DE2757826C2

DE2757826C2 - Verfahren zur Durchführung von biochemischen Reaktionen mit Hilfe von Mikroorganismen

Info

Publication number: DE2757826C2
Application number: DE2757826A
Authority: DE
Inventors: Ryuichiro Kurane; Tomoo Suzuki; Yoshimasa Chiba Takahara
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1976-12-25
Filing date: 1977-12-23
Publication date: 1986-07-03
Also published as: DE2757826A1; US4332904A; JPS5381681A; JPS5646397B2

Description

In den letzten Jahren wurden in zunehmendem Umfang Mikroorganismen zur Aufbereitung von für die Umweltverschmutzung verantwortlichen Abwässern, zur Herstellung von Nahrungsmitteln und Arzneistoffen und ähnlichen Reaktionen eingesetzt

Ein auf diesem Gebiet liegender Verwendungszweck von Mikroorganismen besteht in der Bildung von Enzymen, die zur Durchführung von verschiedenen biochemischen Reaktionen unter Bildung von wertvollen Produkten eingesetzt werden. Derartige enzymatische Reaktionen wurden früher absatzweise durchgeführt, wobei entweder die Enzyme selbst oder Mikroorganismenzellen mit einem Gehalt an diesen Enzymen den umzusetzenden Substraten einverleibt wurden. Ferner wurden Verfahren zum Fixieren von Enzymeu an entsprechenden Trägern oder zum Fixieren von Enzymen in Mikroorganismenzellen, in denen sie gebildet werden.

entwickelt (vgL beispielsweise die US-PSen 37 52 858, 39 33 587 und 39 50 222). Dadurch wird es möglich, die gewünschten enzymatischen Reaktionen kontinuierlich durchzuführen. Ein entscheidender Nachteil von sämtlichen dieser Verfahren besteht darin, daß die Mikroorganismenzellen nach der Bildung der Enzyme sich nicht länger vermehren können, da die Zellen zum Zeitpunkt der Fixierung der Enzyme in den Zellen abgestorben sind oder da die Enzyme aus den Zellen extrahiert werden, bevor sie auf den Trägern fixiert werden. Infolgedessen ist

es nicht zu vermeiden, daß die Aktivität von fixierten Enzymen mit dem Fortschritt der beteiligten enzymatischen Reaktionen allmählich abnimmt

Aus der DE-OS 15 17 814 ist ein Verfahren zur kontinuierlichen Behandlung von Flüssigkeiten mit Enzymträgern hoher Konzentration bekannt das dadurch gekennzeichnet ist daß man die Flüssigkeit durch eine Anschwemmung der Enzymträger auf wenigstens einem porösen Körper und durch den porösen Körper hindurch

leitet dessen Porenweite so bemessen ist daß der Enzymträger im wesentlichen vollständig auf dem porösen Körper zurückgehalten wird, den Durchtritt der zu behandelnden Flüssigkeit aber gestattet. Als Enzymträger kommen Mikroorganismen, z. B. Hefe, in Frage.

Zweckmäßigerweise geht man bei dem bekannten Verfahren so vor, daß man den Enzymträger, z. B. Hefe, in ehier wäßrigen Aufschlämmung durch die Einlaßöffnung einer Gärkammer einpumpt deren Auslaßöffnung aus

einem porösen Körper, wie beispielsweise einer frittenartigen porösen Platte, besteht Da die Poren des porösen Körpers so klein sind, daß der Enzymträger auf ihm in der Gärkammer zurückgehalten wird, während das Aufschlämmwasser durch ihn hindurchtritt sammelt sich der Enzymträger als Anschwemmung auf dem porösen Körper an. Danach wird kontinuierlich die zu behandelnde Flüssigkeit, wie hier beispielsweise Würze für die Bierherstellung, durch die Gärkammer hindurchgeleitet bis der Enzymträger in der Gärkammer verbraucht ist.

Sodann wird die Durchleitung der zu behandelnden Flüssigkeit kurzfristig unterbrochen und der verbrauchte

Enzymträger, etwa durch Rückspülen, aus der Gärkammer entfernt. Nachfolgend wird erneut suspendierter

Enzymträger in die Gärkammer eingepreßt und danach erneut zu behandelnde Flüssigkeit, wie beispielsweise

Würze, kontinuierlich hindurchgeleitet.

Offensichtlich sind bei diesem Verfahren die Enzymträger, z. B. Hefezellen, nicht mehr zum Zellwachstum

fähig, sobald sie auf dem porösen Körper angeschwemmt sind.

Nach einem nicht vorveröffentlichten Vorschlag wurde versucht, ein Verfahren zum Abbau von Phthalsäureestern unter Verwendung von Mikroorganismen zu entwickeln. Bei diesem Verfahren wird der Phthalsäureester einem Nährmedium einverleibt, auf dem ein spezieller Mikroorganismus gezüchtet wird, der sich dabei unter Assimiliation des Phthalsäureesters vermehrt und somit die gewünschte Abbaureaktion hervorruft. Bei diesem

Verfahren ist es jedoch schwierig, den Abbau der Phthalsäureester kontinuierlich durchzuführen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Durchführung von biochemischen Reaktionen unter Verwendung von Mikroorganismen zur Verfügung zu stellen, bei dem eine biochemische abbauende (katabole) oder aufbauende (anabole) Reaktion kontinuierlich und effektiv unter Verwendung von Mikroorganismen lange Zeit durchgeführt werden kann. Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem Patentanspruch.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Reaktionsgefäß verwendet, durch das eine Flüssigkeit geleitet werden kann und das mit einer hydrophile Eigenschaften aufweisenden Erde als Träger gepackt ist. Dieser Träger wird mit Mikroorganismen beimpft, die auf dem Träger festgehalten und gezüchtet werden. Ein umzusetzendes Substrat (Reaktionssubstrat) wird in das Gefäß eingespeist und kontinuierlich mit dem Träger in Kontakt gebracht, wobei die festgehaltenen Mikroorganismen zur Vermehrung veranlaßt werden

und auf das umzusetzende Substrat unter Hervorrufung von katabolen oder anabolen Reaktionen einwirken.

Da erfindungsgemäß die Mikroorganismenzellen in lebendem und aktivem Zustand auf dem Träger Erde gehalten werden und somit kontinuierlich für den Kontakt mit dem umzusetzenden Substrat zur Verfügung stehen, vermehren sich diese und gewinnen an Aktivität, so daß ihre Wirkung auf das umzusetzende Substrat, das kontinuierlich über lange Zeit hinweg mit dem Träger und somit mit den Mikroorganismen in Kontakt gebracht

wird, stabil bleibt.

Wenn ein Gefäß, durch das eine Flüssigkeit geleitet werden kann, mit dem erfindungsgemäß verwendeten Träger, auf dem die Mikroorganismen in lebendem und aktivem Zustand festgehalten werden, gepackt wird, kann die Umsetzung des Reaktionssubstrats kontinuierlich gestaltet werden, indem man einfach dieses Reak-

tionssubstrat durch das Gefäß leitet Da im erfindungsgemäßen Verfahren die Mikroorganismen in lebendem und aktivem Zustand auf dem Träger gehalten und so für die Umsetzung verwendet werden, läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren auch für enzymatische Reaktionen einsetzen, bei denen durch die festgehaltenen Mikroorganismen zu bildende Enzyme beteiligt sind. Das erfmdungsgemäße Verfahren erlaubt ferner eine Beseitigung von ökologisch schädlichen Abwässern sowie die Herstellung von Arzneistoffen und Nahrungsmitteln in effektiver und wirtschaftlicher Weise.

Bei Umsetzung unter Verwendung von Mikroorganismen tritt auch dann, wenn die Mikroorganismen auf einem geeigneten Träger fixiert sind, das Problem auf, daß die Aktivität der fixierten Mikroorganismen allmählich mit fortschreitender Umsetzung abnimmt. Aus diesem Grund ist es schwierig, die gewünschte kontinuierliche Reaktion unter Verwendung von fixierten Mikroorganismen durchzuführen. Erfindungsgemäß wurden zur Lösung dieser Schwierigkeiten eine Reihe von Untersuchungen durchgeführt, wobei versucht wurde, die Mikroorganismen in lebendem und aktivem Zustand auf einem Träger zu halten und das Reaktionssubstrat kontinuierlich in Kontakt mit den festgehaltenen Mikroorganismen zu bringen, wodurch eine Vermehrung der Mikroorganismen innerhalb des Trägers ermöglicht, deren Aktivität konstant gehalten und deren stabile Wirkung auf das Reaktionssubstrat gewährleistet wird. Auf diese Weise läßt sich eine kontinuierliche Reaktion durchführen.

Erfindungsgemäß werden katabole oder anabole Reaktionen mit einem gegebenen Reaktionssubstrat kontinuierlich durchgeführt, indem man mindestens einen Mikroorganismus auf Erde als hydrophilen Träger überimpft, diesen darauf festhält und züchtet, ein Gefäß von entsprechender Bauweise, durch das eine Flüssigkeit geleitet werden kann, mit diesem Träger packt, das Reaktionssubstrat in das Gefäß einspeist und in kontinuierlichen Kontaktjrat dem auf dem Träger festgehaltenen Mikroorganismus bringt. Selbstverständlich läßt sich die gleiche Wirkung auch erreichen, indem man zunächst das Gefäß mit dem Träger packt, anschließend die Mikroorganismen auf den Träger überimpft, die überimpften Mikroorganismen auf dem Träger festhält und züchtet und das Reaktionssubstrat in Kontakt mit den festgehaltenen Mikroorganismen bringt

Da es notwendig ist, daß die auf den Träger überimpften Mikroorganismen dort festgehalten und gezüchtet werden, muß die erfindungsgemäß einzusetzende Erde hydrophil sein. Dieser Träger muß stationär innerhalb des Gefäßes, durch das eine Flüssigkeit geleitet werden kann, gehalten werden, um die Passage des Reaktionssubstrats unter Gewährleistung des Kontakts mit den festgehaltenen Mikroo.' Manismen zu ermöglichen. Wenn eine als Träger gewählte Erde keine ausreichende Durchlässigkeit für Wasser aufweist, wird zweckmäßigerweise die Wasserdurchlässigkeit durch Einverleiben einer entsprechenden Menge einer hydrophoben Substanz verbessert. Eine ideale Substanz, die hydrophile und hydrophobe Eigenschaften in sich vereinigt und ein Festhalten und Züchten von Mikroorganismen ermöglicht, ist Erde. Von den verschiedenen, zur Verfügung stehenden Erdarten wird vorzugsweise Humi'serde und tonhaltiger Lehm, die aus groben Körnern bestehen, verwendet. Es können auch künstliche Erden verwendet werden. Beispiele für entsprechende hydrophobe Substanzen sind Meeressand, pulverisierte Kunstste^.eilchen und granulierte Betonteilchen.

Aus den vorstehenden Ausführungen ergibt sich, daß solche Erden als Träger verwendet werden können, die ein Festhalten und Züchten der Mikroorganismen erlauben. Die Erden müssen selbstverständlich, wie sich ebenfalls aus den vorstehenden Ausführungen ergibt, in entsprechender Weise mit hydrophoben Substanzen vermischt werden, sofern ihre eigene Wasserdurchlässigkeit unzureichend ist und verbessert werden muß. Somit kann der Träger unter Verwendung einer der vorstehenden Substanzen oder unter Verwendung eines Gemisches von zwei oder mehr dieser Substanzen gebildet werden, wobei die Art des verwendeten Mikroorganismus, die Bauweise des Gefäßes, die Reaktionsbedingungen und ähnliche Größen zu berücksichtigen sind. Beispiele für Gefäße, deren Bauweise ein stationäres Festhalten des Trägers und ein Durchleiten einer Flüssigkeit erlaubt, sind einfache Säulen, horizontale Reaktionsgefäße, Füllkörperkolonnen und Gefäße mit ähnlicher Bauweise. Somit können beliebige Gefäße verwendet werden, sofern sie dazu in der Lage sind, die vorstehend erläuterten Träger in stationärem Zustand zu halten und das Durchtreten einer Flüssigkeit erlauben. Gestalt und Abmessungen des Gefäßes werden unter Berücksichtigung der Art und Menge des durchzuleitenden Reaktionssubstrats, der Behandlungsbedingungen des Reaktionssubstrats, der speziellen Position, wo das Gefäß angebracht werden soll, und anderer ähnlicher Faktoren gewählt.

Bei der Überimpfung der Mikroorganismen auf den Träger ist es im allgemeinen erwünscht, die Mikroorganismen einer Vorkultur oder Züchtung in Gegenwart des zu behandelnden Reaktionssubstrats zu unterwerfen uiid den Träger mit den nach dieser Vorkultur oder Akklimatisierung erhaltenen Mikroorganismenzellen zu beimpfen. Die Überimpfung der Mikroorganismen kann entweder vor dem Einbringen des Trägers in das Gefäß oder danach durchgeführt werden. Um ein möglichst gutes Festhalten der Mikroorganismen innerhalb des Trägers zu ermöglichen, liegt der pH-Wert des Trägers vorzugsweise im Bereich von 3 bis 9 und insbesondere von 5 bis 8, wobei der für das Wachstum des Mikroorganismus oder die Art des Trägers selbst geeignete pH-Wert nicht mitberücksichtigt ist. Wird eine Erde als Träger verwendet, die von Anfang an Nährstoffquellen enthält, wie Humusboden, so besteht keine spezielle Notwendigkeit, Nährstoffquellen zuzusetzen. Wird eine Erde ohne Nährstoffbestandteile oder von mangelhaftem Nährstoffgehalt verwendet, ist es notwendig, entsprechende, für den auf den Träger zu überimpfenden speziellen Mikroorganismus geeignete Nährstoffquellen zuzusetzen. Dabei wird eine solche Nährstoffquelle zugesetzt, die bei der Züchtung des Mikroorganismus in Lösung verwendet wird. Das Einverleiben der Nährstoffquelle in den Träger kann entweder durch direkte Zufuhr der Nährstoffquelle in das Gefäß, das bereits mit dem Träger gepackt ist oder durch Zugabe der Nährstoffquelle zum Träger, bevor dieser in das Gefäß gepackt wird, erfolgen. Im Fall von Umsetzungen, die durch von den Mikroorganismen gebildete Enzyme durchgeführt werden, muß der Träger mit einer Substanz, die die Enzymbildung induziert, versetzt werden.

Mit der Zeit wird der auf diese Weise auf den Träger überimpfte Mikroorganismus auf der Oberfläche der Trägerteilchen, in den Zwischenräumen zwischen den Trägerteilchen, in den innerhalb der Trägerteilchen bestehenden Hohlräumen und an ähnlichen Stellen festgehalten und vermehrt. Nachdem der Mikroorganismus

auf dem Träger festgehalten und vermehrt worden ist und sich in dem Umfang, der für einen bestimmten Aktivitätsgrad erforderlich ist, vermehrt hat, beginnt man mit der Zufuhr des Reaktionssubstrats in das Gefäß, um die Mikroorganismen dem Kontakt mit dem Substrat auszusetzen. Da der Kontakt des Reaktionssubstrats mit den Mikroorganismen während des Durchleitens des Reaktionssubstrats in Form einer wäßrigen Lösung gelöst durch das Gefäß bewerkstelligt wird, kann das Reaktionssubstrat ursprünglich als Flüssigkeit oder in Pulverform vorliegen. Vorzugsweise ist das umzusetzende Substrat in einer wäßrigen Lösung gelöst oder mit dieser vermischt, so daß der Grenzflächenkontakt mit den festgehaltenen Mikroorganismen möglichst groß ist Auch Reaktionssubstrate in fester Form können anabolen oder katabolen Reaktionen mit den festgehaltenen Mikroorganismen unterzogen werden, wenngleich mit langsam fortschreitender Geschwindigkeit Dabei wird das feste Reaktionssubstrat oben auf den Träger im Innern des Gefäßes gegeben und eine wäßrige Lösung durchgeleitet, die die Schicht auf dem Substrat löst.

Für die Art des zu behandelnden Reaktionssubstrats gibt es keine speziellen Beschränkungen, sofern die Mikroorganismen dazu in der Lage sind, anabole oder kataboie Reaktionen am Reaktionssubstrat durchzuführen. Beispiele für entsprechende Reaktionssubstrate sind Kohlenhydrate, Kohlenwasserstoffe, organische Fäulnisprodukte, Abtrittdünger, Stärke, Glucose und andere in Zusammenhang mit Nahrungsmitteln stehende Substanzen.

Somit läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise mit Mikroorganismen durchführen, die zum Abbau von schwierig abzubauenden Substanzen in der Lage sind, beispielsweise mit Mikroorganismen, die Phthalsäureester und Polyvinylalkohole abbauen. Ferner können Mikroorganismen, die im Zusammenhang mit der Herstellung von Nahrungsmitteln stehen, verwendet werden, beispielsweise Aktivschlamm, Melibiase bildende Mikroorganismen, Glucose-isomerase bildende Mikroorganismen und Amylase buchende Mikroorganismen.

Nachstehend wird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert

Erde wird zuerst in einem Luftstrom getrocknet, fein pulverisiert und durch ein Sieb gegeben, um übermäßig feine Erdteilchen und große Erdklumpen zu entfernen und Erdteilchen mit Durchmessern im Bereich von 0,1 bis 1,0 mm zu gewinnen.

Zur Überimpfung der Mikroorganismen auf den Träger können die Mikroorganismenzellen gleichmäßig mit dem Träger vermischt oder konzentrisch auf den Teil des Trägers aufgesetzt werden, der sich an der Einlaßöffnung des Gefäßes befindet, wo der Träger konstant in Kontakt mit frisch zugeführtem Reaktionssubstrat gebracht wird. Vorzugsweise befinden sich die Mikroorganismen zum Zeitpunkt der Oberimpfung in lebendem Zustand und in der Phase logarithmischen Wachstums. Es können aber auch Mikroorganismenzellen in Ruhezustand verwendet werden, sofern sie nicht abgestorben sind.

Über den pH-Wert des Trägers bei der Beimpfung mit dem Mikroorganismus wurden beispielsweise für

Nocardia erythropolis Untersuchungen angestellt Erdproben wurden, wie in nachstehender Tabelle, auf pH-Werte von 2 bis 10 eingestellt und in einem festen Volumenverhältnis von 1 :2 mit Meeressand vermischt.

Jeweils 1 g dieser verschiedenen Träger wurden gründlich mit 0,5 ml keimfreiem Wasser, in dem Nocardia erythropolis suspendiert war, vermischt Das Gemisch wurde 10 Minuten stehengelassen. Die auf diese Weise erhaltenen Proben wurden gründlich mit 2 ml keimfreiem Wasser vermischt und anschließend 30 Minuten stehengelassen. Die Absorption bei 660 nm der Überstände wurde als Kriterium für das Verhältnis der im Überstand suspendierten Mikroorganismenzellen festgestellt Die Ergebnisse sind in nachstehender Tabelle 1 zusammengestellt

Tabelle I

pH-Wert

23456789 10

Absorption 0,10 0,05 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,04 0,10

so Aus dieser Tabeüi; geht hervor, daß die Absorptionswerte der Überstände bei Proben mit pH-Werten im Neutralbereich (4 bis 8) gering ist. Zu berücksichtigen ist, daß der Anteil an im Überstand suspendierten Mikroorganismenzellen abnimmt und der Absorptionswert entsprechend sinkt, wenn die Haftung der Zellen am Träger zunimmt Demgegenüber bleibt das Verhältnis von suspendierten Mikroorganismenzellen unverändert und der Absorptionswert dementsprechend hoch, wenn die Haftfestigkeit abnimmt. Somit ist aufgrund der niedrigen Absorptionswerte in Proben von pH-Werten im Neutralbereich anzunehmen, daß die Mikroorganismenzellen in diesen Proben im wesentlichen vollständig am Träger festgehalten werden.

Die vorstehenden Daten zeigen, daß im Fall von Nocardia erythropolis ein Festhalten der Mikroorganismenzellen am Träger in vorteilhafter Weise bei einem pH-Wert des Trägers von 4 bis 8 erreicht wird. Diese Daten lassen offensichtlich auch den Schluß zu, daß im Fall von anderen Mikroorganismen ein Festhalten der Zellen am Träger durch Einstellen des pH-Werts auf den Bereich von 4 bis 8 erreicht wird. Dabei ist aber das pH-Optimum für das Wachstum der speziellen Mikroorganismen nicht berücksichtigt.

Wenn die auf diese Weise auf den Träger überimpften Mikroorganismen noch nicht in dem für die Reaktionszwecke erforderlichen Mindestmaß aktiviert worden sind oder wenn die Mikroorganismen zum Zeitpunkt der Überimpfung sich im Ruhezustand befinden, muß der Träger im Gefäß unter Bedingungen, die für das Wachsturn der Mikroorganismen günstig sind, gebracht werden. Gegebenenfalls kann dem Träger eine Nährstoffqiieile oder eine induzierend wirkende Substanz einverleibt werden. Nach der Aktivierung der Mikroorganismen im Träger auf den angegebenen Wert wird die zu behandelnde Substanz (Reaktionssubstrat) in das Gefäß eingespeist und kontinuierlich in Kontakt mit den festgehaltenen Mikroorganismen gebracht. Im allgemeinen wird

dieser Kontakt des Reaktionssubstrats mit den festgehaltenen Mikroorganismen durchgeführt, indem das Substrat in Wasser oder einem Lösungsmittel gelöst und diese Lösung durch das Gefäß geleitet wird. Es ist nicht unbedingt erforderlich, daß das Reaktionssubstrat in Wasser löslich ist. Im Fall eines öligen Reaktionssr.bstrats, beispielsweise eines Phthalsäureester, kann dieses Substrat in einem Lösungsmitlei unter Zuhilfenahme eines grenzflächenaktiven Mittels dispergiert werden, wodurch der Grenzflächenkontakt mil den Mikroorganismen so weit wie möglich erhöht wird. Wenn das Reaktionssubstrat in Faser- oder Pulverform vorliegt, kann es auf den stationär im Gefäß gehaltenen Träger gebracht werden. In diesem Fall wird ein entsprechendes Lösungsmittel durch das Gefäß geleitet, so daß das Substrat allmählich weggelöst wird und nach und nach durch den Träger strömt.

Um eine wirksame Reaktion der Mikroorganismen mit dem Reaktionssubstrat im Fall von aeroben Mikroorganismen zu gewährleisten, wird die durch das Gefäß geleitete wäßrige Lösung in entsprechender Weise behandelt, beispielsweise durch Belüften. Um die Durchlässigkeit des Trägers für Luft und Wasser zu verbessern, kann eine hydrophobe Substanz, wie Meeressand, in reichlichem Umfang zum Träger gegeben werden. Die Temperatur und der pH-Wert des Reaktionssystems können innerhalb der Bereiche, die ein Wachstum der Mikroorganismen ermöglichen, frei gewählt werden. Um ein Festhalten und eine Vermehrung der Mikroorganismen im Träger zu gewährleisten, wird zweckmäßigerweise die dem Träger zugeführte wäßrige Lösung mit den erforderlichen Nährstoffquellen versetzt. Beispiele für Nährstoffquellen, die zu diesem Zweck geeignet sind, sind Kohlenstoffquellen, anorganische Salze, anorganische Stickstoffquellen, organische Stickstoffquellen, Vitamine, Abtrittsdüngcr, tierische Dünger, landwirtschaftliche Abfallprodukte, Abfallprodukte der Nahrungsmittelindustrie, verbrauchte Gärmaischen und Rückstände davon und Müll. Die Art und Menge der Nährstoffquellen werden in Übereinstimmung mit der Art der überimpften Mikroorganismen bzw. den Reaktionsbedingungen gewählt.

Wenn die Lösung des Reaktionssubstrats auf die vorstehend beschriebene Weise in das Gefäß eingespeist wird, dringt sie durch die feinen Löcher innerhalb des Trägers und kommt somit in Kontakt mit den festgehaltenen Mikroorganismen, mit dem Ergebnis, daß das Reaktionssubstrat in der Lösung durch die Mikroorganismen assimiliert wird. Die Mikroorganismen assimilieren also das Reaktionssubstrat, verbrauchen die Nährstoffquellen und vermehren sich stetig, wobei sie mit zunehmender Festigkeit am Träger festgehalten werden. Auf diese Weise ist ein effektiver Reaktionsverlauf gewährleistet.

Das Gefäß, in dem der Träger mit den daran festgehaltenen und sich vermehrenden Mikroorganismen in stationärem Zustand gehalten wird, kann eine beliebige Gestalt aufweisen, die ein Durchleiten der Lösung des Reaktionssubstrats zuläßt. Bei Verwendung eines säulenförmigen Gefäßes wird vorzugsweise die Lösung des Reaktionssubstrats von oben nach unten durchgeleitet. Dies wird zweckmäßigerweise unter Ausnutzung der Schwerkraft durchgeführt, wenngleich es auch in anderen Fällen möglich ist, die Lösung mit Hilfe von Sog oder Druck durchzuleiten. Gestalt und Abmessungen des Gefäßes werden unter Berücksichtigung der Art und Menge des Trägers, der Art der Mikroorganismen, der Menge der überimpften Mikroorganismen, der Art des Reaktionssubstrats, der Menge des an der Umsetzung beteiligten Reaktionssubstrats, der Reaktionsbedingungen und dgl. gewählt. Wenn die Umsetzung sehr lange dauert kann eine ausreichende Reaktionszeit durch Verlängerung der Säule gewährleistet werden. Die Reaktionszeit kann auch durch eine Erhöhung der Aktivität der Mikroorganismen verkürzt weiden. Im Fall von rasch ablaufenden Reaktionen kann der Träger mit einer großen Menge an hydrophober Substanz verdünnt oder die Einspeisungsgeschwindigkeit der Lösung des Reaktionssubstrats in das Gefäß erhöht werden.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren zur Fixierung von Mikroorganismen werden erfindungsgemäß die Mikroorganismen in lebendem und aktivem Zustand auf dem Träger festgehalten und kommen in diesem Zustand in Kontakt mit dem Reaktionssubstrat. Dabei läuft, wie vorstehend erläutert, eine synthetische oder zersetzende Umsetzung des Reaktionssubstrats ab. Wenn die festgehaltenen Mikroorganismen kontinuierlich mit den entsprechenden Nährstoffquellen versorgt und somit ständig aktiv gehalten werden, kann die gewünschte biochemische Reaktion unter Verwendung von Mikroorganismen über lange Zeit hinweg kontinuierlich und stabil durchgeführt werden.

Da das erfindungsgemäße Verfahren auf praktisch alle Mikroorganismen anwendbar ist, können auch die verschiedensten Reaktionssubstrate nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt werden. Somit kann das erfindungsgemäße Verfahren auf die verschiedensten Umsetzungen, angefangen von der Beseitigung von ökologisch schädlichen Abwässern bis zur Herstellung von Nahrungsmitteln, angewendet werden. Als Träger für die Mikroorganismen werden also verschiedene natürlich vorkommende Erden in unveränderter Form verwendet Der Zusatz, das Festhalten und das Wachstum der Mikroorganismen auf dem Träger bereiten keine Schwierigkeiten. Als Reaktionsgefäß wird vorzugsweise eine normale Säule verwendet. Somit kann das erfindungsgemäße Verfahren in großtechnischem Maßstab wirtschaftlich durchgeführt werden.

Die Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiel 1

Erdteilchen der Teilchengröße 0,15 bis 0,8 mm und Meeressand werden im Volumenverhältnis von 1 :2 vermischt. Das erhaltene Gemisch wird als Träger verwendet. Eine Säule mit 20 mm Innendurchmesser wird bis zu einer Höhe von 100 mm mit diesem Träger gepackt. Die auf diese Weise in die Säule gebrachte Trägermenge beträgt 31,5 ml. Der auf diese Weise stationär in der Säule gehaltene Träger wird mit Phosphatpuffer auf den pH-Wert 7 eingestellt Bei Raumtemperatur wird Nocardia erythropoHs in einer Menge von 4x10* Mikroorganismenzellen pro gTräger überimpft. Die Gesamtzahl an Mikroorganismenzellen beträgt etwa 1 χ 10".

Der Träger, an dem nunmehr die Mikroorganismenzellen festgehalten werden, wird wieder mit Phosphatpuffer auf den pH-Wert 7 eingestellt. Anschließend wird eine wäßrige Lösung mit einem Gehalt an 3000 ppm (03

Prozent) Di-2-äthylhexylphthalat (DEHP), die mit einem Homogenat, das als Nährstoffquellen für die Mikroorganismen 0,1 Prozent Ammoniumsulfat, 0,02 Prozent einbasiges Kaliumphosphat, 0,16 Prozent zweibasiges Kaliumphosphat, 0,02 Prozent Magnesiumsulfat, 0,01 Prozent Calciumchlorid, 0,01 Prozent Natriumchlorid, 0,001 Prozent Eisensulfat, 0,0005 Prozent Natriummolybdat, 0,0005 Prozent Mangansulfat, 0,0005 Prozent Natriumwolframat, 0,0004 Prozent Calciumpantothenat, 0.002 Prozent Inosit, 0,0004 Prozent Nicotin, 0.0002 Prozent p-Aminobenzoesäure, 0,0004 Prozent Pyridoxinhydrochlorid, 0,0004 Prozent Thiaminhydrochlorid, 0,0004 Prozent Riboflavin, 0,000002 Prozent Biotin und 0,0000005 Prozent V-Bi₂ enthält, emulgiert ist. mit einem Rührer fV?rührt, reichlich mit Luft durchblasen und bei Raumtemperatur in die Säule eingespeist. Man läßt die Lösung unter Ausnutzung der Schwerkraft im Säuleninneren nach unten fließen.

Die Zufuhrgeschwindigkeit der Lösung beträgt etwa 15 ml/Std. Die Verweilzeit der Lösung auf dem Träger beträgt etwa 2 Stunden. Vom Eluat werden nach 3, 7, 24, 48, 72 und 120 Stunden nach Beginn der Zufuhr der Lösung auf die Säule Proben entnommen. Die Proben werden auf ihren DEHP-Gehalt untersucht.

Zu Vergleichszwecken wird die Säule mit dem Träger der gleichen Zusammensetzung unter den gleichen Bedingungen gepackt. Ohne Überimpfung von Mikroorganismen auf den Träger läßt man die wäßrige DEHP-Lösung der gleichen Zusammensetzung von oben nach unten durch die Säule laufen. Die Ergebnisse sind in Tabelle II zusammengestellt.

Tabelle II

Zeit(Std)

3 7 24 48 72 120

Träger mit Mikroorganismen	50	0	0	0	0	0
(ppm)
25 Träger ohne Mikroorganismen	1200	1290	1320	2600	1720	1500
(ppm)

Aus der Tabelle geht hervor, daß das Reaktionssubstrat DEHP im wesentlichen vollständig zersetzt wird, wenn das Reaktionssubstrat (wäßrige Lösung mit einem Gehalt an 0,3 Prozent DEH P) über den Träger, auf dem die Mikroorganismen festgehalten werden und sich vermehren, gegeben werden. Unabhängig vom zeitlichen Verlauf läßt sich überhaupt keine Abnahme der mikrobiologischen Aktivität des Systems feststellen.

Der in diesem Beispiel verwendete Träger wird 32 Tage nach Beendigung des Versuchs entnommen und auf seinen restlichen DEHP-Gehalt analysiert. Der restliche DEHP-Gehalt beträgt 0,14 Prozent im Träger mit einem Gehalt an Mikroorganismen und etwa 5,2 Prozent im Träger ohne Mikroorganismen, jeweils bezogen auf das gesamte aufgesetzte DEHP.

Unmittelbar nach der Überimpfung der Mikroorganismenzellen und 32 Tage nach Beendigung des Experiments werden 1-g-Proben des Trägers mit einem Gehalt an Mikroorganismen untersucht, um die Zellen von Nocardia erythropolis zu zählen und die Gesamtzellenzahien unter Einschluß von Nocardia erythropoiis zu bestimmen. Die Ergebnisse sind in Tabelle III zusammengestellt. Für diesen Zweck wird ein übliches Bouillon-Agar-Medium verwendet.

Tabelle III

unmittelbar nach 32 Tage nach

der Überimpfung Beendigung des

Versuchs

Anzahl der Zellen von Nocardia erythropolis (/g) 1 χ 10" 4 χ 10"

Gesamtzahl der Zellen 1 χ 10¹² 1,45 χ 10¹²

Verhältnis (Nocardia erythropolis-Zellen/Gesamtzellen) 10% 28%

Aus dieser Tabelle geht hervor, daß Nocardia erythropolis unter Assimilation von DEHP festgehalten und auf dem Träger gezüchtet worden ist. Es ergibt sich eine allmähliche Vermehrung der Zellen und somit eine gesteigerte Umsetzung.
Die Untersuchung der Proben auf ihren Phthalsäureestergehalt und die Bestimmung des Gehalts an restlichem Phthalsäureester wird folgendermaßen durchgeführt:

Bestimmung von Phthalsäureester 'φ

Die Bestimmung des DEHP-Gehalts wird invariabel gaschromatographisch (FID) durchgeführt. Silicon OV-17 (2 Meter lang) wird als Säulenfüllung verwendet Die Säulentemperatur beträgt 270°C und die Injektionstemperatur 300°C. Als Trägergas wird Stickstoff verwendet. Eine bestimmte Menge Anthron wird als interner Standard zugesetzt

Analyse des restlichen Gehalts an Phthalsäureester

Die Gesamtmenge des Trägers (etwa 31,5 ml) wird heftig mit 100 ml Aceton bewegt und sodann stehengelassen. Ein 50 ml Anteil der erhaltenen Acetonphase wird heftig mit einem Gemisch aus 100 ml Wasser und 25 ml

η-Hexan geschüttelt. Anschließend wird die n-Hexanphase entfernt. Dieses Verfahren wird 2mal durchgeführt. Die erhaltene Probe wird gaschromatographisch analysiert.

Beispiel 2

Durch Vermischen von Erde, Meeressand und Sägespänen in einem Volumenverhältnis von 1 : 2 :0,1 wird ein Träger hergestellt. Dieser Träger wird gemäß Beispiel 1 mit dem gleichen Mikroorganismus beimpft. Ferner wird die gleiche wäßrige Lösung wie in Beispiel 1 über die Säule geleitet. Die DEHP-Konzentration im Eluat wird bestimmt. Zum Vergleich wird die wäßrige DEHP-Lösung unter den gleichen Bedingungen über einen Träger der gleichen Zusammensetzung geleitet, der keine Mikroorganismen enthält. Das Eluat wird auf die gleiche Weise analysiert. Die Ergebnisse sind in Tabelle IV zusammengestellt.

Tabelle IV

Zeit(Sld)

3 7

24

72

120

Träger mit Mikroorganismen (ppm) Träger ohne Mikroorganismus (ppm)

39 1150

0
1610

0
2700

0
1355

Gemäß Beispiel 1 wird der mit den Mikroorganismen beimpfte Träger 32 Tage nach Beendigung des Versuchs entfernt. Eine 1-g-Probe des Trägers wird einer Bestimmung der Nocardia erythropolis-Zellen und der Gesamtzellenzahl unter Einschluß der Zellen von Nocardia erythropolis unterzogen. Die Ergebnisse sind in Tabelle V zusammengestellt.

Tabelle V

unmittelbar nach
der Überimpfung

32 Tage nach
Beendigung des
Versuchs

Anzahl der Zellen von Nocardia erythropolis (Ig) Gesamtzahl der Zellen Verhältnis (Nocardia erythropolis-Zellen/Gesamtzellen)

1 χ 10"
1 χ 10¹²
10%

Beispiel 3

4 χ 10"
1,5 χ 10¹²
27%

Durch Vermischen von Erde und Meeressand in einem Voiumenvcrhältriis von ! : 2 wird ein Träger hergestellt. Ein Schlamm, der durch Beimpfen von Aktivschlamm mit Nocardia erythropolis und durch 14-tägiges Behandeln (Akklimatisieren) mit DEHP erhalten worden ist (akklimatisierter Schlamm mit einem Gehalt an Nocardia), Aktivschlamm, der ohne Beimpfung mit Mikroorganismen 14 Tage mit DEHP behandelt worden ist (akklimatisierter Schlamm) und Aktivschlamm, der keiner Behandlung unterzogen worden ist (nicht-akiJimatisierter Schlamm) werden unabhängig voneinander homogen mit dem Träger in einem festen Verhältnis von 1 g pro 20 g Träger vermischt. Die einzelnen vermischten Träger werden stationär in eine Säule gegeben. Die wäßrige DEHP-Lösung von Beispiel 1 wird unter den Bedingungen von Beispiel 1 von oben nach unten über die Säule gegeben. Die DEHP-Konzentration des Eluats wird analysiert. Zum Vergleich wird ein Träger, der mit keinerlei Schlamm vermischt ist, verwendet. Die Zufuhr der wäßrigen Lösung wird in entsprechender Weise durchgeführt. Die DEHP-Konzentration des Eluats wird bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle VI zusammengestellt.

Die für die Akklimatisierung verwendete Nährstoffquelle enthält 0,3 Prozent DEHP, 0,12 Prozent Ammoniumsulfat, 0,006 Prozent Magnesiumsulfat, 0,06 Prozent einbasisches Kaliumphosphat und 0,48 Prozent dibasisches Kaliumphosphat.

Tabelle VI

Zeit(Std.) 3

48

72

100

akklimatisierter Schlamm	0
mit Nocardia (ppm)
akklimatisierter Schlamm	580
(ppm)
nicht-akklimatisierter Schlamm	1200
(ppm)
Träger ohne Mikroorganismen	1200

0	0	0	0
320	240	115	60 65
1250	2500	1600	600
1320	2600	1720	1500 65

Beispiel 4

Ein Träger wird durch Vermischen von Erde und Meeressand in einem Volumenverhältnis von I : 2 hergestellt. Bacillus subtilis wird in einem Verhältnis von 0,5 g feuchte Zellen pro 10 g Träger überimpft. Eine Reaktionslösung (Reaktionssubstrat) der gleichen Zusammensetzung wie in Beispiel I₁ die aber anstelle von DEHP 0,2% lösliche Stärke enthält, wird kontinuierlich unter den Bedingungen von Beispiel I >n die Säule eingespeist.

Aus dem Eluat werden 3, 24, 48 und 120 Stunden nach dem Aufsetzen der Reaktionslösung auf die Säule Proben entnommen und bezüglich des Stärkeabbaus untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle VII zusammengestellt. Der Abbau von Stärke wird durch Hydrolyse der Eluatprobe unter anschließender Umsetzung des Hydrolysats nach Bertrand ermittelt.

Tabelle VII

IS Abbau von Stärke, %

Zeit(Std)
3 24 48 120

Träger mit Mikroorganismen 35 41 49 45

Träger ohne Mikroorganismen 12 δ 5 9

Aus dieser Tabelle geht hervor, daß der Abbau von Stärke bei Verwendung des Trägers mit einem Gehalt an Mikroorganismen sehr hoch ist. Der relativ hohe Abbau der Stärke zu Beginn der Reaktion bei Verwendung des Trägers ohne Mikroorganismen legt es nahe, daß Stärketeilchen an den Erdteilchen absorbiert oder abgelagert werden und somit am Abströmen vom Träger gehindert werden.

Beispiel 5

Erde wird in einem Autoklaven bei 120⁰C unter einem Druck von 1 bar sterilisiert und sodann unter keimfreien Bedingungen mit Luft getrocknet. Ein Träger wird durch Vermischen der trockenen Erde mit Meeressand in einem Volumenverhältnis von 1 :3 hergestellt. Eine Säule mit 20 mm Innendurchmesser wird mit diesem Träger in einer Höhe von 100 mm gepackt. Der Träger wird mit Penicillum chrysogenum beimpft, das in einem Medium aus 3 g Lactose, 1 g Glucose, 6 g Maisquellflüssigkeit, 0,3 g NaNO₃,0,05 g KH₂PO₄,0,012 g MgSO₄ · 7 H₂O und 0,5 g CaCO3 4 Tage bei 30⁰C gezüchtet und anschließend in Form von Kügelchen erhalten worden ist.

Anschließend wird auf die Säule eine wäßrige Lösung aufgesetzt, die durch Lösen eines Gemisches, das in der Zusammensetzung dem vorstehend genannten Medium entspricht, in 1 Liter destilliertem Wasser und Einstellen der erhaltenen Lösung auf den pH-Wert 5,5 erhalten worden ist, kontinuierlich in einer Menge von etwa 6 mi/Stunde aufgesetzt.

24.48 und 96 Stunden nach Beginn des Einleitens dieser wäßrigen Lösung in die Säule wird die ausströmende Flüssigkeit aufgefangen und auf die Bildung von Penicillin durch den überimpften Mikroorganismus untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle VIII zusammengestellt.

Tabelle VIII

Zeit(Std.)

unmittelbar nach dem Beimpfen 24 48 96

Aktivität (Einheiten) 1,2 2,5 3,8 7,5

Der Penicillinfaktor wird nach dem Becherverfahren bestimmt. Die untere Schicht des Mediums in der Schale besteht aus einer wäßrigen Lösung, die durch Lösen von 10 g Pepton, 5 g Rindfleischextrakt, 2,5 g NaCl und 15 g Agar in 1 Liter destilliertem Wasser und Einstellen der erhaltenen Lösung auf den pH-Wert 6,5 erhalten worden ist. Die obere Schicht des Mediums besteht aus einer wäßrigen Lösung, die durch Lösen von 10 g Pepton, 10 g Rindfleischextrakt, 2,5 g NaCl und 15 g Agar in 1 Liter destilliertem Wasser und Einstellen des pH-Werts der erhaltenen Lösung auf 7 erhalten worden ist. Als Testmikroorganismus, der gegenüber Penicillin sehr empfindlich ist, wird Staphylococcus aureus verwendet.

Beispiel 6

Gewöhnlicher Akiivschlamm, wie er bei der Züchtung in Maisquellwasser anfällt, wird mit Erdölkomponenten einschließlich n-Hexadecan (Gesamtgehalt an organischem Kohlenstoff etwa 1130 ppm) enthaltendem Abwasser bei etwa 30° C 7 Tage lang unter Luftzufuhr akklimatisiert

Der so erhaltene akklimatisierte Aktivschlamm wird mit dem gemäß Beispiel 1 hergestellten Träger gleichmäßig vermischt und das erhaltene Gemisch in eine Säule gefüllt. Die Menge des zugesetzten Aktivschlamms beträgt etwa 10 Gewichtsprozent, bezogen auf den Träger.

Das gleiche Erdöl-Abwasser, das für die vorstehend beschriebene Akklimatisation verwendet wurde, wird kontinuierlich in die Säule eingespeist Man läßt die Lösung unter Ausnutzung der Schwerkraft in der wie vorstehend beschrieben gefüllten Säule nach unten fließen. Die Durchflußgeschwindigkeit der Lösung beträgt

etwa 15 ml/Std. Vom Eluat werden nach 4,31 und 46 Stunden nach Beginn der Zufuhr des Abwassers auf die Säule Proben entnommen. Die Proben werden auf ihren Gesamtgehalt an organischem Kohlenstoff (TOC) untersucht.

Zu Vergleichszwecken wird das gleiche Erdöl-Abwasser unter den gleichen Bedingungen behandelt mit der Ausnahme, daß der verwendete Aktivschlamm zuvor nicht mit dem Abwasser akklimatisiert wurde. Es werden auf die gleiche Weise Proben des Eluats entnommen und ihr TOC-Gehalt bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle IX zusammengefaßt.

Die Bestimmung des TOC-Gehalts erfolgt mit Hilfe eines TOC-Analysator.

Tabelle IX

Zeit(Std-)

4 31 46

Akklimatisierter Schlamm (ppm) 180 220 185

Nicht-akklimatisierter Schlamm (ppm) 790 — 990

31 Stunden nach dem Durchgang des Abwassers durch die gefüllte Säule wird eine Probe des Trägers der Säule entnommen und auf ihren Gehalt an Mikroorganismen untersucht Die Analyse ergab ein merkliches Anwachsen von Fällen des Mikroorganismus der Gattung Nocardia und Pseudomonas.

Aus der Tabelle ist ersichtlich, daß sich mit der präparativen Akklimatisierung des Aktivschlainms mit dem Reaktionssubstrat ein bemerkenswerter Effekt erzielen läßt

Die Mikroorganismen Nocardia und Pseudomonas, die 7 Tage lang unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Petroleum-Abwassers als Kulturmedium gezüchtet worden sind, werden anschließend jeweils gewöhnlichem Aktivschlamm in einer Menge von etwa 10 Gewichtsprozent bezogen auf den Aktivschlamm, gegeben.

Der so Nocardia-aktivierte und Pseudomonas-aktivierte Schlamm wird jeweils in einer Menge von 10 Gewichtsprozent auf den Träger gegeben, der wie vorstehend beschrieben hergestellt worden ist und der aktivierte Schlamm den Träger gleichmäßig vermischt Die erhaltenen Gemische werden jeweils in eine Säule gefüllt. Anschließend wird Erdöl-Abwasser kontinuierlich eingespeist und die Lösung unter Ausnutzung der Schwerkraft nach unten fließen gelassen. Von den Eluaten werden nach 4,22,31 und 46 Stunden nach Beginn der Zufuhr des Abwassers auf die Säulen Proben entnommen. Die Proben werden auf ihren TOC-Gehalt untersucht Die Ergebnisse sind in Tabelle X zusammengefaßt

Tabelie X

Zeit(Std)

4 22 31 46

Schlamm mit Nocardia (ppm) 90 55 79 37

Schlamm mit Pseudomonas (ppm) 136 190 220 105

Beispiel 7

Gewöhnlicher Aktivschlamm wird durch 7tägige Akklimatisierung gemäß dem in Beispiel 6 beschriebenen Verfahren in einem Abwasser gezüchtet, das 3420 ppm an Proteinen (bestehend aus Rindfleischextrakt, Peptonen und Natriumchlorid im Verhältnis 10 :10 :5) als TOC-Gehalt enthält.

Der so akklimatisierte Aktivschlamm wird mit dem Träger wie in Beispiel 6 beschrieben vermischt und das erhaltene Gemisch in eine Säule gefüllt. Das gleiche, wie vorstehend beschriebene Protein enthaltende Abwasser, wird kontinuierlich in die Säule eingespeist Man läßt die Lösung unter Ausnutzung der Schwerkraft bei Raumtemperatur nach unten fließen. Nach 4,30 und 46 Stunden nach Beginn der Zufuhr des Abwassers auf die Säule werden Proben des Eluats entnommen und auf die Beseitigung des TOC-Gehalts hin untersucht.

Zu Vergleichszwecken wird das gleiche Protein enthaltende Abwasser unter den gleichen Bedingungen wie vorstehend beschrieben behandelt mit der Ausnahme, daß der aktivierte Schlamm keiner Akklimatisierung mit dem Abwasser unterworfen worden ist. Die Durchflußgeschwindigkeit des Eluats beträgt etwa 12 ml/Std. Die Ergebnisse sind in Tabelle XI zusammengefaßt.

Tabelle Xl

Zeit(Std) _w

4 30 46

Akklimatisierter Schlamm (%) 70 72 75

Nicht-akklimatisierter Schlamm (%) 24 13 23

30 Stunden nach dem Durchlauf des Abwassers durch die gefüllte Säule wird der Säule eine Probe des Trägers entnommen und auf ihren Gehalt an Mikroorganismen untersucht. Die Analyse ergab, daß die Mikroorganismenzellen der Gattung Pseudomonas sich merklich vermehrt haben.

Anschließend werden, wie in Beispiel 6 beschrieben, die unter Verwendung des Protein enthaltenden Abwassers als Kulturbrühe gezüchteten Mikroorganismen Nocardia und Pseudomonas jeweils dem gewöhnlichen Aktivschlamm in einer Menge von etwa 10 Gewichtsprozent, bezogen auf den Aktivschlamm, zugegeben. Der so erhaltene Nocardia-aktivierte Schlamm und der Pseudomonas-aktivierte Schlamm wird jeweils in einer Menge von 10 Gewichtsprozent auf den Träger gegeben. Die erhaltenen Gemische werden jeweils in eine Säule gefüllt

Das gleiche Protein enthaltende Abwasser wie es für die vorstehend beschriebene Akklimatisierung verwendet wurde, wird kontinuierlich in die Säule eingespeist Man läßt das Abwasser unter Ausnutzung der Schwerkraft nach unten fließen. Vom Eluat werden nach 4,22,30 und 46 Stunden nach Beginn der Zufuhr der Lösung auf ίο die Säulen Proben entnommen. Die Proben werden auf die Beseitigung des TOC-Gehalts hin untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle XII zusammengefaßt

Tabelle XII

Zeit(Std)

4 22 30 46

Schlamm mit Nocardia (%) 72 85 77 75

Schlamm mit Pseudomonas (%) 82 80 79 85

Beispie! δ

Es wird, wie in Beispiel 6 beschrieben, verfahren mit der Ausnahme, daß das Erdöl-Abwasser durch ein synthetisches Abwasser ersetzt wird, das 6 g Glucose, 1 g Pepton und 1 g KH2PO4 in 1 Liter Wasser gelöst enthält (TOC-Gehalt: 3665 ppm).

Das mit Hilfe der Schwerkraft durch die Säule fließende Eluat wird nach 5, 24, 48 und 72 gesammelt Die Proben werden auf die Beseitigung des TOC-Gehalts untersucht Die Ergebnisse sind in Tabelle XIII zusammengefaßt

Tabelle XIII

Zeit(Std)

5 24 48 72

Akklimatisierter Schlamm (%) 88 57 70 72

Nicht-akkümatisierter Schlamm {%) 33 18 12 11

Die mit dem gleichen synthetischen Abwasser durch Akklimatisierung gezüchteten Mikroorganismen Nocardia und Pseudomonas werden jeweils gewöhnlichem Aktivschlamm zugesetzt und mit dem Träger vermischt. Das synthetische Abwasser wird mit dem derart hergestellten Nocardia-aktivierten Schlamm und dem Pseudomonas-aktivierten Schlamm behandelt. Die Ergebnisse sind in Tabelle XIV zusammengefaßt.

Tabelle XIV

Zeit(Std)

5 24 72

Schlamm mit Nocardia (%) 78 64 70

Schlamm mit Pseudomonas (%) 61 66 65

Beispiel 9

E.« wird das in Beispiel 6 beschriebene Verfahren wiederholt mit der Ausnahme, daß das Erdöl-Abwasser durch ein Kohlenhydrat-Abwasser ersetzt wird, das lösliche Stärke, Pepton und KH2PO4 im Verhältnis 3 :1 enthält und einen TOC-Gehalt von 1950 ppm aufweist.

Das unter Ausnutzung der Schwerkraft durch die Säule fließende Eluat wird 3,24 und 48 Stunden nach Beginn der Zufuhr des Abwassers auf die Säule gesammelt. Die Proben werden hinsichtlich der Entfernung des TOC-Gehalts untersucht. Die Durchflußgeschwindigkeit des Eluats durch die Säule beträgt etwa 10 ml/Std. Die Ergebnisse sind in Tabelle XV zusammengefaßt.

Tabelle XV

Zeit(Std)

3 24 48

¹ Akklimatisierter Schlamm (%) 71 73 70

Nicht-akklimatisierter Schlamm (%) 8 8 5

Stunden nach der Behandlung wird der Säule eine Probe des Trägers entnommen und die Probe hinsichtlich ihres Gehalts an Mikroorganismen untersucht Die Analyse zeigt, daß die Mikroorganismenzellen der
Gattung Bacillus sich merklich vermehrt haben.

Anschließend wird der Mikroorganismus Bacillus subtilis 7 Tage lang in dem vorstehend beschriebenen
Kohlenhydrat-Abwasser vorgezüchtet und mit gewöhnlichem Aktivschlamm vermischt. Das erhaltene Gemisch
wird auf den Träger gegeben und in eine Säule gefüllt Das Kohlenhydrat-Abwasser wird durch diese gefüllte
Säule gegeben. 3, 24 und 48 Stunden nach Beginn der Zufuhr des Abwassers auf die Säule wird das Eluat
gesammelt Proben werden auf ihren TOC-Gehalt untersucht Die Ergebnisse liegen bei etwa 51,45 und 55%.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Durchführung von biochemischen Reaktionen, bei dem man ein Reaktionsgefäß, durch das eine Flüssigkeit geleitet werden kann, mit einem Träger, der zumindest hydrophile Eigenschaften aufweist packt, wobei auf dem Träger im Wachstum befindliche Mikroorganismen festgehalten werden, und durch das Gefäß ein umzusetzendes Substrat leitet und dabei in Kontakt mit den Mikroorganismen bringt, dadurch gekennzeichnet, daß man als Träger Erde einsetzt