Способ получения очищенной биомассы

О П И С А Н И Е 11) 969718ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советски кСоциалистическихРеспублик(31) ИРС 12 33 Рпударотминый комитет СССР оо долам изобретений и открытий(088,8) Дата опубликования описания 01.11.82 ИностранцыТеих Вальтер, Отто Герхард, ХюбМартин Зиегфриед и Скровни Х"Академи дер Виссеншаотен дер ГДР","Институт фюр технише Хеми"(ГДР) иисследовательский институт биосинтевеществ (СССР)(7) Заявители 54 ) СПОСОБ П НИЯ ОЧИЯЕННОЙ БИОМА ло д 15 Изобретение касается способа получения очищенной биомассы, при этомв качестве источника углерода применяют главным образом жидкие углеводороды в .присутствии водного растворапитательной соли и газа,. содержащегосвободный кислород,Изобретение может быть использовано для получения микробиологическойбиомассы, которая применяется, например, в качестве корма.При культивировании микроорганиз-мов на основе жидких углеводородовобразуются иэ применяемых углеводороов, питательного раствора, микроорганизмов и прилипших пузырьков воздуха конгломераты, которые в общем называются хлопьями. Эти хлопья имеютменьшую плотность, чем окружающаяих питательная среда. Таким образом,если не пройдет диспергирование, ониконцентрируются в верхней части Ферментера, Наиболее значительным свойством этих хлопьев является стабиль" 2ность. Высокая загрузочная мощность в ферментерах незначительно влияет на структуру этих хлопьев.Важной причиной стабильности х пьев 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 ккультивированию 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 1 о питательной среды ( этиленоксид-пропиленоксид-аддукт ) или 0,1 г на кг разделяемой питательной среды, предварительно концентрированной путем процесса отстаивания. После добавле ния второго поверхностно-активного вещества путем центрибугирования получают водную суспензию микроорганизмов и эмульсию (водно-масляную эмульсию), содержащую непрореагированные 2 О углеводороды.По другому известному способу (ИР С 120/197 822) 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 еще следуюцую часть специального поверхностно-активного вещества (минимум 0,1 г/кг питательной среды).Затем минимум через 30 мин получа" ют три слоя. Нижний слой содержит микроорганизмы, водный питательный раствор и жидкие углеводороды (прибли. зительно 1-3 вес.3), средний слой - водный питательный раствор. Верхний слой - водно-масляная эмульсия (приблизительно 60 вес, ч. масла и 10 вес. ч. воды),45Полученные 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 поверх" ностно-,активного вещества.Так, известен способ (выкладноеописание изобретения к неакцептован" ной заявке ДАРГ 2 0 ч 5 991), согласно которому для оцист ки ми кроор гани змов применяют жидкие углеводороды с т.кип.30-200 ОС в комбинации с поверхностно-активнь 1 м веществомпреимущественно этиленоксид-аддукт),Полученная после перемешивания компонентов эмульсия разлагается снова на компоненты центробежными 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 Й 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 г/кг 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(ЯР 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 Юэкономическим затратам.Описанный в выкладном описанииизобретения к неакцептованной заявке. ФРГ 2 Об 991 способ для дальнейшейочистки микроорганизмов имеет тот .не-достаток, что для разделения вновьобразованной эмульсии из-за прибавления иидких углеводородов с т.к. 30200 фС к суспензии микроорганизмовнеобходимы центробежные силы, т.е. фсепараторы, Применение сепараторов,особенно в присутствии низкокипящихуглеводородов 1,защита от взрыва ), приводит к лишним экономическим затратам, 20Найдено, что путем комбинированного добавления двух поверхностно-ак-.тивных веществ А и В в стадии культивирования очистки возможно разделениежидких углеводородов без образования 2 фэмульсии,поверхностно-активное вещество Аарактернзуется следующим образом:2 1 3Р ЗОД А С1В . Вгде Й " алифатический углеводородс длиной цепи СВ-Со,3А - атомные группы следующего состава отдельно или в комбинации) ВРС1 У,. Имеются 2 или 3 группировки в углеводороде Р А, В и С, причем вполоиениях 2, 3 и 1, 3С . СР или Р А-ВА-В А"ВПоверхностно-активное вещество В характеризуется следующим образом; поверхностно-активное вещество В- лигнинсульфоновая кислота образуется как побочный продукт при получении целлюлозы по сульфитному методу, молекулярный вес 500-20000.Поверхностно-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 0,9-095 распадается без дополнительных мер илипосле дальнейшей дозировки минимум 0,1 гсмеси иэ А и В на 1 кг содержимогоферментера через 30 мин на компоненты.3Получают три слоя. Верхний слой состоит из.прибавленных в стадии культивирования углеводородов, содержание воды меньше 2 .вес,Й; средний слойсостоит из водного питательного раствора; нижний слой содержит микроорганизмы 4-7 вес.3, водный питательныйраствор и углеводородов 1-3 вес.Ф . С =0 - 0 1.-йН- С -МН-; - С- й Н-й =СН - 1- СН.-) Х =1 ЬВп 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 -050НРО, 3 СООСпециФическое поверхностно-активное вещество характеризуют следующие структуры:. 18 61. Имеется только одна группировка А, В в углеводороде Рв положении 1 или 2 Р-А-В11. Имеются две группировки А,Вв углеводороде Р в положении 1,2или 2, 3 А-ВРА-ВП 1 Имеются две группировки В иС в углеводороде Р в положении 1, 2или 2Верхний слой направляют на стадию регенерации, в то время как средний слой загружают дпя нового использования нераэложенных солей и поверхностно-активных веществ А и В в стадию культивирования, 969718Из нижнего слоя микроорганизмы известным способом концентрируются при" близительно до 10-20 вес,3 и направляются на стадию очистки, Для этой цели к сконцентрированной суспензии микро 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 вес.3; средний слой состоит. из водного питательного раствора; нижний слой содержит микроорганизмы. Путем повышения рН до 6-10 ускоряется 20 образование слоев.После многократного повторения этого способа получают очищеннуюбиомассу 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 эмульсию в сосуд, на дне которого находится 33 устройство пропускания газа, добавляют минимально 0,1 г смеси из А и В на 1 кг эмульсии, устанавливают значение рН 6-10 и пропускают через эмульсию 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- З 0ния одного за другим нескольких таких сосудов процесс можно сделать непрерывным,В обоих вариантах для полного разложения эмульсии на ее компоненты ра-боты проводятся при комнатной температуре Т = 10 ОС 1, Замечено однако, чтопрвышением температуры можно ускорить отделение углеводородов при применении представленной смеси поверхностно- активных веществ и одновременно можно редуцировать ввод вспомогательного вещества. Если повысить температуру до 80 дГ, можно снизить ввод вспомогательного вещества минимум до 0,05 г/кг эмульсииП р и м е р 1, В Ферментере с мешалкой непрерывно выращиваются дрожжи. типа Сапд 1 да т 1 ц 1111 егцопд 11 на основе жидких углеводородов в аэробном куль" тивировании, при этом питательная сре" да, кроме обычных питательных солей, содержит 20 вес.3 дизельного топлива, Температура 33 С, рН ,2. В питательную среду вводят 1,5 г смеси поверхностно-активных веществ - мерзолуретансахарозы и лигнинсульфоновой кислоты, в соотношении 20;1 на 1 кг питательной среды.Выгруженная из Ферментера после 1-часовой выдержки питательная среда плотностью 0,92 распадается через 1ч 0 мин на три слоя. Верхний слой со" стоит 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.З. Из нижнего слоя цент. риФугированием отделяют дрожжевые клетки и сушат в сушильном шкаФу при 1050. Содержание углеводородов в сухой дрожжевой массе 1,8 вес.В:П р и м е р 2. В содержимое Ферментера следующего состава, вес.4: дизельное топливо 30; дрожжи типа Сапд 1 да 9 ц 1111 егиопс 111 2,5; раствор питательной соли 57,5,температуры 32 ОС и рН 1,5 добавляют дополнительно к добавленной при культивировании 11 г/кг питательной среды ) смесь из мерзолуретансахарозы и лигнинсульФоновой кислоты при соотношении 20:количестве 0,60 г на 1 кг содержиого шерментера 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 слой- дрожжевые клетки 4 вес.3, дизельноетопливо 1,74. Из нижнего слой отделяют центриФугиррванием дрожжевые клетки и сушат в сушильном шкаФу при 105 ОС. Содержание углеводородов в сухой дрожжевоймассе 1,3 вес,.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 формулы2 1 3 щй1 1АА СВ Вгде Й - алифатический углеводород с длинои цепи Се-С,А - атомные группы следующего со става (отдельно или в комбинации): С=О; - 502- , - 60-, - 4 Й- - О - ;СН - СН - 0- - С -ЙЙ -Й =СН2 2"50 , -50,1, -НРО , -СОО ,1,2,3 - положения атомных групп вуглеводороде Й,примем поверхностно"активное веществоА характеризуют следующие положения;1. й -Л-ВА и В.в углеводороде к в положении1 или 21 Х. -А-ВА-ВА и В в углеводороде Й в положении 1,2 или 2 31 П,В и С в углеводороде Р в положении 1,2 или 2,3а Сй или Я - А" ВА"В -. А-ВЛ, В и С в углеводороде й в положении 2, 3 или 1, 3 или А, В в положении 1,2 или 2, 3 и С в положении 1или 3,преимущественно мерэолуретансахароэы, и вещества О - лигнинсульоновой кислоты. П р и м е р 3. К 300 мл 10 вес.3- ной суспенэии дрожжей, которую получают путем дальнейшего концентрирования нижнего слоя по примеру 2, прибавляют 700 мл бензина и хорошо пере- з мешивают. Затем к вновь образовавшейся эмульсии примешивают 0,5 г/кг эмульсии смеси из мерзолуретансахарозы и лигнинсульфоновой кислоты в соотношении 10:2 и устанавливают с помо 46 щью аммиака рН 8,5. Через 30 мин получают 3 слоя: верхний - бензин, содержание воды 0,5 вес.; средний- раствор питательной соли; нижний - дрожжевые клетки, ИПроцесс повторяют пять раз. Дрожжевые клетки сушат в сушильном шкафу, при 1050 С, Содержание углеводородов в сухой дрожжевой массе .0,04 вес,3.29И р и м е р 4. К 300 мл 10 вес.Ж- ной 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 45 С. К вновь образовавшейся эмульсии затем примешиваот 0,05 г смеси из мерзолуретан" сахарозы и лигнинсульфоновой кислоты в соотношении. 10:1 на 1 кг эмульсии, зе После 30 мин получают три слоя такие -же, как в примере 3. Процесс повторяют пять раз. Затем дрожжевые клетки сушат в сушильном шкафу при 1050 С, Содержание углеводородов в сухой дрож жевой массе 0,02 вес.3. П р и м е р 5. В содержимое ферментера следующего состава, вес,4;дизельное .топливо 30; дрожжевые клет,ки типа Сапд 1 М 2,5; раствор питательной соли 55,7, температуры 33 оС 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 шерментера 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. 10формула изобретения969718 112. Способ по и. 1, о т л и ч а ю" щ и й с я тем, что соотношения компонентов в смеси поверхностно-активных веществ А и В варьируют от 20:1 до, 1:2. В3. Способ по пп. 1 и 2, о т л ич а о щ и й с я темчто смесь дозируется в концентрации минимум 0,05 г/ /кг эмульсии.4. Способ по и. 1, о т л и ч а ю ф щ и й с я тем, что через эмульсию микроорганизмов после добавления сме" си поверхностно-активных веществ и из" менения значения рН на 6"10 пропуска"ют газ. % 125. Способ по пн. 1 н 4, о т л и ч а о щ и й с я 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 чаю щ и й с я тем, что разделение углеводородов осуществляют при температуре 10-80 оС. 1Признано изобретением по результатам экспертизы, осуществленной Ведомствои по изобретательству Германской Демократической Республики.Составитель И. ЛаринаРедактор В. Фролова Техреду Ж.Кастелевич Корректор И.КостаЗаказ 8314/27 Тираж 505 ПодписноеВНИИПП Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035 Иосква И"35 Раушская наб. д. 4/53 3"3у.д. 5Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4