DE2730197A1

DE2730197A1 - SEPARATION OF Aqueous CULTURAL LIQUID FROM HYDROCARBON-CONTAINING BIOMASS SUSPENSIONS

Info

Publication number: DE2730197A1
Application number: DE19772730197
Authority: DE
Inventors: Norbert Bienek; Guenter Heidenreich; Reingard Klinger; Gustav-Adolf Luebbert; Ursula Reiter
Original assignee: PETROLCHEMISCHES KOMBINAT
Current assignee: PETROLCHEMISCHES KOMBINAT
Priority date: 1976-07-19
Filing date: 1977-07-04
Publication date: 1978-01-26
Also published as: FR2358911A1; HU177363B; SE7708306L; BG35407A1; YU178977A; CS196159B1; SU668939A1; RO71482A; SE433360B; GB1544374A; PL199744A1; DD126703A1; DD126703B1; PL109681B1

Description

Schwedt, 06.06.77

Abtrennung von wäßriger Kulturflüasigkeit aus kohlenwasseratoffhaltigen Biomaasesuspensionen Separation of aqueous culture liquid from hydrocarbon-containing biomaase suspensions

IPK.: G 12 bIPK .: G 12 b

Field of application of the invention:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung von wäßriger üulturflüssigkeit aus Biomassesuspensionen, die durch Züchtung von Mikroorganismen aus einer jiohlenwaaseratoffphase erhalten wurden. Die Erfindung bezieht aich apeziell auf ein Verfahren, bei dem die Kohlenwasserstoffphase nicht vollständig verbraucht wird und bekanntermaßen zusammen mit den anhaftenden Mikroorganismen eine aufschwimmende Biomasse-/ Kohlenwasserstoff-/ Wasserphase bildet, wenn man das JQiIturgemiach in ein Beruhigungsgefäß einbringt.The invention relates to a process for the separation of aqueous culture liquid from biomass suspensions, which through Cultivation of microorganisms from a jiohlenwaaseratoffphase were obtained. The invention relates aich apeziell to a process in which the hydrocarbon phase is not complete is consumed and, as is known, together with the adhering microorganisms, a floating biomass / hydrocarbon / Water phase forms when you add the JQiIturgemiach introduces into a sedation vessel.

Die Erfindung kann in Anlagen genutzt werden, in denen flüssige Kohlenwasserstoffe mit Hilfe von Mikroorganismen mikrobiologisch umgesetzt und abgetrennt werden.The invention can be used in plants in which liquid hydrocarbons with the help of microorganisms microbiologically implemented and separated.

Characteristics of the known technical readings

Bei der Kultivierung von Mikroorganismen auf einer Kohlenstoffquelle in Gegenwart einer wäßrigen Nährlösung bekannter Zusammensetzung bilden sich stabile Emulsionen, die aus der Stabilität der durch die aus den Phasengrenzflächen lokalisierten Mikroorganismenzellen herrühren.When cultivating microorganisms on a carbon source In the presence of an aqueous nutrient solution of known composition, stable emulsions are formed, which from the Stability of the microorganism cells localized from the phase interfaces result.

7098Θ4/07407098Θ4 / 0740

Zur ersten Abtrennung der Kulturflüasigkeit wird bekanntermaßen ein einfacher Aufschwimm-, Dekantatione- oder Aufrahmungsprozeß genutzt. Die zur Abtrennung gelangende KuIturflüasigkeit enthält in der Regel noch unverbrauchte Nähratoffe, die zur weiteren Nutzung von der Biomasse und Kohlenwasserstoffphase abgetrennt werden. Dazu wird im allgemeinen daa Kulturgemisch kontinuierlich aus einem Fermentor abgezogen und in ein Dekantationsgefiß eingeleitet.As is known, a simple floating, decantation or creaming process is used for the first separation of the culture liquid utilized. The KuIturflüasigkeit coming to the separation usually contains unused nutrients that can be used by the biomass and Hydrocarbon phase are separated. For this purpose, the cultural mixture is generally continuous withdrawn from a fermentor and placed in a decantation vessel initiated.

In diesem Gefäß dekantiert die Biomasse nahezu vollständig zusammen mit der Kohlenwasserstoffphase und kann kontinuierlich abgeführt werden. Am Boden des Gefäßes wird die Kulturflüssigkeit kontinuierlich abgezogen.In this vessel, the biomass is almost completely decanted together with the hydrocarbon phase and can be used continuously be discharged. The culture liquid is continuously drawn off at the bottom of the vessel.

Die aufschwimmende Biomasse-Kohlenwassersuspension enthält jedoch noch einen hohen Anteil an wäßriger Kulturflüssigkeit. Bei den bekannten Verfahren wird diese Suspension in der Regel durch mehrstufige Separation mittels Tellerseparatoren in vine Kohlenwasserstoff-, eine Waaser sowie eine mit Biomasse angereicherte Wasserphase zerlegt.The floating biomass hydrocarbon suspension contains but still a high proportion of aqueous culture liquid. In the known method, this suspension is in the Usually through multi-stage separation by means of plate separators in vine hydrocarbon, one Waaser and one with biomass enriched water phase decomposed.

Um den Aufwand in der Separation gering zu halten, iat es wünschenswert, bereits durch Dekantation eine weiteatgehende Abtrennung des wäßrigen Kulturflüssigkeitaanteilea zu erreichen. Hierzu wurden bereite verschiedene Wege untersucht und beschrieben. In der DL-Patentschrift Nr. 75.944 iat die Anlegung einer Temperaturveränderung, einer elektrischen Wechselspannung, einer Bestrahlung mit elektromagnetischen Wellen, inabesondere Kurzwellen, Infrarotstrahlen oder Gammastrahlen an die Emulsion beschrieben. Die DT-OS 1.545.252 beschreibt eine Phasentrennung des Fermentorablaufea durch eine Abtrennung dee größten Teiles dea wäßrigen Nährmediums durch Dekantation und anschließende Zugabe von mindestens IO g/l eines Metallaalzes vorzugsweise eines Alkalihalogenides und einer oberflächenaktiven Substanz in der Konzentration von mindestensIn order to keep the effort in the separation to a minimum, it is desirable to have an extensive one already by decantation To achieve separation of the aqueous culture fluid a portion. Various ways have already been investigated and described for this purpose. In DL patent specification no. 75,944, the application a change in temperature, an electrical alternating voltage, exposure to electromagnetic waves, in particular short waves, infrared rays or gamma rays the emulsion described. DT-OS 1.545.252 describes a phase separation of the fermentor effluent a through a separation the major part of the aqueous nutrient medium by decantation and subsequent addition of at least 10 g / l of a metal salt, preferably an alkali halide and a surface-active one Substance in the concentration of at least

709884/0740709884/0740

Neben der Anwendung von demulgierend wirkenden Substanzen ist auch die Auenutzung flotativer Effekte durch Einbringen von fein diepergierter Luft bekannt. Diese Verfahren haben aber alle den Nachteil, daß bei industrieller Anwendung zusätzliche Aufwendungen für Hilfastoffe oder Flotationseinrichtungen entstehen. Bei der Flotation besteht außerdem noch die Gefahr, daß die Suspension in· folge der feindispergierten Luft Schaumeigenschaften annimmt und somit technisch schwierig zu handhaben ist.In addition to the use of demulsifying substances the use of flotative effects by introducing finely dispersed air is also known. However, these processes all have the disadvantage that, in the case of industrial use, additional expenses for auxiliary substances or flotation facilities arise. With flotation there is also the risk that the suspension in as a result of the finely dispersed air, it adopts foam properties and is therefore technically difficult to handle.

Aim of the invention:

Der Erfindung liegt das Ziel zugrunde, eine Phasentrennung im Rahmen der Dekantation ohne Anwendung kostenaufwendiger Hilfsmittel und Energie so zu gestalten, daß die nachfolgende Abtrennung in der Separationsstufe ohne die bewegung größerer Produktströme und die Trennoperation zu den Separatoren mit gleichbleibender Qualität erfolgen kann.The invention is based on the aim of a phase separation in the context of the decantation without the use of expensive aids and energy so that the following Separation in the separation stage without the movement of larger product flows and the separation operation to the separators consistent quality can be done.

Statement of the essence of the invention;

Au· de» Ziel der Erfindung trgibt sich die technische Aufgabe durch die spezifische Gestaltung der Dekantation die Phasentrennung der Biomasse von den übrigen phasen zu erleichtern. Also, the aim of the invention is the technical problem arises from the specific design of the decantation To facilitate phase separation of the biomass from the other phases.

Features of the invention;

Überraschend wurde gefunden, daß manndurch Ausnutzung der Struktureigenschaften der Suspension zusammen mit Wandeffekten insbesondere des unterschiedlichen Benetzungsverhaltens zwischen Wasser und Kohlenwasserstoffen zu fast allen technischen üblichen Apparatewerkstoffen eine intensiveIt has surprisingly been found that by utilizing the Structural properties of the suspension together with wall effects especially the different wetting behavior between water and hydrocarbons all common technical equipment materials an intensive

709884/07A0709884 / 07A0

Beeinflussung der Suspension erreichen kann, die gezielt ausgenutzt, eine erhebliche Verbesserung der Abtrennung ▼on «afiriger jfiulturflüssigkeit aus der o.g. Suspension zur Folg« hat. Diese Suspensionen bestehen mikroskopisch betrachtet, aus einer nahezu kontinuierlichen Waaserphase in der nohlenwasserstofftropfen unterschiedlicher Größe und auch Luftbläschen fein verteilt sind· Die Mikroorganismen, ».Β. Hefezellen, haften vorwiegend an den Kohlenwasserstofftröpfchen. Häufig zu beobachten sind auch flockenartige Zusammenballungen von den DK-Tropfen und Mikroorganismenzellen. Daneben sind wiederum Wassereinschlüsse zu sehen. Die MikroStruktur der Suspensionen ist demzufolge sehr inhomogen, insbesondere auch in den Dichteverhältnissen· Die Flocken haben aufgrund ihres hohen Kohlenwasserstoffenteiles eine geringere Dichte als die sie umgebende Wasserphase .Influencing the suspension, which is used in a targeted manner, can achieve a considerable improvement in the separation ▼ on «afiriger culture fluid from the above suspension as a result «has. Viewed microscopically, these suspensions consist of an almost continuous Waaser phase in which nohl hydrogen droplets of different sizes and also air bubbles are finely distributed The microorganisms, ».Β. Yeast cells mainly adhere the hydrocarbon droplets. Frequently observed are also flaky agglomerations of the DK drops and microorganism cells. In addition, there are again water inclusions to see. The microstructure of the suspensions is therefore very inhomogeneous, especially in the density ratios. The flakes have due to their high hydrocarbon content a lower density than the surrounding water phase.

Wenn man beispielsweise ein Kulturgemisch bestehend aus Candida Guilliermondii auf 20 % Erdöldestillat der Siedelage 220 - 380 ⁰C und wäßrige *ulturflüssigkeit in ein mit Sattelkörpern gefülltes Becherglas einbringt, trennt sich das Gemisch innerhalb von ca. 5 min in ca. 50 Vol.% Wasserphase und ca· 50 Vol.% Biomassesuspension auf. wach weiteren IO min haben sich die Volumenverhältnisse nichtverändert, d.h. es wurde keine weitere wesentliche Wasserabtrennung erreicht. Ss können jedoch flache, sich langsam vergrößernde Wassereinschlüsse innerhalb der Suspension beobachtet werden, die die Suspension jedoch nicht nach unten durchbrechen, uibt man jetzt durch einen am Boden befindlichen Probeatutzen langsam Wasser in das Gefäß, so daß die tJiomassesuapension nach oben wandert, kann man beobachten, daß die flachen Wassereinschlüsse bei Berührung der Sattelkfirperflächen oder der Behälterwand während des Fließens langsam Kugelgestalt annehmen und nach unten sinken. Wiederholt man den gleichen versuch ohne Sattelkörper, erkennt man deutlich, daß die flachen Wassereinschlüsse zumIf, for example, a culture mixture consisting of Candida guilliermondii to 20% petroleum distillate of boiling range 220 - ulturflüssigkeit introducing 380 ⁰ C and aqueous * in a filled with saddles beaker, the mixture% water phase separates within about 5 min in about 50 Vol. and approx. 50% by volume of biomass suspension. After a further 10 min, the volume ratios have not changed, ie no further significant water separation was achieved. However, shallow, slowly increasing water inclusions can be observed within the suspension, which, however, do not break through the suspension downwards, if water is now slowly poured into the vessel through a test nozzle on the bottom, so that the tension moves upwards, one can observe that the shallow water inclusions slowly assume spherical shape when touching the surface of the saddle body or the container wall and sink downwards. If you repeat the same experiment without the saddle body, you can clearly see that the shallow water inclusions lead to the

709884/0740709884/0740

größten Teil mit der Suspension nach oben ausgetragen werden, bei den weiterhin durchgeführten systematischen Arbeiten wurde gefunden, daß der Grad der Abtrennung von Kulturflüesigkeit entscheidend durch die Wahl des Verhältnisses von Wandfläche zum Volumen des Dekantationsgefäßee und durch den Volumenstrom der Suspension beeinflußt werden kann.most of them are discharged with the suspension upwards, In the systematic work carried out, it was found that the degree of separation of culture liquid decisive through the choice of the ratio of wall area to the volume of the decantation vessel and can be influenced by the volume flow of the suspension.

Die höchsten Abscheidegrade wurden erreicht, wenn in dem Gefäß zusätzliche Kontaktflächen in Form von blechen, Sieben, Sattelkörpern, Raschigringen odtr Drehspänen geschaffen wurden.The highest degrees of separation were achieved when additional contact surfaces in the form of metal sheets, sieves, Saddles, Raschig rings or turnings are created became.

Die sich an der Grenzfläche vollziehenden Vorgänge sind offensichtlich komplexer Natur, wobei sicherlich auch die in monomolekularen Filmen adsorbierten Kohlenwasserstoffe oder auch mikrobielle Stoffwechselprodukte eine Kolle spielen, sie äußern sich jedoch insgesamt in einer Erhöhung der Abtrennung der &ulturflüesigkeit bis auf das zweifache unter ansonsten gleichen Bedingungen wie in den nachfolgenden Beispielen noch gezeigt wird.The processes taking place at the interface are obviously of a complex nature, and certainly also the Hydrocarbons adsorbed in monomolecular films or microbial metabolic products play a role, However, they express themselves overall in an increase in the separation of the & ulturflüesigkeit up to two times below otherwise the same conditions as shown in the following examples.

Es wurden neben der Erhöhung des Abscheidegradea auch beobachtet, daß sich der Anteil der großen Kohlenwasserstofftropfen in der Suspension nach Durchlaufen eines Dekantations— gefäßea mit zusätzlichen Kontaktfischen wesentlich erhöht hat, was sicher auch die Wasserabtrennung aus der Suspension günstig beeinflußt.In addition to the increase in the degree of separation a, it was also observed that the proportion of large hydrocarbon droplets increased significantly increased in the suspension after passing through a decantation vessela with additional contact fish has, which certainly also has a favorable effect on the separation of water from the suspension.

Im allgemeinen wurde bei den Untersuchungen mit den fUr diese Prozesse charakteristischen Suspensioneströmungsgeschwindigkeiten im Dekantationagef8ß von ca. 0,2 bis IO cm/ Minute gearbeitet. Höhere Strömungsgeschwindigkeiten beeinflussen den Prozeß grundsätzlich negativ, da dann die Fallgeschwindigkeit der Tröpfchen in der Suspension überschritten werden kann..In general, the investigations with the for this Processes characteristic suspension flow velocities in the decantation vessel from approx. 0.2 to 10 cm / minute worked. Higher flow velocities generally have a negative effect on the process, since then the falling velocity the droplets in the suspension can be exceeded ..

Gering« Geschwindigkeiten haben zur Folge, daß die Gefäße unverhältnismäßig groß aein müssen.Low speeds have the consequence that the vessels disproportionately large.

709884/07A0 - 6 -709884 / 07A0 - 6 -

Es ist aber zu erkennen, daß bei diesen geringen Strömungsgeschwindigkeiten eine Störung der inneren Struktur der rahmartigen Suspension kaum eintritt.It can be seen, however, that with these minor Flow velocities a disturbance of the internal structure of the cream-like suspension hardly occurs.

Versucht man anderseits eine Störung durch Rühren zu erzeugen, dann wird auch kein wirksamer Effekt erzielt, da durch das Rühren die Wasseragglomerate wieder zerteilt werden.If, on the other hand, you try to create a disturbance by stirring, then no effective effect is achieved, because the Stir the water agglomerates are broken up again.

Embodiments

In der folgenden Tabelle sind Aueführungebeispiel· für den kontinuierlichen Betrieb einer 1,1 m^v Dekantationezelle mit unterschiedlichen Einbauten angegeben· Zur Verdeutlichung des Effektββ der erfindungsgem&fien Lösung ist in der Spalte I der Tabelle ein Kontrollversuch ohne Einbauten aufgeführt und es wurde deshalb auch außer der Veränderung der Einbauten, mit ansonsten gleichen technologischen Parametern gearbeitet.The following table gives an example for the continuous operation of a 1.1 m ^V decantation cell with different internals. To illustrate the effect of the solution according to the invention, a control experiment without internals is listed in column I of the table of the internals, worked with otherwise the same technological parameters.

Die Dekantationszellen stellen ein kubisches Gefäß mit I m Kantenlange dar, in dessen Boden eine pyramidenförmige Spitze ausläuft. Am Boden wird die abgetrennte Xnlturflüasigkeit abgezogen. In ca. 0,3 m Höhe über der Grundkante erfolgt die Produktzufuhr über drei Verteilerringe in die Löcher eingebohrt sind. Die Oberfläche des Gefäßes wurde von einer durch Laufketten angetriebenen "Abräumrorrichtung" überstrichen, durch die die entwässerte Suspension in eine Vorlage transportiert wurde»The decantation cells provide a cubic vessel with I m the length of the edge, in the bottom of which a pyramidal tip runs out. The separated one is on the ground Xnlturflüasigkeit deducted. About 0.3 m above the At the bottom edge, the product is supplied via three distributor rings in which holes are drilled. The surface of the The vessel was swept over by a "clearing device" driven by running chains, through which the drained Suspension was transported into a template »

Diese Dekantationezellen werden kontinuierlich mit einem Knlturgemisch, bestehend aus ca. 20 % Erdöldestillat der Siedelage 220 - 360 ⁰C, 8,1 % Hefesellen ( * ca. 2,0 % Hefetrockensubstanz) und rund 82 % mechanisch abtrennbar« wäßrige Kulturflüesigkeit (Wasser) aus einer kontinuierlich arbeitenden Fermentationsanlage beschickt. Die zugeführte Menge betrug rund 2 t/h. Die Laufzeit eines Versuches dauerte rund 120 h. Während des Versuches wurde die Trennschicht etwa in der Mitte des Gefäßes konstant ein-These decantation cells are continuously mixed with a granular mixture, consisting of approx. 20 % petroleum distillate of the boiling point 220 - 360 ⁰ C, 8.1 % yeast cells (* approx. 2.0 % dry yeast substance) and around 82% mechanically separable «aqueous culture liquid (water) fed from a continuously operating fermentation plant. The amount fed in was around 2 t / h. The running time of an experiment lasted around 120 hours. During the experiment, the separating layer in the middle of the vessel was constantly

709884/07Ad709884 / 07Ad

reguliert. Alle 2 Stunden wurde die entwässert« Suspension aus ilefetrockensubstanzgehalt analysiert, um den Abscheidegrad zu ermitteln.
Folgende Beispiele wurden untersucht:regulated. The dewatered suspension of dry substance content was analyzed every 2 hours in order to determine the degree of separation.
The following examples were examined:

Beispiel I: Kontrollversuch ohne Einbauten Beispiel 2: Im Abstand von 0,1 m eingehängte BlecheExample I: Control test without internals. Example 2: Panels suspended at a distance of 0.1 m

Example 3: On an intermediate floor at a height of 0.4 m up to

oberen Rand aufgeschüttete ^eramik-DestiHlations-Sattelkörper von IO cm DurchmesserCeramic distillation saddle bodies piled up on the upper edge 10 cm in diameter

Example 4: Teflon coated on the same floor

(PoIytetrafluorethylen) Drehspäne (0,5 nun Spandicke, abgedreht von einem 5 cm Durchmesser starkem Teflonstabmaterial.(Polytetrafluoroethylene) Turning chips (0.5 now chip thickness, turned off from a 5 cm diameter Teflon rod material.

The following results were achieved:

I 2I 2

HTS-Konzentrat %HTS concentrate% 3,3, OIOI 3,3, 5252 44th ,02, 02 55 ,51, 51 Wasserabscheidung *Water separation * 41,41, 66th 53,53 OO 6161 »o"O 7777 ,5, 5 % HTS in der abge
trennten Kulturflüssig-
keit % HTS in the ab
separated culture liquid
speed 00 ,016, 016 00 ,015, 015 00 ,015, 015 00 ,014, 014

Aus dieser Tabelle ist die Erhöhung des Vasserabscheidegrades mit Erhöhung der *.ontaktflache ersichtlich.This table shows the increase in the degree of water separation with an increase in the contact area.

709884/0740709884/0740

— O —- O -

Claims

Invention aana claim:

1. Separation of aqueous culture fluid from coal aeretoff-containing biomaeeuapenaions by decantation, characterized in that the decantation via & .contaktflochen in the form of sheets, sieves, saddles, Raschig rings or turnings with a surface load below IO cnr suspension per cm contact fish and Hour takes place at a flow rate of the suspension of 0.5 - IO cm per minute.

2. Separation of aqueous juulturflüsaigkeit according to point I, characterized in that the suspension contains 5 - 80% hydrocarbons.

3. Separation of aqueous & ulturflüasigkeit according to item I and 2, characterized in that the boiling range of the hydrocarbons under normal conditions is 100 - 400 ⁰ C.

709884/0740