DE3403607A1 - BIOLOGICAL CONVERSION SYSTEM - Google Patents
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Description
R 7267R 7267
Biologisches Konversionssystem Biological conversion system
Die Erfindung bezieht sich auf ein biologisches Konversions- oder Umwandlungssystem der Bauart, welches zur Umwandlung eines aufgelösten organischen Materials in eine andere Form verwendet werden kann, wie beispielsweise zur Umwandlung von Alkohol in Zucker.The invention relates to a biological conversion system of the type which is used for Conversion of a dissolved organic material into another form can be used, such as to convert alcohol into sugar.
Aus verschiedenen Gründen ist die Verwendung von Prozeß-Ausrüstungsgegenständen der Chargenbauart (beispielsweise Behälter) nicht geeignet für die biologisch eingeleitete Umwandlung von aufgelöstem organischem Material in andere Substanzen, (beispielsweise Zucker in Alkohol) auf einer im großen Maßstab arbeitenden Produktionsbasis. Es wurde daher vorgeschlagen, ein organisches Material in einer wäßrigen Lösung in eine andere Substanz umzuwandeln, während die Lösung kontinuierlich durch die eine Säule fließt, die Mikroorganismen enthält, welche diese Umwandlung bewirken (diese Mikroorganismen werden im folgenden als biologisch aktive Agenzien bezeichnet).The use of process equipment is for various reasons of the batch type (e.g. container) not suitable for the biologically discharged Conversion of dissolved organic matter into other substances (e.g. sugar in alcohol) on a large-scale manufacturing base. It was therefore proposed to convert an organic material in an aqueous solution into another substance, while the solution is continuously flowing through the one column that contains microorganisms that cause this transformation (these microorganisms are hereinafter referred to as referred to as biologically active agents).
Bei den bislang verwendeten kontinuierlichen Strömungssystemen zur Umwandlung aufgelösten organischen Materials in andere Substanzen wurden Nährstoffe in eine Bioreaktorsäule eingeführt, um das biologisch aktive Agens daran zu hindern, seinen Wirkungsgrad zu verlieren. Diese Praxis hat die Zugabe einer eine Bürde hervorrufenden Menge an Nährstoffen zu der Säule zur Folge, wobei der größte Teil dieser Nährstoffe ohne Verwendung hindurchläuft. Ferner ist darauf hinzuweisen, daß dann, wenn zuviel Nährstoffmaterial sich in der Säule ansammeln kann, die Aktivität des darinnen befindlichen biologisch aktiven Agens vermindert werden kann.With the continuous flow systems used so far To convert dissolved organic matter into other substances, nutrients were placed in a bioreactor column introduced to prevent the biologically active agent from losing its effectiveness. This practice has entails the addition of a burdensome amount of nutrients to the column, most of which Nutrients passing through without use. It should also be noted that if there is too much nutrient material can accumulate in the column, the activity of the biologically active agent located therein is reduced can.
Zusammenfassung der Erfindung: Die Erfindung bezweckt ein effizienteres System anzugeben, um ein organisches Material, wie beispielsweise Zucker, in eine andere Substanz, wie beispielsweise Alkohol, umzuwandeln. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein System zur Umwandlung eines aufgelösten organischen Materials in eine andere Substanz anzugeben, und zwar mit einem kontinuierlichen Strömungsbetrieb, der nicht einer Verminderung der Aktivität des biologisch aktiven Agens unterworfen ist, wie dies bei bekannten Verfahrensvorrichtungen der Fall ist, die für den gleichen Zweck verwendet werden.Summary of the Invention: The invention aims to provide a more efficient system for converting an organic material, such as sugar, to another substance such as alcohol. Another object of the invention consists in specifying a system for converting a dissolved organic material into another substance, with a continuous flow operation, which is not subject to a reduction in the activity of the biologically active agent, as is the case with known process devices is the case that are used for the same purpose.
Diese Ziele werden durch die erfindungsgemäßen bevorzugten Ausführungsbeispiele erreicht, welche folgendes aufweisen: (1) einen Primär-Bioreaktor, in dem biologisch aktives Agens organisches Material in ein Produkt umwandelt, (2) eine Verjüngungs- oder Erneuerungseinrichtung, wo die biologische Aktivität des erwähnten biologisch aktiven Agens erhöht wird und (3) Mittel zum Zirkulieren des biologisch aktiven Agens zwischen dem primären Bioreaktor und den Auffrischungsmitteln. These goals are preferred by those of the present invention Achieved embodiments which have the following: (1) a primary bioreactor in which the biologically active agent converting organic matter into a product, (2) a rejuvenation or renewal facility where the biological Activity of said biologically active agent is increased; and (3) means for circulating the biologically active agent Agent between the primary bioreactor and the fresheners.
Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:Further advantages, objectives and details of the invention emerge from the description of exemplary embodiments based on the drawing; in the drawing shows:
Fig. 1 und 2 schematisch zwei Bioreaktorsysteme1 and 2 schematically two bioreactor systems
gemäß den Prinzipien der Erfindung.according to the principles of the invention.
Im folgenden seien die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 10 eine primäre Bioreaktorsäule bezeichnet, deren unteres Ende durch eine Leitung 12 mit dem oberen Ende.eines Mischgefäßes 14 verbunden ist (dieses Mischgefäß muß nicht in allen Anwendungsfällen der Erfindung erforderlich sein); ein Ventil 16 sitzt in der Leitung, um den hindurchgehenden Strömungsmittelfluß zu steuern. Eine Einlaßleitung 18 und eine Auslaßleitung 20 sind mit der Seite des Gefäßes 14 verbunden, und das untere Ende des Gefäßes ist über eine Leitung 22 mit dem oberen Ende einer Auffrischungssäule 24 für das biologische Agens verbunden; diese Auffrischsäule wird im folgenden als Auffrischmittel bezeichnet. Das untere Ende der Auffrischmittel oder Auffrischsäule steht seinerseits mit dem oberen Ende der primären Bioreaktorsäule 10 in Verbindung, und zwar durch eine Leitung 26, die mit einem Strömungssteuerventil 28 ausgestattet ist. Einlaß- und Auslaßleitungen 30, 32 sind jeweils mit den oberen bzw. unteren Enden der Verjüngungsmittel 24 verbunden, wobei die Einlaßleitung 30 mit einer Pumpe P1 in Verbindung steht und die Auslaßleitung 32 mit geeigneten Abfallbeseitigungsmitteln verbunden ist. Die Einlaß- und Auslaßleitungen 34, 36 sind in gleicher Weise jeweils mit den unteren bzw. oberen Enden der Säule 10 verbunden, wobei die Einlaßleitung 34 mit einer Pumpe Pp in Verbindung steht. Eine Leitung 38 ist mit der Leitung 12 und einer Pumpe P^ verbunden, und eine Leitung 40 steht mit einer Leitung 26 und einer Pumpe P4 in Verbindung.The preferred exemplary embodiments of the invention are described below. In Fig. 1, the reference numeral 10 designates a primary bioreactor column, the lower end of which is connected by a line 12 to the upper end of a mixing vessel 14 (this mixing vessel need not be required in all applications of the invention); a valve 16 sits in the line to control the flow of fluid therethrough. Inlet conduit 18 and outlet conduit 20 are connected to the side of vessel 14, and the lower end of the vessel is connected by conduit 22 to the upper end of a biological agent refresh column 24; this refreshing column is referred to below as the refreshing agent. The lower end of the rejuvenation means or column is in turn connected to the upper end of the primary bioreactor column 10 through a conduit 26 equipped with a flow control valve 28. Inlet and outlet lines 30,32 are respectively connected to the upper and lower ends of the tapering means 24, the inlet line 30 being connected to a pump P 1 and the outlet line 32 being connected to suitable waste disposal means. The inlet and outlet lines 34, 36 are similarly connected to the lower and upper ends, respectively, of the column 10, the inlet line 34 being in communication with a pump Pp. A line 38 is connected to the line 12 and a pump P ^, and a line 40 is connected to a line 26 and a pump P 4 in connection.
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Beim Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß Fig. 2 bezeichnet das Bezugszeichen 42 eine primäre Bioreaktorsäule, deren unteres Ende mit dem unteren Ende einer Auffrischungssäule 44 für ein biologisches Agens in Verbindung steht, und zwar über eine Leitung 46, eine Pumpe P5 und eine Leitung 48. Das obere Ende der Säule 42 steht auch mit Auffrischungsmitteln 44 über Leitung 50, verbunden mit Leitung 46, in Verbindung und eine Abfalleitung 52 zweigt von der Leitung 50 ab. Ebenfalls mit dem oberen Ende der Säule 42 sind zwei Auslaßleitungen 54, 56 verbunden. Die oberen und unteren Enden der Auffrischungsmittel 44 stehen mit dem unteren Ende der Säule 42 mittels Leitungen 58-62, verbunden mit einer Pumpe P^,in Verbindung« Eine Einlaßleitung 64 und zugehörige Pumpe P7 stehen mit Leitung 62 in Verbindung, und eine weitere Einlaßleitung 66 und zugehörige Pumpe P8 stehen mit Leitung 58 in Verbindung; eine Einlaßleitung 68 und zugehörige Pumpe P9 stehen mit dem unteren Ende der Auffrischungsmittel 44 in Verbindung und schließlich stehen die Auslaßleitungen 70, 72 mit dem oberen Ende der Auffrischmittel in Verbindung.In the embodiment of the invention according to FIG. 2, the reference numeral 42 designates a primary bioreactor column, the lower end of which is connected to the lower end of a refreshing column 44 for a biological agent via a line 46, a pump P 5 and a line 48. The upper end of the column 42 is also in communication with freshening means 44 via line 50 connected to line 46 and a waste line 52 branches off from line 50. Also at the top of the column 42 are two outlet lines 54,56 connected. The upper and lower ends of the refresh means 44 are connected to the lower end of the column 42 by means of lines 58-62 connected to a pump P ^, in conjunction "An inlet line 64 and associated pump P 7 communicating with conduit 62 in connection, and a further Inlet line 66 and associated pump P 8 are in communication with line 58; an inlet line 68 and associated pump P 9 are in communication with the lower end of the refreshing means 44 and finally the outlet lines 70, 72 are in communication with the upper end of the refreshing means.
Arbeitsweise der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung Beim Betrieb des in Fig.. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels der Erfindung wird durch Pumpe Pp in das untere Ende des primären Bioreaktors 10 ein Strom eingegeben oder eingespritzt, der aus einem geeigneten Transportströmungsmittel (beispielsweise Wasser) und einem organischen Reaktionsmittel besteht, welches durch ein biologisches aktives Agens in ein unterschiedliches Produktmaterial umgewandelt werden kann. Das Reaktionsmittel kann eine fermentierbare wäßrige Lösung der Art sein, wie sie im Artikel "Evaluation of Substrates for Butanol Production" von A. Compere und W. Griffith beschrieben wurde; dieser Artikel befindet sich in Band 20 der "Developments In industrial Microbiology", herausgegeben von der "Society for Industrial Microbiology" im Jahre 1979.Operation of the Preferred Embodiments of the Invention When operating the embodiment shown in Fig. 1 of Invention is by pump Pp in the lower end of the primary Bioreactor 10 is input or injected with a stream consisting of a suitable transport fluid (e.g. Water) and an organic reactant, which is converted into a different one by a biologically active agent Product material can be converted. The reactant can be a fermentable aqueous solution of the Kind as described in the article "Evaluation of Substrates for Butanol Production" by A. Compere and W. Griffith became; this article is in volume 20 of "Developments In Industrial Microbiology", edited by the Society for Industrial Microbiology in 1979.
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In der Säule 10 wird das organische Reaktionsmittel in ein Strömungsmittelprodukt durch ein biologisch aktives Agens umgewandelt, wobei dieses Produkt durch Leitung 36 abgezogen wird. Das biologisch aktive Agens kann an einem beweglichen teilchenförmigen Material anhaftend vorliegen oder in diesem enthalten sein, und zwar einem teilchenförmigen Material wie beispielsweise polymeren organischen Substanzen; oder aber das biologisch aktive Agens kann ein Agens sein, welches in gesonderten Körpern agglomeriert, wie beispielsweise der flockige Stamm von Zymomonas mobilis, registriert unter der Zugriffsnummer NRRL B-12526 bei der Agricultural Research Culture Collection, International DEpository Authority (NRRL), 1815 N, University Street, Peoria, Illinois, USA. Transportströmungsmittel, entvitalisiertes biologisches aktives Agens und organisches Reaktionsmittel können am unteren Ende der Säule 10 durch Leitung 12 abgezogen werden, und zwar entweder kontinuierlich oder periodisch während des Betriebs des Systems, wobei diese Materialien in ein Mischgefäß 14 laufen (wenn erforderlich) zusammen mit Transportströmungsmittel (beispielsweise Wasser) gegeben zur Leitung 12 durch Leitung 38. Frisches biologisches aktives Agens und/oder zusätzliches organisches Reaktionsmittel kann dem Mischgefäß 14 (wenn dies verwendet wird) durch Leitung 18 zugegeben werden, wohingegen überschüssiges biologisch aktives Agens und organisches Reaktionsmittel ebenfalls vom System durch Leitung 20 abgezogen werden kann. Vom Mischgefäß 14 laufen das biologisch aktive Agens und das Transportströmungsmittel und das damit kombinierte organische Reaktionsmittel in das obere Ende der Auffrischungsmittel 24 durch Leitung 22. Material, welches als ein Nährstoff für das biologisch aktive Agens dient, wird in das untere Ende der Auffrischungsmittel 24 eingepumpt, und zwar über Leitung 30, wobei die Strömungsrate des Agens durch die Auffrischungsmittel durch Ventile 16 und 28 derart gesteuert wird, daß das Agens durchIn column 10, the organic reactant is converted to a fluid product by a biologically active agent, which product is withdrawn through line 36. The biologically active agent may be adherent to or contained in a mobile particulate material, a particulate material such as polymeric organic substances; or the biologically active agent can be an agent which agglomerates in separate bodies, such as, for example, the flaky strain of Zymomonas mobilis , registered under the accession number NRRL B-12526 with the Agricultural Research Culture Collection, International DEpository Authority (NRRL), 1815 N , University Street, Peoria, Illinois, USA. Transport fluid, devitalized biologically active agent, and organic reactant may be withdrawn from the bottom of column 10 through line 12, either continuously or periodically during operation of the system, with these materials flowing into mixing vessel 14 (if required) along with transport fluid ( e.g. water) is added to line 12 through line 38. Fresh biologically active agent and / or additional organic reactant can be added to mixing vessel 14 (if used) through line 18, whereas excess biologically active agent and organic reactant can also be added from the system through line 20 can be deducted. From the mixing vessel 14, the biologically active agent and transport fluid and organic reactant combined therewith pass into the top of the refreshment means 24 through line 22. Material which serves as a nutrient for the biologically active agent is pumped into the bottom of the refreshment means 24 via line 30, the flow rate of the agent through the rejuvenating means being controlled by valves 16 and 28 such that the agent flows through
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das Nährstoffmateria1,während es sich in dem Auffrischungsmittel befindet, verjüngt oder revitalisiert wird. Zusätzliches organisches Reaktionsmittel kann in die Verjüngungsmittel 24 eingegeben werden, und zwar mit Nährstoffeinspeisung wenn gewünscht. Von den Auffrischungsmitteln aus gelangt das revita 1isierte biologisch aktive Agens in das obere Ende des primären Bioreaktors 10, und zwar zusammen mit zusätzlichem Transportströmungsmittel, zugegeben zur Leitung 26 über Leitung 40 wenn erwünscht. Auf diese Weise wird die Aktivität des biologisch aktiven Agens bei der Umwandlung der organischen Einspeisung in ein Produkt im primären ßioreaktor 10 auf einem vorbestimmten Pegel aufrechterhalten, während das beschriebene System auf einer kontinuierlichen Basis betrieben wird.the nutrient material while it is in the freshener is located, rejuvenated or revitalized. Additional organic reactant can be added to the rejuvenating means 24 with nutrient feeding if desired. Got from the fresheners the revitalized biologically active agent in the upper end of the primary bioreactor 10, along with additional transport fluid, added to the Line 26 via line 40 if desired. This increases the activity of the biologically active agent in the conversion maintaining the organic feed to a product in the primary ßioreactor 10 at a predetermined level, while the system described operates on a continuous basis.
Beim Betrieb des in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiels der Erfindung wird ein aus einem geeigneten Transportströmungsmittel und einem organischen Reaktionsmittel bestehender Strom durch die Leitungen 64, 62 in das untere Ende des primären Bioreaktors 42 eingespritzt, wobei ein biologisch aktives Agens das organische Reaktionsmittel in ein Strömungsprodukt umwandelt, welches durch Leitung 54 abgezogen wird.When operating the embodiment shown in FIG of the invention becomes one consisting of a suitable transport fluid and an organic reactant Current is injected through lines 64, 62 into the lower end of the primary bioreactor 42, with a biological active agent the organic reactant into one Converts flow product, which is withdrawn through line 54.
Transportströmungsmittel, devitalisiertes. biologisch aktives Agens und organisches Reaktionsmittel können kontinuierlich oder periodisch abgezogen werden, und zwar entweder an den oberen oder unteren Enden des primären Bioreaktors 52 durch Leitungen 46 und 50, und diese Materialien werden durch die Leitung 46 und durch die Leitung 48 entweder zürn oberen oder unteren Ende der Auffrischungsmittel 44 geleitet. Ein Teil des Rückführ oder Rezyklusstroms vom Bioreaktor 42 kann, wenn gewünscht, durch Leitung 52 abgegeben werden. Nährstoffe für das entvitalisierte biologisch aktive Agens werden dem Rückführstrom durch Leitung 66 züge-Transportation fluid, devitalized. biologically active The agent and organic reactant can be withdrawn continuously or periodically, either at the top or bottom of the primary bioreactor 52 through conduits 46 and 50, and these materials are fed through line 46 and line 48 to either the top or bottom of the rejuvenating agent 44 headed. A portion of the recycle or recycle stream from bioreactor 42 may be discharged through line 52 if desired will. Nutrients for the devitalized biological active agents are added to the recycle stream through line 66.
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geben, und zusätzliches organisches Reaktionsmittel und zugehöriges Transportströmungsmittel können in die Auffrischungsmittel 44 durch Leitung 68 eingegeben werden. Das in den Auffrischungsmitteln 44 mit Nährstoffen gesättigte biologisch aktive Agens wird zum unteren Ende des primären Bioreaktors 42 durch Leitungen 58, 60, 62 zurückgebracht. Überschüssige Materialien werden von dem System durch Leitung 70 abgegeben, und Gas wird von dem Auffrischungsmittel 44 durch Leitung abgelassen.give, and additional organic reactant and related Transport fluids can be added to the refreshment means 44 through line 68. That in the Fresheners 44 biologically saturated with nutrients active agent is returned to the bottom of the primary bioreactor 42 through lines 58, 60, 62. Excess Materials are dispensed from the system through line 70 and gas is supplied from the rejuvenating agent 44 through line drained.
Eine wäßrige Lösung, die 140 g Glucose pro Liter enthielt, wurde einer mikrobiologischen Wirkung in der Form des obenerwähnten flockigen Stamms von Zymomonas mobilis ausgesetzt, und zwar unter Verwendung eines gekuppelten Bioreaktor-Auffrischungssystems, ähnlich dem gemäß Fig. 2. Der primäre Bioreaktor des getesteten Systems bestand aus einer Vertikalsäule, die 50 cm lang war und sich von einem Innendurchmesser von 1,27 cm am oberen Ende zu einem Innendurchmesser von 10,2 cm am unteren Ende verjüngte. Die primäre Bioreaktorsäule enthielt nominell Flocken des identifizierten flockigen Stamms von Zymomonas mobilis mit einem Durchmesser im Bereich von ungefähr 0,5 cm bis ungefähr 2,0 cm, wobei die Flocken in der Form einer fluidisierten Betts im primären Bioreaktor vorlagen, während die Speiselösung hindurchfloß. Die primäre Bioreaktorsäule stand mit einer Auffrischungssäule in Verbindung, die 30 cm lang war und die sich von einem Innendurchmesser von 1,27 cm am unteren Ende auf einen Durchmesser von 2,54 cm am oberen Ende verjüngte. Eine wäßrige Rückführlösung und teilchenförmiges Zymomonas mobilis suspendiert darinnen wurden vom Boden des primären Bioreaktors zur Oberseite der Auffrischmittel bewegt und vom Boden der Auffrischmittel zur Oberseite des primären Bioreaktors zurückgebracht, und zwar durch eine peristaltische Pumpe. Die Glucose enthaltende Speiselösung wurde in den unteren TeilAn aqueous solution containing 140 g of glucose per liter was found to have a microbiological effect in the form of the above exposed to the flaky strain of Zymomonas mobilis using a coupled bioreactor rejuvenation system, similar to that of FIG. 2. The primary bioreactor of the system tested consisted of a vertical column, which was 50 cm long and varied from an inner diameter of 1.27 cm at the top to an inner diameter of Tapered 10.2 cm at the bottom. The primary bioreactor column nominally contained flakes of the identified flaky Strain of Zymomonas mobilis ranging in diameter from about 0.5 cm to about 2.0 cm, the Flakes in the form of a fluidized bed in the primary Bioreactor were present while the feed solution flowed through. The primary bioreactor column was connected to a booster column that was 30 cm long and extended from a Inside diameter of 1.27 cm at the bottom to a diameter tapered by 2.54 cm at the top. An aqueous recycle solution and particulate Zymomonas mobilis are suspended therein were moved from the bottom of the primary bioreactor to the top of the fresheners and from the bottom of the fresheners returned to the top of the primary bioreactor by a peristaltic pump. the Feed solution containing glucose was added to the lower part
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des primären Bioreaktors eingegeben, und eine Nährstoff enthaltende Lösung wurde in den unteren Teil der Auffrischungsmittel während Teil des Testverfanrens eingegeben. of the primary bioreactor, and containing a nutrient Solution was added to the bottom of the freshener during part of the test procedure.
Das beschriebene fluidisierte Bettreaktorsystem wurde anfangs mit einer Einspeisung von 12 ml pro Minute einer wäßrigen Speiselösung betrieben, die 140 g Glucose pro Liter enthielt. Eine wäßrige Nährstoff lösung enthielt 5 g Hefeextrakt pro Liter, 1 g (NH4J2SO4 pro Liter, 0,5 g MgSO4.7H2O pro Liter und 1 g KH2PO4 pro Liter, wobei diese Lösung gleichzeitig in den primären Bioreaktor mit der erwähnten Glucoselösung eingegeben wurde, und zwar während einer ersten Periode, in der die Flocken des obenerwähnten flockigen Stamms von Zymomonas mobilis in dem primären Bioreaktor gebildet wurden. Nachdem eine merkliche Menge flockigen Zymomonas mobilis sich in dem primären Bioreaktor angesammelt hatte, wurde die Strömung der beschriebenen Nährstofflösung beendet, und die Strömung der wäßrigen Glucoselösung in dem primären Bioreaktor wurde solange fortgesetzt, bis die Bioumwandlung der Glucose in Äthanol und Kohlendioxid in der Säule einen gleichsam stetigen Zustand erreichte. Ohne die Einführung der Nährstoffe in den primären Bioreaktor nahm die Umwandlungsrate oder Geschwindigkeit der Säule signifikant innerhalb 4 Stunden ab und erreichte innerhalb 24 Stunden ein Niveau von weniger als 10« des Niveaus während der Zugabe der Nährstoffe zur Säule. Zu diesem Zeitpunkt wurde die Rückführung der flockigen Zymomonas mobiiis in die Auffrischsäule und zurück zum primären Bioreaktor eingeleitet, wobei eine Nährstoffspeiselösung, die 20 g Glucose pro Liter enthielt und die gleichen Konzentrationen an Nährstoffen wie oben erwähnt aufwies, gleichzeitig in den Boden der Auffrischungssäule eingeführt, und zwar mit einer Rate von 2 ml pro Minute. Innerhalb 1,5 Betriebsstunden des Systems in dieser Betriebsart hatte sich die Biokonversionsrate von Glucose in Äthanol im primären Bioreaktor um mehr als 60% erhöht. Die Biokonver-The fluidized bed reactor system described was initially operated with a feed of 12 ml per minute of an aqueous feed solution containing 140 g of glucose per liter. An aqueous nutrient solution contained 5 g of yeast extract per liter, 1 g of (NH 4 I 2 SO 4 per liter, 0.5 g of MgSO 4 .7H 2 O per liter and 1 g of KH 2 PO 4 per liter, this solution at the same time in the primary bioreactor was introduced with the above-mentioned glucose solution during a first period in which the flakes of the above-mentioned flaky strain of Zymomonas mobilis were formed in the primary bioreactor. After a significant amount of flaky Zymomonas mobilis had accumulated in the primary bioreactor, the flow of the described nutrient solution was stopped, and the flow of the aqueous glucose solution in the primary bioreactor was continued until the bioconversion of the glucose into ethanol and carbon dioxide in the column reached a steady state. Without the introduction of the nutrients into the primary bioreactor the conversion rate or speed of the column decreased significantly within 4 hours and reached e within 24 hours at a level less than 10% of the level during the addition of the nutrients to the column. At this point, the return of the flaky Zymomonas mobiiis to the replenishment column and back to the primary bioreactor was initiated, with a nutrient feed solution containing 20 g glucose per liter and having the same concentrations of nutrients as mentioned above being simultaneously introduced into the bottom of the replenishment column, at a rate of 2 ml per minute. Within 1.5 hours of operation of the system in this operating mode, the bioconversion rate of glucose into ethanol in the primary bioreactor had increased by more than 60%. The bioconversion
sions- oder Umwandlungsrate im primären Bioreaktor stieg weiter an und erreichte einen Pegel, der mehr als 6 mal so groß war wie die Rate ohne die Rückführung des biologisch aktiven Agens in die Auffrischungsmittel, obwohl die Einführungsrate der Nährstoff lösung in die Verjüngungsmittel nur 17% derjenigen betrug, wie sie verwendet wurde, wenn Nährstoffe in den primären Bioreaktor mit dem wäßrigen Glucosespeisestrom eingegeben wurden. Es steht somit fest, daß das Bioumwandlungssystem der hier beschriebenen Art außerordentlich effizient im Betrieb ist.sion or conversion rate in the primary bioreactor increased continued to increase and reached a level that was more than 6 times the rate without the recirculation of the biological active agent in the rejuvenating agents, although the rate of introduction of the nutrient solution into the rejuvenating agents was only 17% of that as used, when nutrients have been added to the primary bioreactor with the aqueous glucose feed stream. It is therefore certain that the bioconversion system of the type described here is extremely efficient in operation.
Zusammenfassend sieht die Erfindung folgendes vor:In summary, the invention provides the following:
Ein System zur Biokonversation organischen Materials mit einer primären Bioreaktorsäule, in der ein biologisch aktives Agens das organische Material in ein Produkt umwandelt, wobei ferner eine Auffrischungssäule vorgesehen ist, in der die biologische Aktivität des biologisch aktiven Agens erhöht wird, und wobei schließlich Mittel vorgesehen sind, um das biologisch aktive Agens zwischen der primären Bioreaktorsäule und der Auffrischungssäule zu zirkulieren.A system for bioconversation of organic material with a primary bioreactor column in which a biologically active Agent converts the organic material into a product, further comprising a refresh column, in which increases the biological activity of the biologically active agent, and finally means are provided, around the biologically active agent between the primary bioreactor column and to circulate the refresh column.
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