DE19531519C2 - Microorganism capable of denitrification and its use in connection with a method for denitrification of water - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine zur biologischen Denitrifizierung in Wasser befähigte mikrobielle Starterkultur, sowie darauf aufbauend ein Verfahren zur biologischen Denitrifizierung von Wasser, insbesondere Trinkwasser.The invention relates to a capable of biological denitrification in water microbial starter culture, as well as a process for biological denitrification of water, especially drinking water.

Unter biologischer Denitrifizierung versteht man die Reduktion von Nitrat und Nitrit durch Bakterien mit obligat respiratorischem Stoffwechsel zu molekularem Stickstoff. Die zur Denitrifizierung befähigten Mikroorganismen oxidieren Substrate unter Verwendung von Nitrat (Nitratatmung) bzw. Nitrit anstelle von Sauerstoff. Die Induktion der zur Denitrifizierung notwendigen Enzyme erfolgt in der Regel durch anaerobe Bedingungen. Hohe Sauerstoffkonzentrationen reprimieren die Bildung der Enzyme.Biological denitrification is the reduction of nitrate and nitrite by bacteria with obligatory respiratory metabolism to molecular nitrogen. The Microorganisms capable of denitrification oxidize substrates using of nitrate (nitrate respiration) or nitrite instead of oxygen. The induction of the The enzymes necessary for denitrification are usually carried out under anaerobic conditions. High oxygen concentrations repress the formation of the enzymes.

Ein gravierendes Problem bei der Trinkwassergewinnung stellen überhöhte Konzentrationen an Nitrat im Wasser, insbesondere im Grundwasser, dar. Die Trinkwasserverordnung legt einen maximalen Grenzwert von 50 mg Nitrat pro Liter Wasser fest. Dieser Wert wird jedoch im Rohwasser vieler Wasserwerke übertroffen, so daß Gegenmaßnahmen notwendig werden.A serious problem in drinking water production is excessive Concentrations of nitrate in water, especially in groundwater Drinking water regulations set a maximum limit of 50 mg nitrate per liter Water resistant. However, this value is exceeded in the raw water of many waterworks that countermeasures become necessary.

Bei der Nitrateliminierung lassen sich biologische und physikalisch-chemische Verfahren unterscheiden. Meistens wird jedoch das nitrathaltige Rohwasser durch nitratarmes Wasser ersetzt. Dies kann durch Bohrung neuer Brunnen, Anbohrung einer tieferen Wasserschicht des alten Brunnens oder Anschluß an eine Fremdwasserversorgung geschehen.Biological and physicochemical processes can be used to eliminate nitrates differentiate. Most of the time, however, the nitrate-containing raw water becomes low in nitrates Water replaced. This can be done by drilling new wells, drilling a deeper one Water layer of the old well or connection to an external water supply happen.

Bei physikalischen Verfahren sind vor allem die Umkehrosmose, der Ionenaustausch und die Elektrodialyse zu erwähnen. Diesen Verfahren gemeinsam ist die Erzeugung einer konzentrierten Salzlösung und eines im Salzgehalt verringerten "Trinkwassers". In the case of physical processes, reverse osmosis, ion exchange and mention electrodialysis. Common to these processes is the generation of a concentrated salt solution and a "drinking water" reduced in salinity.  

Bei biologischen Verfahren wird auf die natürlich vorhandene Fähigkeit von Mikroorganismen, Nitrat zu molekularem Stickstoff zu reduzieren (Denitrifizierung oder Nitratatmung), zurückgegriffen.In biological processes, the naturally existing ability of Microorganisms to reduce nitrate to molecular nitrogen (denitrification or Nitrate breathing).

Dabei wird prinzipiell zwischen der autotrophen und der heterotrophen Denitrifizierung unterschieden, beide Verfahren werden in der Praxis eingesetzt. Vorrichtungen zur biologischen Denitrifizierung von Wasser werden im folgenden als Reaktor bezeichnet. Der Reaktor umfaßt mindestens ein Reaktionsgefäß, Zu- und Abläufe sowie Regelungsvorrichtungen.In principle, there is a distinction between autotrophic and heterotrophic denitrification distinguished, both methods are used in practice. Devices for biological denitrification of water is referred to below as the reactor. The reactor comprises at least one reaction vessel, inlets and outlets and Control devices.

Bei der autotrophen Denitrifizierung kommen Mikroorganismen zum Einsatz, die Kohlen­ dioxid oder eine organische Säure als Kohlenstoffquelle und Wasserstoff oder Schwefel als Elektronendonatoren verwerten können (chemoautolithotrophe Mikroorganismen).In the autotrophic denitrification, microorganisms are used, the coals dioxide or an organic acid as a carbon source and hydrogen or sulfur can be used as electron donors (chemoautolithotrophic microorganisms).

Die für die heterotrophe Denitrifizierung eingesetzten Mikroorganismen benötigen eine organische Kohlenstoffverbindung (z. B. Ethanol oder Essigsäure) sowohl als Kohlenstoffquelle, als auch als Elektronendonator, das heißt, als Energie- und Nährstoffquelle (chemoorganotrophe Mikroorganismen).The microorganisms used for the heterotrophic denitrification need one organic carbon compound (e.g. ethanol or acetic acid) both as Carbon source, as well as an electron donor, that is, as an energy and Nutrient source (chemoorganotrophic microorganisms).

Die konventionellen Verfahren weisen einige Nachteile auf. Der Ersatz durch nitratarmes Rohwasser führt oft zu ökologischen Problemen durch hohe Entnahmemengen in unbelasteten Gebieten (z. B. Grundwasserabsenkung). Weiterhin können hohe Kosten durch notwendige Fernleitungen oder sehr tiefe Brunnenbohrungen anfallen. Für kleinere Trinkwasserwerke ist dieser Weg oft nicht gangbar, da im Einzugsbereich unbelastete Rohgewässer nicht zur Verfügung stehen. So bleiben nur die Alternativen einer Wasser­ behandlung oder eines Anschlusses an eine Trinkwasserfernversorgung.The conventional methods have some disadvantages. The replacement with low nitrate Raw water often leads to ecological problems due to large amounts of water taken in unpolluted areas (e.g. groundwater lowering). Furthermore, high costs due to necessary pipelines or very deep well drilling. For smaller ones This route is often not feasible for drinking water works because there are no contaminated areas in the catchment area Raw waters are not available. So only the alternatives of a water remain treatment or a connection to a drinking water supply.

Beim Einsatz physikalisch-chemischer Verfahren läßt es sich nicht vermeiden, daß auch andere Ionenarten entfernt werden. Sie widersprechen deshalb der wichtigen Zielsetzung der Trinkwasseraufbereitung, die natürliche Zusammensetzung des Rohwassers für seinen Gebrauch als Trinkwasser so weit wie möglich zu erhalten. Weiterhin fallen im Vergleich zu biologischen Verfahren relativ hohe Abwassermengen (Konzentrate) an. Das Problem des Nitrats wird dabei nicht gelöst, sondern nur auf die Abwasserbeseitigung verlagert.When using physical-chemical processes, it cannot be avoided that also other types of ions are removed. You therefore contradict the important objective of drinking water treatment, the natural composition of the raw water for his Get use as drinking water as much as possible. Continue to fall in comparison relatively high amounts of waste water (concentrates) for biological processes. The problem the nitrate is not dissolved, but only shifted to waste water disposal.

Einer der wichtigsten Nachteile der bisherigen biologischen Verfahren ist die unkontrollierte Besiedelung durch Mikroorganismen. Es werden keine definierten Starter­ kulturen eingesetzt, sondern das Nitrat wird durch eine undefinierte, natürliche Besiedlung des Reaktors aus Bakterien und Pilzen entfernt. Dies ist hygienisch bedenklich, da auch humanpathogene Keime, wie Pseudomonas aeruginosa, bevorzugt in diesen "Biotopen" zu finden sind.One of the main disadvantages of previous biological processes is that uncontrolled colonization by microorganisms. There are no defined starters cultures, but the nitrate is caused by an undefined, natural colonization the reactor is removed from bacteria and fungi. This is hygienically questionable, as well  human pathogenic germs, such as Pseudomonas aeruginosa, preferably in these "biotopes" can be found.

Die bisherigen Verfahren zeichnen sich weiterhin durch einen hohen technischen Aufwand aus, so daß sie sich nur bei großen Trinkwassergewinnungswerken lohnen.The previous processes continue to be characterized by a high level of technical complexity so that they are only worthwhile for large drinking water extraction plants.

Ein entscheidender Vorteil biologischer Verfahren (autotroph oder heterotroph) ist jedoch, daß damit Nitrat selektiv aus dem Trinkwasser entfernt werden kann. Allerdings werden auch bei diesem Verfahren der pH-Wert, CO₂- und O₂-Gehalt des Wassers verändert. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß das Nitrat vollständig bis zur Stufe des gasförmigen Stickstoffs umgesetzt wird.A decisive advantage of biological processes (autotrophic or heterotrophic) is, however, that nitrate can be selectively removed from the drinking water. However also changed the pH, CO₂ and O₂ content of the water in this process. On Another advantage is that the nitrate completely up to the gaseous stage Nitrogen is implemented.

Für autotrophe (chemoautolithotrophe) Anlagen sind CO₂ als Kohlenstoffquelle und Wasserstoff(Explosionsgefahr!) als Energiequelle nötig. Diese Anlagen sind deshalb mit einem hohen technischen Aufwand verbunden und eignen sich bevorzugt für sehr große Durchsatzmengen.For autotrophic (chemoautolithotrophic) plants are CO₂ as a carbon source and Hydrogen (risk of explosion!) Necessary as an energy source. These plants are therefore included a high technical effort and are particularly suitable for very large Throughputs.

Bei den meisten bisherigen heterotrophen Denitrifizierungsanlagen ist die Zugabe von flüssigen organischen Verbindungen notwendig. Dies führt zu einem hohen technischen Aufwand, da neben den Zudotierungseinrichtungen eine Kontrolle des Prozeßwassers notwendig ist, um eine überstöchiometrische Zugabe von organischen Kohlenstoffquellen (z. B. Ethanol, Essigsäure) zu vermeiden (Aufkeimungsgefahr, toxische Effekte).In most previous heterotrophic denitrification plants, the addition of liquid organic compounds necessary. This leads to a high technical Effort, because in addition to the doping devices, a control of the process water is necessary to a superstoichiometric addition of organic carbon sources (e.g. ethanol, acetic acid) to avoid (risk of germination, toxic effects).

In der DE 40 28 312 C2 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem denitrifizierende Mikroorganismen mit einem nicht herauslösbaren Substrat in einer Alginat oder Carrageenane enthaltenden Matrix immobilisiert sind. Nachteilig ist hierbei, daß ein Einschluß der Mikroorganismen in Trägersubstanzen notwendig ist. In der Zeitschrift GWF Wasser - Abwasser 134 (1), 1993, 80-84 wurde von S. Wais und R. Süßmuth ein zweistufiger Reaktor zur biologischen Denitrifizierung von Wasser vorgeschlagen, bei dem das Mischpolymerisat Poly-(3-Hydroxybuttersäure-Co-3-Hydroxyvaleriansäure) (PHB/HV) als Kohlenstoffquelle für die Mikroorganismen eingesetzt wird. Solchen Verfahren ist gemeinsam, daß sich auch unerwünschte, beispielsweise toxische Substanzen abgebende Mikroorganismen, ansiedeln.DE 40 28 312 C2 describes a method in which denitrifying Microorganisms with a non-removable substrate in an alginate or Matrix containing carrageenans are immobilized. The disadvantage here is that a Inclusion of the microorganisms in carrier substances is necessary. In the magazine GWF Wasser - Abwasser 134 (1), 1993, 80-84 was developed by S. Wais and R. Süßmuth proposed two-stage reactor for the biological denitrification of water, at to which the copolymer poly- (3-hydroxybutyric acid-Co-3-hydroxyvaleric acid) (PHB / HV) is used as a carbon source for the microorganisms. Such The process has in common that there are also undesirable, for example toxic Microorganisms releasing substances.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur biologischen Denitrifizierung von Wasser zur Verfügung zu stellen, bei welchem eine Immobilisierung der Mikroorganismen nicht notwendig ist und bei dem die Besiedelung des Reaktors mit definierten, d. h. gewünschten, Mikroorganismen erfolgt. Weiterhin ist es Aufgabe dieser Erfindung, eine geeignete Starterkultur für einen Denitrifizierungsreaktor zur Verfügung zu stellen, das heißt, die Reinkultur eines zur Denitrifizierung befähigten und toxikologisch unbedenklichen Bakterienstammes.The invention is therefore based on the object of a method for the biological denitrification of water, in which a Immobilization of the microorganisms is not necessary and in which the colonization  of the reactor with defined, d. H. desired, microorganisms. Furthermore it is Object of this invention, a suitable starter culture for a denitrification reactor to make available, that is, the pure culture of one capable of denitrification and toxicologically harmless bacterial strain.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein Mikroorganismus bereitgestellt wird, der die Fähigkeit besitzt, PHB/HV als Kohlenstoffquelle und Elektronendonator zu nutzen.This object is achieved in that a microorganism is provided which Ability to use PHB / HV as a carbon source and electron donor.

Die Aufgabe wird weiter dadurch gelöst, daß nitrathaltiges Wasser über ein aus Poly-(3- Hydroxybuttersäure-Co-3-Hydroxyvaleriansäure) bestehendes Substrat geleitet wird, welches mit dem Stamm 2nIII (DSM 9387) besiedelt ist und welches diesem als Kohlenstoffquelle und Elektronendonator dient. Dabei kann das Substrat Zusatzstoffe, insbesondere Panthotenat und/oder Eisen enthalten.The object is further achieved in that nitrate-containing water via a poly (3- Hydroxybutyric acid-Co-3-hydroxyvaleric acid) existing substrate is passed, which is populated with strain 2nIII (DSM 9387) and which this as Carbon source and electron donor is used. The substrate can contain additives, in particular contain panthotenate and / or iron.

Neben dem Stamm 2nIII (DSM 9387) können auch die Bakterien Paracoccus denifrificans und/oder Thiobacillus denarificans eingesetzt werden; als zusätzliche Mikroorganismen können ferner Streptomyces- und/oder Aspergillus-Arten, bevorzugt in einer separaten Reaktorstufe, eingesetzt werden.In addition to the strain 2nIII (DSM 9387), the bacteria Paracoccus denifrificans and / or Thiobacillus denarificans are used; as additional Microorganisms can also Streptomyces and / or Aspergillus species, preferably in a separate reactor stage.

Des weiteren wird eine Vorrichtung zur biologischen Denitrifizierung in Wasser vorgeschlagen, die von einem Reaktor ausgeht, der Poly- (3-Hydroxybuttersäure-Co-3-Hydroxyvaleriansäure) als Substrat für einen Mikroorganismus, der zur Denitrifizierung in Wasser befähigt ist, enthält. Dabei dient das Substrat als Kohlenstoffquelle und Elektronendonator für den Mikroorganismus und der Mikroorganismus ist vorzugsweise von der Art, wie er unter der Nummer DSM 9387 hinterlegt ist.Furthermore, a device for biological Denitrification in water proposed from a reactor that uses poly- (3-hydroxybutyric acid-Co-3-hydroxyvaleric acid) as a substrate for one Contains microorganism capable of denitrification in water. This serves Substrate as carbon source and electron donor for the microorganism and the Microorganism is preferably of the type described under DSM 9387 is deposited.

Das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Verfahren zur Denitrifizierung in Wasser bietet gegenüber konventionellen Verfahren mehrere Vorteile. Der wesentliche Vorteil des Verfahrens besteht im Einsatz einer wohldefinierten, toxikologisch geprüften Starterkultur, die neben der Denitrifizierung zur Verwertung von PHB/HV befähigt ist. Das Verfahren eignet sich aufgrund des geringen apparativen Aufwands auch für kleine Wasserwerke.The process for denitrification in which the present invention is based Water offers several advantages over conventional processes. The essential The advantage of the method is the use of a well-defined, toxicologically tested Starter culture which, in addition to denitrification, is capable of utilizing PHB / HV. Due to the low outlay on equipment, the process is also suitable for small ones Waterworks.

Die Verwendung des erfindungsgemäßen Mikroorganismus zusammen mit dem Substrat PHB/HV hat insbesondere den Vorteil, daß der Stamm die eingesetzte Kohlenstoffquelle PHB/HV sowohl aerob, als auch anaerob verwerten kann und dadurch einen Selektionsvorteil gegenüber vielen anderen Mikroorganismen hat.The use of the microorganism according to the invention together with the substrate PHB / HV has the particular advantage that the strain is the carbon source used  PHB / HV can be used aerobically as well as anaerobically and therefore one Selection advantage over many other microorganisms.

Die Starterkultur kann sich von dem in den Festbettreaktoren eingesetzten, toxikologisch ebenfalls unbedenklichen Aufwuchsmaterialien ernähren. Dies bedeutet gegenüber in den Reaktor eingetragenen, nicht zur PHB/HV-Verwertung befähigten Mikroorganismen einen Selektionsvorteil, so daß eine Verdrängung der erfindungsgemäßen Mikroorganismen durch Kontaminanten erschwert ist. Insbesondere unter anaeroben Bedingungen ist die Fähigkeit zur PHB/HV-Verwertung nur bei sehr wenigen Mikroorganismen zu finden, eine Verdrängung des erfindungsgemäßen Bakterienstammes ist also schon allein von daher sehr unwahrscheinlich.The starter culture can be toxicologically different from that used in the fixed bed reactors also feed safe growth materials. This means opposite in the Microorganisms entered in the reactor that are not capable of PHB / HV recycling Selection advantage, so that a displacement of the microorganisms according to the invention is made difficult by contaminants. Especially under anaerobic conditions Ability to find PHB / HV utilization in very few microorganisms, a displacement of the bacterial strain according to the invention is already from therefore very unlikely.

Durch den Einsatz einer definierten Starterkultur eröffnet sich außerdem die Möglichkeit einer gezielten Leistungssteigerung der eingesetzten Mikroorganismen, vergleichbar z. B. der Leistungssteigerung bei der Penizillinproduktion. Da eine definierte Population die genaue Ermittlung ihrer Ansprüche bezüglich notwendiger Zusatzstoffe (z. B. Phosphat, Spurenelemente usw.) ermöglicht, ist eine weitere technische Vereinfachung durch das Einbetten dieser Stoffe in das PHB/HV-Granulat möglich.The use of a defined starter culture also opens up the possibility a targeted increase in performance of the microorganisms used, comparable z. B. the increase in performance in penicillin production. Because a defined population is the exact determination of your requirements regarding necessary additives (e.g. phosphate, Trace elements etc.) enables a further technical simplification by the It is possible to embed these substances in the PHB / HV granulate.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird durch eine anlagentechnische Trennung der Sauerstoffzehrung von der Denitrifizierung die Nutzung der ersten Stufe zum cometabolen Abbau weiterer Problemsubstanzen, z. B. Atrazin, ermöglicht. Dadurch ist es auch möglich, die verschiedenen Abbauprozesse getrennt zu optimieren.In a preferred embodiment, the Oxygenation from denitrification using the first stage to the cometabolic Degradation of other problem substances, e.g. B. atrazine. That’s what it is possible to optimize the different mining processes separately.

Der Einsatz einer definierten, toxikologisch unbedenklichen Starterkultur vermindert die hygienischen Probleme in der Trinkwasseraufbereitung. Da durch den Einsatz der definierten Starterkultur gezielte Leistungssteigerungen erreicht werden können, ist eine Verbesserung der Raum/Zeitausbeute der eingesetzten Reaktoren zu erzielen. Dies führt zu Kostensenkungen und einer besseren Trinkwasserqualität.The use of a defined, toxicologically safe starter culture reduces the hygienic problems in drinking water treatment. Because by using the specific performance increases can be achieved, is one To achieve an improvement in the space / time yield of the reactors used. this leads to to reduce costs and improve drinking water quality.

Da die eingesetzten Reaktoren mit PHB/HV-Granulat gefüllt sind, das als Aufwuchsmaterial, Kohlenstoffquelle und Elektronendonator für die definierte Starterkultur dient, entfällt die bei anderen heterotrophen Verfahren notwendige Zugabe von organischen Kohlenstoffquellen. Durch das Entfallen einer Zudotierung von Kohlenstoffquellen, ist das Verfahren technisch wesentlich einfacher aufgebaut als die bisher bekannten Anlagen, wodurch die Anlagenkosten erheblich geringer sind. Since the reactors used are filled with PHB / HV granules, the as Growth material, carbon source and electron donor for the defined Starter culture is used, the addition necessary with other heterotrophic processes is omitted of organic carbon sources. By eliminating the addition of Carbon sources, the process is technically much simpler than that previously known plants, whereby the plant costs are significantly lower.  

Das Nitratproblem tritt vor allem in ländlichen Regionen mit geringem Trinkwasser­ verbrauch auf. Da die bisherigen Anlagen zur Nitrateliminierung bei geringen Wassermengen nicht rentabel sind, müssen viele Einzel- und Kleintrinkwasserversorgungsanlagen ihre Brunnen schließen und das Trinkwasser aus entfernten Regionen beziehen. Dies führt zu höheren Kosten und ökologischen Problemen (Bau von Wasserleitungen und Grundwassersenkung in diesen Regionen). Durch den Einsatz der technisch einfach konzipierten Anlage können Schließungen von Trinkwassergewinnungsanlagen vermieden werden.The nitrate problem occurs especially in rural regions with little drinking water use up. Since the previous plants for nitrate elimination with low Amounts of water are not profitable, many individual and Small drinking water supply systems close their wells and cut off the drinking water distant regions. This leads to higher costs and ecological problems (Construction of water pipes and subsidence in these regions). By the Using the technically simple system, closings of Drinking water extraction systems can be avoided.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Fig. 1-6 näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below with reference to FIGS. 1-6. Show it:

Fig. 1 schematischer Aufbau der Denitrifizierungsanlage mit optionaler Pestizideliminierung (gestrichelt). Fig. 1 shows a schematic structure of the denitrification plant with optional pesticide removal (dashed).

Fig. 2 Abhängigkeit der Nitrat- und Nitritreduktion der Starterkultur vom pH-Wert: Nitratabbau (in mg N-NO₃⁻/l) und Nitritbildung (in mg N-NO₂⁻/l) nach 4 h im resting cells-Versuch (30°C; anaerob). Die Nitratausgangskonzentration betrug 67,7 mg N-NO₃⁻/l. Fig. 2 dependence of the nitrate and nitrite reduction of the starter culture on the pH: nitrate degradation (in mg N-NO₃⁻ / l) and nitrite formation (in mg N-NO₂⁻ / l) after 4 h in the resting cells test (30 ° C; anaerobic). The initial nitrate concentration was 67.7 mg N-NO₃⁻ / l.

Fig. 3 Anteil der PHB/HV-verwertenden Kolonien im von PHB/HV-Granulat abgelösten Biofilm der im Rezirkulationsbetrieb gefahrenen Anlage. Fig. 3 Share of the PHB / HV-utilizing colonies in the biofilm detached from PHB / HV granules of the plant operated in the recirculation mode.

Fig. 4 Sauerstoffzehrung der ersten (aeroben) Reaktorstufe der im Durchflußbetrieb gefahrenen Anlage. Fig. 4 oxygen consumption of the first (aerobic) reactor stage of the plant operated in flow mode.

Fig. 5 Denitrifizierungsleistung der zweiten (anaeroben) Reaktorstufe der im Durchfluß­ betrieb gefahrenen Anlage. Fig. 5 denitrification performance of the second (anaerobic) reactor stage of the plant operated in the flow.

Fig. 6 Nitrat- und Nitritkonzentration in einer kontinuierlichen Kultur im Anaerobierzelt. Inokulum: Pseudomonas spec. 2nIII und nach 220h Paracoccus denifrificans. Die Zahlen bedeuten (in mg/l): 1: N-Nitrat-Zulauf; 2: N-Nitrat- Ablauf; 3: N-Nitrit-Ablauf. Fig. 6 nitrate and nitrite concentration in a continuous culture in the anaerobic tent. Inoculum: Pseudomonas spec. 2nIII and after 220h Paracoccus denifrificans. The numbers mean (in mg / l): 1: N-nitrate feed; 2: N-nitrate drain; 3: N-nitrite drain.

Der Festbettreaktor (siehe Fig. 1) enthält als Füllmaterial ein biotechnologisch produziertes Biopolymer, PHB/HV, in Granulatform. Das Granulat dient gleichzeitig als Aufwuchsmatrix, Kohlenstoffquelle und Elektronendonator für eine speziell zu diesem Zweck aus Brunnenwasser bei 10°C isolierte Starterkultur. Diese ist sowohl zur heterotrophen Denitrifizierung als auch zur PHB/HV-Verwertung infolge extrazellulärer Hydrolyse befähigt. Die Kultur bildet um das Granulat 7 einen Biofilm 8. Das zu denitrifizierende Wasser (Rohwasser) wird zunächst in den Denitrifizierungsreaktor 6, der das PHB/HV-Granulat 5 enthält, geleitet. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Rohwasser vor oder nach der Denitrifizierung einer Pestizideliminierung 4 unterzogen. Nach der Denitrifizierung durchläuft das Wasser einen oder mehrere Filter, bevorzugt einen Sandfilter 3, bevor es einem Mischbehälter 2 zugeleitet wird, indem es mit Rohwasser vermischt werden kann. Anschließend kann eine Sauerstoffzuführung und eine UV-Bestrahlung erfolgen, bevor das Wasser dann in das Leitungsnetz 1 gespeist wird.The fixed bed reactor (see FIG. 1) contains a biotechnologically produced biopolymer, PHB / HV, in the form of granules as filling material. The granulate also serves as a growth matrix, carbon source and electron donor for a starter culture specially isolated for this purpose from well water at 10 ° C. This is capable of both heterotrophic denitrification and PHB / HV utilization due to extracellular hydrolysis. The culture forms a biofilm 8 around the granules 7 . The water to be denitrified (raw water) is first passed into the denitrification reactor 6 , which contains the PHB / HV granulate 5 . In a preferred embodiment, the raw water is subjected to pesticide removal 4 before or after denitrification. After denitrification, the water passes through one or more filters, preferably a sand filter 3 , before it is fed to a mixing container 2 , in that it can be mixed with raw water. An oxygen supply and UV radiation can then take place before the water is then fed into the line network 1 .

Um die zur Denitrifizierung notwendigen anaeroben Verhältnisse zu schaffen, kann zur mikrobiellen Sauerstoffzehrung ein eigener Festbettreaktor vor den Denitrifizierungsreaktor geschaltet werden. Dadurch kann, entsprechend einem Baukastenprinzip, dieses Reaktorvolumen zur aeroben Eliminierung weiterer Schadstoffe genutzt werden.In order to create the anaerobic conditions necessary for denitrification, the microbial oxygen consumption a separate fixed bed reactor in front of the Denitrification reactor can be switched. According to one Modular principle, this reactor volume for aerobic elimination of further pollutants be used.

Um in dem Denitrifizierungsreaktor möglichst schnell optimale Verhältnisse zu schaffen, wird er mit einer speziellen Starterkultur angeimpft. Eine Starterkultur ist eine aufgrund spezifischer Eigenschaften selektierte Kultur, die zur Animpfung von Anlagen zur biologischen Stoffumwandlung eingesetzt wird.In order to create optimal conditions in the denitrification reactor as quickly as possible, it is inoculated with a special starter culture. A starter culture is due to specific properties selected culture, which for the inoculation of plants for biological conversion is used.

Die anfangs eingesetzte Starterkultur (2nIIIM) läßt sich in einen Hauptstamm (2nIII) und zwei Begleitstämme (2nII/21 und 2nII/22) auftrennen. Nur die Hauptpopulation 2nIII, welche am 25.8.1994 bei der DSM in Braunschweig hinterlegt wurde und die Hinterlegungsnummer DSM 9387 erhielt, ist zur Denitrifizierung und PHB/HV- Verwertung befähigt und wird zum Animpfen der Festbettreaktoren als Starterkultur eingesetzt. Eine Stabilisierung der Hauptpopulation 2nIII kann erreicht werden, indem andere Stämme als Begleitstämme der Kultur beigefügt werden. Somit ist eine Beimpfung des Festbettreaktors auch mit einer Mischkultur möglich. Da die Hauptpopulation die eingesetzte Kohlenstoffquelle PHB/HV sowohl aerob als auch anaerob verwerten kann, hat sie einen Selektionsvorteil gegenüber vielen anderen Mikroorganismen.The starter culture used initially (2nIIIM) can be divided into a main stem (2nIII) and separate two tribes (2nII / 21 and 2nII / 22). Only the main population 2nIII, which was deposited with the DSM in Braunschweig on August 25, 1994 and the Deposit number DSM 9387 received is for denitrification and PHB / HV Recycling enables and is used to inoculate the fixed bed reactors as starter culture used. Stabilization of the main population 2nIII can be achieved by strains other than Accompanying strains of culture are added. Inoculation of the fixed bed reactor is therefore also possible with a mixed culture possible. Since the main population uses the carbon source PHB / HV both can use aerobic as well as anaerobic, it has a selection advantage over many other microorganisms.

Die Beimpfung des Festbettreaktors kann sowohl mit einer Flüssigkultur als auch mit bereits bewachsenem PHB/HV-Granulat erfolgen. Innerhalb kurzer Zeit bildet sich ein Biofilm an der Oberfläche des gesamten eingesetzten PHB/HV-Granulats, wie im Rasterelektronenmikroskop nachgewiesen werden konnte. Der Biofilm besteht aus den Zellen der Starterkultur, die in eine Exopolysaccharidmatrix eingebettet sind. The inoculation of the fixed bed reactor can be carried out both with a liquid culture and with already overgrown PHB / HV granules. Imagines itself within a short time Biofilm on the surface of the entire PHB / HV granulate used, as in Scanning electron microscope could be detected. The biofilm consists of the Starter culture cells embedded in an exopolysaccharide matrix.  

Die wichtigsten Eigenschaften der Starterkultur 2nIII sind in Tabelle 1 aufgeführt. Sie zeigen, daß die Starterkultur zur Gattung der Pseudomonaden gehört. Die Kombination der Eigenschaften macht deutlich, daß es sich um eine noch nicht beschriebene Spezies handelt.The most important properties of starter culture 2nIII are listed in Table 1. she show that the starter culture belongs to the genus Pseudomonas. The combination The properties make it clear that it is a species not yet described acts.

Es ist bekannt, daß der PHB/HV-Abbau in 2 Stufen vor sich geht. Zuerst wird ein Exoenzym ausgeschieden. Das Polymer wird in Oligomere gespalten, die dann von den Zellen aufgenommen werden. In der Zelle erfolgt die vollständige Hydrolyse. Die Monomere werden über Acetyl-CoA in den Stoffwechsel eingeschleust. Dieses wird entweder zum Aufbau von Zellbestandteilen eingesetzt oder alternativ zur Energiegewinnung im Citratzyklus zu CO₂ und H₂O oxidiert. Somit wird das eingesetzte Biopolymer schließlich vollständig mineralisiert oder zu Biomasse umgewandelt.It is known that the PHB / HV degradation takes place in two stages. First is a Exoenzyme excreted. The polymer is split into oligomers, which are then separated from the Cells are included. Complete hydrolysis takes place in the cell. The Monomers are introduced into the metabolism via acetyl-CoA. This will either used to build up cell components or alternatively to Energy generation in the citrate cycle oxidized to CO₂ and H₂O. This is what is used Finally, biopolymer is completely mineralized or converted to biomass.

PHB-Homopolymer und PHB/HV-Copolymere werden vom Stamm 2nIII sowohl aerob als auch anaerob verwertet. Die Starterkultur 2nIII kann von diesen Verbindungen als einziger Kohlenstoffquelle leben. Mischpolymere werden von der Starterkultur schneller besiedelt und führen auch zu besseren Resultaten in der Denitrifizierung. Homopolymer, das ausschließlich aus 3-Hydroxyvaleriansäure-Bausteinen besteht, wird nicht verwertet.PHB homopolymer and PHB / HV copolymers are both aerobic from strain 2nIII also used anaerobically. The starter culture 2nIII can of these compounds as only carbon source live. Mixed polymers become faster from the starter culture colonized and also lead to better results in denitrification. Homopolymer, which consists exclusively of 3-hydroxyvaleric acid building blocks is not used.

Zum Nachweis der Eignung des Polymers als Substrat für die Mikroorganismen wurde ein Vergleich mit verschiedenen Monomeren durchgeführt. Es wurden verschiedene Carbonsäuren, Hydroxycarbonsäuren und Ketone als Kohlenstoffquellen (9,4 mmol/l) eingesetzt. Die Medien enthielten außerdem 1 g Nitrat/l, Spurenelemente und Phosphatpuffer. Als Referenzsubstanz diente 3-Hydroxybutyrat. Da 3-Hydroxyvaleriat als weiteres Monomer der PHB/HV-Copolymere nicht verfügbar war, wurden 2- Hydroxyvaleriat, sowie 2- und 4-Ketovaleriat als C5-Verbindungen mit vergleichbarer Struktur eingesetzt (siehe Tabelle 2). To demonstrate the suitability of the polymer as a substrate for the microorganisms, a Comparison with different monomers performed. There were different ones Carboxylic acids, hydroxycarboxylic acids and ketones as carbon sources (9.4 mmol / l) used. The media also contained 1 g nitrate / l, trace elements and Phosphate buffer. 3-Hydroxybutyrate served as the reference substance. Because 3-hydroxyvalerate as additional monomer of the PHB / HV copolymers was not available, 2- Hydroxyvaleriat, and 2- and 4-ketovaleriat as C5 compounds with comparable Structure used (see Table 2).  

Tabelle 1 Table 1

Die wichtigsten physiologischen und biochemischen Eigenschaften der Starterkultur 2nIII The most important physiological and biochemical properties of the starter culture 2nIII

Bei der aeroben Verwertung von C4-Hydroxycarbonsäuren durch den Stamm 2nIII spielt die Stellung der OH-Gruppe eine entscheidende Rolle. Wenn die OH-Gruppe am C-Atom 2 sitzt, findet kaum Wachstum statt, wohingegen 3-Hydroxybuttersäure (3-HBS) und 4- HBS zu schnellem Wachstum fuhren, 4-HBS allerdings erst nach einer langen Anlaufphase (lag-Phase). 2-Ketobuttersäure führt ebenfalls nur zu minimalem Wachstum. The position of the OH group plays a decisive role in the aerobic utilization of C4-hydroxycarboxylic acids by strain 2nIII. When the OH group is located at C atom 2 , there is hardly any growth, whereas 3-hydroxybutyric acid (3-HBS) and 4-HBS lead to rapid growth, but 4-HBS only after a long start-up phase (lag phase). 2-Keto butyric acid also leads to minimal growth.

Alle getesteten C5-Verbindungen führten zu Wachstum des Stammes 2nIII bei aerober Inkubation. Die unsubstituierte Carbonsäure wurde dabei am schnellsten verwertet und auch 2-Hydroxyvaleriansäure führte zu einer ähnlich hohen Wachstumsrate. Bei den Ketoverbindungen verlief das Wachstum schleppender. Nur mit 2-Ketovaleriansäure als Kohlenstoffquelle erreichte 2nIII eine ähnliche Wachstumsrate wie mit 2- Hydroxyvaleriansäure, allerdings mit deutlich längerer lag-Phase.All C5 compounds tested resulted in the growth of strain 2nIII in aerobic Incubation. The fastest way to utilize the unsubstituted carboxylic acid was 2-hydroxyvaleric acid also led to a similarly high growth rate. Both Keto compounds grew more slowly. Only with 2-ketovaleric acid as Carbon source, 2nIII achieved a growth rate similar to that of 2- Hydroxyvaleric acid, but with a much longer lag phase.

Carbonsäuren mit mehr als 5 C-Atomen werden vom Stamm 2nIII nicht mehr verwertet. Auch bei 2-Hydroxyoctansäure, der einzigen Hydroxycarbonsäure mit mehr als 5 C- Atomen, die getestet wurde, trat im Versuchszeitraum kein Wachstum mehr auf.Carboxylic acids with more than 5 carbon atoms are no longer used by strain 2nIII. Even with 2-hydroxyoctanoic acid, the only hydroxycarboxylic acid with more than 5 C- Atoms that were tested no longer grew during the trial period.

Unter anaeroben Bedingungen führt von den C4-Verbindungen ebenfalls nur 3-HBS zu deutlichem Wachstum des Stammes 2nIII, in Ansätzen mit 2-HBS und 2-Ketobuttersäure war nur minimales Wachstum zu beobachten. Mit 4-HBS als Kohlenstoffquelle war überhaupt kein Wachstum feststellbar.Under anaerobic conditions, only 3-HBS leads to the C4 compounds significant growth of strain 2nIII, in batches with 2-HBS and 2-keto butyric acid minimal growth was observed. With 4-HBS as the carbon source no growth at all.

Valeriansäure und 2-Hydroxyvaleriansäure werden in den anaeroben Ansätzen vom Stamm 2nIII mit der gleichen Geschwindigkeit abgebaut, während der Organismus mit den anderen getesteten C5-Verbindungen nur minimales Wachstum zeigt.Valeric acid and 2-hydroxyvaleric acid are used in the anaerobic batches Strain 2nIII degraded at the same rate while the organism with shows minimal growth in the other C5 compounds tested.

Die Wachstumsraten µ des Stammes 2nIII mit den verwendeten Kohlenstoffquellen wurden aus photometrisch ermittelten Daten berechnet (Tabelle 2).The growth rates µ of the strain 2nIII with the carbon sources used were calculated from photometrically determined data (Table 2).

Acetat als C2-Verbindung führt aerob und anaerob zu schnellerem Wachstum als 3-HBS. Bei Pyruvat (C3) ist dies nur aerob der Fall. Die niedrigeren µ-Werte in den anaeroben Ansätzen sind auf die geringere Energieausbeute der Nitratatmung, verglichen mit der aeroben Atmung, zurückzuführen.Acetate as a C2 compound leads to faster growth aerobically and anaerobically than 3-HBS. With pyruvate (C3) this is only the case aerobically. The lower µ values in the anaerobic Approaches are based on the lower energy yield of nitrate breathing compared to that aerobic breathing.

Der Einsatz von unterschiedlichen Nitratmengen (50-3000 mg NO₃⁻/l) übte keinen Einfluß auf die Wachstumsraten aus, wohingegen bei Zugabe von Ammonium eine Hemmung des anaeroben Wachstums eintrat.The use of different amounts of nitrate (50-3000 mg NO₃⁻ / l) did not exercise Influence on the growth rates, whereas with the addition of ammonium a Inhibition of anaerobic growth occurred.

Das Wachstum der Starterkultur 2nIII ist vom Phosphatgehalt des Mediums abhängig. Ab 10 mg PO₄^3-/l wird die maximale Wachstumsrate erreicht. Auch der pH-Wert übt einen starken Einfluß auf das Wachstum aus. Im pH-Bereich von 6,0-8,5 nimmt die Wachstumsrate mit steigendem pH-Wert kontinuierlich zu. Wachstum und Nitrateliminierung der Starterkultur stehen im Zusammenhang mit der Art des Substrats, d. h. der eingesetzten PHB/HV-Charge. Tabelle 3 zeigt die Abhängigkeit der Denitrifizierungsaktivität von den eingesetzten PHB/HV-Substraten. The growth of starter culture 2nIII depends on the phosphate content of the medium. From 10 mg PO₄ ^3- / l the maximum growth rate is reached. The pH also has a strong influence on growth. In the pH range of 6.0-8.5, the growth rate increases continuously with increasing pH. Growth and nitrate elimination of the starter culture are related to the type of substrate, ie the PHB / HV batch used. Table 3 shows the dependence of the denitrification activity on the PHB / HV substrates used.

Tabelle 2 Table 2

Charakterisierung der Starterkultur 2nIII durch die spezifischen Wachstumsraten µ bei aerobem bzw. anaerobem Wachstum mit verschiedenen löslichen C-Quellen (30°C) Characterization of the starter culture 2nIII by the specific growth rates µ with aerobic or anaerobic growth with various soluble C sources (30 ° C)

Tabelle 3 Table 3

Die Abhängigkeit der Starterkultur in Batch-Versuchen von verschiedenen PHB/HV-Substraten (Denitrifizierungen nach 69 Stunden bei 30°C) The dependence of the starter culture in batch tests on different PHB / HV substrates (denitrification after 69 hours at 30 ° C)

Es konnte kein Einfluß der Phosphatkonzentration auf die Nitrat- und Nitritreduktion der untersuchten Starterkultur nachgewiesen werden.There was no influence of the phosphate concentration on the nitrate and nitrite reduction investigated starter culture can be demonstrated.

Die Starterkultur 2nIII zeigt für die Nitrat- und Nitritreduktion eine Abhängigkeit vom pH-Wert. Das pH-Optimum der mikrobiellen Denitrifizierung liegt je nach Organismus und Zustand der Kultur zwischen pH 7,0 und 8,2. Im sauren Bereich besteht die Gefahr der Anreicherung von NO bzw. N₂O, die unter diesen Bedingungen nicht mehr weiter reduziert werden (siehe Fig. 2).The starter culture 2nIII shows a dependence on the pH value for the nitrate and nitrite reduction. The pH optimum of microbial denitrification is between pH 7.0 and 8.2 depending on the organism and the condition of the culture. In the acidic range, there is a risk of enrichment of NO or N₂O, which can no longer be reduced under these conditions (see Fig. 2).

Das Wachstum der Starterkultur wird auch vom Nitritgehalt beeinflußt. In Flüssigkulturen ist eine Wachstumshemmung ab 100 mg NO₂⁻/l Ausgangskonzentration im 3-HBS- Minimalmedium festzustellen. Dieser Hemmeffekt äußert sich nicht in einem Absinken der Wachstumsrate, sondern in einer verlängerten Initialphase (=lag-Phase).The growth of the starter culture is also influenced by the nitrite content. In liquid cultures is a growth inhibition from 100 mg NO₂⁻ / l initial concentration in 3-HBS Determine minimal medium. This inhibiting effect is not reflected in a drop the growth rate, but in an extended initial phase (= lag phase).

Zugabe von Calciumpantothenat (10 µg/l) und/oder Eisen (10 mg/l als Eisensulfat) zum Wachstumsmedium bewirkt eine Erhöhung der Wachstumsrate, ein früheres Einsetzen der Nitritverwertung und eine höhere Denitrifizierungsrate. L-Methionin oder Kobalt führen zu einer Wachstumshemmung.Add calcium pantothenate (10 µg / l) and / or iron (10 mg / l as iron sulfate) to the Growth medium causes an increase in the growth rate, an earlier onset nitrite recovery and a higher denitrification rate. L-methionine or cobalt lead to an inhibition of growth.

Stoffe, die die Nitrat- bzw. Nitritreduktion fördern (Spurenelemente und Vitamine), lassen sich in PHB/HV einschließen. Dieses so gewonnene Granulat wird mit normalem Granulat nach Bedarf der Zusatzstoffe gemischt. So stehen mit dem Abbau des Granulats die Zusatzstoffe zur Verfügung.Substances that promote nitrate or nitrite reduction (trace elements and vitamins) include themselves in PHB / HV. This granulate is obtained with normal granulate  mixed as required by the additives. This is how the granules are broken down Additives available.

Die Starterkultur 2nIII wurde in zwei verschiedenen Betriebsarten erprobt. Zuerst wurde ein einstufiger Rezirkulationsreaktor über einen Zeitraum von 6 Monaten betrieben. In diesem Reaktor konnte die prinzipielle Eignung der Starterkultur zur Denitrifizierung von Rohwässern mit einer Temperatur von ca. 10°C gezeigt werden. Über einen Zeitraum von 4 Monaten wurden mikrobiologische Untersuchungen auf eine Besiedlung mit Fremdkeimen durchgeführt. Hierbei wurde insbesondere nach coliformen Keimen und nach fluoreszierenden Pseudomonaden gesucht. Sowohl im Ablauf des Bioreaktors, als auch im Biofilm wurden weder fluoreszierende Pseudomonaden noch coliforme Keime gefunden.The starter culture 2nIII was tested in two different operating modes. First was operated a one-stage recirculation reactor over a period of 6 months. In this reactor was able to determine the basic suitability of the starter culture for denitrification of Raw water with a temperature of approx. 10 ° C can be shown. Over a period of Microbiological tests for colonization were carried out 4 months ago Foreign germs carried out. This was especially after coliform germs and searched for fluorescent pseudomonas. Both in the course of the bioreactor and also in the biofilm there were neither fluorescent pseudomonas nor coliform germs found.

Die zweite Erprobung der Starterkultur erfolgte in einem zweistufigen Festbettreaktor ebenfalls bei 10°C. Hierbei wurde Wert auf eine Reaktorkonfiguration gelegt, die den späteren Einsatzbedingungen möglichst nahe kommt. Deshalb wurden die Festbettreaktoren im Durchflußbetrieb gefahren. Die Anlage wurde über einen Zeitraum von vier Monaten kontinuierlich betrieben. Bei diesem Versuch konnte nachgewiesen werden, daß sowohl die Sauerstoffzehrung im ersten Festbettreaktor als auch die Denitrifizierung unter anaeroben Bedingungen im zweiten Festbettreaktor durchführbar ist. Es fand bereits in der ersten Reaktorstufe Denitrifizierung statt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die erste Reaktorstufe im Bereich des Auslaufs bereits anaerobe Bedingungen aufweist. Abbau- und Stoffwechselprodukte des PHB/HV-Abbaus (Acetat und 3-HBS) konnten im Prozeßwasser nicht nachgewiesen werden.The second test of the starter culture was carried out in a two-stage fixed bed reactor also at 10 ° C. Here, emphasis was placed on a reactor configuration that the comes as close as possible to later operating conditions. That's why they were Fixed bed reactors run in flow mode. The facility was built over a period of time continuously operated for four months. This experiment was able to demonstrate be that both the oxygen consumption in the first fixed bed reactor and the Denitrification can be carried out under anaerobic conditions in the second fixed bed reactor is. Denitrification took place in the first reactor stage. This is on it attributable to the fact that the first reactor stage in the area of the outlet is already anaerobic Has conditions. Degradation and metabolic products of PHB / HV degradation (acetate and 3-HBS) could not be detected in the process water.

Der unregelmäßige Kurvenverlauf in den Leistungsdiagrammen (Fig. 4 und Fig. 5) ist durch den Laborcharakter der Anlage bedingt (gegendruckabhängige Pumpen, fehlende Steuerung). Dies führt zu wechselnden Flußraten und somit zu wechselnden Raumbelastungen des Reaktors.The irregular curve in the performance diagrams ( Fig. 4 and Fig. 5) is due to the laboratory character of the system (back pressure-dependent pumps, lack of control). This leads to changing flow rates and thus to changing space loads on the reactor.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird zusätzlich zur Starterkultur 2nIII das Bakterium Paracoccus denitrificans zugegeben. Paracoccus denitrificans ist zwar nicht in der Lage, PHB zu hydrolysieren, führt aber überraschenderweise in Kombination mit der Kultur 2nIII zu einer starken Erhöhung der Denitrifizierungsrate. Dabei kommt es zu einer erheblichen Verringerung der Nitritbildung (Fig. 6). In a preferred embodiment, the bacterium Paracoccus denitrificans is added to the starter culture 2nIII. Paracoccus denitrificans is not able to hydrolyze PHB, but surprisingly in combination with the culture 2nIII it leads to a strong increase in the denitrification rate. This leads to a considerable reduction in the formation of nitrite ( FIG. 6).

In einer weiteren Ausführungsform wird zusätzlich das Bakterium Thiobacillus denitrificans zugesetzt. Auch dieses Bakterium kann PHB nicht hydrolisieren, besitzt aber die Fähigkeit zu denitrifizieren. Da es andere Kohlenstoffquellen als PHB nutzt, hilft es mit, eine eventuelle Sekundärverkeimung des Wassers zu vermeiden. Darüberhinaus ist dieses Bakterium in der Lage, Schwefelwasserstoff, der z. B. bei Pumpenausfall entstehen könnte, zu Sulfat zu oxidieren, und trägt damit zur Reaktorsicherheit bei.In a further embodiment, the bacterium Thiobacillus denitrificans added. This bacterium cannot hydrolyze PHB either, but it does the ability to denitrify. Since it uses carbon sources other than PHB, it helps with to avoid possible secondary contamination of the water. Beyond that this bacterium is able to remove hydrogen sulfide, e.g. B. arise in the event of pump failure could oxidize to sulfate, thereby contributing to reactor safety.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Verfahren in mindestens zwei Stufen durchgeführt, wobei eine Stufe, bevorzugt die in Fließrichtung letzte Stufe, der Denitrifizierung dient und eine oder mehrere vorangehende Stufen dem Abbau anderer Schadstoffe, insbesondere Pestiziden dient.In a further preferred embodiment, the method is carried out in at least two Stages carried out, one stage, preferably the last stage in the direction of flow, the Denitrification and one or more of the preceding stages serve to break down others Pollutants, especially pesticides.

Die für die Denitrifizierung notwendige Sauerstoffzehrung kann zwar von der Starterkultur 2nIII selbst durchgeführt werden, jedoch besteht grundsätzlich auch die Möglichkeit, dafür andere Kulturen einzusetzen, bevorzugt in einer vorgeschalteten Reaktorstufe. Angestrebt wird dabei, daß neben der Sauerstoffzehrung weitere Problemstoffe, wie z. B. polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe, organische Chlorverbindungen oder Pflanzenschutzmittel, insbesondere Herbizide des s-Triazintyps, mit eliminiert werden. Bekannte Herbizide dieser Klasse sind z. B. Atrazin (Ausbringung in Deutschland seit 1991 verboten), Simazin oder Terbutylazin (Atrazinnachfolger), die weit verbreitet vor allem im Maisanbau eingesetzt wurden und werden. Wie bereits für die Denitrifizierung beschrieben wurde, sollte eine Starterkultur entwickelt werden. Dabei wurde angestrebt, Mikroorganismen zu isolieren, die Atrazin vollständig zu Kohlendioxid und Ammoniak mineralisieren können.The oxygen consumption necessary for denitrification can be from the Starter culture 2nIII can be carried out by yourself, but there is always the same Possibility to use other cultures, preferably in an upstream one Reactor stage. The aim is that in addition to oxygen consumption Problem substances, such as B. polycyclic aromatic hydrocarbons, organic Chlorine compounds or crop protection agents, in particular herbicides of the s-triazine type, be eliminated with. Known herbicides of this class are e.g. B. Atrazine (Application in Germany prohibited since 1991), Simazin or Terbutylazin (Successor to atrazine), which were used extensively mainly in maize cultivation and will. As already described for denitrification, a starter culture should be used be developed. The aim was to isolate microorganisms, the atrazine Mineralize completely to carbon dioxide and ammonia.

Aus Böden, die über Jahre mit Atrazin behandelt worden waren, wurden Mikroorganismen isoliert, die in der Lage sind, s-Triazine abzubauen und daneben auch in der Lage sind, PHB/HV zu verwerten. Zur Isolierung wurden Nährplatten verwendet, die PHB/HV, Nitrat und Atrazin als Kohlenstoff, beziehungsweise Stickstoffquellen enthielten. PHB/HV-Hydrolyse und Atrazinabbau zeigten Bakterien der Familie Streptomyces und Pilze der Gattung Aspergillus.Soils that had been treated with atrazine for years became microorganisms isolated, which are able to degrade s-triazines and are also able Recycle PHB / HV. Nutrient plates were used for isolation, the PHB / HV, Contained nitrate and atrazine as carbon, or nitrogen sources. PHB / HV hydrolysis and atrazine degradation showed bacteria of the Streptomyces and family Mushrooms of the genus Aspergillus.

Im Rahmen von toxikologischen Untersuchungen wurde die Starterkultur 2nIII im Tierversuch auf ihre subchronische und akute Toxizität untersucht. Die Starterkultur wurde dazu in Flüssigkultur mit dem Monomer 3-HBS als Kohlenstoffquelle angezogen. In the context of toxicological studies, the starter culture 2nIII in Animal studies examined for their subchronic and acute toxicity. The starter culture was grown in liquid culture with the monomer 3-HBS as a carbon source.  

Zur Untersuchung von subchronischen Effekten wurden an Sprague-Dawley-Ratten, die in Tabelle 4 angeführten Bakteriensuspensionen verwendet. Mittels einer Schlundsonde wurde täglich 1 ml der entsprechenden Bakteriensuspension oral appliziert. Während der 1. Sondierungsphase über 6 Tage wurde eine Suspension vorher abgetöteter Bakterien appliziert. Bei der 2. Sondierungsphase, die nach einer einwöchigen Pause an den gleichen Tieren erfolgte, wurden lebende Bakterien über einen Zeitraum von 7 Tagen verabreicht.To study subchronic effects on Sprague-Dawley rats, which are in Bacteria suspensions listed in Table 4 are used. Using a gavage 1 ml of the corresponding bacterial suspension administered orally daily. During the 1st The probing phase over 6 days was a suspension of previously killed bacteria applied. In the second exploratory phase, which after a one-week break on the same Live bacteria were administered to animals over a period of 7 days.

Tabelle 4 Table 4

Konzentration der Bakteriensuspensionen bei oraler Applikation (d = deionisiert) Concentration of the bacterial suspensions with oral application (d = deionized)

Es zeigten sich bei oraler Applikation keine toxischen Effekte. Die Allgemeinentwicklung und der Futter- und Wasserverbrauch der Untersuchungsgruppen wiesen keine signifikanten Unterschiede auf.No oral toxic effects were found. The general development and the food and water consumption of the study groups showed none significant differences.

Um die akute Toxizität festzustellen, wurden den Versuchstieren daraufhin die in Tabelle 5 angeführten Bakteriensuspensionen, nach einer einwöchigen Pause intraperitoneal appliziert. Es zeigten sich keine toxischen Effekte, die Tiere wiesen ein gutes Allgemeinbefinden auf. Deshalb wurde einer Versuchsgruppe nochmals eine noch höher konzentrierte Bakteriensuspension appliziert, ohne jedoch einen Effekt zu zeigen. Zwei Wochen nach der letzten i. p. Injektion wurden die Tiere getötet und seziert. Die Gewichte von Herz, Thymus, Lunge, Leber, Magen, Dünndarm, Coecum, Dickdarm, Nieren, Milz und Hoden bzw. Uteri wurden bestimmt. Die Untersuchungsgruppen zeigten dabei in den Organgewichten keine signifikanten Unterschiede. Auch makroskopisch erkennbare Effekte konnten an den Organen nicht beobachtet werden.In order to determine the acute toxicity, the test animals were then given the table 5 mentioned bacterial suspensions, after a week-long break intraperitoneally applied. There were no toxic effects, the animals showed a good one General condition on. For this reason, one test group became even higher concentrated bacterial suspension applied, but without showing any effect. Two Weeks after the last i. p. The animals were sacrificed by injection and dissected. The weights of the heart, thymus, lungs, liver, stomach, small intestine, coecum, large intestine, kidneys, spleen and testes and uteri were determined. The investigation groups showed in the  Organ weights no significant differences. Also macroscopically recognizable No effects were observed on the organs.

Tabelle 5 Table 5

Konzentration der Bakteriensuspensionen bei intraperitonealer Applikation Concentration of the bacterial suspensions with intraperitoneal application

Im Rahmen toxikologischer Untersuchungen von PHB/HV wurde geprüft, ob durch die eingesetzte Starterkultur 2nIII toxikologisch relevante Umsetzungen am eingesetzten PHB/HV stattfinden. Es wurden dazu Fütterungsversuche über 60 Tage mit Sprague- Dawley-Ratten durchgeführt. Granulat aus PHB/HV mit 22% Hydroxyvaleriatanteil, das in Batch-Versuchen benutzt worden war, wurde nach Entfernung der Biomasse fein gemahlen und dem Futter in einer Konzentration von 5% zugesetzt. Als Kontrolle diente unbewachsenes PHB/HV-Granulat mit 22% Hydroxyvaleriatanteil.In the context of toxicological studies by PHB / HV, it was checked whether the used starter culture 2nIII toxicologically relevant conversions on the used PHB / HV take place. Feeding trials over 60 days with sprag Dawley rats performed. Granules from PHB / HV with 22% hydroxyvalerate, the had been used in batch experiments, became fine after removal of the biomass ground and added to the feed in a concentration of 5%. Served as a control ungrowth PHB / HV granules with 22% hydroxyvalerate.

Die Allgemeinentwicklung der Tiere zeigte in den 60 Tagen bei den Untersuchungsgruppen keine Unterschiede. Nach Versuchsende wurden die Gewichte von Herz, Thymus, Lunge, Leber, Magen, Dünndarm, Coecum, Dickdarm, Nieren, Milz und Hoden bzw. Uteri bestimmt. Die Organgewichte wiesen keine signifikanten Unterschiede auf. Makroskopische Veränderungen waren nicht zu beobachten.The general development of the animals showed in the 60 days Study groups no differences. After the end of the experiment, the weights of Heart, thymus, lungs, liver, stomach, small intestine, coecum, large intestine, kidneys, spleen and Testis or uterus determined. The organ weights showed no significant differences on. No macroscopic changes were observed.

Claims (5)

1. Pseudomonas spec. Stamm 2nIII (DSM 9387).1. Pseudomonas spec. Strain 2nIII (DSM 9387). 2. Verfahren zur biologischen Denitrifizierung von Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß nitrathaltiges Wasser über ein aus Poly-(3-Hydroxybuttersäure-Co-3-Hydroxy­ valeriansäure) bestehendes Substrat geleitet wird, welches mit dem Stamm 2nIII (DSM 9387) besiedelt ist und welches diesem Stamm als Kohlenstoffquelle und Elektronendonator dient.2. Process of biological Denitrification of water, characterized, that nitrate-containing water via a poly (3-hydroxybutyric acid-Co-3-hydroxy valeric acid) existing substrate is passed, which with the strain 2nIII (DSM 9387) is populated and which this strain as a carbon source and Serves electron donor. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat Zusatzstoffe enthält, insbesondere Pantothenat und/oder Eisen.3. The method according to claim 2, characterized, that the substrate contains additives, especially pantothenate and / or iron. 4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß neben dem Stamm 2nIII (DSM 9387) die Bakterien Paracoccus denitrificans und/oder Thiobacillus denitrificans eingesetzt werden.4. The method according to claim 2 or 3, characterized, that in addition to strain 2nIII (DSM 9387) the bacteria Paracoccus denitrificans and / or Thiobacillus denitrificans can be used. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als zusätzliche Mikroorganismen Streptomyces- und/oder Aspergillus-Arten, bevorzugt in einer separaten Reaktorstufe, eingesetzt werden.5. The method according to any one of claims 2 to 4, characterized, that as additional microorganisms, Streptomyces and / or Aspergillus species, preferably in a separate reactor stage.