CS259972B1

CS259972B1 - Method of denitrification of drinking, underground, surface, utility and waste water by immobilized cell aggregates

Info

Publication number: CS259972B1
Application number: CS87760A
Authority: CS
Inventors: Vladimir Krumphanzl; Jan Cermak; Vit Mateju; Vladimir Havlin; Simona Cizinska; Jiri Maixner; Jiri Barta; Vladimir Vojtisek
Original assignee: Vladimir Krumphanzl; Jan Cermak; Vit Mateju; Vladimir Havlin; Simona Cizinska; Jiri Maixner; Jiri Barta; Vladimir Vojtisek
Priority date: 1987-02-06
Filing date: 1987-02-06
Publication date: 1988-11-15
Also published as: CS76087A1

Abstract

Řešení ae týká postupu denitrifikace, při které ae částice biokatalizátoru s denitrifikační enzymovou aktivitou uvádějí ve styk e vodným proatředím obsahujícím nitráty a/nebo nitrity v rozmezí jejich koncentraoí 0,001 až 2000 mg. litr"l při nulové až maximální koncentraci ve vodě rozpuštěného a/nebo nerozpuštěného kyslíku, jehož podstata spočívá v tom, že se vodné prostředí v kontinuálním nebo dlskontinuálním provozu Bytí plynným vodíkem při teplotě v rozmezí 1 až 45 °C, s výhodou 10 až 30 °C, pH prostředí 4,0 až 9,0, výhodně 7,5 až 8,5 a/nebo se do něj dodávají organické donosy elektronů, výhodně ethylalkohol, glukóza nebo methylalkohol v rozmezí Jejich koncentrací 0,0001 až 2000 mg . litr-1, přičemž potřebný vodík se může získávat elektrolýzou surové nebo upravené vodyThe present invention relates to a denitrification process in which biocatalyst particles with denitrification enzyme activity are brought into contact with an aqueous medium containing nitrates and/or nitrites in the concentration range of 0.001 to 2000 mg. liter-1 at zero to maximum concentration of dissolved and/or undissolved oxygen in water, the essence of which is that the aqueous medium in continuous or discontinuous operation is gaseous hydrogen at a temperature in the range of 1 to 45 °C, preferably 10 to 30 °C, pH of the medium 4.0 to 9.0, preferably 7.5 to 8.5 and/or organic electron donors are supplied to it, preferably ethyl alcohol, glucose or methyl alcohol in the concentration range of 0.0001 to 2000 mg. liter-1, whereby the required hydrogen can be obtained by electrolysis of raw or treated water

Description

Vynález se týká způsobu denitrifikace podzemních ň povrchových vod, užitkové a odpadní vody včetně vody pitné na principu bioreaktorů s náplní imobilizovaných buněk se specifickou denitrifikační aktivitou v diskontinuálním (mnohonásobně opakovaném) nebo kontinuálním provedení.The invention relates to a method of denitrification of groundwater and surface water, utility and waste water, including drinking water, based on the principle of bioreactors filled with immobilized cells with specific denitrification activity in a discontinuous (multiple repetitions) or continuous embodiment.

V poslední době je stále aktuálnější nutnost řešení ekologických problémů selektivním snížením nebo kvantitativním odstraněním nitrátu a nitritů rozpuštěných v různých typech vod.Recently, the need to solve ecological problems by selectively reducing or quantitatively removing nitrate and nitrite dissolved in various types of water has become increasingly urgent.

V souvislosti s rozsáhlou chemizací v zemědělství a splachováním minerálních a živočišných hnojiv dešti a prosakováním půdou do řek, jezer, rybníků, podzemních vod, studní a podobně se stává vysoká koncentrace nitrátů, nitritů a amoniaku kritická a v budoucnosti by mohla vážně ohrozit zdraví lidí a zvířat.In connection with the extensive use of chemicals in agriculture and the flushing of mineral and animal fertilizers with rain and seepage through the soil into rivers, lakes, ponds, groundwater, wells, etc., high concentrations of nitrates, nitrites, and ammonia are becoming critical and could seriously endanger human and animal health in the future.

Některé mikroorganismy jsou schopny respiračně redukovat nitrát až na molekulární dusík. Zatímco řada mikroorganismů, zejména bakterií, je schopna redukovat nitrát na nitrit, který se hromadí v prostředí, jen nemnoho mikroorganismů je schopno využívat nitrit jako exogenní akceptor vodíku a elektronů.Some microorganisms are able to reduce nitrate to molecular nitrogen through respiration. While many microorganisms, especially bacteria, are able to reduce nitrate to nitrite, which accumulates in the environment, only a few microorganisms are able to utilize nitrite as an exogenous hydrogen and electron acceptor.

V tomto případě se nitrity nehromadí, ale jsou enzymem nitritreduktázou a dalšími enzymy redukovány až na plynný dusík, který vytéká do atmosféry. Celý proces enzymové denitrifikace je katalyzován čtyřmi enzymy, nitrátreduktázou, nitritreduktázou, NO-reduktázou a N20-reduktázou. Oxidy dusíku (intermediáty) se do prostředí neuvolňují (Payne, W.J., Bacteriol. Rev., 37, 409-459, 1973).In this case, nitrites do not accumulate, but are reduced by the enzyme nitrite reductase and other enzymes to nitrogen gas, which escapes into the atmosphere. The entire enzymatic denitrification process is catalyzed by four enzymes, nitrate reductase, nitrite reductase, NO-reductase and N20-reductase. Nitrogen oxides (intermediates) are not released into the environment (Payne, W.J., Bacteriol. Rev., 37, 409-459, 1973).

Z bakterií jsou schopny enzymové denitrifikace, zejména druhy z rodu Pseudomonas, Micrococcus a Paracoccus, např.. Pseudo monas denitrificans a Paracoccus denitrificans. Kromě těchto bakteriálních monokultur se denitrifikační schopností vyznačují některé směsné buněčné populace, obsahující různé mikroorganismy, zejména heterotrofní bakterie a prvoky. Tyto směsné 259972Bacteria are capable of enzymatic denitrification, especially species from the genera Pseudomonas, Micrococcus and Paracoccus, e.g. Pseudomonas denitrificans and Paracoccus denitrificans. In addition to these bacterial monocultures, some mixed cell populations containing various microorganisms, especially heterotrophic bacteria and protozoa, are characterized by denitrification ability. These mixed 259972

-2buněčné populace jsou známy z čistících procesů v biologických čistírnách vod a tvoří tzv. společenstvo aktivovaného kalu.-2-cell populations are known from purification processes in biological water treatment plants and form the so-called activated sludge community.

Na složení společenstva heterogenní buněčné populace (biocenózy) v daném čistícím zařízení má rozhodující vliv schopnost jednotlivých druhů organismů využívat odpadní vodu, resp. živiny v ní obsažené jako zdroje uhlíku, dusíku a energie, z čehož rezultuje možnost růstu a množení organismů v konkrétních podmínkách dané čistírny. Změny v denitrifikačních aktivitách biokalu v různých čistírnách odpadních vod souvisí s jejich technologickým uspořádáním a přítomností dusíkatých složek odpadní vody. Z uvedeného je zřejmé, že vyselektovaná a nahromaděná směsná buněčná společenstva v čistírnách mohou sloužit jako výchozí materiál pro enzymovou denitrifikaci vody (Goronszy, M.C. a Barnes, D., Process Biochem., Jan./Feb., 13-19, 1982).The composition of the heterogeneous cell population community (biocenosis) in a given treatment facility is decisively influenced by the ability of individual species of organisms to use wastewater, or rather the nutrients contained therein as sources of carbon, nitrogen and energy, which results in the possibility of growth and multiplication of organisms in the specific conditions of a given treatment facility. Changes in the denitrification activities of biosludge in various wastewater treatment plants are related to their technological arrangement and the presence of nitrogenous components of wastewater. From the above, it is clear that selected and accumulated mixed cell communities in treatment plants can serve as starting material for enzymatic denitrification of water (Goronszy, M.C. and Barnes, D., Process Biochem., Jan./Feb., 13-19, 1982).

Jistým pokrokem v oblasti moderních směrů biotechnologie je aplikace mikrobiálních, taxonomicky definovaných nebo směsných buněčných populací v imobilizované formě. Ve formě imobilizovaných buněčných biokatalyzátorů jsou enzymové aktivity v buňkách do jisté míry dlouhodobě konzervovány a mohou být, ve srovnání s intaktními nativními buňkami, použity pro daný typ biochemické reakce (biokatalýzy) vícenásobně opakovaně nebo kontinuálně.A certain progress in the field of modern directions of biotechnology is the application of microbial, taxonomically defined or mixed cell populations in immobilized form. In the form of immobilized cellular biocatalysts, enzyme activities in cells are to some extent preserved for a long time and can, in comparison with intact native cells, be used for a given type of biochemical reaction (biocatalysis) multiple times repeatedly or continuously.

Tim se snižují nároky na pracnost a spotřebu energie. Tak např. byl popsán poloprovozní model denitrifikace vody v recirkulačním reaktoru se vznosným ložem, kde bylo využito sorpce a nárůstu živých buněk směsné buněčné populace biokalu na částice písku umístěné v recirkulační koloně (Eggers, E., lst Europ. Congress Biotechnol., Part 1, Discussion Papers, 151-153, Interlaken, Switzerland, Published by Dechema, Frankfurt/M. 1978), nebo imobilizace živých buněk Pseudomonas denitrificans do alginátového gelu ke kontinuální denitrifikaci pitné vody (Nilsson, I. a Ohlson, S., European J. Appl. Microbiol. Biotechnol. 14,This reduces the demands on labor and energy consumption. For example, a pilot-scale model of water denitrification in a recirculating reactor with a buoyant bed was described, where the sorption and growth of living cells of a mixed cell population of biosludge on sand particles placed in a recirculating column was used (Eggers, E., lst Europ. Congress Biotechnol., Part 1, Discussion Papers, 151-153, Interlaken, Switzerland, Published by Dechema, Frankfurt/M. 1978), or the immobilization of living cells of Pseudomonas denitrificans into an alginate gel for continuous denitrification of drinking water (Nilsson, I. and Ohlson, S., European J. Appl. Microbiol. Biotechnol. 14,

86-90, 1982).86-90, 1982).

• Při mnohonásobném opakovaném nebo kontinuálním využití uvedeným způsobem fyzikálně imobilizovaných buněk, však dochází bud k desorpci živých buněk z částic, nebo rozpadu poměrně měkkých alginátových pelet, k uvolnění buněk a z toho rezultujících' poměrně krátkých operačních poločasů imobilizovaného materiálu.• However, with multiple repeated or continuous use of physically immobilized cells in the above-mentioned manner, either desorption of living cells from the particles or disintegration of relatively soft alginate pellets occurs, releasing cells and resulting relatively short operational half-lives of the immobilized material.

V. neposlední řadě rovněž dochází k autolýze nativních buněk a tím ke ztrátě enzymové aktivity. Z hlediska průmyslového využití pro enzymovou denitrifikaci vody jsou fyzikální způsoby imobilizace z naznačených důvodů nereálné a práce vedoucí 259972V. last but not least, autolysis of native cells also occurs and thus loss of enzyme activity. From the point of view of industrial use for enzymatic denitrification of water, physical methods of immobilization are unrealistic for the reasons indicated and the work leading 259972

-3k získání imobilizovaných buněk kombinací fyzikálních a chemických metod (zabudování do gelu a chemické ošetření částic) se zatím nesetkaly s úspěchem.-3k attempts to obtain immobilized cells by combining physical and chemical methods (embedded in a gel and chemical treatment of particles) have not yet met with success.

Ve snaze po odstranění tohoto technologického limitu výroby a využití buněčných biokatalyzátorů v různých průmyslových odvětvích byla vypracována podstatně zjednodušená a do značné míry univerzální technologie výroby různých imobilizovaných prokaryontních a eukaryontních buněk, jejichž částice obsahují různé enzymy resp. celé sekvence enzymově katalyzovaných metabolických drah a jsou použitelné pro různé biotransformace a biokonverze. Tyto buněčné katylzátory a způsob jejich výroby je předmětem čs. autorského osvědčení č. 231 458.In an effort to remove this technological limit of production and use of cellular biocatalysts in various industrial sectors, a substantially simplified and to a large extent universal technology for the production of various immobilized prokaryotic and eukaryotic cells has been developed, the particles of which contain various enzymes or. entire sequences of enzyme-catalyzed metabolic pathways and are applicable for various biotransformations and bioconversions. These cellular catalysts and the method of their production are the subject of Czechoslovak. author's certificate No. 231 458.

Citovaným postupem, který spočívá na vzájemné chemické imobilizaci různých buněk nesoucích různé enzymy do formy navzájem kovalentně vázaných buněčných agregátů pomocí reaktivních ve. vodě rozpustných polymerů (dále RRP), vzniklých např. na bázi větveného polyethyleniminu a glutaraldehydu, lze vytvořit částice biokatalyzátorů s dobrými sedimentačními vlastnostmi a vysokou stabilitou požadovaných enzymových aktivit. Specifickým způsobem zpevnění částic imobilizovaných buněčných agregátů s denitrifikační aktivitou, který je předmětem čs. autorského osvědčení č. 245 584, lze vyrobit pevné, pískovité částice imobilizovaných buněčných agregátů s vysokou denitrifikační aktivitou a dobrými fyzikálními a fyzikálně-chemickými parametry, které dovolují reálný předpoklad průmyslového využití v různých typech reaktorů za technologicky reálných podmínek v běžných úpravnáčh vody. Základní vlastnosti buněčného biokatalyzátoru, vyrobeného na bázi zpevněných buněčných agregátů pro denitrifikaci vody, byly zveřejněny v britském odborném časopise Biotechnol.The cited procedure, which is based on mutual chemical immobilization of various cells carrying various enzymes into the form of mutually covalently bound cell aggregates using reactive water-soluble polymers (hereinafter RRP), formed, for example, on the basis of branched polyethyleneimine and glutaraldehyde, can create biocatalyst particles with good sedimentation properties and high stability of the required enzyme activities. By a specific method of solidification of particles of immobilized cell aggregates with denitrification activity, which is the subject of Czechoslovak author's certificate No. 245 584, it is possible to produce solid, sandy particles of immobilized cell aggregates with high denitrification activity and good physical and physicochemical parameters, which allow a realistic assumption of industrial use in various types of reactors under technologically realistic conditions in conventional water treatment plants. The basic properties of a cellular biocatalyst, made on the basis of solidified cell aggregates for water denitrification, were published in the British scientific journal Biotechnol.

Letters, sv. 10, 737-742, 1985.Letters, Vol. 10, 737-742, 1985.

Z čs. autorského osvědčení č. 252628 je známé, že vlastnosti buněčného biokatalyzátoru dovolují vést denitrifikační proces i při vysokých koncentracích rozpuštěného kyslíku, což umožňuje provádět nitrátovou disimilaci z nitrátu až na plynný dusík v aerobních podmínkách. Tím je rovněž do značné míry predikována technologická schůdnost procesu enzymové denitrifikace vod.It is known from the Czechoslovak Patent No. 252628 that the properties of the cellular biocatalyst allow the denitrification process to be carried out even at high concentrations of dissolved oxygen, which makes it possible to carry out nitrate dissimilation from nitrate to gaseous nitrogen under aerobic conditions. This also largely predicts the technological feasibility of the enzymatic denitrification of water.

Porušení integrity plazmatické membrány navozené způsobem imobilizace a zpevňování částic způsobí, že i v přítomnosti kyslíku je odbouráván nitrát resp. nitrit stejnou specifickou rychlostí. Je to zřejmě způsobeno tím, že následkem zrušení 259972The disruption of the integrity of the plasma membrane induced by the method of immobilization and solidification of particles causes that even in the presence of oxygen, nitrate or nitrite is degraded at the same specific rate. This is probably due to the fact that as a result of the abolition of 259972

-4membránového potenciálu pronikají nitrity do buněk, kde inhibují terminální oxidázy, jejichž aktivní centra se nalézají na vnitřní straně cytoplasmatické membrány.At a membrane potential of -4, nitrites penetrate into cells, where they inhibit terminal oxidases, whose active centers are located on the inner side of the cytoplasmic membrane.

Nevýhodou známých způsobů biologické denitrifikace vody je jejich výrazná závislost zejména na teplotě surové vody, a proto je provoz děnitrifikačních jednotek v zimním období omezén* Denitrifikace je rovněž ovlivňována přítomností rozpuštěného kyslíku, kdy je nutno zachovávat v reaktoru anoxické podmínky nebo zvýšit koncentraci organického donoru elektronů, kdy se jeho část spotřebuje při kyslíkové respiraci, jejíž energetický výtěžek je vyšší. Rychlost biologické denitrifikace je za těchto podmínek nižší a proces je ekonomicky náročnější. Další nevýhodou většiny známých biologických denitrifikačních postupů je produkce biomasy, která musí být z reaktoru odstraňována periodickým praním a její likvidace představuje zvýšené provozní náklady. Se způsobem provádění biologické denitrifikace souvisí i kvalita upravené vody, kdy ve všech případech je nutná její následná dvoustupňová úprava , koagulací a filtrací.The disadvantage of known methods of biological denitrification of water is their significant dependence, in particular, on the temperature of the raw water, and therefore the operation of denitrification units in the winter is limited* Denitrification is also influenced by the presence of dissolved oxygen, when it is necessary to maintain anoxic conditions in the reactor or to increase the concentration of the organic electron donor, when part of it is consumed during oxygen respiration, the energy yield of which is higher. The rate of biological denitrification is lower under these conditions and the process is more economically demanding. Another disadvantage of most known biological denitrification processes is the production of biomass, which must be removed from the reactor by periodic washing and its disposal represents increased operating costs. The quality of the treated water is also related to the method of carrying out biological denitrification, when in all cases its subsequent two-stage treatment, coagulation and filtration, is necessary.

Výše uváděné nevýhody jsou odstraněny vypracováním postupu denitrifikace, při kterém se částice biokatalyzátoru s denitrifikační enzymovou aktivitou uvádějí ve styk s vodným prostředím obsahujícím nitráty a/nebo nitrity v rozmezí jejich koncentrací 0,001 až 2000 mg . litr při nulové až maximální koncentraci ve vodě rozpuštěného a/nebo nerozpuštěného kyslíku, jehož podstata spočívá v tom, že se vodné prostředí v kontinuálním nebo diskontinuálním provozu sytí plynným vodíkem při teplotě v rozmezí 1 až 45 °C, s výhodou 10 až 30 *C, pH prostředí 4,0 až 9,0, výhodněThe above disadvantages are eliminated by developing a denitrification process in which biocatalyst particles with denitrification enzyme activity are brought into contact with an aqueous medium containing nitrates and/or nitrites in the concentration range of 0.001 to 2000 mg. liter at zero to maximum concentration of dissolved and/or undissolved oxygen in water, the essence of which consists in the fact that the aqueous medium is saturated with hydrogen gas in continuous or discontinuous operation at a temperature in the range of 1 to 45 °C, preferably 10 to 30 *C, pH of the medium 4.0 to 9.0, preferably

7,5 až 8,5 a/nebo se do něj dodávají organické donory elektronů, výhodně ethylalkohol, glukóza nebo methylalkohol v rozmezí jejich koncentrací 0,0001 až 2000 mg . litr přičemž potřebný vodík se může získávat elektrolýzou surové nebo upravené vody.7.5 to 8.5 and/or organic electron donors are added to it, preferably ethyl alcohol, glucose or methyl alcohol in the concentration range of 0.0001 to 2000 mg/liter, while the necessary hydrogen can be obtained by electrolysis of raw or treated water.

Podstata předmětného způsobu denitrifikace vod imobilizovanými buněčnými agregáty spočívá dále v tom, že diskontinuální denitrifikace se provádí v míchaném vsádkovém reaktoru vícenásobně opakovaně, při použití téže násady částic biokatalyzátoru, při frekvenci míchání 1 až 200 otáček .min s výhodou pomocí šnekového nebo kotvového míchadla nebo se částice ve vsádkovém reaktoru uvádějí do vznosu probubláváním plynem, s výhodou vzduchem, dusíkem, vodíkem a/nebo jejich směsmi. Kontinuální denitrifikace vod se provádí v reaktorech s pevným nebo vznosným ložem biokata259972 · .The essence of the present method of denitrification of water with immobilized cell aggregates further consists in the fact that discontinuous denitrification is carried out in a stirred batch reactor repeatedly, using the same batch of biocatalyst particles, at a mixing frequency of 1 to 200 rpm, preferably using a screw or anchor mixer, or the particles in the batch reactor are brought into suspension by bubbling through with gas, preferably air, nitrogen, hydrogen and/or mixtures thereof. Continuous denitrification of water is carried out in reactors with a fixed or suspended bed of biocatalysts.

-5lyzátoru zapojených jednotlivě a/nebo ve dvou a více reaktorech zapojených v sérii, kaskádě, při čemž vody a/nebo vodná suspenze částic biokatalyzátoru protékají reaktory protiproudem, souproudem pístovým tokem a/nebo křížovým tokem, popřípadě se kontinuální denitrifikace vod provádí v míchaných jednostupňových nebo vícestupňových reaktorech zapojených v sérii, přičemž částice jsou uváděny do vznosu pomocí šnekových nebo kotvových míchadel a/nebo probubláváním plynem, s výhodou vzduchem, dusíkem, vodíkem a/nebo jejich směsmi.-5lysator connected individually and/or in two or more reactors connected in series, cascade, whereby water and/or an aqueous suspension of biocatalyst particles flow through the reactors countercurrently, cocurrently, plug flow and/or cross flow, or alternatively continuous denitrification of water is carried out in stirred single-stage or multi-stage reactors connected in series, whereby the particles are brought into suspension using screw or anchor mixers and/or by bubbling with gas, preferably air, nitrogen, hydrogen and/or mixtures thereof.

Plynný vodík jako donor elektronů pro enzymovou denitrifika ci vod se může získávat elektrolýzou surové nebo upravené vody bez oddělení katodového a anodového prostoru nebo s oddělením anodového a katodového prostoru. Elektrolyticky uvolněný kyslík může být ozonizován a použit pro dezinfekci upravené vody. Odpadní teplo₍vznikájící elektrolytickou výrobou -plynného vodíku a kyslíku,se může využít k ohřevu vody. Plyny probublávající vodnou suspenzí biokatalyzátoru mohou být z vycházející části reaktorů odlučovány a opět vháněny do vstupující části reaktorů.Hydrogen gas as an electron donor for enzymatic denitrification of water can be obtained by electrolysis of raw or treated water without separation of the cathode and anode space or with separation of the anode and cathode space. The electrolytically released oxygen can be ozonized and used for disinfection of the treated water. Waste heat ₍ generated by the electrolytic production of hydrogen and oxygen gas) can be used for heating water. Gases bubbling through the aqueous suspension of the biocatalyst can be separated from the outlet part of the reactors and injected back into the inlet part of the reactors.

Pro kontinuální denitrifikaci vod v reaktorech s pevným ložem biokatalyzátoru se toto lože vytvoří bud samotnými částice mi buněčných agregátů, nebo se toto lože vytvoří smícháním částic biokatalyzátoru s částicemi inertních, popřípadě glutaraldehydem předem ošetřených a promytých anorganických 5 organických, přírodních nebo umělých, s výhodou porézních materiálů, zejména mletým koksem, keramickými nebo skleněnými částicemi, mletou škvárou, expandovaným perlitem, mletým expandovaným šamotem, mletými cihlami, pískem, pemzou, polymerním oxidem křemičitým a iontoměnnými pryskyřicemi.For continuous denitrification of water in reactors with a fixed bed of biocatalyst, this bed is formed either by particles of cell aggregates themselves, or by mixing particles of biocatalyst with particles of inert, optionally glutaraldehyde-pretreated and washed inorganic/organic, natural or artificial, preferably porous materials, in particular ground coke, ceramic or glass particles, ground slag, expanded perlite, ground expanded fireclay, ground bricks, sand, pumice, polymeric silica and ion exchange resins.

Výhody předmětného způsobu spočívají v tom, že biologická denitrifikace vody probíhá v širokém rozmezí teplot, při nulové až maximální koncentraci ve vodě rozpuštěného a/nebo nerozpuštěného kyslíku, aniž by docházelo ke zvýšené spotřebě organického donoru elektronů. Buňky aktivovaného kalu jsou chemicky imobilizovány tak, že nejsou schopny růstu a množení a proto nedochází k tvorbě nové biomasy, jíž by bylo nutno likvidovat.The advantages of the method in question are that biological denitrification of water takes place in a wide range of temperatures, at zero to maximum concentrations of dissolved and/or undissolved oxygen in water, without increased consumption of organic electron donor. The activated sludge cells are chemically immobilized so that they are unable to grow and multiply, and therefore there is no formation of new biomass that would have to be disposed of.

Pro dosažení kvality vody vhodné pro pitné účely postačí pouze jednostupňová úprava vody filtrací. V přítomnosti organického substrátu může však docházet k pomnožení kontaminující mikroflory, a proto je vhodné použit jako donoru elektronů plynný vodík a/nebo jeho směsi s organickým substrátem, čímž se dále 259972To achieve water quality suitable for drinking purposes, only a single-stage water treatment by filtration is sufficient. However, in the presence of an organic substrate, contaminating microflora may multiply, and therefore it is appropriate to use hydrogen gas and/or its mixtures with an organic substrate as an electron donor, thereby further 259972

-6snižují náklady na eliminaci reziduálního organického znečištění v procesu další vodárenské úpravy.-6reduce the costs of eliminating residual organic pollution in the process of further water treatment.

Vodík, jako donor elektronů lze získat jímáním při elektrolýze vody, kdy na katodě probíhá reakce 4H⁺+ 4e“ = 2H₂ a na anodě reakce 40H °2 ^{+ H}2° ⁺ ' Přičemž uvolněný kyslík neinhibuje průběh denitrifikace a s výhodou může být použit pro přípravu ozonu v ozonizátoru k hygienickému zabezpečení kvality vody, zejména pro pitné účely, což je další předností předmětného způsobu. Možnost nahrazení organických· zdrojů jako donorů elektronů pro denitrifikaci vody vodíkem, snižuje riziko růstu a množení kontaminující mikroflory v reaktorech a zvyšuje mikrobiologickou kvalitu denitrifikované vody. Denitrifikovanou vodu lze výhodně sanitovat ozonem, který lze připravit z vysušeného kyslíku popřípadě vzduchu v ozonizátoru, kde vlivem elektrického výboje dojde k přeměně části molekul kyslíku na ozon. Tento se poměrně rychle rozpadá za vzniku atomárního kyslíku, který se bud slučuje na molekulární kyslík, nebo. reaguje s přítomnými anorganickými či organickými látkami, eventuálně kontaminující mikroflorou. Využití vodíku jako donoru elektronů při disimilativní denitrifikaci zlepšuje tedy nejen kvalitu vody, ale sanitace ozonem rovněž podstatně přispívá k hygienické úpravě denitrifikované vody. Elektrolyticky uvolněný kyslík může být výhodně použit jako hydrodynamické médium k probublávání vrstvy biokatalyzátoru a tím k jejímu míšení. Výhodou elektrolytického generování vodíku a kyslíku rovněž je, že vznikající teplo se zároveň jednoduše využívá k ohřevu zpracovávané vody, což zvyšuje energetickou účinnost denitrifikačního procesu.Hydrogen, as an electron donor, can be obtained by collecting it during the electrolysis of water, when the reaction 4H ⁺ + 4e“ = 2H ₂ takes place at the cathode and the reaction 40H °2 ^{+ H} 2° ⁺ ' at the anode. The released oxygen does not inhibit the course of denitrification and can advantageously be used for the preparation of ozone in an ozonizer for hygienic assurance of water quality, especially for drinking purposes, which is another advantage of the method in question. The possibility of replacing organic sources as electron donors for denitrification of water with hydrogen reduces the risk of growth and multiplication of contaminating microflora in reactors and increases the microbiological quality of denitrified water. Denitrified water can be advantageously sanitized with ozone, which can be prepared from dried oxygen or air in an ozonizer, where, due to the influence of an electric discharge, a part of the oxygen molecules are converted into ozone. This decomposes relatively quickly to form atomic oxygen, which either combines into molecular oxygen or reacts with the present inorganic or organic substances, possibly contaminating microflora. The use of hydrogen as an electron donor in dissimilative denitrification therefore not only improves water quality, but ozone sanitation also significantly contributes to the hygienic treatment of denitrified water. The electrolytically released oxygen can be advantageously used as a hydrodynamic medium for bubbling through the biocatalyst layer and thus for its mixing. Another advantage of the electrolytic generation of hydrogen and oxygen is that the heat generated is also simply used to heat the treated water, which increases the energy efficiency of the denitrification process.

Další výhodou předmětného způsobu je, že elektrolýzou vznikající směs plynů může být rovněž lépe využita tak, že cirkuluje po nasátí oběhovým čerpadlem z odlučovače v horní části reaktoru zpět do rozdělovačiho roštu na spodní části reaktoru.Another advantage of the method in question is that the gas mixture resulting from electrolysis can also be better utilized by circulating it, after being sucked in by a circulation pump, from the separator in the upper part of the reactor back to the distribution grate in the lower part of the reactor.

Pro zlepšení především hydrodynamických vlastnosti částic imobilizovaných buněčných agregátů, zejména při jejich kontinuálním využití v reaktorech s pevným ložem, je výhodné podle předmětného způsobu enzymově aktivní částice smíchat s částicemi, inertních organických nebo anorganických materiálů, nebo těchto materiálů předem ošetřených glutaraldehydem a následně promytých v poměru 10 až 90 %, čímž je umožněn rychlejší pístový tok použité vody k denitrifikaci biokatalyzátorem umístěným ve vhodném zařízení, při snížení pravděpodobnosti narůstání tlaku v použitém kontinuálním zařízení.To improve, in particular, the hydrodynamic properties of particles of immobilized cell aggregates, especially during their continuous use in fixed bed reactors, it is advantageous according to the present method to mix the enzyme-active particles with particles of inert organic or inorganic materials, or these materials pre-treated with glutaraldehyde and subsequently washed in a ratio of 10 to 90%, thereby enabling a faster piston flow of the used water for denitrification by a biocatalyst placed in a suitable device, while reducing the probability of pressure build-up in the continuous device used.

-7K provádění diskontinuální nebo kontinuální denitrifikace vody je výhodné použít zařízení, které sestává z reaktoru s náplní biokatalyzátoru, který je vybaven napájecím čerpadlem upravované vody, zdrojem donoru elektronů sestávajícím ze zásobníku, dávkovacího čerpadla a regulačního zařízení průtoku a popřípadě elektrolyzéru nebo tlakového zdroje vodíku se zařízením pro jímání a případně cirkulaci plynů z odlučovače plynů umístěného na odtoku z reaktoru, přičemž součástí zařízení je rovněž zásobník a dávkovači čerpadlo regeneračního roztoku.-7To perform discontinuous or continuous water denitrification, it is advantageous to use a device consisting of a reactor with a biocatalyst charge, which is equipped with a feed pump for the treated water, an electron donor source consisting of a reservoir, a dosing pump and a flow control device, and optionally an electrolyzer or a pressure hydrogen source with a device for collecting and possibly circulating gases from a gas separator located at the outlet from the reactor, the device also including a reservoir and a dosing pump for the regeneration solution.

Jako výchozí zdroj pro výrobu imobilizovaných buněčných agregátů je použito směsné buněčné populace biologicky aktivních kalů z čistíren odpadních vod, které se přidáním nitrátů resp. nitritůjpostupem podle čs. autorského osvědčení č. 223 403/ specificky aktivují a především uvedou do vznosu ve formě vloček unášených plynným dusíkem, čímž se usnadní nakoncentrování enzymově aktivní biomasy, načež se vločky separují odstředěním. Imobilizace separované enzymově aktivní biomasy je prováděna pomocí reaktivních, ve vodě rozpustných polymerů (RRP)· podle i * čs. autorského osvědčeni č. 231 458. Zpevnění částic imobilizovaných buněk ve formě buněčných agregátů je prováděno přidáním koreagujících látek účastnících se chemické reakce s RRP a buňkami, dále parciální dehydratací zpevněných částic následovanou jejich sušením a reaktivací během bobtnáníjpostupem podle čs. autorského osvědčení č. 245 584, které je závislé na čs. autorském osvědčení č. 231,458.As a starting source for the production of immobilized cell aggregates, a mixed cell population of biologically active sludge from wastewater treatment plants is used, which is specifically activated by adding nitrates or nitrites (by the procedure according to Czechoslovak Patent No. 223 403) and, above all, brought into suspension in the form of flocs carried by gaseous nitrogen, thereby facilitating the concentration of enzyme-active biomass, after which the flocs are separated by centrifugation. Immobilization of the separated enzyme-active biomass is carried out using reactive, water-soluble polymers (RRP) (by the procedure according to Czechoslovak Patent No. 231 458). The solidification of immobilized cell particles in the form of cell aggregates is carried out by adding coreactive substances participating in the chemical reaction with RRP and cells, and further by partial dehydration of the solidified particles followed by their drying and reactivation during swelling (by the procedure according to Czechoslovak Patent No. 231 458). Copyright certificate No. 245,584, which is dependent on Czechoslovak copyright certificate No. 231,458.

Distribuce velikosti částic imobilizovaných zpevněných buněčných agregátů se pohybuje v rozmezí 0,1 až 4,55 mm, průměrný obsah suché hmoty v biokatalyzátoru činí 33 hmotnostních procent.The particle size distribution of the immobilized solidified cell aggregates ranges from 0.1 to 4.55 mm, the average dry matter content in the biocatalyst is 33 weight percent.

Částice jsou tmavě hnědé, pevné, drsné, připomínající pryskyřici nepravidelného tvaru. Průměrná specifická denitrifikačhí rych- -1 -1 lost (V_NQ _) je 3,5 mg NO^ . g suché hmoty . h . Sedimentační rychlolt částic neděleného nabobtnalého biokatalyzátoru se pohybuje v rozmezí 0,1 až 0,5 cm . s . Průměrná sedimentační rychlost je 0,15 cm . s Stabilita denitrifikační enzymové aktivity imobilizovaných buněčných, agregátů během skladování je minimálně jeden rok, operační poločas při kontinuální denitrifikaci vody v reaktorech s pevným ložem biokatalyzátoru je minimálně 6 měsíců. Po nabobtnání lze částice dělit podle velikosti plavením vodou na sítech s definovanou velikostí ok. Buněčný biokatalyzátor lze snadno dekantovat vodou a filtrovat přes 259972 vhodný textilní materiál, výhodně přes silonovou mlynářskou plachetku.The particles are dark brown, solid, rough, resembling resin of irregular shape. The average specific denitrification rate (V _NQ _) is 3.5 mg NO^ . g dry mass . h . The sedimentation rate of particles of undivided swollen biocatalyst ranges from 0.1 to 0.5 cm . s . The average sedimentation rate is 0.15 cm . s The stability of denitrification enzyme activity of immobilized cell aggregates during storage is at least one year, the operational half-life during continuous denitrification of water in reactors with a fixed bed of biocatalyst is at least 6 months. After swelling, the particles can be separated by size by floating with water on screens with a defined mesh size. The cellular biocatalyst can be easily decanted with water and filtered through a suitable textile material, preferably through a nylon mill cloth.

Enzymovou denitrifikaci vod, uvedeným typem biokatalyzátoru na bázi buněčný agregátů, lze podle předmětného způsobu provádět:Enzymatic denitrification of water, using the above type of biocatalyst based on cell aggregates, can be carried out according to the method in question:

a) při vysokých koncentracích ve vodě rozpuštěných nitrátů a nitritů,a) at high concentrations of nitrates and nitrites dissolved in water,

b) při nulové až maximání koncentraci ve vodě rozpuštěného nebo nerozpuštěného kyslíku,b) at zero to maximum concentration of dissolved or undissolved oxygen in water,

c) při velmi nízkých koncentracích (odpovídajících stechiometrickým poměrům) ve vodě rozpuštěných organických donorů elektronů a jejich široké volbě,c) at very low concentrations (corresponding to stoichiometric ratios) of organic electron donors dissolved in water and their wide choice,

d) při sycení vody plynným vodíkem jako donorem elektronů namísto nebo za použití organických donorů elektronů,d) when saturating water with hydrogen gas as an electron donor instead of or using organic electron donors,

e) při širokém rozmezí teplot a hodnot pH vody,e) over a wide range of temperatures and pH values of water,

f) při možnosti poměrně široké volby diskontinuálních a kontinuálních typů reaktorů.f) with a relatively wide choice of discontinuous and continuous reactor types.

Způsob enzymové denitrifikace vod imobilizovanými buněčnými agregáty a diskontinuální a kontinuání způsob provádění denitrifikace je popsáno v následujících příkladech provedení.The method of enzymatic denitrification of water with immobilized cell aggregates and the discontinuous and continuous method of performing denitrification are described in the following examples.

Příklady provedeníDesign examples

Příklad 1Example 1

Postupem podle čs. autorského osvědčení 223 403, byl vratný aktivovaný kal z mechanicko-biologické čistírny odpadních vod o koncentraci veškerých látek 3,85 g . litr kontinuálně zahušťován biologickou denitrifikační flotací za současné indukce enzymového reduktivního systému a následně odvodňován na dekantaČní odstředivce Alfa-Laval AVNX 309B. V bioreaktoru o účinném flotačním prostoru 7,3 m³ bylo zahušťováno 5,2 m³ . h ¹ vratného aktivovaného kalu za kontinuálního přítoku 10 % (hmota/objem) vodného roztoku dusičnanu vápenatého. Aktuální koncentrace nitrátu na vstupu do bioreaktoru byla 130 mg . litr ¹. Vyflotovaný kal o sušině 41,7 g . litr^-1 byl strojně odvodňován na popsané dekantační odstředivce bez použití organických či jiných flokulantů. „According to the procedure according to the Czechoslovak author's certificate 223 403, the returnable activated sludge from a mechanical-biological wastewater treatment plant with a concentration of all substances of 3.85 g. liter was continuously thickened by biological denitrification flotation with simultaneous induction of the enzyme reductive system and subsequently dewatered on an Alfa-Laval AVNX 309B decanter centrifuge. In a bioreactor with an effective flotation space of 7.3 ^m3 , 5.2 ^m3 . ^h1 of returnable activated sludge was thickened with a continuous inflow of 10% (mass/volume) aqueous calcium nitrate solution. The current nitrate concentration at the inlet to the bioreactor was 130 mg. ^liter1 . The flotated sludge with a dry matter of 41.7 g. liter ^-1 was mechanically dewatered on the described decanter centrifuge without the use of organic or other flocculants. "

Postupem podle čs. autorského osvědčení č. 231 458, byl připraven chemicky reaktivní ve vodě rozpustný polymer (RRP) takto: do 1 m³ nerezového kotle opatřeného rychloběžným míchadlem s měnitelnou frekvencí otáček bylo předloženo 200 litrů pitné . vody. 10 kg Sedipuru Cl-930 v přenosné nádobě z plastické hmoty 259972According to the procedure of Czechoslovak Patent No. 231 458, a chemically reactive water-soluble polymer (RRP) was prepared as follows: 200 liters of drinking water were introduced into a 1 m ³ stainless steel boiler equipped with a high-speed mixer with a variable speed. 10 kg of Sedipur Cl-930 in a portable plastic container 259972

-9(kationaktivní flokulant používaný k čištění odpadních vod obsahující polyethylenimin, BASF Ludwigshafen, NSR) bylo za míchání rozpuštěno v předložené vodě. Nádoba byla vypláchnuta vodou a roztok Sedipuru v kotli doplněn pitnou vodou na celkový objem 230 litrů. Poté byl roztok 10 minut promícháván. Po této době bylo za míchání do kotle postupně přidáno celkem 20 litrů 25 % vodného roztoku glutaraldehydu (Merck AG, NSR) a reakce probíhala po dobu 3 hodin při teplotě místnosti za nepřetržitého míchání. Do 250 litrů vzniklého RRP, bylo za intenzivního míchání postupně suspendováno 120 kg vlhké hmoty odvodněného aktivovaného kalu o obsahu suché hmoty 12 %. Specifická denitrifikačni rychlost intaktního aktivovaného kalu-9 (cationic flocculant used for wastewater treatment containing polyethyleneimine, BASF Ludwigshafen, NSR) was dissolved in the water provided with stirring. The vessel was rinsed with water and the Sedipur solution in the boiler was supplemented with drinking water to a total volume of 230 liters. The solution was then stirred for 10 minutes. After this time, a total of 20 liters of a 25% aqueous solution of glutaraldehyde (Merck AG, NSR) were gradually added to the boiler with stirring and the reaction was carried out for 3 hours at room temperature with continuous stirring. 120 kg of wet mass of dewatered activated sludge with a dry matter content of 12% was gradually suspended into the 250 liters of the resulting RRP with intensive stirring. Specific denitrification rate of intact activated sludge

- -1 — 1 byla 27 mg NO.. . g suché hmoty . h . Vzniklá suspenze obsahu^J -1 jící přibližně 0,5 kg vlhké hmoty . litr biomasy, byla dokonale homogenizována a za míchání upraveno její pH 20 % (hmota/objem) vodným roztokem NaOH na hodnotu 7,5. Poté byla intenzita míchání snížena a směs ponechána reagovat 1 hodinu při frekvenci míchání 80 min 1.- -1 — 1 was 27 mg NO.. . g dry matter . h . The resulting suspension containing approximately 0.5 kg ^wet matter . liter of biomass was perfectly homogenized and its pH was adjusted to 7.5 with 20% (mass/volume) aqueous NaOH solution while stirring. Then the stirring intensity was reduced and the mixture was left to react for 1 hour at a stirring frequency of 80 min 1.

Postupem podle čs. autorského osvědčení č. 245 5β4, byly vzniklé voluminézní částice imobilizovaných buněk dále zpevňovány takto: do 40 litrů pitné vody předložené v rozmíchacím nerezovém kotlíku bylo postupně vneseno celkem 7,0 kg technické vaječné bílkoviny, technického bílku z Cs. drůbežářských závodů (obsah celkového N 13 %, celkový obsah bílkovin 85 %, popel 4,1 %) a za pomalého míchání postupně rozpuštěno. Takto byl připraven přibližně 15 % roztok (hmota/objem) technického bílku. Frekvence míchání v reakčním kotli byla zvýšena na 250 mih a postupně byl do reakčni směsi přidán veškerý roztok technické bílkoviny. Silně viskózní hustá suspenze byla asi 10 minut intenzivně promíchávána a poté upraveno pH reakčni směsi 20 % vodným roztokemAccording to the procedure of the Czechoslovak author's certificate No. 245 5β4, the resulting voluminous particles of immobilized cells were further solidified as follows: a total of 7.0 kg of technical egg protein, technical egg white from Czechoslovak poultry farms (total N content 13%, total protein content 85%, ash 4.1%) was gradually added to 40 liters of drinking water presented in a mixing stainless steel kettle and gradually dissolved with slow stirring. In this way, approximately 15% solution (mass/volume) of technical egg white was prepared. The stirring frequency in the reaction kettle was increased to 250 min and the entire technical egg white solution was gradually added to the reaction mixture. The highly viscous thick suspension was stirred intensively for about 10 minutes and then the pH of the reaction mixture was adjusted with a 20% aqueous solution

NaOH na hodnotu 7,5. Poté byla frekvence míchání snížena na -1 min a směs ponechána reagovat 30 minut. Po této době bylo míchadlo zastaveno a reakčni směs ponechána v klidu 2 hodiny.NaOH to a value of 7.5. Then the stirring frequency was reduced to -1 min and the mixture was left to react for 30 minutes. After this time, the stirrer was stopped and the reaction mixture was left to stand for 2 hours.

Po doreagování byly vzniklé částice uvedeny do vznosu mírnýmAfter the reaction, the resulting particles were suspended by a gentle

I mícháním a suspenze byla čerpána na bubnovou odstředivku, která byla opatřena textilní plachetkou· a vlhké částice separovány odstředěním. Po separaci byl vlhký odstředěný materiál z plachetky umístěné na bubnu odstředivky sejmut, mechanicky homogenizován a zvážen. Bylo získáno 150 kg vlhké hmoty biokatalyzátoru. Vlhký homogenizovaný materiál byl rozvážen na 3 stejné hmotnostní díly (á 50 kg) a každý z dílů postupně ošetřen podchlazeným 259972I stirring and the suspension was pumped to a drum centrifuge, which was equipped with a textile sheet and the wet particles were separated by centrifugation. After separation, the wet centrifuged material was removed from the sheet placed on the centrifuge drum, mechanically homogenized and weighed. 150 kg of wet mass of biocatalyst was obtained. The wet homogenized material was distributed into 3 equal weight parts (50 kg each) and each part was successively treated with supercooled 259972

-10acetonem v rozmíchacím kotlíku takto: do nerezového 250 litrového kotlíku opatřeného rychloběžným míchadlem a duplikátorem chlazeným solankou bylo předloženo 100 litrů acetonu a tento podchlazen na -5 *C. Poté byl aceton dále podchlazován vnášením suchého ledu až na teplotu v rozmezí -20 až -30 *C. Do uvedeného množství podchlazeného acetonu bylo za míchání vneseno 50 kg vlhké hmoty homogenizovaných částic, tyto suspendovány intenzivním mícháním po dobu asi 3 až 5 minut a poté suspenze ihned čerpána na vakuovou nuč. Takto byly postupně ošetřeny všechny hmotriostní díly materiálu. Dobře odsátý dehydratovaný materiál, zbavený přebytečného acetonu, byl rozprostřen na tácy z plastické hmoty a v tenké vrstvě sušen ve vakuové sušárně při teplotě 25 až 30 *C po dobu 24 hodin.-10acetone in a mixing kettle as follows: 100 liters of acetone were introduced into a stainless steel 250 liter kettle equipped with a high-speed mixer and a duplicator cooled with brine and this was supercooled to -5 *C. Then the acetone was further supercooled by introducing dry ice to a temperature in the range of -20 to -30 *C. 50 kg of wet mass of homogenized particles was introduced into the specified amount of supercooled acetone while stirring, these were suspended by intensive stirring for about 3 to 5 minutes and then the suspension was immediately pumped to a vacuum pump. In this way, all the material parts were gradually treated. The well-suctioned dehydrated material, freed from excess acetone, was spread on plastic trays and dried in a thin layer in a vacuum drying oven at a temperature of 25 to 30 *C for 24 hours.

Suchý materiál byl po uvedené době z jednotlivých táců sesypán a za sucha přesítován pomocí mlynářských sít s velikostí ok 1,5 mm. částice větší než 1,5 mm byly mechanicky homogenizovány pomocí kulového mlýna a obě frakce spojeny a zváženy. Bylo získáno 40 kg suchého materiálu. Do 1 m³ nerezové dekantační nádrže opatřené míchadlem, průhledítkem a posuvnou odkalovací trubicí z nerezové oceli, jejíž konec byl opatřen perforovaným nástavcem překrytým mlynářskou plachetkou, bylo předloženo 500 litrů pitné vody. Do předložené vody bylo nasypáno veškeré uvedené množství suchých částic a suspenze krátce promíchána. Poté byly částice ponechány v klidu sedimentovat a bobtnat. Po kvantitativní sedimentaci částic byla gravitačně oddělená kapalina vakuově odsáta odkalovací trubicí a opět do nádrže načerpáno 500 litrů pitné vody a suspenze krátce promíchána. Tento postup dekantace a sedimentace byl opakován tak dlouho, až odsávaná voda byla čirá a průhledná. Poté byl materiál ponechán v nádrži ve vodě bobtnat po dobu 14 dnů, přičemž do vody byla přidána glukóza tak, aby její výsledná koncentrace činila 1 % (hmota/objem). Po uvedené době bobtnání byl reaktivovaný nabobtnalý materiál promíchán a čerpán na filtrační vakuovou nuč opatřenou textilní plachetkou, na nuči nabobtnalé částice dobře odsáty, důkladně promyty studenou pitnou vodou a znovu dobře odsáty a zváženy. Bylo získáno 90 kg vlhké hmoty odsátých nabobtnalých částic imobilizovaných buněčných agregátů o obsahu sušiny 33 % a specifické denitrifikační rychlosti 2,5 mg NOg . g suché hmoty . hAfter the specified time, the dry material was poured from the individual trays and dry sieved using mill screens with a mesh size of 1.5 mm. Particles larger than 1.5 mm were mechanically homogenized using a ball mill and both fractions were combined and weighed. 40 kg of dry material was obtained. 500 liters of drinking water were introduced into a 1 m ³ stainless steel decanting tank equipped with a stirrer, a sight glass and a sliding stainless steel sludge tube, the end of which was equipped with a perforated extension covered with a mill sheet. The entire specified amount of dry particles was poured into the introduced water and the suspension was briefly mixed. Then the particles were left to settle and swell. After quantitative sedimentation of the particles, the gravity-separated liquid was vacuum-sucked off through the sludge tube and 500 liters of drinking water were pumped back into the tank and the suspension was briefly mixed. This decantation and sedimentation procedure was repeated until the suctioned water was clear and transparent. The material was then left to swell in the water in the tank for 14 days, with glucose added to the water so that its final concentration was 1% (mass/volume). After the specified swelling time, the reactivated swollen material was mixed and pumped onto a vacuum filter bag fitted with a textile sheet, the swollen particles were sucked off well on the bag, washed thoroughly with cold drinking water and sucked off well again and weighed. 90 kg of wet mass of sucked off swollen particles of immobilized cell aggregates with a dry matter content of 33% and a specific denitrification rate of 2.5 mg NOg . g dry matter . h

1,5 m³ nerezový míchaný tlakový reaktor , opatřený šneko-. vým míchadlem a vzdušnícím věncem a opatřený na vnitřním obvodu . 2599721.5 m ³ stainless steel stirred pressure reactor, equipped with a screw mixer and an aeration ring and equipped on the inner circumference. 259972

-11u dna reaktoru nad výpustním ventilem speciální filtrační vložkou, která umožňuje trvalé setrvání částic buněčných agregátů v reaktoru, byl použit k diskontinuální mnohonásobně opakované denitrifikaci užitkové vody. Filtrační vložka ve vnitřním prostoru u dna reaktoru byla uzpůsobena takto: po vnitřním obvodu spodní části reaktoru bylo přivařeno ocelové mezikruží o šířce 100 mm, které bylo po obvodu perforováno 6 mm otvory se závitem pro šrouby ve vzdálenosti 150 mm od sebe. Na toto mezikruží bylo uloženo gumové těsnění s otvory, korespondujícími s otvory v mezikruží. Na toto těsnění byla uložena ocelová, hustě perforovaná deska o tlouštce 6 mm s 1 mm otvory o počtu otvorů 4/m²plochy. Ocelová, nosná, hustě perforovaná deska byla rovněž na svém obvodu opatřena otvory korespondujícími s otvory v mezikruží, překryta po celé ploše napnutou kalolisovou plachetkou a dále překryta po celé ploše napnutým polyamidovým sítem s četností ok 80/cm^a. Nakonec byl uložen nerezový rošt s obvodovým mezikružím, opatřený korespondujícími otvory na obvodu roštu, pod rošt rovněž umístěno gumové těsnění a celá vložka po obvodu stažena ke spodnímu ocelovému mezikruží nerezovými šťouby.-11 at the bottom of the reactor above the outlet valve with a special filter insert, which allows for the permanent retention of particles of cell aggregates in the reactor, was used for discontinuous, multiple repeated denitrification of utility water. The filter insert in the inner space at the bottom of the reactor was adapted as follows: a steel annulus 100 mm wide was welded along the inner circumference of the lower part of the reactor, which was perforated along the circumference with 6 mm threaded holes for screws at a distance of 150 mm from each other. A rubber seal with holes corresponding to the holes in the annulus was placed on this annulus. A steel, densely perforated plate 6 mm thick with 1 mm holes with a number of holes of 4/m ² of area was placed on this seal. The steel, supporting, densely perforated plate was also provided with holes on its circumference corresponding to the holes in the annulus, covered over the entire area with a stretched filter press cloth and further covered over the entire area with a stretched polyamide screen with a mesh frequency of 80/cm ^and . Finally, a stainless steel grate with a circumferential annulus was placed, provided with corresponding holes on the perimeter of the grate, a rubber seal was also placed under the grate and the entire insert was pulled down to the lower steel annulus with stainless steel pins.

Reaktor byl rovněž opatřen odkalovací trubicí, zhotovenou z nerezové oceli, umístěnou shora do vnitřní části reaktoru pro odsátí částečně inaktivovaného biokatalyzátoru resp. pro jeho výměnu.The reactor was also equipped with a drain tube made of stainless steel, placed from above in the inner part of the reactor for suction of the partially inactivated biocatalyst or for its replacement.

Do popsaného reaktoru bylo načerpáno 950 litrů užitkové vody, obsahující 98 mg NO^ · litr ¹ a 50 mg . litr ¹ ethanolu, přidáno 50 kg vlhké hmoty částic buněčných agregátů, jejichž výroba byla popsána v předcházejících odstavcích, spuštěno šnekové míchadlo frekvencí 75 min ¹ a denitrifikační reakce probíhala 60 minut za nepřetržitého míchání při teplotě 15 *C.950 liters of service water containing 98 mg NO^ · liter ¹ and 50 mg. liter ¹ of ethanol were pumped into the described reactor, 50 kg of wet mass of cell aggregate particles, the production of which was described in the previous paragraphs, were added, the screw mixer was started at a frequency of 75 min ¹ and the denitrification reaction proceeded for 60 minutes with continuous stirring at a temperature of 15 *C.

Po této době klesla koncentrace nitrátů v užitkové vodě z uvedené hodnoty na 3 mg NO^ . litr^-1. Denitrifikovaná užitková voda byla přetlakem vzduchu ze shora reaktoru přes filtrační vložku oddělena, k vlhkému koláči použitých buněčných agregátů v reaktoru přidáno opět 950 litrů užitkové vody obsahující tutéž koncentraci nitrátů a ethanolu a popsaným způsobem bylo provedeno celkem 67 opakovaných cyklů použití s toutéž násadou biokatalyzátoru při dosažení stupně denitrifikace 91,3 %/67 diskontinuální ch cyklů použití v míchaném vsádkovém reaktoru.After this time, the nitrate concentration in the service water dropped from the stated value to 3 mg NO^. liter ^-1 . The denitrified service water was separated by air pressure from the top of the reactor through a filter insert, 950 liters of service water containing the same concentration of nitrates and ethanol were added to the wet cake of used cell aggregates in the reactor and a total of 67 repeated cycles of use with the same batch of biocatalyst were carried out in the described manner, achieving a denitrification degree of 91.3%/67 discontinuous cycles of use in a stirred batch reactor.

12Příklad 212Example 2

Kontinuální denitrifikace podzemní vody byla prováděna v koloně s pevným ložem směsi 20 kg vlhké hmoty buněčných agregátů, jejichž postup přípravy byl popsán v příkladu 1 a 5 kg částic mletého, vypraného a převařeného vytříděného koksu o průměrné velikosti částic 0,87 mm. Podzemní voda a metanol jako organický zdroj elektronů byly smíšeny v míchané nádobě a dále byly dopravovány čerpadlem přes rozdělovači objekt ke dnu kolony o vnitřním průměru 160 mm a výšce 1600 mm. Pevné lože biokatalyzátoru bylo v koloně stabilizováno zátěžovacím objektem umístěným shora. Upravovaná voda byla odváděna z horního konce rozšířené části hlavy kolony s přepadem, kde byl v odtokové sekci umístěn mikrobiální filtr. Po dobu 3 dnů byla upravovaná voda s metanolem čerpána do kolony v množství 200 litrů . h“^ při zachování refluxního poměru 2 : 1. Od 4. dne byla podzemní voda denitrifikována průtokem 200 litrů . h¹ bez recirkulace. Následující tabulka shrnuje průměrné hodnoty sledovaných parametrů vody během tříměsíčního provozu denitrifikační kontinuální jednotky s pevným ložem biokatalyzátoru a pomocnou filtrační látkou.Continuous denitrification of groundwater was carried out in a fixed bed column of a mixture of 20 kg of wet mass of cell aggregates, the preparation procedure of which was described in Example 1, and 5 kg of ground, washed and boiled sorted coke particles with an average particle size of 0.87 mm. Groundwater and methanol as an organic source of electrons were mixed in a stirred vessel and then transported by pump through a distributor object to the bottom of the column with an internal diameter of 160 mm and a height of 1600 mm. The fixed bed of the biocatalyst was stabilized in the column by a loading object placed from above. The treated water was discharged from the upper end of the extended part of the column head with an overflow, where a microbial filter was placed in the outlet section. For 3 days, the treated water with methanol was pumped into the column in an amount of 200 liters. h"^ while maintaining a reflux ratio of 2 : 1. From the 4th day, the groundwater was denitrified with a flow rate of 200 liters. h ¹ without recirculation. The following table summarizes the average values of the monitored water parameters during the three-month operation of the continuous denitrification unit with a fixed bed of biocatalyst and an auxiliary filter medium.

Ukazatel Indicator Nátok Inflow Odtok Drain -1 (mg . litr ) -1 (mg . liter ) (mg . (mg . litr liter (mg . litr!) (mg . liter!) metanol methanol 45,0 45.0 0 0 ^N03 ^N0 3 150,0 150.0 45,2 45.2 NO NO 0,05 0.05 0,85 0.85 0,22 0.22 0,18 0.18 PO3- PO3- 0,38 0.38 0,11 0.11 akt. Cl act. Cl 0,40 0.40 0,20 0.20 ^CHSKMn ^COD Mn 1,00 1.00 1,50 1.50 pH _ pH _ 6,95 6.95 7,32 7.32

teplota (*C) 10,5 10,6temperature (*C) 10.5 10.6

Příklad 3Example 3

Denitrifikace podzemní vody byla prováděna ve třech kolonách zapojených v sérii s pevným ložem biokatalyzátoru, jehož způsob přípravy byl popsán v příkladu 1, přičemž upravovaná voda byla do kolon dopravována objemovými čerpadly. První dvě kolony o vnitřním průměru 800 mm a výšce 4000 mm byly každá naplněna 259972 ' 'The denitrification of groundwater was carried out in three columns connected in series with a fixed bed of biocatalyst, the method of preparation of which was described in Example 1, while the treated water was transported to the columns by positive displacement pumps. The first two columns with an internal diameter of 800 mm and a height of 4000 mm were each filled with 259972 ' '

-131600 kg biokatalyzátoru. Třetí kolona o vnitřním průměru 580 mm a výšce 4000 mm byla naplněna 800 kg téhož biokatalyzátoru. Pevné lože biokatalyzátoru bylo v každé koloně stabilizováno zatěžovacím patrem umístěným shora.-131600 kg of biocatalyst. The third column with an internal diameter of 580 mm and a height of 4000 mm was filled with 800 kg of the same biocatalyst. The fixed bed of biocatalyst was stabilized in each column by a loading tray placed from above.

**

Na kontinuální denitrifikační jednotce byla upravována voda v množství 36000 litrů . h \ o průměrné koncentraci nitrátů 95 mg . litr a teplotě 12 *C. Etanol, jako organický donor elektronů pro denitrikaci, byl dávkován přes statický směšovač do rozdělovacího objektu první kolony v sérii v množství 23 mg . litr a do rozdělovacího objektu poslední kolony v sérii v množství 8 mg .litr Rozdělovači objekt každé kolony byl tvořen vrstvou skleněných kuliček (ballotina) o průměru 0,6 mm.The continuous denitrification unit treated water in the amount of 36000 liters. h \ with an average nitrate concentration of 95 mg. liter and a temperature of 12 *C. Ethanol, as an organic electron donor for denitrification, was dosed through a static mixer into the distribution object of the first column in the series in the amount of 23 mg. liter and into the distribution object of the last column in the series in the amount of 8 mg. liter. The distribution object of each column was formed by a layer of glass beads (ballotina) with a diameter of 0.6 mm.

Po dobu 4 dní probíhala denitrifikace vody ve všech třech kolonách, v následujících 7 denních periodách byly v kontinuálním pracovním cyklu vždy pouze dvě kolony a třetí kolona se re-, generovala. Regenerace byla prováděna vodným roztokem 1 %ní glukózy, který byl dopravován ze zásobníku pomocí čerpadla a vracen zpět do zásobníku, vždy 2 hodiny denně. Cyklus střídavého zapojení a regenerace jednotlivých kolon byl prováděn po dobu 4 měsíců. Dále uvedená tabulka shrnuje průměrné koncentrace nitrátů a nitritů na výstupu z kolon, přičemž proškrtnuté rubriky v tabulce značí časový limit regenerace příslušné kolony recirkulací roztokem glukózy pevným ložem biokatalyzátoru.For 4 days, water denitrification was carried out in all three columns, in the following 7-day periods, only two columns were in continuous operation and the third column was regenerated. Regeneration was carried out with an aqueous solution of 1% glucose, which was transported from the reservoir by a pump and returned to the reservoir, always 2 hours a day. The cycle of alternating connection and regeneration of individual columns was carried out for 4 months. The table below summarizes the average concentrations of nitrates and nitrites at the outlet of the columns, while the crossed out columns in the table indicate the time limit for regeneration of the respective column by recirculation of glucose solution through the fixed bed of the biocatalyst.

Počet dní provozu Number of days of operation Vstupní v nátoku Inlet in the inlet koncentrace (mg.litr^-1) concentration (mg.liter ^-1 ) Odtok v sérii kolon (mg . litr^-1) Effluent in a series of columns (mg . liter ^-1 ) NO NO ^N02 ^N0 2 1 1 2 2 3 3 ^NOŠ ^NO S NO^- NO ^- NO^- NO ^- NO’ NO’ ^N03 ^N0 3 NO^- NO ^- 4 4 95,2 95.2 , 0,06 , 0.06 62,0 62.0 1,35 « 1.35 « 30,2 30.2 0,48 0.48 13,2 13.2 0,05 0.05 7 7 94,8 94.8 0,06 0.06 - - - - 48,5 48.5 0,96 0.96 26,2 26.2 0,06 0.06 14 14 93,3 93.3 0,05 0.05 45,3 45.3 0,75 0.75 - - - - 28,5 28.5 0,07 0.07 21 21 95,0 95.0 0,06 0.06 50,6 50.6 0,65 0.65 5,6 5.6 0,03 0.03 - - - - 105 105 94,8 94.8 0,04 0.04 * * 60,8 60.8 1,05 1.05 45,2 45.2 0,08 0.08 112 112 95,1 95.1 0,05 0.05 58,1 58.1 0,76 0.76 - - - - 45,3 45.3 0,09 0.09 ¹¹⁹¹¹⁹ 95,8 95.8 0,05 0.05 60,3 60.3 0,65 0.65 27,6 27.6 0,06 0.06 - - - -

Příklad 4Example 4

-14K přípravě pitné vody byla zpracovávána povrchová voda v průtokovém množství 7200 litrů . h¹. Přiváděná upravovaná voda byla na úpravně zaváděna přes systém česlí do usazovací nádrže, která sloužila k sedimentaci nerozpuštěných látek. Voda, přetékající z usazovací nádrže na denitrifikační jednotku v průměru obsahovala:-14For the preparation of drinking water, surface water was processed at a flow rate of 7200 liters. h ¹ . The incoming treated water was introduced into the treatment plant through a system of screens into the settling tank, which served to sediment undissolved substances. The water overflowing from the settling tank to the denitrification unit contained on average:

no₃ no ₃

CHSK mg .COD mg.

5,0 mg pH 7,05 teplota 12,5 *C nasycení kyslíkem 70,0 %, tj. 7,4.3 mg . litr ^x při 12,5 'C.5.0 mg pH 7.05 temperature 12.5 *C oxygen saturation 70.0%, i.e. 7.4.3 mg . liter ^x at 12.5 'C.

V nátokové sekci na denitrifikační jednotku byl umístěn statický směšovač, do kterého byl dávkován 10 % (objem/objem) vodný roztok ethanolu, jako organický zdroj elektronů v množství 30 mg.litr ''.Denitrifikační jednotka byla složena z 5 stupňů.Upravovaná voda byla převáděna ze statického směšovače na horní stupeň a odtud kaskádovým tokem protékala všemi pěti patry. Každé patro obsahovalo 1100 kg vlhké hmoty imobilizovaných buněčných agregátů s denitrifikační aktivitou, jejichž příprava byla popsána v příkladu 1. Plocha patra byla 15 m², výška vrstvy biokatalyzátoru činila 0,1 m. Denitrifikační proces probíhal za aerobních podmínek, koncentrace kyslíku v protékající vodě dosahovala v posledním stupni kaskády 12,74 mg . litr ¹ při 12,5 *C, voda tedy byla přesycena kyslíkem odpovídající hodnotě 120 % hmotnostních.A static mixer was placed in the inlet section of the denitrification unit, into which a 10% (vol/vol) aqueous solution of ethanol was dosed as an organic source of electrons in an amount of 30 mg.liter ''. The denitrification unit consisted of 5 stages. The treated water was transferred from the static mixer to the upper stage and from there it flowed through all five stages in a cascade flow. Each stage contained 1100 kg of wet mass of immobilized cell aggregates with denitrification activity, the preparation of which was described in example 1. The area of the stage was 15 m ² , the height of the biocatalyst layer was 0.1 m. The denitrification process took place under aerobic conditions, the oxygen concentration in the flowing water reached 12.74 mg in the last stage of the cascade. liter ¹ at 12.5 *C, the water was therefore supersaturated with oxygen corresponding to a value of 120% by weight.

Po dobu jednoho měsíce byla sledována denitrifikační účinnost kaskádové jednotky s pevným ložem biokatalyzátoru. Sledované parametry vody (průměrné hodnoty) odtékající z denitrifikační jednotky po jednom měsíci nepřetržitého chodu byly:The denitrification efficiency of a cascade unit with a fixed bed of biocatalyst was monitored for one month. The monitored water parameters (average values) flowing out of the denitrification unit after one month of continuous operation were:

-l-l

7,0 mg . litr litr7.0 mg. liter liter

NONO

Mn litr ^CHSKMnMn liter ^COD Mn

PH teplota nasycení kyslíkem litr litr¹ při 12,5 *C.PH temperature oxygen saturation liter liter ¹ at 12.5 *C.

8,0 mg .8.0 mg.

7,10 12,5 *C 12,74 mg7.10 12.5 *C 12.74 mg

Denitrifikovaná voda byla dále upravována klasickými úpravárenskými postupy, tj. čiřením, filtrací a dezinfekcí.Denitrified water was further treated using classical treatment processes, i.e. clarification, filtration and disinfection.

-15Příklad 5-15Example 5

Promyté a nabobtnalé buněčné agregáty, jejichž způsob přípravy byl uveden v příkladu 1, byly plavením na sítech vytříděny na jednotlivé velikostní frakce. Frakcé částic o velikosti 0,5 mm a menší vykazovala nejvýšší specifickou denitrifikační aktivitu.The washed and swollen cell aggregates, the preparation method of which was given in Example 1, were sorted into individual size fractions by floating on sieves. The particle fraction with a size of 0.5 mm and smaller showed the highest specific denitrification activity.

Kationaktivní iontoměnná pryskyřice s volnými aminoethylenovými skupinami byla v množství 3,4 kg suspendována v 6 litrech destilované vody, suspenze byla ponechána po promíchání bobtnat 24 hodin ve skleněném kotlíku. Po této době byla kapalina odsáta, k nabobtnalé pryskyřici bylo přidáno 15 litrů destilované vody, částice uvedeny do vznosu mícháním a přidán 25 % (hmota/objem) vodný roztok glutaraldehydu (Merck, AG., NSR) tak, aby jeho výsledná koncentrace v suspenzi činila 5 % (objem/objem). Suspenze byla nepřetržitě¹ míchána po dobu 24' hodin. Po této době byla suspenze převedena do dekantační nádrže a částice mnohonásobně dekantovány destilovanou vodou tak dlouho, až v promývací vodě nebyl analyticky prokázán volný glutaraldehyd.A cationic ion exchange resin with free aminoethylene groups was suspended in an amount of 3.4 kg in 6 liters of distilled water, the suspension was allowed to swell for 24 hours in a glass kettle after stirring. After this time, the liquid was sucked off, 15 liters of distilled water were added to the swollen resin, the particles were suspended by stirring and a 25% (weight/volume) aqueous solution of glutaraldehyde (Merck, AG., NSR) was added so that its final concentration in the suspension was ⁵ % (volume/volume). The suspension was continuously stirred for 24 hours. After this time, the suspension was transferred to a decanting tank and the particles were decanted repeatedly with distilled water until free glutaraldehyde was analytically detected in the washing water.

kg vlhké hmoty (sušina 33 %) vytříděných buněčných agregátů, jak bylo uvedeno shora, a 3,4 kg aktivované kvantitativně promyté a odsáté pryskyřice, bylo suspendováno v míchaném kotlíku v 50 ti litrech destilované vody a suspenze krátce promíchána a homogenizována a poté ponechána v klidu po dobu 24 hodin. Po této době byla suspenze opět pomalu promíchávána asi 1 hodinu a poté materiál vakuově odsát přes textilní materiál.kg of wet mass (33% dry matter) of sorted cell aggregates as mentioned above and 3.4 kg of activated quantitatively washed and suctioned resin were suspended in a stirred kettle in 50 liters of distilled water and the suspension was briefly mixed and homogenized and then left to stand for 24 hours. After this time, the suspension was again slowly mixed for about 1 hour and then the material was vacuum suctioned through a textile material.

Získaný biokatalyzátor se zdokonalenými hydrodynamickými vlastnostmi byl nasypán do kolony tvořené skleněným válcem o vnitřním průměru 200 mm, přičemž výška sypané vrstvy činila 500 mm. Vrstva biokatalyzátoru byla granulometricky složena tak, že ve spodní části kolony byly navrstveny částice o střed·ním průměru 1,0 až 1,5 mm, střední část kolony obsahovala částice o středním průměru 0,7 až 1,0 mm a v horní části kolony byly navrstveny částice charakterizované středním průměrem 0,2 až 0,7 mm. .The obtained biocatalyst with improved hydrodynamic properties was poured into a column consisting of a glass cylinder with an internal diameter of 200 mm, with a height of the poured layer of 500 mm. The biocatalyst layer was granulometrically composed so that particles with a mean diameter of 1.0 to 1.5 mm were layered in the lower part of the column, particles with a mean diameter of 0.7 to 1.0 mm were layered in the middle part of the column, and particles with a mean diameter of 0.2 to 0.7 mm were layered in the upper part of the column. .

Do kolony byla čerpána podzemní voda o koncentraci nitrátů 95 mg . litr při teplotě 10,5 *C v množství 135 litrů . h .Groundwater with a nitrate concentration of 95 mg/liter at a temperature of 10.5 °C was pumped into the column at a rate of 135 liters/hour.

Do čerpané vody byl na vstupu kolony nástřikovým -směšovacím ventilem konstantně dávkován ethanol v množství 23 mg . litr .Ethanol was constantly dosed into the pumped water at the column inlet via an injection-mixing valve in an amount of 23 mg/liter.

Směr průtoku pevným ložem biokatalyzátoru byl shora dolů, při259972The flow direction through the fixed bed of biocatalyst was from top to bottom, with259972

-16čemž byl kontinuálně měřen tlakový gradient denitrifikované vody přes vrstvu biokatalyzátoru. Při dosažení tlakového gradientu 0,1 MPa byl směr toku upravované vody soustavou ventilů obrácen a vrstva biokatalyzátoru byla po dobu 60 ti minut promývána upravovanou vodou tak, že průtok vody způsobil flotaci částic až do střední hodnoty mezerovitosti 0>6.Do promývací vody byl po tuto dobu přidáván volný chlór v množství 2,0 mg . litr”¹. Po této době byla postupným snižováním objemového průtoku vytvořena opět polydisperzní vrstva částic. Poté probíhala denitrifikace vody jejím tokem směrem shora dolů pevným ložem biokatalyzátoru.-16 whereby the pressure gradient of the denitrified water over the biocatalyst layer was continuously measured. When a pressure gradient of 0.1 MPa was reached, the direction of the flow of the treated water was reversed through the valve system and the biocatalyst layer was washed with treated water for 60 minutes so that the water flow caused the particles to float to an average value of voidness 0>6. During this time, free chlorine was added to the washing water in an amount of 2.0 mg. liter” ¹ . After this time, a polydisperse layer of particles was formed again by gradually reducing the volume flow rate. Then, the denitrification of the water took place by its flow from top to bottom through the fixed bed of the biocatalyst.

Během nepřetržitého dvouměsíčního provozu bylo dosaženo na odtoku z kolony průměrné koncentrace nitrátu 34,8 mg . litr¹.During continuous two-month operation, an average nitrate concentration of 34.8 mg/liter was achieved in the column effluent ^.

Příklad 6Example 6

Kontinuální denitrifikace povrchové vody, obsahující nitráty o koncentraci 500 mg . litr ¹ a nitrity o koncentraci 0,05 mg . litr”¹, byla prováděna v míchanénnerezovém reaktoru, jehož technické řešení je popsáno v příkladu 1, ve kterém bylo umístěno 200 kg vlhké hmoty biokatalyzátoru, jehož způsob přípravy je rovněž uveden v příkladu 1.Continuous denitrification of surface water containing nitrates at a concentration of 500 mg. liter ¹ and nitrites at a concentration of 0.05 mg. liter” ¹ was carried out in a stirred stainless steel reactor, the technical solution of which is described in example 1, in which 200 kg of wet mass of biocatalyst was placed, the method of preparation of which is also given in example 1.

částice byly po načerpání 800 litrů povrchové vody obsahující 300 mg .litr ¹ glukózy, uvedeny do vznosu pornaloběžným šnekovým míchadlem při frekvenci míchání 50 min . Očinný objem reaktoru byl 1,0 m³. Upravovaná voda z usazovací nádrže úpravny a zásobní roztok glukózy byly čerpány přes statický směšovač do horní části reaktoru v množství 400 litrů . h -¹. Denitrifikovaná voda byla čerpána spodem reaktoru stejnou rychlostí přes pískový filtr o objemu 3,0 m³. Na pískovém loži filtru docházelo po zapracování náplně za aerobních podmínek k biologické nitrifikaci zbytkové koncentrace nitritů a zároveň k snížení organického znečištění, vyjádřeného hodnotou CHSK^.After pumping 800 liters of surface water containing 300 mg.liter ¹ glucose, the particles were suspended by a rotating screw mixer at a mixing frequency of 50 min. The effective volume of the reactor was 1.0 m ³ . The treated water from the settling tank of the treatment plant and the glucose stock solution were pumped through a static mixer to the upper part of the reactor in the amount of 400 liters. h - ¹ . The denitrified water was pumped from the bottom of the reactor at the same speed through a sand filter with a volume of 3.0 m ³ . After the filling was incorporated under aerobic conditions, biological nitrification of the residual nitrite concentration occurred on the sand bed of the filter and at the same time the organic pollution, expressed as the COD^ value, was reduced.

Jednostupňový míchaný kontinuální reaktor byl v nepřetržitém chodu po dobu jednoho měsíce, přičemž průměrné výsledky jsou shrnuty jak následuje:The single-stage stirred continuous reactor was operated continuously for one month, with the average results summarized as follows:

Ukazatel (mg.litr^-1) Indicator (mg.liter ^-1 ) Nátok Inflow Odtok z reaktoru Reactor effluent Odtok z pískového lože Drainage from a sand bed NO” NOW” 500,0 500.0 25,6'. 25.6'. • 39,9 • 39.9 NO NO 0,05 0.05 11,38 11.38 0,09 0.09 ^CHSKMn ^COD Mn 5,25 5.25 6,25 6.25 4,37 4.37

Příklad 7Example 7

Denitrifikace pitné vody probíhala v jednostupňovém kontinuálním míchaném reaktoru, v zařízení, které bylo uvedeno v příkladu 1. Namísto šnekového míchadla byly částice uváděny do vznosu probubláváním suspenze stlačeným vzduchem pomocí vzdušnícího věnce, umístěného těsně nad filtrační vložkou, který . byl opatřen soustavou tlakovzdušných trysek. Do reaktoru bylo předloženo 50 kg vlhké hmoty biokatalyzátoru, jehož způsob přípravy byl popsán v příkladu 1 a 350 litrů pitné vody. Vzdušnícím věncem byl přiváděn vzduch o přetlaku z ústí tlakovzdušných trysek 0,15 MPa, což zajišťovalo symetrickou cirkulaci částic podél vertikální osy reaktoru. Počáteční koncentrace nitrátů ve vodě činila 90 mg . litr ¹ a počáteční koncentrace -1 glukózy byla 50 mg . litrDenitrification of drinking water was carried out in a single-stage continuous stirred reactor, in the device that was mentioned in Example 1. Instead of a screw mixer, the particles were brought into suspension by bubbling the suspension with compressed air using an aeration ring, located just above the filter cartridge, which was equipped with a system of compressed air nozzles. 50 kg of wet mass of the biocatalyst, the method of preparation of which was described in Example 1, and 350 liters of drinking water were introduced into the reactor. Air with an overpressure of 0.15 MPa was supplied through the aeration ring from the mouth of the compressed air nozzles, which ensured symmetrical circulation of particles along the vertical axis of the reactor. The initial concentration of nitrates in the water was 90 mg. liter ¹ and the initial concentration of glucose was 50 mg. liter

Po 140 minutách reakce, kdy koncentrace nitrátů poklesla z uvedené hodnoty na 15 mg . litr -¹, bylo zahájeno kontinuální čerpání upravované vody přes statický směšovač s přídavkem uvedené koncentrace glukózy do horní části reaktoru v množství 550 litrů . h . Denitrifikovaná voda byla čerpána spodem reaktoru pod filtrační vložkou.After 140 minutes of reaction, when the nitrate concentration dropped from the specified value to 15 mg. liter - ¹ , continuous pumping of treated water through a static mixer with the addition of the specified concentration of glucose into the upper part of the reactor was started in an amount of 550 liters. h . Denitrified water was pumped from the bottom of the reactor under the filter cartridge.

Jednoštupňový.kontinuální míchaný reaktor byl v nepřetržitém chodu po dobu jednoho měsíce a zbytková koncentrace nitrátů v upravované vodě činila průměrně 15 mg . litr ¹.The single-stage, continuous stirred reactor was in continuous operation for one month and the residual nitrate concentration in the treated water was on average 15 mg/liter ^.

Příklad 8Example 8

Denitrifikace podzemní vody o obsahu nitrátů 75 mg . litr ¹a organického znečištění, vyjádřeného hodnotou CHSK^ 1,05 mg .Denitrification of groundwater with a nitrate content of 75 mg/ ^liter and organic pollution expressed as a COD^ value of 1.05 mg/liter.

. litr”¹, byla prováděna kontinuálním způsobem ve dvou kolonách zapojených vedle sebe se vznosným ložem biokatalyzátoru, jehož způsob přípravy byl uveden v příkladu 1.. liter” ¹ , was carried out continuously in two columns connected side by side with a buoyant bed of biocatalyst, the preparation method of which was given in Example 1.

-18Kolony o rozměrech: 1. kolona o vnitřním průměru 120 mm a výšce 1200 mm byla naplněna 5 kg vlhké hmoty buněčných agregátů, 2. kolona o vnitřním průměru 100 mm a výšce 1000 mm byla naplněna 3 kg vlhké hmoty téhož biokatalyzátoru. Ve spodní části obou kolon, pod vrstvou biokatalyzátoru oddělenou filtrační vložkou, byla umístěna jednotka pro elektrolytický rozklad upravované vody. Ke dnu 1. kolony byla čerpána podzemní voda v množství 80 litrů . h , ke dnu 2. kolony byla čerpána částečně denitrifikovaná voda z horní čás-ti 1. kolony stejnou rychlostí. V 1. koloně fluidovaly částice při mezerovitosti 0,48, v 2. koloně při mezerovitosti 0,55. Při průtoku stejnosměrného elektrického proudu o intenzitě 4 A byl v obou kolonách genero-_yván vodík jako donor elektronů pro denitrifikaci a kyslík.-18Columns with dimensions: 1. column with an internal diameter of 120 mm and a height of 1200 mm was filled with 5 kg of wet mass of cell aggregates, 2. column with an internal diameter of 100 mm and a height of 1000 mm was filled with 3 kg of wet mass of the same biocatalyst. In the lower part of both columns, under the biocatalyst layer separated by a filter insert, a unit for electrolytic decomposition of treated water was placed. Groundwater was pumped to the bottom of the 1st column in an amount of 80 liters. h, to the bottom of the 2nd column, partially denitrified water was pumped from the upper part of the 1st column at the same speed. In the 1st column, particles fluidized at a void ratio of 0.48, in the 2nd column at a void ratio of 0.55. When a direct current of 4 A flowed through both columns, hydrogen was _generated as an electron donor for denitrification and oxygen.

V průběhu jednoměsíčního nepřetržitého provozu obou kolon činila průměrná zbytková koncentrace nitrátů v upravované vodě -1 na odtoku z 1. kolony 34,5 mg . litr , na odtoku z 2. kolony -1During one month of continuous operation of both columns, the average residual nitrate concentration in the treated water -1 at the outlet from the 1st column was 34.5 mg. liter, at the outlet from the 2nd column -1

10,5 mg . litr . Chemická spotřeba kyslíku CHSK_Mn dosahovala na odtoku z 2. kolony průměrných hodnot 1,25 mg . litr10.5 mg. liter. Chemical oxygen demand COD _Mn reached average values of 1.25 mg. liter in the effluent from the 2nd column.

Příklad 9Example 9

Denitrifikace podzemní vody byla prováděna v jednostupňové koloně se vznosným ložem biokatalyzátoru kontinuálním způsobem za použití plynného vodíku jako donoru elektronů.Groundwater denitrification was carried out in a single-stage column with a suspended bed of biocatalyst in a continuous manner using hydrogen gas as an electron donor.

Skleněná kolona o vnitřním průměru 120 mm a výšce 1200 mm byla na její spodní části opatřena fritovým rozvaděčem, umístěným pod filtrační vložkou. V horní části kolony byl umístěn odlučovač plynů a odpadní potrubí upravené vody. 5 kg vlhké hmoty biokatalyzátoru, který byl připraven jak je uvedeno v příkladu 1, bylo nasypáno do této kolony.A glass column with an internal diameter of 120 mm and a height of 1200 mm was equipped with a frit distributor at its bottom, located under the filter insert. A gas separator and a treated water waste pipe were located at the top of the column. 5 kg of wet mass of the biocatalyst, which was prepared as described in Example 1, was poured into this column.

Podzemní voda, obsahující 105 mg . litr nitrátů byla čerpána ke dnu kolony v množství 55 litrů . h a do fritového -3 rozvaděče byl přiváděn plynný vodík v množství 5,0 . 10 m³ .Groundwater containing 105 mg. liter of nitrates was pumped to the bottom of the column in an amount of 55 liters. and hydrogen gas was fed into the fritted-3 distributor in an amount of 5.0. 10 ^m3 .

. h”l z tlakové nádoby přes redukční ventil. Plyny jímané v odlučovači plynů byly komprimovány a přes směšovací zařízení směšovány s čistým vodíkem z tlakového zdroje tak, aby výsledná koncentrace vodíku v plynné směsi byla 80 %.. h”l from the pressure vessel through a pressure reducing valve. The gases collected in the gas separator were compressed and mixed with pure hydrogen from a pressure source through a mixing device so that the resulting hydrogen concentration in the gas mixture was 80%.

V následujícím odstavci jsou shrnuty průměrné hodnoty čtrnáctidenního provozu denitrifikační jednostupňové kontinuální kolony se vznosným ložem biokatalyzátoru.The following paragraph summarizes the average values of the fortnightly operation of a denitrification single-stage continuous column with a buoyant bed of biocatalyst.

Ukazatel _1 (mg . litr ) Indicator _1 (mg . liter ) Nátok Inflow Odtok Drain NO' NO' 105,0 105.0 40,3 40.3 no; well; 0,1 0.1 0,8 0.8 NH* NH* 0,3 0.3 0,3 0.3 ^CHSKMn ^COD Mn i,2 i,2 1,4 1.4 teplota (*C) temperature (*C) 25 25 25 25 pH pH 7,1 7.1 7,3 7.3

Příklad 10Example 10

Denitrifikace podzemní vody byla prováděna kontinuálním, způsobem v jednostupňové skleněné koloně popsané v příkladu 9, se vznosným ložem biokatalyzátoru, jehož způsob přípravy byl uveden v příkladu 1. Vodík, jako donor elektronů pro denitrifikaci, byl získán elektrolýzou upravované vody s oddělením anodické a katodické části, přičemž uvolněný kyslík byl ozonizován v ozonizátoru k další úpravě vody.Denitrification of groundwater was carried out in a continuous manner in a single-stage glass column described in Example 9, with a buoyant bed of biocatalyst, the preparation method of which was given in Example 1. Hydrogen, as an electron donor for denitrification, was obtained by electrolysis of the treated water with separation of the anodic and cathodic parts, while the released oxygen was ozonized in an ozonizer for further water treatment.

Elektrolyzér tvořil uzavřený vertikální tank rozdělený azbestovými diafragmami na tři části, dvě vnější tvořily anodickou část a vnitřní část tvořila katodickou oblast. Vznikající vodík a kyslík byly jímány odděleně ve sběrném potrubí. Jímaný vodík byl přiváděn do fritového rozvaděče kolony v množství -3 -1The electrolyzer consisted of a closed vertical tank divided by asbestos diaphragms into three parts, the two outer ones forming the anodic part and the inner one forming the cathodic region. The resulting hydrogen and oxygen were collected separately in a collecting pipe. The collected hydrogen was fed to the frit distributor of the column in an amount of -3 -1

4,0 . 10 m³ . h . Směs jímaného kyslíku a vzduchu byla po vysušení vedena do ozonizátoru, kde byl kyslík elektrickým výbojem parciálně přeměněn na ozón, který byl ve směšovacím zařízení směšován s upravenou vodou. Skleněná kolona obsahovala 5 kg vlhké hmoty buněčných agregátů.4.0 . 10 m ³ . h . The mixture of captured oxygen and air was, after drying, led to the ozonizer, where the oxygen was partially converted into ozone by an electric discharge, which was mixed with treated water in a mixing device. The glass column contained 5 kg of wet mass of cell aggregates.

Podzemní voda obsahující 102,0 mg . litr”¹ nitrátů, byla po průchodu elektrolyzérem čerpána ke dnu kolony v množství 50 litrů . h ¹. Plyny jímané v odlučovači plynů kolony byly komprimovány a přes směšovací zařízení směšovány s elektrolyticky tvořeným vodíkem tak, aby výsledná koncentrace vodíku v plynné směsi činila 80 %. V následujícím odstavci ’jsou shrnuty průměrné hodnoty 14 ti denního provozu denitrifikační jednostupňové kontinuální kolony sě vznosným ložem biokatalyzátoru.Groundwater containing 102.0 mg. liter” ¹ of nitrates was pumped to the bottom of the column after passing through the electrolyzer in an amount of 50 liters. h ¹ . The gases collected in the column gas separator were compressed and mixed with electrolytically formed hydrogen through a mixing device so that the resulting hydrogen concentration in the gas mixture was 80%. The following paragraph summarizes the average values of 14 days of operation of a single-stage continuous denitrification column with a buoyant bed of biocatalyst.

Ukazatel (mg . litr ?) Indicator (mg . liter ?) Nátok Inflow Odtok Drain NO NO 102,0 102.0 45,8 45.8 NO_? WELL _? 0,1 0.1 0,2 0.2 CHSK. Mn COD. Mn 1,2 1.2 1,2 1.2

PŘEDMĚT vynalezuI will invent an object.

Claims

A method of denitrification of drinking, underground, surface, utility and waste water by immobilized cellular aggregates, wherein the particles of a biocatalyst having denitrifying enzyme activity are contacted with an aqueous medium containing nitrates and / or nitrites in their concentration range of 0.001 to 2000 mg. liter at zero to maximum concentration of dissolved and / or undissolved oxygen in water, characterized in that the aqueous medium in continuous or discontinuous operation is saturated with hydrogen gas at a temperature ranging from 1 to 45 ° C, preferably 10 to 30 ° C, pH 4.0 to 9.0, preferably 7.5 to 8.5, and / or organic electron donors, preferably ethyl alcohol, glucose or methanol in their concentration range of 0.0001 to 2000 mg, are added thereto.

_i. The required hydrogen can be obtained by electrolysis of raw or treated water.

2. Process according to claim 1, characterized in that the discontinuous denitrification is carried out repeatedly with gentle stirring using the same batch of biocatalyst particles at a stirring frequency of 1 to 200 min. gas, preferably air, nitrogen, hydrogen or mixtures thereof.

Method according to claim 1, characterized in that the continuous denitrification is carried out in fixed or buoyant bed biocatalysts connected individually and / or in two or more reactors connected in series or cascade, wherein the water and / or aqueous suspension of biocatalyst particles flows. The reactors are countercurrent, countercurrent, piston flow and / or cross-flow, or the denitrification is carried out in single-stage or multi-stage reactors connected in series, the particles being raised by gentle stirring and / or gas bubbling, preferably air, nitrogen, hydrogen or mixtures thereof. .

Λ · ί

4. Process according to claim 1 or 3, characterized in that for continuous denitrification in fixed bed biocatalyst reactors, the bed is formed either by the cell aggregate particles alone or by mixing the biocatalyst particles with inert or glutaraldehyde-treated inorganic or organic particles. natural or artificial, preferably porous materials, in particular ground coke, ceramic or glass particles, ground cinder, expanded perlite, ground expanded fireclay, ground bricks, sand, pumice, polymeric silica and ion exchange resins.

5. A method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the oxygen released by electrolysis is ozonized and used for disinfecting the treated water.

6. A process according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the waste heat generated by the electrolytic production of hydrogen gas is used to heat the water.

7. A process according to any one of claims 1 to 6, wherein the gases bubbling through the aqueous suspension of the biocatalyst are separated from the outlet portion of the reactors and blown again into the inlet portion of the reactors.