PL220510B1 - Sposób prowadzenia fermentacji glicerolu i układ do prowadzenia fermentacji glicerolu - Google Patents
Sposób prowadzenia fermentacji glicerolu i układ do prowadzenia fermentacji gliceroluInfo
- Publication number
- PL220510B1 PL220510B1 PL398746A PL39874612A PL220510B1 PL 220510 B1 PL220510 B1 PL 220510B1 PL 398746 A PL398746 A PL 398746A PL 39874612 A PL39874612 A PL 39874612A PL 220510 B1 PL220510 B1 PL 220510B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- glycerol
- bioreactor
- fermentation
- osmotic
- tank
- Prior art date
Links
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 153
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 title claims description 42
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 title claims description 42
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 34
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 46
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 41
- 238000004821 distillation Methods 0.000 claims description 25
- 230000003204 osmotic effect Effects 0.000 claims description 23
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 claims description 15
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 claims description 8
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 3
- 238000010790 dilution Methods 0.000 claims description 3
- 239000012895 dilution Substances 0.000 claims description 3
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 27
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 6
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 5
- 238000005373 pervaporation Methods 0.000 description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 4
- 239000002207 metabolite Substances 0.000 description 4
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N methanoic acid Natural products OC=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 3
- DNIAPMSPPWPWGF-VKHMYHEASA-N (+)-propylene glycol Chemical compound C[C@H](O)CO DNIAPMSPPWPWGF-VKHMYHEASA-N 0.000 description 2
- YPFDHNVEDLHUCE-UHFFFAOYSA-N 1,3-propanediol Substances OCCCO YPFDHNVEDLHUCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 4-(3-methoxyphenyl)aniline Chemical compound COC1=CC=CC(C=2C=CC(N)=CC=2)=C1 OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 2
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 2
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 2
- 230000001332 colony forming effect Effects 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 235000019253 formic acid Nutrition 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000006872 mrs medium Substances 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- -1 polypropylene Polymers 0.000 description 2
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 2
- 229920000166 polytrimethylene carbonate Polymers 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 2
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 2
- OAKURXIZZOAYBC-UHFFFAOYSA-N 3-oxopropanoic acid Chemical compound OC(=O)CC=O OAKURXIZZOAYBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009631 Broth culture Methods 0.000 description 1
- 241000192130 Leuconostoc mesenteroides Species 0.000 description 1
- 239000001888 Peptone Substances 0.000 description 1
- 108010080698 Peptones Proteins 0.000 description 1
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 1
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000001476 alcoholic effect Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002551 biofuel Substances 0.000 description 1
- 210000001601 blood-air barrier Anatomy 0.000 description 1
- 229940041514 candida albicans extract Drugs 0.000 description 1
- 150000001735 carboxylic acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000007865 diluting Methods 0.000 description 1
- 150000002009 diols Chemical class 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000003480 eluent Substances 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000013505 freshwater Substances 0.000 description 1
- 238000011534 incubation Methods 0.000 description 1
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 description 1
- 238000011081 inoculation Methods 0.000 description 1
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 1
- 238000004255 ion exchange chromatography Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- ZDGGJQMSELMHLK-UHFFFAOYSA-N m-Trifluoromethylhippuric acid Chemical compound OC(=O)CNC(=O)C1=CC=CC(C(F)(F)F)=C1 ZDGGJQMSELMHLK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000002808 molecular sieve Substances 0.000 description 1
- 238000001728 nano-filtration Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019319 peptone Nutrition 0.000 description 1
- VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-N perchloric acid Chemical compound OCl(=O)(=O)=O VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002572 peristaltic effect Effects 0.000 description 1
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 1
- 230000007096 poisonous effect Effects 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000004451 qualitative analysis Methods 0.000 description 1
- 238000004445 quantitative analysis Methods 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 238000001223 reverse osmosis Methods 0.000 description 1
- 238000001612 separation test Methods 0.000 description 1
- URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N sodium aluminosilicate Chemical compound [Na+].[Al+3].[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
- 239000008223 sterile water Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000000108 ultra-filtration Methods 0.000 description 1
- 239000012855 volatile organic compound Substances 0.000 description 1
- 239000012138 yeast extract Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Description
Przedmiotem wynalazku jest sposób prowadzenia fermentacji glicerolu w bioreaktorze z wykorzystaniem bakterii oraz układ do prowadzenia fermentacji glicerolu.
Podczas produkcji biopaliw, jako produkt odpadowy powstaje glicerol, o stężeniu 75-98%. Metodą biokonwersji można otrzymać z niego diole, jak 1,3-propanodiol, które są poszukiwanym surowcem do wytwarzania polimerów. Do fermentacji glicerol należy rozcieńczyć wodą, uzyskując 5-10% roztwór, a jego ubytek podczas fermentacji uzupełnia się dodając do bioreaktora porcje stężonego glicerolu (proces okresowy-dolewowy). Produkty fermentacji są często toksyczne dla mikroorganizmów, co wymusza okresową wymianę brzeczki w bioreaktorach i w efekcie zmniejsza ich efektywność. Ograniczono to w fermentacji ciągłej, gdzie z bioreaktora odprowadza się część brzeczki, a powstające ubytki uzupełnia się roztworem glicerolu. W obydwu przypadkach do prowadzenia procesu stosuje się duże ilości czystej wody, którą trzeba sterylizować.
Mikroorganizmy wytwarzają z glicerolu różne związki chemiczne, jak alkohole i kwasy karboksylowe, dlatego otrzymaną po fermentacji mieszaninę poddaje się rozdziałowi i oczyszczaniu. W patencie WO 2004/101479 do oczyszczania roztworu 1,3-propanodiolu zastosowano trójetapową filtrację (mikro-, a po niej ultrafiltrację i nanofiltrację), a następnie wymianę jonową i klasyczną kolumnową destylację. Po tych operacjach woda stanowi jeden ze składników roztworów odpadowych, których jednak nie można zawrócić do bioreaktora.
Toksyczny wpływ metabolitów ograniczono stosując mikroorganizmy wykazujące większą odporność lub dobierając odpowiednie warunki fermentacji. W zgłoszeniu WO 2011/042434 zaproponowano zastosować bioreaktory z wypełnieniem, na powierzchni, którego mikroorganizmy tworzą ochronną błonę biologiczną. W patencie CN 100999742 wskazano jak negatywnie działa 3-hydroksy propanodial, co ograniczono redukując jego wytwarzanie przez dobranie odpowiedniego stężenia glicerolu i tlenu w brzeczce. Do innych znanych silnych inhibitorów należy powstający podczas fermentacji alkohol oraz kwas octowy. Najlepszym rozwiązaniem jest selektywne wydzielanie trujących metabolitów z bioreaktora. W przypadku lotnych produktów, jak alkohole, można je selektywnie wydzielić przez membrany a mikroorgan izmy, substraty i pożywki zawrócić do bioreaktora. Do metod separacji selektywnej należy perwaporacja (PV). Przykłady jej zastosowania przedstawiono w patentach: US 5167825 oraz US 4960519. W procesie PV stosuje się nieporowate membrany, których materiał wykazuje selektywną sorpcję alkoholu, a w znikomym stopniu chłonie wodę. Membrany PV mają także duże powinowactwo do wydzielania innych składników organicznych, co może ograniczać wykorzystanie PV w przypadku fermentacji glicerolu. Z opisu patentowego PL 187817 znany jest układ do fermentacji połączony z destylacją membranową (MD), którą zastosowano do ciągłego wydzielania etanolu z fermentującej brzeczki. Ze zgłoszenia patentowego P 396715 znany jest sposób fermentacji glicerolu w bioreaktorze polegający na tym, że fermentację prowadzi się w bioreaktorze membranowym równocześnie z procesem destylacji membranowej, w którym powstające podczas fermentacji lotne produkty częściowo usuwa się z fermentującego roztworu. Zastosowanie procesu MD pozwoliło z fermentującego roztworu glicerolu wydzielić szereg lotnych metabolitów (jak kwas octowy), co korzystnie wpłynęło na rozwój mikroorganizmów. W efekcie możliwa była dłuższa, półciągła eksploatacja bioreaktora.
Znaną i stosowaną metodą ograniczenia negatywnego wpływu produktów fermentacji jest zmniejszenie ich stężenia w brzeczce przez odprowadzanie z bioreaktora części fermentującego roztworu i dodanie równoważnych objętości roztworu surowców. W tym rozwiązaniu tracimy jednak część nieprzereagowanych surowców oraz musimy dostarczać nowe porcje sterylnej wody. W patencie WO 01/25178 odprowadzany z bioreaktora roztwór poddano mikrofiltracji, a następnie wydzielono zawarte w nim składniki za pomocą ich sorpcji na złożach zeolitowych sit molekularnych. Ciecz wypływającą z kolumn sorpcyjnych zaproponowano zawrócić do bioreaktora, co pozwoliłoby ograniczyć ilość zużywanej świeżej wody. To rozwiązanie wymaga jednak okresowej regeneracji złóż zeolitowych.
Wydzielane z bioreaktora roztwory można rozdzielić przez destylację. Odparowaną wodę skrapla się, ale kondensat nadal zawiera zbyt dużo szkodliwych lotnych związków organicznych, co ogranicza jego wykorzystanie do sporządzenia nowej brzeczki. Problem ten rozwiązano oczyszczając otrzymywane kondensaty metodą odwróconej osmozy (E. Morin-Couallier, L.T. Payot, A. Pastore Bertin, and M.L. Lameloise, Recycling of distillery effluents in alcoholic fermentation, Applied Biochemistry and Biotechnology, 133 (2006) 217-238). To rozwiązanie wymaga jednak energochłonnego odPL 220 510 B1 parowania wywaru i zbudowania obok bioreaktorów dodatkowej wysokociśnieniowej instalacji membranowej.
Sposób fermentacji glicerolu według wynalazku prowadzonej w bioreaktorze z wykorzystaniem bakterii, charakteryzuje się tym, że roztwory odbierane z bioreaktora odwadnia się metodą osmotycznej destylacji membranowej, w której jako roztwór osmotyczny stosuje się stężony glicerol. Glicerol pochłaniając wodę z roztworów odbieranych z bioreaktora ulega rozcieńczeniu i następnie wykorzystuje się go jako surowiec do fermentacji. W procesie osmotycznej destylacji membranowej stosuje się roztwór osmotyczny zawierający powyżej 50% glicerolu. W przypadku, kiedy fermentację prowadzi się równocześnie z procesem destylacji membranowej w bioreaktorze wyposażonym w moduł membranowy, metodą osmotycznej destylacji membranowej odwadnia się destylat odbierany z bioreaktora membranowego. Sposób można stosować także w przypadku tradycyjnej fermentacji. Wówczas metodą osmotycznej destylacji membranowej odwadnia się brzeczkę pofermentacyjną. W procesie osmotycznej destylacji membranowej stosuje się niezwilżalne porowate membrany o grubości ścianki przynajmniej 0,4 mm.
Układ według wynalazku do fermentacji glicerolu w bioreaktorze z wykorzystaniem bakterii zawierający bioreaktor, zbiornik koncentratu, zbiornik glicerolu, pompy obiegowe, charakteryzuje się tym, że zbiornik koncentratu połączony jest wlotem do modułu osmotycznej destylacji membranowej, z którego wylot jest połączony z drugim wlotem do zbiornika koncentratu. Wylot i wlot z przestrzeni między kapilarnej modułu osmotycznej destylacji membranowej połączone są ze zbiornikiem glicerolu, który połączony jest z bioreaktorem. Korzystnie bioreaktor wyposażony jest w moduł membranowy do bezpośredniej kontaktowej destylacji membranowej. W tym przypadku bioreaktor połączony jest z zaworem spustowym poprzez układ chłodzący zawierający zbiornik destylatu i chłodnicę, przy czym wylot z modułu membranowego połączony jest z wlotem do zbiornika destylatu, a wlot do modułu membranowego z wylotem chłodnicy.
Zaletą rozwiązania według wynalazku jest odzyskiwanie wody w procesie fermentacji glicerolu. Stosując osmotyczną destylację membranową wydzieloną z roztworów pofermentacyjnych wodę adsorbuje się w stężonych roztworach glicerolu, uzyskując w ten sposób rozcieńczony roztwór, przydatny jako surowiec do fermentacji.
Sposób według wynalazku objaśniono w przykładach wykonania, natomiast układ przedstawiono na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat układu do fermentacji tradycyjnej, fig. 2 przedstawia schemat układu do fermentacji z bioreaktorem wyposażonym w moduł membranowy do destylacji membranowej.
P r z y k ł a d 1
Układ do fermentacji z odzyskiwaniem wody składa się z bioreaktora 1, wewnątrz którego umieszczono moduł membranowy 2 do bezpośredniej kontaktowej destylacji membranowej (DCMD) w wersji zanurzeniowej, bez obudowy zewnętrznej. Wylot modułu podłączono do zewnętrznego obiegu składającego się ze zbiornika destylatu 3 połączonego poprzez chłodnicę 4 z wlotem do modułu 2. Zbiornik destylatu 3 posiada także wylot z zaworem, który połączono ze zbiornikiem koncentratu 5, stanowiącego element obiegu cieczy, z której odzyskuje się wodę. Zbiornik koncentratu 5 posiada również drugi wylot z zaworem odcinającym. Zbiornik koncentratu 5 połączono z wlotem i wylotem modułu 6 do osmotycznej destylacji membranowej (OMD). Drugi wlot i wylot modułu 6 połączono ze zbiornikiem glicerolu 7 wyposażonym w dozownik stężonego glicerolu oraz odprowadzenie roztworu glicerolu do bioreaktora 1.
Bioreaktor składał się z termostatowanej w łaźni wodnej szklanej kolby kulistej o pojemności 3
0,002 m3, wewnątrz której umieszczono moduł DCMD. Moduł wykonano z kapilarnych membran polipropylenowych Accurel PP S6/2 (Membrana GmbH, Niemcy). Średnica kapilar dw/dz = 1,8/2,6 mm, średni rozmiar porów 0,22 μm, porowatość 73%. W module zamontowano dwie kapilary, o długości 0,5 m każda, co odpowiadało powierzchni zewnętrznej modułu Fzew = 0,00817 m2. Membrany ułożono w bioreaktorze w pozycji horyzontalnej. Wlot i wylot modułu połączono poprzez korek zamykający kolbę z zewnętrznym obiegiem destylatu, w którym ciecz tłoczono pompą perystaltyczną. W chwili startowej obieg ten wypełniony był znaną ilością wody destylowanej (0,2-0,3 kg). Z pomiarów zamian masy i stężeń obliczono strumienie poszczególnych składników w procesie. Średnia temperatura w obiegu chłodzącym wynosiła 295 K, a natężenie przepływu recyrkulowanej cieczy wynosiło 0,15 kg/min. Temperatura fermentacji 308 K.
PL 220 510 B1 2
Do procesu OMD zastosowano moduł kapilarny o powierzchni 0,019 m2. W szklanej rurowej obudowie o średnicy 0,0175 m umieszczono 18 polipropylenowych membran Accurel PP S6/2, o długości czynnej 0,185 m. Do badań zastosowano czysty glicerol (POCh).
Analizę jakościową i ilościową związków w badanych roztworach przeprowadzono przy pomocy chromatografu jonowego 850 Professional IC (Herisau Metrohm AG, Szwajcaria). W chromatografie zamontowano kolumnę analityczną Hamilton PRP-X300; 250x4,1 mm (Hamilton Company, USA). Fazę ruchomą (eluent) przygotowano z koncentratu dla chromatografii jonowej (HCIO4) firmy Fluka (Szwajcaria).
Zmiany ilości komórek bakterii w brzeczce badano stosując standardową metodę posiewów na -2 -7 sterylnej zestalonej pożywce MRS, dla rozcieńczeń w zakresie 10- - 10- . Kolonie liczono po 24 h inkubacji w temperaturze 313 K za pomocą licznika koloni POL-EKO LKB2002. Liczbę bakterii przeliczono na standardową wartość podawaną w liczbie jednostek bakterii formujących kolonię z 1 ml dozowanego do posiewu roztworu - CFU/ml (ang. Colony Forming Units).
Do fermentacji glicerolu zastosowano bakterie Leuconostoc mesenteroides. Roztwór do fermentacji (brzeczkę) przygotowano ze sterylnej wody demineralizowanej, do której dodano: pepton K
3 3 (10 kg/m3); glicerol (10 kg/m3) oraz ekstrakt drożdżowy (5 kg/m3). Brzeczkę zaszczepiono dodając
0,00018 m3 inakulatu, uzyskanego po 48 h hodowli bakterii na podłożu MRS (50 kg/m3). Podczas fermentacji, co 24 h pobierano próby do analizy (25 ml) i dodawano do brzeczki nową porcję glicerolu 3 (10 kg/m3) rozpuszczonego w takiej ilości sterylnej wody demineralizowanej, aby utrzymać stały poziom cieczy w danej hodowli.
Po 6 dniach fermentacji połączonej z DCMD, destylatem zebranym w zbiorniku 3 napełniono zbiornik koncentratu 5, a do zbiornika glicerolu 7 wlano 0,5 kg glicerolu i uruchomiono proces OMD. Po dobie jego trwania objętość w zbiorniku glicerolu 7 wzrosła dwukrotnie, a uzyskany roztwór dozowano do bioreaktora. Z takim dozowaniem proces fermentacji kontynuowano przez kolejne 8 dni, nie stwierdzając istotnych różnic w jego przebiegu. Gdy stężenie glicerolu zmniejszyło się do 48-50%, zawartość zbiornika glicerolu 7 wymieniano na nowy stężony glicerol (ok. 100%). Zbierany destylat ze zbiornika destylatu 3 codziennie przelewano do zbiornika koncentratu 5. Gromadzony w zbiorniku koncentratu 5 koncentrat, co drugi dzień usuwano poprzez drugi wylot z zaworem odcinającym. Wyniki badań przedstawiono w Tabeli 1.
T a b e l a 1.
| Dzień | 1 | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 |
| Strumień DCMD [dm3/m2doba] | 17,2 | 16,3 | 15,4 | 14,6 | 14,7 | 14,9 | 15,9 | 14,7 | 15,2 | 14,2 |
| Destylat kwas octowy [kg/m3] | 0,03 | 0,022 | 0,018 | 0,018 | 0,023 | 0,043 | - | 0,063 | - | 0,03 |
| Log CFU/ml | 8,9 | 9,1 | 9,7 | 10,6 | 8,6 | 8,5 | 9,3 | 8,2 | 8,8 | 9,8 |
3
Podczas badań brzeczka w bioreaktorze zawierała kwasy [kg/m3]: octowy (0,9-1,2), mlekowy (1,5-6,8), mrówkowy (0,1-0,42), cytrynowy (0,14-0,18) oraz bursztynowy (0,05-0,11). Uzyskany po 3 procesie OMD rozcieńczony roztwór glicerolu zawierał także kwas octowy (0,0013-0,0083 kg/m3) oraz 3 kwas mrówkowy (poniżej 0,0005 kg/m3). Ich stężenie było ponad 1000 razy mniejsze od występującego w brzeczce, stąd dodanie do niej uzyskanego roztworu glicerolu, korzystnie dla bakterii rozcieńczało obecne w bioreaktorze kwasy.
P r z y k ł a d 2
Zastosowano instalację i warunki jak w przykładzie 1, z tą różnicą, że układ DCMD nie pracował (tradycyjna fermentacja), a zbiornik koncentratu 5 napełniono odwirowaną brzeczką uzyskaną po 9 dniach fermentacji glicerolu. Zawór 8 na wylocie ze zbiornika destylatu 3 był zamknięty. Do zbiornika 7 wprowadzono 0,5 kg stężonego glicerolu i prowadzono proces OMD aż do uzyskania rozcieńczenia 3 glicerolu na poziomie 50%. Rozcieńczony po OMD glicerol zawierał kwas octowy (0,05 kg/m3) oraz 3 kwas mrówkowy (0,0015 kg/m3). Uzyskanym roztworem zasilono bioreaktor, a przebieg fermentacji był zbliżony do opisanego w tabeli 1 w przykładzie 1.
P r z y k ł a d 3
Roztwory zawracane do bioreaktora powinny zawierać jak najmniejsze ilości metabolitów, jak kwas octowy. Przeprowadzono badania procesu OMD wzorcowego roztworu kwasu octowego
PL 220 510 B1 3 (1,07 kg/m3). Zastosowano układ OMD jak w przykładzie 1. Każdy pomiar prowadzono przez 22 h. Membrany kapilarne Accurel PP S6/2 mają grubość ścianki 0,4 mm. Wyniki badań zamieszczono w tabeli 2.
T a b e l a 2.
| Średnie stężenie glicerolu [%] | Strumień wody [kg/m2 doba] | Strumień kwasu [kg/m2 doba] | Współczynnik wzbogacenia |
| 49,4 | 7,08 | 0,0069 | 1,06 |
| 53,4 | 7,66 | 0,0057 | 0,7 |
| 77 | 14,49 | 0,0051 | 0,38 |
| 88,9 | 21,7 | 0,0043 | 0,18 |
Stwierdzono, że po rozcieńczeniu roztworu osmotycznego do poziomu 50% glicerolu, dalsza kontynuacja procesu OMD spowodowała, że znacznie wzrastała wartość współczynnika wzbogacenia, co oznacza niekorzystne przechodzenie większych ilości kwasu octowego z odwadnianego roztworu do roztworu osmotycznego.
P r z y k ł a d 4
Powtórzono badania separacji wzorcowych roztworów kwasu octowego jak w przykładzie 3, z tą różnicą, że do prowadzenia procesu OMD zamiast modułu kapilarnego zastosowano moduł płaski z membraną teflonową (PTFE) firmy Millipore o grubości 0,1 mm. Wyniki zamieszczono w tabeli 3.
T a b e l a 3.
| Średnie stężenie glicerolu [%] | Strumień wody [kg/m2 doba] | Strumień kwasu [kg/m2 doba] | Współczynnik wzbogacenia |
| 42 | 14,0 | 0,014 | 1,13 |
| 44 | 14,26 | 0,0151 | 1,12 |
| 50 | 16,2 | 0,0143 | 0,91 |
| 73,5 | 23,3 | 0,0139 | 0,6 |
| 74,2 | 22,49 | 0,0135 | 0,56 |
Zastosowana membrana była 4 razy cieńsza od użytej w przykładzie 3, co spowodowało zmniejszenie oporów transportu masy i w efekcie większe ilości kwasu octowego przeszły z odwadnianego roztworu do roztworu osmotycznego (glicerolu).
Claims (7)
1. Sposób fermentacji glicerolu w bioreaktorze z wykorzystaniem bakterii, znamienny tym, że roztwory odbierane z bioreaktora odwadnia się metodą osmotycznej destylacji membranowej, w której jako roztwór osmotyczny stosuje się stężony glicerol, który po rozcieńczeniu wykorzystuje się jako surowiec do fermentacji.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w procesie osmotycznej destylacji membranowej stosuje się roztwór osmotyczny zawierający powyżej 50% glicerolu.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że metodą osmotycznej destylacji membranowej odwadnia się destylat odbierany z bioreaktora membranowego, w którym fermentację prowadzi się równocześnie z procesem destylacji membranowej.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że metodą osmotycznej destylacji membranowej odwadnia się brzeczkę pofermentacyjną.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w procesie osmotycznej destylacji membranowej stosuje się niezwilżalne porowate membrany o grubości ścianki przynajmniej 0,4 mm.
PL 220 510 B1
6. Układ do fermentacji glicerolu w bioreaktorze z wykorzystaniem bakterii zawierający bioreaktor, zbiornik koncentratu, zbiornik glicerolu, pompy obiegowe, znamienny tym, że bioreaktor (1) połączony jest poprzez zawór spustowy (8) ze zbiornikiem koncentratu (5), który połączony jest z wlotem do modułu (6) osmotycznej destylacji membranowej, z którego wylot jest połączony z drugim wlotem do zbiornika koncentratu (5), zaś wylot i wlot z przestrzeni międzykapilarnej modułu (6) osmotycznej destylacji membranowej połączone są ze zbiornikiem glicerolu (7), który połączony jest z bioreaktorem (1).
7. Układ według zastrz. 6, znamienny tym, że bioreaktor (1) wyposażony jest w zanurzeniowy moduł membranowy (2) i połączony z zaworem spustowym (8) poprzez układ chłodzący zawierający zbiornik destylatu (3) i chłodnicę (4), przy czym wylot z modułu membranowego (2) połączony jest z wlotem do zbiornika destylatu (3) a wlot do modułu membranowego (2) z wylotem chłodnicy (4).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL398746A PL220510B1 (pl) | 2012-04-06 | 2012-04-06 | Sposób prowadzenia fermentacji glicerolu i układ do prowadzenia fermentacji glicerolu |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL398746A PL220510B1 (pl) | 2012-04-06 | 2012-04-06 | Sposób prowadzenia fermentacji glicerolu i układ do prowadzenia fermentacji glicerolu |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL398746A1 PL398746A1 (pl) | 2013-10-14 |
| PL220510B1 true PL220510B1 (pl) | 2015-11-30 |
Family
ID=49304525
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL398746A PL220510B1 (pl) | 2012-04-06 | 2012-04-06 | Sposób prowadzenia fermentacji glicerolu i układ do prowadzenia fermentacji glicerolu |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL220510B1 (pl) |
-
2012
- 2012-04-06 PL PL398746A patent/PL220510B1/pl unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL398746A1 (pl) | 2013-10-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Praveen et al. | Nitrogen and phosphorus removal from tertiary wastewater in an osmotic membrane photobioreactor | |
| Gryta et al. | Ethanol production in membrane distillation bioreactor | |
| Zhang et al. | Effect of PAC addition on immersed ultrafiltration for the treatment of algal-rich water | |
| Novoa et al. | Evaluating the effect of hydraulic retention time on fouling development and biomass characteristics in an algal membrane photobioreactor treating a secondary wastewater effluent | |
| Henares et al. | Demethanization of aqueous anaerobic effluents using a polydimethylsiloxane membrane module: mass transfer, fouling and energy analysis | |
| CN103865792B (zh) | 一种循环式微生物发酵反应与料液分离一体化设备 | |
| DE69008818T2 (de) | Vorrichtung und verfahren zur kontinuierlichen entfernung von sauerstoff aus flüssigkeitsströmen. | |
| CN104312881A (zh) | 一种白酒生产过程中黄水全回收利用的方法 | |
| Valverde-Pérez et al. | Dewatering methanotrophic enrichments intended for single cell protein production using biomimetic aquaporin forward osmosis membranes | |
| Braune et al. | A downstream processing cascade for separation of caproic and caprylic acid from maize silage-based fermentation broth | |
| Ismail et al. | Energy efficient harvesting of Spirulina sp. from the growth medium using a tilted panel membrane filtration | |
| Matsumura | Perstraction | |
| Esfahanian et al. | Enhanced bioethanol production in batch fermentation by pervaporation using a PDMS membrane bioreactor | |
| Yang et al. | Design and performance study of a novel immobilized hollow fiber membrane bioreactor | |
| CN207158995U (zh) | 乙腈废水处理和回收系统 | |
| CN203820791U (zh) | 一种循环式微生物发酵反应与料液分离一体化设备 | |
| RU2405831C2 (ru) | Способ выделения органических растворителей из ферментационных сред | |
| CA2898253A1 (en) | Process for filtration homopolysaccharides | |
| Pellegrino et al. | Membrane Technology Fundamentals for Bioremediation | |
| Barnes et al. | Investigation of membrane processes for the removal of volatile fatty acids | |
| Amaley et al. | Pervaporation: A novel process for ethanol separation using fermentation | |
| Habert et al. | 5 Membrane Separation | |
| PL224627B1 (pl) | Sposób wydzielania i zatężania 1,3-propanodiolu otrzymywanego przez fermentację glicerolu i układ do wydzielania i zatężania 1,3-propanodiolu otrzymywanego przez fermentację glicerolu | |
| CN207002534U (zh) | 一种污水处理设备 | |
| Izquierdo‐Gil | Membrane distillation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LICE | Declarations of willingness to grant licence |
Free format text: RATE OF LICENCE: 10% Effective date: 20150416 |