DD283737A7 - PROCESS FOR CULTURING METHANOTROPHIC BACTERIA - Google Patents

PROCESS FOR CULTURING METHANOTROPHIC BACTERIA Download PDF

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DD283737A7 DD32275888A DD32275888A DD283737A7 DD 283737 A7 DD283737 A7 DD 283737A7 DD 32275888 A DD32275888 A DD 32275888A DD 32275888 A DD32275888 A DD 32275888A DD 283737 A7 DD283737 A7 DD 283737A7
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Karin-Dagmar Wendlandt
Dietrich Wagler
Edda Bruehl
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kultivierung von methanotrophen Bakterien. Die Erfindung gehoert in das Gebiet der mikrobiologischen Eiweiszgewinnung. Die Erfindung verfolgt das Ziel, fuer das Erdgasverfahren ein Prozeszregime zu entwickeln, das die Konzentrationen des Gasgemisches auszerhalb des explosiven Bereiches vorsieht, das maximales Wachstum beim Anfahren und bei Druckfermentation gewaehrleistet und damit zu einer sicheren kontinuierlichen Prozeszfuehrung und Verkuerzung der UEbergangszeit von diskontinuierlichem zu kontinuierlichem Betrieb fuehrt. Es wurde gefunden, dasz das Verhaeltnis n1/n2 der Konzentration des geloesten Sauerstoffs in der Kulturfluessigkeit zur Konzentration des Sauerstoffs im Gasgemisch eine geeignete Prozeszfuehrungsgroesze ist. Die Prozeszfuehrung sieht eine Gasversorgung in den Grenzen fuer n1/n2 von 5-30, bevorzugt 8-25 vor, wobei der obere Grenzwert entweder durch Druckerhoehung oder Erhoehung der O2-Konzentration im Gasgemisch eingestellt und der untere Wert nach entsprechendem Wachstum erreicht werden.{Bakterien; Druckfermentation; Sauerstoffkonzentration; Eiweiszgewinnung; diskontinuierlich; Erdgas; kontinuierlich}The invention relates to a method for the cultivation of methanotrophic bacteria. The invention belongs to the field of microbiological protein production. The invention aims to develop for the natural gas process a Prozeszregime that provides the concentrations of the gas mixture outside the explosive range, which ensures maximum growth during startup and pressure fermentation and thus to a safe continuous Prozeszfuehrung and shortening the transition time of discontinuous to continuous operation leads. It has been found that the ratio n1 / n2 of the concentration of the dissolved oxygen in the culture liquid to the concentration of the oxygen in the gas mixture is a suitable process quantity. The process provides a gas supply within the limits of n1 / n2 of 5-30, preferably 8-25, with the upper limit set either by increasing or increasing the O2 concentration in the gas mixture and reaching the lower value after appropriate growth. Bacteria; Pressure fermentation; Oxygen concentration; Eiweiszgewinnung; discontinuous; Natural gas; continuously}

Description

Verfahren zur Kultivierung von methanotrophen BakterienProcess for the cultivation of methanotrophic bacteria

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung gehört in das Gebiet der mikrobiologischen Eiweißgewinnung und kann eingesetzt werden in Anlagen, in denen Methan oder Erdgas mit Hilfe methanotropher Bakterien mikrobiologisch umgesetzt werden.The invention belongs to the field of microbiological protein production and can be used in plants in which methane or natural gas are microbiologically converted by means of methanotrophic bacteria.

Charakteristik der bekannten technischen [lösungenCharacteristic of the known technical solutions

Die bekannten Verfahren gehen davon aus, daß methanotrophe Bakterien in einem Nährstoffe enthaltenden Fermentationsmedium in Gegenwart eines methan- und sauerstoffhaltigen Gases kultiviert werden, wobei diskontinuierlich und kontinuierlich gearbeitet wird.The known methods assume that methanotrophic bacteria are cultured in a nutrient-containing fermentation medium in the presence of a methane- and oxygen-containing gas, working discontinuously and continuously.

Temperatur und pH-Wert des Fermentationsmediums werden in den für die jeweilige Kultur optimalen Bereichen gehaltenTemperature and pH of the fermentation medium are kept in the optimal ranges for each culture

Es sind Verfahren bei Normaldruck und bei erhöhtem Systemdruck bekannt, wobei für extrem hohe Drücke ( 40 at in GB-PS 1150401, 1500 psig in GB-PS 1320722 ) allerdings keine Beispiele gegeben werden. Methods are known at atmospheric pressure and at elevated system pressure, although no examples are given for extremely high pressures (40 at in GB-PS 1150401, 1500 psig in GB-PS 1320722).

Die Zusammensetzung des Begasungsgemisches schwankt in weiten Bereichen, in DE-CS 2610478 Verhältnis Methan zu Luft von 2:1 bis 1:6 , in GB-PS 1320722 Methan 1-97 %, Ö2 3-74 % oder in DE-OS 2241258 Methan 10-50 %, bevorzugt 15-25 %, O2 10-19 % bevorzugt 16-18 %.The composition of the gassing mixture varies widely, in DE-CS 2610478 ratio of methane to air of 2: 1 to 1: 6, in GB-PS 1320722 methane 1-97%, Ö2 3-74% or in DE-OS 2241258 methane 10-50 %, preferably 15-25%, O2 10-19%, preferably 16-18%.

Auf die Vermeidung explosiver Gasgemische wird mehrfach hingewiesen ü.B. GB-PS 1150401, dagegen arbeitet das Verfahren aus DE-OS 2417848 ausdrücklich im explosiven Bereich und sieht eine energetische Verwendung des Abgases vor.The avoidance of explosive gas mixtures is mentioned several times. GB-PS 1150401, however, the method of DE-OS 2417848 expressly works in the explosive area and provides for an energetic use of the exhaust gas.

Die Zusammensetzung des Begasungsgemisches wird nach verschiedenen Gesichtspunkten z.B. ökonomischen oder vom StoffübergangThe composition of the gassing mixture is considered according to various aspects, e.g. economic or from the mass transfer

bedingten gewählt, dabei kommt es aber nie zu einer optimalen CH4- bzw. 02- Versorgung für die Kultur selbst.conditionally chosen, but it never comes to an optimal CH4 or 02 supply for the culture itself.

Zwar wird von Inhibierung des Wachstums bei einem zu hohen Angebot an O2 in der GB-PS 1320722 gesprochen und eine Gelöstkonaentration von 1-30 ppm 0?. vorgeschlagen, doch ist bei all den vorgeschlagenen Verfahren nicht gewährleistet, insbesondere bei Anwendung von erhöhtem Druck, daß limitierende oder inhibierende Konzentrationen der gelösten Gase vermieden werden, wenn das momentane Wachstum nicht mit dem Angebot der Gaskomponenten übereinstimmt, die meist in konstanten Verhältnissen dosiert werden. Nur in der DE-OS 2308087 , die allerdings den Schwerpunkt auf die Gasrückführung legt, wird davon gesprochen, verbrauchtes Gas dem jeweiligen Prozeßzustand angepaßt zu ergänzen.Although it is spoken of inhibition of growth at too high an offer of O2 in GB-PS 1320722 and a dissolved Konaentration of 1-30 ppm 0?. proposed, but is not guaranteed in all the proposed method, especially when using elevated pressure that limiting or inhibiting concentrations of dissolved gases are avoided if the current growth does not match the supply of gas components, which are usually dosed in constant conditions. Only in DE-OS 2308087, however, places the emphasis on the gas recirculation, it is spoken of supplemented gas to supplement the respective process state.

Es sind auch Verfahren bekannt, die durch Nutzung von oxidierten Derivaten des Methans (DE-OS 2460672) oder von Stoffwecheelprodukten (DE-OS 2610478) maximales Wachstum bewirken sollen, doch nutzen diese nicht die Potenzen einer optimalen Gasversorgung, denn die in diesen Verfahren beanspruchten Ziele maximales Wachstum und maximale Gasnutzung schließen einander ausThere are also known methods which are intended to achieve maximum growth by using oxidized derivatives of methane (DE-OS 2460672) or Stoffwecheelprodukten (DE-OS 2610478), but do not use the potential of optimal gas supply, because the claimed in these methods Objectives maximum growth and maximum gas utilization are mutually exclusive

Schließlich beanspruchen die meisten Verfahren nur bestimmte stationäre Zustände des kontinuierlichen Prozesses, lassen aber die ' meist schwierige instationäre Phase des Anfahrens, in der z.B. zu jeder Zeit Limitierungen und Inhibierungen, Auswaschen der Kultur oder explosive Gasgemische vermieden werden müssen, offen. Lediglich in der DE-OS 2460672 und in der DE-OS 2535782 wird der übergang von der diskontinuierlichen zur kontinuierlichen Phase beschrieben, allerdings nur bezüglich der Zufuhr des flüssigen Nährmediums, nicht aber bezüglich der Gasversorgung. So wird in DE-OS 2460672 zu Beginn des Wachstums Medium mit D = 0.08 n-1 zugeführt und dann in zweitägigen Intervallen D um 0.02 bis zum Erreichen von D =0.22 h-1 erhöht. In DE-OS 2535782 Beginn des kontinuierlichen Prozesses nach 24 h, aller 2 h wird D um 0.02 bis zum Erreichen von 0.175 h-i erhöht. In den beschriebenen Verfahren dauert der Vorgang des Anf ahrens verhältnismäßig lang, es werden nur geringe Biomasse-· konzentrationen erreicht. Maßnahmen zur Gestaltung des An-Finally, most processes only require certain stationary conditions of the continuous process, but leave the 'most difficult transient phase of the start-up, in which, for example, at all times limitations and inhibitions, leaching of the culture or explosive gas mixtures must be avoided. Only in DE-OS 2460672 and DE-OS 2535782 the transition from the discontinuous to the continuous phase is described, but only with respect to the supply of liquid nutrient medium, but not with respect to the gas supply. Thus, DE-OS 2460672 at the beginning of the growth medium with D = 0.08 n- 1 is supplied and then increased in two-day intervals D by 0.02 until reaching D = 0.22 h- 1 . In DE-OS 2535782 beginning of the continuous process after 24 h, every 2 h, D is increased by 0.02 until reaching 0.175 hi. In the described method, the process of starting takes a relatively long time, only low biomass concentrations are achieved. Measures for the design of the

fahrene und zur Führung des Prozesses unter erhöhtem Druck werden überhaupt nicht gegeben.driven and to the leadership of the process under increased pressure are not given at all.

Insgesamt haben die beschriebenen Verfahren den Nachteil, daß nie gleichseitig eine optimale Gasversorgung und damit optimales Wachstum und die Sicherheit, daß sich das Gasgemisch außerhalb des explosiven Bereiches befindet, gewährleistet sind.Overall, the described method has the disadvantage that never equilateral optimum gas supply and thus optimal growth and the security that the gas mixture is outside the explosive range, guaranteed.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Die Erfindung verfolgt das Ziel, für ein Verfahren zur Züchtung methanotropher Bakterien ein Prozeßregime au entwickeln, das Gaskonsentrationen außerhalb des explosiven Bereiches von Methan-Sauerstoff-Gemischen vorsieht, maximales Wachstum beim Anfahren und bei Druckfermentation gewährleistet und damit eine sichere kontinuierliche Prozeßführung sowie Verkürzung der Übergangszeit vom diskontinuierlichen zum kontinuierlichen Betrieb bewirkt.The invention aims to develop a process regime for a method of breeding methanotrophic bacteria, which provides gas concentrations outside the explosive range of methane-oxygen mixtures, ensures maximum growth during startup and pressure fermentation and thus safe continuous process control and shortening the transitional period from discontinuous to continuous operation.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bestimmte Prozeßparameter, die als Maß für die Proseßführung geeignet sind, auszuwählen und deren Grenzen festzulegen.The invention is therefore based on the object, certain process parameters that are suitable as a measure of the Proseßführung to select and set their limits.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Verhältnis nl/n2 der Konzentration des gelösten Sauerstoffs (in ppm) im Fermentaticnsmedium zur Konzentration des Sauerstoffs im Fermentationsabgas (in Volumenanteilen) einschließlich der Grenzwerte dieses Verhältnisses als Parameter für die Proaeßführung verwendet werden.According to the invention, the object is achieved by using the ratio nl / n2 of the dissolved oxygen concentration (in ppm) in the fermentation medium to the concentration of oxygen in the fermentation waste gas (in volume fractions) including the limits of this ratio as a parameter for the sample guide.

Die Grenzwerte dieses Verhältnisses nl/n2 liegen bei 5 und 30, bevorzugt bei 8 und 25. Die Prozeßführung sieht eine Gasversorgung innerhalb dieser Grenzwerte vor, wobei der obere Wert entweder durch Druckerhöhung oder durch Erhöhung der O2-Konzentration im Gasgemisch eingestellt und der untere Wert nach entsprechendem Wachstum erreicht wird.The limits of this ratio nl / n2 are 5 and 30, preferably 8 and 25. The process control provides for a gas supply within these limits, the upper value set either by pressure increase or by increasing the O2 concentration in the gas mixture and the lower value is achieved after appropriate growth.

Wird das Verhältnis nl/n2 über einen Wert von 30, 2.B. erhöht, wird eine 02-Inhibierung beobachtet, die Wachstumsgeschwindigkeit sinkt beträchtlich und die Übergangszeit von diskontinuierlichem zum kontinuierlichem Betrieb verlängert sich, bzw. im kontinuierlichen Prozeß erfolgt eine Ausschwemmung der Kultur.If the ratio nl / n2 exceeds a value of 30, 2.B. increases, 02-inhibition is observed, the growth rate decreases considerably and the transition period of discontinuous to continuous operation is extended, or in the continuous process takes place a flushing of the culture.

Sinkt das Verhältnis unter 5 , wird entweder eine O2-Limitation beobachtet oder das Gasgemisch befindet sich im explosiven Bereich.If the ratio falls below 5, either an O2 limitation is observed or the gas mixture is in the explosive range.

Durch die nachfolgenden Beispiele wird die Erfindung näher erläutert.The following examples illustrate the invention in more detail.

Beispiel 1example 1

In einen Rührfermentor werden 5 1 Flüssigkeit gegeben, die mit einer Suspension des methanoxidierenden' Bakterienstammes ZIMET B 502, auf eine Anfangskonzentration von 1.5 g/l gebracht wurde und ein flüssiges Nährmedium, das für einen Biomassezuwachs von 1-2 g/l berechnet wurde, enthält.In a stirred fermentor 5 1 liquid are added, which was brought to a initial concentration of 1.5 g / l with a suspension of the methane-oxidizing 'bacterial strain ZIMET B 502, and a liquid nutrient medium, which was calculated for a biomass increase of 1-2 g / l, contains.

Die Zusammensetzung der Nährlösung war pro Liter Wasser ( für Ig Biomasse ) folgende :The composition of the nutrient solution was as follows per liter of water (for Ig biomass):

H3PO4 ( 80 %-ig ) 0.028 mlH3PO4 (80%) 0.028 ml

KK2PO4 35 ragKK2PO4 35 rag

MgSO4 * 7 H2O 25 mgMgSO4 * 7 H2O 25 mg

CuSC)4 * 5 H2O 0.785 mgCuSC) 4 * 5 H2O 0.785 mg

M11SO4 * 4 H2O 1.825 mgM11SO4 * 4 H2O 1.825 mg

FeCl2 * 4 HzO 1.200 mgFeCl2 * 4 HzO 1,200 mg

Z11CI2 0.322 mgZ11CI2 0.322 mg

C0SO4 * 7 H2O 0.036 mgC0SO4 * 7 H2O 0.036 mg

NiSO4 * 7 H2O 0.109 mgNiSO4 * 7 H2O 0.109 mg

Al2(SO4)3 * 18 HzO 0.186 mgAl2 (SO4) 3 * 18 HzO 0.186 mg

Ca(NO3)2 * 4 H2O 0.883 mgCa (NO3) 2 * 4 H2O 0.883 mg

Na2Mo04 * 2 H2O 0.041 mgNa2 Mo04 * 2 H2O 0.041 mg

H3BO3 1.286 mgH3BO3 1.286 mg

CrCl3 * 6 HzO 0.077 mgCrCl3 * 6 HzO 0.077 mg

Ein Überschuß an Nähr- und Spurensalzen wird ständig in Abhängigkeit vom Biomassezuwachs geschaffen. Es werden eine Temperatur von 38°C und ein pH-Wert von 5.7 eingestelltAn excess of nutrient and trace salts is constantly created as a function of biomass growth. It will set a temperature of 38 ° C and a pH of 5.7

Dann beginnt man, in den Fermentor Gase einzuleiten. Zuerst leitet man N2 als Inertgas ein ( 100 l/h ), um noch vorhandenen Sauerstoff auszutreiben. Dann beginnt man mit dem Einleiten von Methan ( 35 l/h ), wobei man während des gesamten Versuches darauf achtet, daß stets Methan im Überschuß ( keine Methanlimitation ! ) vorhanden ist. Schließlich leitet man Luft in einer Menge von 69 l/h ein. Then you start to introduce gases into the fermenter. First, N2 is introduced as an inert gas (100 l / h) to drive off remaining oxygen. Then you start with the introduction of methane (35 l / h), during which you pay attention to the fact that always methane in excess (no methane limitation!) Is present. Finally, air is introduced in an amount of 69 l / h.

Mit diesem Gasgemisch ( 7.5 % O2 am Eingang ) erreicht man 5.8 % O2 im Abgas und eine Gelöst-02-Konzentration von 1.46 ppm, was einem Verhältnis nl/n2 von 25 entspricht.This gas mixture (7.5% O2 at the inlet) achieves 5.8% O2 in the exhaust gas and a dissolved O2 concentration of 1.46 ppm, which corresponds to a ratio nl / n2 of 25.

Dann wartet man so lange, bis durch das Wachstum die Gelöst-02-Konzentration auf 0.38 ppm und die Abgaskonzentration auf 4.75 % gesunken sind. Das entspricht einem Verhältnis nl/n2 von 8.Then one waits until growth has reduced the dissolved O 2 concentration to 0.38 ppm and the exhaust gas concentration to 4.75%. This corresponds to a ratio nl / n2 of 8.

Jetzt erhöht man den Luftdurchsatz auf 123 l/h ( entspricht 10 % O2 am Eingang). Die 02-Konzentration im Abgas steigt auf 8.5 % (Sicherheitsgrenze des explosiven Bereiches ) und die Gelöst-02-Konzentration auf 2.03 ppm. Diese Werte entsprechen einem Verhältnis nl/n2 von 24.Now you increase the air flow to 123 l / h (equivalent to 10% O2 at the entrance). The 02 concentration in the exhaust gas rises to 8.5% (safety limit of the explosive range) and the dissolved O2 concentration to 2.03 ppm. These values correspond to a ratio nl / n2 of 24.

Man wartet wiederum, bis sich die Gelöst-02-Konzentration(CL) und die Abgaskonzentration so gesenkt haben, daß das Verhältnis nl/n2 den Wert 8 annimmt. Das ist bei 7.28 % O2 und Ci = 0.6 ppm der Fall.Again, wait until the dissolved O 2 concentration (CL) and the exhaust gas concentration have decreased so that the ratio n 1 / n 2 becomes 8. This is the case at 7.28% O2 and Ci = 0.6 ppm.

Dann beginnt man, den Systemdruck zu erhöhen. Zuerst auf 0.178 MPa ( hier wird nl/n2 = 24.8 bei Ci = 1.81 ppm und 7.3 % O2 erreicht ), in einem zweiten Schritt auf 0.233 MPa, wobei in beiden Fällen gewartet wird, bis sich nach entsprechendem Wachstum der untere Wert des Verhältnisses nl/n2 von 8 einstellt.Then you start to increase the system pressure. First to 0.178 MPa (here nl / n2 = 24.8 at Ci = 1.81 ppm and 7.3 % O2 is reached), in a second step to 0.233 MPa, in both cases waiting until the lower value of the ratio nl / n2 of 8 sets.

Weil die Abgaskonzentration nach weiterer Druckerhöhung unter 5% sinken würde ( momentan beträgt sie 5.5 % ), wird erst wieder die Luftmenge gesteigert. Man erhöht sie auf 158 l/h und dann den Druck in zwei weiteren Schritten auf 0.284 und 0.336 MPa, immer bis zu einem Anfangswert nl/n2 = 25 und mit einer Wartezeit bisBecause the exhaust gas concentration would fall below 5% after a further increase in pressure (currently it is 5.5%), the air volume is increased again. It is increased to 158 l / h and then the pressure in two further steps to 0.284 and 0.336 MPa, always up to an initial value nl / n2 = 25 and with a waiting time to

Vivi = 44= 44 undand Vivi = 27= 27 undand Vivi = 17= 17 undand Vivi = O= O undand

sum Absinken auf nl/n2 = 8 .sum decrease to nl / n2 = 8.

Vor der letzten Druckerhöhung in diesem Versuch ( auf 0.391 MPa ) wird nochmals die Luftmenge erhöht ( auf 180 l/h ) und danach auf 199 l/h, immer bei Einhaltung der Grenzwerte für nl/n2 zwischen 8 und 25 .Before the last pressure increase in this test (to 0.391 MPa), the air volume is increased again (to 180 l / h) and then to 199 l / h, always in compliance with the limit values for nl / n2 between 8 and 25.

Die letzten Maßnahmen in diesem Versuch betreffen die stufenweise Substitution des Inertgases durch Luft bzw. Methan im Rahmen der angegebenen Grenzen für nl/n2. Die einzelnen Schritte sind ( Vi = Inertgas, Vm = Methan, Vl = Luft, alle in l/h ) : Vi = 85 und Vl = 214 , Vi = 69 und Vl = 230 ,The last measures in this experiment relate to the gradual substitution of inert gas by air or methane within the specified limits for nl / n2. The individual steps are (Vi = inert gas, Vm = methane, Vl = air, all in l / h): Vi = 85 and Vl = 214, Vi = 69 and Vl = 230,

Vm = 60Vm = 60

Vl = 247 ,V1 = 247,

Vm = 70Vm = 70

Vl = 260 .V1 = 260.

Durch dieses Vorgehen wird nach 9 h eine Biomaesekonaentration von 10 g/l erreicht und bis auf die erste Phase durchgehend eine Wachstumsgeschwindigkeit von 0.25 h"1 aufrechterhaltenBy this procedure, after 9 h a Biomaesekonaentration of 10 g / l achieved and maintained until the first phase continuously a growth rate of 0.25 h " 1

Nach Erreichen von 10 g/l Biomassekonzentration wird der kontinuierliche Prozeß mit D = 0,2 h- l begonnen bei einer Produktivität von 2.5 g/l*h .After reaching 10 g / l biomass concentration of the continuous process with D = 0.2 h-l is started at a productivity of 2.5 g / l * h.

Beispiel 2Example 2

In einen Fermentor werden 0.1 m3 Flüssigkeit, die Nährmedium für einen Biomassezuwachs von 1-2 g/l und eine Suspension des Bakterienstammes -ZIMET B 502 von 1 g/l enthält, gegeben und unter den gleichen Bedingungen (Temperatur, pH-Wert, regelmäßige Ergänzung des Nährmediums) wie in Beispiel 1 kultiviert. Man beginnt die Begasung mit Inertgas ( 6 m3/h ), Methan (0.6 m3/h) und Luft ( 2 m3/h ). Der erste Wert für nl/n2 ergibt sich zu 30 (aus Ci = 1.38 ppm und 4.6 % O2 ). In der Startphase wartet man, bis sich der untere Wert des Verhältnisses nl/n2 von 5 (Ci =0.2 ppm, 4 % O2) eingestellt hat, sonßt werden immer die Grenzen 8 und 24 eingehaltenIn a fermentor, 0.1 m 3 of liquid, the nutrient medium for a biomass increase of 1-2 g / l and a suspension of the bacterial strain -ZIMET B 502 of 1 g / l contains, and under the same conditions (temperature, pH, regular supplementation of the nutrient medium) as cultivated in Example 1. Begin the fumigation with inert gas (6 m 3 / h), methane (0.6 m3 / h) and air (2 m3 / h). The first value for nl / n2 is 30 (from Ci = 1.38 ppm and 4.6% O2). In the starting phase one waits until the lower value of the ratio nl / n2 has been set to 5 (Ci = 0.2 ppm, 4% O2), but the limits 8 and 24 are always observed

In diesem Beispiel wird von Anfang an bei Erhöhung der Luft- In this example, from the beginning, when the air

2 6 3 7 3 72 6 3 7 3 7

menge die Inertgasmenge um den Betrag dee Zuwachses der Luftmenge reduziert. Die Erhöhung der Luftmenge erfolgt dann, wenn bei Einhaltung des Verhältnisses nl/n2 = 24 die Sauerstoffkonzentration den Wert 8.5 % nicht überschreitet. Deshalb werden nach der Startphase nach Erhöhung der Luftmenge jeweils zwei stufenweise Erhöhungen des Systemdruckes eingefügt. Dieser Vorgang wird insgesamt 3 mal wiederholt über die Zwischenstufen Vl=3.88 m3/h, P=O.178 , P= 0.23 MPa, Vl=4.7, p=0.281, p=0.332, Vl=5.2, p=0.383, P=O.435 .the amount of inert gas is reduced by the amount of increase in the amount of air. The increase in the amount of air takes place when, if the ratio nl / n2 = 24 is maintained, the oxygen concentration does not exceed 8.5%. Therefore, after the start phase after increasing the amount of air in each case two incremental increases in the system pressure are inserted. This process is repeated a total of 3 times via the intermediates Vl = 3.88 m3 / h, P = O.178, P = 0.23 MPa, Vl = 4.7, p = 0.281, p = 0.332, Vl = 5.2, p = 0.383, P = O.435.

Wenn die Abgaskonzentration CH4 den Wert 5 % unterschreitet, wird die Methanmenge ( bei Substitution von Inertgas ) auf 1.3 mVh erhöht. Das ist nach der Druckerhöhung und dem anschließenden Wachstum der Fall. Inzwischen ist die Biomassekonzentration auf über 9 g/l gestiegen und der O2-Verbrauch so hoch, daß Luftmengen- und Druckerhöhungen im Wechsel erfolgen können, ohne daß bei der Luftmengenerhöhung die Abgaskonzentrationen im explosiven Bereich liegen. Dieser Wechsel erfolgt 7 mal ( über die Zwischenstufen Vl = 5.54, p=0.486, Vl=5.84, P=O.537, Vl=6.1, p=0.588, Vl=6.34, p=0.639, Vl=6.54, p=0.689, Vl=6.72, P=O. 739, V.r,=6.9, p=0.79 ).If the exhaust gas concentration CH4 falls below 5 % , the amount of methane (with substitution of inert gas) is increased to 1.3 mVh. This is the case after the pressure increase and the subsequent growth. Meanwhile, the biomass concentration has risen to over 9 g / l and the O2 consumption so high that Luftmengen- and pressure increases can be done alternately without the exhaust gas concentrations are in the explosive range in the increase in air volume. This change takes place 7 times (via the intermediates Vl = 5.54, p = 0.486, Vl = 5.84, P = O.537, Vl = 6.1, p = 0.588, Vl = 6.34, p = 0.639, Vl = 6.54, p = 0.689 , VI = 6.72, P = O.739, Vr, = 6.9, p = 0.79).

Durch Erhöhung der Methanmenge auf 1.7 mVh ( bei Substitution der restlichen Inertgasmenge ) wird schließlich erreicht, daß nur noch mit Methan und Luft begast wird ( 6.06 % O2, 13.72 % CH4 im Abgas).By increasing the amount of methane to 1.7 mVh (with substitution of the remaining inert gas) is finally achieved that only gassed with methane and air (6.06 % O2, 13.72% CH4 in the exhaust gas).

In einem letzten Versuchsabschnitt der Übergangsphase nach Erreichen des gewünschten Systemdruckes von 0.79 MPa wird in 11 Schritten die Luftmenge auf 10.32 mVh weiter erhöht, um mit 8.08 für die Sauerstoffabgaskonzentration einen für den Stoffübergang günstigen möglichst hohen Wert unterhalb des explosiven Bereiches zu erhalten.In a final test phase of the transition phase after reaching the desired system pressure of 0.79 MPa, the air quantity is further increased to 10.32 mVh in 11 steps, to obtain 8.08 for the oxygen exhaust gas concentration as favorable as possible for mass transfer below the explosive range.

Nach 13 h beträgt die Biomassekonzentration 21.5 g/l . Während der Ubergangsphase wurde ständig eine Wachstumsgeschwindigkeit von /u = 0.25 h-1 gewährleistet.After 13 h, the biomass concentration is 21.5 g / l. During the transition phase, a growth rate of / u = 0.25 h- 1 was constantly ensured.

Anschließend wurde der kontinuierliche Prozeß mit D = 0.2 h-i begonnen bei einer Produktivität von 5.37 g/l*h .Subsequently, the continuous process was started with D = 0.2 h-i at a productivity of 5.37 g / l * h.

Beispiel 3Example 3

Die Kultivierungsbedingungen gleichen denen von Beispiel 1The cultivation conditions are similar to those of Example 1

Erhöht man den Druck nicht stufenweise , sondern plötzlich auf den Wert 0.39 MPa, beträgt das Verhältnis nl/n2 100 (bei einer Gelöst-Oz-Konaentration von 8 ppm, Abgaskonaentration von 8 % ), und die Wachstumsgeschwindigkeit geht auf 50 % aurück.If the pressure is not increased incrementally but suddenly to the value of 0.39 MPa, the ratio nl / n2 is 100 (at a dissolved ozone concentration of 8 ppm, exhaust gas concentration of 8%), and the growth rate drops to 50 % .

Beispiel 4Example 4

Die Kultivierungsbedingungen gleichen denen von Beispiel 1.The cultivation conditions are similar to those of Example 1.

Ein noch stärkerer Rückgang der Wachstumsgeschwindigkeit (auf 0.11 h-1) durch Limitierung wird beobachtet, wenn nach Erreichen des unteren Wertes nl/n2 = 5 keine Maßnahme ergriffen wird. Dann sinkt das Verhältnis auf den Wert 2 ( Ci = 0.16 ppm, 02 = 8 % ) .An even greater decrease in the rate of growth (to 0.11 h- 1 ) by limitation is observed when no action is taken after reaching the lower value nl / n2 = 5. Then the ratio drops to the value 2 (Ci = 0.16 ppm, 02 = 8%).

Der Wert nl/n2 = 2 wird aber auch erhalten, wenn die Abgaskonaentration im explosiven Bereich liegt ( z.B. Ci = 0.3, O2 = 15 % ).However, the value nl / n2 = 2 is also obtained when the exhaust gas concentration is in the explosive range (for example, Ci = 0.3, O2 = 15%).

Claims (2)

Patentanspruchclaim 1. Verfahren zur Kultivierung methanotropher Bakterien» gekennzeichnet dadurch, daß die augeführte Sauerstoffmenge und der Druck stufenweise erhöht werden unter Einhaltung bestimmter Verhältnisse von Gelöstsauerstoffkonzentration in der Kulturflüssigkeit sum Volumenanteil Sauerstoff im Abgasgemisch. 1. A method for culturing methanotrophic bacteria »characterized in that the eye-guided amount of oxygen and the pressure are gradually increased while maintaining certain ratios of dissolved oxygen concentration in the culture liquid sum volume fraction of oxygen in the exhaust gas mixture. 2. Verfahren nach Anspruch 1 , gekennzeichnet dadurch, daß das einzustellende Verhältnis Gelöstsauerstoffkonzentration in der Kulturflüssigkeit au Volumenanteil Sauerstoff im Abgasgemisch in den Grenzen 5 bis 00, bevorzugt 8 bis 25 , liegt.2. The method according to claim 1, characterized in that the ratio to be set dissolved oxygen concentration in the culture liquid au volume fraction of oxygen in the exhaust gas mixture in the limits of 5 to 00, preferably 8 to 25, is located.
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