EP4774072A1 - Verfahren und separator zur aufkonzentration einer algen-biomasse - Google Patents

Verfahren und separator zur aufkonzentration einer algen-biomasse

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EP4774072A1
EP4774072A1 EP24768082.0A EP24768082A EP4774072A1 EP 4774072 A1 EP4774072 A1 EP 4774072A1 EP 24768082 A EP24768082 A EP 24768082A EP 4774072 A1 EP4774072 A1 EP 4774072A1
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EP
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separator
drum
phase
separation
algae
Prior art date
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Application number
EP24768082.0A
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Inventor
Alexander Piek
Bernd Spiekermeier
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GEA Westfalia Separator Group GmbH
Original Assignee
GEA Westfalia Separator Group GmbH
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Publication date
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    • B04B1/08—Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles with inserted separating walls of conical shape
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Abstract

Ein Separator (105) zur Abtrennung einer Phase mit aufschwimmenden Feststoffen von einer Flüssigkeit, wobei der Separator (105) eine rotierbar gelagerte Trommel (11) zur zentrifugalen Separation der Suspension aufweist, wobei die Trommel (11) ein Einlaufrohr (1) aufweist, welches in einen Verteiler (2) mündet, wobei die Trommel (11) einen Tellereinsatz (3) aufweist, welcher einen Trennraum (16) innerhalb der Trommel (11) belegt und die Trommel (11) einen Sammelraum (15), zum Sammeln einer leichten Phase aufweist welcher zwischen dem Verteiler (2) und dem Trennraum (16) angeordnet ist, und wobei das Volumen des Sammelraumes (15) zumindest 17% des Volumens des Trennraumes (16) beträgt und Verfahren zur Aufkonzentrierung einer Algen-Biomasse.

Description

VERFAHREN UND SEPARATOR ZUR AUFKONZENTRATION EINER ALGENBIOMASSE
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufkonzentrierung einer fermentativ erzeugten Mikroalgen-Biomasse, vorzugsweise im Rahmen der Gewinnung einer Omega-3-fettsäurereichen Flüssigkeit aus einer Mikroalgensuspension, mittels eines geeigneten Zentrifugal-Separators.
Die fermentative Erzeugung von Mikroalgen birgt viel Potential für die Ernährung zukünftiger Generationen. Eine typische hierfür genutzte Algenspezies ist beispielsweise Schizochytrium . Diese kann essentielle Omega-3-Fettsäuren in größeren Mengen produzieren. Bei deren Produktion werden zudem keine Düngemittel oder Pestizide benötigt. Derzeit werden bereits einzelne Wertstoffe aus Algen intensiv in der Nahrungsmittelindustrie genutzt. So haben z.B. Bindemittel in Pudding, Eiscreme oder Joghurt und natürliche Farbstoffe ihren Ursprung in Algen. Daneben können Mikroalgen in der menschlichen Ernährung auch als Quelle von Omega-3-Fettsäuren genutzt werden. Sie stellen somit eine ressourcenschonende Alternative zu Fischöl dar. Daher ist die Aufkonzentrierung und automatisierte Weiterverarbeitung von Algen zu Algenöl von Interesse zur Bedienung des weltweit steigenden Bedarfs. Allerdings sind Algen aufgrund ihres geringen Dichteunterschieds gegenüber dem Kulturmedium schwierig von diesem zu trennen. Überdies weisen Mikroalgenzellen eine geringe Partikelgröße auf und schwimmen teilweise auf dem Kulturmedium auf, so dass eine Gefahr des Verblockens bei der Aufkonzentrierung sowohl im Fall einer zentrifugalen Verarbeitung als auch einer Filtration besteht.
Gängiges Verfahren ist die Züchtung von Mikroalgen in einem Fermenter, bis sie einen Ölanteil von ca. 20% erzeugt haben. Da sie darüber aufschwimmen würden und es derzeit noch keine geeignete Methode zur technischen Verwertung als leichte Phase gibt, wird das Wachstum in bisherigen Verfahren dann unterbrochen und die Algen vom Kulturmedium in einem Separator als schwere Phase getrennt.
Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung im Bereitstellen eines Zentrifugal-Separators, welcher geeignet ist, die schwierig zu separierende Mikroalgen-Biomasse aufzukonzentrieren. Aufgrund der Fähigkeit des in der Erfindung beschriebenen Separators, Mikroalgen als leichte Phase abzutrennen, kann hier das Wachstum des Fermenters bis zu einem Ölgehalt der Algen von ca. 40% betrieben werden. Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe durch das Bereitstellen eines Separators mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eines Verfahrens zur Aufkonzentrierung einer Mikroaigen-Biomasse mit den Merkmalen des Anspruchs 9.
Ein erfindungsgemäßer Separator dient der Abtrennung einer Phase mit aufschwimmenden Feststoffen von einer wässrigen Phase, wobei der Zentrifugal-Separator in an sich bekannter Art und Weise eine rotierbar gelagerte Trommel zur zentrifugalen Separation der Suspension aufweist.
Die Trommel weist ein Einlaufrohr auf, welches in einen Verteiler mündet. Der Verteiler kann bereichsweise als Hohlkegelansatz endständig um das Einlaufrohr herum angeordnet sein.
Weiter weist die Trommel einen Trenntellereinsatz auf, welcher einen Trennraum innerhalb der Trommel belegt. Durch den Trenntellereinsatz gelingt es, auch Feststoffe mit einem geringen Dichteunterschied gegenüber Wasser sehr effizient aus dem Wasser zu entfernen. Der Trennraum wird durch die Größe des Tellereinsatzes definiert. Er umfasst das Tellerpaket und die zwischen den Tellern angeordneten Zwischenräume.
Die Trommel weist zudem einen Sammelraum zum Sammeln einer leichten Phase auf, welcher zwischen dem Verteiler und dem Trennraum angeordnet ist. Ein solcher Sammelraum ist zumeist nur als möglichst geringer Zwischenraum zum Ableiten der radial nach innen geleiteten leichteren Flüssigkeit eines Gemisches ausgebildet. Dies kann z.B. im Fall eines Dreiphasen-Separators eine achsnahe Ableitung einer Ölphase sein.
Im besonderen Fall von hochviskosen Feststoffen mit einer geringeren Dichte als die Flüssigkeit, z.B. Wasser, kann es zum Verblocken dieses Zwischenraums kommen. Daher muss der Sammelraum voluminöser ausgebildet sein, was einer kompakten, üblichen Bauweise des Separators eigentlich widerspricht, allerdings bei dieser Art von Gemischen ein Verblocken der Abführung der leichten Phase verhindert.
Entsprechend beträgt das Volumen des Sammelraumes zumindest 17% des Volumens des Trennraums und ist daher deutlich voluminöser ausgebildet als bei üblichen Separatoren.
Der Separator eignet sich hervorragend zur Aufarbeitung von Aigen-Biomasse, kann allerdings auch zur Konzentration von Flüssigkeiten und Flüssigkeitsgemischen mit der besonderen Eigenschaft von Feststoffen mit geringer Dichte, wie z.B. zur Trennung von Kesselmilch in Molke und Doppelrahmfrischkäse, eingesetzt werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.
Für effiziente Ableitung einer leichten Phase mit besonders hohem Feststoffgehalt kann das Volumen des Sammelraumes mehr als 40%, und besonders bevorzugt zwischen 45%-90%, des Volumens des Trennraumes betragen. Dadurch kann eine besonders hohe Kläreffizienz erreicht werden.
Der Trenntellereinsatz weist typischerweise eine Mehrzahl von Trenntellern auf, wobei die Trennteller über Laschen zueinander beabstandet sind und wobei die Laschenhöhe zur Beabstandung zweier Trennteller im Tellereinsatz 2,0 - 5,0 mm, vorzugsweise 4 mm +/- 0,2 mm, beträgt. Diese vergleichsweise große Laschenhöhe verhindert eine Verblockung innerhalb des Tellerpakets.
Die Beabstandung kann durch länglich ausgeführte Abstandsleisten, oder auch durch punktuelle Beabstandung herbeigeführt werden. Insbesondere sind die Teller durch sogenannte Längs- und/oder Punktlaschen beabstandet. Typischerweise sammeln sich Feststoffe mit hoher Dichte in einem radial-außengelegenen Schlammraum jenseits des Tellerpakets. Feststoffe mit sehr geringer Dichte werden allerdings durch das Tellerpaket nach innen in den Sammelraum durchgeleitet.
Der mittlere Abstand zwischen dem Trennraum und dem Verteiler kann vorteilhaft, zumindest 5%, vorzugsweise 10%, besonders bevorzugt 20-50% der Maximalerstreckung der Trommel betragen, wobei der Abstand und die Maximalerstreckung auf einer gemeinsamen radialen Achse liegen.
Der Separator kann einen Trommelkopf mit einer Regulierscheibe und einer Greiferkammer aufweisen, so dass die abgeleitete leichte Phase über die Regulierscheibe in die im Trommelkopf angeordnete Greiferkammer leitbar ist, von wo sie weiter ableitbar ist. Die Regulierscheibe ermöglicht dabei eine Einstellung des Durchflusses im Ablauf, so dass die Füllhöhe des Sammelraumes vorzugsweise, aber nicht zwingend erforderlich unabhängig vom Gegendruck in dem Ableitungsweg der leichten Phase einstellbar ist. Die Füllhöhe kann auch alternativ über den Gegendruck der leichten und schweren Phase der Anlage eingestellt werden. Der Separator kann als ein selbstentleerender Separator, als ein selbstentleerender Düsenseparator oder auch als reiner Düsenseparator ohne selbstentleerende Funktion ausgebildet sein, welcher vorzugsweise für den kontinuierlich arbeitenden Betrieb ausgelegt ist, so dass Aigen-Biomasse oder andere Feststoff-Flüssig- Gemische der vorbeschriebenen Art im großen Maßstab verarbeitbar sind.
Alternativ oder zusätzlich zum Greifer kann der Separator eine vollhermetische oder halbhermetische Produktableitung, insbesondere als Flüssigkeitsableitung, aufweisen.
Der Separator kann zusätzlich zu einer Produktzuleitung, die beispielsweise in das Einlaufrohr mündet, eine-Gaszuleitung zur Einleitung von Schutzgas aufweisen. Die Gaszuleitung kann ebenfalls im Einlaufrohr münden oder als ein gesondertes im Einlaufrohr angeordnetes Gasrohr ausgebildet sein. Auch eine Schutzgasüberlagerung durch Einleitung über den Ablauf ist möglich, genauso wie eine Schutzgasüberlagerung des die Trommel umgebenden Raumes gebildet aus Konzentratfänger und Haube möglich ist.
Weiterhin erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Aufkonzentration einer Aigen- Biomasse mit den folgenden Schritten:
A Bereitstellen von aufschwimmenden Algen suspendiert in einem wässrigen Kulturmedium und
B Einleiten dieses Gemischs in einen erfindungsgemäßen Separator unter zentrifugaler Abtrennung eines Kulturmediums als schwere Phase von einer Aigen-Fraktion als leichte Phase.
Das vorgenannte Verfahren kann insbesondere Teil eines Verfahrens zur Gewinnung von Algenöl sein. Entsprechend kann das erfindungsgemäße Verfahren durch die folgenden Schritte erweitert werden:
C Umwandeln der Aigen-Fraktion in eine Suspension unter Zellaufschluss und Freisetzung von Algenöl aus den Algen, vorzugsweise durch einen Homogenisator; und
D Abtrennen einer algenölreichen flüssigen Phase aus der Algensuspension durch einen zentrifugalen Separator, insbesondere einem Dreipha- sen-Separator. Zumindest in den vorgenannten Schritten der Separation in den Schritten A oder D kann ein Einleiten von Schutzgas in die Trommel eines Separators erfolgen. Besonders bevorzugt kann die gesamte Abfolge der Schritte A-D in einer Schutzgas-Atmosphäre erfolgen. Da Algen oxidationsempfindlich sind, wird ein besseres Ergebnis durch das Einleiten von Schutzgas erreicht.
Nach dem Schritt B und/oder nach dem Schritt C, vorzugsweise unmittelbar nach einem oder nach jedem der beiden Schritte, kann die Aigen-Fraktion oder die Algensuspension in einen gekühlten Tank, vorzugsweise in einen Tank mit einer Kühlung und einem Rührwerk, geleitet werden. Dadurch wird die Enzymaktivität verringert und es werden auch andere Abbauprozesse gehemmt.
Im Anschluss an das Abtrennen der algenölreichen flüssigen Phase in Schritt D kann eine weitergehende Aufreinigung der Phase unter Bereitstellung von gereinigtem Algenöl, insbesondere durch Ölpolieren, erfolgen.
Bevorzugt beträgt die Dichte der in Schritt A abgetrennten Aigen-Fraktion als leichte Phase zwischen 0,95 - 0,99 kg/dm3, vorzugsweise bei einer Viskosität zwischen 250-300 mPas bei einer Temperatur zwischen 5-10 °C. Diese geringen Dichteunterschiede, insbesondere bei Wasser als Kulturmedium, zeigt die Schwierigkeit der Trennaufgabe. Es hat sich allerdings überraschend gezeigt, dass durch den vorgenannten erfindungsgemäßen Separator diese schwierige Trennaufgabe beherrschbar ist.
Die mittlere Partikelgröße der Feststoffe in der in Schritt A abgetrennten Aigen- Fraktion ist kleiner ist als 100 pm, vorzugsweise zwischen 6 - 18 pm. Trotzdem kann ein im Wesentlichen partikelfreies Kulturmedium in Schritt A abgetrennt werden.
Für eine optimale Trennung beträgt der pH-Wert der in Schritt A abgetrennten Al- gen-Fraktion zwischen pH 6-10.
Schließlich kann der Trockensubstanzgehalt der in Schritt A abgetrennten Aigen- Fraktion mehr als 25 %, vorzugsweise 30 - 33 %, betragen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert werden. Der Fachmann wird die in den Figuren, der Beschreibung und den Ansprüchen in Kombination offenbarten Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen:
Fig. 1 schematische Darstellung eines Prozessschemas eines erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung eines Separators zur zentrifugalen Bearbeitung einer Aigen-Suspension;
Fig. 2 schematische Schnittansicht einer ersten Variante eines Separators zur zentrifugalen Bearbeitung einer Aigen-Suspension im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
In einem erstem Schritt 101 erfolgt das Bereitstellen einer Algensuspension. Zur Erzeugung von Algen bzw. dem Bereitstellen der Algen kann ein sogenannter Photobioreaktor oder ein Fermenter 102 eingesetzt werden. Es können flotie- rende Algen aus hochzelldichter Fermentation entstehen. Ggf. kann eine zusätzliche Zugabe von Enzymen in den Fermenter erfolgen.
Als mögliche zu verarbeitende Mikroalgen kommen insbesondere die Arten Schi- zoschytrium sp., Crypthecodinium sp. und/oder Ulkenia sp. bevorzugt in Betracht.
Dabei erfolgt zunächst eine Fest-Flüssig-Trennung 104 in einem Trennseparator mit innerem Sammelraum zum Zwecke der Konzentrierung der leichten Feststoffphase in Form eines Algenkonzentrats. Dies ermöglicht u.a. eine bessere nachfolgende Verarbeitung bei geringer Schaumbildung und/oder Emulsionsbildung.
Das Ausgangsprodukt vor der Verarbeitung kann als eine Suspension mit flotie- render Algenbiomasse mit einem Trockensubstanzgehalt von vorzugsweise 10 - 15 % ausgebildet sein.
Nach der Konzentrierung 120 erfolgt eine Suspensionsbildung 103 unter Zellaufschluss im Homogenisator. Bei der Konzentrierung in 105 wird gleichzeitig eine Klarphase 106 abgetrennt, die nachfolgend als Kulturmedium bezeichnet wird.
Das Kulturmedium kann beispielsweise eine Flüssigkeit definierter Zusammensetzung aus dem Photobioreaktor/Fermenter sein. Die nachfolgend als Algenkonzentrat bezeichneten Feststoffe 107 in Form eines Breis, werden als Algenbiomasse in einem Tank 108 zwischengelagert.
Die Produktdaten der aufkonzentrierten Algenbiomasse sind wie folgt: Dichte: 0,95 - 0,99 kg/dm3 Partikelgröße: 6 - 18 pm pH: 6 - 10 TS der Biomasse: 30 - 33 % Temperatur: 1 - 20°C, bevorzugt 2 - 15°C, besonders bevorzugt 5 - 10 °C Viskosität: 250 - 300 mPas
Von dort wird das Algenkonzentrat zu einem weitergehenden Zellaufschluss in einen Homogenisator 109 überführt, in welchem u.a. ein Freisetzen 119 von Algenöl aus den Feststoffen, insbesondere den Zellen, erfolgt. Im Homogenisator 109 werden die Feststoffe/Mikroalgenzellen zerkleinert und in eine Suspension 110 überführt, wobei das Algenöl freigesetzt wird.
Die Phase 114 kann als Teilstrom ggf. wieder vor den Homogenisator 109 rezirkuliert werden, falls noch zu viele intakte Algenzellen enthalten sind.
Die Phase 106 kann gefiltert und wieder zurück in den Photobioreaktor bzw. Fermenter 102 geleitet bzw. rezirkuliert werden.
Sehr wichtig ist die sauerstofffreie Verarbeitung als Schutz vor Oxidation. Es gibt für die einzelnen Verfahrensschritte diverse Überlagerungskonzepte mit Schutzgas.
Nach dem Separator 105 und nach dem Homogenisator 109 kann jeweils ein Tank 108, 118 mit einer Kühlung auf eine Temperatur von 5-10°C und mit einem geregelten Rührwerk angeordnet sein.
In dem Tank 118 nach dem Homogenisator 109 kann eine Einstellung des pH- Werts auf einen pH-Wert von pH 4-6 erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann eine Zugabe von NaCI erfolgen, z.B. zur Verringerung der Tendenz einer Emulsionsbildung.
Im Anschluss wird die Suspension 110 durch Erwärmen 111 auf mehr als 40°C, vorzugsweise mehr als 45°C, besonders bevorzugt auf eine Temperatur zwischen 50-60°C, erhöht. Dies kann, wie in Fig. 1 dargestellt, durch einen Wärmetauscher 112, vorzugsweise durch einen Plattenwärmetauscher, erfolgen.
Sodann erfolgt die Verarbeitung der Suspension in einem Trennseparator 113 in drei Phasen, einer wässrigen flüssigen Phase 114, einer Algenöl-Phase 115 und einer breiartigen Feststoffphase 116. Aufgrund der Oxidationsempfindlichkeit der Algenbestandteile ist eine Überlagerung mit Schutzgas für zumindest diesen Schritt oder ggf. ab dem Homogenisator 109 von Vorteil. Die gewonnene Algenöl- Phase kann sodann durch eine optionale Ölpolierung 117 weiter aufgereinigt werden.
Der Trennseparator 105 ist in Fig. 2 im Detail dargestellt. Über ein Einlaufrohr 1 werden die in Flüssigkeit suspendierten Algen in einen Verteiler 2 einer rotierbar um eine vertikale Drehachse D gelagerten Trommel 11 zugeleitet. Im Weiteren weist der Trennseparator 105 einen Trenntellereinsatz 3 auf. Dieser Trenntellereinsatz 3 definiert einen Trennraum 16, welcher vom Trenntellereinsatz 3 mit konischen Trenntellern ausgefüllt wird. Der Trenntellereinsatz 3 weist ein Paket aus einer Mehrzahl von Trenntellern und die Zwischenräume zwischen den Trenntellern auf. Über Steigkanäle 6 gelangt das Algen-Flüssigkeitsgemisch in den Trennraum.
Das Oberteil der Trommel 11 weist einen Trommelkopf auf. Im Trommelkopf ist eine Regulierscheibe 5 sowie je eine Schälkammer 7, 8 für eine schwere flüssige Phase, das Kulturmedium, und ggf. eine leichte flüssige Phase in Form von konzentrierten, flotierenden Algen und bereits abgetrennten Algenöl angeordnet. Über die Regulierscheibe 5 und die Greiferkammer 8 werden die leichte Phase über eine Flüssigkeitsableitung O 9 für die leichte flüssige Phase abgeleitet. Über einen Scheideteller 4 wird die schwere wässrige Phase 106 aus dem Trennraum 16 oder dem Schlammraum 14 abgezogen und über die Greiferkammer 7 und über eine Flüssigkeitsableitung 10 für die schwere flüssige Phase aus der Trommel 11 abgeleitet.
Weiterhin weist die Trommel 11 radiale Düsen 12 zum Ableiten der Algen aus der Trommel 11 z.B. in eine Schlammsammelbehälter einer Haube auf, welche die rotierbar gelagerte Trommel 11 umgibt.
Die Entleerung der Düsen 12 kann selbstentleerend erfolgen. In der in Fig. 2 dargestellten Variante erfolgt das Öffnen und Schließen der Düsen 12 über einen axial verschiebbaren Kolbenschieber 13.
Zwischen den Düsen 12 und dem Trennraum 16 ist ein Schlammraum 14 angeordnet, in welchem sich vor dem Entleeren die Feststoff-Phase sammelt.
Zwischen dem Trennraum 16 und dem Verteiler 2 ist ein Sammelraum 15 angeordnet. Dieser tellerfreie Sammelraum 15 dient der Konzentration der leichten zum Teil algenhaltigen Phase. Die Besonderheit des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein ungewöhnlich voluminöser Sammelraum 15 für die Verwendung hochviskosen Naturproduktes. Ein Zusetzen bzw. Verblocken der Trommel 11 wird dadurch vorteilhaft vermieden.
Die Größe des Sammelraumes lässt sich bedarfsgerecht durch konstruktionstechnische Maßnahmen verändern, wie z.B. Vergrößern oder Verkleinern von den an den Verteiler 2 angrenzenden Aussparungen im Tellerpaket.
Hierbei können Aussparungen im Tellerpaket entweder in Segmenten erfolgen, die zwischen den Verstrebungen des Verteilers liegen an denen die Teller aufgefädelt werden. Oder sie sie können als komplett freigelassener Bereich über den gesamten Innenradius erfolgen, wenn Verstrebungen des Verteilers 2 bis auf den Beginn des Tellerpaketes bzw. des Trenntellereinsatzes 3 verlängert werden.
Dabei beträgt das Volumen des Sammelraumes in Bezug auf das Volumen des Trennraumes zumindest 17%, vorzugsweise mehr als 40% und besonders bevorzugt zwischen 45%-120%. Bei 100% sind die Volumen des Sammelraums 15 und die Volumen des Trennraumes gleich groß.
Die Außenwandung der Trommel 11 weist überdies bereichsweise, insbesondere im Bereich des Trommeloberteils, eine Konusform auf. Der mittlere Abstand des Trennraumes 16 vom Verteiler 2 beträgt vorzugsweise zumindest 10%, vorzugsweise 20-50% der Gesamterstreckung der Trommel 11 , wobei der Abstand und die Gesamterstreckung in einer Richtung parallel zur konischen Außenwandung gemessen wurden.
Eine Ermittlung des Volumens des Sammelraumes kann beispielsweise durch Abfragen der Objekteigenschaften in der 3D Software Inventor der Fa. Autodesk erfolgen.
Als mittlerer Durchmesser für den Sammelraum kann ein Erfahrungswert gewählt werden. Eine Überschlagsrechnung kann man anstellen, indem man die Räume in Vollzylinder und Kegelstümpfe unterteilt, die Einzelvolumina berechnet und voneinander abzieht.
Bei all diesen Betrachtungen kann das Volumen von den Rippen außen auf dem Verteilerhals vernachlässigt werden.
Die Laschenhöhe im Tellereinsatz kann vorteilhaft 2,0 - 5,0 mm, vorzugsweise 4 mm +/- 0,2 mm, betragen. Derartige Laschenhöhen sind bei Tellerseparatoren sehr ungewöhnlich und erleichtern auch in diesem Fall die Separation. Der Sammelraum des Trennseparators mit Sammelraum beim Schritt der Abtrennung des Klärmediums ergibt sich aus der Feststellung, dass Algen mit einem hohen Anteil an Öl eine geringere Dichte als Wasser aufweisen und somit auf dem wässrigen Klärmedium aufschwimmen und daher nun in einer leichten Phase von der wässrigen Phase abtrennbar sind. Diese leichte Phase ist allerdings stark feststoffbelastet, was die Ableitung erschwert.
Daher wurde ein rotationsachsnaher Sammelraum besonders groß dimensioniert, um ein Sammeln der leichten algenhaltigen Fraktion und ein anschließendes Abschleudern des Kulturmediums zu erleichtern.
Durch das hier gezeigte Verfahren können aufschwimmende (flotierende) Algen mit einem erhöhten Ölgehalt effizient vom Kulturmedium abgetrennt werden.
Bisher wurde die nach der Fermentation flotierende Algenbiomasse nicht vom Kulturmedium getrennt, sondern direkt im Fermenter enzymatisch aufgeschlossen wird und die Phasen dann mittels 3-Phasen-Separierung getrennt.
Die Vorteile des hier gezeigten Verfahrens ergeben sich durch höhere Ölausbeuten, geringere Neigung zur Emulsionsbildung, geringere Volumenströme und keine Verwendung von Enzymen.
Diese Vorteile wurden durch ein rein mechanisches Verfahren erreicht.
Das im Verfahren gewonnene hochviskose Öl, enthält hohe Mengen an Omega- 3-Fettsäuren. Hieraus lassen sich Nahrungsergänzungsmittel und funktionelle Lebensmittel für eine gesunde Ernährung des Menschen gewinnen. Die Darreichungsformen reichen von Öl bis hin zu magenresistenten Kapseln, Weichkapseln und Algenpulver als Ingredienz zur Nahrungsmittelherstellung.
Aus Fig. 2 erkennbar, sind in dem Konzentrationsraum Rippen radial angeordnet. Diese dienen der Tellerarretierung und der Produktmitnahme. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann die Kontur des Verteilers derartig geändert werden, dass die Rippen eine turbinenschaufelartige Form zur besseren Produktförderung aufweisen und auch dass die Teller eine strömungstechnisch optimalere zusätzliche schräge Anordnung der Laschen erhalten. Bezugszeichen
1 Einlaufrohr
2 Verteiler
3 Trenntellereinsatz
4 Scheideteller
5 Regulierscheibe
6 Steigkanal
7 Schälkammer {schwere Phase)
8 Schälkammer (leichte Phase)
9 Flüssigkeitsableitung (leichte Phase)
10 Flüssigkeitsableitung (schwere Phase)
11 Trommel
12 Düsen
13 Kolbenschieber
14 Schlammraum
15 Sammelraum
16 Trennraum
D Drehachse
101 Bereitstellen von Algen
102 Photobioreaktor / Fermenter
103 Suspensionsbildung
104 Fest-Flüssig-Trennung
105 Trennseparator mit innerem Sammelraum
106 Klarphase / Kulturmedium
107 Feststoffe / Algenkonzentrat
108 Tank
109 Homogenisator
110 Suspension
111 Erwärmen
112 Wärmetauscher
113 Trennseparator
114 wässrige flüssige Phase
115 Algenöl-Phase
116 breiartige Feststoffphase
117 Ölpolieren
118 Tank
119 Freisetzen von Algenöl
120 Konzentrierung von flotierenden Algen

Claims

Patentansprüche
1 . Separator (105) zur Abtrennung einer Phase mit aufschwimmenden Feststoffen von einer Flüssigkeit, wobei der Separator (105) eine rotierbar gelagerte Trommel (11 ) zur zentrifugalen Separation der Suspension aufweist, wobei die Trommel (11 ) ein Einlaufrohr (1 ) aufweist, welches in einen Verteiler (2) mündet, wobei die Trommel (11 ) einen Tellereinsatz (3) aufweist, weicher einen Trennraum (16) innerhalb der Trommel (11 ) belegt und die Trommel (11 ) einen Sammelraum (15), zum Sammeln einer leichten Phase aufweist welcher zwischen dem Verteiler (2) und dem Trennraum (16) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des Sammelraumes (15) zumindest 17% des Volumens des Trennraumes (16) beträgt.
2. Separator nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des Sammelraumes (15) mehr als 40%, und besonders bevorzugt zwischen 45%-90%, des Volumens des Trennraumes (16) beträgt.
3. Separator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Tellereinsatz (3) eine Mehrzahl von Trennteller (4) aufweist, wobei die Trennteller (4) über Laschen zueinander beabstandet sind und wobei Laschenhöhe zur Beabstandung zweier Trennteller (4) im Tellereinsatz (3) 2.0 - 5,0 mm, vorzugsweise 4 mm +/- 0,2 mm, beträgt.
4. Separator nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Abstand zwischen dem Trennraum (16) und dem Verteiler (2), zumindest 5%, vorzugsweise 10%, besonders bevorzugt 20-50% der Maximalerstreckung der Trommel (11 ) beträgt, wobei der Abstand und die Maximalerstreckung auf einer gemeinsamen radialen Achse liegen.
5. Separator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Separator (105) einen Trommelkopf mit einer Regulierscheibe (5) und einer Greiferkammer (7) aufweist, so dass die abgeleitete leichte Phase über die Regulierscheibe (5) in die im Trommelkopf angeordnete Greiferkammer (8) leitbar ist.
6. Separator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Separator (105) als ein Düsenseparator, vorzugsweise als ein selbstentleerender Düsenseparator, ausgebildet ist, welcher vorzugsweise für den kontinuierlich arbeitenden Betrieb ausgelegt ist.
7. Separator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Separator (105) zusätzlich zu einer Produktzuleitung, die ins Einlaufrohr (1 ) mündet, eine Gaszuleitung zur Einleitung von Schutzgas aufweist.
8. Separator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Separator eine vollhermetische oder halbhermetische Produktableitung, insbesondere als Flüssigkeitsableitung (9, 10), aufweist.
9. Verfahren zur Aufkonzentration einer Aigen-Biomasse gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
A Bereitstellen von Algen (101 ) suspendiert in einem wässrigen Kulturmedium (106) und
B Einleiten dieses Gemischs in einen Separator (105) nach einem der vorhergehenden Ansprüche unter zentrifugaler Abtrennung eines Kulturmediums (106) als schwere Phase von einer Aigen-Fraktion (107) als leichte Phase.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Verfahren zudem die folgenden Schritte umfasst:
C Umwandeln der Aigen-Fraktion in eine Suspension (110) durch Zellaufschluss unter Freisetzung (119) von Algenöl aus den Algen, vorzugsweise durch einen Homogenisator, (109); und
D Abtrennen einer algenölreichen flüssigen Phase (115) aus der Algensuspension durch einen zentrifugalen Separator (113), insbesondere einen Dreiphasen-Separator.
11 .Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in zumindest einem der Schritte A oder D ein Einleiten von Schutzgas in die Trommel eines Separators (105, 113) erfolgt.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Schritte, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte A-D in einer Schutzgas-Atmosphäre erfolgen.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schritt B und/oder nach dem Schritt C, vorzugsweise unmittelbar nach einem oder nach jedem der beiden Schritte, die Algen- fraktion (107) oder die Algensuspension (110) in einen gekühlten Tank, vorzugsweise in einen Tank mit einer Kühlung und einem Rührwerk, geleitet wird.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an das Abtrennen der algenölreichen flüssigen Phase (115) in Schritt D eine weitergehende Aufreinigung der Phase unter Bereitstellung von gereinigtem Algenöl, insbesondere durch Ölpolieren (117), erfolgt.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte der in Schritt A abgetrennten Aigen-Fraktion (107) als leichte Phase zwischen 0,95 - 0,99 kg/dm3, vorzugsweise bei einer Viskosität zwischen 250-300 mPas bei einer Temperatur zwischen 5-10 °C, beträgt.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Partikelgröße der Feststoffe in der in Schritt A abgetrennten Aigen-Fraktion (107) kleiner ist als 100 pm, vorzugsweise zwischen 6 - 18 pm, beträgt.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der pH-Wert der in Schritt A abgetrennten Aigen-Fraktion (107) zwischen pH 6-10 liegt.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trockensubstanzgehalt der in Schritt A abgetrennten Al- gen-Fraktion (107) mehr als 25 %, vorzugsweise 30 - 33 %, beträgt.
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