DD262758A3

DD262758A3 - Anreicherungs- und reinigungsverfahren fuer prozesswaesser der mikrobiologischen eiweissgewinnung aus erdoeldestillat

Info

Publication number: DD262758A3
Application number: DD30135587A
Authority: DD
Inventors: Reiner Unger; Siegfried Hallensleben; Karl-Heinz Lerche; Dieter Vollhardt; Joachim Bauch; Klaus Palme; Walter Brendler; Heinz-Karl Dworaczyk; Guenter Kretschmar; Gerhard Petzold; Bernd Behm; Rainer Blechschmidt; Manfred Gesche; Eberhard Fuchs; Achim Klaus
Original assignee: Petrolchemisches Kombinat
Priority date: 1987-04-01
Filing date: 1987-04-01
Publication date: 1988-12-14

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von Prozesswaessern der mikrobiologischen Eiweissgewinnung aus Erdoeldestillat und die Rueckgewinnung der darin enthaltenen Inhaltsstoffe. Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Rueckgewinnung wertvoller organischer Inhaltsstoffe und zur Gewinnung eines in der organischen Last abgesenkten Wassers bei minimalem oekonomischen und technischen Aufwand. Das Verfahren beruht darauf, dass durch Membranfiltration im hydrostatischen Druckbereich von 0,1-0,8 MPa, bei einer Temperatur von 10-50C und einem p H-Wert von 2,5-8, in Anwesenheit von Phosphomannan-Protein-Komplexen mit einer Mindestkonzentration von 10 mg/l eine Aufkonzentrierung der Prozesswaesser erfolgt.

Description

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bei einer Vielzahl von industriellen Abwässern findet die Membranfiltration als Verfahren sowohl zur Aufkonzentrierung bzw. Rückgewinnung von Wertstoffen als auch zur Reinigung der Abwässer Anwendung. Die Reinigung von Prozeßwässern mikrobiologischer Verfahren, bei denen flüssige Kohlenwasserstoffe als C- und Energiequelle zum Einsatz kommen, bereitet auf Grund der Komplexizität der Wasserinhaltsstoffe besondere Probleme.

Diese Prozeßwässer enthalten neben Mikroorganismenzellen vor allem emulgiertes Erdöldestillat, Tenside sowie andere gelöste organische und anorganische Verbindungen. Die flüssigen Kohlenwasserstoffe liegen durch die Ausbildung von Adsorptionsschichten als außerordentlich stabile Öl-Wasser-Emulsionen vor, die sich in Kombination mit den anderen komplex zusammengesetzten Wasserinhaltsstoffen erschwerend auf die Anwendung der Membranfiltration dieser Abwässer auswirken.

In der Patentliteratur über Membranfiltration sind bisher Verfahren bekannt geworden, die lediglich die Abtrennung einzelner Stoffklassen odervon Mikroorganismenzellen beschreiben.

Bereits die Anwendung der Membranfiltration auf Lösungen von biologischen Materialien bereitet erheblich Probleme.

Als Beispiele sollen die Ultrafiltration gelbildender Makromoleküle (GB-PS 1307331), die aufwendige Prozeßführung zur Vermeidung von Verschmutzungen durch Flüssigkeiten, die Mikroorganismenzellen, Makromoleküle oderfeinteilige Feststoffe enthalten (DE-OS 2254860) sowie die Anwendung kompliziert aufgebauter Membranen (trennaktive Deck- und hochporöse Schutzschicht) bei mikrobiellen Substanzklassen (DD-WP 143036) genannt werden.

Verschiedene Varianten der Membranfiltration zur Abtrennung von Öl, Kohlenwasserstoffen, Fetten und ähnlichen Substanzen aus industriellen Prozeßwässern, die in Form von Öl-Wasser- bzw. Wasser-Öl-Emulsionen ausfallen, liegen lediglich in Abwesenheit der genannten biogenen Substanzen vor.

Im DD-WP 2900764 wird die selektive Filtration von Öl aus Wasser-Öl oder Öl-Wasser-Emulsionen dadurch erreicht, daß durch Oberflächenmodifizierung des Membranmaterials, dessen kritische Oberflächenspannung in die Größenordnung des Öls (20-35 mN/m) gebracht wird.

Mit ähnlicher Zielstellung wird gemäß GB-PS 1488682 die Filtermembran durch silanmodifizierte SiO₂-Teilchen hydrophobiert.

Zur Verbesserung von Durchflußraten und Trennleistung bei der Membranfiltration werden in einer Reihe von Patenten aufwendige Vorbehandlungen vorgeschlagen.

Gemäß GB-PS 1398114 und GB-PS 1398112 sind den Membranen zur Ultrafiltration Ab-/Adsorptionsschichten (Aktivkohle, Tonerde) vorgelagert.

In anderen Patenten werden Kombinationen mit Koagulations- (DD-WP 214063) und Flotationsverfahren (DE-OS 2543296, AT-PS 371360, DE-OS 3245591) beschrieben.

Im Falle der Prozeßwässer der mikrobiologischen Eiweißgewinnung bewirkt die Komplexizität der Wasserinhaltsstoffe eine schnelle Verschmutzung der Membranen und damit die Verhinderung der Membranfiltration.

(Kermer „Physikalisch-chemische Verfahren (1)", Berlin 1984, S. 102-103).

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, die bei der mikrobiologischen Eiweißgewinnung aus Erdöldestillat anfallenden Prozeßwässer unterschiedlicher Zusammensetzung und Belastung mit gelösten und partikulären Inhaltsstoffen und emulgiertem Erdöldestillat unter günstigen energie- und materialökonomischen Bedingungen aufzukonzentrieren und/oder eine Rückgewinnung wertvoller organischer Inhaltsstoffe zu ermöglichen sowie ein in der organischen Last abgesenktes Wasser zu gewinnen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, das durch Membranfiltration unter günstigen energie- und materialökonomischen Bedingungen eine Aufkonzentrierung der bei der mikrobiologischen Eiweißgewinnung aus Erdöldestillat anfallenden Prozeßwässer sowie eine Rückgewinnung der wertvollen organischen Wasserinhaltsstoffe und eine Rückführung des gereinigten Wassers in den Prozeß ermöglicht.

Eine wesentliche Aufgabe ist es, durch die Schaffung qualitativ neuer Prinzipien die Bedingungen für die praktische Realisierung der Membranfiltration zu gewährleisten. Diese Aufgabe soll durch die Wirkung von Substanzen gelöst werden, die von den Mikroorganismen selbst erzeugt oder durch gesonderte Verfahren aus diesen abgetrennt und dem Prozeß zugeführt werden können.

Die Prozeßwässer der mikrobiologischen Eiweißgewinnung aus Erdöldestillat stellen komplizierte Mehrphasengemische dar, die neben echt gelösten Substanzen {nieder- und hochmolekulare organische sowie anorganische Verbindungen), Mikroorganismen (Hefen, Bakterien) und vor allem emulgieites Erdöldestillat enthalten. Somit liegen Bedingungen vor, die die Anwendung bekannter Membranfiltrationsprinzipien ausschließen. Überraschenderweise wurde gefunden, daß Phosphomannan-Protein-Komplexe, die bei der mikrobiellen Eiweißgewinnung von den Mikroorganismen produziert werden, die Membranfiltration der komplex zusammengesetzten Prozeßwässer ermöglichen.

Die erfindungsgemäß verwendeten Phosphomannan-Protein-Komplexe können in einfacher Weise aus Hefezellwänden durch Zitratpufferextraktion oder aus dem Fermentationsmedium durch Ausfällung des o. g. Komplexes mittels Alkohol der C-Zahl 1-4 oder Aceton gewonnen werden.

Ohne an ein theoretisches Konzept gebunden zu sein, läßt sich die Wirkung der Phosphomannan-Protein-Komplexe wie folgt erklären:

Die Oberflächeneigenschaften der dispergierten bzw. emulgierten Partikel werden durch Adsorption der Phosphomannan-Protein-Komplexe bestimmt. Im pH-Bereich 2,5-8 kommt es infolge von Teilchenaggregation zur Reduzierung der Stabilität des kolloidalen Systems.

Erfindungsgemäß wird die technische Aufgabe der Aufkonzentrierung der Prozeßwässer und Rückgewinnung der organischen Wasserinhaltsstoffe sowie die Gewinnung eines in der organischen Last abgesenkten Wassers durch Membranfiltration im hydrostatischen Druckbereich von 0,1-0,8 MPa, einer Temperatur von 1 Ö-50°C und einem pH-Wert von 2,5-8, vorzugsweise 3-6, in Anwesenheit von mindestens 10mg/l Phosphomannan-Protein-Komplex gelöst, wobei keine weiteren Roh-und Hilfsstoffe zugegeben werden müssen und keine Vor- und/oder Nachbehandlung erforderlich ist.

Mit dieser Verfahrensweise ist es möglich, 90-100^cC der in den Prozeßwässern enthaltenen Futterhefe über den Konzentratstrom zurückzugewinnen. Im Permeat ist eine CSV-Cr-Absenkung bis zu 75% und eine Erdöldestillatabreicherung um annähernd 100% zu verzeichnen.

Es zeigte sich, daß der Gehalt an gelösten organischen Stoffen im Permeat um 60-80% des Gehaltes.im Prozeßwasser reduziert werden kann. Der im Gehalt an gelösten organischen Stoffwechselprodukten, Erdöldestillat und Mikroorganismenzellen abgesenkte, aber mit vorwiegend anorganischen Stoffen (Nährsalze) noch angereicherte Permeatstrom läßt sich wieder in den Prozeß der mikrobiologischen Eiweißgewinnung aus Erdöldestillat zurückführen oder in eine konventionelle Abwasserreinigungsanlage einleiten.

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung wird mittels dreier Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Beispiel 1

400 ml Aufrahmwasser (pH auf 3 mit H₂SO₄ eingestellt, t = 15°C) der mikrobiologischen Eiweißgewinnung aus Erdöldestillat mit Candida maltosa EH-15 wurden in eine Membranfiltrationszelle mit Rührvorrichtung (Zellulosacetatmembran, Membranfläche = 45cm²) gefüllt und ein Stickstoffdruck von 0,23-0,8MPa angelegt.

Während des kontinuierlichen Ultrafiltrationsverfahrens lag ständig eine Phosphomannan-Protein-Konzentration von 50mg/l

Das Aufrahmwasser hatte vor der Filtration einen CSV-Cr-Wert von 8g O₂/l, einen Hefe-Trocken-Substanz-Gehalt von 0,3 Ma.-%, einen Erdöldestillatgehalt von 0,6 Ma.-%, einen Gehaltan gelösten Kohlenhydraten von 458 mg/l, an gelösten Fettsäuren von 112mg/l und an gelöstem organischem Stickstoff von 166mg/l.

Nach 8 Stunden Versuchsdauer wurden das Konzentrat und das Permeat analysiert. Der Hefe-Trocken-Substanz-Wert im Konzentrat betrug 0,5 Ma.-%.

Im Permeat wurden ein CSV-Cr-Wert von 2,5g O₂/l, ein Hefe-Trocken-Substanz-Wert von 0Ma.-%, ein Erdöldestillatgehalt von 0,03Ma.-%, ein Gehalt an gelösten Kohlenhydraten von 74mg/l, an gelösten Fettsäuren von 43mg/l und an gelöstem organischem Stickstoff von 37 mg/l festgestellt.

Beispiel 2

400 ml Separationswasser (pH auf 8 mit NaOH eingestellt, t = 48°C) der mikrobiologischen Eiweißgewinnung aus Erdöldestillat mit Candida intermedia wurden in eine Membranfiltrationszelle mit Rührvorrichtung (Zelluloseacetatmembran, Membranfläche = 45cm²) gefüllt und ein Stickstoffdruck von 0,23-0,8MPa angelegt.

Zusätzlich wurde in die Membranfiltrationszelle eine wäßrige Phosphomannan-Protein-Lösung gegeben, um im gesamten kontinuierlichen Ultrafiltrationsverfahren eine Phosphomannan-Protein-Konzentration von 50mg/l zu erhalten.

Das Separationswasser hatte vor der Filtration einen CSV-Cr-Wert von 18,5g O₂/l, einen Hefe-Trocken-Substanz-Gehalt von 0,12 Ma.-% und einen Erdöldestillatgehalt von 0,29Ma.-%. Nach 8 Stunden Versuchsdauer wurden das Konzentrat und das Permeat analysiert: Der Hefe-Trocken-Substanz-Wert im Konzentrat betrug 0,29Ma.-%. Im Permeat wurden ein CSV-Cr-Wert von 5,6g O₂/l, ein Hefe-Trocken-Substanz-Wert von 0,01 Ma.-% und ein Erdöldestillatgehalt von 0,01 Ma.-% festgestellt.

Beispiel 3

400ml Gemisch aus Aufrahmwasser und Separationswasser (pH 5-6, t = 35-39⁰C, Mischungsverhältnis Aufrahmwasser:Separationswasser = 2:1) der mikrobiologischen Eiweißgewinnung aus Erdöldestillat mit Torulopsis spec, wurden in eine Membranfiltrationszelle mit Rührvorrichtung (Kernspurmikrofiltrationsmembran, Membranfläche = 45cm²) gefüllt und ein Stickstoffdruck von 0,1-0,8MPa angelegt. Durch das Aufrahmwasser wurde Phosphomannan-Protein-Komplex in die Membranfiltrationszelle eingebracht, so daß während des gesamten kontinuierlichen Mikrofiltrationsverfahrens eine Phosphomannan-Protein-Konzentration von 10mg/l erhalten wurde.

Das Gemisch hatte vor der Filtration einen CSV-Cr-Wert von 14,3 gO₂/l, einen Hefe-Trocken-Substanz-Gehalt von 0,28 Ma.-% und einen Erdöldestillatgehalt von 0,09Ma.-%. Nach 8h Versuchsdauer wurden das Konzentrat und das Permeat analysiert: Der Hefe-Trocken-Substanz-Wert im Konzentrat betrug 0,54Ma.-%. Im Permeat werden ein CSV-Cr-Wert von 4,9 g O₂/l, ein Hefe-Trocken-Substanz-Wert von 0,04Ma.-% und ein Erdöldestillatgehalt von 0Ma.-% festgestellt.

Claims

Anreicherungs- und Reinigungsverfahren für Prozeßwässer der mikrobiologischen Eiweißgewinnung aus Erdöldestillat durch Membranfiltration im hydrostatischen Druckbereich von 0,1—0,8MPa, bei einer Temperatur von 10-50⁰C und einem pH-Wert von 2,5-8, vorzugsweise 3-6, gekennzeichnet dadurch, daß die Prozeßwässer in Anwesenheit von Phosphomannan-Protein-Komplex, der aus Hefezellwänden durch Zitratpufferextraktion oder aus dem Fermentationsmedium durch Ausfällung mittels Alkohol der C-Zahl 1-4 oder Aceton gewonnen wird, mit einer Mindestkonzentration von 10mg/l einer Membranfiltration unterzogen und anschließend dem Prozeß der mikrobiologischen Eiweißgewinnung in bekannter Weise wieder zugeführt werden.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von Prozeßwässern der mikrobiologischen Einweißgewinnung aus Erdöldestillat und die Rückgewinnung der darin enthaltenen Inhaltsstoffe. Die Erfindung ist anwendbar in der technischen Mikrobiologie.