Способ получения очищенной биомассы Советский патент 1982 года по МПК C12N1/26 

(5) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОЧИУ1ЕННОЙ 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.

При культивировании микроорганизмов на основе жидких углеводородов образуются из применяемых углеводородов, питательного раствора, микроорганизмов и прилипших пузырьков воздуха конгломераты, которые в общем называются хлопьями. Эти хлопья имеют меньиую плотность, чем окружающая их питательная среда. Таким образом, если не пройдет диспергирование, они концентрируются в верхней части ферментера. Наиболее значительным свойством этих хлопьев является стабиль2

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

Важной причиной стабильности хлопьев являются силы взаимодействия

5 между микроорганизмами и жидкими каплями углеводорода и относительно высокая доля газа хлопьев. Эта высокая доля газа обуславливает одновременно низкую плотность питательной среды

10 (плотность 0,5 до 0,6).

Разработан целый ряд способов разрушения структуры хлопьев.

Известен способ получения очищенной биомассы на основе жидких угле5 водородов, по которому комбинация двух поверхностно-активных веществ вводится в цикл через стадии процесса культивирования и разделения (описание изобретения, к экономическому

° патенту ГДР 1 nt 099К При этом одно поверхностно-активное вещество представляет собой этилен-оксид-пропипеноксид-аддукт, которое добавляется к культивированию и там влияет на увеличение выхода клеток на 50 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 питательной среды (этиленоксид-пропиленоксид-аддукт} или 0,1 г на кг разделяемой питательной среды, предварительно концентрированной путем процесса отстаивания. После добавления второго поверхностно-активного вещества путем центрифугирования получают водную суспензию микроорганиз мов и эмульсию (водно-масляную эмуль сию) , содержащую непрореагированные углеводороды. По другому известному способу (WP С 12D/197 822) достигается значи тельное разрушение структуры хлопьев уже в процессе .культивирования добав лением специального поверхностно-активного вещества, преимущественно мерзолуретан-сахарозы. Для этой цели прибавляют минимум 0,1 г этого повер ностно-активного вещества на 1 л питательного раствора. Для полного раз ложения питательной среды, которая имеет плотность 0,85-0,90, в заюточе ние стадии культивирования в нее вво дят еще следующую 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 (прибл зительно 1-3 вес.), средний слой- водный питательный раствор. Верхний слой - водно-масляная эмульсия (приблизительно 60 вес. ч. масла вес.ч воды). Полученные по этим двум способам микроорганизмы из-за прибавления в стадию культивирования жидких углево дородов загрязнены t-10 вес.%, счита на сухую массу микроорганизмов, так что необходима дальнейшая очистка. Дальнейшая очистка может быть осущес влена, например, жидкими углеводородами при одновременном влиянии повер ностно-.активного вещества. Так, известен способ (выкладное описание изобретения к неакцептованной заявке ОРГ 2 991), согласно которому для очистки микроорганизмов . применяют жидкие углеводороды с т.кип.30-200 0 в комбинации с поверхHocTHo-aKTHBHblM 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.% жидких углеводородов, введенных в стадии культивирования. Цель изобретения заключается в сокращении затрат технических средств и химических вспомогательных веществ для полного разло) 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. Метод 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 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 в.ещества 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 (WP С 12D/197 622) имеет недостаток, что после отделения жидких углеводоро.дов добавлением специального поверхностно-активного вещества, преимущественно мерзолуретансахарозы, углеводо роды образуются в виде эмульсии. Раз ложение водно-углеводородной эмульсии на компоненты требует стадии деэмульгирования, что приводит к лишни экономическим затратам. Описанный в выкладном описании изобретения к неакцептованной заявке ФРГ 2 Oi5 991 способ для дальнейшей очистки микроорганизмов имеет тот не достаток, что для разделения вновь образованной эмульсии из-за прибавле ния мидких углеводородов с т.к. 30200 0 к суспензии микроорганизмов необходимы центробежные силы, т.е. сепараторы. Применение сепараторов, особенно в присутствии низкокипящих углеводородов (защита от взрыва), пр водит к лишним экономическим затратам. ., Найдено, что путем комбинированного добавления двух поверхностно-ак тивных веществ А и В в стадии культи вирования очистки возможно разделени ,.«nv. моонс.сп жидких углеводородов без образования эмульсии. Поверхностно-активное вещество А арактеризуется следующим образом: 213 в .в где R - алифатический углеводород с длиной цепи Сл-Слд; А - атомные группы следующего со става отдельно или в комбинации) -502-;-s03--,-NH-;-o-; О -CHj-CH -0-.«, -C-NH0 о II ( -NH-C NH--;-c-NH-N CH-i -() 1,2,3 - положения атомных групп в углеводороде fi (2 и 3 - конечное поло : ение; 1 среднее положение); В - гидрЬксисоединение с минимум тремя ОН-группами, преимущественно .углевод; С - заряженные группы, например -$0з ; -50 ; -НРО ; -СОО. Спёцис)ичвское поверхностно-актив ное вещество характеризуют следуюо(ие структуры: I. Имеется только одна группировка А, В в углеводороде R в положении или 2 П. Имеются две группировки А,В в углеводороде R в положении 1,2 HI. Имеются две группировки В и С в углеводороде R в положении 1; 2 или 2, 3 В R 1У., Имеются 2 или 3 группировки в углеводороде R Л, В и С, причем в поло хениях 2, 3 и 1 , 3 Rили R -А-В А-В/ А-В Поверхностно-активное вещество В характеризуется следующим образом; поверхностно-активное вещество В у ф новая 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 из А и В на 1 кг питательной среды. Полученное при этих условиях содержимое ферментера, которое имеет плотность 0,9-0,95. рас падается без дополнительных мер или после дальнейшей дозировки минимум 0,1 г смеси из 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.; средний слой состоит из водного пи-ательного раствора; нижний слой содержит микроорга - ----,,- низмы t- вес., водный питательный раствор и углеводородов 1-3 вес., Верхний слой направляют на стадию регенерации, в то время как средний слой загружают для нового использования неразложенных солей и поверхностно-активных веществ А и В в стадию культивирования. Из нижнего слоя микроорганизмы из вестным способом концентрируются приблизительно до 10-20 весД и направля ются на стадию очистки. Для этой цели к сконцентрированной суспензии микро организмов прибавляют жидкие углевод роды, преимущественно бензин и смес перемешивают. В результате получают эмульсию, к которой добавляют .снова минимум 0,1 г смеси из Л и В на 1 кг эмульсии. Через 30 мин. получают три слоя. Верхний слой состоит из прибавленного для очистки х идкого углеводорода и содержит небольшую часть добавленных на стадии культивирования углеводородов, содержание воды меньие 2 йес.1; средний слой состоит из водного питательного раствора; нижний слой содер)хит микроорганизмы. Путем повышения рН до 6-10 ускоряетс образование слоев. После многократного повторения этого способа получают очищенную биомассу с содержанием углеводородов 0,05 оес.% или меньше. Найдеfio также, что при обработке эмульсйи, состоящей из жидких углеводородов, микроорганизмов и водного раствора питательной соли, газом она может (Зыть разделена на компоненты непрерывно после смещения значения рН в пределы 6-10 и добавления поверхно тно-активных веществ А и В. Для этой цели переводят эмульсию в сосуд, на дне которого находится устройство пропускания газа, добавляют минимально 0,1 г смеси из А и В на 1 кг эмульсии, устанавливают зна.чение рН 6-10 и пропускают через эмул 1сию 2-3 мин воздух, азот, кислород, водород, двуокись углерода или газообразный углеводород, или же смесь этих газов. После оседания пены получают два слоя: верхний, содержащий углеводороды, и нижний, содержащий микроорганизмы. Отделение верхнего слоя осуществляют или на основе различия плотностей известным методом |Или с помощью введенного газа в процессе флотации. Путем подключения одного за другим нескольких таких сосудов процесс можно сделать непрерывным. В обоих вариантах для полного разложения эмульсии на ее компоненты работы проводятся при комнатной темпера туре (т 10°С). Замечено однако, что првыиением температуры можно ускорить отделение углеводородов при применении представленной смеси поверхностноактивных веществ и одновременно можно редуцировать ввод вспомогательного вещества. Если повысить температуру до , можно снизить ввод вспомогательного вещества минимум до 0,05 г/кг эмульсии. Пример 1. В ферментере с мешалкой непрерывно выращиваются дрожжи, типе Candida qui11lernondii на основе жидких углеводородов в аэробном куль- . тивировании, при этом питательная среда, кроме обычных питательных солей, содержит 20 вес.% дизельного топлива. Температура 33°С, рН 1,2. 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 -часовой выдержки питательная среда плотностью 0,92 распадается через 0 мин на три слоя. Верхний слой состоит ИЗуглеводородов, содер)хание воды 1,2%; средний слой - раствор питательной соли; нижний слой содержит дрожжевые клетки 6 вес. и углеводоРОДЫ 2,5 вес.%. Из нижнего слоя центрифугированием отделяют дрож хевые клетки и сушат в сушильном шкафу при . Содер : ание углеводородов в сухой дрожжевой массе 1,8 вес Л: Пример 2. В содержимое ферментера следущего состава, вес.: дизельное топливо 30; типа Candida gui11iernondii 2,5; раствор питательной соли 57,5 ,температуры 32С и рН ,5 добавляют дополнительно к добавленной при культивировании г/кг питательной среды ) смесь из мерзолуретансахарозы и лигнинсульфоновой кислоты при соотношении 20:1 f количестве 0,60 г на 1 кг содержимого ферментера и хорошо перемешивают. После 30-минутной выдержки получают три слоя. Верхний слой состоит из дизельного топлива, содержание воды 0,9 вес.; средний слой - раствор питательной соли; нижний слой дрож : евые клетки 4 вес.%, дизельное топливо 1,7. Из нижнего спой отделяют центрифугированием дрожжевые клетки и сушат в сучильном шкафу при 105С. Содержание углеводородов в сухой дрожжевой массе 1j3 вес.. Пример 3. К 300 мл 10 весДной суспензии дрожжей, которую получают путем дальнейшего концентрирования нижнего слоя по примеру 2, прибавляют 700 мл бензина и хорошо перемешивают. Затем к вновь образовавшей ся эмульсии примешивают 0,5 г/кг эмульсии смеси из мерзслуретансахарозы и лигнинсульфоновой кислоты в соотношении 10:2 и устанавливают с помо щью аммиака рИ 8,5. Через 30 мин получают 3 слоя; верхний - бензин, содержание воды 0,5 вес.%; средний раствор питательной соли; нижний дрожкевые клетки. Процесс повторяют пять раз. Дрожжевьге клетки сушат в сушильном шкафу при 105°С. Содержание углеводородов в сухой дрожжевой массе 0,0 вес.. Пример Ц. К 300 мл 10 вес.ной суспензии дрожх(ей, которую полу чают путем дальнейшего концентрироад,ния нижнего слоя по примеру 2, прибавляют 700 мл бензина,хорошо перемешивают и нагревают до А5°С. К вновь образовавшейся эмульсии затем примешивают 0,05 г смеси из мерзолуретансахарозы и лигнинсульфоновой кислоты в соотношении 10:Y на 1 кг эмульсии, После 30 мин получают три слоя raiwe -же, как в примере 3. Процесс повторяют пять раз. Затем дрожжевые клетки сушат в сушильном шкафу при 105°С. Содержание углеводородов в сухой дpoж жевой массе 0,02 вес.%. : П р и м е р 5. В содержимое фер ментера следующего состава, оес.: дизельное .топливо 30; дрожжевые клет,ки типа Candide 2,5; раствор питате;1ь ной соли 55,7, температурь; 33°С и ipH ,2 прибавляют 0,3 г/кг содержимого ферментера смеси из мерэолуретанрафИ1ЮЗЫ и лигнинсульфоновой кислоты В tсоотношении 10:2 и устанавливают аммиаком рН 8,0.Затем через содержимое ферментора пропускают воздух с помощью уст ,ройствадля 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 декантацией и затем дрожжевые клетки сушат в сушильном шкафу при 105С. Содержание углеводорода в сухой дрожжевой массе 1,2 вес.%. 9 . 810 Формула изобретения 1. Способ получения очмценНой биомассы на основе жидких углеводородов путем культивирования, разделения и последующей очистки биомассы неполярными углеводорода км в присутствии поверхностно-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 21} «R II« ЛАС JI ВВ Где R - алифатический углеводород с длиной цепи А - атомные группы следующего со става (отдельно или в комбинации): ;C Oi-SO - -,-SOj-i -МИ--, -О -; О ,|,-0-; -C-NH -N СН ; П ()х « -C-NH; N«-C-NH-; В - гидроксисоединение с минимум тремя ОН-группами, преимущественно углепод; С - заряженные группы, например -sn 1-504 ; -НРО ; 1,2,3 положения атомных групп в углецодороде R, причем поверхностно-активное вещество А характеризуют следующие положения: I.R -А-В А и В в углеводороде R в положении 1или 2 II. А-В --А-В А и В в углеводороде R в положении 1, 2или 2,3 III. в и с в углеводороде R в положении 1, 2 или 2,3 IY. R или R -А-В А, 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 мерзолуретансахарозы, и вещества В - лигнинсульфоновой кислоты.

. Способ по п. 1, о т л и ч а ю- 10 щ и и с я тем, что через эмульсию микроорганизг/юв после добавления смеси поверхностно-активных веществ и изменения значения рН на б-Ю пропуска-/ ют газ.15

f.i.

6,Способ по пп. 1-5, о т л и чаю щ и и с я тем, что разделение углеводородов осуществляют при температуре И1-80°С.

Признано изобретением по результатам экспертизы, осуществленной Ведомством по изобретательству Германской Демократической Республики.