DD230517A3

DD230517A3 - Verfahren zur herstellung aschearmer proteinkonzentrate aus guellefugat

Info

Publication number: DD230517A3
Application number: DD83251799A
Authority: DD
Inventors: Bettina Hebold; Hannelore Kratz; Theodor Kreuter; Christine Rottig; Dieter Beck
Original assignee: Akad Wissenschaften Ddr
Priority date: 1983-06-07
Filing date: 1983-06-07
Publication date: 1985-12-04

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Gewinnung aschearmer mikrobieller Biomassen, die als Proteinkonzentrate in der Tierernaehrung einsetzbar sind, durch aerobe Fermentation von Abwaessern aus Tierhaltungsanlagen. Der Gehalt an Rohasche in der durch aerobe Fermentation erzeugten Biomasse laesst sich vermindern, indem die waehrend der Fermentation erfolgende Abscheidung der unloeslichen Aschebildner von der Fermentation erreicht wird. Erfindungsgemaess erfolgt dies durch kurzzeitiges Belueften des Guellefugats vor der Fermentation, Einruehren bereits fermentativ erzeugter Biomasse und Abtrennung desselben vor der eigentlichen Fermentation. Die in das belueftete Guellefugat eingeruehrte und wieder abgetrennte Biomasse kann mehrfach verwendet werden.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Senkung des Aschegehalts in durch Fermentation von Güllefugat gewonnenem Proteinkonzentrat, das als Eiweißfuttermittel in der Tierernährung einsetzbar ist. Sie kann in die IPK C 02 F eingeordnet werden.

Charakterisierung bekannter technischer Lösungen

Die Möglichkeit der Gewinnung von Proteinkonzentraten durch aerobe Fermentation von Abwässern unterschiedlicher Herkunft ist bekannt.

Sofern es sich aber nicht um relativ einheitliche, hinsichtlich ihrer mikrobiologisch nutzbaren Kohlenstoffquelle konzentrierte Abwasser handelt, enthalten die durch aerobe Fermentation der Abwässer erhaltenen Biomasse-Schlämme relativ hohe Rohaschegehalte von 10 bis 30%, in der Regel um 20%. Dadurch ist aber die Möglichkeit stark eingeschränkt, diese Produkte als Eiweißfuttermittel in der Tierernährung einzusetzen, da eine effektive Zucht und Mast von Nutztieren die Einhaltung einer physiologisch ausgewogenen Mineralzufuhr zum Futter erforderlich macht.

Der hohe Aschegehalt der nach dem Stand der Technik hergestellten Proteinkonzentrate durch aerobe Fermentation von Güllefugat erlaubt daher lediglich ihren Einsatz als Futtermittelkomponente in einem beschränkten Umfang-, der sich aus den Möglichkeiten ergibt, mit aschearmen weiteren Eiweißkonzentraten anderer Herkunft den Mineralgehalt des Futters auszubilanzieren.

Aus diesen Gründen ist es nicht möglich, technisch und ökonomisch sinnvolle Mengen von Eiweißkonzentraten aus Güllefugat im Futter einzusetzen.

Ein weiterer Nachteil der herkömmlichen aeroben Fermentation von Güllefugat besteht darin, daß nicht nur eine mit aschebildenden Verbindungen, insbesondere Erdalkalisalzen hoch-belastete Biomasse erhalten wird, sondern darüber hinaus starke Salzverkrustungen an den Oberflächen der Apparate und Rohrleitungen auftreten, die den technologischen Prozeß stark beeinträchtigen.

Um diese Nachteile abzustellen, hat man nach der DE-OS 2163364 die Fermentation mesophil bei einem pH-Wert von 4,0...6,5 durchgeführt. Dabei erhält man eine aschearme Biomasse, da die Aschebildner im sauren pH-Bereich in Wasser löslich sind; allerdings ist dieses Verfahren in der Praxis durchführbar, da zur Ansäuerung des gesamten zu fermentierenden Abwassers außerordentlich hohe Säuremengen erforderlich sind, die das Verfahren aber völlig unökonomisch gestalten.

Die DE-OS 2929 595 setzt sich mit diesen Nächteilen des Verfahrens auseinander und schlägt die Ansäuerung nicht des gesamten Abwassers, sondern nur der nach der Fermentation abgetrennten Biomasse vor, wozu wesentlich weniger Säure erforderlich ist. Allerdings sind die erforderlichen Säuremengen immer noch erheblich, die angesäuerte Suspension der Biomasse muß durch Separation in ein aschearm.es Proteinkonzentrat und eine stark salzhaltige, saure, flüssige Phase getrennt werden. Die dabei anfallende genannte saure Salzlösung muß aufwendig weiterbehandelt werden, da sie in der anfallenden Form weder auf landwirtschaftlichen Nutzflächen verregnet noch in den Vorfluter abgelassen werden kann. Es muß eingeschätzt werden, daß zur Zeit noch kein geeignetes Verfahren bekannt ist, nach dem mit einem vertretbaren technisch-ökonomischen Aufwand aschearme Proteinkonzentrate durch aerobe Fermentation von Güllefugat erzeugt werden können.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, durch aerobe Fermentation von Güllefugat ohne den bisher erforderlichen hohen Aufwand aschearme Biomassen zu gewinnen, die für den Einsatz in der Tierfütterung geeignet sind.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Erdalkalikonzentration der wäßrigen Fermentationsphase soweit zu senken, daß Aschebelastung der Biomasse und Salzverkrustungen wesentlich vermindert werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, indem das zu fermentierende Güllefugat zunächst kurzfristig belüftet wird, wobei aer pH-Wert auf 8 bis 9 steigt. Anschließend wird bereits gebildete Biomasse in das so vorbereitete Güllefugat eingebracht.

Nach Beladung der zugesetzten Feststoffe mit den aschebildenden Erdalkalisalzen wird die Feststoffphase auf herkömmliche Weise abgetrennt und die Fugatphase einer aeroben Fermentation unterzogen, wodurch eine aschearme Biomasse erhalten

Wird bei der Belüftung des Güllefugats die notwendige pH-Erhöhung auf pH 8 bis 9 nicht erreicht, was insbesondere auf nicht im ausreichenden Maße vorliegende hydrolytisch-alkalisch reagierende Anionen enthaltende Verbindungen zurückzuführen ist, sind solche Stoffe zuzusetzen, die derartige Anionen enthalten oder abgeben. In besonderer Ausgestaltung des Verfahrens können derartige Stoffe mit Abwässern zugeführt werden.

Insbesondere bei der Fermentation C-defizitärer Abwässer mit einem physiologischen N- und P-Überschuß bietet es sich an, die nach der Fermentation des betreffenden Abwassers nach Abtrennung der mikrobiellen Biomasse verbleibende Flüssigkeit

dafür einzusetzen, da diese einen Überschuß an Carbonat-Anionen enthält.

Die Einstellung des pH-Wertes in den Bereich von 8 bis 9 führt allein nicht zur Ausfällung der Erdalkalisalze. Hierin ist auch die Ursache dafür zu finden, daß die nahe liegend scheinende Lösung bisher nirgends zu einer technischen Variante geführt hat, mehr noch, daß von derartigen Versuchen auch nicht berichtet wurde.

Vielmehr wird allgemein davon ausgegangen, daß durch im Güllefugat vorliegende Biopolymere die hohe Stabilität der Aschebildner gegen das Ausfallen verursacht wird. Erst während des Fermentationsschrittes erfolgt ein biologischer Abbau der betreffenden organischen Verbindungen, wodurch es zum Ausfallen der Aschebildner kommt, die sich auch als Krusten auf allen Oberflächen absetzen und schließlich sogar Rohrleitungen verstopfen.

Es wurde überraschend gefunden, daß die Abscheidung der Erdalkaliverbindungen aus dem Güllefugat jedoch bereits vor dem Fermentationsschritt erreicht werden kann, wenn erfindungsgemäß nach Belüften des Fugats und pH-Einstellung auf einen Wert von 8 bis 9 mikrobielle Biomasse als Suspension oder Trockenmasse zugeführt wird.

Hierbei tritt eine Beladung der Biomasse mit den Aschebildnern ein. Die feste Phase kann nunmehr auf bekannte Weise abgetrennt und mehrfach für den gleichen Zweck eingesetzt werden. Dadurch nimmt die Masse des im zunehmenden Maße aus unlöslichen Erdalkalisalzen bestehenden Sediments laufend zu, es wird größer und kristallinisch.

Schließlich setzt man Biomasse enthaltende kristalline Erdalkaliverbindungen, vorzugsweise Magnesium- und Kaliumcarbonate und -Phosphate, zur Abscheidung der Aschebildner ein.

Das stark mit aschebildenden Verbindungen angereicherte biomassehaltige Sediment kann als Düngemittel Verwendung finden.

Anhand folgenden Beispiels soll die Erfindung näher beschrieben werden:

Beispiel:

Als Ausgangsmaterial diente der Überstand einer bei 6000g zentrifugierten Gülle aus einer Schweinemastanlage.

Analysendaten des Güllefugats:

Chemischer Sauerstoffverbrauch (K₂Cr₂O₇-H₂SO₄) : 25000mg/1

Gesamt-Stickstoff: 5000 mg/1

pH-Wert: 6,8

Erdalkalien: 0,018mol/l

Die Erdalkalien wurden als Summe durch Titration von 1 ml Güllefugat mit 0,01 molarer Dinatrium-Ethylendiamintetraacetat-Lösung gegen Eriochromschwarz T bestimmt.

Blindwert:

Der Blindwert des Aschegehaltes wurde ohne die erfindungsgemäße Vorbehandlung des Güllefugats bestimmt.

Dazu wurde Güllefugat bei 33°C (306K) und einer Verweilzeit von 10 Stunden mit Belebtschlamm aus einer Gülleaufbereitungsanlage als Inokulum fermentiert. Dabei wurden 7,1 g Biomasse-Trockensubstanz je Liter Güllefugat mit einem Stickstoffgehalt von 10,7% und einer Rohasche von 18,0% erhalten, abgetrennt durch Zentrifugätion bei 6000g. Der Überstand des Fermentorablaufes enthielt 3900 mg/l Stickstoff als Ammoniumcarbonat und einen Rest-CSV von ca. 1000 mg O₂/ I, der pH-Wert war 8,9.

Behandlung des Güllefugats zur Gewinnung einer aschearmen Biomasse:

Das Güllefugat wurde vorder Fermentation zunächst 20 Minuten lang bei 15⁰C (288K) belüftet, wobei der pH-Wert bereits auf 7,8 stieg. Danach wurden auf 11 des belüfteten Güllefugats 250ml des Überstandes des zentrifugierten Fermentorablaufs vom Blindversuch zugesetzt, wodurch sich der pH-Wert der Mischung auf pH = 8,4 erhöhte. Die Abscheidung der unlöslichen Erdalkaliverbindungen erfolgte durch Einrühren von 5g getrockneter Biomasse aus dem Blindversuch für die Zeitdauer von 1 Stunde.

Danach wurde zentrifugiert und der Überstand wurde wie im Blindversuch fermentiert.

Dabei wurde eine Biomasse mit folgenden Analysendaten erhalten:

Erdalkaligehalt der erfindungsgemäß

behandelten Gülle: 0,010 mol/l

Rohasche in der erhaltenen Biomasse: 10,0 %

Der Zehtrifugenrückstand der erfindungsgemäß behandelten Gülleflüssigkeit vor der Fermentation, der sich aus den 5g der eingerührten Trockenbiomasse aus dem Blindversuch und den darauf abgeschiedenen Erdalkaliverbindungen zusammensetzte, konnte in weiteren Versuchen für die Abscheidung der unlöslichen Erdalkaliverbindungen eingesetzt werden; dabei wurde er zunehmend kristallinisch und spezifisch schwerer.

Auch die Überstände des zentrifugierten Fermentorablaufs der erfindungsgemäß behandelten Gülleflüssigkeit ließen sich in weiteren Versuchen zur Steigerung des pH-Wertes des belüfteten Güllefugates einsetzen.

Claims

Erfindungsanspruch:

1. Verfahren zur Herstellung aschearmer Proteinkonzentrate durch aerobe Fermentation von Güllefugat, gekennzeichnet dadurch, daß das Güllefugat vor der Fermentation belüftet, auf einen pH-Wert von 8 bis 9 eingestellt, mit bereits gebildeter mikrobieller Biomasse die kristalline Erdalkaliverbindungen enthält versetzt, die Sedimentphase abgetrennt und die so erhaltene flüssige Phase aerob fermentiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die abgetrennte Sedimentphase wieder zum Zwecke der Abscheidung von Aschebildnern verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß zum Zwecke der pH-Einstellung die Flüssigphase der Fermentation C-defizitärer, einen physiologischen N- und P-Überschuß aufweisenden Abwasser verwendet wird.