DE3127335C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft das im Anspruch 1 angegebene Verfahren und die in den Ansprüchen 2 und 3 angegebene Vorrichtung zum Züchten von aeroben Mikroorganismen. Das Verfahren und die Vorrichtung eignen sich auch insbesondere zur Herstellung von einzelligen Protein und für die Abwasserrei­ nigung.

Es ist ein Verfahren zum Züchten aerober Mikroorga­ nismen bekannt, wobei das Kulturmedium in einem geschlosse­ nen Kreislauf zwischen zwei Niveaus zirkuliert, wobei im un­ teren Niveau Luft unter Druck dispergiert wird, den Wider­ stand der Dispergiervorrichtung und des Kulturmediums über­ schreitend demzufolge sich die Mediumdichte vermindert und eine aufsteigende Triebkraft entsteht. Das Kulturmedium wird in der Zone des oberen Niveaus entlüftet, wonach es zum unte­ ren Niveau befördert wird. In das entlüftete Kulturmedium wird erneut Luft dispergiert, wonach der Zyklus wiederholt wird. Die Geschwindigkeit, mit der das Kulturmedium in dem geschlossenen Kreislauf zirkuliert, ist dem Luftaufwand pro­ portional.

Die der Durchführung des Verfahrens dienende Vorrichtung be­ steht aus einem Raum für das aufsteigende und einem für das absteigende Medium mit unterschiedlichem Schnitt, deren obe­ re und untere Teile miteinander verbunden sind. Im unteren Teil des für das aufsteigende Medium vorgesehenen Raumes ist ein Dispergator für Luft angeordnet und der obere Teil dessel­ ben Raumes ist als ein Entlüfter ausgestaltet, der mit dem oberen Teil des für das absteigende Medium gedachten Raumes verbunden ist.

Ein Nachteil dieses Verfahrens und dieser Vorrichtung besteht darin, daß der Kontakt der Hauptluftmenge mit dem Kulturmedium in der einen Richtung des Zirkulationskreislaufes erfolgt, was zu einer mangelhaften Ausnutzung des Sauerstoffes führt. Au­ ßerdem nimmt mit der Erhöhung des hydrostatischen Drucks der relative Energieverbrauch zur Sauerstofflösung zu. Die unmit­ telbare Abhängigkeit der Zirkulationsgeschwindigkeit von der unterschiedlichen Dichte, d. h. vom Luftaufwand, vermindert die Möglichkeit für die Steuerung des Verfahrens.

Aus der US 39 57 585 ist ein Fermentationsverfahren be­ kannt, wobei das Kulturmedium mit Hilfe einer geschlosse­ nen mechanischen Vorrichtung zwischen zwei Niveaus zwangs­ läufig zirkulieren muß, wobei im unteren Niveau Druckluft dispergiert wird. Das Kulturmedium mit der darin disper­ gierten Luft (Sauerstoff) wird zum oberen Niveau befördert, wo es entlüftet wird. Das entlüftete Kulturmedium wird an­ schließend nach unten durch den Wärmetauscher und den Raum darunter bis zur Zone der Mischung mit Luft befördert. Die zusätzliche Belüftung erfolgt durch Sättigung des Kul­ turmediums mit Luft.

Ein Nachteil dieses bekannten Verfahrens besteht darin, daß die Luft am unteren Ende des Fermenters zugeführt und an seinem oberen Ende abgeführt wird, wobei der absteigende Strom nicht genügend Sauerstoff enthält und auf diese Wei­ se der Raum beim Zirkulationsrohr unbelüftet bleibt. Das wirkt sich ungünstig auf die Produktivität der Vorrichtung und die Eigenschaften der hergestellten Mikroorganismen aus.

Aus der DE-AS 27 00 697 ist eine Vorrichtung zur Gewinnung von Einzellerproteinen, Antibiotika, Enzymen und zur biolo­ gischen Abwasserbehandlung bekannt, wobei ebenfalls eine zwangsläufige Zirkulation des Kulturmediums durch den Fer­ menter, durch den Gasabscheider und den Wärmeaustauscher er­ folgen muß und der Sauerstoff dann am unteren Ende des Fer­ menters zugeführt wird. Das bebildete Kohlendioxid wird am oberen Ende des Fermenters abgezogen.

Ein Nachteil dieser bekannten Vorrichtung besteht darin, daß das Kulturmedium im Wärmeaustauscher nicht belüftet wird, was sich negativ auf das Verfahren auswirkt und dadurch auch auf die erhaltenen Mikroorganismen.

Die Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren zum Züchten von aeroben Mikroorganismen bei hohem hydrostatischem Druck und einem maximalen Kontakt der Luft mit dem Kulturmedium in allen Punkten des Zirkulationskreislaufes zu erarbeiten und eine Vorrichtung mit erhöhter Produktivität und vermindertem relativen Energieaufwand zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, bei welchem das Kulturmedium und die Luft gleichstromartig durch drei Niveaus eines aus drei Räumen bestehenden Volumens zirkuliert. Das Kulturmedium und die Luft zirkulieren vom ho­ hen Niveau über das niedere Niveau zum Zwischenniveau, wobei sich die erforderliche Gesamtluftmenge mit dem teilweise ent­ lüfteten Kulturmedium in der Zone des hohen Niveaus vermischt. Das so hergestellte Gemisch zirkuliert in Richtung zu dem niederen Niveau. Nachdem das niedere Niveau vom Gemisch er­ reicht wurde, verändert das Gemisch die Umlaufsrichtung und läuft zum Zwischenniveau, wo die Hauptmenge Abluft abgeson­ dert wird. Das teilweise entlüftete Kulturmedium setzt sei­ ne Zirkulation vom Zwischenniveau zum hohen Niveau fort, um sich mit frischer Luft zu vermischen, wonach der Zyklus wie­ derholt wird, so daß die Dauer eines Zyklus von 20 bis 300 Sekunden dauert.

Dieses Verfahren wird mittels einer Vorrichtung ausgeführt, welche aus einem Gehäuse besteht, in dem ein Hohlkörper, wel­ cher aus zwei eine durchschnittene Kegelform aufweisende Teilen mit gemeinsamer Basis zusammengestellt ist und ein Entlüfter angeordnet sind. Der Entlüfter ist über dem Hohl­ körper angebracht. Zwischen den Gehäusewänden, dem Hohlkör­ per und dem Entlüfter ist der für das absteigende Medium vor­ gesehene Raum gebildet und im Hohlkörper der für das aufstei­ gende Medium vorgesehene Raum. Am unteren Teil des Entlüf­ ters sind saugende Rohrleitungen mit Pumpen verbunden, de­ ren Druck-Rohrleitungen wiederum mit Strahlpumpen verbunden sind. Diese Strahlpumpen (Injektoren) sind über dem Gehäuse angeordnet und mit dem oberen Ende des für das absteigende Medium vorgesehenen Raumes verbunden.

Die Vorteile der Erfindung sind folgende:

• - Es wird eine beständige zwangsläufige Gleichstrom-Zirkula­ tion des Kulturmediums und der Luft bei hohem hydrostati­ schem Druck in einem breiten Änderungsbereich der Zirkula­ tionsmultiplizität in beiden Richtungen des Zirkulations­ kreislaufes gesichert, wobei die Aerationsverhältnisse für eine maximale Sauerstoffaufnahme der Luft geeignet sind.
• - Es wird eine Verminderung des Energieaufwands für die Verfah­ rensführung des Prozesse mit einer Erhöhung des hydrosta­ tischen Druckes garantiert, da die Energie zur Überwindung der hydrostatischen Säule zwischen dem Zwischenniveau und dem hohen Niveau verbraucht wird und nicht vom hydrostati­ schen Druck abhängt, der zwischen dem niederen und dem Zwi­ schenniveau gebildet wird.

Anhand der Zeichnung, die ein Schema der Vor­ richtung darstellt, wird ein Beispiel der Erfindung näher er­ läutert.

Im Gehäuse 1 sind ein Hohlkörper 2 und ein Entlüfter 3 ange­ ordnet, wobei der Hohlkörper 2 aus zwei eine durchschnittene Kegelform aufweisende Teilen mit gemeinsamer Basis zusammen­ gebaut ist. Der Entlüfter 3 ist über dem Hohlkörper 2 ange­ bracht. Zwischen den Wänden des Gehäuses 1, dem Hohlkörper 2 und dem Entlüfter 3 ist der für das absteigende Medium vorge­ sehene Raum gebildet und im Hohlkörper der für das aufsteigen­ de Medium. Am unteren Teil des Entlüfters 3 sind saugende Rohr­ leitungen mit Pumpen 4 verbunden, deren Druck-Rohrleitungen mit Strahlpumpen (Injektoren) 5 verbunden sind. Die Injektoren 5 sind über dem Gehäuse 1 angeordnet und mit dem oberen Ende des für das absteigende Medium vorgesehenen Raumes verbun­ den. Im oberen und unteren Ende des Gehäuses 1 und in der Saug-Rohrleitung der Pumpen 4 sind Eingangsstutzen 6 für die Zuführung des Nährbodens angeordnet, wobei am unteren Ende des Entlüfters 3 Ausgangsstutzen 7 zur Abnahme des Kulturme­ diums vorgesehen sind.

Bei einer weiteren Ausführungsvariante der Vorrichtung wird der Hohlkörper 2 als Wärmetauscher ausgeführt.

Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen:

Das Mikroorganismen, Mineralstoffe und Kohlenstoffquelle ent­ haltende Kulturmedium wird über Pumpen 4 den Wassersprung-In­ jektoren 5 zugeführt, die von der Atmosphäre Luft ansaugen, wobei die Diffusoren der Injektoren 5 eine feine Luft-Disper­ gierung im Kulturmedium sichern. Das aerierte Kulturmedium fließt aus den Diffusoren der Injektoren 5 in den für das ab­ steigende Medium vorgesehenen Raum ein und setzt seine Bewe­ gung in Richtung des niederen Niveaus fort. Nachdem das Kul­ turmedium das letztere erreicht hat, verändert es seine Rich­ tung, wobei sich ein aufsteigender Strom bildet. Im Entlüfter 3 wird vom Kulturmedium die Abluft abgesondert, wonach die Luft durch das obere Ende des Entlüfters 3 aus der Vorrich­ tung austritt. Das teilweise entlüftete Kulturmedium wird mit­ tels Pumpen 4 vom Boden des Entlüfters 3 angesaugt und unter Druck zu den Injektoren 5 zum Aeretieren zugeführt, wonach der gesamte Zyklus wiederholt wird.

Bei einer anderen Ausführungsvariante der Vorrichtung wird das Verfahren bei demselben Aufwand an Kulturmedium und Luft und mit denselben Querschnitten des Apparates angewandt, nur ist der Unterschied zwischen dem niederen und dem hohen Niveau größer. Bei diesen Verhältnissen werden die Zirkulationsmulti­ plizität und die relativen Energieaufwände zugunsten des ver­ größerten Raumes vermindert und somit die Produktivität er­ höht.

Claims (3)

1. Verfahren zum Züchten von aeroben Mikroorganismen unter ununterbrochener Zwangszirkulation von Luft und Kulturmedi­ um, enthaltend Mikroorganismen, Minerale und organische Nähr­ stoffe, dadurch gekennzeichnet, daß man das Kulturmedium und die Luft in Gleichstrom zirkulieren läßt, und zwar nacheinander auf drei Niveaus eines Volumens, indem man das Kulturmedium und die Luft vom hohen Niveau über das niedere Niveau zum Zwischenniveau führt, wo sich die da­ für erforderliche Gesamtluftmenge in der Zone des hohen Ni­ veaus mit dem teilweise entlüfteten Kulturmedium vermischt, wonach das gebildete Gemisch in Richtung niederes Niveau be­ wegt wird und nachdem das letztere erreicht ist, das Gemisch seine Bewegungsrichtung ändert und zum Zwischenniveau fließt, wo der Hauptteil der Abluft ausgeschieden wird, wonach das teilweise entlüftete Kulturmedium seine Bewegung vom Zwi­ schenniveau zum hohen Niveau fortsetzt, wo es erneut mit fri­ scher Luft vermischt wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (1) ein Hohlkörper (2) und ein über dem letzteren angebrachter Entlüfter (3) angeordnet sind, wobei der Hohl­ körper (2) aus zwei eine durchschnittene Kegelform aufweisen­ de Teilen mit gemeinsamer Basis zusammengesetzt ist, wobei zwischen den Wänden des Gehäuses (1), dem Hohlkörper (2) und dem Entlüfter (3) ein für das absteigende Medium vorgesehe­ ner Raum gebildet wird, und im Hohlkörper (2) der für das aufsteigende Medium vorgesehene Raum gebildet wird, wobei am unteren Teil des Entlüfters (3) Saug-Rohrleitungen von Pumpen (4) vorgesehen sind, deren Druck-Rohrleitungen mit In­ jektoren (5) verbunden sind, welche über dem Gehäuse (1) an­ geordnet und mit dem oberen Ende des für das absteigende Me­ dium vorgesehenen Raumes verbunden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der untere Teil des Hohlkör­ pers (2) als ein Wärmeaustauscher ausgebildet ist.