CH638165A5 - Verfahren zur reinigung von phosphorhaltigem abwasser mittels mikroorganismen. - Google Patents

Description

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PATENTANSPRUCH Verfahren zur Reinigung von phosphorhaltigem Abwasser mittels Mikroorganismen, dadurch gekennzeichnet, dass man Mikroorganismen von einer der Gattungen Arthrobac-ter, Micrococcus, Nocardia, Corynebacterium, die zur wirksamen Aufnahme und Speicherung von organischen und anorganischen Phosphorverbindungen befähigt sind, züchtet und solcherart mit dem zu reinigenden Abwasser in Berührung bringt, dass die Mikroorganismen im Wasser enthaltene organische und anorganische Phosphorverbindungen aufnehmen und speichern, wonach man die Mikroorganismen isoliert.

Die Ansammlung von organischen und anorganischen Phosphorverbindungen in Flüssen, Seen und Küstengebieten der Meere wurde in letzter Zeit zu einem wichtigen Problem der Umweltverschmutzung. Die Entwicklung eines Systems zur Entfernung dieser organischen und anorganischen Phosphorverbindungen mittels Mikroorganismen ist daher sehr nützlich.

Als Vorstufe zur Entfernung von organischen und anorganischen Phosphorverbindungen aus Abwasser wurde versucht, in der natürlichen Umgebung vorkommende Mikroorganismen zu isolieren, die zur Aufnahme und Speicherung von vielen Phosphorverbindungen befähigt sind. Diese Forschung führte zu der Erkenntnis, dass Mikroorganismen der Gattung Arthrobacter, Micrococcus, Nocardia, Cellulomonas, Oerskovia, Corynebacterium, Brevibac-terium und Kurthia dazu befähigt sind, beträchtliche Mengen von in Wasser gelösten organischen und anorganischen Phosphorverbindungen aufzunehmen und zu speichern. Auf Basis dieser Erkenntnis wurde die vorliegende Erfindung aufgebaut.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist im Patentanspruch definiert.

In einer zweckmässigen Ausführungsform werden die zur Aufnahme und Speicherung von im Abwasser enthaltenen organischen und anorganischen Phosphorverbindungen bestimmten Mikroorganismen direkt in diesem Abwasser gezüchtet.

Es war bereits bekannt, dass viele Mikroorganismen Phosphorverbindungen aufnehmen. Keine dieser bekannten Mikroorganismen sind jedoch dazu befähigt, beträchtliche Mengen von Phosphorverbindungen aufzunehmen und zu speichern. Entweder sind sie unfähig zur Aufnahme derartiger Verbindungen in grosser Menge, oder sie setzen die einmal aufgenommenen derartigen Verbindungen leicht wieder frei. Im Gegensatz dazu nehmen die im erfindungsgemässen Verfahren zum Einsatz gelangenden Mikroorganismen die genannten Phosphorverbindungen in grosser Menge auf und lassen die einmal aufgenommenen Verbindungen kaum wieder frei.

Für das erfindungsgemässe Verfahren geeignete Mikroorganismen sind beispielsweise Arthrobacter globiformis ATCC 8010, Arthrobacter simplex, Micrococcus luteus ATCC 398, Mikrococcus varians, Nocardia erythropolis ATCC 4277, Nocardia restrictus, Corynebacterium bovis ATCC 7715, Corynebacterium aquaticum.

Nocardia erythropolis ATCC 4277 wurde am 30. April 1928 bei der «American Type Culture Collection» 12 301 Parklawn Drive, Rockville, Maryland 20 852, USA deponiert.

Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht die Entfernung von sowohl organischen wie auch anorganischen Phos-phorverbindungen einzeln oder gleichzeitig zusammen aus Abwasser. Anorganische Phosphorverbindungen sind beispielsweise Orthophosphorsäure H3P04, Pyrphosphorsäure H4P204, Polyphosphorsäure (HP03)x und deren Salze. Organische Phosphorverbindungen sind beispielsweise Alkyl-phosphorsäuren, wie Methyl- und Äthylphosphorsäuren und deren Derivate, Phenylphosphorsäure und deren Derivate, Glycerophosphorsäure und deren Derivate sowie andere organische, Phosphorsäure oder Phosphor enthaltende Verbindungen.

Für die Reinigung von phosphorhaltigem Abwasser nach dem beschriebenen Verfahren werden die genannten Mikroorganismen zweckmässig direkt im Abwasser gezüchtet, so dass sie die Phosphorverbindungen aufnehmen und speichern können, wonach die Mikroorganismen dann aus dem Abwasser isoliert werden.

Die Züchtung erfolgt vorzugsweise unter aeroben Bedingungen. Bessere Resultate sind erzielbar, wenn der pH-Wert des Abwassers während der Züchtung kontrolliert und durch Zusatz von Säure oder Alkali in einem Bereich von 3 bis 10, vorzugsweise 6 bis 8, gehalten wird. Zweckmässig wird die Temperatur des Abwassers während der Züchtung in einem Bereich von 25-40 °C gehalten.

Zur Erhöhung der Wirksamkeit der Entfernimg von Phosphorverbindungen können dem Abwasser nötigenfalls Kohlenstoff oder Stickstoff lieferende Substanzen zugesetzt werden. Kohlenstoff liefernde Substanzen sind beispielsweise Kohlehydrate, wie Glukose, Sucrose und Stärke; organische Säuren; Alkohole; Kohlenwasserstoffe und jegliche anderen Materialien, die von den Mikroorganismen als Nahrungsmittel verzehrt werden können. Eine bevorzugtere Kohlenstoffquelle ist anders als das zu reinigende Abwasser mit hohem biochemischem Sauerstoff-Bedarf (BSB). Der BSB eines derartigen zusätzlichen, als Kohlenstoffquelle beigemischten Abwassers beträgt vorzugsweise mindestens etwa 1000 ppm.

Die hier angegebenen prozentualen Konzentrations- und ppm-Angaben sind, wenn nichts anderes angegeben ist, ge-wichtsmässig, wobei «ppm» Teil(e)/Mio Teile bedeutet.

Geeignete Stickstoffquellen sind beispielsweise Ammoniumsalze, Ammoniakgas oder anderes Abwasser mit hohem Stickstoffgehalt.

Ausserdem können dem zu reinigenden Abwasser zusätzlich Ionen, wie Kalium-, Magnesium- und andere Ionen, beigemischt werden.

Das Abwasser kann von den organischen und anorganischen Phosphorverbindungen befreit werden, indem die Mikroorganismen nach Züchtung durch Zentrifugation oder Filtration isoliert werden.

Die Konzentration von anorganischer Phosphorsäure kann nach der Ammoniummolybdat-Mëthode bestimmt werden. Hierbei wird ein Ammoniummolybdat-Reagens hergestellt durch Mischen von 10 ml einer 2,5%igen wäss-rigen Lösung von Ammoniummolybdat, 10 ml einer 10%igen wässrigen Lösung von Vitamin C und 30 ml einer 2n Schwefelsäure. Dann werden je I ml des erhaltenen Ammoniummolybdat-Reagens und der zu bestimmenden, Phosphorsäure enthaltenden Flüssigkeit vermischt, und das Gemisch wird während 1-2 h bei 37 °C reagieren gelassen. Danach kann die Konzentration der Phosphorsäure kolori-metrisch bei einer Wellenlänge von 820nm bestimmt werden.

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Organischer Phosphor kann nach dessen Zersetzung zu Phosphorsäure in der Hitze in Gegenwart von Salpeter- und Perchlorsäure bestimmt werden. Der Phosphorgehalt in den Bakterienzellen kann auf gleiche Art bestimmt werden.

Beispiel I

Eine Zuchtbrühe, enthaltend 2,0 g/1 Glukose, 1,0 g/1 Ammoniumchlorid, 2,0 g/1 Natriumchlorid, 1,0 g/I Natriumsulfat, 0,1 g/1 Kaliumchlorid, 0,01 g/1 Magnesiumchlorid, 0,01 g/1 Calciumchlorid, 0,01 g/I Ferrichlorid, 0,2 g/1 Kaliumdihydrogenphosphat, 0,5 g/1 Pepton und 0,1 g/1 Hefeextrakt, deren pH-Wert durch Neutralisation mit Kalilauge auf 7,6 eingestellt war, wurde mit Arthrobacter globifor-mis ATCC 8010 geimpft. Die Zucht dieser Brühe erfolgte während 24 h bei 30 °C, wonach die Brühe als Saatkultur verwendet wurde.

In eine 500-ml-Flasche mit Hals wurden 50 ml einer wässrigen Lösung mit pH-Wert 7,5, enthaltend 100 ppm anorganische Phosphorsäure sowie 2,0 g/1 Glukose, 1,0 g/1 Ammoniumchlorid, 0,01 g/1 Magnesiumchlorid, 0,01 g/1 Ferrichlorid, 0,5 g/1 Pepton und 0,1 g/1 Hefeextrakt, eingefüllt. Die Lösung wurde durch Erwärmen pasteurisiert und dann mit 10% Vol/Vol der wie vorstehend beschriebenen erhaltenen Saatkultur versetzt. Die Bakterien wurden unter Schütteln während 40 h bei 30 °C gezüchtet.

Nach Entfernung der Bakterienzellen durch Zentrifuga-tions-Isolation wurden die Phosphorsäuregehalte nach den vorstehend beschriebenen Methoden ermittelt. Der Phosphorsäuregehalt der zentrifugierten Flüssigkeit betrug 0,2 ppm. Das Trockengewicht der isolierten Bakterienzellen betrug 555 mg/1. Der Phosphorgehalt der Bakterienzellen betrug 0,180 g Phosphorsäure/g trockene Bakterienzellen.

Beispiel 2

Nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Vorgehen wurden die in der nachstehenden Tabelle angeführten Mikroorganismen gezüchtet. Danach wurden wie vorstehend angegeben die Konzentration der Phosphorsäure in der zentrifugierten Flüssigkeit (A), das Trockengewicht der isolierten Bakterienzellen (B) und der Phosphorgehalt der isolierten trok-kenen Bakterienzellen (C) ermittelt. Die jeweils erhaltenen Resultate sind ebenfalls in der nachstehenden Tabelle angeführt.

Mikroorganismenstamm Prüfresultate

(A) (B) (C) ppm mg/1 g/Phosphor-säure

5 . g/trockene

Zellen

Arthrobacter globiformis 0,22 ATCC 8010

io Arthrobacter simplex 0,31 ATCC 15799

Micrococcus luteus 0,30 ATCC 398

Micrococcus varians 0,29 15 ATCC 399

Nocardia erythropolys 0,42 ATCC 4277

Nocardia restrictus 0,37 ATCC 14887

20 Cellulomonas uda 0,58 ATCC 491

Cellulomonas biazotea 0,59 ATCC 486

Oerskovia turbata 0,63 25 ATCC 25835

Oeskovia xanthineolytica 0,65 ATCC 27042

Corynebacterium bovis 1,0 ATCC 7715 30 Corynebacterium aquaticum 1,2 ATCC 14665

Brevibacterium linens 3,0 ATCC 9175

Brevibacterium imperiale 3,5 35 ATCC 8365

Kurthia zophii 6,7 ATCC 6900

Vergleichsversuch

Achromobacter lactium 80,0 40 CCM 69

Aerobacter aerogenes 60,0 ATCC 7256

Flavobacterium heparinum 75,0 ATCC 13125

550 0,19

520 0,18

530 0,20

540 0,20

580 0,18

600 0,18

560 0,16

550 0,17

540 0,18

420 0,17

750 0,20

820 0,16

480 0,15

460 0,15

720 0,13

504 0,04

691 0,05

440 0,06

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