DD126703B1

DD126703B1 - Abtrennung von wasriger kulturfluessigkeit aus kohlenwasser stoffhaltigen biomassesuspensionen

Info

Publication number: DD126703B1
Application number: DD19394176A
Authority: DD
Inventors: Gustav Adolf Luebbert; Guenter Heidenreich; Norbert Bienek; Reingard Klinger; Ursula Reiter
Original assignee: Gustav Adolf Luebbert; Guenter Heidenreich; Norbert Bienek; Reingard Klinger; Ursula Reiter
Priority date: 1976-07-19
Filing date: 1976-07-19
Publication date: 1980-10-29
Also published as: CS196159B1; PL109681B1; SE433360B; FR2358911A1; HU177363B; SE7708306L; RO71482A; DD126703A1; DE2730197A1; YU178977A; GB1544374A; PL199744A1; SU668939A1; BG35407A1

Description

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Anwendungsgebiet der Erfindung:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung von wäßriger Kulturflüssigkeit aus Biomassesuspensionen, die durch Züchtung von Mikroorganismen aus einer Kohlenwasserstoffphase erhaltan wurden« Die Erfindung bezieht sich speziell auf ein Verfahren, Ъѳі dein die Kohlenwasserstoffphase nicht vollständig verbraucht wird und bekanntermaßen zusammen mit den anhaftenden Mikroorganismen eine aufschwimmende Biomasse-/ Kohlenwasserstoff-/ Wasserphase bildet,.wenn man das KuItürgemisch in ein Beruhigungsgefäß einbringt.

Die Erfindung kann in Anlagen genutzt worden, in denen flüssige Kohlenwasserstoffe mit Hilfe von Mikroorganismen mikrc— biologisch umgesetzt und abgetrennt worden.

Charakteristik der bekannten technischen 'Lösungen

Bei der Kultivierung von Mikroorganismen auf einer Kohlenstoffquelle in Gegenwart einer wäßrigen Nährlösung bekannter Zusammensetzung bilden sich stabile Emulsionen, die aus der Stabilität der durch die aus den Phasengrenzflächen lokalisierten Ivlikroorganismenzellen herrühren.» Zur ersten Abtrennung der Kulturflüssigkeit wird bekanntermaßen ein einfacher Aufschwimm-, Dekant&ticris™ oder Au^frahmuugsprczeß genaust. J)Ie nur Abtrennung gelangende Kultur™

flüssigkeit enthält in äer Regel noch unverbrauchte Nährstoffe, die zur weiteren Nutzung von der Biomasse und Kohlenwasserstoffphase abgetrennt werden« Dazu wird Im allgemeinen das Kulturgemisch kontinuierlich aus einem Fermentor abgezogen und in ein Dekantationsgefäß eingeleitet»

In diesem Gefäß dekantiert die Biomasse nahezu vollständig zusammen mit der.Kohlenwasserstoffphase und kann kontinuierlich abgeführt werden» Am Boden des Gefäßes wird die Kulturflüssigkeit kontinuierlich abgezogen.

Die aufschwimmende Biomasse-Kohlenwasserstoffsuspension enthält jedoch noch einen hohen Anteil an wäßriger Kulturflüssigkeit β Bei den bekannten Verfahren wird diese Suspension in der Regel durch mehrstufige Separation mittels Tellerseparatoren in eine Kohlenwasserstoff-,eine Wasser sowie eine mit Biomasse angereicherte Wasserphase zerlegt.

Um den Aufwand in der Separation gering zu halten, ist es wünschenswert, bereits durch Dekantation eine weilest gehende Abtrennung des wäßrigen JCulturflüsb'igkeitsanteiles zu erreichen, Hierzu wurden bereits verschiedene Wege untersucht und beschrieben. In »der DL-Pat ent schrift Nr. 75.94-4- ist die Anlegung einer Temperatarveränderung, einer elektrischen Wechselspannung, einer Bestrahlung mit elektromagnetischen Wellen, insbesondere Kurzwellen, Infrarotstrahlen oder Gammastrahlen an die Emulsion beschrieben. Die DT-OS 1.54-5.252 beschreibt eine Phasentronnung des Permentorablaufes durch eine Abtrennung des größten Teiles des wäßrigen Nährmediums durch Dekantation und anschließende Zugabe von mindestena 10 g/l eines Metallsalzes vorzugsweise eines Alkalihalogenides und einer oberflächenaktiven Substanz in der Konzentration von mindestens 0,5 g/1.

Neben dex· Anwendung von demulgierend wirkenden Substanzen ist auch die Ausnutzung flotativer Effekte durch Einbringen von fein dispensierter Luft bekannt.

Diese Verfahren haben aber alle den Nachteil, daß bei industrieller Anwendung zusätzliche Aufwendungen für Eilfsstoffо

oder Flotationseinrichtungen entstehen. Bei der Flotation besteht außerdem noch die Gefahr, daß die Suspension infolge der feindispergierten Luft Schauraeigenschaften annimn.t und somit technisch schwierig zu handhaben ist,,

Ziel der Erfindung:

Der Erfindung liegt das Ziel zugrunde, eine Phasentrennung im Rahmen der Dekantation ohne Anwendung kostenaufwendiger Hilfsmittel und Energie so zu gestalten, daß die nachfolgende Abtrennung in der Separationsstufe ohne die Bewegung größerer Produktströrae und die Trennoperation zu.den Separatoren mit gleichbleibender Qualität erfolgen kann.

DarIe'jung des Wesens der Erfindung;

Aus dem Ziel der Erfindung ergibt sich die technische Aufgabe durch die spezifische Gestaltung der Dekantation die Phasentrennung der Biomasse von den übrigen Phasen zu erleichtern»

Merkmale der E

Überraschend wurde gefunden, daß man durch Ausnutzung der Struktureigenschaften der Suspension zusammen mit V/andeffekten insbesondere des unterschiedlichen Benützungsverhaltens zwischen V/asser und Kohlenwasserstoffen zu fast allen technischen üblichen Apparatewerkstoffen eine intensive Beeinflussung der Suspension erreichen kann, die gesielt ausgenutzt, eine erhebliche Verbesserung der Abtrennung von wäßriger Kuiburflübsigkeit aus der o.g. Suspension zur Folge hat» Diese Suspensionen bestehen mikroskopisch betrachtet, aus einer nahezu kontinuierlichen Ya'asserpbaoe in der Kohlenwasserstcfitropfen unterschiedlicher Größe uud auch Luftbläschen fein verteilt sind.

Die LIikrсOrganismen, s. B. Hefezellen, haften vorwiegend an den Kohlenwasserstofftröpfchen« Häufig zu beobachten sind auch Д)скеnarbige Zucarr^ienbailungen von den DK-Tropfen und Hikro—

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organismenzelien. Daneben sind wiederum Viassereinschlüsse zu sehen. Die MikroStruktur der Suspensionen ist demzufolge sehr inhomogen, insbesondere auch in den Dichteverhältnissen. Die ^locken haben aufgrund ihres hohen Kohlenwasserstoffanteiles eine geringere Dichte als die sie umgebende Wasserphase·

W enn aan beispielsweise ein Kulturgemisch bestehend aus

Candida Guilliermondii auf 20 % Erdöldestillat der Siedelage 220 - 380 ⁰C und wäßrige Kuiturflüssigkeit in ein mit Sattelkörpern gefülltes Becherglas einbringt, trennt sich das Gemisch innerhalb von ca. 5 min in ca. 50 Vol% Wasserphase und ca. 50 Vol% Biomassesuspension auf. Nach weiteren 10 min haben sich die Volumenverhältnisse nicht verändert, d. h· es.wurde keine weitere wesentliche Wasserabtrennung erreicht. Es können jedoch flache, sich langsam vergrößernde Wassereinschlüsse innerhalb der Suspension beobachtet werden, die die Suspension jedoch nicht nach unten durchbrechen. Gibt tian jetzt durch einen am Boden befindlichen Probestctsen langsam Wasser in das Gefäß, so daß die Biomassesuspension nach oben wandert, kann man beobachten, daß die flachen '.Vassereinschlüsse bei Berührung der Sattelkörperflächen oder der Behälterwand während des Fließens langsam Kugelgestalt annehmen und nach unten sinken. Wiederholt man den gleichen Versuch ohne Sattelkörper, erkennt man deutlich, daß die flachen V/assereinschlüsse zum größten Teil mit der Suspension nach oben ausgetragen werden» Bei den weiterhin durchgeführten systematischen Arbeiten wurde gefunden, daß der Grad der Abtrennung von Kulturflüssigkeit entscheidend durch die Wahl des Verhältnisses von Wandfläche zum Volursen des Dekantationsgefäßes und durch den Volumenstrom dei· Suspension beeinflußt werden kann.

Die höchsten Abscheidegrade wurden erreicht, wenn in з&яе dem Gefäß zusätzliche KonisJrtflächen in Form von Blechen, Sieben, Sattelkörpern, Raschi'gringen oder Drehspänen geschaffen wurden*

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Die sich an der Grenzfläche vollziehenden Vorsänge sind offensichtlich komplexer Natur, wobei sicherlich auch die in monomolekularen Filmen adsorbierten Kohlenwasserstoffe oder auch mikrobielle Stoffwechselprodukte eine Rolle spielen. Sie äußern sich jedoch insgesamt in einer Erhöhung der Abtrennung der Kulturflüssigkeit bis auf das Zweifache unter ansonsten gleichen Bedingungen wie in den nachfolgenden Beispie3.en noch gezeigt wird.

Ks wurden neben der Erhöhung des Abscheidegrades auch beobachtet, daß sich der Anteil der großen Kohlenwasserstofftropfen in der Suspension nach Durchlaufen еіпея Dekantationsgefäßes mit zusätzlichen Kontaktflächen wesentlich erhöht hat, was sicher auch die'Wasserabtrennung aus der Suspension günstig beeinflußt.

Im allgemeinen wurde bei den Untersuchungen mit den für diese Prozesse charakteristischen Suspensionsströmungsgeschwindigkeiten in Dekantationsgefäß von ca, 0,2 bis 10 cm / I.iinute gearbeitet. Höhere Strömungsgeschwindigkeiten beeinflussen den Prozeß grundsätzlich negativ, da dann die Pallgeschwindigkeit der Tröpfchen in der Suspension überschritten werden kann .

Geringe Geschwindigkeiten haben zur Folge, daß die Gefäße unverhältnismäßig groß sein müssen. Es ist abor au erkennen, daß bei diesen geringen Strömungsgeschwindigkeiten eine Störung der inneren Struktur der rahmartigon Suspension kaum eintritt.

Versucht man anderseits eine Störung durch Kühren zu erzeugen,-dann wird auch kein wirksamer Effekt ersielt, 6a dash das Rühren die Wasseragglomeratö wieder zerteilt werden.

Au gfuhru ng sbc ispiele

In der folgenden Tabelle sind Ausführungsbeispiele für den kontinuierlichen Betrieb einer 1,1 m-¹ Dekantataonszelle mit unterschiedlichen Einbauten angegeben» Zur Verdeutlichung des "Effektes der eriindungsgemäiien Lösung ist in der Spalte 1 der Tabelle ein Kontrollvcrssjch ohne -Einbauten auf-

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geführt und es wurde deshalb auch außer der Veränderung der Einbauten, mit ansonsten gleichen technologischen Parametern gearbeitet«

Die Dekantationszellen stellen ein kubisches G.efäß mit 1 m Kantenlänge dar, in dessen Boden eine pyramidenförmige Spitze ausläuft. Am.Boden wird die abgetrennte Kulturflüssigkeit abgezogen. In ca. 0,3 m Höhe über der Grundkante erfolgt die Produktzufuhr über drei Verteilerringe in die Löcher eingebohrt sind. Die Oberfläche des Gefäßes wurde von einer durch Laufketten angetriebenen "Abräumvorrichtung" überstrichen, durch die die entwässerte Suspension in eine Vorlage transportiert wurde»

Diese De/kantationssellen v/erden kontinuierlich mit einem Kulturgemisch, bestehend aus ca. 20 % Erdöldestillat der Siedelage 220 - 360 ⁰C, 8,1 % Hefezellen ( = ca. 2,0 % Hefetrockensubstanz) und rund 82 % mechanisch abtrennbare wäßrige Kulturflüssigkeit ( Wasser ) aus einer kontinuierlich arbeitenden Fermentationsanlage beschickt. Die zugeführte Menge betrug rund 2 t/h» Die Laufzeit eines Versuches dauerte rund 120 h. Während des Versuches wurde die Trennschicht etwa in der Lütte des Gefäßes konstant einreguliert. Alle 2 Stunde» wurde die entwässerte Suspension aus Hefetrockensubstanzgehalt analysiert, um den Abscheidegrad zu ermitteln.

Folgende Beispiele wurden untersucht: Beispiel 1: Kontrollversuch ohne Einbauten Beispiel 2i Ia Abstand von 0,1 m eingehängte Bleche

Beispiel 3: Auf einem Zwischenboden in 0,4 -ra. Kühe bis zum

oberen Rand aufgeschüttete Keramik-Destillations-Sattelkörper von 10 cm Durchmesser

Beispiel 4: Auf den gleichen Beden aufgebrachte Teflon-

(Polytetrafluoräthylen) -^rohspäne(0,5 mm Spandicke, abgedreht von eignem 5 ^m. Durchmesser starkem Teflonstabmate.rial«

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Folgende Ergebnisse wurden erzielt:

	1	2	3	4
HTS-Konzentrat %	3,01	3,52	4,02	5,51
Wasserabscheidung %	41,6	53,0	61,0	77,5

% HTS in der abgetrennten Kultarflüssiß- 0,016 0,015 0,015 0,014 keit

Aus dieser Tabelle ist die Erhöhung des Wasserabscheidegrad.es mit Erhöhung der Eontaktfläche ersichtlich«

Claims

Erfindungsanspruch?

1. Abtrennung von wäßriger Kulturflüsnigkeit aus kohlenwasserstoffhaltigen Biomassesuspensionen durch Dekantation, gekennzeichnet dadurch, daß die Dekantation über Fontaktflächen in Eorm von Blechen, Sieben, Sattelkörpern, Raschigringen oder Drehspänen bei einer Flächenbelastung

ο ρ

unterhalb 10 cnr Suspension pro cm Kontaktfläche und Stunde bei einer Strömungsgeschwindigkeit der Suspension von 0,5 - 10 cn pro Hinute erfolgt«,
2. Abtrennung von wäßriger Kulturflüssigkeit nach ^unict 1, gekennzeichnet dadurch, daß in der Suspension 5 - SO % Kohlenwasserstoffe enthalten sind«
3. Abtrennung von wäßriger Kulturflüssigkeit nach Punkt 1

und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Siedelage der Kohlomvai

beträgt.

Kohlenwasserstoffe bei Normalbedingungen 100 - A-OO ⁰C