Способ получения очищенной биомассы

 

О П И С А Н И Е « 969718

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советски к

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свил-ву— (89 ) 134874 ГДР (5! )М. Кл.

С 12 М 1/26 (22) Заявлено 19. 12. 78. (2l ) 7770397/28-13, (23) Приоритет - (32) 08 03. 78 (31) 14РС 12 33 зооуяоротмнный комитет

СССР оо долом изобретений и открытий

D/204024 () ГЛР

Опубликовано 30.10 82, Бюллетень Ле 40

i (53) УДК 663.18 (088. 8)

Дата опубликования описания 01.11.82

Иностранцы

Теих Вальтер, Отто Герхард, Хюб

Мартин Зиегфриед и Скровни Х (ГДР)

"Академи дер Виссеншас>тен дер ГДР", "Институт фюр технише Хеми"(ГДР) и исследовательский институт биосинте веществ (СССР) (72) Авторы изобретения — ст <4:,, С,, - МЮР, Ю.-",.> -"1 ..Р т .О. 2е.

1союймьй Жфйно- . бегусурц;., . < p, (Vl) Заявители (54 ) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОЧИЦЕННОЙ БИОМАССЫ

Изобретение касается способа получения очищенной биомассы, при этом в качестве источника углерода применяют главным образом жидкие углеводороды в .присутствии водного раствора питательной соли и газа,. содержащего свободный кислород.

Изобретение может быть использовано для получения микробиологической биомассы, которая применяется, например, в качестве корма. о

При культи ви ровании ми кроор ганиз- мов на основе жидких углеводородов образуются из применяемых углеводородов, питательного раствора, микроорганизмов и прилипших пузырьков soapyxa конгломераты, которые в общем называются хлопьями. Эти хлопья имеют меньшую плотность, чем окружающая их питательная среда. Таким образом, го если не пройдет диспергирование, они концентрируются в верхней части Ферментера. Наиболее значительным свойством этих хлопьев является стабиль"

2 ность. Высокая загрузочная мощность в ферментерах незначительно влияет на структуру этих хлопьев.

Важной причиной стабильности хлоnbes являются силы взаимодействия между микроорганизмами и жидкими каплями углеводорода и относительно высокая доля газа хлопьев. Эта высокая доля газа обуславливает одновременно низкую плотность питательной среды (плотность 0,5 до 0,6 ).

Разработан целый ряд способов раз" рушения структуры хлопьев.

Известен способ лолучения очищенной биомассы на основе жидких углеводородов, по которому комбинация двух поверхностно-активных веществ вводится в цикл через стадии процесса культивирования и разделения (описание изобретения к экономическому патенту ГДР 104 099). При этом одно поверхностно-активное вещество представляет собой этилен-оксид-пропипеноксид-аддукт, которое добавляется к

969718 культивированию и там влияет на увеличение выхода клеток на 501, в то время как другое поверхностно-активное вещество представляет собой алкилсульфат или алкилсульфонат и добавляется в стадию разделения, чтобы сепараторами отделить микроорганизмы от жидких углеводородов. Оба поверхностно-активные вещества добавляются в минимальной концентрации 0,1 г/л tO питательной среды (этиленоксид-пропиленоксид-аддукт ) или 0,1 r на кг разделяемой питательной среды, предварительно концентрированной путем процесса отстаивания . После добавле- 15 ния второго поверхностно-активного вещества путем центрифугирования получают водную суспензию микроорганизмов и эмульсию (водно-масляную эмульсию), содержащую непрореагированные 2О углеводороды.

По другому известному способу (WP С 12D/197 822) достигается значительное разрушение структуры хлопьев уже в процессе .культивирования добав-д лением специального поверхностно-активного вещества, преимущественно мерзолуретан-сахарозы. Для этой цели прибавляют минимум 0,1 г этого поверхностно-активного вещества на 1 л питательного раствора. Для полного разложения питательной среды, которая имеет плотность 0,85-0,90, в заключение стадии культивироваНия в нее вводят еце следуюцую часть специального поверхностно-активного вещества (минимум 0,1 г/кг питательной среды).

Затем минимум через 30 мин получа" ют три слол. Нижний слой содержит микроорганизмы, водный питательный раствор и жидкие углеводороды (прибли. зительно 1-3 вес.4), средний слой— водный питательный раствор. Верхний слой - водно-масляная эмульсия (приблизительно 60 вес, ч. масла и 40 вес. ч. воды), 45

Полученные по этим двум способам микроорганизмы из-за прибавления в стадию культивирования жидких углеводородов загрязнены 1-10 вес.3, считая на сухую массу микроорганизмов, так что необходима дальнейшая очистка..

Дальнейшая очистка может быть осущест" влена, например, жидкими угпеводородами при одновременном влиянии поверхностно-,активного вещества.

Так, известен способ (выкладное описание изобретения к неакцептован" ной заявке ДАРГ 2 045 991), согласно которому для очист ки ми кроор гани змов

< применяют жидкие углеводороды с т. кип. 30-200< C в комбинации с поверхностно-активнь1м веществом (преимущественно этиленоксид-аддукт) . Полученная после перемешивания компонентов эмульсия разлагается снова на компоненты центробе><ными силами. Таким способом очищенные микроорганизмы (биомасса) содержат после сушки еще приблизительно 0,05 вес.3 жидких углеводородов, введенных в стадии культивирования, Цель изобретения заключается в сокращении затрат технических средств и химических вспомогательных веществ для полного разложения питательной среды на ее компоненты -и очистку биомассы.

В основу изобретения положена задача, способствовать отделению жидких углеводородов с помощью специальных вспомогательных веществ и технологических способов.

Иетод по описанию изобретения к экономическому патенту ГДР 10« 099 имеет тот недостаток, что для разделения питательной среды на ее компоненты с применением поверхностно-активного вещества необходимы дополнительно сепараторы или другие аппаратурные затраты. В результате на основе действующих в сепараторе сил тяжести возникает устойчивая водно-углеводородная эмульсия, разделение которой требует дальнейших значительных затрат.

Высокая потребность в поверхностно-активном веществе (алкилсульфат или алкилсульфонат ) 1,5-2,0 r/êã предварительно концентрированной питательной среды делает возврат поверхностно-активного вещества в стадию культивирования неосуществимым, так как алкилсульфаты и алкилсульфонаты сильно снижают выход. По этой причине многократное использование поверхностно-активного вещества возможно только в малом объеме, в результате чего способ неэкономичен. Кроме того, из"за адсорбции названных поверхностно-активных веществ на микроорганизмы усложняется дальнейшая очистка (экстракция углеводородов) биомассы.

Другой известный способ (УР С 120/197 622) имеет недостаток, что после отделения жидких углеводородов добавлением специального поверхностно-активного вещества, преимущест9697 в енно мерзолуретансахарозы, углеводороды образуются в виде эмульсии. Разложение водно-углеводородной эмульсии на компоненты требует стадии деэмульгироваиия, что приводит к лишним 5 экономическим затратам.

Описанный в выкладном описании изобретения к неакцептованной заявке . ФРГ ". 045 991 способ для дальнейшей очистки микроорганизмов имеет тот .не- достаток, что для разделения вновь образованной эмульсии из-за прибавления иидких углеводородов с т.к. 30200 С к суспензии микроорганизмов необходимы центробежные силы, т.е. сепараторы, Применение сепараторов, особенно в присутствии низкокипящих углеводородов (защита от взрыва ), приводит к лишним экономическим затратам. 20

Найдено, что путем комбинированного добавления двух поверхностно-активных веществ А и В в стадии культивирования очистки возможно разделение жидких углеводородов без образования эмульсии. поверхностно-активное вещество А арактернзуется следующим образом:

2 1 3

=R зв

Д А С

1 1

В . В где Й " алифатический углеводород с длиной цепи СЬ-СФ0, зз

А - атомные группы следующего состава (отдельно или в комбинации}

В

С

1У.. Имеются 2 или 3 группировки в углеводороде R А, В и С, причем в полоиениях 2, 3 и 1, 3

С С

R или R А-В А-В A-В

Поверхностно-активное вещество

В характеризуется следующим образом: поверхностно-активное вещество Влигнинсульфоновая кислота образуется как побочный продукт при получении целлюлозы по сульфитному методу, молекулярный еес 500-20000.

Поверхногтно-активные вещества А и В прибавляются в виде смеси, причем соотношения компонентов в смеси варьируют от 20:1 до 1:2.

Способ заключается в следующем.

Вводят на стадии культивирования, которая проводится известным способом, минимум 0,1 г смеси иэ А и В на 1 кг питательной среды. Полученное при этих условиях содержимое ферментера, которое имеет плотность 0,9-0,95, распадается без дополнительных мер или после дальнейшей дозировки минимум 0,1 r смеси иэ А и В на 1 кг содержимого ферментера через 30 мин на компоненты.

Получают три слоя. Верхний слой состоит из прибавленных в стадии культивирования углеводородов, содержание воды меньше 2 .вес.3; средний слой состоит из водного пи ательного раствора; нижний слой содержит микроорганизмы 4-7 вес.3, водный питательный раствор и углеводородов 1-3 вес.ь.

С =0 -gp

2 — S<>-;- МН-;-O--, — С -NH-СН -СН вЂ” О—

) SS — (- СН.Ф-) х Х =4 Ь Вп

1,2,3 " положения атомных групп в углеводороде к (2 и 3 - конечное нолоиение; 1 - среднее положение);

В " гидроксисоединение с минимум. тремя ОН-группами, преимущественно .углевод;

С - заряженные группы, например

-SOy, "SO -HPO ; -СОО .

Специфическое поверхностно-активное вещество характеризуют следующие структуры:.

18 6

Имеется только одна группировка А, В в углеводороде Re положении 1 или 2

R-А-В

II. Имеются две группировки А,В в углеводороде R в положении 1,2 или 2, 3

А-В

А-В

III. Имеются две группировки В и

С в углеводороде и в положении 1, 2 или- 2, 3

Верхний слой направляют на стадию регенерации, в то время как средний слой загружают дпя нового использования нераэложенных солей и поверхностно-активных веществ A и В в стадию культивирования.

969718

Из нижнего слоя микроорганизмы известным способом концентрируются при- . близительно до 10-20 вес.3 и направля ются на стадию очистки, Для этой цели к сконцентрированной суспензии микро- S организмов прибавляют жидкие углеводо- роды, преимущественно бензин, и смесь перемешивают. В результате получают эмульсию, к которой добавляют снова минимум 0,1 г смеси из А и В на 1 кг эмульсии. Через 30 мин. получают три слоя. Верхний слой состоит из прибавленного для очистки жидкого углеводорода и содержит небольшую часть добавленных на стадии культивирования углеводородов, содержание воды меньше 2 seс.3; средний слой состоит. из водного питательного раствора; нижний слой содержит микроорганизмы.

Путем повышения рН до 6-10 ускоряется Зв образование слоев.

После иногократного повторения этого способа получают очищенную биомассу с содержанием углеводородов 0,05 вес.3 или меньше. Найдено также, что при обработке эмульсии, состоящей из жидких углеводородов, микроорганизмов и водного раствора питательной соли, газом она может быть разделена на компоненты непрерывно после смещения значения рН в пределы 6-10 и добавления поверхнос" тно-активных веществ А и В.

Для этой цели переводят эиульсию в сосуд, на дне которого находится 3S устройство пропускания газа, добавляют минимально 0,1 г смеси из А и В на 1 кг эмульсии, устанавливают знаI чение рН 6-10 и пропускают через эмуль сию 2-3 мин воздух, азот, кислород, 40 водород, двуокись углерода или газо-. образный углеводород, или же смесь этих газов. После оседания пены по" лучают два слоя: верхний, содержащий. углеводороды, и нижний, содержащий 43 микроорганизмы. Отделение верхнего слоя осуществляют или на основе различия плотностей известным методом

:или с помощью введенного газа в процессе Флотации. Путем подключе- 3» ния одного за другим нескольких таких сосудов процесс можно сделать непрерывным.

В обоих вариантах для полного разложения эмульсии на ее компоненты ра- боты проводятся при коинатной температуре Т = 10ОС) . Заиечено однако, что првышением температуры можно ускорить отделение углеводородов при применении представленной снеси поверхностноактивных веществ и одновременно можно редуцировать ввод вспомогательного вещества. Если повысить температуру до 80 С, можно снизить ввод вспоиогательного вещества минимум до 0,05 г/кг эмульсии.

Пример 1. В ферментере с мешал кой непрерывно выращи вают ся дрожжи . типа Candid guilliernondii на основе жидких углеводородов в аэробном куль" тивировании, при этом питательная среда, кроме обычных питательных солей, содержит 20 вес.4 дизельного топлива.

Температура 33 С, рН 4 2. В питательную среду вводят 1,5 r смеси поверхностно-активных веществ - мерзолуретансахарозы и лигнинсульфоновой кислоты, в соотношении 20:1 на 1 кг питательной среды.

Выгруженная из ферментера после

4-часовой выдержки питательная среда плотностью 0,92 распадается через

40 мин на три слоя. Верхний слой состоит из углеводородов, содержание воды 1,24; средний слой - раствор пи" тательной соли; нижний слой содержит дрожжевые клетки 6 вес.3 и углеводороды 2,5 вес.3. Из нижнего слоя центрифугированием отделяют дрожжевые клетки и сушат в сушильном шкафу при

105ОС. Содер><ание углеводородов в сухой дрожжевой массе 1,8 вес.В:

Пример ?. В содержимое ферментера следующего состава, вес.4: дизельное топливо 30; дрожжи типа

C and i da gu i l l i ermond i i 2,5; раствор питательной соли 57,5,температуры

32ОС и рН 4,5 добавляют дополнительно к добавленной при культивировании (1 r/кг питательной среды ) смесь из мерзолуретансахарозы и лигнинсульФоновой кислоты при соотношении 20:! количестве 0,60 г на 1 кг содержиого «>ерментера и хорошо перемешивают. После 30-минутной выдержки получают три слоя. Верхний слой состоит иэ дизельного топлива, содержание воды 0,9 вес.Ф; средний слой - раствор питательной соли; нижний слойдрожжевые клетки 4 вес.4, дизельное топливо 1,74.

Из нижнего слой отделяют центрифугиррванием дрожжевые клетки и сушат в сушильном шкафу при 105ОС. Содержание углеводородов в сухой дрожжевой массе 1,3 вес.4.

9 969718

1. Способ получения очищенной биомассы на основе жидких углеводородов путем культивирования, разделения и последующей очистки биомассы неполяр" ными углеводородами в присутствии по" верхностно-активных веществ, о т л ич а ю щ и.й с я тем, что в качестве поверхностно-активных веществ применяют смесь, состоящую из вещества А общей формулы

2 1 3 =R

1 1

А А С

В В где Й - алифатический углеводород с дли нои цепи С8-С о

А - атомные группы следующего со става (отдельно или в комбинации}:,С=о -S02- — ВΠ—; — ь1Н-; — Π—;

-CH — CH — О- — С -NH -N =СН

2 2

l о (-CH -) Х = 1- 8 — С - NH - йН- С- М Н-;

2 х

В - гидроксисоединение с минимум тремя ОН-группами, преимущественно углевод;

С - заряженные группы, например

50 i «50,1, НРОд " СОО

i,2,3 - положения атомных групп в углеводороде Й, причем поверхностно" активное вещество

А характеризуют следующие положения;

1. R -Л-В

А и В.в углеводороде к в положении

1 или 2

1Х. -А-В

А-В

А и В в углеводороде R в положении 1, 2 или 2,3

III. В

С

В и С в углеводороде Р в положении 1, 2 или 2,3 тУ С с

R или R — А-В

А-В А-В

Л, В и С в углеводороде R в положении 2, 3 или 1, 3 или А, В в положении 1,2 или 2, 3 и С в положении 1 или 3, преимущественно мерэолуретансахароэы, и вещества 0 - лигнинсульфоновой кислоты.

Пример 3. К 300 мл 10 вес.3ной суспенэии дрожжей, которую получают путем дальнейшего концентрирования нижнего слоя по примеру 2, прибавляют 700 мл бензина и хорошо пере- мешивают. Затем к вновь образовавшей-. ся эмульсии примешивают 0,5 г/кг эмульсии смеси:из мерзолуретансахарозы и лигнинсульфоновой KHcfloTbt в соотношении 10:2 и устанавливают с помо40 щью аммиака рН 8,5. Через 30 мин получают 3 слоя: верхний - бензин, содержание воды 0,5 вес.3; среднийраствор питательной соли; нижний— дрожжевые клетки. И

Процесс повторяют пять раз. Дрожжевые клетки сушат в сушильном шкафу. при 105ОС. Содержание углеводородов в сухой дрожжевой массе 0,04 вес.3.

20 (I р и м е р 4. К 300 мл 10 вес.Жной суспензии дрожжей, которую полу,чают путем дальнейшего концентрирова; ния нижнего слоя по примеру 2, прибавляют 700 мп бензина, хорошо пере- а . мешивают и нагревают до 45ОС. К вновь образовавшейся эмульсии затем примешиваот 0,05 r смеси из мерзолуретансахарозы и лигнинсульфоновой кислоты в соотношении. 10: 1 на 1 кг эмульсии.

После 30 мин получают три слоя такие

-же, как в примере 3. Процесс повторяют пять раз. Затем дрожжевые клетки сушат в сушильном шкафу при 105 С.

Содержание углеводородов в сухой дрожжевой массе 0,02 вес.3.

Пример 5. В содержимое Ферментера следующего состава, вес.4: дизельное.топливо 30; дрожжевые клет,ки типа Candid 2,5; раствор питательной соли 55yly температуры 33оС и .рН 4,2 прибавляют 0,3 г/кг содержимо. го ферментера смеси из мерзолуретанрафинозы и лигнинсульфоновой кислоты в ,соотношении 10:2 и устанавливают аммиаком рН 8,0.Затем через содержимое фер ментера пропускают воздух с помощью уст, ройства для пропускания воздуха (фритта), пристроенного на дне сосуда. После оседания пены повторяют пропускание воздуха. После этого получают два слоя: верхний, содержащий дизельное топливо, и нижний, содержащий дрожжевые клетки. Оба слоя разделяют деканта" цией и затем дрожжевые клетки сушат в сушильном шкафу при 105 С. Содержание углеводорода в сухой дрожжевой массе 1,2 вес.4.

10 формула изобретения

969710

ll

2. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что соотношения компонентов в смеси поверхностно-активных веществ А и В варьируют от 20:l до.

l:2. S

3. Способ по пп. 1 и 2, о т л ич а о щ и и "с я тем, .что смесь дозируется в концентрации минимум 0,05 г/

/кг эмульсии.

4. Способ по и. 1, о т л и ч а ю- io шийся тем, что через эмульсию микроорганизмов после добавления сме" си поверхностно-активных веществ и изменения значения рН на 6"10 пропуска- ют газ. !5

12

5. Способ по пп. 1 н 4, о т л ич а о шийся тем, что в качестве газа применяют воздух, азот,, кислород, водород, двуокись углерода или газообразный углеводород или же смесь этих газов.

6. Способ по пп. 1"5, о т л и ч аю шийся тем, что разделение углеводородов осуществляют при температуре 1((„80îc

Признано изобретением по результатам экспертизы, осуществленной Ведомствои по изобретательству Германской

Демократической Республики.

Составитель И. Ларина

Редактор В. Фролова Техред.Ж.Кастелевич Корректор И.Коста

Заказ 8314/27 Тираж 505 Подписное

В ВНИИП((Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Иосква 1(-35 Раушская наб. д. 4/5

» «33 „ 3 „у„„„ «а„.„5»»

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4