СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ И КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ МИКРОБИАЛЬНОЙ БЕЛКОВОЙ МАССЫ И ФЛОТАЦИОННЫЙ АППАРАТ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК C12N1/02 C12M1/09 

Изобретение относится к сельскому и коммунальному хозяйствам и преимущественно предназначается к использованию для получения протеиновитаминного кормового концентрата, содержащего в основном микробиальную белковую массу, выделяемую и концентриpуемую из анаэробно сброшенных навозных, пометных и им подобным сточным водам животноводческих и птицеводческих ферм и населенных пунктов с повышенным содержанием растворенных в них солей тяжелых металлов.

Известен способ выделения с сгущения микробной биомассы кормовых дрожжей двухступенчатой флотацией, согласно которому перед второй ступенью флотации пенный продукт разбавляют раствором жидкого стекла при температуре 50^o-60^oС, достигая при этом всего лишь 6,5-кратную степень сгущения (авт. свид. N 783340, кл. C 12 N 1/02 1978).

Известный способ не может быть рационально использован для выделения и концентрирования микробиальной белковой массы из анаэробно сброженных навозных и пометных стоков, т. к. он не обеспечивает степень сгущения, необходимую для эффективной сушки с наименьшей затратой энергии, а используемый раствор жидкого стекла необходимо затем удалить из продукта.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемому результату к заявляемому, является способ двухступенчатой флотации по выделению и концентрированию дрожжевых микроорганизмов из пенной дрожжевой суспензии с содержанием до 50% газа. согласно которому на второй ступени флотации вводят в флотируемую массу топочные газы с температурой 300^o-500^oС при их расходе 3-5 объема более объема флотируемой массы. (авт. свид. СССР N 1674560, кл. C 12 N 1/02 1988).

Однако этот способ не обеспечивает при вспенивании флотируемой суспензии отделение из нее растворенных в ней солей тяжелых металлов, стекающих с осушаемой пены обратно во флотационную камеру, насыщая тем самым флотируемый субстрат солями тяжелых металлов.

Задача, на решение которой направлено данное изобретение, состоит в повышении эффективности и концентрации микробиальной белковой массы из анаэробно сброженных навозных и пометных стоков. Технический результат по данному изобретению состоит в обеспечении выполнения флотационного приема получения более высококачественной с наименьшим содержанием солей тяжелых металлов и наиболее концентрированной белковой массы из анаэробно сброженных органических отходов.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в способе выделения и концентрирования микробиальной белковой массы из анаробно сброженных навозных, пометных стоков, включающем двухступенчатую флотацию с распылением флотируемой суспензии на первой стадии и с ее аэрированием на второй ступени, из анаэробно сброженных стоков центрифугированием или аналогичным методом выделяют жидкую фазу-суспензию, которую перед первой ступенью флотирования насыщают воздухом или газом в объеме более 50% объема суспензии, распыляют и далее белковую массу концентрируют с одновременным выделением из нее солей тяжелых металлов, кроме того, образующуюся одновременно в обеих ступенях флотации пену, содержащую микробиальную белковую массу, выводят под разрежением, при этом способ осуществляют в две или более ступеней до требуемой концентрации суспензии, обеспечивающей в последующем ее эффективную сушку.

Отличительные признаки данного изобретения дают следующий технический результат:
1. Насыщение воздухом или газом жидкой фазы перед флотированием в объеме более 50% объема жидкой фазы, с дальнейшем ее распылением обеспечивает более полное выделение микробиальной массы из жидкой среды.

2. Концентрирование белковой массы с одновременным выделением из нее солей тяжелых металлов позволяет значительно снизить содержание солей тяжелых металлов в продукте.

3. Одновременный вывод образующейся при двухстадиной флотации пены под разрежением дает более полную концентрацию микробиальной массы и уменьшает ее влажность.

4. Проведение процесса в несколько стадий позволяет достигнуть нужную концентрацию суспензии, обеспечить ее эффективную сушку.

Способ осуществляется следующим образом.

Исходный продукт, преимущественно состоящий из анаэробно сброженных органических отходов (навоз. помет и т. д.) разделяют например центрифугированием на твердую и жидкую фазы, последнюю из которых насыщают воздухом в объеме более 50 объема жидкой фазы, распыляют и далее концентрируют с выделением растворов солей тяжелых металлов, а отделившийся концентрат выводят под разрежением, при этом часть распыленной жидкой фазы из второй ступени флотации также насыщают воздухом или газом с отделением белкового концентрата в виде пены и выделением из нее солей тяжелых металлов. одновременно с пеной первой ступени флотации. В результате реализации способа в получаемой микробиальной биомассе, сконцентрированной в виде пены и далее осажденной в жидкость меньшей влажности на 25-30% и более снижается содержание солей тяжелых металлов при однократной флотации и на 45-55% после второй ступени по сравнению с их содержанием в исходной суспензии.

Поступающая на флотацию жидкая фаза анаэробно сброженных органических отходов (навоз. помет. солома, ботва и стебли различных растений, подгнившие и поврежденные плоды и т. п.) сгущается при одностадийном флотировании в 3-4 раза с доведением количества сухих веществ в концентрате до 10-10,5% а после второй ступени флотации количество сухого вещества в сконцентрированной микробиальной биомассе достигает 18-19,5% что существенно сокращает расход энергии на ее последующую сушку.

Для осуществления данного способа предлагается флотационный аппарат.

Известно устройство для пенной флотации, согласно которому рециркулируемую часть флотируемой водной минеральной пульпы дополнительного аэрируют, тогда как свежую, поступающую на флотацию суспензию, вводят в флотатор без какой-либо обработки. Устройство при этом выполнено так, что лишь в магистраль рециркуляционнофлотируемой водной минеральной пульпы встроен напорный воздуховод, воздухом из которого обеспечивается вспенивание невсплывающей самостоятельно фракции пульпы и через сливной порог вверху флотатора обе состава пены из самостоятельно всплывающей и побужденной воздухом невсплывающей фракций из флотатора удаляется (патент США B 4472271, кл. B 03 D 1/14, 1984). Это устройство не может быть использовано для выделения и концентрирования микробиальной белковой массы из анаэробно сброженных навозных и пометных стоков, т. е. при его использовании не обеспечивается не только отделение растворенных солей тяжелых металлов из пены, но и минеральных включений, которые имеются в стоках.

Известен аппарат для выделения и концентрирования микроорганизмов из культуральной жидкости, снабженный в верхней части обечайкой с закрепленными внутри ее витками шнека, по которым перемещается выделяемая в виде пены и концентрируемая при этом микробильная масса, поступаемая в размещенный сверху обечайки пеногаситель (авт. свид. СССР N 644826, кл. C 12 N 1/10 1975). Этот аппарат наиболее близок к заявляемому по достигаемому результаты и техническому выполнению. Однако недостатком известного аппарата является как отсутствие каких-либо устройств для отведения стекаемой с витков шнека, образуемой при концентрируемой осушке пены жидкости, содержащей растворенные соли тяжелых металлов, так и отсутствие средств для аэрирования вводимой в аппарат культурной жидкости (суспензии) и эффективного отсоса и осаждения пены.

Задача, на решение которой направлено данное изобретение по реализации вышепредложенного способа, состоит в повышении эффективности выделения и концентрации микробиальной белковой массы из анаэробно сброженных навозных и пометных стоков, снижение содержания солей тяжелых металлов в продукте.

Технический результат данного изобретения обеспечивает увеличение степени отделения растворов солей тяжелых металлов и увеличение концентрации микробиальной белковой массы.

Сущность изобретения состоит в том, что во флотационном аппарате для осуществления вышеупомянутого способа, включающем патрубок для подвода и распыления суспензии, верхнюю обечайку с закрепленными в ней витками шнека, пеногаситель и эжекционные аэраторы на нижней обечайке, на патрубке ввода суспензии в аппарат установлен эжекционный аэратор, а на витках шнека и под его нижним концом выполнены приемники стекающей с витков шнека жидкости, снабженные патрубками с гидрозатворами отвода жидкости из верхней обечайки аппарата, при этом сверху обечайки касательно по направлению и в продолжении витка шнека, установлен патрубок отвода пены, под которым выполнен сообщающийся с полостью патрубка пеногаситель, кроме того, пеногаситель выполнен из эжектора с циклоном, над которым установлен уловитель остатков пены с дренажной трубкой, соединенной с патрубком отвода жидкости из циклона.

Отличительными признаками и преимуществом данного аппарата является следующее:
1. Установка на патрубке ввода суспензии в аппарат эжекционного аэратора позволяет насыщать жидкость воздухом на I ступени флотации, что приводит к увеличению микробиальной массы в пене и ее более полному в последующем концентрированию.

2. Установка на витках шнека под его нижним концом приемников стекающей с витков шнека жидкости, снабженных патрубками с гидрозатворами отвода жидкости из верхней обечайки аппарата, позволяет вывести из аппарата растворы солей тяжелых металлов без их стекания в нижнюю обечайку и повторного флотирования.

3. Установка патрубка отвода пены, под которым установлен пеногаситель сверху обечайки, касательно по направлению и в продолжении витка шнека, приводит к выводу концентрата при меньшем сопротивлении, что в свою очередь ведет к снижению энергозатрат при транспортировании концентрата.

4. Выполнение пеногасителя из эжектора с циклоном, над которым установлен уловитель остатков пены с дренажной трубкой, соединенной с патрубком отвода жидкости из циклона, дает возможность снизить энергозатраты и более полно сформировать из пены жидкость (т. е. удалить воздух из пены). Установка уплотнителя остатков пены позволяет более полно осушить выходящий воздух, а жидкость ввести в концентрат.

На фиг. 1 схематично в разрезе изображен флотационный аппарат для выделения и концентрирования микробиальной белковой массы из жидкой фазы (суспензии) анаэробно сброженных стоков, выполненный согласно изобретению; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 и 4 разрезы Б-Б и В-В на фиг. 1.

Корпус флотационного аппарата имеет две обечайки:
нижнюю обечайку 1, в которую вмонтированы эжекционный аэратор 2, сообщающийся через насос 3 с патрубком 4 отбора рециркулируемой жидкости, патрубок 5 опорожнения, гидрозатвор 6 вывода осветленного субстрата 6 и патрубок ввода субстрата с кольцевым перфорированным pаспылителем 7, с внешней стороны которого укреплен эжекционный аэратор 8;
верхнюю обечайку 9 с закрепленным внутри шнеком 10, на витках которого и под ним выполнены приемники 11 стекающей жидкости с присоединенными к ним гидрозатворами 12. Сверху обечайка 9 имеет касательно и в продолжении витка шнека 10 патрубок 13 отвода пены, под которым выполнен пеногаситель, состоящий из эжектора 14, циклона 15 и уловителя 16 остатков пены, имеющего дренажную трубку 17, соединенную с патрубком 18 отвода жидкого концентрата из циклона 15.

Осуществление способа во флотационном аппарате производят следующим образом.

Анаэробно сброженные навозные, пометные и им подобные стоки центрифугированием, сепарированием, фильтрацией, пропуском через гидроциклон и т. п. методами разделяют на твердую и жидкую (суспензию) фазы, в последней из которых содержится наибольшее количество микробиальной белковой массы в сочетании с растворенными в ней солями тяжелых металлов. Выделенную из анаэробно сброженных стоков суспензию насосом подают на флотирование, где ее перед вводом в флотационный аппарат (фиг. 1) насыщают воздухом или газом в объеме более 50% объема суспензии. Аэрирование суспнензии производят в установленном на вводном патрубке с кольцевым распылителем 7 эжекционном аэраторе 8. Выходящая под давлением из кольцевого перфорированного распылителя в виде вверх направленного факела пена, с неполностью вспененными струями жидкости, частично над распылителем расслаивается, жидкость стекает вниз в обечайку 1, а более легкая пена засасывается далее в верхнюю обечайку 9 и по ее шнеку 10 поднимается вверх.

Попавшая в нижнюю обечайку 1 из струй жидкость затем аэрируется в эжекционном аэраторе 2, куда она насосом 3 поступает из патрубка 4 рециркулируемой жидкости. Образуемая из рециркулируемой в нижней обечайки 1 жидкости пена также поступает в верхнюю обечайку 9 и совместно с пеной из распылителя 7 по виткам шнека 10 поднимается вверх в патрубок 13 отвода пены.

При подъеме пены по виткам шнека 10 она частично осушается (концентрируется), а стекаемую в нее при этом жидкость, содержащую растворенные в ней соли тяжелых металлов, собирают на витках шнека и под нижним его концом в приемники 11, снабженные гидрозатворами 12, через которые выводят из флотационного аппарата.

Осветленную рециркулируемую суспензию выводят из нижней обечайки 1 через гидрозатвор 6.

Поднятую по виткам шнека 10 пену выводят из обечайки 9 под разрежением по патрубку 13 в пеногаситель, состоящий из эжектора 14, циклона 15 и уловителя 16 остатков пены. В циклоне 15 пену осаждают, а воздух с ее остатками выводят в уловитель 16, где остатки пены осаждаются в жидкость, которую по дренажной трубке 17 вливают в патрубок 18 отвода жидкости (концентрата), выходящей из циклона 15.

Выполнение второй ступени способа осуществляют одним флотационным аппаратом повторно при использовании промежуточной накопительной емкости концентрата первой ступени флотации или последовательно работающими двумя флотационными аппаратами, Аналогично осуществляют и последующие ступени сгущения концентрата биомассы для обеспечения наиболее эффективной ее сушки.

Выведение из флотируемой суспензии согласно изобретению жидкости с растворенными в ней солями тяжелых металлов, используемую в качестве жидкого удобрения, обеспечивает повышение качества готового продукта, который является в пастообразном или в высушенном сыпучем состоянии протеино-витаминной добавкой к кормам животным и птице.

Использование: в сельском хозяйстве при получении протеиновитаминных кормовых концентратов. Сущность изобретения: из анаэробно сброженных органических отходов выделяют суспензию, насыщают ее воздухом или газом в объеме более 50% от объема суспензии. Проводят двухступенчатую флотацию с распылением суспензии на первой ступени и аэрированием на второй. Образуют пену, содержащую микробиальную белковую массу и жидкость, обогащенную солями тяжелых металлов, которую удаляют. Флотационный аппарат для выделения и концентрирования микробиальной белковой массы снабжен размещенными на витках шнека и под его нижним концом приемниками с патрубками и гидрозатворами для отвода из верхней обечайки жидкости, стекающей с витков шнека. Один из эжекционных аэраторов установлен на патрубке ввода суспензии в аппарат. 2 с. и 4 з. п. ф-лы, 4 ил.

1 1. Способ выделения и концентрирования микробиальной белковой массы, предусматривающий двухступенчатую флотацию с распылением культуральной жидкости на первой ступени и аэрированием на второй, образование пены, содержащей микробиальную белковую массу, и жидкости, обогащенной солями тяжелых металлов, гашение пены и выделение микробиального белкового концентрата, отличающийся тем, что в качестве культуральной жидкости используют анаэробно сброженные органические отходы, из которых перед флотацией выделяют суспензию, последнюю перед первой ступенью флотации насыщают воздухом или газом в объеме более 50% от объема суспензии, а после образования пены жидкость, обогащенную солями тяжелых металлов, удаляют.2 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что пену после ее образования выводят в пеногаситель под разряжением.2 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что процесс осуществляют многократно до требуемой концентрации микробиального белкового концентрата.2 4. Флотационный аппарат для выделения и концентрирования микробиальной белковой массы, содержащий патрубок для ввода и распыления суспензии, верхнюю обечайку с закрепленными в ней витками шнека, пеногаситель и эжекционные аэраторы, отличающийся тем, что он снабжен размещенными на витках шнека и под его нижним концом приемниками с патрубками и гидрозатворами для отвода из верхней обечайки жидкости, стекающей с витков шнека, а один из эжекционных аэраторов установлен на патрубке ввода суспензии в аппарат.2 5. Аппарат по п.4, отличающийся тем, что он снабжен установленным наверху обечайки касательно по направлению и в продолжение конца верхнего витка шнека патрубком для отвода пены, при этом пеногаситель установлен под патрубком и сообщается с его полостью.2 6. Аппарат по п.4 или 5, отличающийся тем, что он снабжен уловителем остатков пены с соединенной с патрубком отвода жидкости из циклона дренажной трубкой, причем уловитель остатков пены установлен над пеногасителем, выполненным в виде эжектора с циклоном.