenerativen Energieträger dar, der sich beispielsweise zur Gewinnung von Elektroenergie in einem Blockheizkraftwerk eignet.In biogas reactors, the organic content in waste water from industry, commerce and municipalities can be significantly reduced by using microorganisms. In the so-called biogas reactors, the degradation of the organic ingredients (biomass) via the formation of organic acids to biogas. The biogas contains as main components methane, CO ₂ , H ₂ S, in small quantities hydrogen and nitrogen. The biogas represents a valuable regenerative energy source, which is suitable, for example, for the production of electricity in a combined heat and power plant.

In den Biogas-Reaktoren wird Biomasse, üblicherweise organische Abfälle, wie landwirtschaftliche und kommunale Abfälle, aber auch Abfälle aus Industrie und Gewerbe, wie überlagerte Lebens- und Genussmittel, Rückstände aus Konservenfabriken, Molkereien, Fruchtsaft-, Konfitüren- und Süßstoffindustrie, Melasserückstände, Fettabfälle und Futtermittelabfälle, Knochenabfälle und Hautabfälle, Küchen- und Kantinenabfälle sowie Marktabfälle, verarbeitet.In The biogas reactors become biomass, usually organic waste, such as agricultural and municipal waste, but also waste Industry and trade, as superimposed Food and beverage, Residues from Canning factories, dairies, fruit juice, jams and Sweetener industry, Molasses, grease and Feed waste bone wastes and skin wastes, kitchen and canteen waste and market waste, processed.

Die Abfälle werden in der Regel in wasserhaltiger Form dem Reaktor zugeführt. Unter Einsatz von Mikroorganismen zersetzen sich die organischen Bestandteile erst in organische Säuren und dann zu Biogas. Die Bildung organischer Säuren führt im Laufe des Prozesses dazu, dass sich der pH-Wert innerhalb des Reaktors verringert. Das Aktivitätsoptimum der in der Biomasse enthaltenen Mikroorganismen liegt in der Regel zwischen pH 6,5 und 8. Die Erniedrigung des pH-Wertes führt u.a. dazu, dass die Mikroorganismen langsam ihre Aktivität einstellen und bei einem zu niedrigen pH-Wert absterben und der Aufbereitungsprozess der Biogas-Bildung stoppt bevor die maximale Abbaurate der Biomasse in Biogas erreicht ist.The scraps are usually fed to the reactor in aqueous form. Under Use of microorganisms decompose the organic components first in organic acids and then to biogas. The formation of organic acids leads in the course of the process to that the pH value reduced within the reactor. The optimal activity in biomass contained microorganisms is usually between pH 6.5 and 8. The lowering of the pH leads u.a. to that the microorganisms slowly their activity set and dying at too low a pH and the Processing process of biogas formation stops before the maximum Degradation rate of biomass in biogas is reached.

Der Rückstand der bei einem vorzeitigen Abbrechen des Prozesses erhalten wird, weist noch relativ hohe Anteile an organischen Substanzen auf. Aus verfahrenstechnischer Sicht wäre es wünschenswert, den organischen Anteil in der restlichen Biomasse und damit auch die Kosten für die Entsorgung der aus dem Prozess erhaltenen Feststoffe weiter zu reduzieren.Of the Residue which is obtained when the process is terminated prematurely, still has relatively high levels of organic substances. Out procedural view would be it desirable the organic content in the rest of the biomass and thus also the price for the disposal of the solids obtained from the process on to reduce.

Weiterhin nachteilig ist, dass bei der Methanogenese der Energiegewinn nur sehr gering ist und als Folge davon die Methanbakterien nur geringe Wachstumsraten und Zellerträge zeigen. Dies hat zur Folge, dass die ersten Zersetzungsschritte innerhalb des Reaktors, die Hydrolyse und Fermentation sowie die Acetogenese zu einer Überproduktion von Acetat führen können, so dass es nicht nur zu einer Übersäuerung kommt, auch hemmt undissoziiertes Acetat die Aktivität von methanogenen Bakterien. Die Versäuerung des Bioreaktors und auch die konzentrationsbedingte toxische Wirkung der undissoziierten Essigsäure kann den anaeroben Abbau langfristig schädigen. Eine Erholung bzw. Reparatur dieses Zustandes aus eigener Kraft ist häufig nicht möglich. Auch die Wiedereinstellung des pH-Wertes oder das Wiederanfahren des Verfahrens unter Zusatz von neuen suspendierten Mikroorganismen ist häufig nicht sinnvoll, da diese aufgrund der Bedingungen innerhalb der Biomasse ebenso direkt geschädigt werden. Eine Anhebung des pH-Wertes würde zwar den Anteil an undissoziierter Essigsäure verringern und die Hemmung der Methanbakterien teilweise beheben, ist aber aufgrund der hohen Pufferkapazität des Reaktorinhalts und der großen Volumina in der Regel in der Praxis sehr kostspielig und oft nicht durchführbar.Farther The disadvantage is that in methanogenesis the energy gain only is very low and as a result, the methane bacteria only small Growth rates and cell yields demonstrate. As a result, the first decomposition steps within the reactor, the hydrolysis and fermentation as well as the Acetogenesis to overproduction lead by acetate can, so that it is not just a hyperacidity, Also, undissociated acetate inhibits the activity of methanogenic bacteria. The acidification of the bioreactor and also the concentration-related toxic effect undissociated acetic acid can cause long-term damage to anaerobic degradation. A recovery or repair this state of self-powered is often not possible. Also the re-adjustment of the pH or the restart of the Method with the addition of new suspended microorganisms is common not meaningful, as these are due to the conditions within the Biomass directly damaged as well become. An increase in the pH would indeed the proportion of undissoziierter acetic acid is to partially reduce the inhibition of methane bacteria is but due to the high buffer capacity of the reactor contents and the huge Volumes usually very expensive in practice and often not feasible.

Der vorliegenden Erfindung lag somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Biogasreaktors zur Verfügung zu stellen, in welchem die Bedingungen für die enthaltenen Mikroorganismen über einen möglichst langen Zeitraum auf einem Aktivitätsoptimum gehalten werden. Insbesondere lagen der Erfindung die Aufgaben zugrunde die Reparatur eines so versäuerten Biogasreaktors, sowie ein autarkes Anfahren eines Bioreaktors durch Zugabe geeigneter Mikroorganismen zu ermöglichen.Of the The present invention was therefore based on the object, a method to provide for operating a biogas reactor, in which the conditions for the contained microorganisms via a preferably long period of time at an optimum level of activity. In particular, the invention was the object of the repair so acidified Biogas reactor, as well as a self-sufficient start-up of a bioreactor by Allow addition of suitable microorganisms.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demgemäß ein Biogasreaktor für die Vergärung von Biomasse zur Erzeugung von Biogas unter Verwendung von Mikroorganismen, welcher eine Zuführung für die Biomasse und die Mikroorganismen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass als Mikroorganismen Archaebakterien und/oder prokaryotische Bakterien eingesetzt werden.object The present invention is accordingly a biogas reactor for the fermentation of Biomass for producing biogas using microorganisms, which is a feeder for the Biomass and the microorganisms, characterized that as microorganisms archaebacteria and / or prokaryotic Bacteria are used.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben eines Biogasreaktors unter Verwendung von Mikroorganismen, dadurch gekennzeichnet, dass die Organismen auswählt sind aus Archaebakterien und/oder prokaryotische Bakterien.One Another object of the present invention is a method for operating a biogas reactor using microorganisms, characterized in that the organisms are selected from archaebacteria and / or prokaryotic bacteria.

Der erfindungsgemäße Bioreaktor und das erfindungsgemäße Verfahren ermöglichen es, über den Zusatz geeigneter Mikroorganismen, den Abbau der Biomasse derart zu steuern, dass die sich bildenden Säuren unter Einsatz geeigneter Mikroorganismen zu Methan und CO₂ abgebaut werden, welche als Gase aus dem Reaktor austreten, so dass der pH-Wert in der Biomasse über einen langen Zeitraum konstant gehalten werden kann und auch ein pH-Optimum für die Mikroorganismen aufrechterhalten bleibt.The bioreactor according to the invention and the method according to the invention make it possible, via the addition of suitable microorganisms, to control the degradation of the biomass such that the acids which form are decomposed with the use of suitable microorganisms to methane and CO ₂ , which exit from the reactor as gases that the pH in the biomass can be kept constant over a long period of time and also that a pH optimum for the microorganisms is maintained.

Dass sich während des Prozesses bildende Biogas ist ein übliches Gemisch aus Methan, CO₂ sowie in geringen Mengen H₂S, N₂, H₂ und ggf. einige weitere Substanzen. Die Mengenanteile der Inhaltsstoffe hängen von der Beschaffenheit des Substrates ab. Das gebildete Biogas kann in an sich bekannter Weise weiter verwertet werden, beispielsweise, wie bereits oben erwähnt, als Energieträger in einem Blockheizkraftwerk. Biogas hat bei einem Anteil von 60% Methan einen Brennwert von 24 MJ/m³ und stellt somit eine wertvolle Energiequelle dar.That forming during the process biogas is a common mixture of methane, CO ₂ and in small quantities H ₂ S, N ₂ , H ₂ and possibly some other substances. The proportions of the ingredients depend on the nature of the substrate. The biogas formed can be further utilized in a manner known per se, for example, as already mentioned above, as an energy carrier in a combined heat and power plant. With a share of 60% methane, biogas has a calorific value of 24 MJ / m ³ and thus represents a valuable source of energy.

Endprodukte des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Methan als energiehaltiger Bestandteil sowie CO₂ und H₂S. Das Methan wird durch die Stoffwechseltätigkeit der erfindgungsgemäß enthaltenen Archaebakterien aus kurzkettigen organischen Verbindungen, Acetat und ggf. Wasserstoff erzeugt. Die Archaebakterien sind jedoch innerhalb des Prozesses auf die Endprodukte anderer Bakterienarten angewiesen. So wurde festgestellt, dass die Umsetzung der in der Biomasse enthaltenen organischen Stoffe wie folgt unterteilt werden kann:

– Hydrolyse von polymeren Substanzen, Kohlenhydraten, Proteinen und Fetten
– Fermentation und anaerobe Oxydation der Hydrolyseprodukte in Fettsäuren
– Umwandlung der längerkettigen Fettsäuren in H₂, CO₂ und Acetat (Acetogenese)
– Umwandlung von Acetat in Methan und CO₂ (Methanogenese).

End products of the process according to the invention are methane as an energy-containing constituent as well as CO ₂ and H ₂ S. The methane is produced by the metabolic activity of the archaebacteria contained according to the invention from short-chain organic compounds, acetate and possibly hydrogen. However, the archaebacteria rely on the end products of other bacterial species within the process. It was found that the conversion of organic matter contained in the biomass can be subdivided as follows:

- Hydrolysis of polymeric substances, carbohydrates, proteins and fats
- Fermentation and anaerobic oxidation of hydrolysis products in fatty acids
- conversion of longer-chain fatty acids into H ₂ , CO ₂ and acetate (acetogenesis)
- conversion of acetate into methane and CO ₂ (methanogenesis).

Unter anaeroben Bedingungen, beispielsweise in einem üblichen Bioreaktor, laufen diese Prozesse ohne Zugabe von weiteren Substanzen ab. Wie bereits eingangs beschrieben stoppt der Abbauprozess zu Methan, sobald die Säurekonzentration einen solchen Wert erreicht hat, dass der pH-Wert unter den des möglichen Aktivitätsbereiches der Mikroorganismen sinkt.Under anaerobic conditions, for example in a conventional bioreactor run these processes without addition of other substances. As already described above, the degradation process to methane stops as soon as the acid concentration has reached such a value that the pH is below that of the potential activity area the microorganisms sink.

Überraschenderweise wurde festgestellt, dass der Abbauprozess in einem Bioreaktor optimiert und verlängert werden kann, wenn der Biomasse zu Beginn des Prozesses Mikroorganismen zugesetzt werden, die die Bildung von Methan aus Acetat bewirken. Geeignete Mikroorganismen sind die bereits genannten Archaebakterien, insbesondere methanogene Archaebakterien, die organische Verbindungen zu Methan reduzieren können, beispielsweise organoheterotrophe Arten, die Acetat, Formiat, Methanol oder Methylamine als C- und Energiequelle benötigen. Dabei ist Acetat das wichtigste Substrat für die heterotrophe Methanbildung in den meisten Bioreaktoren und in natürlichen Schlämmen und Sedimenten. Dabei wird die Methylgruppe zu Methan reduziert und die Carboxylgruppe zu CO₂ oxydiert. Im erfindungsgemäßen Verfahren haben sich methanogene Archaebakterien als besonders geeignet erwiesen.Surprisingly, it has been found that the degradation process in a bioreactor can be optimized and prolonged if the biomass is added at the beginning of the process microorganisms that cause the formation of methane from acetate. Suitable microorganisms are the already mentioned archaebacteria, in particular methanogenic archaebacteria which can reduce organic compounds to methane, for example organoheterotrophic species which require acetate, formate, methanol or methylamines as carbon and energy sources. Acetate is the most important substrate for heterotrophic methane formation in most bioreactors and in natural sludge and sediments. The methyl group is reduced to methane and the carboxyl group is oxidized to CO ₂ . In the method according to the invention, methanogenic archaebacteria have proven to be particularly suitable.

Eine weitere Optimierung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann erreicht werden, wenn die methanogenen Archaebakterien beispielsweise in Kombination mit prokaryotischen Bakterien, vorzugsweise in Kombination mit acetonogenen Bakterien und ggf. Sulfatreduzierenden Bakterien eingesetzt werden. Als besonders geeignete Mikroorganismen werden Mischkulturen eingesetzt, die vorzugsweise in einem Verhältnis zu einander vorliegen, dass die spezifischen Bedingungen in dem jeweiligen Reaktor berücksichtigt. Dabei haben sich die Verwendung von methanogenen Archaebakterien mit prokaryotischen Sulfat reduzierenden-, und acetonogenen Bakterien vorteilhaft erwiesen.A Further optimization of the method according to the invention can be achieved when the methanogenic archaebacteria are present in, for example, Combination with prokaryotic bacteria, preferably in combination with acetonogenic bacteria and possibly sulfate-reducing bacteria be used. As particularly suitable microorganisms are Mixed cultures are used, preferably in a ratio to each other present that the specific conditions in the respective reactor considered. In the process, the use of methanogenic archaebacteria with prokaryotic sulfate reducing and acetonogenic bacteria proved advantageous.

Die methanogenen Archaebakterien sind vorzugsweise ausgewählt aus den Gattungen Methanolacinia, Methanomicrobium, Methanospirillum, Methanofollis, Methanogenium, Methanoplanus, Methanocelleus, Methanococcus, Methanocorpusculum, Methanosphaera, Methanobrevibacter, Methanosarcina, Methanobacterium, Methanococcales, Methanocelleus, Methanothermus, Methanobacter, Methanothermobacter, Methanopyrus und Methanosaeta.The Methanogenic archaebacteria are preferably selected from the genera Methanolacinia, Methanomicrobium, Methanospirillum, Methanofollis, Methanogenium, Methanoplanus, Methanocelleus, Methanococcus, Methanocorpusculum, Methanosphaera, Methanobrevibacter, Methanosarcina, Methanobacterium, Methanococcales, Methanocelleus, Methanothermus, Methanobacter, Methanothermobacter, Methanopyrus and Methanosaeta.

Die Sulfat reduzierenden Bakterien sind vorzugsweise ausgewählt aus den Gattungen Desulfobacca, Desulfobacter, Desulfobacterium, Desulfobacula, Desulfobulbus, Desulfocapsa, Desulfocella, Desulfococcus, Desulfofaba, Desulfofrigus, Desulfofustis, Desulfohalobium, Desulfomicrobium, Desulfomonas, Desulfomonile, Desulfomusa, Desulfonatronovibrio, Desulfonatronum, Desulfonauticus, Desulfonema, Desulfonispora, Desulforegula, Desulforhabdus, Desulforhopalus, Desulfosarcina, Desulfospira, Desulfosporosinus, Desulfotalea, Desulfotignum, Desulfotomaculum und Desulfovibrio.The sulfate-reducing bacteria are preferably selected from the genera Desulfobacca, Desulfobacter, Desulfobacterium, Desulfobacula, Desulfobulbus, Desulfocapsa, Desulfocella, Desulfococcus, Desulfofaba, Desulfofrigus, Desulfofustis, Desulfohalobium, Desulfomicrobium, Desulfomonas, Desulfomoni le, Desulfomusa, Desulfonatronovibrio, Desulfonatronum, Desulfonauticus, Desulfonema, Desulfonispora, Desulforegula, Desulforhabdus, Desulforhopalus, Desulfosarcina, Desulfospira, Desulfosporosinus, Desulfotalea, Desulfotignum, Desulfotomaculum and Desulfovibrio.

Die acetogenen Bakterien sind vorzugsweise ausgewählt aus den Gattungen Acetoanaerobium, Acetitomaculum, Acetivibrio, Acetobacter, Acetobacterium, Acetobacteroides, Acetogenium, Acetohalobium, Acetomicrobium, Acetomonas, Acetonema, Achromobacter, Butyribacterium, Butyrivibrio, Clostritium, Eubacterium, Gluconobacter, Lachnospira, Pelobacter, Peptostreptococcus, Sporomusa, Syntrophococcus und Syntrophomonas.The acetogenic bacteria are preferably selected from the genera Acetoanaerobium, Acetitomaculum, Acetibribrio, Acetobacter, Acetobacterium, Acetobacteroides, Acetogenium, acetohalobium, acetomicrobium, acetomonas, acetonema, Achromobacter, Butyribacterium, Butyrivibrio, Clostritium, Eubacterium, Gluconobacter, Lachnospira, Pelobacter, Peptostreptococcus, Sporomusa, Syntrophococcus and Syntrophomonas.

Die Mehrzahl der methanogenen Organismen sind chemolithoautotroph und assimilieren CO₂. Die Energiegewinnung erfolgt über die Reduktion von CO₂ zu Methan mittels Wasserstoff. Organoheterotrophe Arten benötigen Acetat, Formiat, Methanol oder Methylamine als C- und Energiequelle.The majority of methanogenic organisms are chemolithoautotrophic and assimilate CO ₂ . The energy is generated by the reduction of CO ₂ to methane by means of hydrogen. Organoheterotrophic species require acetate, formate, methanol or methylamines as C and energy source.

Die vielfältigsten Verwerter von Substraten sind Methanosarcina, welche unterschiedliche Substrate nutzen können, wie zum Beispiel Acetat, Formiat, Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Methanol, Methylamin oder Trimethylamin. Unterschiedliche Substrate führen auch zu einem unterschiedlichen Energiegewinn und Methananteil im produzierten Biogas. Der Mittelwert der Methangehalte für alle üblichen, dem Fachmann bekannten Reaktionen liegt bei 62% und ist mit gemessenen Methananteilen in Biogas landwirtschaftlicher oder kommunaler Betriebe durchaus vergleichbar.The diverse Recyclers of substrates are Methanosarcina, which are different Can use substrates, such as acetate, formate, hydrogen, carbon monoxide, methanol, Methylamine or trimethylamine. Different substrates also lead to a different energy gain and methane content in the produced Biogas. The mean of the methane contents for all conventional, known to those skilled Reaction is 62% and is with measured methane levels in Biogas of agricultural or municipal enterprises quite comparable.

Einer der wichtigsten Stoffwechselvorgänge ist die Reduktion von CO₂ zu Methan mit Wasserstoff als Reduktant über Hydrogenase. Wobei H₂ ein ganz wichtiges Stoffwechselprodukt vieler anaerober Bakterien, Pilze und Protozoen darstellt. Für einige, vor allem thermophile Methanogene ist H₂ sogar der einzig nutzbare Energieträger. Wasserstoff wird durch Fermentation organischer Stoffe als Stoffwechselprodukt gebildet und sofort von Methanbakterien verwertet.One of the most important metabolic processes is the reduction of CO ₂ to methane with hydrogen as a reductant via hydrogenase. H _{2 is} a very important metabolite of many anaerobic bacteria, fungi and protozoa. For some, especially thermophilic methanogens, H _{2 is} even the only usable energy source. Hydrogen is formed by fermentation of organic substances as a metabolite and immediately utilized by methane bacteria.

Die erste Stufe des Abbauprozesses im Bioreaktor ist die sog. Hydrolyse. Es wurde festgestellt, dass diese Stufe zum Beispiel durch Zusatz von geeigneten Komponenten beschleunigt werden kann, insbesondere durch Zusatz von Enzymen. Insbesondere können glykosidische Bindungen spaltende Enzyme wie Amylasen, Cellulasen oder Dextranasen verwendet werden. Die Enzyme können einzeln oder in Kombination eingesetzt werden. Zur besseren Stabilisierung und Dosierung der Enzyme können diese auf geeigneten Trägermaterialien immobilisiert sein. Beispiel für geeignete und bevorzugte Trägermaterialien sind oben genannt. Die Enzyme können gemeinsam mit den Mikroorganismen oder getrennt auf Trägermaterialien aufgebracht sein.The The first stage of the degradation process in the bioreactor is the so-called hydrolysis. It was found that this level, for example, by addition can be accelerated by suitable components, in particular by addition of enzymes. In particular, glycosidic bonds cleaving enzymes such as amylases, cellulases or dextranases used become. The enzymes can used singly or in combination. For better stabilization and dosage of the enzymes can these on suitable substrates be immobilized. example for suitable and preferred carrier materials are mentioned above. The enzymes can together with the microorganisms or separately on carrier materials be upset.

In einer möglichen Ausführungsform werden Mikroorganismen verwendet, die die genannten Enzyme sekretieren. Beispiele für sekretierende Mikroorganismen sind Clostridium cellolyticum, Clostridium aerotolerans oder Pleurotus ostreatus.In a possible embodiment Microorganisms are used which secrete the said enzymes. examples for secreting microorganisms are Clostridium cellolyticum, Clostridium aerotolerans or Pleurotus ostreatus.

Die Aktivität der Mikroorganismen kann durch Zugabe von ergänzenden, den Stoffwechsel der Mikroorganismen unterstützenden Substanzen weiter verbessert bzw. stabilisiert werden. Beispiele für derartige Substanzen sind Stickstoff- und/oder Schwefelverbindungen sowie Spurenelemente und Vitamine. Als N-Quelle werden Ammoniumverbindungen und als S-Quelle Sulfide von Bakterien genutzt. Als sekundäre Nährstoffe werden Phosphat, Mg²⁺, Ca²⁺, K⁺, Na⁺, und Fe²⁺ benötigt. Spurenelemente wie Kupfer, Nickel, Kobalt, Molybdän, Wolfram und Selen können auch die Enzymsynthese unterstützen.The activity of the microorganisms can be further improved or stabilized by the addition of supplementary substances which support the metabolism of the microorganisms. Examples of such substances are nitrogen and / or sulfur compounds as well as trace elements and vitamins. Ammonium compounds are used as the N source and the sulfides of bacteria as the S source. As secondary nutrients phosphate, Mg ²⁺ , Ca ²⁺ , K ⁺ , Na ⁺ , and Fe ^{2+ are} needed. Trace elements such as copper, nickel, cobalt, molybdenum, tungsten and selenium may also aid in enzyme synthesis.

Die Aktivität der Mikroorganismen ist bei einem pH-Wert zwischen 6,5 und 7,5 am höchsten. Es gibt zwar einige methanogene Mikroorganismen, die sowohl bei niedrigen pH-Werten von pH 5 und darunter (Methanobacterium sp.) wie auch leicht alkalische die im pH-Bereich von pH 8-9 wachsen können (Methanobacterium thermoalcaliphilum). Durch eine gezielte Auswahl an methanogenen Bakterien können diese auch bei pH-Werten von pH 5 noch aktiv stoffwechseln.The activity the microorganism is at a pH of between 6.5 and 7.5 highest. Although there are some methanogenic microorganisms that both in low pH values of pH 5 and below (Methanobacterium sp.) as well as slightly alkaline which grow in the pH range of pH 8-9 can (Methanobacterium thermoalcaliphilum). Through a targeted selection of methanogenic bacteria these still active at pH values of pH 5 still active.

Methanogene Mikroorganismen benötigen für ihr Wachstum üblicherweise ein Redoxpotential von unter –300 mV, was bedeutet, dass die Umgebung sauerstofffrei ist. Obwohl methanogene Mikroorganismen bei Präsenz von Sauerstoff nicht stoffwechseln oder wachsen, ist jedoch eine von der Spezies abhängige Toleranz bekannt. So kann Methanosarcina barkeri über 24 Std. ausgesetzt an Luftsauerstoff überleben.methanogenic Need microorganisms for their Growth usually a redox potential of less than -300 mV, which means that the environment is oxygen-free. Although methanogenic Microorganisms in presence However, oxygen does not metabolize or grow oxygen dependent on the species Tolerance known. Methanosarcina barkeri can be used for 24 hours. exposed to atmospheric oxygen survive.

Um eine entsprechend reduzierende Bedingungen zu erhalten, kann den methanogenen Medien Schwefelwasserstoff, Thiosulfat oder Dithionit zugesetzt werden. In einer möglichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die methanogenen Mikroorganismen in Kombination mit Sulfat-Reduzierenden Bakterien eingesetzt. Diese bilden in-situ durch ihren Stoffwechsel bei Anwesenheit von Sulfat und einem geeigneten Elektronendonator Schwefelwasserstoff, was zu einer Verringerung des Redoxpotentials innerhalb der Umgebung bzw. der Biomasse führt und einen sozusagen internen Schutzmechanismus gegen Sauerstoff darstellt.In order to obtain a correspondingly reducing conditions, hydrogen sulfide, thiosulfate or dithionite can be added to the methanogenic media. In one possible embodiment of the present invention, the methanogenic microorganisms are combined with sulfate reducing agents Bacteria used. These form in situ by their metabolism in the presence of sulfate and a suitable electron donor hydrogen sulfide, which leads to a reduction of the redox potential within the environment or the biomass and represents a so-to-speak internal protection mechanism against oxygen.

Der Zusatz von Sulfat-Reduzierenden Bakterien zeigt weiterhin den Vorteil, das mittels in-situ produzierten Schwefelwasserstoff in der Lage eine Vielzahl von potentiell toxischen Schwermetallen wie Kupfer, Nickel, Blei, Cadmium, Quecksilber, sowie einige Radionuklide als extrem schwer lösliche Verbindungen aus der wässrigen Phase entfernt werden und das System detoxifizieren.Of the Addition of sulfate-reducing bacteria also shows the advantage the capable by means of in situ produced hydrogen sulfide in the situation a variety of potentially toxic heavy metals such as copper, Nickel, lead, cadmium, mercury, as well as some radionuclides as extremely difficult to dissolve Compounds from the aqueous Phase and detoxify the system.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Mikroorganismen und die ggf. vorhandenen Enzyme in Form von Immobilisaten eingesetzt. Die Immobilisate können zu einem beliebigen Zeitpunkt dem Verfahren zugesetzt werden. Vorzugsweise werden sie als Starthilfe zu Beginn des Abbauprozesses, d.h. wenn die Biomasse in den Reaktor gefüllt wird, oder zur Reparatur eines durch Übersäuerung oder andere Störfaktoren unterbrochenen oder gestoppten Prozesses zugesetzt. Zur Immobilisierung werden die Mikroorganismen bzw. die Enzyme vorzugsweise auf polymere Trägermaterialien aufgebracht.In a particularly preferred embodiment the present invention, the microorganisms and the optionally existing enzymes are used in the form of immobilizates. The Immobilisate can be added to the process at any time. Preferably They are used as a jump start at the beginning of the degradation process, i. if filled the biomass into the reactor or to repair one due to hyperacidity or other interfering factors interrupted or stopped process added. For immobilization the microorganisms or the enzymes are preferably polymeric support materials applied.

Der Einsatz von Immobilisaten zeigt viele Vorteile. So sind die Bakterien und die ggf. vorhandenen Enzyme durch die Immobilisate, d.h. Trägermaterialien, mit Schutzmechanismen ausgestattet die eine Vermehrung, einen Stoffwechsel mit Methanproduktion und eine Neutralisierung des pH-Wertes sicherstellen. Dies geschieht durch die Kombination hoher lokaler Zellkonzentrationen der enthaltenen Mikroorganismen, wie der methanogenen, acetoclastischen und/oder sulfat-reduzierenden Bakterien, aber auch durch diffusionsbedingte Ausbildung von Konzentrationsgradienten durch das Trägermaterial. So kann durch eine gezielte Auswahl des polymeren Trägermaterials über eine Diffusionslimitation im Inneren des Materials die Vermehrung und den Stoffwechsel der Mikroorganismen, die Methanproduktion sowie die Neutralisation des pH-Wertes auch noch bei einer hochgradigen Versäuerung sichergestellt werden.Of the Use of Immobilisaten shows many advantages. That's the way the bacteria are and any enzymes present by the immobilizates, i. Support materials equipped with protective mechanisms that increase reproduction, metabolism with methane production and neutralizing the pH. This is done by combining high local cell concentrations the contained microorganisms, such as the methanogenic, acetoclastischen and / or sulfate-reducing bacteria, but also by diffusion-induced Formation of concentration gradients by the carrier material. Thus, through a targeted selection of the polymeric carrier material over a Diffusion limitation in the interior of the material multiplication and the Metabolism of microorganisms, methane production and the Neutralization of the pH is ensured even with a high degree of acidification become.

Durch Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens können somit nicht nur eine höhere Prozesssicherheit, sondern durchaus auch kürzere hydraulische Verweilzeiten in Biogasreaktoren und anaeroben Abwasserreinigungsanlagen realisiert werden. Biogasreaktoren können stabil mit der Verwendung dieser Immobilisate bei einer hydraulischen Verweilzeit von bis zu 10 Tagen betrieben werden.By Use of the method according to the invention can thus not only a higher one Process reliability, but also shorter hydraulic residence times implemented in biogas reactors and anaerobic wastewater treatment plants become. Biogas reactors can stable with the use of this immobilizate in a hydraulic Residence time of up to 10 days to be operated.

Der Einsatz der Mikroorganismen in Form von Immobilisaten zeigt den weiteren Vorteil, dass auch Spurenelemente und ggf. weitere Zusatzstoffe gezielter zugesetzt werden können. Die Zugabe dieser Substanzen zu einem üblichen System ist problematisch, da sie sich im gesamten System, d.h. innerhalb der Biomasse im Reaktor verteilen. Die Zugabe dieser Substanzen sichert die langfristige Verfügbarkeit dieser Spurenelemente für die methanogenen Bakterien und behebt durch Elementmangel bedingte Limitationen. Die Spurenelemente werden hierbei chemisch komplexiert auf den Träger gegeben. Als Trägermaterialien, im folgenden auch Matrix genannt, auf denen die Mikroorganismen aufgebracht werden, kommen natürliche oder synthetische Polymere in Betracht. Dies hat weiterhin den Vorteil, dass die so zugesetzten Spurenelemente nicht als Metallsulfide ausfallen und somit den Mikroorganismen direkt zur Verfügung stehen könnten.Of the Use of microorganisms in the form of immobilizates shows the Another advantage that also trace elements and possibly other additives can be added more targeted. The addition of these substances to a conventional system is problematic because they are in the whole system, i. within the biomass in the reactor to distribute. The addition of these substances secures the long-term Availability of these trace elements for the methanogenic bacteria and remedies due to element deficiency Limitations. The trace elements are thereby chemically complexed on the carrier given. As carrier materials, in the following also called matrix on which the microorganisms be applied, come natural or synthetic polymers. This has the further advantage that the added trace elements do not precipitate as metal sulfides and thus could be directly available to the microorganisms.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden gelbildende Polymere und/oder solche Polymere, die zur Herstellung der bevorzugten Formen wie Kapseln, Kugeln und/oder Gele geeignet sind, eingesetzt. Diese haben den Vorteil, dass Bakterien innerhalb der Gelstruktur aufgenommen bzw. eingelagert werden können.In a preferred embodiment are gel-forming polymers and / or those polymers for the production of the preferred forms such as capsules, spheres and / or gels are used. These have the advantage of keeping bacteria within the gel structure can be added or stored.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden solche Materialien eingesetzt, die sich in Wasser langsam, vorzugsweise in einer definierten Geschwindigkeit, auflösen beziehungsweise abgebaut werden, so dass langsam eine Freisetzung der Mikroorganismen über einen definierten Zeitraum erfolgt.In a preferred embodiment such materials are used which are slow in water, preferably at a defined rate, dissolve, respectively be degraded, so that slowly release the microorganisms over a defined period.

Weiterhin bevorzugt sind Polymere, die gegebenenfalls auch als Kohlenstoffquelle für die verwendeten Mikroorganismen dienen können. In dieser Ausführungsform wird die Matrix durch die Mikroorganismen abgebaut und zersetzt. Sobald die Struktur ausreichend große Poren aufweist, erfolgt eine Freisetzung der Mikroorganismen.Farther preferred are polymers, which may also be used as carbon source for the used microorganisms can serve. In this embodiment the matrix is degraded by the microorganisms and decomposed. As soon as the structure has sufficiently large pores, takes place a release of microorganisms.

Beispiele für geeignete Polymere sind polymere Polysaccharide, wie Agarose, Alginat oder Cellulose, Proteine, wie Gelatine, Gummi arabicum, Albumin oder Fibrinogen, Ethylcellulose, Methylcellulose, Carboxymethylethylcellulose, Celluloseacetate, Alkali-Cellulosesulfat Polyanillin, Polypyrrol, Polyvinylpyrolidon, Polystyrol, Polyvinylchlorid, Polyvinylalkohol, Polyethylen, Polypropylen, Copolymere aus Polystyrol und Maleinsäureanhydrid, Epoxidharze, Polyethylenimine, Copolymere aus Styrol und Methylmethacrylat, Polystyrolsulfonat, Polyacrylate und Polymethacrylate, Polycarbonate, Polyester, Silikone, Methylcellulose, Gemische aus Gelatine und Wasserglas, Gelatine und Polyphosphat, Celluloseacetat und Phthalat, Gelatine und Copolymeren aus Maleinsäureanhydrid und Methylvinylether, Celluloseacetatbutyrat, Chitosan, Polydialkyldimethylammoniumchlorid, Mischungen aus Polyacrylsäuren und Polydiallyldimethylammoniumchlorid sowie beliebige Gemische der voranstehenden.Examples of suitable polymers are polymeric polysaccharides, such as agarose, alginate or cellulose, proteins, such as gelatin, gum arabic, albumin or fibrinogen, ethylcellulose, methylcellulose, carboxymethylethylcellulose, cellulose acetates, alkali cellulose sulfate polyaniline, polypyrrole, polyvinylpyrrolidone, polystyrene, polyvinyl chloride, polyvinyl alcohol, Polyethylene, polypropylene, copolymers of polystyrene and maleic acid anhydride, epoxy resins, polyethyleneimines, copolymers of styrene and methyl methacrylate, polystyrenesulfonate, polyacrylates and polymethacrylates, polycarbonates, polyesters, silicones, methylcellulose, mixtures of gelatin and waterglass, gelatin and polyphosphate, cellulose acetate and phthalate, gelatin and copolymers of maleic anhydride and methyl vinyl ether, cellulose acetate butyrate, Chitosan, polydialkyldimethylammonium chloride, mixtures of polyacrylic acids and polydiallyldimethylammonium chloride and any mixtures of the foregoing.

Das Polymermaterial kann gegebenenfalls vernetzt sein. Übliche Vernetzer sind Glutaraldehyd, Harnstoff/Formaldehydharze, Taninverbindungen, wie Taninsäure, Erdalkaliionen, wie Ca²⁺-Ionen, die z. B. als Chloride zugesetzt werden können, und deren Gemische.The polymer material may optionally be crosslinked. Typical crosslinkers are glutaraldehyde, urea / formaldehyde resins, tannin compounds, such as tannic acid, alkaline earth ions, such as Ca ²⁺ ions, the z. B. can be added as chlorides, and mixtures thereof.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden Alginate und Alginatderivate als Matrixmaterial eingesetzt. Die Alginate haben den Vorteil, dass sie keinen negativen Einfluss auf die Aktivität der Mikroorganismen aufweisen, ferner können sie von Mikroorganismen über einen bestimmten Zeitraum, wie von einer Woche bis zu mehreren Monaten langsam abgebaut werden. Durch den langsamen Abbau der Matrix werden nach und nach die eingeschlossenen Mikroorganismen in höherem Maße freigesetzt. Aus der biologischen Abbaubarkeit des Wandmaterials ergibt sich der weitere Vorteil, dass im Gewässer keine Reststoffe beziehungsweise Abfallprodukte verbleiben. Werden die immobilisierten Bakterienkulturen z. B. in einem entsprechenden Behälter oder einer Vorrichtung zu ihrer Aufnahme und Lagerung in das zu behandelnde Medium gegeben, z. B. in einen Filter, kann dieser nach Auflösung der eingesetzten immobilisierten Mikroorganismen erneut mit den erfindungsgemäßen Mikroorganismen gefüllt werden.In a particularly preferred embodiment Alginates and alginate derivatives are used as matrix material. The alginates have the advantage that they have no negative impact on the activity the microorganisms, furthermore, they can by microorganisms via a certain period, such as from one week to several months be slowly degraded. Due to the slow degradation of the matrix gradually released the trapped microorganisms to a greater extent. From the biodegradability of the wall material results the further advantage that in the waters no residues or waste products remain. Become the immobilized bacterial cultures z. B. in a corresponding container or a device for their reception and storage in the given medium, z. B. in a filter, this can after resolution the immobilized microorganisms used again with the microorganisms according to the invention filled become.

Für die Immoblisation werden die Mikroorganismen mit einem Polymergel vermengt und dann in einer geeigneten Härterlösung gehärtet. Dazu werden sie zunächst mit einer Gellösung vermischt und anschließend in eine Härterlösung aus geeigneter Höhe getropft.For immobility the microorganisms are mixed with a polymer gel and then hardened in a suitable hardener solution. To they will be first with a gel solution mixed and then in a hardener solution suitable height dripped.

Durch Aushärtung quervernetztes Calciumalginat und Polyvinylalkohol haben sich für das erfindungsgemäße Verfahren als besonders günstig gezeigt. Die genauen Vorgehensweisen zur Immobilisation dieser Trägermedien sind dem Fachmann bekannt.By curing Cross-linked calcium alginate and polyvinyl alcohol have proven to be suitable for the process according to the invention as a particularly cheap shown. The detailed procedures for the immobilization of these carrier media are known in the art.

In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die mit den Mikroorganismen vermischte Gelsuspension auf inerte oder nicht inerte Feststoffkörper, wie Kunststoff oder Metall Körper aufgebracht und dort immobilisiert werden. Das Aufbringen der Gellösung kann z. B. durch Eintauchen erfolgen. Gemisch Ggf. überschüssiges Gel wird mechanisch entfernt (Abtropfen) werden und anschließend lässt man das Gel auf den Feststoffkörpern/Filtermedien aushärten.In a further embodiment of the present invention may be those mixed with the microorganisms Gel suspension on inert or non-inert solid bodies, such as Plastic or metal body applied and immobilized there. The application of the gel solution can z. B. done by immersion. Mixture Ggf. excess gel becomes mechanical are removed (drained) and then allowed to gel on the solids / filter media Harden.

Die Schichtdicke des Gels auf den Feststoffkörpern kann beliebig variiert werden. Vorzugsweise beträgt die Dicke der Gelschicht zwischen 50 und 10000 μm, besonders günstig wirken sich Schichtdicken von 100 bis 1000 μm aus. Die Dicke der Gelschicht kann der Fachmann dabei durch systemeigene Parameter variieren.The Layer thickness of the gel on the solids can be varied as desired become. Preferably the thickness of the gel layer between 50 and 10,000 microns, particularly favorable effect layer thicknesses of 100 to 1000 microns from. The thickness of the gel layer the expert can vary this by native parameters.

Als gelbildende Polymere werden besonders bevorzugt Polyvinylalkohole oder Alginat in Betracht. Die bei der Immobilisierung verwendete Temperatur kann sich auf die Schichtdicke der produzierten Gele in reziprok proportionaler Weise auswirken. Bei der Verwendung von mesophilen Bakterienarten sollte eine Temperatur von 38° bis 40°C nicht überschritten werden. Die Immobilisationstemperatur sollte am günstigsten im Bereich zwischen 25 und 30°C liegen. Bei der Immobilisation von thermophilen Organismen können höhere Temperaturen und daraus resultierende dünnere Schichtdicken realisiert werden.When gel-forming polymers are particularly preferably polyvinyl alcohols or alginate. The used in the immobilization Temperature can affect the layer thickness of the gels produced in a reciprocal proportional way. When using mesophilic bacterial species should not exceed a temperature of 38 ° to 40 ° C become. The immobilization temperature should be the cheapest in the range between 25 and 30 ° C lie. In the immobilization of thermophilic organisms may be higher temperatures and resulting thinner ones Layer thicknesses are realized.

Die Immobilisation von strikt anaeroben methanogenen und Sulfat-Reduzierenden Bakterien sollte unter Sauerstoffausschluss stattfinden. Um eine Sauerstofffreie Umgebung zu garantieren hat der Fachmann von folgenden Möglichkeiten auszuwählen: Verwendung von Schutzgas, arbeiten in einer geeigneten anaeroben Kammer, Verwendung geeigneter Reduziermittel in den eingesetzten Suspensionen und Immobilisaten.The Immobilization of strictly anaerobic methanogenic and sulfate reducing agents Bacteria should take place under exclusion of oxygen. To one To guarantee an oxygen-free environment, the specialist has the following options select: Using inert gas, working in a suitable anaerobic chamber, Use of suitable reducing agents in the suspensions used and immobilizates.

Die Diffusionseigenschaften kann sich der Fachmann aus den Daten der eingesetzten Materialien und der Schichtdicke sowie aus bekannten Literaturwerten für die diffundierenden Stoffe berechnen und gegebenenfalls so die für einen speziellen Einsatz benötigte Filmdicke bei der Immobilisation einstellen.The Diffusion properties, the skilled person from the data of the used materials and the layer thickness and from known Literature values for calculate the diffusing substances and if necessary the one for a needed special use Adjust film thickness during immobilization.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind immobilisierte Mikroorganismen, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet sind und die Mikroorganismen ausgewählt sind aus Archaebakterien und/oder prokaryotische Bakterien immobilisiert auf einem Trägermaterial enthalten. Die immobilisierten Mikroorganismen eignen sich insbesondere zur Entfernung von toxischen Schwermetallen in Form von unlöslichen Metallsulfiden. Die in der Biomasse enthaltenden gelösten toxischen Schwermetalle können durch das sich während der Vergärung bildenden H₂S als schwerlösliche Sulfide ausgefällt und so unschädlich gemacht werden.Another object of the present invention are immobilized microorganisms which are suitable for carrying out the method according to the invention and the microorganisms are selected from archaebacteria and / or prokaryotic bacteria immobilized on a support material. The immobilized microorganisms are particularly suitable for the removal of toxic heavy metals in the form of insoluble metal sulfides. The dissolved in the biomass dissolved toxic heavy metals can be precipitated by the forming during fermentation H ₂ S as sparingly soluble sulfides and so rendered harmless.

Eine geeignete Auswahl der Mikroorganismen kann der Fachmann abhängig vom Versäuerungsgrad des Biogasreaktors mittels Computersimulation treffen. Dabei kann die benötiget Menge an methanogenen Immobilisaten artenspezifisch über Computersimulationen genau ermittelt werden wie im Beispiel von 1 dargestellt.A suitable selection of the microorganisms can be made by a person skilled in the art depending on the degree of acidification of the biogas reactor by means of computer simulation. The required amount of methanogenic immobilizates can be determined exactly by computer simulations as in the example of 1 shown.

Abb 1: Computersimulation der Auswirkung der methanogenen Biomasse (XM) auf die Acetatkonz. im AF.

Fig. 1: Computer simulation of the effect of methanogenic biomass (XM) on the acetate conc. in AF.

Linkes Bild: Bei den angenommenen Bedingungen wären für den kompletten Abbau des Acetats 250 mg/L methanogene Biomasse nötig, für einen partiellen Abbau 200 mg/L bei einem zusätzlich angenommenen Acetateintrag von 10 g/l. Angewandte Simulationsbedingungen: HRT: 20 d; X_A: 0,5 g/L; es wurde für Methanosarcina eine Wachstumsrate von μ_M = 0,7 d^–1 benützt (stationäre Lösung). Methanothrix haben dagegen ein sehr viel kleineres μ_max und die benötigte Biomasse wäre ~5 fach höher (Daten sind nicht gezeigt).Left picture: Under the assumed conditions, 250 mg / L methanogenic biomass would be required for the complete degradation of the acetate, 200 mg / L for a partial degradation with an additionally assumed acetate input of 10 g / L. Applied simulation conditions: HRT: 20 d; X _A : 0.5 g / L; a growth rate of μ _M = 0.7 d ^{-1 was} used for methanosarcine (stationary solution). Methanothrix, on the other hand, have a much smaller μ _max and the required biomass would be ~ 5 times higher (data not shown).

Rechtes Bild: Nicht stationäre Simulation der Reparatur eines mit 400 mM Acetat übersäuerten AF durch die gezielte einmalige Zugabe von 100 g Methanosarcina pro m³ Volumen AF. Weitere Simulationsbedingungen wie bereits beschrieben. Ein kompletter Abbau der Acetatkonz. wäre unter diesen Bedingungen nach 30 Tagen erreicht. Der Anstieg der Acetatkonzentration bis zu 15 Tage nach Simulationsbeginn ist durch die unverminderte Aktivität der acetogenen Bakterien zu erklären.Right picture: Non-stationary simulation of the repair of AF over acidified with 400 mM acetate by the targeted one-time addition of 100 g methanosarcine per m ³ volume AF. Further simulation conditions as already described. A complete degradation of Acetatkonz. would be reached after 30 days under these conditions. The increase in the acetate concentration up to 15 days after the start of the simulation can be explained by the undiminished activity of the acetogenic bacteria.

Claims

Biogas reactor for the fermentation of biomass for the production of biogas using microorganisms, which has a feed for the biomass and microorganisms, characterized in that are used as microorganisms archaebacteria and / or prokaryotic bacteria.

Biogas reactor according to claim 2, characterized in that that the archaebacteria and / or prokaryotic bacteria are selected from methanogenic microorganisms, acetogenic and sulfate reducing agents Bacteria.

Biogas reactor according to claim 1 or 2, characterized that the microorganisms are used in combination with enzymes.

Biogas reactor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the biomass is selected from agricultural and municipal waste, organic waste Industry and trade, wastewater and sewage residues.

Method for operating a biogas reactor under Use of microorganisms, characterized in that the selects are from archaebacteria and / or prokaryotic bacteria.

Method according to claim 5, characterized in that that the archaebacteria and / or prokaryotic bacteria are selected from methanogenic microorganisms, acetogenic and sulfate-reducing bacteria.

Method according to claim 5 or 6, characterized that the microorganisms are used in combination with enzymes.

Method according to one of claims 5 to 7, characterized that the methanogenic archaebacteria are selected from the genera Methanolacinia, methanomicrobium, methanospirillum, methanofollis, Methanogenium, Methanoplanus, Methanocelleus, Methanococcus, Methanocorpusculum, Methanosphaera, Methanobrevibacter, Methanosarcina, Methanobacterium, Methanococcales, Methanocelleus, Methanothermus, Methanobacter, Methanothermobacter, Methanopyrus and Methanosaeta.

Method according to one of claims 5 to 8, characterized that the acetogenic bacteria are selected from the genera Acetoanaerobium, acetitomaculum, acetibribrio, acetobacter, acetobacterium, Acetobacteroides, acetogenium, acetohalobium, acetomicrobium, acetomonas, Acetonema, achromobacter, butyribacterium, butyrivibrio, clostritium, Eubacterium, Gluconobacter, Lachnospira, Pelobacter, Peptostreptococcus, Sporomusa, Syntrophococcus and Syntrophomonas.

Method according to one of claims 5 to 9, characterized that the sulfate-reducing bacteria are selected from the genera Desulfobacca, Desulfobacter, Desulfobacterium, Desulfobacula, Desulfobulbus, Desulfocapsa, Desulfocella, Desulfococcus, Desulfofaba, Desulfofrigus, Desulfofustis, desulfohalobium, desulfomicrobium, desulfomonas, Desulfomonil, Desulfomusa, Desulfonatronovibrio, Desulfonatronum, Desulfonauticus, Desulfonema, Desulfonispora, Desulforegula, Desulforhabdus, Desulforhopalus, Desulfosarcina, Desulfospira, Desulfosporosinus, Desulfotalea, Desulfotignum, Desulfotomaculum and Desulfovibrio.

Method according to one of claims 5 to 10, characterized that glycosidic bonds cleave enzymes such as amylases, cellulases or dextranases as well as these enzymes secreting organisms become.

Method according to one of claims 5 to 11, characterized that microorganisms like Clostridium cellolyticum, Clostridium aerotolerans or Pleurotus ostreatus, which secrete enzymes.

Method according to one of claims 5 to 12, characterized that the microorganisms and enzymes are selected on a carrier material natural and / or synthetic polymers are immobilized.

Method according to one of claims 5 to 13, characterized that the polymers are selected are made of polymeric polysaccharides, such as agarose, alginate or cellulose, Proteins such as gelatin, gum arabic, albumin or fibrinogen, Ethylcellulose, methylcellulose, carboxymethylethylcellulose, cellulose acetates, Alkali cellulose sulfate, polyaniline, polypyrrole, polyvinylpyrrolidone, Polystyrene, polyvinyl alcohol, polyethylene, polypropylene, copolymers made of polystyrene and maleic anhydride, Epoxy resins, polyethyleneimines, copolymers of styrene and methyl methacrylate, Polystyrenesulfonate, polyacrylates and polymethacrylates, polycarbonates, Polyesters, silicones, sulfoethylcellulose, methylcellulose, mixtures from gelatin and water glass, gelatin and polyphosphate, cellulose acetate and phthalate, gelatin and copolymers of maleic anhydride and methyl vinyl ether, cellulose acetate butyrate, chitosan, polydialkyldimethylammonium chloride, Mixtures of polyacrylic acids and polydiallyldimethylammonium chloride and any mixtures the forerunner.

Method according to one of claims 5 to 14, characterized that by selecting, arranging and configuring the polymers different Concentration gradients are set.

Method according to one of claims 5 to 14, characterized in that nitrogen and / or sulfur compounds and trace elements, vitamins and secondary nutrients such as phosphate, Mg ²⁺ , Ca ²⁺ , and Fe ^{2+ are} added.

Method according to one of claims 5 to 16, characterized that the trace elements used in complexed or particulate form be added to the immobilizates.

Immobilized microorganisms suitable for carrying out the Method according to one of claims 5 to 15, characterized in that the microorganisms are selected from archaebacteria and / or prokaryotic bacteria.

Use of immobilized microorganisms after Claim 16 Removal of toxic heavy metals in the form of insoluble Metal sulfides.