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Dokumentenidentifikation DE69108798T2 26.10.1995
EP-Veröffentlichungsnummer 0465452
Titel Mikroorganismen und ihre Anwendung zum Abbau von N-phosphonomethylglycin in Abfallströmen.
Anmelder Monsanto Co., St. Louis, Mo., US
Erfinder Adams, William James, St Charles, Missouri 63303, US;
Hallas, Lawrence Edward, St Louis, Missouri 63011, US;
Heitkamp, Michael Alan, Missouri 63011, US
Vertreter TER MEER-MÜLLER-STEINMEISTER & Partner, Patentanwälte, 81679 München
DE-Aktenzeichen 69108798
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, DK, ES, FR, GB, GR, IT, LI, LU, NL, SE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 26.06.1991
EP-Aktenzeichen 918701004
EP-Offenlegungsdatum 08.01.1992
EP date of grant 12.04.1995
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.10.1995
IPC-Hauptklasse C02F 3/12
IPC-Nebenklasse C02F 3/34   C02F 3/06   C02F 3/10   

Beschreibung[de]
Hintergrund der Erfindung

Diese Erfindung betrifft Mikroorganismen und ihre Verwendung zum Abbau van N-Phosphonmethylglycin in einer wässerigen Lösung, wie einem Abwasserstrom, durch Bioabbau.

N-Phosphonmethylglycin, das in der landwirtschaftlichen Chemie als Glyphosat bekannt ist, ist ein hochwirksames und im Handel wichtiges phytotoxisches Mittel, das zur Wachstumsbekämpfung keimender Samen, sprießender Sämlinge, reifender und bestehender holziger und krautiger Pflanzen und Wasserpflanzen geeignet ist. N-Phosphonmethylglycin und seine Salze werden praktischerweise in wässeriger Formulierung als phytotoxisches Nachauflaufmittel zur Bekämpfung zahlreicher Pflanzenspezies aufgetragen. N-Phosphonmethylglycin und seine Salze sind durch ein breites Aktivitätsspektrum, d.h die Bekämpfung einer großen Vielfalt von Pflanzen, gekennzeichnet.

Auf dem Gebiet zur Herstellung von N-Phosphonmethylglycin sind zahlreiche Methoden bekannt. Beispielsweise offenbart das U.S. Patent 3,969,398 an Hershman ein Verfahren zur Herstellung von N-Phosphonmethylglycin mittels Oxidation von N-Phosphonmethyliminodiessigsäure unter Verwendung eines molekularen Sauerstoff enthaltenden Gases als Oxidationsmittel in Anwesenheit eines im wesentlichen aus Aktivkohle bestehenden Katalysators. Das U.S. Patent 3,954,848 an Franz offenbart die Oxidation von N-Phosphonmethyliminodiessigsäure mit Wasserstoffperoxid und einer Säure, wie Schwefelsäure. Das U.S. Patent 4,670,190 an Kleiner offenbart ein Verfahren zur Herstellung von N-Phosphonmethylglycin mittels Umsetzung von Aminomethylphosphonsäure und Glyoxylsäure in einem Molverhältnis von etwa 1 zu 2 in einem wässerigen Medium oder einem wässerigen organischen Medium bei Temperaturen zwischen 30º und 100ºC. Diese Literaturstellen dienen nur zur Veranschaulichung, da es viele andere auf dem Gebiet zur Herstellung von N-Phosphonmethylglycin bekannte Verfahren gibt.

Unabhängig vom Verfahren, mittels welchem N-Phosphonmethylglycin hergestellt wird, erzeugen alle diese Verfahren wässerige Abwasserströme, die geringe Mengen an N-Phosphonmethylglycin und verschiedenen Nebenprodukten und nicht umgesetzte Ausgangsmaterialien, wie N-Phosphonmethyliminodiessigsäure, N-Formyl-N- phosphonmethylglycin, Aminomethylphosphonsäure, Formaldehyd u.dgl. enthalten. Solche Abwasserströme sollten auf einem Minimum gehalten werden, um die Umwelt erhalten zu helfen. (M. L. Rueppel, et al., "Metabolism and Degradation of Glyphosate in Soil and Water", Journal of Agriculture and Food Chemistry, Bd. 25 (1977), S. 517-522).

Es ist bekannt, daß bestimmte natürliche Mikroorganismen N- Phosphonmethylglycin im Laufe der Zeit abbauen. Außerdem wurden mehrere Mikroorganismen isoliert, die N-Phosphonmethylglycin abbauen. Beispielsweise berichten G.S. Jacob, et al., "Metabolism of Glyphosate in Pseudomonas sp. Strain LBr", Applied and Environmental Microbiology, Bd. 54, Nr. 12 (Dezember 1988), S. 2953-2958, vom Metabolismus von Glyphosat durch Pseudomonas sp. Stamm LBr. Von L.E. Hallas, et. al., in "Characterization of Microbial Traits Associated with Glyphosate Biodegradation in Industrial Activated Sludge", Journal of Industrial Microbiology, 3 (1988), S. 377-385, wird berichtet, daß die Mikroorganismen aus zwei industriellen Belebtschlämmen, mit welchen N-Phosphonmethylglycin-Abwasserströme behandelt werden, durch mikroskopische Untersuchung spezifiziert wurden. Es wurde angedeutet, daß die Abbauaktivität kein universelles Charakteristikum sei und deren Expression eine Anreicherung durch spezifische Selektionsdrücke erfordere. T.M. Balthazor, et al., "Glyphosate-Degrading Microorganisms from Industrial Activated Sludge", Applied and Environmental Microbiology, Bd. 51, Nr. 2 (Februar 1986), S. 432-434, offenbaren ein Beschichtungsmittel zur Isolierung von Mikroorganismen, die N-Phosphonmethylglycin als einzige Phosphorquelle abbauen. Ein gereinigtes Isolat, welches N-Phosphonmethylglycin in Aminomethylphosphonsäure metabolisch umwandelte, wurde als Flavobacterium-Spezies identifiziert.

U.S. 4,859,594 offenbart aus natürlichen Umgebungen abgetrennte und gereinigte und genetisch modifizierte Mikroorganismen und ein Verfahren zur Immobilisierung dieser Mikroorganismen durch ihre Befestigung an Substraten. Die biokatalytischen Zusammensetzungen sind zur Entgiftung von mit Giften verunreinigten Strömen, die eine breite Klasse von Giften enthalten, geeignet.

Obwohl im Stand der Technik geoffenbart ist, daß bestimmte Mikroorganismen zum Abbau von N-Phosphonmethylglycin wirksam sind und daß N-Phosphonmethylglycin in einem Industrieteich biologisch abgebaut werden kann, erfordert ein solcher Bioabbau viel Zeit, um einen wesentlichen Abbau des N-Phosphonmethylglycins zu erreichen. Nun ist eine Mischung von Mikroorganismen, die konditioniert wurden, um N-Phosphonmethylglycin abzubauen, und ihre Verwendung zum Abbau von N-Phosphonmethylglycin innerhalb einer sehr kruzen Zeit und mit einem hohen Grad an Wirksamkeit vorgesehen.

Zusammenfassung der Erfindung

Diese und andere Vorteile werden mit zum biologischen Abbau von N-Phosphonmethylglycin geeigneten Mikroorganismen erreicht, die die American Type Culture Collection-Nr. 55050 haben, die bei einem Verfahren zum biologischen Abbau von N-Phosphonmethylglycin in einer wässerigen Lösung geeignet sind, bei welchem die wässerige Lösung mit immobilisierten Mikroorganismen mit der American Type Culture Collection-Hinterlegungsnummer 55050 lange genug kontaktiert wird, um einen wesentlichen Teil des N-Phosphonmethylglycins abzubauen.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Da bekannt ist, daß bestimmte Mikroorganismen beim Abbau von N-Phosphonmethylglycin wirksam sind, und insbesondere die Mikroorganismen, die im Abwasserbehandlungsteich auf dem in Luling, Louisiana, gelegenen Produktionsgelände für N-Phosphonmethylglycin von Monsanto Company, existieren, wurde eine etwa 40 Spezies von Mikroorganismen enthaltende Kolonie von Mikroorganismen aus dem Abwasserbehandlungsteich erhalten. Diese wurden als Schlammproben aus dem Teich erhalten, und der Schlamm wurde zur Herstellung eines Bioreaktors verwendet, welcher kontinuierlich durchmischt, belüftet, routinemäßig auf einen pH-Wert von 7 titriert, und welchem Nährstoffe in wässeriger Lösung zugeführt wurden, die zunehmende Mengen an N-Phosphonmethylglycin enthielten. Anorganischer Stickstoff wurden durch die Zugabe von Ammoniumnitrat in den Bioreaktor eingefügt. Der Abbau von N- Phosphonmethylglycin, die Erzeugung von Aminomethylphosphonsäure und der pH-Wert wurden im Bioreaktor überwacht. Wenn das N-Phosphonmethylglycin abgebaut war, ließ man den Inhalt des Bioreaktors sich zwei Stunden lang setzen, und 80% des flüssigen Volumens wurden verworfen. Der Bioreaktor wurde dann durch dosiertes Einleiten von frischer wässeriger Lösung, die bis zu 2200 mg pro Liter an N-Phosphonmethylglycin enthielt, über einen vierstündigen Zeitraum wieder gefüllt, bis der Abbau von N-Phosphonmethylglycin im Bioreaktor erreicht wurde.

Nachdem die Mikroorganismenkolonie konditioniert worden war, um hohe Belastungen an N-Phosphonmethylglycin anzunehmen, wurde sie auf einen immobilisierten Träger mittels Techniken placiert, die dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannt sind.

Das feste Substrat des Trägers, an welchem die Mikroorganismen dieser Erfindung befestigt sind, ist porös und hat vorzugsweise ein Porenvolumen von mindestens 0,2 Mikron/g Feststoffmaterial. Vorzugsweise liegt das Porenvolumen in einem Bereich von etwa 0,2 Mikron/g bis etwa 45 Mikron/g, insbesondere von etwa 5 Mikron/g bis etwa 15 Mikron/g Feststoffmaterial. Die Teilchengrößen liegen im allgemeinen in einem Bereich von etwa 0,5 mm bis etwa 2,0 mm, vorzugsweise von etwa 0,75 mm bis etwa 1,0 mm, Durchmesser. Auf diesen Substraten gebildeter Biokatalysator wird als Festbett verwendet. Die Biokatalysatorteilchen erhalten eine Größe gemäß akzeptierten Herstellungsprinzipien zur Schaffung eines guten Kontaktes zwischen dem Eluat und dem Träger. Genauere Details solche Substrate betreffend sind in U.S. 4,775,160 und U.S. 4,859,594 beschrieben.

Feste Oberflächen, an welchen die Mikroorganismen befestigt werden können, sind vorzugsweise eine Aminopolysaccharidoberfläche, wie Chitan, Chitosan, n-Carboxychitosan, Cellulose oder ein poröses anorganisches Oxid, wie Tonerde, Siliziumdioxid, Siliziumdioxid-Tonerde, Ton, Diatomeenerde od. dgl.. Ein bevorzugter Träger ist ein solcher, in welchem das Chitin oder das Chitosan auf einem zweiten festen Träger, z.B. einem porösen Substrat, dispergiert ist. Die Klasse der geeigneten porösen Substrate ist ziemlich groß, und beispielhaft dafür sind z.B. (1) Siliziumdioxid oder Silikagel, Tone und Silikate, einschließlich synthetisch hergestellter und natürlich vorkommender, beispielsweise Attapulgus-Ton; Porzellanerde, Diatomeenerde, Fullerde, Kaolin, Kieselgur usw.; (2) Keramik, Porzellan, zerstoßene gebrannte Ziegel, Bauxit; (3) synthetische und natürlich vorkommende feuerfeste anorganische Oxide, wie Tonerde, Titandioxid, Zirkondioxid, Chromoxid, Zinkoxid, Magnesiumoxid, Thorerde, Boroxid (boria), Kieselerde- Tonerde, Kieselerde-Magnesiumoxid, Chromoxid (chromia)-Tonerde, Tonerde- Boroxid, Kieselerde-Zirkonerde, Kieselerdekarbid, Bornitrid usw.; und (4) kristalline zeolitische Aluminium-Silikate, wie natürlich vorkommendes oder synthetisch hergestelltes Mordenit und/oder Faujasit. Die Diatomeenerde bringt zufriedenstellende Ergebnisse, und diese wird von uns bevorzugt verwendet.

Die feste Trägeroberfläche, an welcher die Mikroorganismen befestigt sind, kann vorteilhaft beim erfindungsgemäßen Verfahren in jeder beliebigen Konfiguration, Form oder Größe verwendet werden, welche den darauf befindlichen Mikroorganismus dem zu behandelnden Eluat aussetzt. Die gewählte Konfiguration, Form und Größe des feuerfesten anorganischen Oxids hängt von den besonderen Umständen der Verwendung des Verfahrens dieser Erfindung ab. Im allgemeinen kann die Trägeroberfläche praktischerweise in Teilchenform verwendet werden, als Pillen, Pellets, Granula, Ringe, Kügelchen, Stäbchen, hohle Röhrchen u.dgl. Granula sind im Handel leicht erhältlich, und diese werden bevorzugt.

Wie für den Fachmann offensichtlich, kann das den Träger mit den darauf abgelagerten Mikroorganismen enthaltende Gefäß jede beliebige Größe oder Form haben, was von Faktoren, wie dem Volumen der zu behandelnden Flüssigkeit, der Konzentration des N-Phosphonmethylglycins im wässerigen Strom u. dgl., abhängt. Es ist lediglich notwendig, daß das Gefäß so gestaltet ist, daß es einen Kontakt des wässerigen Stromes mit den Mikroorganismen gestattet, der lange genug ist, um das N-Phosphonmethyglycin abzubauen, was üblicherweise unter optimalen Bedingungen etwa 10-30 Minuten ist, um einen mehr als 90%igen Abbau des N-Phosphonmethylglycins zu erreichen.

Die Mikroorganismen, die zum Abbau von N-Phosphonmethylglycin konditioniert worden sind, sind beim Verfahren der vorliegenden Erfindung wichtig. Die Mikroorganismenkultur, die etwa 40 aus dem Abwasserbehandlungsteich in Luling, Louisiana, erhaltene Spezies enthält, war so konditioiniert, daß sie etwa 200 mg pro Liter an N-Phosphonmethylglycin abbauen, und danach wurde eine Probe der American Type Culture Collection vorgelegt, die die ATCC 55050 erhielt. Die Spezies von Mikroorganismen, die nach dem Konditionieren zurückblieben, ist unbekannt, und alle Spezies, die N-Phosphonmethylglycin abbauen, sind ebenso unbekannt. Die vorherrschenden Charakteristika der Kultur sind in Tabelle 1 angegeben.

TABELLE 1 VORHERRSCHENDE STOFFWECHSELCHARAKTERISTIKA IN BELEBTSCHLAMM-MIKROORGANISMEN (ATCC 55050)
Charakteristikum % Anwesenheit* Fermentation-D-Arabit D-Turanose Trehalose Saccharose Maltose Mannit Inosit L-Fructose D-Glucose Adonit Arginin Glycerin N-Acetylglucosamin Enzymatisch -α-Glucosidase Gly-Aminopeptidase Glucosaminidase Arg-Aminopeptidase Leu-Aminopeptidase alkalische Phosphatase * Ein vorherrschendes Charakteristikum wurde als in > 90% der Mikroben auftretend definiert.

Ein Mikroorganismus, der eine hochgradige Abbauaktivität gegenüber N-Phosphonmethylglycin in der konditionierten Kolonie aufwies, wurde isoliert und auf einer Biolog, In. (Hayward, CA)- GN Microlog-Platte identifiziert. Dieser gram-negative, stäbchenförmige Mikroorganismus ist als Moraxella anatipestifer (ATTC 55051) charakterisiert. Die Charakteristika dieses Mikroorganismus sind in Tabelle 2 angegeben.

TABELLE 2 Identifizierende Stoffwechsel-(Bioabbau-)Charakteristika von Moraxella Anatipestifer (ATCC 55051)
Dextrin Glycogen Tween Adonit L-Arabinose D-Arabit Cellobiose I-Errthyit D-Fructose L-Fucose D-Galactose Gentiobiose α-D-Glucose M-Inosit α- Lactose Maltose D-Mannit D-Mannose Psicose L-Rhamnose Saccharose Turanose Methylpyruvat Monomethylsuccinat Cis-Akonitsäure Zitronensäure D-Galactonsäure-Lacton D-Galacturonsäure D-Gluconsäure D-Glucosaminsäure D-Glucuronsäure α-Keto-glutarsäure D,L-Milchsäure Propionsäure Bernsteinsäure Brombernsteinsäure Alaninamid D-Alanin L-Alanin L-Alanylglycin L-Asparagin L-Asparaginsäure L-Glutaminsäure Glycyl-L-Asparaginsäure Glycyl-L-Glutaminsäure Hydroxy-L-Prolin L-Ornithin L-Prolin D-Serin L-Serin L-Threonin D, L-Carnitin α-Aminobuttersäure

Eine Kultur des Mikroorganismus und die konditionierte Kolonie wurden bei der American Type Culture Collection in Rockville, Maryland, hinterlegt, und jede Kultur erhielt eine Identifikationsnummer, jeweils wie zuvor identifiziert, wobei diese Hinterlegung die Dauerhaftigkeit der Einlage und die leichte Zugänglichkeit zu dieser seitens der Öffentlichkeit bei Erteilung eines Patentes gewährleistet, und zwar zu Bedingungen, welche gewährleisten, (a) daß der Zugang zur Kultur für jemanden, der gemäß der Bestimmungen von 37 CFR 1.14 und 35 USC 122 dazu berechtigt ist, während die Patentanmeldung in Schwebe ist, möglich ist, und (b) daß alle Einschränkungen hinsichtlich der Verfügbarkeit der so hinterlegten Kultur für die Öffentlichkeit nach Erteilung eines Patentes unwiderruflich entfernt werden.

Die Erfindung wird weiters durch die folgenden Beispiele veranschaulicht, ist jedoch nicht auf diese beschränkt.

Beispiel 1

Eine Kultur von Mikroorganismen wurde in einer Schlammprobe, die aus dem auf dem Gelände von Monsanto Company in Luling, Louisiana, befindlichen Abwasserbehandlungsteich entnommen worden war, erhalten. Der Schlamm wurde verwendet, um einen Bioreaktor zu errichten, welcher kontinuierlich durchmischt, belüftet, routinemäßig auf einen ph-Wert von 7 titriert und mit einer wässerigen Lösung beschickt wurde, die N-Phosphonmethylglycin im Bereich von 500-2000 mg pro Liter enthielt. Der Abbau von N-Phosphonmethylglycin, die Erzeugung von Aminomethylphosphonsäure und der ph-Wert wurden im Bioreaktor überwacht. Sobald das N-Phosphonmethylglycin vollständig abgebaut war, ließ man den Inhalt des Bioreaktors sich zwei Stunden lang setzen, und 80% des Flüssigkeitsvolumens wurden verworfen. Der Bioreaktor wurde dann durch dosiertes Einfüllen frischer wässeriger Lösung, die bis zu 2200 mg pro Liter an N-Phosphonmethylglycin enthielt, über einen Zeitraum von vier Stunden wieder gefüllt. Anorganischer Stickstoff wurde durch den Zusatz von 50 mg pro Liter an Ammoniumnitrat in den Bioreaktor ergänzt. Dies wurde fortgesetzt, bis der Abbau von N-Phosphonmethyglycin im Bioreaktor erreicht war.

Nachdem die Kultur der Mikroorganismen konditioniert worden war, so daß sie hohe Belastungen von N-Phosphonmethylglycin Oannimmt, wurde sie auf einen in einer Zellensäule enthaltenen immobilisierten Träger gegeben. Die Säule bestand aus einer Acrylröhre von 60 cm (24 Zoll) Länge mit einem Innendurchmesser von 8 cm (3,25 Zoll) mit einer Wanddicke von 0,625 cm (0,25 Zoll). Ein Acrylbund wurde auf dem Boden des Rohres angebracht, und ein Acrylbund von identischer Größer wurde um einen 350 ml Buchner-Trichter, der eine Glasfritte mittlerer Porosität (Corning Glass Works Nr. 36060) enthielt, gegeben. Der Glastrichter wurde durch Verwendung von C-Klammern an den Bunden und Festziehen, bis die obere Lippe des Glastrichters dichtend in einen 0,625 cm (0,25 Zoll) dicken Gummidichtungsring paßte, an den Plastikröhren befestigt. Die Glasfritte diente als unterer Träger für den biologischen Träger in den Säulen, und Luft wurde vom Boden durch den Trichter zwangsweise in die Säule eingeführt.

Eine Öffnung für das Einfließen von Abwasser bestand aus einem 12,5 cm (5 Zoll) über der Glasfritte durch die Plastikröhre gebohrten 1,6 cm (0,625 Zoll)-Loch. Das Loch wurde mit einem Gummistopfen abgedichtet, welcher ein 20 cm (8 Zoll) langes 0,625 cm-(0,25 Zoll)Rohr aus rostfreiem Stahl mit einer 90º Biegung in der Mitte enthielt. Dieses Einleitungsrohr gab 2,5 cm (1 Zoll) über der Glasfritte Abwasser auf. Ein zweites und ein drittes Loch wurden in die Säule 35 cm (14 Zoll) und 60 cm (24 Zoll) ab der Glasfritte gebohrt und als direkte Abwasserauslaßöffnungen für die gepackte Säule verwendet.

Immobilisierte Zellensäulen wurden durch Packen der Plastikröhren bis zu einer Höhe von 30 cm mit einem biologischen Träger, der Diatomeenerde, identifiziert als Manville R-635, war, hergestellt. Der biologische Träger wurde über Nacht mit einer sauren Chitosanlösung getränkt, dann in Wasser gespült, und der pH-Wert wurde vor Zugabe zur Säule auf einen Wert von 7,0 eingestellt. Danach wurde die Mikroorganismenkultur, die in der Reihe fortschreitender Stufen, wie oben beschrieben, konditioniert worden war, auf die Säule aufgegeben, um einen Bioreaktor zu bilden. Der Bioreaktor wurde kontinuierlich durchmischt, belüftet, routinemäßig auf pH 7 titriert, und mit Chargen wässeriger Lösungen, die N-Phosphonmethylglycinkonzentrationen im Bereich von 500-2000 mg pro Liter enthielten, gespeist. Der Glyphosatabbau, die Aminomethylphosphonsäureproduktion und der pH-Wert wurden im Bioreaktor überwacht.

Eine 400 mg pro Liter an N-Phosphonmethylglycin enthaltende wässerige Lösung wurde dann mit einer Geschwindigkeit von 3 ml pro Minute durch die Säule gepumpt, was zu einer Retentionszeit in der Säule von 350 min führte. Über 99% des N-Phosphonmethylglycins wurden sofort abgebaut. Nach 9 Tagen Betrieb mit diesem Ausgangsmaterial wurde die Konzentration des N-Phosphonmethylglycins auf 1400 mg pro Liter erhöht, und die Abbauaktivität fiel nach 5 Tagen auf etwa 85% und kehrte 2 Tage später wieder auf über 99% zurück. Es wurde eine bedeutende Zunahme der bakteriellen Biomasse beobachtet.

Am Tag 27 wurde die Pumprate auf 25 ml pro Minute (Retentionszeit 42 min) erhöht, und innerhalb von 4 Tagen wurde eine über 99% liegende Abbauaktivität beobachtet. Vor der Pilotanlagenarbeit des Beispiels 2 wurden dann Hochdurchflußuntersuchungen durchgeführt. Die Tiefe des Bioträgerbetts wurde auf 30 cm (12 Zoll) verringert, was zu einer kürzeren Retentionszeit führte. Die Konzentration von N-Phosphonmethylglycin im Ausgangsmaterial wurde stufenweise auf 50 mg pro Liter gesenkt. Mit Pumpraten von 25 ml pro Minute (Retentionszeit 23 min) bzw. 30 ml pro Minute (Retentionszeit 19 min) wurden Abbauaktivitäten von > 98% bis 82% erreicht.

Beispiel 2

Eine Mikroorganismenkultur (37,8 l, 10 Gallonen) wurde aus einer Schlammprobe, die aus dem Luling-Abwasserbehandlungsteich stammte, erhalten. Der Schlamm wurde zur Feststellung einer N- Phosphonmethylglycinabbauaktivität, die der in Beispiel 1 beschriebenen ähnlich ist, verwendet. Sobald die Aktivität festgestellt worden war, wurde der angereicherte Schlamm in eine Trommel (208 Liter, 55 Gallonen) transferiert, die 45,5 kg (100 Pfund) festen R-635-Träger, wie in Beispiel 1, enthielt. In der Mitte der Trommel wurde unter Verwendung eines Waschrohres (10 cm ID) mit perforiertem Boden eine zentrale Quelle geschaffen. Bioträger, Schlamm und N-Phosphonmethylglycin (500 mg pro Liter) enthaltende wässerige Lösung umgaben das zentrale Rohr. Die wässerige Lösung wurde durch Pumpen von Flüssigkeit vom Boden der zentralen Quelle bis zur Oberseite der Trommel durch das Träger-Bett zirkuliert; ein Lufteinblasrohr sorgte für Sauerstoff. Sobald der N-Phosphonmethylglycinabbau vollständig war, wurde die Lösung aus der Trommel ausgelassen, und frische Lösung wurde zugegeben.

Eine Pilotanlage, welche einen Ausgleichstank (1900 Liter ) und eine zur Aufwärtsströmung konfigurierte Festbettsäule (2,74 x 7,3 m) enthielt, wurde hergestellt. Separate Leitungen bliesen Luft durch und führten dem Tank eine wässerige, N-Phosphonmethylglycin und Ammoniumnitrat enthaltende Lösung zu. Der pH- Wert wurde wie in Beispiel 1 im Ausgleichstank gesteuert. Etwa 900 kg (2000 Pfund) frischer Träger wurde mit dem akklimatisierten Trägern der die N-Phosphonmethylglycin-abbauenden Mikroorganismen enthielt, vermischt. Es wurden Schritte unternommen, um das Mikrobenwachstum im ganzen Bioträger zu fördern, wie in Beispiel 1. Anfangs wurde die wässerige Lösung in der Säule unter Steuerung des pH-Wertes rezirkuliert (18,9 Liter pro Minute). Nach dem Verschwinden des N-Phosphonmethylglycins wurde frische, wässerige, Hefeextrakt (25-50 mg pro Liter) enthaltende Lösung zugegeben. Die Behandlungsleistung wurde durch Sauerstoff-, pH- und Temperatur-Analysen überwacht. Die mechanische Leistung wurde durch Wasser- und Luftdurchsatzanalysen und den Pumpenbetrieb überwacht.

Nachdem sich der Bioträger an 500 mg/l N-Phosphonmethylglycinabbau angepaßt hatte, wurde der kontinuierliche Strömungsbetrieb aufgenommen. Anfangs wurde eine wässerige Lösung, die 50 mg/l N-Phosphonmethylglycin und 25 mg/l anorganischen Stickstoff enthielt, mit 3,78 l/min (100 min Retentionszeit) durch die Säule gepumpt. Die Nachweisgrenze für N-Phosphonmethylglycin war 3- 5 mg/l, so daß eine 90-95% Abbauaktivität bestätigt werden konnte. Während der nächsten 35 Tage wurde durch mehrere betriebliche und mechanische Veränderungen die optimale Leistung eingerichtet. Der Durchsatz wurde auf 19 Liter pro Minute (20 Minuten Retentionszeit) erhöht. Gelegentlich wurde Hefeextrakt zur Förderung des Mikrobenwachstums zugesetzt. Es zeigte sich auch, daß eine pH-Wert-Steigerung von zwischen 1-1,5 Einheiten für eine gute Abbauaktivität von kritischer Bedetung war. Schließlich wurde unter Verwendung einer 378 l/min-Pumpe eine Fluidisierung der Säule erreicht. Dadurch wird überschüssiger Schlamm entfernt und der N-Phosphonmethylglycinabbau stabilisiert.

Eine zweite Periode von 30 Tagen wurde verwendet, um eine maximale Beladungsrate für N-Phosphonmethylglycin festzulegen. Dreistufen-Fließratensteigerungen wurden erreicht, was zu Retentionszeiten von 15, 10 und 8 Minuten führte. Die 8minütige Retentionszeit ergab schon eine gewisse Abbauaktivität. Die 10minütige Retentionszeit (144 hydraulische Umläufe pro Tag) hielten eine konsistente > 90% N- Phosphonmethylglycinabbau aktivität aufrecht.

Es wurde auch ein Lebensfähigkeits- und Anstiegstest durchgeführt, um die Widerstandskraft der immobilisierten Mikroorganismen zu testen. Der Durchsatz wurde auf 3,78-11,3 Liter pro Minute verlangsamt, und 21 Tage lang gab es keine chemische Veränderung hinsichtlich der pH-Wert-Steuerung. Zu diesem Zeitpunkt wurde der Durchsatz auf 37,8 Liter pro Minute (10minütige Retentionszeit) erhöht. Die N-Phosphonmethylglycinmenge wurde während 5 Tagen auf 50 mg/l erhöht. Es waren zwei Tage notwendig, um die Abbauaktivität zu beginnen, und zusätzliche 2 Tage waren erforderlich, bevor eine > 90% N-Phosphonmethylglycinentfernung zu sehen war.

Eine Probe des konditionierten Schlammes wurde vom festen Träger genommen. Sie wurde in ein Mineralsalzmedium (wie von T.M.Balthazor, et al., beschrieben), das etwa 200 mg/l N- Phosphonmethylglycin enthielt, gegeben. Nach dem biologischen Abbau der Verbindung wurde die Probe aufgespalten. Eine Hälfte der Probe wurde als Mischkultur der American Type Culture collection vorgelegt und erhielt ATCC 55050 zugeteilt. Die andere Hälfte der Probe wurde unter Verwendung von Standardtechniken in einzelne Mikroorganismen getrennt. Eine Kultur, die eine hohe Abbauaktivität aufwies, wurde identifiziert und der American Type Culture Collection vorgelegt. Es war Moraxella anatipestifer (ATCC 55051).

Obwohl die Erfindung anhand spezifischer Ausführungsformen, die sehr detailliert angegeben sind, beschrieben wurde, dient dies selbstverständlich nur zur Illustration und sind für den Fachmann auf diesem Gebiet alternative Ausführungsformen und Betriebstechniken im Hinblick auf die Offenbarung offensichtlich.


Anspruch[de]

1. Mischkultur aus Mikroorganismen, die zum Abbau von N- Phosphonmethylglycin konditioniert sind, mit der ATCC-Nummer 55050.

2. Biologisch reine Kultur eines Mikroorganismus Moraxella anatipestifer, die zum Abbau von N-Phosphonmethylglycin konditioniert ist, mit der ATCC-Nummer 55051.

3. Verfahren zum Abbau von N-Phosphonmethylglycin, bei welchem eine Mischkultur aus Mikroorganismen ATCC 55050 an einem inerten, unbeweglichen Träger befestigt wird, und ein das N- Phosphonmethylglycin enthaltender wässeriger Strom mit den Mikroorganismen auf dem unbeweglichen Träger lange genug kontaktiert wird, um das N-Phosphonmethylglycin abzubauen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei einer der Mikroorganismen in der Mischkultur zum Abbau von N-Phosphonmethylglycin konditionierter Moraxella anatipestifer ist, der die ATCC-Nummer 55051 hat.

5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei mehr als 90 Prozent des N- Phosphonmethylglycins abgebaut wird.

6. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der das N-Phosphonmethylglycin enthaltende wässerige Strom weniger als 30 Minuten lang mit dem die daran befestigten Mikroorganismen enthaltenden Träger kontaktiert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Kontaktzeit weniger als 20 Minuten beträgt.

8. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Mischkultur aus Mikroorganismen an einem inerten Träger aus Diatomeenerde befestigt ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Diatomeenerde mit einer Lösung aus Chitosan oder Chitin getränkt wird, bevor die Mikroorganismen daran befestigt werden.







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