DE102021117120A1 - Microencapsulation of ammonium phosphate-forming bacteria and its use - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft Mikrokapseln umfassend eine Hüllkomponente umfassend einen oder mehrere Stoffe aus der Gruppe, bestehend aus Polymeren, Lipiden und Wachsen, und eine Aktivkomponente umfassend Ammoniummagnesiumphosphat-bildende Bakterien und eine Magnesiumquelle, wobei die Aktivkomponente in der Hüllkomponente verkapselt ist. Ferner betrifft die Erfindung die Herstellung der erfindungsgemäßen Mikrokapseln, und deren Verwendung zur Herstellung von Düngemittel sowie das erhältliche oder erhaltene Düngemittel als solches.The invention relates to microcapsules comprising a shell component comprising one or more substances from the group consisting of polymers, lipids and waxes, and an active component comprising ammonium magnesium phosphate-forming bacteria and a source of magnesium, the active component being encapsulated in the shell component. Furthermore, the invention relates to the production of the microcapsules according to the invention and their use for the production of fertilizers and the available or obtained fertilizer as such.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Mikrokapseln umfassend Ammoniummagnesiumphosphat-bildende Bakterien und eine Magnesiumquelle sowie ein Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung zur Herstellung eines phosphorhaltigen Düngemittels und/oder deren Verwendung zum Entfernen von Phosphor aus einem phosphorhaltigen Gewässer.The present invention relates to microcapsules comprising ammonium magnesium phosphate-forming bacteria and a magnesium source and a method for their production and their use for the production of a phosphorus-containing fertilizer and/or their use for removing phosphorus from a phosphorus-containing body of water.

TECHNISCHER HINTERGRUNDTECHNICAL BACKGROUND

Phosphorhaltige Düngemittel sind für den Einsatz in der Landwirtschaft unverzichtbar. Neben dem gewünschten Nutzen kann der Austrag solcher Düngemittel auf Pflanzen und Felder allerdings zu einer unerwünschten Zunahme des Phosphor- bzw. Phosphatgehalts in Gewässern oder Flüssen führen. Abwässer aus Haushalt oder Industrie können trotz Klärung ebenfalls zu der Zunahme von Phosphor in Gewässern beitragen. Übersteigt ein Gewässer einen bestimmten Phosphorgehalt, spricht man auch von der Eutrophierung eines Gewässers. Die Konsequenz des überhöhten Nährstoffgehalts ist ein übermäßiges Wachstum von Wasserpflanzen und eine damit oft einhergehende Verschlechterung der Wasserqualität.Fertilizers containing phosphorus are indispensable for use in agriculture. In addition to the desired benefit, however, the application of such fertilizers to plants and fields can lead to an undesirable increase in the phosphorus or phosphate content in bodies of water or rivers. Wastewater from households or industry, despite being treated, can also contribute to the increase in phosphorus in water bodies. If a body of water exceeds a certain phosphorus content, one speaks of eutrophication of a body of water. The consequence of the excessive nutrient content is excessive growth of aquatic plants and a deterioration in water quality that often accompanies this.

Um die Eutrophierung von Gewässern zu verhindern, werden phosphorhaltige Substanzen zumindest aus Industrie- und Haushaltsabwässern und Klärschlämmen so weit wie möglich entfernt. Eine Möglichkeit, Phosphor aus Abwässern zu entfernen, ist die Fällung des Phosphors in Form von Struvit (NH4MgPO4 · 6H2O). Struvit weist einen hohen Phosphoranteil auf, kombiniert mit einer eher geringen Löslichkeit. Daher bietet sich Struvit prinzipiell zu einer Wiederverwertung als Düngemittel an. Idealerweise kann durch eine Wiederverwendung von aus Abwässern gefälltem Struvit als Düngemittel der Phosphorkreislauf zumindest in Teilen geschlossen werden.In order to prevent the eutrophication of water bodies, substances containing phosphorus are removed as far as possible, at least from industrial and domestic wastewater and sewage sludge. One way of removing phosphorus from waste water is to precipitate the phosphorus in the form of struvite (NH 4 MgPO 4 · 6H 2 O). Struvite has a high phosphorus content combined with a rather low solubility. In principle, struvite is therefore suitable for recycling as fertilizer. Ideally, the phosphorus cycle can be closed, at least in part, by reusing struvite precipitated from waste water as fertilizer.

HLZ:LDHLZ:LD

Bekannte Verfahren zur Fällung von Struvit aus Abwässern oder Klärschlämmen sind jedoch häufig CO2- und energieintensiv, weisen eine zu hohe Restkonzentration an Phosphor auf oder reichern Struvit in einer Form an, die nicht oder nur begrenzt zu einer direkten Wiederverwendung geeignet ist. In der Regel sind aufwendige Trennverfahren nötig, um Struvit in ausreichender Qualität aus phosphathaltigen Schlämmen und Abwässern zu gewinnen. In Wasserkläranlagen können diese Trennverfahren Fällung, Zentrifugation, Filtration usw. umfassen. Solche Verfahren sind weitestgehend auf Abwässer beschränkt und sind zur Entfernung von Phosphor aus freien Gewässern wie Flüssen, Seen oder den Meeren nicht geeignet.However, known processes for the precipitation of struvite from waste water or sewage sludge are often CO 2 - and energy-intensive, have too high a residual concentration of phosphorus or accumulate struvite in a form that is not or only partially suitable for direct reuse. As a rule, complex separation processes are necessary in order to obtain struvite of sufficient quality from phosphate-containing sludge and waste water. In water treatment plants, these separation processes can include precipitation, centrifugation, filtration, etc. Such processes are largely limited to waste water and are not suitable for removing phosphorus from open water bodies such as rivers, lakes or the sea.

Als Alternative zur chemischen Struvitfällung aus Abwässern wurden in jüngster Zeit mikrobiologische Verfahren untersucht. In diesen Verfahren werden phosphormineralisierende Bakterien eingesetzt, um gelöstes Phosphor in Struvit umzuwandeln. Diese Verfahren sind jedoch weiter verbesserungswürdig.As an alternative to chemical struvite precipitation from waste water, microbiological processes have recently been investigated. In these processes, phosphorus-mineralizing bacteria are used to convert dissolved phosphorus into struvite. However, these methods are still in need of improvement.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes oder zumindest alternatives Produkt und/oder ein Verfahren auf Basis von phosphormineralisierenden Bakterien zu entwickeln, welches sich dazu eignet, gelösten Phosphor in Form eines Ammoniummagnesiumphosphats aus phosphorhaltigem Wasser zu entfernen. Das Produkt und/oder das Verfahren sollte ferner dazu geeignet sein, das gebundene Ammoniummagnesiumphosphat als Düngemittel nutzbar zu machen.The object of the invention is to develop an improved or at least alternative product and/or a method based on phosphorus-mineralizing bacteria, which is suitable for removing dissolved phosphorus in the form of an ammonium magnesium phosphate from phosphorus-containing water. The product and/or process should also be capable of utilizing the bound ammonium magnesium phosphate as a fertilizer.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Die Aufgabe wird durch das Bereitstellen der erfindungsgemäßen Mikrokapseln gelöst. Es handelt sich um Mikrokapseln, die eine Hüllkomponente und eine Aktivkomponente umfassen. Die Hüllkomponente umfasst einen oder mehrere Stoffe, die ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Polymeren, Lipiden und Wachsen. Die Aktivkomponente umfasst Ammoniummagnesiumphosphat-bildende Bakterien und eine Magnesiumquelle. Die Aktivkomponente ist in der Hüllkomponente verkapselt.The object is achieved by providing the microcapsules according to the invention. These are microcapsules that include a shell component and an active component. The shell component comprises one or more substances selected from the group consisting of polymers, lipids and waxes. The active component comprises ammonium magnesium phosphate-forming bacteria and a source of magnesium. The active component is encapsulated in the shell component.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Mikrokapseln. Das Verfahren umfasst die Herstellung von Mikrokapseln durch ionische Vernetzung, Sprühtrockung, Erstarrung, Oberflächenpolymerisation, Suspensionspolymerisation oder einem Sol-Gel Prozess.A further aspect of the present invention is a process for the production of the microcapsules according to the invention. The process includes the production of microcapsules by ionic crosslinking, spray drying, solidification, surface polymerisation, suspension polymerisation or a sol-gel process.

Ferner betrifft die Erfindung in einem Aspekt die Verwendung der erfindungsgemäßen Mikrokapseln zur Entfernung von Phosphor aus einem phosphorhaltigen Wasser.Furthermore, in one aspect, the invention relates to the use of the microcapsules according to the invention for removing phosphorus from phosphorus-containing water.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Düngemittels unter Verwendung der erfindungsgemäßen Mikrokapseln sowie das so erhältliche oder erhaltene Düngemittel selbst. Das Verfahren umfasst die Schritte:

  • In Kontakt bringen von Mikrokapseln gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem phosphorhaltigen Wasser,
  • Bilden von Ammoniummagnesiumphosphat innerhalb der Mikrokapseln durch die Ammoniummagnesiumphosphat-bildenden Bakterien,
  • Entfernen der Mikrokapseln umfassend Ammoniummagnesiumphosphat aus dem Wasser.
A further aspect of the invention relates to a method for producing a fertilizer using the microcapsules according to the invention and the fertilizer itself which can be obtained or obtained in this way. The method comprises the steps:
  • contacting microcapsules according to the present invention with a phosphorus-containing water,
  • forming ammonium magnesium phosphate inside the microcapsules by the ammonium magnesium phosphate-forming bacteria,
  • removing the microcapsules comprising ammonium magnesium phosphate from the water.

Die Erfindung basiert auf der Kombination von Ammoniummagnesiumphosphat-bildenden Bakterien und einer Magnesiumquelle in Mikrokapseln, bevorzugt polymeren Mikrokapseln. Durch das Bereitstellen der Magnesiumquelle in direkter Umgebung der Bakterien innerhalb der Mikrokapsel kann die Ammoniummagnesiumphosphat-Bildung durch die Bakterien gefördert werden. Werden die Mikrokapseln in ein phosphorhaltiges Wasser (z.B. ein Gewässer oder ein Abwasser) eingebracht, kann so durch die Bakterien effizienter gelöster Phosphor dem Wasser entzogen werden. Der gelöste Phosphor wird innerhalb der Kapseln durch die Bakterien in Ammoniummagnesiumphosphat (z.B. Struvit) umgewandelt. Das gebildete Ammoniummagnesiumphosphat kann die Kapselwand nicht ohne weiteres durchdringen, und wird so innerhalb der Mikrokapsel angereichert. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass Schwermetalle bei der Mineralisation durch die Bakterien vergleichsweise wenig mitangereichert werden. Eine aktive Kontrolle der Reaktionsbedingungen (z.B. Einstellung des pH-Wertes) ist in der Regel im Gegensatz zu chemischen Verfahren zur Fällung von Ammoniummagnesiumphosphat aus Klärwassern nicht erforderlich. Außerdem sind die erfindungsgemäßen Mikrokapseln in der Regel wesentlich größer als chemisch gefälltes Ammoniummagnesiumphosphat, das normalerweise Teilchendurchmesser im Bereich weniger Mikrometer aufweist. Dadurch sind die erfindungsgemäßen Mikrokapseln im Vergleich zu gefälltem Struvit deutlich leichter von einem wässrigen Medium abzutrennen. Ein zusätzlicher, technisch aufwendiger Trennschritt ist bei dem erfindungsgemäßen Produkt und/oder Verfahren daher nicht erforderlich. Nach einem bestimmten Zeitraum zur Phosphormineralisation können die Kapseln dem Wasser einfach entnommen und, falls gewünscht, direkt als Düngemittel verwendet werden.The invention is based on the combination of ammonium magnesium phosphate-forming bacteria and a source of magnesium in microcapsules, preferably polymeric microcapsules. By providing the source of magnesium in the immediate vicinity of the bacteria within the microcapsule, the formation of ammonium magnesium phosphate by the bacteria can be promoted. If the microcapsules are placed in water containing phosphorus (e.g. a body of water or waste water), the bacteria can more efficiently remove dissolved phosphorus from the water. The dissolved phosphorus is converted into ammonium magnesium phosphate (e.g. struvite) by the bacteria inside the capsules. The formed ammonium magnesium phosphate cannot easily penetrate the capsule wall and is thus accumulated inside the microcapsule. It is particularly advantageous that heavy metals are enriched comparatively little during mineralization by the bacteria. In contrast to chemical processes for the precipitation of ammonium magnesium phosphate from sewage water, active control of the reaction conditions (e.g. adjustment of the pH value) is generally not required. In addition, the microcapsules of the invention are typically much larger than chemically precipitated ammonium magnesium phosphate, which typically has particle diameters in the range of a few micrometers. As a result, the microcapsules according to the invention are significantly easier to separate from an aqueous medium compared to precipitated struvite. An additional, technically complex separation step is therefore not necessary with the product and/or process according to the invention. After a certain period of time for phosphorus mineralization, the capsules can simply be removed from the water and, if desired, used directly as a fertilizer.

Im folgenden Abschnitt wird die vorliegende Erfindung genauer beschrieben.In the following section, the present invention is described in more detail.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

Erfindungsgemäße Mikrokapseln und deren HerstellungMicrocapsules according to the invention and their production

In einem Aspekt betrifft die Erfindung Mikrokapseln, die eine Hüllkomponente und eine Aktivkomponente umfassen. Die Hüllkomponente umfasst einen oder mehrere Stoffe, die ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Polymeren, Lipiden und Wachsen. Die Aktivkomponente umfasst Ammoniummagnesiumphosphat-bildende Bakterien und eine Magnesiumquelle, wobei die Aktivkomponente in der Hüllkomponente verkapselt ist.In one aspect, the invention relates to microcapsules comprising a shell component and an active component. The shell component comprises one or more substances selected from the group consisting of polymers, lipids and waxes. The active component comprises ammonium magnesium phosphate-forming bacteria and a magnesium source, with the active component being encapsulated in the shell component.

Der Begriff „umfassend“ oder „umfassen“ bedeutet für die vorliegende Beschreibung und Ansprüche, dass die angegebenen Merkmale im Erzeugnis bzw. Verfahren enthalten sind, das Vorhandensein anderer Merkmale aber nicht ausgeschlossen ist. Für die vorliegende Beschreibung und Ansprüche sind die Begriffe „im Wesentlichen bestehend aus“ und „bestehend aus“ als optionale Ausführungsformen des Begriffs „umfassend“ zu verstehen.As used in the present description and claims, the term “comprising” or “comprising” means that the specified features are contained in the product or process, but the presence of other features is not excluded. For the purpose of the present specification and claims, the terms “consisting essentially of” and “consisting of” are to be understood as optional embodiments of the term “comprising”.

Zur begrifflichen Präzisierung sei außerdem angemerkt, dass der Begriff „Mikrokapsel“ im Sinne der vorliegenden Erfindung nicht einschränkend hinsichtlich der Größe oder Durchmessers der Kapseln zu verstehen ist.For conceptual clarification, it should also be noted that the term “microcapsule” within the meaning of the present invention is not to be understood as limiting with regard to the size or diameter of the capsules.

Die Größe der Mikrokapseln kann durch die Wahl des Herstellverfahrens und der Hüllkomponente, bevorzugt polymeren Hüllkomponente, ausgewählt werden, wie an sich bekannt ist. Die Mikrokapseln können einen Durchmesser im Bereich von 50 µm bis 20 mm aufweisen. Vorzugsweise haben die Mikrokapseln einen Durchmesser im Bereich von 100 µm bis 12 mm, und besonders bevorzugt von 400 µm bis 12 mm. Zum Beispiel können die Mikrokapseln einen Durchmesser im Bereich von 500 µm bis 5 mm aufweisen.The size of the microcapsules can be selected through the choice of the production process and the shell component, preferably polymeric shell component, as is known per se. The microcapsules can have a diameter in the range from 50 μm to 20 mm. Preferably, the microcapsules have a diameter in the range from 100 µm to 12 mm, and more preferably from 400 µm to 12 mm. For example, the microcapsules can range in diameter from 500 µm to 5 mm.

Die erfindungsgemäßen Mikrokapseln umfassen eine Hüllkomponente und eine Aktivkomponente. Vorzugsweise besteht die Mikrokapsel im Wesentlichen aus der Hüllkomponente und der Aktivkomponente. Die Mikrokapseln können auch nur aus der Hüllkomponente und der Aktivkomponente bestehen.The microcapsules according to the invention comprise a shell component and an active component. The microcapsule preferably consists essentially of the shell component and the active component. The microcapsules can also consist only of the shell component and the active component.

Der Begriff „Hüllkomponente“ kann vorzugsweise so verstanden werden, dass die Hüllkomponente eine feste Struktur der Kapsel bildet, die dazu geeignet ist, in ihrem Inneren Stoffe einzuschließen. Der Begriff „Aktivkomponente“ kann vorzugsweise als die Bestandteile der Mikrokapsel verstanden werden, die im Inneren der Hüllkomponente eingeschlossen sind. Die Aktivkomponente kann so durch die Hüllkomponente immobilisiert und gegebenenfalls von äußeren Einflüssen geschützt werden. Mikrokapseln mit einer Hüllkomponente und einer darin verkapselten Aktivkomponente sind im Stand der Technik allgemein bekannt.The term "shell component" can preferably be understood in such a way that the shell component forms a solid structure of the capsule, which is suitable for enclosing substances in its interior. The term “active component” can preferably be understood as the components of the microcapsule that are enclosed inside the shell component. The active component can thus be immobilized by the shell component and optionally protected from external influences. Microcapsules with a shell component and an active component encapsulated therein are generally known in the prior art.

Die Hüllkomponente der erfindungsgemäßen Mikrokapseln umfasst einen oder mehrere Stoffe aus der Gruppe, bestehend aus Polymeren, Lipiden und Wachsen. Der/die Stoffe aus der angegebenen Gruppe ist/sind vorzugsweise der/die Hauptbestandteil/e der Hüllkomponente. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Hüllkomponente (im Wesentlichen) aus einem oder mehreren Polymeren, Lipiden und/oder Wachsen, und bevorzugt aus einem oder mehreren Polymeren.The shell component of the microcapsules according to the invention comprises one or more substances from the group consisting of polymers, lipids and waxes. The substance(s) from the specified group is/are preferably the main component(s) of the shell component. In a preferred embodiment, the shell component consists (essentially) of one or more polymers, lipids and/or waxes, and preferably of one or more polymers.

Die Hüllkomponente der erfindungsgemäßen Mikrokapseln kann unterschiedliche Strukturen aufweisen. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bilden der oder die Stoffe der Hüllkomponente eine Polymer-, Lipid- und/oder Wachsmatrix, in der die Aktivkomponente verkapselt ist. Diese Art der Mikroverkapselung ist auch als Matrixverkapselung bekannt. In einer spezifischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bilden der oder die Stoffe der Hüllkomponente eine Polymermatrix, in der die Aktivkomponente verkapselt ist.The shell component of the microcapsules according to the invention can have different structures. In one embodiment of the present invention, the substance or substances of the shell component form a polymer, lipid and/or wax matrix in which the active component is encapsulated. This type of microencapsulation is also known as matrix encapsulation. In a specific embodiment of the present invention, the substance or substances of the shell component form a polymer matrix in which the active component is encapsulated.

In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bilden der oder die Stoffe der Hüllkomponente eine Polymer-, Lipid- und/oder Wachsschale die einen Kern umschließt, wobei die Aktivkomponente im Kern verkapselt ist. Diese Art der Mikroverkapselung wird auch als Kern-Schale-Verkapselung bezeichnet. In einer spezifischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bilden der oder die Stoffe der Hüllkomponente eine Polymerschale, die einen Kern umschließt, wobei die Aktivkomponente im Kern verkapselt ist.In another embodiment of the present invention, the substance or substances of the shell component form a polymer, lipid and/or wax shell which encloses a core, with the active component being encapsulated in the core. This type of microencapsulation is also referred to as core-shell encapsulation. In a specific embodiment of the present invention, the substance or substances of the shell component form a polymer shell which encloses a core, with the active component being encapsulated in the core.

Eine Kombination dieser beiden Formen der Verkapselung ist ebenfalls möglich. Zum Beispiel können die Stoffe der Hüllkomponente eine Polymer- und/oder Lipidschale und eine Polymer- und/oder Lipidmatrix bilden, wobei die Polymer- und/oder Lipidschale die Polymer- und/oder Lipidmatrix in ihrem Kern umschließt. Die Aktivkomponente kann in diesem Fall dann in der Polymer- und/oder Lipidmatrix des Kerns verkapselt sein. In einer bevorzugten Ausführungsform bilden die Stoffe der Hüllkomponente eine Polymerschale und eine Polymermatrix, wobei die Polymerschale in ihrem Kern eine Polymermatrix umschließt, und wobei die Aktivkomponente in der Polymermatrix des Kerns verkapselt ist. In dieser Ausführungsform umfasst die Polymermatrix und die Polymerschale vorzugsweise zwei unterschiedliche Polymere oder besteht die Polymermatrix und die Polymerschale vorzugsweise aus zwei unterschiedlichen Polymeren.A combination of these two forms of encapsulation is also possible. For example, the materials of the shell component can form a polymer and/or lipid shell and a polymer and/or lipid matrix, with the polymer and/or lipid shell enclosing the polymer and/or lipid matrix at its core. In this case, the active component can then be encapsulated in the polymer and/or lipid matrix of the core. In a preferred embodiment, the substances of the shell component form a polymer shell and a polymer matrix, the polymer shell enclosing a polymer matrix in its core, and the active component being encapsulated in the polymer matrix of the core. In this embodiment, the polymer matrix and the polymer shell preferably comprise two different polymers or the polymer matrix and the polymer shell preferably consist of two different polymers.

Die Hüllkomponente kann ein oder mehrere Polymere umfassen. Polymere zur Bildung einer Polymermatrix, einer Polymerschale oder einer Kombination davon zur Mikroverkapselung von Aktivkomponenten sind im Stand der Technik bekannt. Prinzipiell kann die Hüllkomponente jedes Polymer umfassen, das zur Bildung einer Mikrokapsel geeignet ist. Hierzu zählen synthetische Polymere, wie unter anderem Polyacrylate, Polyurethane, Polyphosphazene, oder biologisch basierte Polymere. Vorzugsweise umfasst oder basiert die Hüllkomponente auf einem biologisch abbaubaren Polymer. Biologisch abbaubare Polymere sind dem Fachmann bekannt. Die Hüllkomponente kann auch mehrere Polymere umfassen, wie z.B. zwei oder drei Polymere, die miteinander ionisch interagieren oder vernetzt sind.The shell component can comprise one or more polymers. Polymers for forming a polymer matrix, a polymer shell or a combination thereof for microencapsulation of active components are known in the prior art. In principle, the shell component can comprise any polymer that is suitable for forming a microcapsule. These include synthetic polymers such as, inter alia, polyacrylates, polyurethanes, polyphosphazenes, or biologically based polymers. The shell component preferably comprises or is based on a biodegradable polymer. Biodegradable polymers are known to those skilled in the art. The shell component can also comprise multiple polymers, such as two or three polymers, which ionically interact or are crosslinked with one another.

Alternativ kann die Hüllkomponente ein oder mehrere Lipide oder Wachse umfassen. Ein Lipid oder ein Wachs zur Bildung einer Partikelmatrix, einer Kapselschale oder einer Kombination davon zur Mikroverkapselung von Aktivkomponenten sind ebenfalls im Stand der Technik bekannt. Auch hier gilt, dass die Hüllkomponente prinzipiell jedes Lipid oder Wachs umfassen kann, das zur Bildung einer Mikrokapsel geeignet ist. Hierzu zählen unter anderem Fettsäuren, Triglyceride, Wachse, Phospholipide, Sphingolipide, Glycolipide und Etherlipide.Alternatively, the coating component can comprise one or more lipids or waxes. A lipid or a wax to form a particle matrix, a capsule shell or a combination thereof for microencapsulation of active components are also known in the prior art. It also applies here that the shell component can in principle include any lipid or wax that is suitable for forming a microcapsule. These include, inter alia, fatty acids, triglycerides, waxes, phospholipids, sphingolipids, glycolipids and ether lipids.

Es ist auch möglich, dass die Hüllkomponente eine Kombination an Stoffen umfasst, die ausgewählt sind aus Gruppe, bestehend aus Polymeren, Lipiden und Wachsen. Zum Beispiel kann die Hüllkomponente ein Polymer und ein Lipid umfasst. Im Stand der Technik sind Mikrokapseln bekannt, deren Hüllkomponente aus einem Polymer und einem Lipid aufgebaut sind.It is also possible that the shell component comprises a combination of substances selected from the group consisting of polymers, lipids and waxes. For example, the coating component can include a polymer and a lipid. Microcapsules are known in the prior art whose shell components are made up of a polymer and a lipid.

Die Hüllkomponente der erfindungsgemäßen Mikrokapseln umfasst vorzugweise ein oder mehrere Polymere. Die Hüllkomponente der erfindungsgemäßen Mikrokapseln kann (im Wesentlichen) aus einem oder mehreren (z.B. ein bis drei) Polymeren bestehen.The shell component of the microcapsules according to the invention preferably comprises one or more polymers. The shell component of the microcapsules according to the invention can consist (essentially) of one or more (e.g. one to three) polymers.

Das Polymer ist vorzugsweise ein biologisch basiertes Polymer. Die Hüllkomponente kann als einzige Polymerbestandteile ein oder mehrere (z.B. ein bis drei) biologisch basierte Polymere umfassen. Ein „biologisch basiertes Polymer“ kann in diesem Zusammenhang als ein Polymer verstanden werden, das auf Basis von nachwachsenden Rohstoffen erzeugt wird. Biologisch basierte Polymere sind zum Beispiel Stärken, Stärkeblends, Polysaccharide (z.B. Celluloseprodukte, Chitosan, Chitin) und Proteine (z.B. Casein, Gelatine) sowie Lignin. Die Hüllkomponente kann aber auch eine Kombination aus einem biologisch-basierten Polymer und einem nicht-biologisch basierten Polymer umfassen.The polymer is preferably a biologically based polymer. The shell component can comprise one or more (e.g. one to three) biologically based polymers as the only polymer components. In this context, a "biologically based polymer" can be understood as a polymer that is produced on the basis of renewable raw materials. Examples of biologically based polymers are starches, starch blends, polysaccharides (e.g. cellulose products, chitosan, chitin) and proteins (e.g. casein, gelatin) and lignin. However, the shell component can also comprise a combination of a biologically based polymer and a non-biologically based polymer.

Biologisch basierte Polymere sind oft gut biologisch abbaubar. Dadurch kann sich die Hüllkomponente der erfindungsgemäßen Mikrokapseln, zum Beispiel nach Austrag auf ein Feld, in einer akzeptablen Geschwindigkeit in prinzipiell unbedenkliche Bestandteile zersetzen. Dies hat den Vorteil, dass die mit Ammoniummagnesiumphosphat beladenen Mikrokapseln direkt als Düngemittel verwendet werden können, ohne dass es zu einer nennenswerten Belastung der Böden durch polymere Bestandteile (z.B. Mikroplastik) kommt.Biologically based polymers are often readily biodegradable. As a result, the coating component of the microcapsules according to the invention can decompose at an acceptable rate into constituents which are in principle harmless, for example after being discharged onto a field. This has the advantage that the microcapsules loaded with ammonium magnesium phosphate can be used directly as fertilizer without the soil being significantly contaminated by polymeric components (e.g. microplastics).

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Hüllkomponente ein oder mehrere Polymere aus der Gruppe, bestehend aus Stärke, Stärkeblends, Polysacchariden, und Proteinen. Das Polymer kann modifiziert sein. Zum Beispiel kann das Polymer mit anionischen (z.B. Carboxylat- und/oder Sulfatgruppen) oder kationischen Gruppen (z.B. Ammoniumgruppen) modifiziert sein. Zusätzlich oder alternativ kann das Polymer mit synthetischen und/oder natürlichen Vernetzern (z.B. Polylysin, Polyethylenimin, Hexamethyldiisocyanat) vernetzt sein.According to one embodiment of the invention, the shell component comprises one or more polymers from the group consisting of starch, starch blends, polysaccharides and proteins. The polymer can be modified. For example, the polymer can be modified with anionic (e.g. carboxylate and/or sulfate groups) or cationic groups (e.g. ammonium groups). Additionally or alternatively, the polymer can be crosslinked with synthetic and/or natural crosslinkers (eg polylysine, polyethyleneimine, hexamethyldiisocyanate).

Geeignete Polysaccharide sind zum Beispiel, aber nicht ausschließlich, Alginate (z.B. Calciumalginate), Carrageene (z.B. Kalium-x-Carrageen), Pektin, Chitosan, Cellulose oder Cellulosesulfat. Geeignete Stärken oder Stärkeblends sind zum Beispiel, aber nicht ausschließlich, Stärke oder Maltodextrin. Geeignete Proteine sind zum Beispiel, aber nicht ausschließlich, Molkenprotein oder Sojaprotein.Suitable polysaccharides include, but are not limited to, alginates (e.g. calcium alginates), carrageenans (e.g. potassium-x-carrageenan), pectin, chitosan, cellulose or cellulose sulphate. Suitable starches or starch blends include, but are not limited to, starch or maltodextrin. Suitable proteins include, but are not limited to, whey protein or soy protein.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Hüllkomponente ein oder mehrere Polymere, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Stärke, Stärkeblends, Polysacchariden, und Proteinen, wobei das oder die Polymere eine Polymermatrix bilden, in der die Aktivkomponente verkapselt ist (Matrixverkapselung), und/oder wobei das oder die Polymere eine Polymerschale bilden, die einen Kern umschließt, und wobei die Aktivkomponente im Kern verkapselt ist (Kern-Schale-Verkapselung).In a preferred embodiment, the shell component comprises one or more polymers selected from the group consisting of starch, starch blends, polysaccharides and proteins, the polymer or polymers forming a polymer matrix in which the active component is encapsulated (matrix encapsulation) and/or wherein the polymer or polymers form a polymer shell which encloses a core, and wherein the active component is encapsulated in the core (core-shell encapsulation).

Die Hüllkomponente der erfindungsgemäßen Mikrokapseln kann Zusatzstoffe umfassen, die für die Stabilität oder Ausbildung der Kapseln förderlich sind. Solche Zusatzstoffe sind für die unterschiedlichen Mikrokapsel-Systeme bekannt und können zum Beispiel Stärkekörner oder Talkpartikel umfassen.The shell component of the microcapsules according to the invention can comprise additives which are beneficial for the stability or formation of the capsules. Such additives are known for the different microcapsule systems and can include, for example, starch granules or talc particles.

Die Hüllkomponente der erfindungsgemäßen Mikrokapseln ist vorzugsweise durchlässig für bestimmte Stoffe (semipermeable Membran), und erlaubt so einen Austausch zwischen der Aktivkomponente und der Umgebung der Mikrokapsel, z.B. einem Gewässer. Die Hüllkomponente ist verzugsweise durchlässig für Wasser und in Wasser gelöste Ionen und/oder Salze. Auf diese Weise können Nährstoffe und/oder Mineralstoffe aus der Umgebung der Mikrokapseln, z.B. einem Gewässer, mittels des osmotischen Drucks zu den Ammoniummagnesiumphosphat-bildenden Bakterien gelangen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Hüllkomponente, bevorzugt die Polymermatrix und/oder die Polymerschale, der Mikrokapseln mindestens durchlässig für Wasser und wasserlösliche Phosphat- und Ammoniumsalze. „Wasserlöslich“ ist in diesem Zusammenhang vorzugsweise so zu verstehen, dass die Phosphat- und Ammoniumsalze eine Löslichkeit von mindestens 50 g/L bei einer Temperatur von 20°C aufweist. Im Gegensatz dazu ist die Hüllkomponente für schwerlösliche und/oder feste Ammoniumphosphatsalze (z.B. Struvit) vorzugsweise nicht durchlässig.The shell component of the microcapsules according to the invention is preferably permeable to certain substances (semipermeable membrane) and thus allows an exchange between the active component and the environment of the microcapsule, e.g. a body of water. The shell component is initially permeable to water and ions and/or salts dissolved in water. In this way, nutrients and/or minerals from the environment of the microcapsules, e.g. a body of water, can reach the ammonium magnesium phosphate-forming bacteria by means of the osmotic pressure. According to a preferred embodiment of the invention, the shell component, preferably the polymer matrix and/or the polymer shell, of the microcapsules is at least permeable to water and water-soluble phosphate and ammonium salts. In this context, “water-soluble” is preferably understood to mean that the phosphate and ammonium salts have a solubility of at least 50 g/L at a temperature of 20°C. In contrast, the shell component is preferably not permeable to sparingly soluble and/or solid ammonium phosphate salts (e.g. struvite).

Die Hüllkomponente der Mikrokapseln ist vorzugsweise stabil in Wasser und/oder unter den Bedingungen in Gewässern, Abwässern oder Klärschlämmen. Vorzugsweise ist die Hüllkomponente der Mikrokapseln stabil in Wasser und/oder unter den Bedingungen in Gewässern, Abwässern oder Klärschlämmen über einen Zeitraum von mehreren Wochen. So kann eine besonders einfache Anwendbarkeit der erfindungsgemäßen Mikrokapseln in einem mit Phosphor belasteten Wasser gewährleistet werden.The shell component of the microcapsules is preferably stable in water and/or under the conditions in bodies of water, waste water or sewage sludge. The shell component of the microcapsules is preferably stable in water and/or under the conditions in bodies of water, waste water or sewage sludge over a period of several weeks. In this way, it is possible to ensure that the microcapsules according to the invention can be used particularly easily in water contaminated with phosphorus.

Die Aktivkomponente ist in der Hüllkomponente verkapselt, wie an sich bekannt. Die Aktivkomponente umfasst Ammoniummagnesiumphosphat-bildende Bakterien. Die Ammoniummagnesiumphosphat-bildenden Bakterien müssen zumindest teilweise vitale Bakterien sein. „Teilweise vital“ ist dabei so zu verstehen, dass zumindest ein Teil der Bakterien vital ist. Idealerweise sind alle oder nahezu alle Bakterien vital.The active component is encapsulated in the shell component, as is known per se. The active component includes ammonium magnesium phosphate-forming bacteria. The ammonium magnesium phosphate-forming bacteria must be at least partially viable bacteria. "Partially vital" is to be understood in such a way that at least some of the bacteria are vital. Ideally, all or almost all bacteria are vital.

Das durch die Bakterien gebildete Ammoniummagnesiumphosphat ist vorzugsweise Struvit (NH4MgPO4 · 6H2O). Ammoniummagnesiumphosphat-bildende, vorzugsweise Struvitbildende, Bakterien sind im Stand der Technik bekannt. Es ist ferner bekannt, dass die Phosphoranreicherung durch Struvit-Bildung nicht zwangsläufig proportional zur Masse an Bakterien verläuft. Solange für die Bakterien günstige Bedingungen herrschen, können daher vergleichsweise wenige Bakterien vergleichsweise hohe Mengen an Phosphor mineralisieren.The ammonium magnesium phosphate produced by the bacteria is preferably struvite (NH 4 MgPO 4 .6H 2 O). Ammonium magnesium phosphate producing, preferably struvite producing, bacteria are known in the art. It is also known that the accumulation of phosphorus through struvite formation is not necessarily proportional to the mass of bacteria. As long as conditions are favorable for the bacteria, comparatively few bacteria can therefore mineralize comparatively large amounts of phosphorus.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Ammoniummagnesiumphosphat-bildenden Bakterien, vorzugsweise Struvit-bildenden Bakterien, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Brevibacterium antiquum, Enterobacter spp., Bacillus pumilus, Myxococcus xanthus , Proteus mirabilis, Idiomarina loihiensis, Shewanella oneidensis, Halobacterium salinarum und Mischungen davon. Die Ammoniummagnesiumphosphat-bildenden Bakterien können natürlich vorkommende Bakterien sein oder genetisch modifizierte Bakterien.According to a preferred embodiment of the invention, the ammonium magnesium phosphate-forming bacteria, preferably struvite-forming bacteria, are selected from the group consisting of Brevibacterium antiquum, Enterobacter spp., Bacillus pumilus, Myxococcus xanthus, Proteus mirabilis, Idiomarina loihiensis, Shewanella oneidensis, Halobacterium salinarum and mixtures thereof. The ammonium magnesium phosphate-producing bacteria can be naturally occurring bacteria or genetically modified bacteria.

Außerdem umfasst die Aktivkomponente eine Magnesiumquelle. Der Begriff „Magnesiumquelle“ im Sinne der Erfindung bedeutet, dass die Aktivkomponente eine Magnesiumverbindung umfasst, die nicht Bestandteil der Bakterien und der Stoffe der Hüllkomponente ist.In addition, the active component includes a source of magnesium. The term "magnesium source" within the meaning of the invention means that the active component includes a magnesium compound that is not part of the bacteria and the substances of the shell component.

Die Magnesiumquelle kann ein organisches oder anorganisches Magnesiumsalz sein. Selbstverständlich können auch Mischungen von organischen und/oder anorganischen Magnesiumsalzen eingesetzt werden. Vorzugsweise ist die Magnesiumquelle ein anorganisches Magnesiumsalz. Hierzu zählen unter anderem Magnesiumsulfat oder-sulfit, Magnesiumnitrat oder -nitrit, Magnesiumoxide, Magnesiumphosphat, Magnesiumhalogenide, Magnesiumcarbonat, Magnesiumhydroxid, magnesiumhaltige Mineralien oder Mischungen dieser Salze. Das Magnesiumsalz kann ein schwer oder kaum lösliches Magnesiumsalz, insbesondere anorganisches Magnesiumsalz, sein. Die Magnesiumquelle kann ein anorganisches Magnesiumsalz sein, welches eine Löslichkeit von unter 10 g/L (Wasser) bei 20°C, vorzugsweise unter 1 g/L (Wasser) bei 20°C (z.B. unter 0.2 g/L (Wasser) bei 20°C), aufweist. Geeignete Salze sind beispielsweise Magnesiumoxid, Magnesiumcarbonat, und synthetische oder natürliche Magnesiummineralien (z.B. Dolomit). In einem Ausführungsbeispiel ist die Magnesiumquelle Magnesiumoxid und/oder Magnesiumcarbonat, zum Beispiel Magnesiumoxid.The magnesium source can be an organic or inorganic magnesium salt. Of course, mixtures of organic and/or inorganic magnesium salts can also be used. Preferably the magnesium source is an inorganic magnesium salt. These include, inter alia, magnesium sulfate or sulfite, magnesium nitrate or nitrite, magnesium oxides, magnesium phosphate, magnesium halides, magnesium carbonate, magnesium hydroxide, magnesium-containing minerals or mixtures of these salts. The magnesium salt can be a sparingly or hardly soluble magnesium salt, in particular an inorganic magnesium salt. The magnesium source can be an inorganic magnesium salt which has a solubility of below 10 g/L (water) at 20°C, preferably below 1 g/L (water) at 20°C (e.g. below 0.2 g/L (water) at 20 °C). Suitable salts are, for example, magnesium oxide, magnesium carbonate, and synthetic or natural magnesium minerals (eg dolomite). In one embodiment, the source of magnesium is magnesium oxide and/or magnesium carbonate, for example magnesium oxide.

Normalerweise werden für die chemische Struvitfällung lösliche bzw. löslichere Magnesiumsalze eingesetzt, um eine effiziente Fällung von Struvit zu erreichen. Schwer oder kaum lösliche Magnesiumsalze sind oft weniger aufwendig herzustellen und sind folglich meist auch kostengünstiger. Außerdem können schwer oder kaum lösliche Magnesiumsalze nicht oder nur in geringem Maße in einer wässrigen Umgebung aus der erfindungsgemäßen Mikrokapsel herausgelöst werden bzw. herausdiffundieren. Auf diese Weise verbleibt die Magnesiumquelle in direkter Nachbarschaft der Bakterien, die die Magnesiumverbindung zur Struvit-Bildung nutzen.Normally, soluble or more soluble magnesium salts are used for chemical struvite precipitation in order to achieve efficient precipitation of struvite. Difficult or hardly soluble magnesium salts are often less expensive to produce and are therefore usually cheaper. In addition, poorly or hardly soluble magnesium salts cannot be dissolved or diffuse out of the microcapsule according to the invention, or only to a small extent, in an aqueous environment. In this way, the source of magnesium remains in the immediate vicinity of the bacteria that use the magnesium compound to form struvite.

Die Aktivkomponente kann zusätzlich noch weitere Bestandteile umfassen, die für die Vitalität der Bakterien oder die Funktionalität der erfindungsgemäßen Mikrokapseln vorteilhaft sind. Zum Bespiel kann die Aktivkomponente außerdem ein Wachstumsmedium für die Ammoniummagnesiumphosphat-bildenden Bakterien umfassen. Das Wachstumsmedium kann gängige Bestandteile aufweisen wie organische und mineralische Salze und/oder Saccharide. In einer spezifischen Ausfühungsform umfasst die Aktivkomponente ein Wachstumsmedium und/oder einen Zusatzstoff zur Förderung der Vitalität der Bakterien.The active component can also include other ingredients that are advantageous for the vitality of the bacteria or the functionality of the microcapsules according to the invention. For example, the active component can also comprise a growth medium for the ammonium magnesium phosphate-producing bacteria. The growth medium can contain common components such as organic and mineral salts and/or saccharides. In a specific embodiment, the active component includes a growth medium and/or an additive to promote the vitality of the bacteria.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Mikrokapseln. Das Verfahren umfasst die Herstellung von Mikrokapseln durch ionische Vernetzung, Sprühtrockung, Erstarrung, Oberflächenpolymerisation, Suspensionspolymerisation oder einem Sol-Gel Prozess.A further aspect of the present invention relates to a method for producing the microcapsules according to the invention. The process includes the production of microcapsules by ionic crosslinking, spray drying, solidification, surface polymerisation, suspension polymerisation or a sol-gel process.

Im Allgemeinen sind solche Verfahren zur Herstellung von Mikrokapseln und mikroverkapselten Mikroorganismen im Stand der Technik bekannt. Diese Technologie wird intensiv im pharmazeutischen Bereich und in der Ernährungswissenschaft genutzt.In general, such methods for preparing microcapsules and microencapsulated microorganisms are known in the art. This technology is used extensively in the pharmaceutical field and in nutritional science.

Grundsätzlich können folgende Prinzipien zur Kapselherstellung und Trägerpartikelherstellung verwendet:

  1. 1. Ionische Vernetzung: Wässrige Lösungen aus Polykationen, Polyanionen, Bakterien und/oder Hilfsadditiven werden in wässrige Lösungen aus Polyanionen oder Polykationen getropft, gesprüht oder eingemischt. Dabei entstehen wasserunlösliche Kern-Schale-Mikrokapseln oder Matrixkapseln, die Bakterien enthalten.
  2. 2. Sprühtrocknung: Wasserlösliche Polymere werden mit einer Bakteriensuspension und Hilfsadditiven gemischt und mittels Sprühtrocknung versprüht. Während der Sprühtrocknung verdampft das Wasser und es entstehen Partikel, die Bakterien enthalten.
  3. 3. Erstarrung: Meist niedrigschmelzende Wachse und Fette werden in geschmolzenem Zustand mit einer Bakteriensuspension gemischt und in einer kontinuierlicheren Phase dispergiert. Bei Temperatursenkung werden die Tröpfchen fest und können im Form von bakterienhaltigen Partikeln isoliert werden.
  4. 4. Oberflächenpolymerisation, Suspensionspolymerisation und Sol-Gel Prozesse:
    • Synthetische Monomere werden durch Zugabe komplementärer Monomere, eines Initiators oder eines Katalysators polymerisiert. Die Bakteriensuspension und
    • Hilfsadditive werden vorher in dem Monomer oder Präpolymer dispergiert. Diese Dispersion wird anschließend in einer kontinuierlichen Phase dispergiert und die Polymerisation wird durch Zugabe von weiteren Komponenten oder
    • Temperaturerhöhung initiiert. Nach dem Abschluss der Polymerisation können bakterienhaltigen feste Partikeln isoliert werden.
In principle, the following principles can be used to produce capsules and carrier particles:
  1. 1. Ionic crosslinking: Aqueous solutions of polycations, polyanions, bacteria and/or auxiliary additives are dropped, sprayed or mixed into aqueous solutions of polyanions or polycations. This creates water-insoluble core-shell microcapsules or matrix capsules that contain bacteria.
  2. 2. Spray drying: Water-soluble polymers are mixed with a bacterial suspension and auxiliary additives and sprayed by means of spray drying. During spray drying, the water evaporates and particles containing bacteria are formed.
  3. 3. Solidification: Waxes and fats, most of which have a low melting point, are mixed in a molten state with a bacterial suspension and dispersed in a more continuous phase. When the temperature drops, the droplets solidify and can be isolated in the form of particles containing bacteria.
  4. 4. Surface polymerisation, suspension polymerisation and sol-gel processes:
    • Synthetic monomers are polymerized by adding complementary monomers, an initiator, or a catalyst. The bacterial suspension and
    • Auxiliary additives are previously dispersed in the monomer or prepolymer. This dispersion is then dispersed in a continuous phase and the polymerization is completed by adding other components or
    • Temperature increase initiated. After completion of the polymerization, solid particles containing bacteria can be isolated.

Zur Verkapselung (Hüllkomponente) von Mikroorganismen sind unterschiedliche Verbindungen bekannt. Meistens basieren diese Verbindungen und die daraus hergestellten Hüllkomponenten der Kapseln auf Polymeren. Beispielhaft wird bezüglich bekannter Ausgangsverbindungen zur Verkapselung und den entsprechenden Verfahren auf folgenden Stand der Technik verwiesen: Alginat ( US 2012263826 A1), Chitosan ( US 2018243716 A1 ), US 2012263826 AA), Proteine ( WO 2009070012 A1 ), Cellulosesulfat ( US2009011033 A1 ).Various compounds are known for the encapsulation (envelope component) of microorganisms. These compounds and the shell components of the capsules made from them are mostly based on polymers. By way of example, reference is made to the following prior art with regard to known starting compounds for encapsulation and the corresponding processes: Alginate ( U.S.2012263826 A1), chitosan ( US2018243716A1 ), U.S.2012263826 AA), proteins ( WO 2009070012 A1 ), cellulose sulfate ( US2009011033 A1 ).

Kits zur Herstellung bestimmter Mikrokapseln sind kommerziell erhältlich. Geräte zur Verkapselung sind ebenfalls kommerziell erhältlich (z.B. Encapsulator B-390 der Firma Büchi).Kits for preparing specific microcapsules are commercially available. Devices for encapsulation are also commercially available (e.g. Encapsulator B-390 from Büchi).

Vorzugsweise umfasst das erfindungsgemäße Verfahren die Herstellung von Mikrokapseln mittels ionischer Vernetzung.The method according to the invention preferably comprises the production of microcapsules by means of ionic crosslinking.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst vorzugsweise die Schritte:

  • Bereitstellen einer wässrigen Suspension umfassend die Ammoniummagnesiumphosphat-bildenden Bakterien,
  • Bereitstellen der Magnesiumquelle,
  • Bereitstellen einer Polymerzusammensetzung,
  • Mischen der wässrigen Suspension umfassend die Ammoniummagnesiumphosphat-bildenden Bakterien, der Magnesiumquelle und der Polymerzusammensetzung, um eine Ausgangssuspension zu erhalten,
  • Zugeben der Ausgangssuspension zu einer wässrigen Zusammensetzung umfassend ein Fällungsreagenz und/oder einen Vernetzer, um die Mikrokapseln zu bilden,
  • gegebenenfalls Isolieren der Mikrokapseln.
The method according to the invention preferably comprises the steps:
  • providing an aqueous suspension comprising the ammonium magnesium phosphate-forming bacteria,
  • providing the source of magnesium,
  • providing a polymer composition,
  • mixing the aqueous suspension comprising the ammonium magnesium phosphate-forming bacteria, the magnesium source and the polymer composition to obtain an initial suspension,
  • Adding the starting suspension to an aqueous composition comprising a precipitating agent and/or a crosslinking agent in order to form the microcapsules,
  • optionally isolating the microcapsules.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst vorzugsweise in einem Schritt das Bereitstellen einer wässrigen Suspension umfassend die Ammoniummagnesiumphosphat-bildenden Bakterien. Die Bakterien sind zumindest teilweise vital. Der Begriff „wässrige Suspension“ umfasst auch Suspensionen mit hohem Feststoffgehalt wie Pasten.The method according to the invention preferably comprises, in one step, the provision of an aqueous suspension comprising the ammonium magnesium phosphate-forming bacteria. The bacteria are at least partially vital. The term "aqueous suspension" also includes suspensions with a high solids content such as pastes.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst vorzugsweise in einem Schritt das Bereitstellen der Magnesiumquelle. Die Magnesiumquelle kann in fester Form (z.B. als Pulver) oder in flüssiger Form (z.B. wässrige Lösung oder wässrige Suspension) bereitgestellt werden.The method according to the invention preferably comprises providing the magnesium source in one step. The magnesium source can be provided in solid form (e.g. powder) or in liquid form (e.g. aqueous solution or aqueous suspension).

In einem weiteren Schritt umfasst das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise das Bereitstellen einer Polymerzusammensetzung. Die Polymerzusammensetzung ist vorzugsweise eine Polymerlösung. Die Polymerzusammensetzung umfasst vorzugsweise eine Vorstufe der Hüllkomponente. Zum Beispiel ist Natriumalginat eine Vorstufe von Calciumalginat als Hüllkomponente (Matrixverkapselung). Die Vorstufen der möglichen Hüllkomponenten sind bekannt. Typischerweise kann die Polymerzusammensetzung in Form einer 0,1 bis 5%igen Polymerlösung bereitgestellt werdenIn a further step, the method according to the invention preferably comprises the provision of a polymer composition. The polymer composition is preferably a polymer solution. The polymer composition preferably comprises a shell component precursor. For example, sodium alginate is a precursor to calcium alginate as a shell component (matrix encapsulation). The preliminary stages of the possible shell components are known. Typically, the polymer composition may be provided in the form of a 0.1 to 5% polymer solution

Der nachfolgende Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens betrifft vorzugsweise das Mischen der wässrigen Suspension umfassend die Ammoniummagnesiumphosphat-bildenden Bakterien, die Magnesiumquelle und die Polymerzusammensetzung, um eine Ausgangssuspension zu erhalten.The subsequent step of the method according to the invention preferably concerns the mixing of the aqueous suspension comprising the ammonium magnesium phosphate-forming bacteria, the magnesium source and the polymer composition in order to obtain an initial suspension.

Der anschließende Schritt des Verfahren betrifft vorzugsweise das Zugeben der Ausgangssuspension zu einer wässrigen Zusammensetzung umfassend ein Fällungsreagenz und/oder einen Vernetzer, um die Mikrokapseln zu bilden. Ein „Fällungsreagenz“ ist in diesem Kontext jede Verbindung, die in ausreichender Menge durch Interaktion mit der Ausgangssuspension zur Bildung von Mikrokapseln führt. Vorzugsweise führt eine ionische Vernetzung des Fällungsreagenz mit der Vorstufe der Hüllkomponente zur Bildung der Mikrokapseln. Das Fällungsreagenz und/oder der Vernetzer ist auf die ausgewählte Hüllkomponente des Mikroverkapselungs-Systems bzw. dessen Vorstufe abgestimmt, wie an sich bekannt. Zum Beispiel sind Calciumionen ein Fällungsreagenz zur Herstellung von Calciumalginat-Matrixverkapselungen.The subsequent step of the method preferably relates to adding the starting suspension to an aqueous composition comprising a precipitating agent and/or a crosslinking agent in order to form the microcapsules. A "precipitating reagent" in this context is any compound that, in sufficient quantity, leads to the formation of microcapsules through interaction with the starting suspension. Ionic crosslinking of the precipitating reagent with the precursor of the shell component preferably leads to the formation of the microcapsules. The precipitating reagent and/or the crosslinking agent is matched to the selected shell component of the microencapsulation system or its precursor, as is known per se. For example, calcium ions are a precipitating agent for preparing calcium alginate matrix encapsulations.

Für das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Mikrokapseln ist von Bedeutung, dass die Ammoniummagnesiumphosphat-bildenden Bakterien das Verfahren zumindest teilweise überleben. Die erhaltenen Mikrokapseln umfassen Ammoniummagnesiumphosphat-bildende Bakterien, die zumindest teilweise vital sind. Je nach verwendetem Bakterien-Stamm (natürlich vorkommend oder genetisch modifiziert) können die optimalen Bindungen für das Verfahren hinsichtlich pH-Wert, Temperatur, Medium, usw. variieren. Das erfindungsgemäße Verfahren, und insbesondere die Schritte des Mischens der Ausgangssuspension und/oder des Bildens der Mikrokapseln, kann in einem Temperaturbereich von 0 bis 80°C, bevorzugt von 10 bis 60°C, noch bevorzugter von 20 bis 35°C, durchgeführt werden. Außerdem kann das erfindungsgemäße Verfahren, und insbesondere die Schritte des Mischens der Ausgangssuspension und/oder des Bildens der Mikrokapseln, in einem pH-Bereich von 3 bis 10, bevorzugt von 5 bis 9, noch bevorzugter von 6 bis 8 durchgeführt werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren, und insbesondere die Schritte des Mischens der Ausgangssuspension und/oder des Bildens der Mikrokapseln, in einem Temperaturbereich von 0 bis 80°C, bevorzugt von 10 bis 60°C, noch bevorzugter von 20 bis 35°C, und in einem pH-Bereich von 3 bis 10, bevorzugt von 5 bis 9, noch bevorzugter von 6 bis 8 durchgeführt.It is important for the process according to the invention for the production of the microcapsules according to the invention that the bacteria which form ammonium magnesium phosphate at least partially survive the process. The microcapsules obtained comprise ammonium magnesium phosphate-forming bacteria which are at least partially vital. Depending on the bacterial strain used (naturally occurring or genetically modified), the optimal bindings for the process may vary in terms of pH, temperature, medium, etc. The method according to the invention, and in particular the steps of mixing the initial suspension and/or forming the microcapsules, can be carried out in a temperature range from 0 to 80°C, preferably from 10 to 60°C, more preferably from 20 to 35°C . Furthermore, the method according to the invention, and in particular the steps of mixing the starting suspension and/or forming the microcapsules, can be carried out in a pH range from 3 to 10, preferably from 5 to 9, more preferably from 6 to 8. According to a preferred embodiment, the method according to the invention, and in particular the steps of mixing the starting suspension and/or forming the microcapsules, is carried out in a temperature range from 0 to 80°C, preferably from 10 to 60°C, more preferably from 20 to 35° C, and in a pH range from 3 to 10, preferably from 5 to 9, more preferably from 6 to 8.

Zusatzstoffe zur Förderung der Kapselbildung (z.B. Stärkekörner, Talk), Bestandteile eines Wachstumsmediums (z.B. Mineralstoffe, Saccharide), Bestandteile zur Förderung der Vitalität der Bakterien, und/oder optional schwerlösliche Inhaltsstoffe eines Düngemittels (z.B. Mikroelemente) können vor, während oder nach der Kapselbildung hinzugegeben werden.Additives to promote capsule formation (e.g. starch granules, talc), components of a growth medium (e.g. minerals, saccharides), components to promote bacterial vitality, and/or optionally poorly soluble ingredients in a fertilizer (e.g. microelements) can be used before, during or after capsule formation be added.

Nach Bildung der Mikrokapseln kann das erfindungsgemäße Verfahren weitere Schritt umfassen. Zum Beispiel können die Mikrokapseln aus der Reaktionsmischung isoliert werden (Filtrieren, Absaugen, Trocknen, usw.).After formation of the microcapsules, the method according to the invention can comprise further steps. For example, the microcapsules can be isolated from the reaction mixture (filtration, suction, drying, etc.).

Erfindungsgemäßes Düngemittel und dessen HerstellungFertilizer according to the invention and its production

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Düngemittels unter Verwendung der erfindungsgemäßen Mikrokapseln. Das Verfahren umfasst die Schritte:

  • In Kontakt bringen von Mikrokapseln gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem phosphorhaltigen Wasser,
  • Bilden von Ammoniummagnesiumphosphat innerhalb der Mikrokapseln durch die Ammoniummagnesiumphosphat-bildenden Bakterien,
  • Entfernen der Mikrokapseln umfassend Ammoniummagnesiumphosphat aus dem Wasser.
A further aspect of the invention relates to a method for producing a fertilizer using the microcapsules according to the invention. The procedure includes the steps:
  • contacting microcapsules according to the present invention with a phosphorus-containing water,
  • forming ammonium magnesium phosphate inside the microcapsules by the ammonium magnesium phosphate-forming bacteria,
  • removing the microcapsules comprising ammonium magnesium phosphate from the water.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst den Schritt: In Kontakt bringen der Mikrokapseln mit einem phosphorhaltigen Wasser.The method according to the invention comprises the step of bringing the microcapsules into contact with water containing phosphorus.

Die erfindungsgemäßen Mikrokapseln sind vorzugsweise in einem Behälter eingeschlossen, der zumindest für Wasser und wasserlösliche Salze durchlässig ist. Geeignete Behälter sind Gitterkäfige (z.B. aus Metall, Plastik), Tüten und Textilbeutel. Das erleichtert die Handhabung der Mikrokapseln und erlaubt ein einfaches Einbringen und Entfernen der Kapseln aus dem Wasser. Es können biologisch abbaubare Behälter verwendet werden, so dass der gesamte Behälter, gegebenenfalls nach Zerkleinerung, als Düngemittel verwendet werden kann.The microcapsules of the invention are preferably enclosed in a container which is permeable at least to water and water-soluble salts. Suitable containers are lattice cages (e.g. made of metal, plastic), bags and textile bags. This facilitates the handling of the microcapsules and allows the capsules to be easily introduced and removed from the water. Biodegradable containers can be used so that the entire container, optionally after crushing, can be used as fertiliser.

Prinzipiell eignet sich jedes phosphorhaltige Wasser zur Anwendung der erfindungsgemäßen Mikrokapseln. Das phosphorhaltige Wasser ist vorzugsweise ein phosphathaltiges Wasser. Das phosphorhaltige Wasser kann jedes natürliche Gewässer sein, z.B. ein See, ein Teich, ein Meer oder ein Fluss. Das phosphorhaltige Wasser kann auch ein Abwasser oder ein Klärschlamm sein, z.B. in einer Kläranlage (inklusive Effluent und teilbehandeltes Abwasser). Außerdem kann das phosphorhaltige Wasser ein flüssiger oder verflüssigter Abfall aus Tierhaltung, Landwirtschaft und Lebensmittelproduktion sein (inklusive Abfällen, die biologisch behandelt/fermentiert bzw. teilbehandelt wurden). Folglich kann das phosphorhaltige Wasser, vorzugsweise das phosphathaltige Wasser, ein natürliches Gewässer, ein Abwasser, ein Klärschlamm oder ein flüssiger oder verflüssigter Abfall sein.In principle, any phosphorus-containing water is suitable for using the microcapsules according to the invention. The phosphorus-containing water is preferably a phosphate-containing water. The phosphorus-containing water can be any natural body of water, such as a lake, pond, sea or river. The water containing phosphorus can also be waste water or sewage sludge, e.g. in a sewage treatment plant (including effluent and partially treated waste water). In addition, the phosphorus-containing water can be liquid or liquefied waste from animal husbandry, agriculture and food production (including waste that has been biologically treated/fermented or semi-treated). Consequently, the phosphorus-containing water, preferably the phosphate-containing water, can be natural water, waste water, sewage sludge or liquid or liquefied waste.

Anschließend umfasst das Verfahren den Schritt: Bilden von Ammoniummagnesiumphosphat innerhalb der Mikrokapseln durch die Ammoniummagnesiumphosphat-bildenden Bakterien. Dieser Schritt kann prinzipiell über einen Zeitraum von einigen Tagen bis zu einigen Monaten oder länger durchgeführt werden. Typischerweise kann der Schritt über eine bis vier Wochen durchgeführt werden.Then, the method includes the step of: forming ammonium magnesium phosphate within the microcapsules by the ammonium magnesium phosphate-forming bacteria. In principle, this step can be carried out over a period of a few days up to a few months or longer. Typically, the step can be performed for one to four weeks.

In diesem Schritt diffundiert im Wasser gelöster Phosphor und/oder Phosphat durch die Hüllkomponente der Mikrokapseln zur Aktivkomponente, die die Bakterien umfasst. Die Bakterien nehmen den gelösten Phosphor und/oder Phosphat auf und wandeln es unter Aufnahme von Magnesiumionen der Magnesiumquelle zu einem Ammoniummagnesiumphosphat um, vorzugsweise zu Struvit. Das gebildete Produkt kann die Kapselwand nicht ohne weiteres durchdringen. Das Ammoniummagnesiumphosphat, vorzugsweise Struvit, wird so innerhalb der Mikrokapseln angereicht.In this step, phosphorus and/or phosphate dissolved in the water diffuses through the shell component of the microcapsules to the active component, which includes the bacteria. The bacteria take up the dissolved phosphorus and/or phosphate and convert it to an ammonium magnesium phosphate, preferably to struvite, taking up magnesium ions from the magnesium source. The product formed cannot readily penetrate the capsule wall. The ammonium magnesium phosphate, preferably struvite, is thus concentrated within the microcapsules.

Sofern die Mikrokapsel nicht bereits mit Wasser gesättigt ist, kann die Mikrokapsel in diesem Schritt Wasser aus dem phosphorhaltigen Wasser binden (z.B. in Hüll- und/oder Aktivkomponente).If the microcapsule is not already saturated with water, the microcapsule can bind water from the phosphorus-containing water in this step (e.g. in the shell and/or active component).

Anschließend umfasst das erfindungsgemäße Verfahren den Schritt: Entfernen der Mikrokapseln umfassend Ammoniummagnesiumphosphat, vorzugsweise Struvit, aus dem Wasser. Die erhaltenen Mikrokapseln sind für die Verwendung als Düngemittel geeignet.The method according to the invention then comprises the step of removing the microcapsules comprising ammonium magnesium phosphate, preferably struvite, from the water. The microcapsules obtained are suitable for use as fertilizers.

Waren die Mikrokapseln zuvor in einem Behälter eingeschlossen, können die Mikrokapseln entweder aus dem Behälter entfernt werden oder, wie oben beschrieben, zusammen mit dem Behälter zerkleinert werden. Die Mikrokapseln können auch in einem zusätzlichen Schritt getrocknet werden.If the microcapsules were previously enclosed in a container, the microcapsules can either be removed from the container or crushed with the container as described above. The microcapsules can also be dried in an additional step.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Düngemittel, das nach dem hier beschriebenen Verfahren erhältlich ist oder erhalten wird. Das Düngemittel umfasst ein Ammoniummagnesiumphosphat, vorzugsweise Struvit. Außerdem kann das Düngemittel erfindungsgemäße Mikrokapseln umfassen oder Abbauprodukte davon. Das Düngemittel kann zum Beispiel Ammoniummagnesiumphosphat (z.B. Struvit), Mikrokapseln umfassend eine Hüllkomponente umfassend ein Polymer, Ammoniummagnesiumphosphat-bildende Bakterien (vital oder tot), und gegebenenfalls eine Magnesiumquelle, umfassen.A further aspect of the invention relates to a fertilizer which can be obtained or is obtained by the method described here. The fertilizer comprises an ammonium magnesium phosphate, preferably struvite. In addition, the fertilizer may comprise microcapsules according to the invention or degradation products thereof. The fertilizer can be, for example, ammonium magnesium phosphate (e.g. struvite), microcapsules comprising a shell component comprising a polymer, ammonium magnesium phosphate-forming bacteria (vital or dead), and optionally a source of magnesium.

Das erfindungsgemäße Düngemittel hat mehrere Vorteile. Zum einen kann es aufgrund der Verkapselung und/oder der Löslichkeit des Phosphatsalzes über einen längeren Zeitraum kontrolliert Phosphat an einen Boden abgeben. Es kann also als ein sog. controlled release fertiliser (CRF) wirken. Die generellen Vorteile von CRF für die Phosphatdüngung sind bekannt. Durch eine kontrollierte Abgabe von Phosphor oder Phosphat wird die Aufnahme der Nährstoffe durch den Boden optimiert und ihre Ausbreitung in der Umwelt, insbesondere im Grundwasser, stark eingeschränkt. Zum anderen kann es bei Trockenheit gegebenenfalls gebundenes Wasser an den Boden abgeben oder bei Nässe Wasser aus der Umgebung binden, und so als Wasserspeicher wirken.The fertilizer according to the invention has several advantages. On the one hand, due to the encapsulation and/or the solubility of the phosphate salt, it can release phosphate to a soil in a controlled manner over a longer period of time. It can therefore act as a so-called controlled release fertiliser (CRF). The general advantages of CRF for phosphate fertilization are well known. A controlled release of phosphorus or phosphate optimizes the uptake of the nutrients by the soil and greatly limits their spread in the environment, especially in the groundwater. On the other hand, it can release bound water to the soil when it is dry or bind water from the environment when it is wet, and thus act as a water reservoir.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann zusätzlich oder alternativ auch als ein Verfahren zur Entfernung von Phosphor aus einem phosphorhaltigen Wasser beschrieben werden.The method according to the invention can additionally or alternatively also be described as a method for removing phosphorus from water containing phosphorus.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft daher ein Verfahren zur Entfernung von Phosphor aus einem phosphorhaltigen Wasser. Das Verfahren umfasst die Schritte:

  • In Kontakt bringen von Mikrokapseln gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem phosphorhaltigen Wasser,
  • Bilden von Ammoniummagnesiumphosphat innerhalb der Mikrokapseln durch die Ammoniummagnesiumphosphat-bildenden Bakterien,
  • Entfernen der Mikrokapseln umfassend Ammoniummagnesiumphosphat aus dem Wasser.
A further aspect of the invention therefore relates to a method for removing phosphorus from phosphorus-containing water. The procedure includes the steps:
  • contacting microcapsules according to the present invention with a phosphorus-containing water,
  • forming ammonium magnesium phosphate inside the microcapsules by the ammonium magnesium phosphate-forming bacteria,
  • removing the microcapsules comprising ammonium magnesium phosphate from the water.

Beim In-Kontakt-bringen der Mikrokapseln mit dem phosphorhaltigen Wasser hat das Wasser vorzugsweise einen Phosphor- und/oder Phosphatgehalt X, und beim Entfernen der Mikrokapseln aus dem Wasser hat das Wasser vorzugsweise einen Phosphor- und/oder Phosphatgehalt Y, wobei X>Y ist.When the microcapsules are brought into contact with the phosphorus-containing water, the water preferably has a phosphorus and/or phosphate content X, and when the microcapsules are removed from the water, the water preferably has a phosphorus and/or phosphate content Y, where X>Y is.

Folglich betrifft die Erfindung in einem Aspekt ebenfalls die Verwendung der erfindungsgemäßen Mikrokapseln zur Entfernung von Phosphor aus einem phosphorhaltigen Wasser.Consequently, in one aspect, the invention also relates to the use of the microcapsules according to the invention for removing phosphorus from phosphorus-containing water.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von beispielhaften Ausführungsformen weiter beschrieben:The invention is further described below using exemplary embodiments:

Beispielhafte AusführungsformenExemplary Embodiments

Ausführungsform 1:Embodiment 1:

10 ml einer wässrigen Suspension mit vitalen Bacilluspumilus Bakterien wird in 100 ml einer 2% Natrium Alginat-Lösung mittels eines Magnetrührers dispergiert. Anschließend wird 0,2 g MgO-Pulver dazu gegeben und ebenfalls dispergiert. Die erhaltene Suspension wird zu 1 L einer 2 Gew.-% Lösung von Calciumchlorid mittels einer Schlauchpumpe und Spritzenkanüle getropft. Die erhaltenen Kapseln (Matrixverkapselung, Durchmesser 1-5 mm) werden gegebenenfalls nachvernetzt, zum Beispiel, durch besprühen mit einem Isocyanatvernetzer. Die erhaltenen Kapseln werden anschließend in einem Textilbeutel verpackt. Der Beutel wird über 2 Wochen in einen Teich gelegt. Nach 2 Wochen werden die Kapseln aus dem Beutel herausgenommen und als Dünger verwendet. Die Kapseln agieren als Wasserspeicher im Boden und setzen langsam pflanzenverfügbaren Phosphor frei. Der Textilbeutel kann wiederverwendet werden.10 ml of an aqueous suspension containing vital Bacilluspumilus bacteria is dispersed in 100 ml of a 2% sodium alginate solution using a magnetic stirrer. Then 0.2 g of MgO powder is added and also dispersed. The suspension obtained is added dropwise to 1 L of a 2% by weight solution of calcium chloride using a peristaltic pump and syringe needle. The capsules obtained (matrix encapsulation, diameter 1-5 mm) are optionally post-crosslinked, for example by spraying with an isocyanate crosslinker. The capsules obtained are then packed in a textile bag. The bag is placed in a pond for 2 weeks. After 2 weeks, the capsules are taken out of the bag and used as fertilizer. The capsules act as a water reservoir in the soil and slowly release plant-available phosphorus. The textile bag can be reused.

Ausführungsform 2:Embodiment 2:

10 ml einer wässrigen Suspension an vitalen Brevibacterium antiquum Bakterien wird in 100 ml einer 1% Natrium Carrageen-Lösung bei 50 °C mittels Magnetrührer dispergiert, 2 g MgO-Pulver wird dazu gegeben und ebenfalls dispergiert. Die erhaltene Suspension wird in 1 L einer 2 Gew.-% Lösung von Kaliumchlorid-Lösung mittels einer Schlauchpumpe und Pipettenspitze getropft. Die erhaltenen Kapseln (Matrixverkapselung, Durchmesser 3-10 mm) werden in einen verschließbaren Metallgitterkorb (2 mm Masche) gelegt. Der Metallgitterkorb wird am Abfluss von einer Wasserkläranlage für 2 Wochen installiert. Nach 2 Wochen werden die Kapseln entnommen und als Dünger verwendet. Die Kapseln agieren als Wasserspeicher im Boden und setzen langsam pflanzenverfügbaren Phosphor frei. Der Metallgitterkorb kann wiederverwendet werden.10 ml of an aqueous suspension of vital Brevibacterium antiquum bacteria is dispersed in 100 ml of a 1% sodium carrageenan solution at 50° C. using a magnetic stirrer, 2 g of MgO powder is added and also dispersed. The suspension obtained is added dropwise to 1 L of a 2% by weight solution of potassium chloride solution using a peristaltic pump and pipette tip. The capsules obtained (matrix encapsulation, diameter 3-10 mm) are placed in a closable metal mesh basket (2 mm mesh). The metal mesh basket is installed at the drain of a water treatment plant for 2 weeks. After 2 weeks, the capsules are removed and used as fertilizer. The capsules act as a water reservoir in the soil and slowly release plant-available phosphorus. The metal mesh basket can be reused.

Ausführungsform 3:Embodiment 3:

10 ml einer wässrigen Suspension von vitalen S. oneidensis wird in 100 ml einer 1% Chitosan-Lösung bei pH 5 mittels eines Magnetrührers dispergiert. 2 g MgO-Pulver wird hinzugegeben und ebenfalls dispergiert. Die erhaltene Suspension wird in 200 ml einer 2 Gew.-% Natriumphosphat-Lösung mittels Propellerrührer dispergiert und für 2 Stunden gerührt. Die erhaltene Suspension (Matrixverkapselung) wird in eine Papiertüte gegossen. Die Tüte wird für 2 Stunden zum Abtropfen von überschüssiger Flüssigkeit auf ein Metallgitter gelegt. Eine oder mehrere Tüten werden in einen Metallgitterkorb (5 mm Masche) gelegt und in einem Fluss unter Wasser für 3 Wochen gelagert. Nach 3 Wochen werden die Tüten herausgenommen, zerschnitten oder geschreddert und als Dünger verwendet. Die Kapseln agieren als Wasserspeicher im Boden und setzen langsam pflanzenverfügbaren Phosphor frei. Der Metallgitterkorb kann wiederverwendet werden.10 ml of an aqueous suspension of vital S. oneidensis is dispersed in 100 ml of a 1% chitosan solution at pH 5 using a magnetic stirrer. 2 g MgO powder is added and also dispersed. The suspension obtained is dispersed in 200 ml of a 2% by weight sodium phosphate solution using a propeller stirrer and stirred for 2 hours. The suspension obtained (matrix encapsulation) is poured into a paper bag. The bag is placed on a metal grid to drain excess liquid for 2 hours. One or more bags are placed in a metal mesh basket (5mm mesh) and stored in a river under water for 3 weeks. After 3 weeks the Bags taken out, cut up or shredded and used as fertilizer. The capsules act as a water reservoir in the soil and slowly release plant-available phosphorus. The metal mesh basket can be reused.

Ausführungsform 4:Embodiment 4:

10 ml einer wässrigen Suspension von vitalen Bacilluspumilus wird in 100 ml einer 2% Natrium Cellulosesulfat-Lösung mittels Magnetrührer dispergiert. 2 g MgO-Pulver wird hinzugegeben und dispergiert. Die erhaltene Suspension wird in 1 L einer 2 Gew.-% Chitosan-Lösung (pH 5) mittels einer Schlauchpumpe und Spritzenkanüle getropft. Die erhaltenen Kapseln (Kern-Schale-Verkapselung, Durchmesser 1-2 mm) werden in einen Plastikgitterbeutel (1 mm Masche) gelegt. Der Beutel wird über für 2 Wochen in einen Abfallfermenter gelegt. Nach 2 Wochen wird die Tüte entfernt, die Partikeln werden herausgenommen und als Dünger verwendet. Die Kapseln agieren als Wasserspeicher im Boden und setzen langsam pflanzenverfügbaren Phosphor frei. Der Plastikgitterbeutel kann wiederverwendet werden.10 ml of an aqueous suspension of vital Bacilluspumilus is dispersed in 100 ml of a 2% sodium cellulose sulfate solution using a magnetic stirrer. 2 g MgO powder is added and dispersed. The suspension obtained is added dropwise to 1 L of a 2% by weight chitosan solution (pH 5) using a peristaltic pump and syringe cannula. The obtained capsules (core-shell encapsulation, diameter 1-2 mm) are placed in a plastic mesh bag (1 mm mesh). The bag is placed in a waste fermentor for 2 weeks. After 2 weeks, the bag is removed, the particles are taken out and used as fertilizer. The capsules act as a water reservoir in the soil and slowly release plant-available phosphorus. The plastic grid bag can be reused.

Ausführungsform 5:Embodiment 5:

10 ml einer wässrigen Suspension von vitalen Bacilluspumilus wird in 100 ml einer 2% Cellulosesulfat (DS 1,5)-Lösung mittels Magnetrührer dispergiert. 2 g MgO-Pulver wird dazu gegeben und dispergiert. Die erhaltene Suspension wird in 1 L einer 1 Gew.-% Lösung von Polydiallyldimethylammoniumchlorid (polyDADMAC) mittels einer Schlauchpumpe und Spritzenkanüle getropft. Die erhaltenen Kapseln (Kern-Schale-Verkapselung, Durchmesser 1-5 mm) werden in einen Textilbeutel gelegt. Der Beutel wird über eine Woche in einen Fluss gelegt. Nach einer Woche werden die Kapseln entnommen und als Dünger verwendet. Die Kapseln agieren als Wasserspeicher im Boden und setzen langsam pflanzenverfügbaren Phosphor frei. Der Textilbeutel kann wiederverwendet werden.10 ml of an aqueous suspension of vital Bacilluspumilus is dispersed in 100 ml of a 2% cellulose sulfate (DS 1.5) solution using a magnetic stirrer. 2 g MgO powder is added and dispersed. The suspension obtained is added dropwise to 1 L of a 1% by weight solution of polydiallyldimethylammonium chloride (polyDADMAC) using a peristaltic pump and syringe cannula. The capsules obtained (core-shell encapsulation, diameter 1-5 mm) are placed in a textile bag. The bag is placed in a river for a week. After a week, the capsules are removed and used as fertilizer. The capsules act as a water reservoir in the soil and slowly release plant-available phosphorus. The textile bag can be reused.

Ausführungsform 6:Embodiment 6:

10 ml einer wässrigen Suspension von vitalen Brevibacterium antiquum wird in 50 ml einer 1% Natrium Carrageen-Lösung bei 50 °C mittels Magnetrührer dispergiert. 2 g MgO-Pulver wird zugefügt und dispergiert. Die erhaltene Suspension wird in 1 L einer 2 Gew.-% Kaliumchlorid-Lösung mittels einer Schlauchpumpe und Pipettenspitze getropft. Die erhaltenen Kapseln (Matrixverkapselung, Durchmesser 3-10 mm) werden in einen verschließbaren Metallgitterkorb (2 mm Masche) gelegt. Der Metallgitterkorb wird für 2 Wochen am Abfluss einer Wasserkläranlage installiert. Nach 2 Wochen werden die Kapseln entnommen und als Dünger verwendet. Die Kapseln agieren als Wasserspeicher im Boden und setzen langsam pflanzenverfügbaren Phosphor frei. Der Metallgitterkorb kann wiederverwendet werden.10 ml of an aqueous suspension of vital Brevibacterium antiquum is dispersed in 50 ml of a 1% sodium carrageenan solution at 50° C. using a magnetic stirrer. 2 g MgO powder is added and dispersed. The suspension obtained is added dropwise to 1 L of a 2% by weight potassium chloride solution using a peristaltic pump and pipette tip. The capsules obtained (matrix encapsulation, diameter 3-10 mm) are placed in a closable metal mesh basket (2 mm mesh). The metal mesh basket is installed for 2 weeks at the drain of a water treatment plant. After 2 weeks, the capsules are removed and used as fertilizer. The capsules act as a water reservoir in the soil and slowly release plant-available phosphorus. The metal mesh basket can be reused.

Ausführungsform 7:Embodiment 7:

10 ml einer wässrigen Suspension von vitalen Bacilluspumilus wird in 100 ml einer 2% Soyaprotein-Lösung/Suspension mittels Magnetrührer dispergiert. 2 g MgO-Pulver wird zugefügt und dispergiert. Die erhaltene Suspension wird in 300 ml einer 1 Gew.-% von Hexamethyldiisocyanat-Lösung in Sonnenblümenöl: Span 80 (9,9:0,1 gew, %) mittels Rotor-Stator-Homogenisator (Rührgeschwindigkeit: 3000 UpM) dispergiert. Die Suspension wird bei 40°C für eine Stunde mittels Propellerrührer bei 300 UpM gerührt. Die erhaltene Suspension (Kern-Schale-Verkapselung) wird filtriert und der Filterkuchen wird in eine Papiertüte gelegt und die Tüte für 24 Stunden unter Wasser gelagert. Die Tüte wird zum Abtropfen von überschüssiger Flüssigkeit für 10 Stunden auf ein Metallgitter gelegt. Eine oder mehrere Tüten werden in einen Metallgitterkorb (5 mm Masche) gelegt und für 3 Wochen in einem Fluss unter Wasser gelagert. Nach 3 Wochen werden die Tüten herausgenommen, zerschnitten oder geschreddert, getrocknet und anschließend als Dünger verwendet. Die erhaltenen Kapseln setzen langsam pflanzenverfügbaren Phosphor frei. Das Sonnenblumenöl und Metallgitterkorb können wiederverwendet werden.10 ml of an aqueous suspension of vital Bacilluspumilus is dispersed in 100 ml of a 2% soy protein solution/suspension using a magnetic stirrer. 2 g MgO powder is added and dispersed. The suspension obtained is dispersed in 300 ml of a 1% by weight solution of hexamethyldiisocyanate in sunflower oil: Span 80 (9.9:0.1% by weight) using a rotor-stator homogenizer (stirring speed: 3000 rpm). The suspension is stirred at 40° C. for one hour using a propeller stirrer at 300 rpm. The suspension obtained (core-shell encapsulation) is filtered and the filter cake is placed in a paper bag and the bag is placed under water for 24 hours. The bag is placed on a metal grid to drain excess liquid for 10 hours. One or more bags are placed in a metal mesh basket (5mm mesh) and submerged in a river for 3 weeks. After 3 weeks, the bags are taken out, cut up or shredded, dried and then used as fertilizer. The capsules obtained slowly release plant-available phosphorus. The sunflower oil and metal mesh basket can be reused.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Claims (10)

Mikrokapseln umfassend eine Hüllkomponente umfassend einen oder mehrere Stoffe aus der Gruppe, bestehend aus Polymeren, Lipiden und Wachsen, und eine Aktivkomponente umfassend Ammoniummagnesiumphosphat-bildende Bakterien und eine Magnesiumquelle, wobei die Aktivkomponente in der Hüllkomponente verkapselt ist.comprising microcapsules a shell component comprising one or more substances from the group consisting of polymers, lipids and waxes, and an active component comprising ammonium magnesium phosphate-forming bacteria and a source of magnesium, wherein the active component is encapsulated in the shell component. Mikrokapseln gemäß Anspruch 1, wobei der oder die Stoffe der Hüllkomponente eine Polymer-, Lipid- und/oder Wachsmatrix, bevorzugt Polymermatrix, bilden, in der die Aktivkomponente verkapselt ist (Matrixverkapselung), und/oder wobei der oder die Stoffe der Hüllkomponente eine Polymer-, Lipid- und/oder Wachsschale, bevorzugt Polymerschale, bilden, die einen Kern umschließt, und wobei die Aktivkomponente im Kern verkapselt ist (Kern-Schale-Verkapselung).Microcapsules according claim 1 , where the substance or substances of the shell component form a polymer, lipid and/or wax matrix, preferably polymer matrix, in which the active component is encapsulated (matrix encapsulation), and/or where the substance or substances of the shell component have a polymer, lipid and/or wax shell, preferably polymer shell, which encloses a core, and wherein the active component is encapsulated in the core (core-shell encapsulation). Mikrokapseln gemäß dem Anspruch 1 oder 2, wobei die Hüllkomponente ein oder mehrere Polymere umfasst aus der Gruppe, bestehend aus Stärke, Stärkeblends, Polysacchariden, und Proteinen.Microcapsules according to claim 1 or 2 , wherein the shell component comprises one or more polymers from the group consisting of starch, starch blends, polysaccharides, and proteins. Mikrokapseln gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Hüllkomponente mindestens durchlässig ist für Wasser und wasserlösliche Phosphat- und Ammoniumsalze.Microcapsules according to any of Claims 1 until 3 , wherein the shell component is at least permeable to water and water-soluble phosphate and ammonium salts. Mikrokapseln gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Ammoniummagnesiumphosphat-bildenden Bakterien Struvit (NH4MgPO4 · 6H2O)-bildende Bakterien sind, bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Brevibacterium antiquum, Enterobacter spp., Bacillus pumilus, Myxococcus xanthus , Proteus mirabilis, Idiomarina loihiensis, Shewanella oneidensis, Halobacterium salinarum und Mischungen davon.Microcapsules according to any of Claims 1 until 4 , wherein the ammonium magnesium phosphate-forming bacteria are struvite (NH 4 MgPO 4 · 6H 2 O)-forming bacteria, preferably selected from the group consisting of Brevibacterium antiquum, Enterobacter spp., Bacillus pumilus, Myxococcus xanthus , Proteus mirabilis, Idiomarina loihiensis, Shewanella oneidensis, Halobacterium salinarum and mixtures thereof. Mikrokapseln gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Magnesiumquelle ein anorganisches Magnesiumsalz ist, welches eine Löslichkeit von unter 10 g/L(Wasser) bei 20°C aufweist.Microcapsules according to any of Claims 1 until 5 , wherein the magnesium source is an inorganic magnesium salt having a solubility below 10 g/L(water) at 20°C. Mikrokapseln gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Magnesiumquelle ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Magnesiumsulfat und-sulfit, Magnesiumnitrat und -nitrit, Magnesiumphosphat, Magnesiumoxide, Magnesiumhalogenide, Magnesiumcarbonat, Magnesiumhydroxid, magnesiumhaltige Mineralien, und Mischungen davon.Microcapsules according to any of Claims 1 until 6 wherein the source of magnesium is selected from the group consisting of magnesium sulfate and sulfite, magnesium nitrate and nitrite, magnesium phosphate, magnesium oxides, magnesium halides, magnesium carbonate, magnesium hydroxide, magnesium-containing minerals, and mixtures thereof. Ein Verfahren zur Herstellung der Mikrokapseln gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Verfahren die Herstellung von Mikrokapseln durch ionische Vernetzung, Sprühtrockung, Erstarrung, Oberflächenpolymerisation, Suspensionspolymerisation oder einem Sol-Gel Prozess umfasst.A method for producing the microcapsules according to any one of Claims 1 until 7 , wherein the method comprises the production of microcapsules by ionic crosslinking, spray drying, solidification, surface polymerisation, suspension polymerisation or a sol-gel process. Ein Verfahren zur Herstellung eines phosphorhaltigen Düngemittels, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: In Kontakt bringen von Mikrokapseln gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 mit einem phosphorhaltigen Wasser, Bilden von Ammoniummagnesiumphosphat innerhalb der Mikrokapseln durch die Ammoniummagnesiumphosphat-bildenden Bakterien, Entfernen der Mikrokapseln umfassend Ammoniummagnesiumphosphat aus dem Wasser.A process for preparing a phosphorus fertilizer, the process comprising the steps of: contacting microcapsules according to any one of Claims 1 until 7 with a phosphorus-containing water, forming ammonium magnesium phosphate within the microcapsules by the ammonium magnesium phosphate-forming bacteria, removing the microcapsules containing ammonium magnesium phosphate from the water. Ein phosphorhaltiges Düngemittel erhältlich oder erhalten nach dem Verfahren gemäß Anspruch 9.A phosphorus fertilizer obtainable or obtained by the method according to claim 9 .
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