Einschlußimmobilisierung von Nitrifikanten in Polycarbamoylsulfonathydrogel und Adsorptionsimmobilisierung von Nitritoxidierern auf porösen Silikonträgern: Entwicklung, Optimierung und mathematische Modellierung

Mittels Immobilisierung kann das Wachstum von Mikroorganismen von der technischen Verweilzeit in kontinuierlichen Reaktoren abgekoppelt werden. Für die Einschlußimmobilisierung von Nitrifikanten wurde das Polyurethanderivat Polycarbamoylsulfonat (PCS) verwendet. Die Anfangsaktivität ammoniakoxidierender Bakterien aus der Gruppe der autotrophen Nitrifikanten konnte beim Einschluß in PCS-Hydrogele verbessert werden. Insbesondere die Optimierung des Verhältnisses von Isocyanat-Gruppen zu Hydroxylgruppen bei der Synthese der Polyurethan-Präpolymere führte zu einer Steigerung der Anfangsaktivität von 0,01 auf über 70 Silikon besitzt eine hohe Durchlässigkeit für Sauerstoff. Zur Herstellung großer Mengen poröser Silikonträger konnte ein Verfahren entwickelt werden, um Partikel mit enger Größenverteilung herzustellen. Der Vergleich mit porösem Glas zeigte, daß Nitritoxidierer deutlich höhere Aktivitäten aufwiesen, wenn sie auf diesen porösen Silikonadsorbern immobilisiert und in einer Langzeitkultivierung eingesetzt wurden. Das Aufwuchsverhalten von Nitritoxidierern auf porösen Silikonträgern während einer kontinuierlichen Kultivierung läßt sich mit Hilfe eines mathematischen Modells beschreiben. Das Modell ist in der Lage dynamische Veränderungen einer Kultivierung und daran geknüpft die zeitliche und örtliche Änderung aller Komponentenkonzentrationen abzubilden.Immobilization can decouple the growth of microorganisms from technical delay time in continuous reactors. To encapsulate nitrifying bacteria the polyurethane derivate polycarbamoylsulphonate (PCS) was used. The starting activity of ammonia oxidizing bacteria which are part of the nitrifying bacteria could be increased during the encapsulation in PCS-hydrogel. Especially the optimization of the relation from isocyanate to hydroxyle groups during the synthesis of polyurethane praepolymers results in the increasing of the starting activity from 0,01 to 70 Silicone rubber is high permeable for oxygen. A new procedure could be developed to produce larger amounts of porous silicone carriers with a narrow thickness distribution. A comparison between porous glass und porous silicone carriers shows that nitrite oxidation bacteria have a higher activity in a long term cultivation if they are immobilized on porous silicone carriers. The growing behaviour of nitrite oxidizing bacteria during a continuous cultivation was described by a mathematical model. The model is able to calculated time and spatial concentration of all components under dynamical conditions in the cultivation