Original paper

Entwicklung eines bakteriellen Hochleistungsstammes mit Hilfe der kontinuierlichen Kultur als Starterkultur für ein neues biotechnologisches Verfahren mit Poly-beta-Hydroxybuttersäure (PHB) zur Nitratelimination aus Trinkwasser

[Developing of a Bacterial High Efficiency Strain by Means of the Continuous Culture as Starter Culture for a New Biotechnological Process with Poly-beta-Hydroxy-Butyric Add (PHB) to Eliminate Nitrate out of Drinking Water]

Biehler, Markus Johannes; Süssmuth, Roland

Kurzfassung

Zur Eliminierung von Nitrat aus Trinkwasser wurde ein Festbettreaktor mit Poly-beta-Hydroxybuttersäure (PHB) in Granulatform eingesetzt, die gleichzeitig als Kohlenstoffquelle und Adhäsivum dient. Um das Verfahren effektiv zu gestalten, wurde eine spezielle Starterkultur entwickelt, die für die Milieubedingungen des Trinkwassers und an die technischen Voraussetzungen des Verfahrens selbst optimiert wurde. Zur Entwicklung des Stammes wurde mit Hilfe einer kontinuierlichen Kultur unter anaeroben Bedingungen ein Selektionsdruck erzeugt: 1. durch Angebot von Glucose als Kohlenstoffquelle in einem fallenden und gleichzeitig PHB in einem steigenden Gradienten; 2. durch einen fallenden Temperaturgradienten von 20 °C auf Temperaturen des Trinkwasserbereichs von 8--10 °C. Der dadurch erhaltene PHB verwertende Stamm war in der Lage, bei 8--10 °C cine anomal hohe Nitratkonzentration von 2 g/l auf ca. 0,1 g/l bei gleichzeitigem Nichtauftreten von Nitrit abzusenken. Erste Einsätze als Starterkultur im Kleinreaktor ergaben bei einem Zufluß von 200 mg NO3/l Nitratwerte um 30 mg/l ohne das Vorhandensein von Nitrit bei sofortigem Leistungsoptimum nach der Inokulationszeit von 2--3 Wochen.

Abstract

To elimate Nitrate out of drinking water a solid phase reactor with poly-beta-hydroxy-butyrate (PHB) in form of granules was used, that served as carbon source and adhesivum at the same time. To turn out the process in an effective way, a special starter culture was developed, that was optimated for the milieu of the drinking water and for the technical conditions of the process itself. For the development of the strain selection pressure was put on it by means of the continuous culture under anaerobic conditions: 1. by offering of Glucose as carbon source in a sinking and at the same time PHB in a climbing gradient; 2. by a falling temperature gradient from 20 °C to temperatures of the drinking water of 8--10 °C. A PHB utilizing strain was received, that was able to lower an abnormally high concentration of Nitrate of 2 g/l to about 0,1 g/l at 8--10 °C without the appearence of Nitrate. A first use as starter culture in a small reactor showed the result of a nitrate level of about 30 m/l with an influx of 200 mg NO3-/l, whereby no Nitrite was observed. The capacity was at its optimum immediately after the inoculation time of 2--3 weeks.

Keywords

Biotechnologydenitrificationdrinking waterpoly-beta-hydroxybutyric acidbacteriacontinuous culturestarter culture