AT376698B

AT376698B - Verfahren zur herstellung von fermentativ herstellbaren chemierohstoffen

Info

Publication number: AT376698B
Application number: AT0207283A
Authority: AT
Inventors: Manfred Dipl Ing Frenzl; Brigitte Bartl
Original assignee: Waagner Biro Ag
Priority date: 1983-06-07
Filing date: 1983-06-07
Publication date: 1984-12-27
Also published as: ATA207283A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von fermentativ herstellbaren Chemierohstoffen, insbesondere von höheren Alkoholverbindungen wie z. B. 2, 3-Butandiol, aus im Wasser aufgeschlämmten cellulose- oder xylanhältigen Substanzen wie z. B. Vorklärschlamm aus kommunalem Abwasser, wobei die Aufschlämmung insbesondere durch Flotation eingedickt wird.

Es ist bekannt, Vorklärschlamm in Abwasseranlagen herzustellen und den anfallenden Überschussschlamm entweder zu verbrennen oder in Faultürmen zu hygienisieren. Beide Verfahren sind kostenaufwendig, da kein hochwertiges Produkt anfällt. Es ist ferner bekannt, dass höhere Alkoholverbindungen wie z. B. Butandiol als Grundstoff für die chemische Industrie benötigt werden und infolge des grossen Bedarfes zum grössten Teil synthetisch hergestellt werden. Es ist ferner bekannt, dass bei der Vergärung von Kohlehydraten neben Alkohol auch 2, 3-Butandiol hergestellt werden kann, wobei je nach Gärungserreger das Butandiol in der 1-, d- oder meso-Form anfällt.

Das 2, 3-Butandiol zeichnet sich von den andern Butandiolen durch den relativ niedrigen Siedepunkt von 179 bis 182OC, je nach Erscheinungsform, aus. Die chemische Formel ist CHg-CHOH-CHOH-CHg.

Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gestellt, aus einem problematischen Abfallprodukt einen wichtigen chemischen Rohstoff herzustellen, so dass die Verfahrenskosten durch die Verkaufskosten des Rohstoffes gedeckt werden können.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die auf 3 bis 10% TS eingedickten Substanzen, wie z. B. Vorklärschlamm, durch Zugabe einer Säure angesäuert und bei erhöhtem Druck und Temperatur unter ständiger Bewegung hydrolysiert werden, und dass das Hydrolysat durch Zugabe einer Lauge wie z. B. Ca (OH) 2 oder Mg (OH) 2 neutralisiert und mit einem Polysaccharid spaltenden Enzym versetzt bei 40 bis 70, vorzugsweise 60 C, längstens 24, vorzugsweise 18 h, gelagert und nach Abtrennung der Feststoffe mit Hilfe von Bakterien zu einer Alkohollösung vergoren wird, aus welcher Lösung der Alkohol gewonnen und die Schlempe abgeführt wird.

Wesentliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird an Hand der Fig. l und 2 eines Beispiels nachstehend erläutert. Fig. l zeigt in einem Blockschaubild die Verfahrensweise und Fig. 2 in einem Diagramm die Veränderung der beteiligten Substanzen im Gärbehälter über der Zeit eingetragen.

In Fig. l wird von einem von Sand und Schwimmstoffen gereinigten kommunalen Abwasser-lausgegangen, aus welchem nach Vorbehandlung mit Flockungshilfsmitteln und einer PH-Wert-Einstellung von 5 bis 9, vorzugsweise 6, 5, in einem Flotationsbehälter --2-- die Abtrennung der suspendierten Feststoffe durchgeführt wird, wobei das vorbehandelte Abwasser gemäss strichpunktierter Linie --3-- einer nicht dargestellten weiteren Abwasserreinigung zugeführt wird. Der anfallende Vorklärschlamm mit einer Trockensubstanz von 3 bis 10% wird mit Mineralsäure, vorzugsweise Schwefelsäure, gemäss Pfeil 4 auf einen PH-Wert von 0, 5 bis 3, vorzugsweise 2, gebracht, mittels einer Pumpe mit erhöhtem Druck in einen Rohrreaktor --6-- eingebracht, in dem die Wände abgekratzt werden.

Durch Wärmezufuhr wird der Klärschlamm auf eine Reaktionstemperatur von
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Pfeil 12 abgeführt und einer Entsorgung zugeführt. Das Hydrolysat wird nun weiter mit Ionenaustauschern gereinigt und einem Gärbehälter --10-- zugeführt, in welchem es mit Bakterien der Familien Bacillaceae oder Enterobacteriaceae, vorzugsweise Klebsiella sp., in Berührung gebracht
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3-Butandiol5, 4, sowie in einem Behälter, um Verschmutzung der Maische zu vermeiden. Die Gärung benötigt zur vollständigen Vergärung etwa 3 bis 5 Tage, wobei zwischen 1 bis 10 1/h Luft bläschenförmig durch die gärende Maische geleitet wird. Die verwendeten Bakterien werden vor ihrer Verwendung an einem Ionenaustauscher immobilisiert, so dass sie für die nachfolgende Gärung erhalten bleiben.

Die vergorene Maische wird nun einer Extraktionskolonne --13-- zugeführt, bei der das Butandiol

gemäss Pfeil 14 und die entstehende Schlempe gemäss Pfeil 15 abgeführt wird. Die Schlempe kann ohne grössere Schwierigkeiten mit dem vorgereinigten Abwasser gemäss Pfeil 3 vereinigt werden.

In Fig. 2 ist in Diagrammform ein Gärversuch mit hydrolysiertem Vorklärschlamm, beinhaltend 100 g/l Xylose, 3, 6 g/l Harnstoff, 1, 44 g/l KH PO, 0, 43 g/l Mg (SO), sowie 0, 5 g/l NaCl und 0,5 g/l Natriumsulfat einschliesslich weiterer Spurenelemente dargestellt. Für den Gärversuch wurden Bakterien der Familie Enterobacteriaceae, die auf Xylose vorgezogen wurden, verwendet. Die Kurve --19-- zeigt die Abnahme des Xylosegehaltes gegenüber der Gärzeit, die Kurve --18-- zeigt den Xylosegehalt. Dies entspricht der Gleichgewichtsbedingung bei dieser Säurekonzentration. Die Kurve --17-- zeigt den Anstieg des Butandiolgehaltes, wobei festgestellt wurde, dass nach dem vierten Tag praktisch kein weiterer Anstieg zu verzeichnen war.

Der Vollständigkeit
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4 g/l Xylose und 2 g/l Xylulose.

Ausführungsbeispiel : 2 1 Vorklärschlamm mit 10% Feststoffgehalt wurde mit Phosphorsäure
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gereinigt und die Flüssigkeit mit Klebsiella sp. versetzt sowie gären gelassen. Nach 4 Tagen enthielt die Flüssigkeit unter anderem 35 g 2, 3-Butandiol und 6 g Äthanol und 2 g Unvergorenes.

In einem zweiten Versuch wurde dieselbe Menge Vorklärschlamm nach dem genannten Beispiel hydrolysiert und das Hydrolysat mit Clostridium sp. versetzt. Nach 6 Tagen wurde der Versuch abgebrochen und die Flüssigkeit enthielt 24 g Butanol, 14 g Aceton und 10 g Äthanol.

In einem dritten Versuch wurde gleichfalls dieselbe Menge Vorklärschlamm nach dem genannten Beispiel hydrolysiert und das Hydrolysat mit Lactobacillus sp. versetzt. Nach 3 Tagen wurde der Versuch abgebrochen und die Flüssigkeit enthielt 52 g Milchsäure.

Bei Kontrollversuchen zeigte sich, dass durch Änderungen der Hydrolysebedingungen und/oder des Polysaccarid spaltenden Enzyms lediglich die Ausbeute, aber nicht der erzeugte Alkohol bzw. der Chemierohstoff beeinflusst wurde. Die Versuche zeigten gegenüber dem Vorklärschlamm eine Abnahme des BSBs um etwa 50% nach Abscheidung des Chemierohstoffes, so dass das Gewinnungsverfahren auch als Reinigung zu betrachten ist.

PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von fermentativ herstellbaren Chemierohstoffen, insbesondere
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24, vorzugsweise 18 h, gelagert und nach Abtrennung der Feststoffe mit Hilfe von Bakterien zu einer Alkohollösung vergoren wird, aus welcher Lösung der Alkohol gewonnen und die Schlempe abgeführt wird.

Claims

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die eingedickten Substanzen mit Schwefelsäure angesäuert und auf einen pH-Wert von 0, 5 bis 3, vorzugsweise 2, eingestellt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die eingedickten angesäuerten Substanzen bei 100 bis 150, vorzugsweise 134 C, während 5 bis 60, vorzugsweise 20 min, hydrolysiert werden. <Desc/Clms Page number 3>

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergärung der hydrolysierten Flüssigkeit zwischen 30 und 40, vorzugsweise 35 C, während 1 bis 5, vorzugsweise 4 Tagen, durchgeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der höhere Alkohol aus der vergorenen Maische extrahiert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Bakterien aus den Familien Bacillaceae oder Enterobacteriaceae, vorzugsweise Klebsiella sp., eingesetzt werden, und als Alkohol 2, 3-Butandiol gewonnen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Enzym Cellulase eingesetzt wird, und die Nachhydrolyse bei PH 4 bis 6, 5, vorzugsweise 5, abläuft. EMI3.1