DE102021117120B4 - Method for producing a phosphorus-containing fertilizer using microcapsules comprising ammonium magnesium phosphate-producing bacteria and a magnesium source - Google Patents
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Abstract
Ein Verfahren zur Herstellung eines phosphorhaltigen Düngemittels, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:In Kontakt bringen von Mikrokapseln mit einem phosphorhaltigen Wasser,Bilden von Ammoniummagnesiumphosphat innerhalb der Mikrokapseln durch Ammoniummagnesiumphosphat-bildende Bakterien,Entfernen der Mikrokapseln umfassend Ammoniummagnesiumphosphat aus dem Wasser,wobei die Mikrokapseln umfassen:eine Hüllkomponente umfassend einen oder mehrere Stoffe aus der Gruppe, bestehend aus Polymeren, Lipiden und Wachsen, undeine Aktivkomponente umfassend Ammoniummagnesiumphosphat-bildende Bakterien und eine Magnesiumquelle,wobei die Aktivkomponente in der Hüllkomponente verkapselt ist.A method for producing a phosphorus-containing fertilizer, the method comprising the steps of: contacting microcapsules with a phosphorus-containing water, forming ammonium magnesium phosphate within the microcapsules by ammonium magnesium phosphate-forming bacteria, removing the microcapsules comprising ammonium magnesium phosphate from the water, the 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 magnesium source, the active component being encapsulated in the shell component.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines phosphorhaltigen Düngemittels unter Verwendung von Mikrokapseln umfassend Ammoniummagnesiumphosphat-bildende Bakterien und eine Magnesiumquelle.The present invention relates to a method for producing a phosphorus-containing fertilizer using microcapsules comprising ammonium magnesium phosphate-forming bacteria and a magnesium source.
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 essential for use in agriculture. In addition to the desired benefits, the discharge of such fertilizers onto plants and fields can lead to an undesirable increase in the phosphorus or phosphate content in water bodies or rivers. Wastewater from households or industries can also contribute to the increase in phosphorus in water bodies despite treatment. If a body of water exceeds a certain phosphorus content, this is also referred to as eutrophication of a body of water. The consequence of excessive nutrient content is excessive growth of aquatic plants and an associated deterioration in water quality.
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, phosphorus-containing substances are removed as much as possible from industrial and household wastewater and sewage sludge. One way to remove phosphorus from wastewater 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 can therefore be recycled as fertilizer. Ideally, the phosphorus cycle can be closed at least in part by reusing struvite precipitated from wastewater as fertilizer.
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 wastewater or sewage sludge are often CO 2 - and energy-intensive, have a residual concentration of phosphorus that is too high, or enrich struvite in a form that is not or only partially suitable for direct reuse. As a rule, complex separation processes are necessary to obtain struvite of sufficient quality from phosphate-containing sludges and wastewater. In water treatment plants, these separation processes can include precipitation, centrifugation, filtration, etc. Such processes are largely limited to wastewater and are not suitable for removing phosphorus from open waters such as rivers, lakes or the seas.
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.Microbiological processes have recently been investigated as an alternative to chemical struvite precipitation from wastewater. In these processes, phosphorus mineralizing bacteria are used to convert dissolved phosphorus into struvite. However, these procedures are in need of further improvement.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes oder zumindest alternatives Verfahren auf Basis von phosphormineralisierenden Bakterien zu entwickeln, welches sich dazu eignet, gelösten Phosphor in Form eines Ammoniummagnesiumphosphats aus phosphorhaltigem Wasser zu entfernen. Das Verfahren sollte ferner dazu geeignet sein, das gebundene Ammoniummagnesiumphosphat als Düngemittel nutzbar zu machen.The invention is based on the object of developing an improved or at least alternative process 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 process should also be suitable for making the bound ammonium magnesium phosphate usable as a fertilizer.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Die Aufgabe wird durch das Bereitstellen des erfindungsgemäßen Verfahrens gelöst.The task is solved by providing the method according to the invention.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Düngemittels unter Verwendung der hierin beschriebenen Mikrokapseln.One aspect of the invention relates to a method of producing a fertilizer using the microcapsules described herein.
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.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 includes ammonium magnesium phosphate-producing bacteria and a magnesium source. The active component is encapsulated in the shell component.
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.
- Bringing microcapsules according to the present invention into contact with water containing phosphorus,
- Formation of ammonium magnesium phosphate within 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 Mikrokapseln in der Regel wesentlich größer als chemisch gefälltes Ammoniummagnesiumphosphat, das normalerweise Teilchendurchmesser im Bereich weniger Mikrometer aufweist. Dadurch sind die Mikrokapseln im Vergleich zu gefälltem Struvit deutlich leichter von einem wässrigen Medium abzutrennen. Ein zusätzlicher, technisch aufwendiger Trennschritt ist bei dem erfindungsgemäßen 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 magnesium source in microcapsules, preferably polymeric microcapsules. By providing the magnesium source 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 introduced into water containing phosphorus (e.g. a body of water or wastewater), 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 within the capsules. The ammonium magnesium phosphate formed cannot easily penetrate the capsule wall and is therefore enriched within the microcapsule. What is particularly advantageous is 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 necessary. In addition, the microcapsules are usually significantly larger than chemically precipitated ammonium magnesium phosphate, which normally has particle diameters in the range of a few micrometers. This makes the microcapsules much easier to separate from an aqueous medium compared to precipitated struvite. An additional, technically complex separation step is therefore not necessary in the 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 fertilizer.
Im folgenden Abschnitt wird die vorliegende Erfindung genauer beschrieben.The following section describes the present invention in more detail.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
Mikrokapseln und deren HerstellungMicrocapsules and their production
Hier beschrieben werden 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.Described here 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 includes ammonium magnesium phosphate-forming bacteria and a magnesium source, 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.For the present description and claims, the term “comprising” or “comprising” means that the specified features are included in the product or process, but the presence of other features is not excluded. For the purposes of the present description 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” in the sense of the present invention is not to be understood as restrictive 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 by choosing 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 of 50 µm to 20 mm. Preferably the microcapsules have a diameter in the range from 100 µm to 12 mm, and particularly preferably from 400 µm to 12 mm. For example, the microcapsules can have a diameter in the range of 500 μm to 5 mm.
Die 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 include a shell component and an active component. The microcapsule preferably consists essentially of the shell component and the active component. The microcapsules can also only consist 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 to mean that the shell component forms a solid structure of the capsule that is suitable for enclosing substances inside. The term “active component” can preferably be understood as the components of the microcapsule that are contained inside the shell component are closed. The active component can thus be immobilized by the shell component and, if necessary, protected from external influences. Microcapsules with a shell component and an active component encapsulated therein are generally known in the art.
Die Hüllkomponente der 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 includes 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 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 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, the active component being encapsulated in the core. This type of microencapsulation is also known as core-shell encapsulation. In a specific embodiment of the present invention, the substance(s) 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 in 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 materials 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 microencapsulating active components are known in the art. In principle, the shell component can comprise any polymer that is suitable for forming a microcapsule. These include synthetic polymers, such as polyacrylates, polyurethanes, polyphosphazenes, or biologically based polymers. Preferably, the shell component comprises or is based on a biodegradable polymer. Biodegradable polymers are known to those skilled in the art. The shell component can also include multiple polymers, such as two or three polymers that ionically interact with each other or are crosslinked.
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 shell component may comprise one or more lipids or waxes. A lipid or a wax for forming a particle matrix, a capsule shell or a combination thereof for microencapsulation of active components are also known in the art. Here too, the shell component can in principle comprise any lipid or wax that is suitable for forming a microcapsule. These include, among others, 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 for the shell component to comprise a combination of substances selected from the group consisting of polymers, lipids and waxes. For example, the shell component may comprise a polymer and a lipid. Microcapsules are known in the prior art, the shell components of which are made up of a polymer and a lipid.
Die Hüllkomponente der Mikrokapseln umfasst vorzugweise ein oder mehrere Polymere. Die Hüllkomponente der Mikrokapseln kann (im Wesentlichen) aus einem oder mehreren (z.B. ein bis drei) Polymeren bestehen.The shell component of the microcapsules preferably comprises one or more polymers. The shell component of the microcapsules 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 (eg 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 based on renewable raw materials. Biologically based polymers include starches, starch blends, polysaccharides (e.g. cellulose products, chitosan, chitin) and proteins (e.g. casein, gelatin) as well as lignin. The envelope component can also be 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 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. This allows the shell component of the microcapsules to decompose into fundamentally harmless components at an acceptable rate, for example after being discharged into a field. This has the advantage that the microcapsules loaded with ammonium magnesium phosphate can be used directly as fertilizer without causing any significant contamination of the soil 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 (e.g. polylysine, polyethyleneimine, hexamethyl diisocyanate).
Geeignete Polysaccharide sind zum Beispiel, aber nicht ausschließlich, Alginate (z.B. Calciumalginate), Carrageene (z.B. Kalium-κ-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-κ-carrageenan), pectin, chitosan, cellulose or cellulose sulfate. 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, wherein the polymer or polymers form 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 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 may include additives that promote 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 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 is preferably permeable to certain substances (semipermeable membrane), and thus allows an exchange between the active component and the environment of the microcapsule, for example a body of water. The shell component is preferably 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 poorly 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 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 water, wastewater or sewage sludge. Preferably, the shell component of the microcapsules is stable in water and/or under the conditions in water, wastewater or sewage sludge over a period of several weeks. This ensures that the microcapsules 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 bacteria that produce ammonium magnesium phosphate must at least partially be vital bacteria. “Partially vital” means 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 formed by the bacteria is preferably struvite (NH 4 MgPO 4 ·6H 2 O). Ammonium magnesium phosphate-forming, preferably struvite-forming, bacteria are known in the prior art. It is also known that phosphorus accumulation 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 mineralize comparatively high 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.The active component also includes a source of magnesium. The term “magnesium source” in the context of the invention means that the active component comprises 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, among others, 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 barely soluble magnesium salt, in particular inorganic magnesium salt. The magnesium source can be an inorganic magnesium salt which has a solubility of less than 10 g/L (water) at 20°C, preferably less than 1 g/L (water) at 20°C (e.g. less than 0.2 g/L (water) at 20 °C). Suitable salts include, for example, magnesium oxide, magnesium carbonate, and synthetic or natural magnesium minerals (e.g. dolomite). In one embodiment, the magnesium source 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 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. Slightly or barely soluble magnesium salts are often less complicated to produce and are therefore usually more cost-effective. In addition, poorly or barely soluble magnesium salts cannot be dissolved or diffused out of the microcapsule or only to a small extent in an aqueous environment. In this way, the magnesium source 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 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 additionally include other components that are beneficial for the vitality of the bacteria or the functionality of the microcapsules. 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 comprises a growth medium and/or an additive to promote the vitality of the bacteria.
Außerdem wird hierin ein Verfahren zur Herstellung der Mikrokapseln beschrieben. Das Verfahren umfasst die Herstellung von Mikrokapseln durch ionische Vernetzung, Sprühtrockung, Erstarrung, Oberflächenpolymerisation, Suspensionspolymerisation oder einem Sol-Gel Prozess.A process for producing the microcapsules is also described herein. The process includes the production of microcapsules by ionic crosslinking, spray drying, solidification, surface polymerization, suspension polymerization 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 processes for producing microcapsules and microencapsulated microorganisms are known in the art. This technology is used extensively in the pharmaceutical sector and in nutritional science.
Grundsätzlich können folgende Prinzipien zur Kapselherstellung und Trägerpartikelherstellung verwendet:
- 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. 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. 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. 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.
- 1. Ionic crosslinking: Aqueous solutions of polycations, polyanions, bacteria and/or auxiliary additives are dripped, sprayed or mixed into aqueous solutions of polyanions or polycations. This creates water-insoluble core-shell microcapsules or matrix capsules that contain bacteria.
- 2. Spray drying: Water-soluble polymers are mixed with a bacterial suspension and auxiliary additives and sprayed using spray drying. During spray drying, the water evaporates and particles containing bacteria are formed.
- 3. Solidification: Mostly low-melting waxes and fats are mixed in a molten state with a bacterial suspension and dispersed in a more continuous phase. When the temperature drops, the droplets become solid and can be isolated in the form of bacteria-containing particles.
- 4. Surface polymerization, suspension polymerization 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 carried out by adding further components or
- Temperature increase initiated. After polymerization is complete, 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 (
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 producing certain microcapsules are commercially available. Encapsulation devices are also commercially available (e.g. Encapsulator B-390 from Büchi).
Vorzugsweise umfasst das Verfahren die Herstellung von Mikrokapseln mittels ionischer Vernetzung.The method preferably includes the production of microcapsules using ionic crosslinking.
Das 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.
- Providing an aqueous suspension comprising the ammonium magnesium phosphate-forming bacteria,
- Providing the magnesium source,
- Providing a polymer composition,
- Mixing the aqueous suspension comprising the ammonium magnesium phosphate-forming bacteria, the magnesium source and the polymer composition to obtain a starting suspension,
- adding the starting suspension to an aqueous composition comprising a precipitation reagent and/or a crosslinker to form the microcapsules,
- if necessary, isolating the microcapsules.
Das 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 preferably comprises, in one step, providing 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 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 preferably comprises providing the magnesium source in one step. The magnesium source can be provided in solid form (e.g. as a powder) or in liquid form (e.g. aqueous solution or aqueous suspension).
In einem weiteren Schritt umfasst das 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 preferably comprises providing a polymer composition. The polymer composition is preferably a polymer solution. The polymer composition preferably comprises a precursor of the shell component. For example, sodium alginate is a precursor to calcium alginate as a shell component (matrix encapsulation). The precursors of the possible shell components are known. Typically the polymer composition can be provided in the form of a 0.1 to 5% polymer solution
Der nachfolgende Schritt des 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 process preferably involves mixing the aqueous suspension comprising the ammonium magnesium phosphate-producing bacteria, the magnesium source and the polymer composition to obtain a starting 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 involves adding the starting suspension to an aqueous composition comprising a precipitation reagent and/or a crosslinker in order to form the microcapsules. In this context, a “precipitation reagent” is any compound that, in sufficient quantities, leads to the formation of microcapsules through interaction with the starting suspension. Preferably, ionic crosslinking of the precipitation reagent with the precursor of the shell component leads to the formation of the microcapsules. The precipitation reagent and/or the crosslinker 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 precipitation reagent for producing calcium alginate matrix encapsulations.
Für das Verfahren zur Herstellung der 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 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 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 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 for producing the microcapsules that the ammonium magnesium phosphate-producing bacteria at least partially survive the process. The microcapsules obtained include ammonium magnesium phosphate-forming bacteria that are at least partially vital. Depending on the bacterial strain used (naturally occurring or genetically modified), the optimal bonds for the process can vary in terms of pH, temperature, medium, etc. The process, and in particular the steps of mixing the starting suspension and/or forming the microcapsules, can be carried out in a temperature range of 0 to 80°C, preferably 10 to 60°C, even more preferably 20 to 35°C. In addition, the process, and in particular the steps of mixing the starting suspension and/or forming the microcapsules, can be carried out in a pH range of 3 to 10, preferably 5 to 9, even more preferably 6 to 8. According to a preferred embodiment, the method, and in particular the steps of mixing the starting suspension and/or forming the microcapsules, in a temperature range of 0 to 80 ° C, is preferred 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, even 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 grains, talc), components of a growth medium (e.g. minerals, saccharides), components to promote the vitality of the bacteria, and/or optionally poorly soluble ingredients of a fertilizer (e.g. microelements) can be used before, during or after capsule formation be added.
Nach Bildung der Mikrokapseln kann das Verfahren weitere Schritt umfassen. Zum Beispiel können die Mikrokapseln aus der Reaktionsmischung isoliert werden (Filtrieren, Absaugen, Trocknen, usw.).After the microcapsules have been formed, the process can include further steps. For example, the microcapsules can be isolated from the reaction mixture (filtration, suction, drying, etc.).
Erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines DüngemittelsMethod according to the invention for producing a fertilizer
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Düngemittels unter Verwendung der hier beschriebenen 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.
- Bringing microcapsules according to the present invention into contact with water containing phosphorus,
- Formation of ammonium magnesium phosphate within 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: bringing the microcapsules into contact with water containing phosphorus.
Die 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 are preferably enclosed in a container which is permeable to at least water and water-soluble salts. Suitable containers are mesh cages (e.g. made of metal, plastic), bags and textile bags. This makes handling the microcapsules easier and allows the capsules to be easily inserted and removed from the water. Biodegradable containers can be used so that the entire container, if necessary after shredding, can be used as fertilizer.
Prinzipiell eignet sich jedes phosphorhaltige Wasser zur Anwendung der 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 water containing phosphorus is suitable for using the microcapsules. The phosphorus-containing water is preferably a phosphate-containing water. The phosphorus-containing water can be any natural body of water, e.g. a lake, a pond, a sea or a river. The phosphorus-containing water can also be wastewater or sewage sludge, e.g. in a sewage treatment plant (including effluent and partially treated wastewater). 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 partially treated). Consequently, the phosphorus-containing water, preferably the phosphate-containing water, may be a natural water, a wastewater, a sewage sludge or a 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.The method then includes the step of: forming ammonium magnesium phosphate within the microcapsules by the ammonium magnesium phosphate-forming bacteria. This step can in principle be carried out over a period of a few days to a few months or longer. Typically the step can be completed over 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 absorb the dissolved phosphorus and/or phosphate and convert it into an ammonium magnesium phosphate, preferably struvite, by absorbing magnesium ions from the magnesium source. The product formed cannot easily penetrate the capsule wall. The ammonium magnesium phosphate, preferably struvite, is thus enriched 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: 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 together with the container as described above. The microcapsules can also be dried in an additional step.
Das Düngemittel, das nach dem hier beschriebenen Verfahren erhältlich ist oder erhalten wird, umfasst ein Ammoniummagnesiumphosphat, vorzugsweise Struvit. Außerdem kann das Düngemittel 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.The fertilizer obtainable or obtained by the process described herein comprises an ammonium magnesium phosphate, preferably struvite. In addition, the fertilizer may comprise microcapsules or degradation products thereof. The fertilizer may include, for example, ammonium magnesium phosphate (e.g. struvite), microcapsules comprising a shell component a polymer, ammonium magnesium phosphate-producing bacteria (vital or dead), and optionally a source of magnesium.
Das 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 has several advantages. On the one hand, due to the encapsulation and/or the solubility of the phosphate salt, it can release phosphate into a soil in a controlled manner over a longer period of time. It can therefore act as a so-called controlled release fertilizer (CRF). The general advantages of CRF for phosphate fertilization are well known. Through a controlled release of phosphorus or phosphate, the absorption of nutrients by the soil is optimized and their spread in the environment, especially in groundwater, is greatly restricted. 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, thus acting as a water reservoir.
Ferner wird hierin ein Verfahren zur Entfernung von Phosphor aus einem phosphorhaltigen Wasser beschrieben. Das Verfahren umfasst die Schritte:
- In Kontakt bringen der hierin beschriebenen Mikrokapseln mit einem phosphorhaltigen Wasser,
- Bilden von Ammoniummagnesiumphosphat innerhalb der Mikrokapseln durch die Ammoniummagnesiumphosphat-bildenden Bakterien,
- Entfernen der Mikrokapseln umfassend Ammoniummagnesiumphosphat aus dem Wasser.
- Bringing the microcapsules described herein into contact with water containing phosphorus,
- Formation of ammonium magnesium phosphate within 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 vorliegende Offenbarung ebenfalls die Verwendung der Mikrokapseln zur Entfernung von Phosphor aus einem phosphorhaltigen Wasser.Accordingly, the present disclosure also relates to the use of the microcapsules for removing phosphorus from a 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 with vital Bacillus pumilus bacteria is dispersed in 100 ml of a 2% sodium alginate solution using a magnetic stirrer. 0.2 g of MgO powder is then 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 cannula. 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 removed from the bag and used as fertilizer. The capsules act as water reservoirs 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 dropped into 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 lockable 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 water reservoirs 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 of 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 for 2 hours to drain excess liquid. One or more bags are placed in a metal mesh basket (5 mm mesh) and stored in a river underwater for 3 weeks. After 3 weeks, the bags are removed, cut up or shredded and used as fertilizer. The capsules act as water reservoirs 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 Bacillus pumilus is dispersed in 100 ml of a 2% sodium cellulose sulfate solution using a magnetic stirrer. 2 g of MgO powder is added and dispersed. The suspension obtained is dropped into 1 L of a 2% by weight chitosan solution (pH 5) using a peristaltic pump and syringe cannula. The capsules obtained (core-shell encapsulation, diameter 1-2 mm) are placed in a plastic mesh bag (1 mm mesh). The bag is placed in a waste digester for 2 weeks. After 2 weeks the bag is removed, the particles are taken out and used as fertilizer. The capsules act as water reservoirs in the soil and slowly release plant-available phosphorus. The plastic mesh 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 Bacillus pumilus is dispersed in 100 ml of a 2% cellulose sulfate (DS 1.5) solution using a magnetic stirrer. 2 g of 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 water reservoirs 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 of MgO powder is added and dispersed. The resulting suspension 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 lockable metal mesh basket (2 mm mesh). The metal mesh basket is installed on 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 water reservoirs 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 Bacillus pumilus is dispersed in 100 ml of a 2% soy protein solution/suspension using a magnetic stirrer. 2 g of MgO powder is added and dispersed. The suspension obtained is dispersed in 300 ml of a 1% by weight of hexamethyl diisocyanate solution 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 stored under water for 24 hours. The bag is placed on a metal grid for 10 hours to drain excess liquid. One or more bags are placed in a metal mesh basket (5 mm mesh) and stored underwater in a river for 3 weeks. After 3 weeks, the bags are removed, cut 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.
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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