CN111328342B - 用于在去除前浓缩悬浮的固体的系统和方法 - Google Patents
用于在去除前浓缩悬浮的固体的系统和方法 Download PDFInfo
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Abstract
利用过滤装置从液流浓缩和去除悬浮的固体而将液流分离成渗透物流和保留物流的系统和方法，所述保留物流相比液流或所述渗透物流具有更高浓度的颗粒，并将所述保留物流供应给液体回收区，以将所述保留物流分离成澄清的流体流和浓缩的颗粒流。
Description
技术领域
本公开涉及用于在从液流去除之前浓缩悬浮的固体的方法和系统。
背景技术
许多已知的过程为微生物提供进料物质，以将该物质生物转化为一种或多种产物燃料和/或化学物质。大多数已知的商业过程将微生物悬浮在液体中，通常是发酵液体中。这些在本文中被称为液体生物转化过程的生物转化会产生大量需要管理的过量生物固体和其他有机物质。这些固体通常包括死细胞团块和生物转化的其他副产物。
一种类型的过程涉及液体生物转化过程，该过程将多种丰富的原料，如天然气、木材、垃圾、工业气体、气态物质及其它含碳的物质转化为合成气，然后在生物反应器中将其转化为液体产物，如可以作为燃料和化学物质的氧化的有机化合物。该过程产生包含液体产物和包括有机废物(生物废物固体或生物固体)的悬浮固体的发酵液体。这些悬浮的固体或生物废物固体或生物固体可以由微生物、微生物残留物、沉淀的蛋白质和有机副产物组成。为了防止发酵液体中有机废物的过度浓缩以及回收液体产物，定期或连续去除发酵器或生物反应器中的液流。液流可以包含来源于生物反应器的发酵液体或生物反应器流出物。该过程具有液体回收区，其从液流回收液体产物并从液流去除悬浮的固体，以产生返回至生物反应器的基本上没有悬浮的固体的回收液体。
一旦移除任何液体产物，就可以丢弃发酵液体，以防止过多悬浮固体的积聚。对于大多数发酵而言，丢弃发酵液是不可行的，因为这可能会导致可溶性营养物质的丢失，且对于商业规模的生物反应器而言，处置大量液体和/或添加新液体的成本被证明过于昂贵。商业规模的生物反应器可能包含超过一百万升的发酵液体。负责地处置由此产生的大量液体需要具有高容量的液体废物处理系统。
根据废水处理系统的能力，操作具有大量水性培养基的反应器可能会出现问题。来自生物反应器的废水可能必须缓慢排放到废水处理系统中，以防止容量超标。因此，液体供应的成本和液体处理的资本和/或运营成本通常决定了通过从发酵液体中分离生物废物固体或悬浮的固体来回收和再利用液体。在废水处理能力有限的应用中，当存储容量达到其极限时，通常会采用任何过量的液体废弃物的废液存储，并连同间歇性的发酵罐关闭，且直到处理才可以再次提供足够的存储。因此，受影响的生物反应器的停机时间将延长，导致生产力的进一步丧失。此外，损失的水量也可能造成经济损失。
需要从发酵流出物中回收液体的特定发酵是氢气和一氧化碳的厌氧发酵，以产生氧化的液体产物如乙醇、乙酸、丙醇、正丁醇或其他氧化的有机化合物。这些氧化的有机化合物的产生可能需要大量的氢和一氧化碳及发酵液。
为了使合成气转化为氧化的有机化合物的发酵过程在商业上可行，资本和运营成本必须足够低，以使其至少与氧化的有机化合物过程和/或此类产物的基于碳氢化合物的来源的替代生物质具有竞争力。例如，在每年具有超过一亿加仑的铭牌容量的设施中由玉米商业生产乙醇。因此，从合成气到氧化的有机化合物的发酵过程必须能够利用类似的规模经济。因此，商业规模设施中的生物反应器可能需要至少2000万升的发酵液容量。
各种类型的生物反应器被用于使发酵液体、合成气和微生物的接触尽可能有效。然而，已知的各种生物反应器设计难以实施。例如，搅拌罐生物反应器具有很高的投资成本，需要大量的能量输入用于气体转移和混合，并且需要多个阶段来实现气态物质的高转化率。其他合成气发酵反应器类型如鼓泡塔反应器和空气提升(射流环流)反应器的制造和运行成本较低，但此类生物反应器通常需要微泡喷射器来制造小微泡，并且它们消耗大量的能量且容易结垢。第8,795,995号美国专利公开了使用喷射器向生物反应器中的厌氧发酵提供气体进料，以制造诸如乙醇的液体产物。
从生物反应器中去除发酵液的体积速率可以由悬浮固体的积聚或由发酵液中化学产物或副产物的浓度来驱动。特别地，除了所寻求的产物氧化的有机化合物之外，连续的合成气发酵过程通常还导致共生成氧化的有机化合物。共生成的氧化的有机化合物可以是不需要的共代谢物，也可以是所需的产物氧化的有机化合物的生物生产中的中间代谢产物。同样，可以通过水性发酵液中存在的污染或偶发性微生物来产生共生成的氧化的有机化合物。在一些情况下，这些共生成的氧化的有机化合物可能相对于所寻求的产物的产生速率以一定的速度产生，其中在水性发酵液中造成共生成的氧化的有机化合物的积聚。当共生成的氧化的有机化合物达到对于合成气发酵所用的微生物具有抑制性或毒性的浓度水平时，这种共生成的氧化的有机化合物的积聚尤其令人不快。在另一些情况下，当共生成的氧化的有机化合物浓度足够时，可能会对用于合成气生物转化的某些微生物的代谢途径产生不利影响。例如，当寻求的产物氧化的有机化合物为醇时，利用一些微生物，某一浓度的游离羧酸的存在会引起产物分布的改变，其中微生物会生成更高百分比的羧酸。酸生成的指数方式的增加导致发酵液中的酸度增加，从而导致能够维持细胞膜电势的微生物的最终丢失及微生物种群的丢失。
因此，无论从生物反应器中去除发酵液的原因如何，从发酵液中去除和分离悬浮的固体都构成了商业操作液体生物转化过程中最大的成本之一。该费用与生物反应器系统的用于从发酵液体中回收液体的液体回收区的资本和运营成本有关。在这些系统中，通常包括蒸馏的产物回收步骤将产生包含产物的顶部流和包含悬浮的固体或生物废物固体的底部流或液流。在另外数个液体回收步骤中发生进一步清除悬浮的固体，其净化底部流以从剩余的液相中除去悬浮的固体，以将至少一部分的回收液体再循环到生物反应器中。
于2016年1月14日公开的第2016/0010123号美国专利申请公开描述了来自厌氧生物转化过程的用于去除包含氧化的有机产物的发酵液体的过程。在回收有机产物后，液体发酵液的剩余部分将进行厌氧有机生物转化，以产生发酵液来再循环至生物反应器。
从液体去除悬浮的固体的清除步骤通常包括离心机。这样的离心机布置经常使用一堆堆叠的盘式离心机，每个离心机都需要相对较高的资金和运营成本。在废水和发酵液处理过程中，也已使用膜来从水流中去除悬浮的固体。于2015年11月26日公开的第2015/00337343号美国专利申请公开描述了发酵液处理方法，其中通过渗出流和/或渗透物流从生物反应器中去除发酵液。从渗出流和/或渗透物流中除去产物，以提供无产物的流，澄清模块从其中除去固体物质，以提供返回到生物反应器的经处理的液体流。Wu等人在出版物“The potential roles of granular activated carbon in anaerobic fluidizedmembrane bioreactors:effect on membrane fouling and membrane integrity”(2014年8月11日公开)中描述了将膜生物反应器连同颗粒状活性碳一起使用，以限制生物反应器中的膜表面上的固体积聚。于2012年5月17日公开的第2012/0118808号美国专利申请公开描述了流态化的膜生物反应器，其中流态化的颗粒与膜接触并为微生物提供支持物。
已知生物废水处理过程和饮用水处理系统以很低的跨膜压力使用具有外部的向内流动路径(内腔中收集的渗透物)的高通量膜，以从流中除去固体。通常，简单的静水压头或适度的泵吸力就足以为产生渗透物提供必要的驱动力。
还已知使用颗粒状活性炭的流态化床来连续且温和地冲刷膜以减少结垢。一篇论文报道，通过使用这种方法，UF-HF(超滤、高速)膜在半年内不需要进行任何清洁，而只是中度地损失了渗透通量速率。参见Kim等人-“A new approach to control membranefouling anaerobic fluidized membrane bioreactor”(2015年1月发表)。
然而，在其他情况下，测试已表明，残留在膜表面上的固体对此类膜的污染发生相对较快。因此，在将膜用于生物固体管理的其他布置中，已经显示出通量速率迅速下降的相同现象。通常，随着膜的保留物侧上的固体浓度增加，膜表面结垢的倾向也增加。
发明概述
本公开总体上涉及用于在从液流去除之前浓缩悬浮的固体的系统和方法。根据一些实施方案，这些系统和方法克服了与用于从液体分离悬浮的固体的已知系统相关的许多问题。例如，本发明的系统和过程能够允许使用小得多的液体回收区，如离心系统，其进而可以引起在发酵系统的安装和运行中的大量的成本节省。
根据一个实施方案，本公开描述了将多种丰富的原料如天然气、木材、垃圾、工业气体和其他含碳物质转化成合成气，然后利用发酵液体中的微生物将其转化为这样的氧化的有机产物的液体产物如染料和化学制品的方法和系统，其相比先前提出的系统和方法，对于从自生物反应器回收的液流去除悬浮的固体更为有效且更具成本效益。
因此，本公开提供了用于以能够克服困扰实现这样的方法的商业成功所需的厌氧发酵的有效使用的一些最重要的运行挑战的方式，将丰富的原料转化为液体产物的稳健的方法。
现已发现，在初始和最终纯化步骤之间放置适当配置的固体浓缩容器(其可以包括至少一个膜或过滤器)可以有效地去除废物或悬浮的固体。所公开的方法和系统将包含悬浮的固体的液流输送到固体浓缩容器，其产生渗透物流和在其中包含浓缩的悬浮的固体的保留物。液流通过固体浓缩容器而产生包含大部分(如果不是全部)悬浮固体的保留物，这些保留物被提供给液体回收区，以回收可循环到生物反应器中的另外的液体。生物反应器也可以从固体浓缩容器接收渗透物液体。
有利地，固体浓缩容器的悬浮固体的去除能力取决于提供给固体浓缩容器的液流的总体积，而不取决于提供给固体浓缩容器的液流中悬浮固体的浓度。已经发现输入流中的固体浓度增加了2-4倍，从而允许使用相对较小的液体回收区来从液流中几乎完全去除所有的悬浮固体。在一个示例性的实施方案中，将约2g/L的蒸馏柱底部流提高到4-8g/L的浓度，这允许回收和/或再循环基本上100％不含悬浮的固体的流出物或液体。蒸馏柱底部流的浓度增加4-8倍，意味着输入至液体回收区(在本情形下为离心机)的流的质量或体积流量降低到一半或四分之一，这进而允许以相应或相称的量降低离心处理能力，并因而降低与之相关的成本和系统复杂性。
在一个示例性的方面，本公开描述了用于在发酵过程中从合成气产生液体产物的生物反应器系统。系统包括适于使微生物与进料气体和包含微生物、营养物质、佐剂、添加剂和/或其他的固体物质的液体接触以产生液体产物的生物反应器容器。其中所述生物反应器容器限定了用于去除包含悬浮的固体和液体产物的液流的生物反应器出口。产物分离容器与生物反应器出口连通，且被布置为接收至少一部分的生物反应器流出物或液流。产物分离容器可以具有内部构造，其被布置为产生包含液体产物的产物流和包含超过产物流的更高浓度的生物固体或悬浮的固体的液流。产物分离容器限定了产物出口和液流出口。固体浓缩容器保留至少一个膜或过滤器，并且所述膜或过滤器可以以模块组装体来布置。至少一个膜或过滤器或其组装体与液流出口连通以接收液流。膜、过滤器或其模块布置为使液流与膜或过滤器的入口表面接触，并且所述膜或过滤器优先通过入口表面渗透液体并从对面出来，以产生相对于液流而言具有降低浓度的悬浮固体的液体渗透物。入口表面阻止悬浮的固体移动通过入口表面，以产生相对于液体渗透物而言具有更高浓度的悬浮的固体的保留物。固体浓缩容器限定了用于回收液体渗透物的液体渗透物出口和用于回收保留物的保留物出口。液体回收区与保留物出口连通以用于接收至少一部分的保留物，并且包含适于将保留物分离成包含液体的澄清的流和包含相比渗透物更高浓度的悬浮的固体的悬浮的固体的浓缩物流的内部构件。
在本公开的另一个方面，液体回收区限定了澄清的液体出口，并且生物反应器与液体出口连通以接收至少一些澄清的流，并且渗透物出口与生物反应器容器连通以接收至少一部分的渗透物流。
在本公开的另一个方面，在回收前将澄清的流和渗透物流合并。可以将合并的流再循环至发酵器或生物反应器。
在本公开的另一个方面，产物分离器包括具有分离盘的蒸馏柱，以产生作为顶部流的产物流和作为底部流的生物固体流出物。
在本公开的另一个方面，固体浓缩容器保留了适于与入口面接触并移动穿过入口面的冲刷介质。冲刷介质可以包括气体、液体或颗粒物质。固体浓缩容器可以具有针对气态流态化介质的流态化气体入口，并且其可以以使流态化介质保持搅动状态的向上的表面速度速率移动气体。在为颗粒物质的情形下，其可以为颗粒状的活性炭、二氧化硅、硅酸铝、陶瓷、特氟隆或塑料颗粒，并且具有易于从固体浓缩容器内的保留物流中分离的特性。
在本公开的另一个方面，液体回收区包括至少一个离心机。
在本公开的另一个方面，液体回收区包括适于利用重力分离悬浮的固体的沉淀分离容器。
在一个实施方案中，生物反应器系统适于从合成气产生液体产物，其具有适于使微生物与包含微生物和其他固体物质的液体中的合成气接触的生物反应器容器。生物反应器容器限定了用于去除生物反应器流出物的生物反应器出口。产物分离容器(其可以为蒸馏柱)与生物反应器出口连通并限定了产物出口和液流出口，并被布置为接收至少一部分的液流。蒸馏柱具有分离内部构件，其包括被布置为分离生物反应器流出物并产生包含液体产物的产物流和包含相比产物流更高浓度的生物固体的液流的蒸馏盘，其中所述蒸馏柱限定了产物出口和液流出口。
固体浓缩容器与液流出口连通以接收液流，并且包含被布置为使液流与膜或过滤器的入口表面接触的膜或过滤器，以使液体优先通过入口表面渗透并从膜或过滤器的对侧的出口表面出来。入口表面阻止悬浮的固体移动通过入口表面，以产生相比液流具有增加浓度的悬浮固体的保留物。固体浓缩容器限定了用于回收渗透物的渗透物出口和用于回收保留物的保留物出口。固体浓缩容器可适于保留减少入口面上的悬浮固体积聚的冲刷介质。可以连续地或更优选地间歇性地使用的冲刷介质允许维持较高的渗透物流量。离心机被布置为与保留物出口连通以接收至少一部分的保留物并将保留物分离成包含液体的澄清的流和包含生物固体或生物废弃物固体并且具有相比保留物更高浓度的生物固体或生物废弃物固体的浓缩物流。
在另一方面，本公开提供了用于从合成气产生液体产物的方法，其将进料气体通过生物反应器，并在包含微生物并产生液体产物和生物固体的发酵液中使进料气体与微生物接触。使发酵液体通过产物分离容器，其将发酵液体分离成液体产物的产物流和包含相比通过膜的入口表面的产物流更高浓度的悬浮的固体的液流。膜渗透来自液流的液体并通过膜而排除至少一部分的悬浮的固体，以产生相比液流具有更低浓度的悬浮的固体的渗透物流和相比液流具有更高浓度的悬浮的固体的保留物流。将保留物通过液体回收区，并将保留物分离成包含相比保留物具有更低浓度的悬浮的颗粒的液体的澄清的流和相比保留物具有更高浓度的悬浮的固体生物固体的浓缩物流。一部分的渗透物流和/或澄清的流可以返回至生物反应器。
在另一方面，产物分离器是蒸馏柱，且其提供了产物流作为顶部流以及液流作为底部流。
在本公开的另一方法方面，气体、液体或颗粒冲刷介质与膜的入口表面接触，并移动过入口面，以从入口面去除生物固体。如果冲刷介质是颗粒物质，则其可以是颗粒状的活性炭、二氧化硅、硅酸铝、陶瓷和塑料颗粒，并且所述颗粒物质具有易于从固体浓缩容器内的保留物流中分离的特性。
在本公开的另一方法方面，至少一个离心机从保留物流分离固体。
在另一方法方面，膜是维持在20-40℃的聚合的膜、维持在640-120℃的陶瓷膜或金属膜。
在另一方面，进料气体是一氧化碳和/或二氧化碳和氢气与C1-C6烷氧基化合物，且优选乙醇或丁醇的液体产物的混合物。
在本公开的另一方法方面，进料气体与发酵液体中所包含的微生物接触以产生液体产物，且将包含悬浮的固体的发酵液体通过蒸馏柱以产生包含液体产物的顶部产物流和包含悬浮的固体的生物固体流出物流。将生物固体流出物流通过膜的入口表面，其渗透来自悬浮的固体的液体，并通过膜而排除至少一部分的悬浮的固体，以产生相比流出物流具有更低浓度的生物固体的渗透物流和相比流出物流具有更高浓度的生物固体的保留物流。流体搅动颗粒物质，其通过在其上经过而冲刷入口表面。将保留物通过离心机，其分离来自保留物流的悬浮的固体，以产生相比渗透物流具有更低浓度的生物固体的澄清的流和相比渗透物流具有更高浓度的生物固体的浓缩物流。至少一部分的渗透物流和/或澄清的流被再循环至生物反应器。
附图的简要说明
图1是可用于实施根据本公开的方法的装置的示意图。
图2是可用于实施根据本公开的方法的装置的示意图。
发明详述
本公开涉及用于浓缩悬浮的固体的系统和方法。更具体地，本公开涉及可用于从液体分离悬浮的固体的分离系统。本公开内容适用于用于从液流，如从来自生物反应器的发酵液体中分离悬浮的固体如生物废物固体或生物固体的系统和方法。例如，可以使用本公开的主题的一种应用是将一氧化碳以及氢和二氧化碳转化为氧化的有机化合物，并且更具体地，从产物生物反应器流出物中去除悬浮的固体及提供可送回生物反应器的再循环液体。该示例性应用描述了本公开的方面。然而，应当理解，本公开不限于这些应用中的使用。而是，本发明可适用于任何这样的应用或系统，即希望浓缩液体中的悬浮的固体。
本文中引用的所有专利、公开的专利申请、未公开的专利申请和文章均通过引用整体并入本文。在描述根据本公开的方法和系统的特定实施方案之前，定义如本文中所使用的某些术语将是有用的。除非另有说明或从其使用上下文中清楚，否则以下术语具有以下阐述的含义。术语“一个(a)”和“一种(an)”的使用旨在包括一个(种)或多个(种)描述的要素。
因此，术语氧化的有机化合物意指一种或多种含有2-6个碳原子的有机化合物，其选自：脂肪族羧酸和盐、链烷醇和醇盐以及醛。氧化的有机化合物通常是由水性培养基中包含的微生物所产生的有机化合物的混合物。通过本公开中描述的方法产生的氧化的有机化合物将取决于用于发酵的微生物或微生物的组合以及发酵的条件。
术语生物反应器是指单个容器或容器的组装体，其适于包含用于生物转化的发酵液体和微生物。生物反应器组装体可以包括一个或多个生物反应器，就气体流而言，所述生物反应器可以是并联或串联。每个生物反应器可以具有任何合适的设计。生物反应器包括但不限于鼓泡塔反应器、深槽反应器、射流回路反应器、搅拌槽反应器、滴流床反应器和生物膜反应器，包括但不限于膜生物反应器和静态混合器反应器，包括管道反应器。生物反应器可以包括相关的设备，如喷射器、循环回路、搅拌器等。
术语悬浮的固体和/或生物废物固体和/或生物固体和/或有机废物意指主要由微生物、微生物残留物、沉淀的蛋白质和其他颗粒有机副产物组成的固体物质。
术语发酵液体和/或发酵流出物和/或生物反应器流出物意指保留微生物、进料物质和发酵产物的液相，其可以包含在一个或多个生物反应器中。
术语液流意指包含悬浮的固体的液相。
术语固体浓缩容器是指单个容器或容器的组装体，其适于浓缩液流中的悬浮的固体。固体浓缩容器可以通过重力、沉淀方法浓缩悬浮的固体，包括一个或多个离心机，或包括以上的组合。
术语物质是可以在发酵液中维持并用作微生物的进料的任何物质。在产生氧化的有机化合物的情况下，物质是具有以下中的一种或多种的进料气体：(i)一氧化碳和(ii)二氧化碳以及氢气。进料气体物质可以包含其他成分，包括但不限于再循环废气或其一部分以及其他添加剂、惰性元素或化合物如甲烷和氮气，以及合成气中可能包含的其他成分。
术语“合成气”意指气体，无论其来源如何，均包含氢气和一氧化碳中的至少一种，并且可能且通常包含二氧化碳。合成气通常由气体发生器、重整器(蒸汽，自动热或部分氧化)产生，并且通常将包含10-60摩尔％的CO、10-25摩尔％的CO2，以及10-75摩尔％，通常至少约30摩尔％，且优选约35-65摩尔％的H2。合成气可以直接从气体发生或从石油和石化工艺或工业过程中获得，或者可以通过混合两种或更多种气体流来获得。同样，可以处理合成气以除去或改变组成，包括但不限于通过化学或物理吸附、膜分离和选择性反应来去除组分。
现面对本公开，本文中描述的过程和方法可以应用于适合于期望的转化并且将在生物反应器中产生生物废物的任何微生物的使用。各种各样的这样的过程可能是已知的，或者此后变得已知。
本公开对于将CO和/或H2/CO2生物转化为乙酸、正丁醇、丁酸、乙醇和其他产物是有用的。这种生物转化连同与其相关的微生物、物质和产物是熟知的。例如，Das,A.和L.G.Ljungdahl,Electron Transport System in Acetogens以及Drake,H.L.和K.Kusel,Diverse Physiologic Potential of Acetogens已经概述了对此类生物转化的生化途径和能量的简要描述，其分别作为Biochemistry and Physiology of Anaerobic Bacteria,L.G.Ljungdahl编辑，Springer(2003)的第14章和第13章出现。可以使用任何具有单独地或相互组合地或与合成气中通常存在的其他组分组合来转化合成气组分：CO、H2/CO2的能力的合适的微生物。合适的微生物和/或生长条件可以包括以下中公开的那些：标题为“Indirect Or Direct Fermentation of Biomass to Fuel Alcohol”的第2007/0275447号美国专利申请公开，其公开了具有ATCC no.BAA-624的所有鉴定特征的微生物食一氧化碳梭菌(Clostridium carboxidivorans)的生物纯净培养物；标题为“Isolation andCharacterization of Novel Clostridial Species”的第7,704,723号美国专利，其公开了具有ATCC No.BAA-622的所有鉴定特征的微生物拉氏梭菌(Clostridium ragsdalei)的生物纯培养物；两篇文献均通过引用整体并入本文。食一氧化碳梭菌可以用于例如将合成气发酵成乙醇和/或正丁醇。例如，可使用拉氏梭菌将合成气发酵成乙醇。
用于将CO和/或H2/CO2转化为C4烃的合适微生物和生长条件包括厌氧细菌甲基营养丁酸杆菌(Butyribacterium methylotrophicum)，其具有ATCC 33266的鉴定特征，其可以适应CO，且可被使用，并且这将使正丁醇以及丁酸的生产成为可能，如以下参考文献中所教导的：“Evidence for Production of n-Butanol from Carbon Monoxide byButyribacterium methylotrophicum”,Journal of Fermentation and Bioengineering,第72卷,1991,第58-60页；“Production of butanol and ethanol from synthesis gasvia fermentation”,FUEL,第70卷,1991年5月,第615-619页。其他合适的微生物包括：杨氏梭菌(Clostridium Ljungdahlii)，其菌株具有ATCC 49587(第5,173,429号美国专利)及ATCC 55988和55989(U.S.Pat.No.6,136,577)的鉴定特征，这将使乙醇以及乙酸的生成成为可能；自产乙醇梭菌新种(Clostridium autoethanogemum sp.nov.)，其为一种能够从一氧化碳产生乙醇的厌氧菌。Jamal Abrini,Henry Naveau,Edomond-Jacques Nyns,ArchMicrobiol.,1994,345-351；Archives of Microbiology 1994,161:345-351；以及克氏梭菌(Clostridium Coskatii)，其具有第8,143,037号美国专利中描述的ATCC No.PTA-10522的鉴定特征。
如上所述，厌氧微生物的混合培养物可用于将合成气生物转化为氧化的有机化合物。混合培养物可以是互养的，并且涉及C1固定微生物和将C1固定微生物的产物生物转化为更高氧化的有机化合物的微生物。C1固定微生物包括但不限于同型乙酸菌(homoacetogens)，如杨氏梭菌、自产乙醇梭菌、拉氏梭菌和克氏梭菌。另外的C1固定微生物包括巴氏嗜喊菌(Alkalibaculum bacchi)、热乙酸梭菌和乙酸梭菌。其它C1固定微生物包括巴奇嗜碱菌(Alkalibaculum bacchi)、耐热醋酸棱状芽孢杆菌(Clostridiumthermoaceticum)和醋酸梭菌(Clostridium aceticum)。
在一个实施方案中，预期水性发酵液包含微生物和各种培养基补充剂的水性悬浮液。适合于CO和/或H2/CO2的微生物通常在厌氧条件下生存和生长，这意味着发酵液中基本上不存在溶解氧。各种培养基补充剂都包括水性发酵液的佐剂，其中可能包含缓冲剂、痕量金属、维生素、盐等。调节发酵液可能会在不同时间诱发不同的条件，如将会影响微生物的生产力的生长和非生长条件。
用于生物转化的水性发酵液的一个实例可以在第7,704,723号美国专利中找到，其中公开了使用厌氧微生物进行CO和H2/CO2的生物转化的条件和合适的水性发酵液的内容物。氢气和一氧化碳的厌氧发酵涉及含气态物质的进料与含有能够产生氧化的有机化合物如乙醇、乙酸、丙醇和正丁醇的微生物的水性发酵液的接触。一氧化碳的生物转化导致产生氧化的有机化合物和二氧化碳。氢的转化涉及氢和二氧化碳的消耗，并且该转化有时被称为H2/CO2转化，或者如本文中所用的氢转化。
相对于本公开，在生物反应器中发生气体与发酵液体的首次分离。送入生物反应器的气态进料的未转化部分将与任何副产物气体和蒸气一起收集在生物反应器的顶部空间中。顶部空间气体通常经过分离/处理以回收，并用作能源和/或将尾气循环回发酵，并可能回收尾气中其他有价值的气体组分。经最通常在生物反应器容器的顶部提供的生物反应器出口喷嘴，从生物反应器回收一部分的生物反应器流出物。生物反应器装置通常再循环一部分生物反应器流出物，以提供生物反应器中的发酵液的混合，并作为进料注入介质以将进料分配在整个生物反应器容器中。
将至少一部分的生物反应器流出物通过回收产物的产物分离容器。分离部分可以具有一个或多个蒸馏柱，每个柱子提供铺盘的部分的排列，以从底部流回收顶部的产物流。底部流包含生物固体流出物，其包含于发酵液体或液流中的悬浮的固体或生物废物固体。
生物固体流出物流进入一个或多个包含至少一个膜的固体浓缩容器，其中膜可以与其它膜排列在一起。该系统和方法可以使用适合于分离条件的任何膜布置和膜物质，并且将提供所需的从液流分离悬浮的固体。膜布置的选择可以取决于固体浓缩容器中使用的冲刷物质的类型。通常，膜可以是允许至少一些液体通过而同时将固体保留在其上游侧的任何类型的过滤器介质。中空的纤维、平板和螺旋膜的最典型的膜布置都可以起作用。在这三者中，进入膜面之间空间的机会有限，可能会使螺旋膜最不适合冲刷介质，尤其是颗粒状冲刷物质。类似地，在将过滤器作为膜的情况下，可以根据需要使用和选择任何类型的过滤器介质以保留一定尺寸的颗粒用于任何特定应用。
膜物质的类型可以是聚合膜、陶瓷膜、特氟龙(R)膜或金属膜。固体浓缩容器中的温度条件将极大地影响膜物质的选择。陶瓷膜通常可适应40-120℃的温度范围。然而，聚合基膜在20-40℃的较低温度范围内效果最佳。优选地，固体浓缩容器在尽可能高的温度下操作，以利用与较高温度相关的较高通量率。可能的是，基于可以维持的较高的通量和由此造成的所需膜表面面积的减少，使用由不同物质如陶瓷或特氟隆制成的膜可能具有成本效益。
蒸馏阶段的热量输入可能会使蒸馏底部的温度升高到一定程度，使得其或者固体浓缩容器可能需要冷却以允许使用一些膜物质。如果使用聚合膜，通常需要进行一些冷却以保持在可接受的温度范围内。
膜的入口面或过滤器的上游侧，接收生物固体流出物并将其中的发酵液体渗透通过以排除悬浮的固体。通过膜或过滤器对悬浮的固体优先保留将悬浮的固体浓缩在保留物中，并优选将其浓度增加至少2倍，并且通常增加约4倍甚至更多。从体积流量的角度来看，保留物中的浓度增加因子与保留物相对于生物固体流出物而言的类似的体积减少因子配对。
入口面与悬浮的固体接触可能会导致在其上形成一层或一块这些固体。将液流输送到固体浓缩容器并与入口面以足够的湍流接触，可以充分冲刷入口面，以使其相对不含堆积的悬浮固体。然而，在许多情况下，保持入口表面相对清洁需要使用冲刷物质。
合适的冲刷物质可包括气体、液体、固体或以上的组合。当冲刷物质接触到面时，冲刷物质搅动将增加其有效性。尽管气体和液体物质可以提供足够的冲刷，但在一些情况下，最有效的冲刷来自颗粒物质。
任何合适的颗粒物质都可以用作冲刷物质或介质。合适的冲刷介质是：在固体浓缩容器中的条件下和在与膜入口表面和液流接触时保持稳定的形式；具有易于从固体浓缩容器中的保留物流中分离出来的特性；以及在接触入口面时不会损坏膜。例如，比重小于1.0的塑料介质可以通过向下的液体流或流与气体添加的组合进行流态化以冲刷表面。在流态化流停止时，由于密度差异，介质上升，从而在固体浓缩容器的顶部形成浮层。
可适合于特定应用的具体类型的颗粒物质包括颗粒状的活性炭、二氧化硅、硅酸铝、陶瓷、特氟龙(R)和塑料颗粒。
在大多数情况下，对膜入口面的轻柔冲刷将防止任何横向膜压力的增加。将颗粒物质保持在流态化状态可以提供这种温和的冲刷。气体或液流可以将颗粒物质保持在流态化状态。液体介质可以包括生物固体流出物本身或添加的流态化流。有效的颗粒冲刷还将使颗粒物质中不含可能成团的有机物，如沉淀的蛋白质，其可以在流态化床中的流态化的颗粒物质介质的顶部形成一层有机物质。注意，该冲刷可以根据需要连续或间歇性进行。
在一个实施方案中，将膜入口表面浸入或淹没在流态化颗粒床中，并通过使生物固体流出物通过颗粒来流态化颗粒。流态化介质优选地以完全支撑颗粒的浮重的速率通过所述颗粒。为了实现并维持足够的流态化，可能需要对生物固体流出物进行一些再循环以维持适当的流量，如图1的系统中所示。在运行过程中，不含固体的渗透物是从固体浓缩容器中回收的。渗透物可以被送回至生物反应器。
来自固体浓缩容器的保留物包含浓缩的悬浮固体流。从所述流中回收尽可能多的剩余液体仍然很重要，因此将保留物通过另一个分离阶段，其被称为液体回收分离，发生在液体回收区中。可以使用适合于从高浓度的固体中提取液体的任何形式的分离器。
在所示的实施方案中，液体回收区使用离心机。这样布置的优点在于，固体浓缩容器大大减少了从生物固体流出物回收液体所需的堆叠式离心机的数量。例如，如果从生物固体流出物中回收澄清的液流通常需要一排4个大小相似的离心机，则经过离心处理的流中固体浓度增加4倍将使所需的离心机数量减少至一台。这种减少是可能的，因为在将保留物流向液体回收区之前，流向液体回收区的总体积流量减少了，这类似于被回收的渗透物的增加。换言之，液流的体积或质量流量将大约等于保留物和渗透物流的总体积或质量流量。
所预期的方法和系统的特定方面显示在图1中，其示出了根据本公开的系统和适合于实施根据本公开的方法的装置的示意图。图1省略了小型设备，如泵、压缩机、阀、仪器、交换器和其他装置，其放置及其运行是化学工程领域的技术人员所熟知的。图1还省略了辅助单元运行。
图1的过程和运行是在将固体送至可以是离心机的液体回收区之前，在液流中预浓缩悬浮固体(诸如生物固体)的情况中进行描述的，但应当理解，过程和方法通常适用于其他的操作。该过程易于调整为产生生物固体废物流的过程。在该特定情况中的描述并不意味着将本公开的范围限制为以下描述中所呈现的细节。
管线46通过由固体浓缩容器50限定的喷嘴54将液流送至产物分离容器50。来自管线46的液流与可以包含在束53中的至少一个中空的纤维膜或过滤器52的入口表面(渗透表面)接触。渗透物通过至少一个中空的纤维膜或过滤器52。收集器(未示出)从单个膜或过滤器元件中收集渗透物，并通过固体浓缩容器50的出口58将其传出，并进入包含渗透物流的管线60。
可以任选地使用包含颗粒物质(未示出)的冲刷介质。当使用时，冲刷介质以流态化的状态以连续或间歇性的方式循环，穿过束53中的膜或过滤器的整个入口表面。来自管线46的液流的进入流可以提供或帮助颗粒的流态化。如果需要，管线56可以供应额外的流态化气体或液体。另外，来自管线60的一部分的渗透物流可以以由泵64控制的速率经由管线62再循环，以提供额外的或替代性的流态化介质。管线62也可用于再循环渗透物，目的是提供穿过束53中的膜或过滤器的表面的额外的液体流。再循环膜或过滤器的保留物侧上的液体也可用于此目的。
保留物流经管线66，通过由固体浓缩容器50限定的喷嘴68退出固体浓缩容器50，并通过位于其上的喷嘴72进入液体回收区70。在这种布置中，液体回收区包括接收保留物的离心机。
所预期的方法和系统的特定方面在图2中示出，其示出了根据本公开的系统和适合于实施根据本公开的方法的装置的示意图。图2省略了小型设备，如泵、压缩机、阀、仪器、交换器和其他装置，其放置及其运行是化学工程领域的技术人员所熟知的。图2还省略了辅助单元运行。
图2的过程和运行是在乙醇的回收和产生的情况中进行描述的，但应当理解，过程和方法通常适用于其他运行。过程易于调整为用于制造其他氧化的有机化合物以及产生生物固体废物流的其他发酵产物的过程。尽管显示为与深槽生物反应器形式的生物反应器结合使用，但所描述的过程和方法可与其他生物反应器设计一起使用。生物反应器容器保持微生物和悬浮的固体悬浮在发酵液体中。此特定情况中的描述并不意味着将本公开的范围限制为以下描述中所呈现的细节。
关于图2，深槽生物反应器10保持发酵液12达至液体水平14。在本公开的其他处已经公开了本领域技术人员已知的生物反应器的类型。这样的生物反应器可以单独使用，也可以与相同或不同类型的多个(种)生物反应器串联或并联使用。这些装置将被用于发展和维持微生物培养。优选地，按本公开中所述使用的生物反应器可以提供一氧化碳和氢到氧化的有机化合物的高转化率。
在一个实施方案中，发酵液在厌氧发酵条件下维持，包括合适的温度，通常为25℃-60℃，并且通常为30-40℃。水性培养基的pH是酸性的，通常小于约6.5，通常在约4-6.0，并且更通常在约4.3-5.5。
合成气进料16与管线26所携带的注入流体相结合，后者为以气泡的形式分配进料穿过生物反应器10的底部提供了动力。当所寻求的氧化的有机化合物产物是一种或多种醇，气体物质的电子与碳之比可以在5.5:1至6.5:1，并且在某些实施方案中，在5.7:1至6.2:1。一氧化碳与氢的摩尔比通常低于约1.1:1，并且通常在0.4:1至1:1。在稳态条件下将进料气体供应给发酵生物反应器的速率使得一氧化碳和氢向液相的转移速率与一氧化碳和氢被微生物转化的速率相匹配。
进料的注入提供了混合流，其不仅确保了相对均匀的水相组成，而且增加了气泡与水性培养基之间的接触时间。优选地，气泡包括微气泡。微气泡的使用促进了气泡在水性发酵液中的稳定分散。注入流体可以包括来自过程的一种或多种流或外部流。如图2中所示，泵24从管线22向液体再循环流18和/或回收液流充气，以提供由管线26携带的注入流体。生物反应器可以接收额外的输入。例如，管线34可以将营养物、佐剂和其他添加剂输送到发酵液中。补充水可以通过管线32添加到发酵液中。
生物反应器10限定了喷嘴29，通过该喷嘴从生物反应器10顶部的充满气体的顶部空间30采集气流28。生物反应器可以处于大气压压力下，或低于环境压力。发酵可以在区域30中于基本上为大气压下运行，以减少反应器的投资成本。
废气流28基本上没有进料物质，但是可以包含进料气体的一小部分氢和碳氧化物。惰性化合物或元素如氮且主要是甲烷会包含一部分废气，其中合成气来源是蒸汽重整或供氧的、自动热重整的，尤其是使用蒸汽或自动热重整的含甲烷气体来产生进料气体。耗尽的气相还可以包含从水性发酵液中蒸发的含硫化合物、醇等。
一部分的废气可以再循环到生物反应器(未示出)。任何未再循环的废气都可以进入设施以用于回收任何剩余的氧化的有机化合物和剩余的能量。再循环的与耗尽的废气的比例可在很大范围内变化，这取决于所寻求的合成气向氧化的有机化合物的转化率。
在与新鲜的合成气混合之前，可以对任何再循环的废气进行处理，以除去一部分的二氧化碳。可以使用任何合适的二氧化碳去除过程，包括胺提取、碱性盐提取、吸水、膜或过滤器分离、吸附/解吸，以及在有机溶剂中的物理吸收。
经管线36从管线18回收一部分的水性发酵液以用于产物回收。例如，第8,211,679号美国专利示出了用于从生物反应器中回收乙醇产物的产物回收布置。产物回收包括从发酵液体中分离和回收液体产物、去除残留的细胞物质、回收的发酵液体的返回以及清除废物流和物质。
在根据本公开的方法和系统中，通过由蒸馏柱40限定的喷嘴38将来自管线36的生物反应器流出物提供至产物回收区如蒸馏柱40。可以通过热交换(未示出)来控制生物反应器流出物的温度。蒸馏柱40可以主要用作汽提塔，或者可以是具有汽提和精馏部分的常规蒸馏柱。术语汽提器或汽提柱和蒸馏柱在本文中可互换使用，以指任一类型的柱子。优选地，降压使至少一部分的生物反应器流出物液体在进入塔40之前蒸发。压力调节器(未示出)提供降压。液流通过膨胀阀，其使经管线36提供的所有液体蒸发。
蒸馏柱40适于从回收的发酵液体回收产物化学物质和燃料，如乙醇。产物乙醇经管线42通过由蒸馏柱40限定的喷嘴44退出蒸馏柱40。
蒸馏柱将稀释的生物反应器流出物流分离成作为产物流42的顶部的蒸汽以及包括乙醇耗尽的底部的液流或生物固体流出物46。耗尽乙醇的底部通过由蒸馏柱40限定的喷嘴48退出蒸馏柱40。优选地，蒸馏柱是装有能够处理高固体进料的蒸馏盘的汽提塔。生物反应器流出物或液流进入蒸馏柱40的汽提部分(未示出)。蒸馏柱40可以在大气压压力或真空下运行。蒸馏柱40通常会提供至少10个分离阶段。
管线36中生物反应器流出物的乙醇浓度还将影响对产物流42中蒸气的任何回流，或通过管线34添加其他输入(如流)的需求。通常，对于管线42中大于3wt.％的乙醇浓度，可以达到管线44中所需的乙醇浓度，而无需将任何产物流直接循环至柱子40。对于管线42中较低浓度的乙醇，合适的冷凝和回流设备(未示出)可以根据需要提供，以达到产物流42中所需的乙醇浓度。
管线46回收生物固体流出物或液流，并通过由固体浓缩容器50限定的喷嘴54将其通过固体浓缩容器50。生物固体流出物或液流经管线46通过由固体浓缩容器50限定的喷嘴54进入固体浓缩容器50。泵53按照需要为其中的至少一个膜或过滤器提供动力，以将流移动至固体浓缩容器50的壳侧。来自管线46的生物固体流出物或液流与束53中包含的至少一个中空的纤维膜或过滤器的入口表面(渗透表面)接触。渗透物通过中空的纤维膜或过滤器。收集器(未示出)从单个膜或过滤器元件收集渗透物，并通过固体浓缩容器50上的出口58将其传出固体浓缩容器50，并进入包含渗透物流的管线60。
可以任选地使用包含颗粒物质的冲刷介质(未示出)。当使用时，冲刷介质以流态化的状态，以连续或间歇性的方式循环穿过固体浓缩容器50或束53中的膜或过滤器的整个入口表面。来自管线46的生物固体流出物的进入流可以提供或辅助颗粒的流态化。如果需要，管线56可以供应额外的流态化气体或液体。另外，来自管线60的一部分的渗透物流可以以由泵64控制的速率经由管线62再循环，以提供额外的或替代性的流态化介质。管线62也可用于再循环渗透物，目的是提供穿过固体浓缩容器50或束53中的膜或过滤器的表面的额外的液体流。在膜的保留物侧再循环液体也可以用于此目的。
保留物流经管线66通过由固体浓缩容器50限定的喷嘴68退出固体浓缩容器50，并经位于其上的喷嘴72进入液体回收区70。在该布置中，液体回收区包括接收保留物的离心机。
离心机将保留物流中的浓缩的固体分离成通过管线76取自喷嘴74的浓缩物流和通过管线79取自喷嘴78的澄清的流。浓缩物流包含基本上所有的来自保留物流的剩余固体。澄清的流主要包含水、溶解的营养物质和保留物中残留的其他可溶性化合物。可以以任何合适的处理方式处理浓缩物。一种此类处理是厌氧消化。出于在蒸馏柱40中通常所使用的温度的原因，固体是变性的。
来自喷嘴78并通过管线79采集的澄清的液体可以通过管线22再循环到生物反应器10。全部的或一部分的渗透物流可以通过管线60和管线22再循环到生物反应容器10。来自管线60和/或管线79的一部分回收水可以通过从管线22抽取液体的吹扫管线80从系统中清除。通常这样做是为了将溶解的固体和/或代谢物的积累控制在不抑制合成气发酵的水平。
本公开总体上提供了用于减少分离保留物流中的固体所需的离心机数量的方法，其通过浓缩在浓缩的保留物流中的固体以及向离心机提供浓缩的流，以便离心机可以以较高的效率运行。可以在浓缩保留物流之后将澄清的渗透物再循环回生物反应器。
因此，在一个总体的方面，根据本公开的方法和系统描述了用于浓缩悬浮的固体的系统。系统包括适于分离液体和悬浮的固体的固体浓缩容器，其中包含悬浮的固体的液流通过至少一个入口进入固体浓缩容器。固体浓缩容器包括至少一个膜或过滤器，其被配置为与液流接触，并从液流中分离液流中的悬浮颗粒。至少一个膜或过滤器被进一步配置为阻止悬浮的颗粒移动通过膜的入口表面或过滤器的上游侧，同时允许液体通过，并因而分离液流以产生：相对于液流而言具有更高浓度的悬浮的颗粒的保留物，以及相对于液流而言具有更低浓度的悬浮的颗粒的液体渗透物流。固体浓缩容器包括第一出口以及第二出口，所述第一出口在至少一个膜或过滤器的第一侧上流体连通，使得液体渗透物流在运行期间通过第一出口回收，所述第二出口在至少一个膜或过滤器的第二侧上流体连通，使得保留物在运行期间通过第二出口回收。离心机系统被配置为将保留物分离成澄清的液流和包含悬浮的固体颗粒浓缩物的流，所述包含悬浮的固体颗粒浓缩物的流与第二出口流体连通，其中所述包含悬浮的固体浓缩物的流相对于保留物而言具有更高浓度的固体。
本文中引用的所有参考文献，包括出版物、专利申请和专利，均通过引用并入本文，其程度就如同每篇参考文献均被单独且具体指出通过引用并入本文，并在本文中整体阐述一样。
在描述本发明的上下文中(特别是在所附权利要求的上下文中)，术语“一个(a)”和“一种(an)”及“所述(the)”和“至少一个(at least one)”以及类似指代的使用应被解释为涵盖单数和复数形式，除非在本文中另有说明或与上下文明显矛盾。术语“至少一个”和紧接的一个或多个项目的列表(例如，“A和B中的至少一个”)的使用应理解为意指选自所列项目(A或B)或两个或更多个所列项目(A和B)的组合的一个项目，除非在本文中另有说明或与上下文明显矛盾。除非另有说明，否则术语“包含(comprising)”、“具有(having)”、“包括(including)”和“含有(containing)”应解释为开放式术语(即，意思是“包括但不限于”)。除非在本文中另外指出，否则本文中数值范围的引用仅旨在用作单独指代落入该范围内的每个单个值的简写方法，并且每个单个值都被并入本说明书中，如同其在本文中被单独描述一样。除非在本文中另外指出或与上下文存在明显矛盾，否则本文中描述的所有方法都可以以任何合适的顺序执行。除非另外要求，否则本文中提供的任何和所有实例或示例性语言(例如“诸如”)的使用仅旨在更好地阐明本发明，并且不对本发明的范围构成限制。说明书中的任何语言都不应解释为指示任何未要求保护的要素对于实施本发明必不可少。
在本文中描述了本发明的优选实施方案，包括发明人已知的用于实施本发明的最佳模式。通过阅读前述说明，那些优选实施方案的变型对于本领域普通技术人员而言将变得显而易见。发明人期望熟练的技术人员适当地采用此类变型，并且发明人期望以不同于本文中具体描述的方式来实施本发明。因此，本发明包括适用法律所允许的在本文所附权利要求中叙述的主题的所有修改和等同物。此外，除非在本文中另外指出或与上下文存在明显矛盾，否则本发明包括上述元素以其所有可能的变型形式的任何组合。
Claims (14)
1.用于产生发酵过程以从气体进料流产生液体产物的生物反应器系统，所述生物反应器系统包括：
(a)生物反应器容器，其适于使包含微生物和其他固体物质的含生物固体的液体的微生物与气体进料接触以产生所述液体产物，其中所述生物反应器容器限定了用于从所述生物反应器容器去除生物反应器流出物的生物反应器出口，所述生物反应器流出物包含发酵液体、生物固体和所述液体产物；
(b)蒸馏柱，其与所述生物反应器出口流体连通，所述蒸馏柱被配置用于接收至少一部分的生物反应器流出物，所述蒸馏柱包括：
(i)内部构造，其被布置为分离所述生物反应器流出物，并产生包含所述液体产物的产物流和包含相比所述产物流而言更高浓度的悬浮的固体的液流，所述悬浮的固体包括死细胞；
(ii)产物出口，其提供所述液体产物，以及
(iii)液流出口，其提供所述液流；
(c)固体浓缩容器，其具有至少一个置于其中的膜，所述至少一个膜与所述液流出口流体连通并配置用于接收包含悬浮的固体的液流，
其中所述固体浓缩容器将所述液流分离成渗透物和保留物，所述保留物包括相比所述液流而言更高浓度的悬浮的固体；以及
(d)离心机，其被配置用于接收至少一部分的保留物，所述离心机将所述保留物分离成包含液体的澄清的流和包含所述悬浮的固体并且相对于所述保留物而言具有更高浓度的悬浮的固体的浓缩物流；
其中所述离心机位于所述蒸馏柱的下游；
其中所述离心机限定了澄清的液体出口，并且其中所述生物反应器与所述液体出口流体连通以接收至少一部分的澄清的流；和
其中所述固体浓缩容器限定了用于回收所述渗透物的渗透物出口和用于从所述渗透物单独回收所述保留物的保留物出口，所述渗透物出口与所述生物反应器容器流体连通且配置用于接收至少一部分的渗透物。
2.如权利要求1所述的生物反应器系统，其中所述固体浓缩容器包括具有入口表面侧和出口表面侧的膜，所述膜被布置为与所述液流接触并允许渗透物通过所述膜，使得通过所述膜收集包含相对于所述液流而言具有降低浓度的悬浮的固体的液体的渗透物，并且相对于所述液流而言具有增加浓度的悬浮的固体的保留物保留在所述膜之前。
3.如权利要求1-2中任一项所述的生物反应器系统，其中所述产物流是顶部流且所述液流是底部流。
4.如权利要求1-3中任一项所述的生物反应器系统，其还包括分散在所述固体浓缩容器中的冲刷介质，所述冲刷介质在所述固体浓缩容器内穿过所述膜的入口面循环。
5.如权利要求4所述的生物反应器系统，其中所述冲刷介质包括气体、液体和颗粒物质中的至少一种，并且其中所述膜包括中空的纤维膜。
6.如权利要求5所述的生物反应器系统，其中所述固体浓缩容器适于接收气态流态化介质，并将所述流态化介质的向上的表面速度维持在足以使流态化介质保持搅动状态的速率。
7.如权利要求6所述的生物反应器系统，其中所述冲刷介质包括选自以下的颗粒物质：颗粒状的活性炭、二氧化硅、硅酸铝、陶瓷和塑料颗粒，并且其中所述颗粒物质与所述固体浓缩容器内的保留物分离。
8.如权利要求7所述的生物反应器系统，其中所述固体浓缩容器被布置为使所述颗粒物质的颗粒流态化，并且其中所述固体浓缩容器包括流态化入口，以接收流态化介质。
9.如权利要求5所述的生物反应器系统，其中所述固体浓缩容器适于接收气态流态化介质，并使所述流态化介质的向上的表面速度维持在将保持所述流态化介质为搅动状态的速率。
10.从合成气产生液体产物的方法，其包括：
使进料气体通过生物反应器；
使所述进料气体与包含微生物的发酵液体中的微生物接触；
使所述微生物与所述进料气体反应，并产生所述液体产物和生物固体；
使所述发酵液体通过蒸馏柱；
将所述发酵液体分离成包含所述液体产物的产物流和包含相比所述产物流具有更高浓度的生物固体的生物固体流出物流，所述生物固体包括死细胞；
使所述生物固体流出物流通过膜的入口表面；
从所述生物固体流出物流渗透液体并使至少一部分的生物固体不通过所述膜，以产生相比所述流出物流具有更低浓度的生物固体的渗透物流和相比所述流出物流具有更高浓度的生物固体的保留物流；
使所述渗透物流通过离心机并从所述渗透物流分离生物固体，以产生相比所述渗透物流具有更低浓度的生物固体的澄清的流和相比所述渗透物流具有更高浓度的生物固体的浓缩物流；以及
使所述渗透物流的至少一部分和所述澄清的流的至少一部分返回至所述生物反应器。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述产物流作为顶部流回收且所述生物固体流出物作为底部流回收。
12.如权利要求10-11中任一项所述的方法，其中冲刷介质与所述膜的入口表面接触并移动穿过所述入口面，以从所述入口面去除生物固体。
13.如权利要求10-11中任一项所述的方法，其中所述膜包括中空的纤维膜。
14.如权利要求10-13中任一项所述的方法，其中所述膜包括聚合膜、陶瓷膜和金属膜中的至少一种。
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