WO1992003534A1

WO1992003534A1 - Vorrichtung zur beaufschlagung flüssiger medien mit gasförmigen stoffen

Info

Publication number: WO1992003534A1
Application number: PCT/DE1991/000608
Authority: WO
Inventors: Edmund Biller; Eberhard Bock
Original assignee: Edmund Biller; Eberhard Bock
Priority date: 1990-08-28
Filing date: 1991-07-27
Publication date: 1992-03-05
Also published as: EP0554255A1; AU8218791A; DE4027126C1; ATE133197T1; DK0554255T3; JPH06508981A; DE9117022U1; GR3019661T3; DE59107291D1; EP0554255B1; US5482859A; ES2084823T3

Abstract

Die Vorrichtung zur Beaufschlagung flüssiger Medien mit gasförmigen Stoffen besteht aus einer Zahl gasdurchlässiger und die flüssigen Medien enthaltenden Hohlkörpermembranen, die im Abstand zueinander und von den gasförmigen Stoffen anströmbar angeordnet sind. Eine solche Vorrichtung läßt sich insbesondere zur Luftreinigung verwenden. Gasförmige Stoffe wie z.B. Stickoxide können mit Hilfe dieser Vorrichtung umgesetzt werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich aber auch zur Beaufschlagung von Rein- oder Mischkulturen verschiedener Mikroorganismen, wodurch vor allem Erkenntnisse über die Toxizitäten einzelner Stoffe gewonnen werden können.

Description

Vorrichtung zur Beaufschlagung flüssiger Medien mit gasförmigen Stoffen

Häufig, insbesondere bei biologischen Prozessen, müssen flüssige Medien mit gasförmigen Stoffen beaufschlagt werden. Hierbei stellt sich für den zu überführenden Stoff ein Gleichgewicht zwischen den beiden Phasen ein, das abhängig ist von der Konzentration des jeweiligen Stoffes in der Gasphase . In vielen Fällen liegen die Konzentrationen der gasförmigen Stoffe allerdings so niedrig, daß eine ausreichende Überführung in die flüssige Phase nicht oder nur unzureichend möglich ist. Dies gilt vor allem in den Fällen, in denen die Löslichkeit des Gases nicht durch Druckerhöhung gesteigert werden kann.

Die Überführung gasförmiger Stoffe in flüssige Medien spielt vor allem bei biologischen Systemen eine wichtige Rolle. Um Mikroor¬ ganismen wie z.B. Bakterien oder eukariotische Zellen mit gas¬ förmigen Stoffen zu versorgen, müssen diese Stoffe zunächst in dem wässrigen Medium gelöst werden, in dem sich die Mikroorga- nismen befinden. Erst von hier aus gelangen diese Stoffe unmit¬ telbar an die Mikrooganismen heran. Bei diesen Systemen ergibt sich jedoch die zusätzliche Schwierigkeit, daß mit den gasför¬ migen Stoffen häufig Fremdkeime und toxische Verbindungen über¬ tragen werden, die unerwünscht sind.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vor- ricntung zur Beaufschlagung flüssiger Medien mit gasförmigen Stoffen bereitzustellen, mit der die geschilderten Nachteile be¬ seitigt werden können.

Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der Aufgabe dadurch, daß eine Zahl von gasdurchlässigen und die flüssigen Medien enthaltenden Hohlkörpermenbran im Abstand zueinander und von den gasförmigen Stoffen anströmbar angeordnet sind.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung werden durcn die Unteran- sprüche beschrieben und nachfolgend anhand der in den Zeichnun¬ gen als oevorzugt dargestellten Ausführungsformen näher erläu¬ tert . Es zeiσt : Fig. la die erfindungsgemäße Vorrichtung i einer scnemat sehen Seitenansicht im Schnitt A-A,

Fig. 1b die Vorrichtung in einem schematischen Querschnitt 3-E,

Fig. 2a die Anordnung der einzelnen Hohlkörpermembranen in einer perspektivischen Seitenansicht,

Fig. 2b den Ausschnitt A in einer vergrößerten Darstellung,

Fig. 3a eine Hohlkörpermembran in einer schematischen Seiten¬ ansicht,

Fig. 3b eine Hohlkörpermembran im schematischen Längsschnitt C-C ,

Fig. 3c eine Hohlkörpermembran im schematischen Querschnitt D-D,

Fig. 4a jeweils eine Hohlkörpermembran in einem schematischen und 4b Längsschnitt,

Fig. 4c eine Hohlkörpermembran in einem schematischen Quer¬ schnitt,

Fig. 4d den Ausschnitt B einer Hohlkörpermembran,

Fig. 4e den Ausschnitt C einer Hohlkörpermembran,

Fig. 5 die Anordnung miteinander kombinierter Einzelvor¬ richtungen im Schnitt.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung X zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt in einer bevorzugten Ausge- staltung einen reaktorähnlichen Aufbau mit einem geschlossenen

Gehäuse 2, in dem eine Zahl von Hohlkörpermembranen 1 im Abstand zueinander angeordnet ist. Diese Hohlkörpermembranen 1 bilden zusammen ein Membranmodul, das mit dem Gehäuse 2 fest oder lösbar verbunden sein ann. Die einzelnen Hohlkörpermembranen 1 sind mit einem wässriσen Medium befüllt und werden von einem gasförmigen Medium angeströmt. Die Strömung verläuft dabei bevorzugt parallel zu den Außenflächen der Hohlkörpermembranen, um auf diese Weise eine Diffusion der Gase möglichst über die gesamte Membran verteilt zu erreichen. Am unteren Ende 13 des Gehäuses 2 kann ein Boden 20 ausgebildet sein, der einzelne

Gaseir.iaßöffnungen 15 aufweist. Durch die Gaseiniaßöffnungen 15 gelangt das Medium zu den Hohlkörpermembranen 1. Um einen mög¬ lichst geringen Strömungswiderstand zu erreichen, kann der Boden 20 auch fehlen. Je nach Anwendungsfall kann die Vorrichtung X unmittelbar in einen vorhandenen Gasstrom eingebracht werden. Andererseits ist es möglich, das zu reinigende Medium über Transferleitungen 21 heranzuführen und in die Vorrichtung X ein¬ zuspeisen. Nachdem das gasförmige Medium die Hohlkörpermembranen 1 passiert hat, tritt es am oberen Ende 14 des Gehäuses 2 aus. In einer Abdeckung 22 sind hierzu einzelne Auslaßöffnungen vor¬ gesehen. Es kann aber auch eine zentrale Gasauslaßöffnung 16 ausgebildet sein.

Je nach Zustand der zu überführenden Medien empfiehlt es sich, für die Hohlkörpermembranen 1 eine klimatisierte Umgebung zu er¬ zeugen, um Austrocknungen der in den Hohlkörpermembranen 1 ent¬ haltenen Flüssigkeiten zu verhindern. Die relative Luftfeuch¬ tigkeit wird hierzu bevorzugt auf Werte zwischen 50% und 100% eingestellt, wobei eine definierte Klimazufuhr über Zuführlei- tungen 23 erfolgen kann und die Klimaabluft z.B. über eine zen¬ tral angeordnete Klimaabluftleitung 24 geführt wird. Durch eine m Mantel 11 angeordnete Temperiervorrichtung 12 kann die Tem¬ peratur der eingeströmten Medien bis zur Taupunktnähe abgesenkt werden. Auf diese Weise wird eine gleichbleibend hohe Luftfeuchtigkeit erzeugt. Die Temperiervorrichtung kann als kombinierter Heiz- und Kühlmantel ausgebildet sein und einen So- lezuiauf 25 und einen Soleablauf 26 aufweisen. Insgesamt kann so die Temperatur auf beliebige Werte eingestellt werden, je nach zu beaufschlagenden Medien. Unter Umständen kann auch ein Atmo- sphärenüber- oder Unterdruck vorteilhaft sein, wenn das gasför- mige Medium eine geringe oder hohe Löslichkeit besitzt.

Je nach Temperatur und relativer Luftfeuchtigkeit des einge¬ strömten, gasförmigen Mediums kann eine Mantelisolierung vorge- r.ommer. werden, durch die die Temperatur in der Vorrichtung X na- nezu konstant und im angegebenen Bereich gehalten werden kann. Bei Temperaturen unterhalb von z.B. 0⁼C oder oberhalb von z.B. 50^CC sollte die Mantelisoiierung zusätzlich zur Temperiervor¬ richtung angebracht sein.

Die Anordnung der Hohlkörpermembranen 1 ist in Fig. 2a darge¬ stellt. In einer besonderen Ausführungsform erkennt man einzelne Hohlkörpermembranen ^"___. , die hier taschenförmig mit einem flächi¬ gen Zuschnitt ausgebildet und parallel zueinander angeordnet sind. Jeweils zwischen zwei Hohlmembranen 1 sind Abstandsele¬ mente 3 vorgesehen. Diese können stabförmig ausgebildet sein und einen beliebigen, vorzugsweise rechteckigen Querschnitt auf¬ weisen. Sie erstrecken sich entlang der seitlichen Endabschnitte 27, 28 der einzelnen Hohlkörpermembranen 1 und besitzen einen Querschnitt, so daß im Grunde ein beliebiger Abstand der einzelnen Hohlkörpermembranen 1 zueinander erreichbar ist. Je nach Strömungsgeschwindigkeit des gasförmigen Mediums sowie nach Art der verwendeten Hohlkörpermembranen 1 kann dieser etwa 2 mm betragen oder auch kleiner oder größer sein. Die Abstandsele- mente 3 stabilisieren gleichzeitig die Gesamtvorrichtung X. Sie können Bohrungen 29, 30 aufweisen, durch die Befestigungsbolzen 31, 32 geführt werden. Über Versehraubungen an den beiden Enden 33, 34 der Befestigungsbolzen 31, 32 können so die Hohl¬ körpermembranen zusammengehalten werden, wobei ein leicht hand- habbares Modul entsteht. Zur weiteren Stabilisierung können insbesondere die äußeren Abstandselernente 35, 36 endabschnitts- seitig miteinander verbunden sein. In einer nicht näher dargestellten Aus ührungsform sind die Abstandselemente 3 am Ge¬ häuse 2 angeformt und dienen auf diese Weise als Halterung für das Membranmodul.

Fig. 2b zeigt den Ausschnitt A, in dem einzelne Erhöhungen 5 auf der Oberfläche der Hohlkörpermembran zu erkennen sind. Diese Er¬ höhungen können durch Verstärkungen des Me branmaterials ausge- bildet sein und sollen den Abstand zwischen zwei benachbarten

Hohlkörpermembranen über die gesamte Seitenfläche gewährleisten.

Zur wiederholbaren Befüllung der Hohlkδrpermembranen I weisen diese an ihrem oberen Ende 6 eine gemeinsame Versorgungseinrich- tung S auf, wodurch sich die Hohlkörpermembranen 1 auch im ein- gebauten Zustand jederzeit befüilen lassen. Jede Hchikörper- embran 1 ist hierzu mit einer Zuleitung 9 und einer Ableitung 10 verbunden. Über die Zuleitung 9 gelangt das wässrige Medium m die Hohlkörpermembranen 1 und kann schließlich über die Ab- leitung 10 ausgetauscht werden.

Soll eine Kontamination durch unerwünschte Mikroorganismen ver¬ hindert werden, läßt sich das gesamte System sterilisieren. Die Hohlkörpermembranen 1 können auch z.B. mit Wasser vorgefüllt werden, das anschließend ausgetauscht wird. Die Füllung mit Was¬ ser soll verhindern, daß die Seiten 37, 38 der Hohlkörpermembra¬ nen während der Sterilisation miteinander verkleben. Für den Fall, daß die Hohlkörpermembranen 1 nur zum einmaligen Gebrauch vorgesehen sind, können Zuführeinrichtungen fehlen.

Eine einzelne Hohlkörpermembran 1 ist in Fig. 3a bis 3c darge¬ stellt. In einer bevorzugten Ausgestaltung weist diese Hohlkör¬ permembran 1 einen flächigen Zuschnitt auf. Die Hohlkörpermem¬ bran 1 ist allgemein taschenförmig ausgebildet und kann Verbin- d ngen 39 zwischen den Seiten 37, 38 aufweisen, die z.B. über punktförmige Verschweißungen oder Verklebungen erhältlich sind und über die gesamte Hohlkörpermembran 1 verteilt sein können.

Eine Möglichkeit zur Versteifung der Hohlkörpermembran 1 besteht darin, die Außenseiten 40, 41 mit dünnen Verfestigungselementen zu versehen, die z.B. als Längs- und Querfäden 42, 43 ausgebil-

R det sind und aus einem beständigen Material wie z.B. Teflon' be¬ stehen. Solche Versteifungselemente können aber auch in die Mem¬ branseiten 37, 38 eingelassen sein, um eine möglichst glatte Oberfläche der Membran zu erzeugen. Eine entsprechende Ausge¬ staltung der Hohlkörpermembran 1 zeigt Fig. 4a bis 4e. In Abbil¬ dung 4a erkennt man ferner, daß Zu- und Ableitungen zur Befül- lung der Hohlkörpermembran 1 auch an verschiedenen Seiten der Hohlkörpermembran 1 angeordnet sein können. Beispielsweise kann eine Zuleitung 47 an der Unterseite 48 und eine Ableitung 49 an der Oberseite 50 vorgesehen sein. Durch diese Anordnung wird es möglich, den Inhalt einer Hohlkörpermembran I jederzeit nahezu vollständiσ auszutauschen. Die Hchlkörper embranen 1 bestehen aus einem gasdurchlässigen Material. Dieses kann in einem weiten. Bereich temperaturbestän¬ dig sein und sich z.B. bei 121 ⁼C sterilisieren lassen. Das Ma¬ terial sollte mechanischen Belastungen widerstehen und weitge- hend resistent gegenüber chemischen Verbindungen sein. Als be¬ sonders vorteilhaft hat sich hierbei eine ca. 25 μm starke ?o- lyuretnanfolie erwiesen, die von verschiedenen Herstellern z.B. unter dem Handelsnamen Walopur (Wolff Walsrode AG) erhältlich ist. Diese kann längs- und/oder quergespritzt sein. Darüber hin- aus sind aber auch andere gasdurchlässige Materialien wie z.B. Silikcngummi verwendbar.

Die Hohlkörpermembranen 1 können auch schlauch- oder röhrenför¬ mig ausgebildet sein, wodurch ein Membranmodul aus einem Bündel von Hohlkörpermembranen gebildet wird, das den Vorteil einer flexiblen Anordnung hat und z.B. in gebogenen oder abgewinkelten Luftschächten eingesetzt werden kann.

Für den Fall, daß größere Mengen gasförmiger Stoffe überführt werden sollen, muß eine entsprechend große Oberfläche der Hohl¬ körpermembranen 1 vorliegen. Dies kann z.B. dadurch erreicht werden, daß eine Vielzahl von einzelnen Hohlkörpermembranen ne¬ beneinander angeordnet werden. Andererseits lassen sich aber auch mehrere Vorrichtungen X miteinander kombinieren, um auf diese Weise den Stoffaustausch insgesamt zu erhöhen. Hierzu wird das untere Ende 18 eines Gehäuses 2 mit dem oberen Ende 19 eines anderen Gehäuses 17 verbunden, so daß ein kontinuierlicher Gasstrom durch nacheinander angeordnete Membranmodule geleitet werden kann. Zwischen nebeneinander angeordneten Gehäusen 17, 46 können zusätzlich Verbindungselemente ausgebildet sein. 3ei einer solchen Kombination einzelner Vorrichtungen können auch die Versorgungseinrichtungen δ für einzelne Membranmodule untereinander verbunden sein. Hierzu wird eine gemeinsame Leitung 44 vorgesehen, über die sämtliche Hohlkörpermembranen 1 gemeinsam befüllbar und auch wieder entleerbar sind.

Durch die Kombinierbarkeit einzelner Vorrichtungen X wird es vor allem möglich, auch größere Mengen gasförmiger Stoffe zu über¬ führen. Können beim einmaligen Durchströmen einzelner oder mit- einander kombinierter Vorrichtungen X die gasförmiσen Stoffe r. cnt quantitativ entfernt werden, ist eine Rezirkuiation eben¬ falls durchführbar.

Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Beaufschlagung ässriger Suspensionen von Mikroorganismen

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich Mikroorganis¬ men gezielt untersuchen. Durch die Beaufschlagung von Rein- oder Mischkulturen können beispielsweise Erkenntnisse über die Ver- wertbarkeit verschiedener Gase, vor allem aber auch über Toxi- zitäten einzelner Stoffe gewonnen werden. Die Diffusion der Gase über die große Membranoberfläche führt hierbei zu einer schonen¬ den Beaufschlagung der Mikroorganismen, was insbesondere bei der Behandlung pflanzlicher und tierischer Zellkulturen von großer Bedeutung ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich vor allem zur Be¬ aufschlagung wässriger Suspensionen von Mikroorganismen mit sol¬ chen Stoffen, die von dem in der Suspension enthaltenden Mikro- Organismen umwandelbar sind. Auf diese Weise lassen sich z.B. gasförmige Schwefelverbindungen wie z.B. Schwefelwasserstoff aber auch Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, gasförmige Kohlenwasser¬ stoffe oder/und Stickoxide aus einem Gasstrom beliebiger Art entfernen und umsetzen.

Gasförmige Schwefelverbindungen wie Schwefelwasserstoff lassen sich beispielsweise durch den Einsatz von Thiobacillen beseiti¬ gen, während eine Reihe anderer Bakterienarten z.B. der Gattung Pseudomonas, Alcaligenes, Nocardia und Methylomonas für die Oxidation von Kohlenmonoxid bzw. von Kohlenwasserstoffen einsetzbar sind.

Zur Beseitigung von Stickoxiden können die Hohlkörpermembranen 1 mit nitrifizierenden Bakterien z.B. der Gattung Nitrobacter be- füllt werden. Diese Organismen oxidieren Stickstoffmonoxid, ohne daß zusätzliche Substrate eingesetzt werden müssen. Beispiels¬ weise lassen sich die nitrifizierenden Bakterien in einer wäss¬ riger. Lösung mit folgender Zusammensetzung verwenden:

pH 7 , 4 - 8 , 0

Tabelle 1: Nährlösung

Dieser wässrigen Lösung werden die Bakterien in möglichst hoher Zellkonzentration zugesetzt, wobei 10 Zellen/ml mindestens vor¬ liegen sollten. Bei geringer Zellkonzentration verlangsamt sich der Stoffumsatz.

Die gleiche Lösung eignet sich auch zur Anzucht von Methylomo- nas, durch dessen Verwendung gasförmige Kohlenwasserstoffe, wie z.B. Methan, beseitigt werden können. Häufig ist zu beobachten, daß durch die Verwendung nur einer bestimmten Bakterienart ver¬ schiedene gasförmige Stoffe eliminiert werden können.

Die Beseitigung von Stickstoffmonoxid läßt sich aber auch durch den Einsatz von methylotrophen Bakterien (z.B. der Gattung Me- thylobacterium) erreichen.

Beis iel 1 (einmalige Beaufschlagung)

Als Versuchsanlage weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine mögliche Anzahl von 29 Hohlkörpermembranen auf, die taschenför- mig ausgebildet sind. Jede Membran enthält 25 ml einer Bakteri¬ ensuspension mit 5 x 10⁸ Zellen/ml mit einem Naturisolat der Gattung Methylobacterium. Als Substrat-Additiv dient Methanol, das in einer l%igen Konzentration der mineralischen Grundlösung gemäß der in Tabelle 1 beschriebenen Zusammensetzung zugegeben wurde. Die Vorrichtung wurde anschließend mit einem NO-Luft-Ge- misc mit einer NO-Konzentration vcn 4,8 bis 5,1 vpm beauf¬ schlagt und verschlossen. Nach einer Stunde war in der Vorrich¬ tung eine Abnahme der NO-Konzentration von 98% erreicht.

B i spi e l 2 f kon : i nιn srl ic.hs Beaufschlagung)

Weiterhin wurde die ikrobielle NO-Abbaurate ermittelt, die sich im Durchflußbetrieb bei 29 Hohlkörpermembranen wie in Beispiel 1 einstellt. Vor Eintritt in die Vorrichtung und nach Austritt wurde die NO-Konzentration des Gases gemessen. Die NO-Konzentra¬ tion des ver'- mdeten NO-Luft-Gemisches betrug wiederum 4,8 bis 5,1 vpm. Bei einer Durchflußmenge von 12 1/h wurde die anfäng¬ liche NO-Konzentration um 40% reduziert. Bei einer Verdoppelung der Durchflußmenge auf 24 1/h wurden 33% des NO-Gehaltes aus dem Gas eliminiert, während bei einer Durchflußmenge von 48 1/h so¬ gar eine NO-Abnahme von 25% ereichbar war.

Methanoloxidierende Bakterien der Gattungen Ancylobacter und Rhenobacter wurden ebenfalls untersucht. Die Beaufschlagung die- ser Organismen erfolgte wie bei den methylotrophen Bakterien in einem mineralischen Medium ohne Stickstoffquelle mit 1% Methanol als Substrat. Es konnte gezeigt werden, daß der gemessene NO- Verbrauch bei Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung direkt abhängig ist von der eingesetzten Bakterienmenge. Vertreter der Gattung Rhenobacter haben eine höhere spezifische Aktivität als die von Ancylobacter. Bei 5°C ist der NO-Verbrauch wesentlich geringer als bei 28°C.

Beispiel 2 (TemperaturafrhängigKeit)

In einer Suspension fakultativ methylotropher Bakterien der Gat¬ tung Methylobacterium wurde die NO-Abnahme in Abhängigkeit von der Temperatur untersucht. Es wurde eine Versuchsanordnung wie in Beispiel 2 gewählt. Die Durchflußmenge NO-haltiger Luft be- trug 48 1/h. Aus Tabelle 2 geht hervor, daß die maximale mikro¬ bielle NO-Abbaurate zwischen 10 und 15°C liegt. Bei 30°C ist der NO-Abbau niedriger als bei 5°C. Temperatur NO-Abnahme

5°C 20 =-

10^CC 35 %

15=C 32,5 *

20°C 32 K,

25°C 25 %

30°C 12 %

Tabelle 2 : NO-Abnahme in Abhängigkeit von der Temperatur

Da außer bei nitrifizierenden Bakterien weder Nitrit noch Nitrat gefunden wurde, wird eine oxidative Umwandlung des eingesetzen Stickstoffmonoxids ausgeschlossen. Eine reduktive Umwandlung von NO zu N₂0 und N₂ ist als Denitrifikation bekannt. In der Natur läuft dieser Prozeß allerdings unter anaeroben und nicht wie bei den durchgeführten Versuchen unter aeroben Bedingungen ab. Eine aerobe biologische Umwandlung von NO zu N₂0 und N₂ ist neu. Sie gleicht nicht der klassischen Denitrifikation, da ein Zell¬ wachstum -anders als bei der Denitrifikation- bei den durchge- führten Versuchen nicht nachweisbar war.

Seit kurzem ist bekannt, daß NO ein wichtiger Effektor in der Regulation des Zellstoffwechsels ist. NO bindet kovalent an Ei- sen-Schwefeiproteine und bildet eine Dinitroverbindung. In me- thylotrophen Bakterien wirkt NO zusammen mit Eisen als ein zu¬ sätzlicher Effektor auf die Aktivität der Adenylatcyclase. Adenylatcyclase synthetisiert cAMP, das seinerseits die Synthese für induzierbare Enzyme reguliert. Ist viel cAMP in der Zelle vorhanden, so wird die Transkription von induzierbaren Enzymen ermöglicht. Durch NO wird die Adenylatcyclase aus methylotrophen Bakterien und Renobacter vacuolatum aktiviert, die von Guamilatcyclase jedoch gehemmt. Demnach ist NO ein positiver Effektor bei der Enzyminduktion verschiedener Bakterien.

Es ist anzunehmen, daß diejenigen Bakterien, bei denen NO ein Effektor in der Regulation des Zellstoffwechsels ist, auch die Konzentration von NO ihrerseits regulieren. Werden solche Bak¬ terien in die Membranen der erfindungsgemäßen Vorrichtung einge- Pracht, kann durch die Stoff echseileistung dieser Organismen eine Beseitigung von NO erreicht werden.

In einem weiteren Versuch wurde der NO-Verbrauch noch dadurch ¹5 gesteigert, daß einer Zellsuspension von Methylobacterium Elek¬ tronenüberträger zugesetzt wurden. So konnte der NO-Verbrauch Methanol oxidierender Bakterien durch Fe³*- und PQQ-Gaben gestei¬ gert werden (PQQ=Metoxatin=2, 7, 9-Tricarboxy-lH-pyrrolo (2, 3-f) - chinolin-4, 5-dion) . Die Methanol-Dehydrogenase methylotropher

10 Bakterien ist nämlich nicht mit der Reduktion von NAD⁺ sondern mit der Elektronenübertragung auf Metoxatin gekoppelt. Das Chi- non hat ein Redoxpotential von E'₀ = +120 mV. NO wird somit an Fe³⁺ gebunden und mit reduziertem PQQ zu N₂0 reduziert. Die Zellen methylotropher Bakterien liefern hierbei die Elektronen aus der

15 Methanoloxidation.

Beispiel 4 (Kombination von Bakterien mit Elektronen- üftffrt.rägern)

20 In Vorversuchen wurden 25 ml einer Zellsuspension (3,2 x 10⁸ Zel¬ len/ml) von Methylobacterium spec. in einer 1,3 1-Schraubdeckel- flasche in Gegenwart von 1% Methanol und 4,85 vpm NO bei 28°C geschüttelt. Es wurde der NO-Verbrauch nach 6 h gemessen.

25 Eingesetzte Stoffe NO-Verbrauch

Kontrolle (ohne Zellen) 2,35 vpm NO

Zellen 1,75 vpm NO 0,7 vpm

Zellen + PQQ 1,08 vpm NO 1,39 vpm

Zellen + PQQ + FE ⁺-EDTA 0,55 vpm NO 1,91 vpm

30

Es wurden lOμM PQQ und 10 mg Fe³⁺-EDTA eingesetzt.

Tabelle 3: Einfluß von Elektronenüberträgern auf den NO- Verbrauch

'35

Die Ergebnisse aus diesem Vorversuch lassen sich auf die erfin¬ dungsgemäße Vorrichtung übertragen. Durch Beaufschlagung wässr: ger Suspensionen geeigneter Mikroorganismen sind 'somit in Gegen¬ wart von Elektrcnenüberträgern gesteigerte NO-Umsatzraten zu er¬ zielen.

Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Beaufschlagung von zellfreien Lösungen

Aufgrund der gewonnen Erkenntnisse bei der Beaufschlagung sus¬ pendierter Mikroorganismen in Gegenwart von Elektronenüberträ- gern wurde in weiteren Versuchen die Beaufschlagung zellfreier Lösungen zur Beseitigung von Stickoxiden untersucht. Es konnte gezeigt werden, daß ein NO-Verbrauch auch bei Beaufschlagung einer wässrigen Lösung erreichbar ist, die keine Mikroorganismen enthält. Durch verschiedene Reduktionsmittel konnte eine Be- seitigung von NO erreicht werden. So wurde z.B. NO an Fe³⁺ gebun¬ den und durch einen Elektronenüberträger reduziert.

Beispiel 5 (NO-Rpduk Ion mittels Elektronenüberträσern)

In weitere Vorversuchen wurden 25 ml einer mineralischen Lösung (pH 7,6) ohne Bakterien mit 1 M Ascorbinsäure in einer 1,3 1- Schraubdeckelflasche mit und ohne Zusätze in Gegenwart von 4,26 vpm NO bei 28°C geschüttelt. Als Zusätze wurden 10 μM PQQ und 10 μM Fe³⁺-EDTA/1 verwendet. Tabelle 4 zeigt die Ergebnisse dieser Versuche.

Ansatz NO_l0 NO_l=6h Δ NO Δ NO - Kon ro l 1 e

Ascorbinsäure 4,26 3,89 0,37 Ascorbinsäure

+ PQQ 4,26 2,40 1,86 1,49

Ascorbinsäure - PQQ

+ Fe +-EDTA 4 , 57 1 , 47 3 , 1 2 , 73

Tabelle : Zellfreie NO-Reduktion Beispiel 6

Unter Verwendung jeweils einer erfindungsgemäßen Hohlkörpermem¬ bran ist schließlich der Versuch gemäß Beispiel 5 wiederholt worden und zwar in der Weise, daß jeweils eine taschenförmig ausgebildete Hohlkörpermembran in eine gasdichte Laborfiasche mit einem Volumen von 1,3 1 gehängt wurde. In Vergleichsversu¬ chen wurde diese Membran gefüllt mit

1. Nb-Waschlösung pH 7,6 (Kontrolle)

2. Nb-Waschlösung mit Ascorbinsäure (ImM) und PQQ (lOμM)

3. Nb-Waschlösung mit Ascorbinsäure (ImM), PQQ (lOμM) und Fe₃ ⁺-

EDTA (10 mg/1)

4. Nb-Waschlösung mit Ascorbinsäμre (ImM) und Fe₃ ⁺-EDTA (10 mg/i;

Die jeweiligen Flaschen wurden mit einen NO/N₂-Preßluft-Gemisch gefüllt und anschließend gasdicht im Dunkeln in einen 28°C Raum gestellt . Nach 6 Stunden wurde die NO-Konzentration in den ver¬ schiedenen Flaschen bestimmt. Die Ergebnisse sind in der folgen- den Tabelle dargestellt:

Ansatz NOto NO_t__6_h Δ NO Δ NO - Kontrolle

Kontrolle 4,54 2,50 2,04 Ascorbins.+PQQ 4,88 2,01 2,87 0,83 Ascorbins.+PQQ+Fe 4,91 2,07 2,84 0,80 Ascorbins .+Fe 4,61 1,78 2,83 0,79

Tabelle 5: Zellfreie NO-Reduktion mittels Membranen (Angaben in vpm)

Nach allem kann somit die erfindungsgemäße Vorrichtung insbeson¬ dere zur Luftreinigung verwendet werden. Durch die Anwendung dieser Vorrichtung können z.B. Rauch- und Abgase aus Feuerungs- anlagen oder Straßentunnels gereinigt werden.

Claims

P A T E N T A N S P R U C H S

1. Vorrichtung zur Beaufschlagung flüssiger Medien mit gasför¬ migen Stoffen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zahl von gas- durchlässigen und die flüssigen Medien enthaltenden Hohikör- permenbranen 1 im .Abstand zueinander und von den gasförmigen Stoffen anströmbar angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkörpermembranen 1 parallel zueinander und parallel zur

Strömungsrichtung der gasförmigen Stoffe angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkörpermembranen 1 aus einer gasdurchlässigen Folie wie z.B. einer Polyurethanfolie ausgebildet sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Hohlkörpermembranen 1 in sich ge¬ schlossen sind oder an ihrem unteren Ende 7 verschlossen sind und an ihrem oberen Ende 6 über eine gemeinsame Versorgungs¬ einrichtung 8 miteinander verbunden sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Hohlkörpermembranen 1 jeweils eine Zu- und eine Ableitung 9, 10 für die flüssigen Medien aufweisen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Hohlkörpermembranen 1 als Modul ausge¬ bildet und in einem Gehäuse 2 entnehmbar angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß das Gehäuse 2 einen Mantel 11 mit einer Temperiereinrichtung 12 aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß das Gehäuse 2 am unteren Ende 13 Gasein¬ laßöffnungen 15 und am oberen Ende 14 Gasauslaßöffnungen 16 auf eis . Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß mehrere Gehäuse 2, 1" miteinander kombi¬ nierbar sind, wobei das untere Ende 18 eines Gehäuses 2 mit dem oberen Ende 19 eines anderen Gehäuses 17 verbindbar ist und hierdurch einzelne Membranmodule nacheinander angeordnet sind.