ES2902009T3 - Método para filtrar una disolución de cultivo microbiano usando un módulo de membrana - Google Patents

Método para filtrar una disolución de cultivo microbiano usando un módulo de membrana Download PDF

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Abstract

Método para filtrar una disolución de cultivo microbiano usando un módulo de membrana, comprendiendo el método: (a) una etapa de realizar una filtración de flujo cruzado de la disolución de cultivo microbiano usando el módulo de membrana; (b) una etapa de realizar un aclarado con agua del módulo de membrana después de la etapa a; (c) una etapa de poner el módulo de membrana en contacto con una disolución química después de la etapa b; y (d) una etapa de realizar un aclarado con agua del módulo de membrana después de la etapa c, en el que un filtrado que ha penetrado a través del módulo de membrana mediante la filtración de flujo cruzado en la etapa a tiene una concentración de azúcares totales de 1.000 mg/l a 100.000 mg/l, determinada según la descripción, y una concentración de proteínas de 50 mg/l a 1.000 mg/l, determinada según la descripción, la etapa c incluye una etapa (c-1) de poner el módulo de membrana en contacto con una disolución química que contiene hipoclorito y un tensioactivo no iónico, y las etapas a a d se repiten en este orden, y en el que, en la filtración de flujo cruzado en la etapa a, se establece la velocidad lineal en la superficie de membrana de la disolución de cultivo microbiano para ser de 0,1 m/s a 3,0 m/s y se establece el flujo de filtración para ser de 0,1 m3/m2/d a 2,0 m3/m2/d, en el que el hipoclorito tiene una concentración de cloro efectivo del 0,05% en masa al 1% en masa, y el tensioactivo no iónico tiene una concentración de tensioactivo no iónico del 0,05% en masa al 3% en masa y un equilibrio hidrófilo-lipófilo (HLB) de 13 a 17, en el que la disolución química tiene un pH de 10 a 14, y en el que la etapa c tiene una etapa que se hace funcionar dentro de un intervalo en el que un producto CT [(mg/l)·h] de la concentración C [mg/l] de hipoclorito en la disolución química y el tiempo de contacto T [h] entre el hipoclorito y una membrana de separación contenida en el módulo de membrana satisface la expresión (1): 9,2 x 105F - 1400 <= CT <= 2,5 (1/a) + 380 Expresión (1) en la expresión (1), F representa la razón de la concentración de proteínas [mg/l] en el filtrado que ha penetrado a través del módulo de membrana mediante la filtración de flujo cruzado en la etapa a con respecto a la cantidad de carbono orgánico total [mg/l] en el filtrado, y a representa un valor absoluto [1/h] de la tasa de atenuación de la razón de valor inicial de resistencia de membrana con respecto al tiempo de inmersión en un caso en el que la membrana de separación se sumerge en un reactivo de Fenton que es una disolución mixta de 5.000 ppm de H2O2 y 300 ppm de Fe2+, determinándose la cantidad de carbono orgánico total y la tasa de atenuación a según la descripción.

Description

DESCRIPCIÓN
Método para filtrar una disolución de cultivo microbiano usando un módulo de membrana
Campo técnico
La presente invención se refiere a un método de filtración para filtrar una disolución de cultivo microbiano usando un módulo de membrana en el campo de la industria de la fermentación y el campo de la industria alimentaria. Técnica anterior
Para una disolución de dispersión microbiana, se conoce un método de separar un microorganismo y una disolución usando una membrana de separación. Como disolución de dispersión microbiana, se mencionan lodo activado en el tratamiento de agua residual y una disolución de cultivo microbiano en un método de fermentación. En el tratamiento de agua residual, se conoce un biorreactor de membrana en el que lodo activado y agua tratada se separan uno de otro usando una membrana de separación. Usando la membrana de separación, es posible mantener una alta razón de retirada de sustancias orgánicas y componentes de nitrógeno al tiempo que se mantienen los microorganismos a una alta concentración en un tanque de tratamiento y puede obtenerse un líquido tratado a una alta pureza.
El método de fermentación que es un método de producción de sustancia se usa para la producción de diversos productos tales como cerveza, vino, vinagre, salsa de soja, aminoácidos y ácidos orgánicos. Se lleva a cabo separación centrífuga o filtración con tierra de diatomeas como método de separar una disolución de cultivo microbiano en el método de fermentación. Sin embargo, la filtración mediante una membrana de separación se caracteriza por un alto rendimiento de separación y una calidad de filtrado excelente.
Tal como se describió anteriormente, se aplica ampliamente una técnica de separación para la disolución de dispersión microbiana. Sin embargo, en un caso en el que se lleva a cabo una separación en membrana para un líquido derivado de fuente biológica que va a tratarse, hay un problema de que células bacterianas, azúcares, proteínas, lípidos y similares contenidos en el líquido que va a tratarse se adhieren a una superficie de filtración y el flujo de permeación de una membrana disminuye en una fase temprana.
Mientras tanto, se han realizado investigaciones en las que se lava una superficie de filtración de una membrana de una manera periódica o no periódica de modo que se retira la materia adherida sobre la superficie de filtración y se mantiene la capacidad de filtración. Por ejemplo, el documento de patente 1 da a conocer un método en el que una membrana de filtración usada para un biorreactor de membrana de agua residual que contiene un componente aceitoso tal como un compuesto de hidrocarburo o un compuesto aromático o un componente de colorante que apenas puede descomponerse se lava con ácido clórico o una sal del mismo y un tensioactivo. Además, el documento de patente 2 da a conocer un método en el que una membrana de separación después de la filtración de cerveza se lava con una disolución que contiene un compuesto de peryodato y peroxidisulfato. El documento de patente 3 da a conocer un método para producir un producto químico mediante fermentación continua en el que se reducen los costes de tratamiento de agua descargada y se potencia la tasa de recuperación del producto químico. El método incluye una etapa de fermentación de convertir una materia prima de fermentación en un líquido de fermentación que contiene un producto químico, una etapa de separación en membrana de recuperar un filtrado que contiene el producto químico mediante una membrana de separación a partir del líquido de fermentación; una etapa de concentración de obtener un permeado y un concentrado que contiene el producto químico mediante una membrana de ósmosis inversa a partir del filtrado; y una etapa de uso de permeado de usar el permeado como al menos una de una materia prima de fermentación, una disolución de ajuste del pH, una disolución de ajuste del contenido en agua para el líquido de fermentación, una disolución de limpieza para la membrana de separación y una disolución de limpieza para la membrana de ósmosis inversa. La etapa de uso de permeado incluye preferiblemente añadir uno cualquiera de un álcali, un ácido y un agente oxidante al permeado; y usar el permeado después de la adición, como disolución de limpieza para la membrana de separación de la etapa de separación en membrana.
El documento de patente 4 da a conocer un método de tratamiento de una membrana de filtro o zona de absorción de agua, caracterizado por poner en contacto la membrana o zona con al menos un miembro seleccionado del grupo que consiste en un disolvente orgánico, agua esterilizada que contiene un disolvente orgánico, agua esterilizada, disolución de enzima que contiene una adenosina fosfatasa, ácido, álcali, tensioactivo y agente de blanqueo para retirar el fosfato de adenosina que se adhiere a la membrana de filtro o zona de absorción de agua.
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Documentos de patente
[Documento de patente 1] Documento JP-A-2013-31839
[Documento de patente 2] Documento JP-T-2010-535097
[Documento de patente 3] Documento US 2013/330792 A1
[Documento de patente 4] Documento WO 02/092202 A1
Sumario de la invención
Problemas que va a resolver la invención
Entre las disoluciones de dispersión microbiana, en particular, una disolución de cultivo microbiano tiene un rasgo característico de que las concentraciones de azúcares y proteínas son altas. Cuando la disolución de cultivo microbiano se filtra usando una membrana de separación, se produce la incrustación de la membrana de separación debido a las sustancias anteriormente mencionadas. Se hace que la membrana de separación con incrustación recupere la permeabilidad al agua realizando un lavado con disolución química y pueda usarse de manera repetida. Sin embargo, en un caso en el que la membrana de separación experimenta incrustación fácilmente, aumenta la frecuencia del lavado con disolución química, dando como resultado un aumento de los costes de lavado. Además, en un caso en el que se repiten la filtración de la disolución de cultivo microbiano y el lavado con disolución química, las sustancias de incrustación que no pueden lavarse se acumulan gradualmente en la membrana de separación, lo cual hace que sea difícil recuperar la permeabilidad al agua.
En el método de lavado descrito en el documento de patente 1, los contaminantes en la membrana de filtración pueden retirarse usando ácido clórico o una sal del mismo y un tensioactivo. Sin embargo, un líquido que va a tratarse es agua residual que contiene un componente aceitoso y un componente colorante, lo cual es diferente de una disolución de cultivo microbiano que tiene altas concentraciones de azúcares y proteínas.
Además, el método de lavado descrito en el documento de patente 2 puede aplicarse a una membrana usada para la producción de un líquido con altas concentraciones de azúcares y proteínas. Sin embargo, un agente de lavado que va a usarse es caro y, a medida que se repite el lavado con disolución química, aumentan los costes de lavado.
La presente invención se ha realizado en vista de lo anterior. Es decir, un objeto de la presente invención es proporcionar un método para filtrar una disolución de cultivo microbiano usando un módulo de membrana, en el que una membrana de separación usada para la filtración de una disolución de cultivo microbiano que tiene altas concentraciones de azúcares y proteínas se lava con un agente de lavado económico para permitir llevar a cabo la filtración de manera estable y repetida durante un periodo de tiempo prolongado.
Medios para resolver los problemas
Con el fin de resolver los problemas anteriores, la presente invención proporciona un método para filtrar una disolución de cultivo microbiano usando un módulo de membrana tal como se define en la reivindicación 1 o la reivindicación 7. En las reivindicaciones dependientes se definen realizaciones preferidas.
Ventajas de la invención
El método para filtrar una disolución de cultivo microbiano usando un módulo de membrana de la presente invención es un método de filtración en el que las cuatro etapas de (a) realizar una filtración de flujo cruzado de una disolución de cultivo microbiano, (b) realizar un aclarado con agua, (c) realizar un lavado con disolución química y (d) realizar un aclarado con agua se repiten en este orden. En este caso, en la etapa c del lavado con disolución química, el lavado con una combinación de hipoclorito y un tensioactivo no iónico proporciona un alto efecto de lavado y permite una filtración estable a lo largo de un periodo de tiempo prolongado.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es un diagrama esquemático de un aparato de filtración según una realización de la presente invención.
La figura 2 es un diagrama de flujo que muestra un ejemplo del método para filtrar una disolución de cultivo microbiano de la presente invención.
La figura 3 es un diagrama esquemático que muestra una relación entre un valor de F y un valor de CT con respecto a un filtrado que ha penetrado a través de un módulo de membrana según la realización de la presente invención, en el que el valor de F es la razón de la concentración de proteínas [mg/l] en el filtrado con respecto a la cantidad de carbono orgánico total [mg/l] en el filtrado.
La figura 4 es un diagrama esquemático que muestra un cambio en la resistencia a la rotura de membrana de una membrana de separación, que es una membrana de separación según la realización de la presente invención, con respecto al tiempo de inmersión en un reactivo de Fenton.
La figura 5 es un diagrama esquemático que muestra un cambio en la razón de valor inicial de resistencia de membrana de una membrana de separación, que es una membrana de separación según la realización de la presente invención, con respecto al tiempo de inmersión en el reactivo de Fenton.
La figura 6 es un diagrama esquemático que muestra una relación entre la tasa de atenuación a de una membrana de separación, que es una membrana de separación según la realización de la presente invención, y un valor de CT.
Modo para llevar a cabo la invención
A continuación en el presente documento, se describirá en detalle un método de filtración que usa un módulo de membrana según la presente invención con referencia a los dibujos. En la presente invención, “hacia arriba” y “hacia abajo” se basan en un estado mostrado en los dibujos y son por motivos de conveniencia. Un lado en el que un líquido de partida fluye hacia dentro se denomina sentido “hacia abajo” y un lado en el que un filtrado fluye hacia fuera se denomina sentido “hacia arriba”. Habitualmente, en una postura en el momento de usar un módulo de membrana, los sentidos hacia arriba y hacia abajo coinciden con los sentidos hacia arriba y hacia abajo en los dibujos.
Se describirá una configuración de un aparato de filtración para una disolución de cultivo microbiano según la realización de la presente invención con referencia a los dibujos. La figura 1 es un diagrama esquemático de un aparato de filtración según una realización de la presente invención. La figura 2 es un diagrama de flujo que muestra un ejemplo del método para filtrar una disolución de cultivo microbiano de la presente invención.
En primer lugar, se describirá un resumen de todas las etapas usando el diagrama de flujo de la figura 2.
El método para filtrar una disolución de cultivo microbiano usando un módulo de membrana según la presente invención incluye las siguientes etapas a a d, y las etapas a a d se repiten en este orden para permitir llevar a cabo la filtración de manera estable y repetida durante un periodo de tiempo prolongado.
(a) Una etapa de realizar una filtración de flujo cruzado de una disolución de cultivo microbiano usando un módulo de membrana
(b) Una etapa de realizar un aclarado con agua del módulo de membrana después de la etapa a
(c) Una etapa de poner el módulo de membrana en contacto con una disolución química después de la etapa b (d) Una etapa de realizar un aclarado con agua del módulo de membrana después de la etapa c
En la etapa a, que es la primera etapa, la filtración de flujo cruzado de una disolución de cultivo microbiano se realiza usando el módulo de membrana. En esta etapa a, se realiza una determinación sobre si un valor de resistencia a la filtración R satisface o no una condición para avanzar a la siguiente etapa. En un caso en el que se satisface la condición para avanzar, la etapa avanza a la etapa b, y en un caso en el que no se satisface la condición para avanzar, se continúa la filtración de flujo cruzado en la etapa a.
En la etapa b, el lavado del módulo de membrana se lleva a cabo realizando un aclarado con agua. Cuando se completa la etapa b, la etapa avanza a la etapa c, en la que se realiza un lavado con disolución química del módulo de membrana. Cuando se completa la etapa c, se realiza un aclarado con agua en la etapa d. Cuando se completa la etapa d, el funcionamiento vuelve a la etapa a. Las etapas a a d se repiten en este orden para llevar a cabo la filtración de la disolución de cultivo microbiano. En la presente invención, es suficiente con incluir las etapas a a d anteriormente mencionadas y, según sea necesario, es posible añadir etapas distintas de las etapas a a d.
<Líquido de partida>
La disolución de cultivo microbiano de la presente invención no está particularmente limitada en cuanto a los tipos de un microorganismo y un producto de fermentación, y los ejemplos del mismo incluyen cerveza, vino, vinagre, salsa de soja, líquidos fermentados de aminoácidos, líquidos fermentados de ácidos orgánicos y líquidos fermentados de productos biofarmacéuticos.
Un rasgo característico de la disolución de cultivo microbiano de la presente invención es una disolución de dispersión microbiana en la que un filtrado que ha penetrado a través del módulo de membrana mediante la filtración de flujo cruzado en la etapa a tiene una concentración de azúcares totales de 1.000 mg/l a 100.000 mg/l y una concentración de proteínas de 50 mg/l a 1.000 mg/l.
Mientras tanto, para la concentración de azúcares totales y la concentración de proteínas en un líquido de partida de la disolución de cultivo microbiano antes de penetrar a través del módulo de membrana, debido a un diámetro de poro y a una estructura de una membrana de separación contenida en el módulo de membrana, puede haber un caso en el que se tienen las mismas concentraciones que el filtrado que ha penetrado y un caso en el que se tienen concentraciones diferentes del filtrado que ha penetrado. Cuando una parte de los componentes se bloquean por la membrana de separación, se reducen las concentraciones de los componentes en el filtrado con respecto a las concentraciones de los componentes en el líquido de partida.
(Etapa a)
<Filtración de flujo cruzado>
La disolución de cultivo microbiano contiene diversas sustancias orgánicas tales como un microorganismo, una proteína, un sacárido y un lípido, y la incrustación progresa fácilmente en una filtración sin salida que filtra todos los líquidos suministrados a un módulo de membrana. Por tanto, la filtración de flujo cruzado en la que la filtración se lleva a cabo haciendo fluir la disolución de cultivo microbiano como líquido de partida en paralelo a una superficie de membrana al tiempo que se lava la superficie de membrana es adecuada (etapa (a-1) de realizar una filtración de flujo cruzado de la disolución de cultivo microbiano usando el módulo de membrana). Tal como se muestra en la figura 1, cuando se realiza la filtración de flujo cruzado, se suministra una disolución de cultivo microbiano (líquido de partida) desde un tanque 1 de líquido de partida hasta un módulo 2 de membrana mediante una bomba 3 de líquido de partida, y una parte del líquido de partida fluye de vuelta al tanque 1 de líquido de partida. Además, un filtrado que se ha filtrado mediante una membrana de separación del módulo 2 de membrana se alimenta a un tanque 6 de filtrado. Con el fin de mejorar la capacidad de funcionamiento de la filtración de la disolución de cultivo microbiano, puede llevarse a cabo un pretratamiento antes de la filtración en membrana. El pretratamiento incluye separación centrífuga y retirada por adsorción. Tal como se describió anteriormente, en la filtración de flujo cruzado, se hace circular el líquido de partida entre el tanque 1 de líquido de partida y el módulo 2 de membrana con el fin de permitir que el líquido de partida fluya en paralelo a la superficie de membrana. La velocidad lineal en la superficie de membrana en este momento puede establecerse de manera apropiada según las propiedades del líquido de partida, y es de 0,1 m/s a 3,0 m/s, y preferiblemente de 0,3 m/s a 2,0 m/s. En un caso en el que la velocidad lineal en la superficie de membrana es de menos de 0,1 m/s, puede no obtenerse un efecto de lavado suficiente. Además, en un caso en el que la velocidad lineal en la superficie de membrana supera 3,0 m/s, se aumentan los costes de potencia, lo cual no es preferible. La velocidad de flujo del líquido de partida puede controlarse mediante la bomba 3 de líquido de partida y una válvula 4 de control de circulación.
El flujo de filtración en el momento de realizar la filtración de flujo cruzado puede establecerse de manera apropiada según las propiedades del líquido de partida, y es de 0,1 m3/m2/d a 2,0 m3/m2/d, y preferiblemente de 0,3 m3/m2/d a 1,5 m3/m2/d. En un caso en el que el flujo de filtración es de menos de 0,1 m3/m2/d, se aumenta el número de módulos de membrana necesarios, lo cual da como resultado un aumento de los costes. Mientras tanto, en un caso en el que el flujo de filtración supera 2,0 m3/m2/d, la incrustación de la membrana de separación puede progresar de manera abrupta, lo cual no es preferible. La velocidad de flujo del filtrado puede controlarse mediante la bomba 3 de líquido de partida, la válvula 4 de control de circulación y una válvula 5 de control de filtración.
En la filtración usando la membrana de separación, puede determinarse un estado de incrustación de la membrana de separación a partir de una presión diferencial inter-membrana obtenida restando una presión en un lado de filtrado de la membrana de separación de una presión en un lado de líquido de partida de la misma. En un caso de filtración sin salida, es posible calcular la presión diferencial inter-membrana a partir de un manómetro 21 en un lado de entrada de líquido de partida del módulo 2 de membrana y un manómetro 23 en un lado de salida de filtrado del módulo 2 de membrana. En un caso del mismo flujo de filtración, a medida que progresa la incrustación de la membrana de separación, aumenta la presión diferencial inter-membrana. Sin embargo, en un caso de filtración de flujo cruzado, se produce una gran pérdida de presión cuando el líquido de partida penetra a través de una trayectoria de flujo de lado de líquido de partida del módulo 2 de membrana y fluye de vuelta al tanque 1 de líquido de partida, y el método de cálculo anteriormente descrito también incluye una pérdida de presión en la trayectoria de flujo de lado de líquido de partida. Por tanto, es difícil calcular de manera apropiada la presión diferencial inter-membrana.
Por consiguiente, en un caso en el que una presión de lado de filtrado de módulo de membrana (un valor del manómetro 23) en un caso de detener la filtración haciendo que se cierre la válvula 5 de control de filtración mientras se hace circular el líquido de partida entre el tanque 1 de líquido de partida y el módulo 2 de membrana se designa P1, y una presión de lado de filtrado de módulo de membrana (un valor del manómetro 23) en un caso de llevar a cabo la filtración mientras se hace circular el líquido de partida se designa P2, puede usarse A P [Pa], que es un valor obtenido restando P2 de P1, como criterio para determinar un estado de incrustación de una manera similar a la presión diferencial inter-membrana.
En la filtración de flujo cruzado en la etapa a, a medida que progresa la incrustación de la membrana de separación, aumenta el valor de resistencia a la filtración R. Cuando el valor de resistencia a la filtración R se vuelve igual o superior a un determinado valor, la etapa avanza al aclarado con agua en la etapa b, y posteriormente la etapa avanza al lavado con disolución química en la etapa c. Sin embargo, cuando el valor de resistencia a la filtración durante la realización de la filtración de flujo cruzado se establece a R [m-1] y el valor de resistencia a la filtración al inicio de la realización de la filtración de flujo cruzado se establece a R0 [m-1], es preferible que la etapa avance a la etapa b cuando se satisface una condición de la expresión (2).
El valor de resistencia a la filtración R [m-1] puede calcularse a partir del A P [Pa] anteriormente mencionado, el flujo de filtración J [m3/m2/s], la viscosidad del líquido de partida p [Pas] usando la expresión (3). El valor de resistencia a la filtración R0 [mr1] al inicio de la realización de la filtración es un valor de resistencia a la filtración en el momento en el que la velocidad de flujo y la presión están estabilizadas tras el inicio de la filtración, y un valor de resistencia a la filtración a los 60 segundos tras hacer funcionar una válvula y una bomba para iniciar la filtración puede establecerse como valor de resistencia a la filtración R0 [mr1] al inicio de la realización de la filtración.
En un caso en el que la incrustación de la membrana de separación progresa de manera excesiva, puede no recuperarse de manera suficiente la permeabilidad al agua de la membrana de separación aunque se realice el lavado con la disolución química. Por tanto, es preferible que la etapa avance a la etapa b cuando R/R0 sea igual o inferior a 16, y es más preferible que la etapa avance a la etapa b cuando R/Ro sea igual o inferior a 12. Por otro lado, en un caso en el que la etapa avanza a la etapa b en una condición en la que R/R0 es inferior a 5, se aumenta la frecuencia de lavado con disolución química y se aumentan los costes, lo cual no es preferible.
5 < R/R0 < 16 Expresión (2)
R = A P/(J x p ) Expresión (3)
<Retrolavado>
En la filtración de flujo cruzado en la etapa a, puede detenerse la filtración de una manera periódica para realizar un retrolavado (etapa (a-2) de realizar un retrolavado del módulo de membrana). Una vez que se ha recuperado la permeabilidad al agua mediante retrolavado, puede prolongarse el tiempo de filtración y puede reducirse la frecuencia de lavado con disolución química de modo que se reducen los costes de funcionamiento. El valor de resistencia a la filtración R0 [m-1] al inicio de la realización de la filtración es un valor de resistencia a la filtración en el momento de iniciar la filtración por primera vez en la etapa a. En un caso en el que la etapa a-1 (filtración) y la etapa a-2 (retrolavado) se repiten una pluralidad de veces en la etapa a, un valor de resistencia a la filtración al inicio de la realización de la filtración en la etapa a-1 en la primera ronda se establece a R0 [m-1].
El retrolavado puede realizarse con un filtrado o puede usarse otro líquido tal como agua. Sin embargo, en un caso en el que no se desea mezclar otro líquido tal como agua en el líquido de partida, es posible realizar el retrolavado con el filtrado o llevar a cabo una conmutación mediante funcionamiento de válvula y realizar el retrolavado de modo que un líquido de retrolavado no se mezcla en el líquido de partida.
El flujo de retrolavado en el momento de realizar el retrolavado puede establecerse de manera apropiada según las propiedades del líquido de partida y un estado de incrustación de la membrana de separación, y es preferiblemente de 1,0 m3/m2/d a 10,0 m3/m2/d, y más preferiblemente de 1,5 m3/m2/d a 5,0 m3/m2/d. En un caso en el que el flujo de retrolavado es de menos de 1,0 m3/m2/d, el efecto de lavado es bajo, lo cual no es preferible. Además, en un caso en el que el flujo de retrolavado supera 10,0 m3/m2/d, se aumentan los costes de potencia y se requiere una gran cantidad de líquidos para su uso en el retrolavado, lo cual no es preferible.
<Recuperación del concentrado>
A medida que se continúa la filtración de flujo cruzado en la etapa a, con el tiempo la cantidad de líquido en el tanque 1 de líquido de partida se vuelve pequeña, y la circulación del líquido de partida entre el tanque 1 de líquido de partida y el módulo 2 de membrana se vuelve difícil. En este caso, con el fin de recuperar el líquido de partida que queda en el tanque de líquido de partida, en las tuberías y en el módulo 2 de membrana, puede llevarse a cabo filtración sin salida o diafiltración.
En un caso de la filtración sin salida, por ejemplo, puede haber un método en el que se carga agua al interior del tanque 1 de líquido de partida, se suministra el líquido de partida al módulo 2 de membrana usando la bomba 3 de líquido de partida para realizar la filtración sin salida y se detiene la filtración antes de que el agua alcance el módulo 2 de membrana. Además, la filtración sin salida puede llevarse a cabo suministrando gas al tanque 1 de líquido de partida y a las tuberías.
En la diafiltración, se carga agua al interior del tanque 1 de líquido de partida y se realiza la filtración de flujo cruzado, y, cuando disminuye la cantidad de líquido en el tanque 1 de líquido de partida, se carga agua de nuevo y se repite la filtración de flujo cruzado de modo que puede mejorarse la razón de recuperación del líquido de partida.
(Etapa b)
<Aclarado con agua>
En la etapa b, se realiza un aclarado con agua del módulo 2 de membrana con agua, que va dirigido a reducir los componentes contaminantes tales como sustancias orgánicas antes del lavado con disolución química en la etapa c. En el lavado con disolución química, se lleva a cabo el lavado con hipoclorito. Si queda una gran cantidad de sustancias orgánicas, debido al consumo de cloro efectivo, la membrana de separación puede no lavarse de manera suficiente. Por tanto, antes de realizar el lavado con disolución química, se realiza un aclarado con agua del módulo de membrana.
Como método para el aclarado con agua, por ejemplo, se carga agua al interior de un tanque 10 de disolución química y se realiza la filtración de flujo cruzado del módulo 2 de membrana, de modo que puede lavarse el módulo 2 de membrana. En este momento, se alimenta agua a partir de un tanque 7 de líquido de retrolavado y se lleva a cabo el retrolavado con agua en combinación, de modo que puede aumentarse adicionalmente el efecto de lavado. Para la velocidad lineal en la superficie de membrana, el flujo de filtración y el flujo de retrolavado, el aclarado con agua puede realizarse en las mismas condiciones que en la etapa a.
(Etapa c)
<Lavado con disolución química>
En la etapa c, se realiza el lavado con disolución química del módulo 2 de membrana para recuperar la permeabilidad al agua de la membrana de separación. Las disoluciones químicas para lavar la membrana de separación incluyen un ácido, un álcali, un agente oxidante, un tensioactivo, un agente quelante. Entre estos, se ha encontrado que lavar con una combinación de hipoclorito como agente oxidante y un tensioactivo no iónico es eficaz para lavar la membrana de separación después de la filtración de una disolución de cultivo microbiano con una concentración de azúcares y una concentración de proteínas altas.
Los ejemplos del hipoclorito incluyen hipoclorito de sodio, hipoclorito de calcio e hipoclorito de potasio. Para el hipoclorito, puede usarse un tipo solo o pueden usarse dos o más tipos en combinación.
Además, los ejemplos del tensioactivo no iónico incluyen alquil éter de polioxietileno, alquil-fenil éter de polioxietileno, polisorbato (éster de ácido graso de polioxietilen-sorbitano), poliestiril-fenil éter de polioxietileno, polioxietilen-polioxipropilenglicol, alquil éter de polioxietileno-polioxipropileno, éster parcial de ácido graso de alcohol polihidroxilado, éster parcial de ácido graso de alcohol polihidroxilado y polioxietileno, éster de ácido graso de polioxietileno, éster de ácido graso de poliglicerina y aceite de ricino polioxietilenado. Para el tensioactivo no iónico, puede usarse un tipo solo o pueden usarse dos o más tipos en combinación.
Para una sustancia de incrustación tal como una proteína, un sacárido y un lípido, se considera que una parte hidrófoba en una molécula se une a la membrana de separación. Por tanto, la interacción entre una parte hidrófoba (parte lipófila) del tensioactivo y una parte hidrófoba de la sustancia de incrustación y la solubilidad del tensioactivo en agua afectan a las propiedades de lavado. El HLB que representa un equilibrio hidrófilo-lipófilo del tensioactivo no iónico es de 13 a 17. Cuando el HLB está en este intervalo, el tensioactivo muestra un equilibrio excelente entre hidrofilia y lipofilia y se potencia el efecto de lavado.
El hipoclorito y el tensioactivo no iónico se disuelven en agua para usarse como una disolución química. El hipoclorito y el tensioactivo no iónico pueden usarse solos, respectivamente, de una manera secuencial o pueden usarse en mezcla. Específicamente, se menciona un método de realizar una etapa (c-1) de poner en contacto con una disolución química que contiene el hipoclorito y el tensioactivo no iónico, o un método de realizar de manera secuencial una etapa (c-2) de poner en contacto con una disolución química que contiene el hipoclorito y una etapa (c-3) de poner en contacto con una disolución química que contiene el tensioactivo no iónico. En la etapa de realizar un lavado con disolución química de la presente invención, es suficiente con incluir una etapa en la que el hipoclorito y el tensioactivo no iónico se usan solos o en mezcla, y puede incluirse adicionalmente una etapa de lavar con otra disolución química. Incluyendo una etapa de lavar con otra disolución química, es posible lograr una razón de recuperación de lavado superior.
Dado que la disolución química contiene tanto el hipoclorito como el tensioactivo no iónico como en la etapa (c1), se obtiene un efecto sinérgico. Además, en la etapa (c-1), la disolución química contiene el hipoclorito y el tensioactivo no iónico, y puede contener además un álcali, un agente oxidante, un tensioactivo aniónico, un tensioactivo catiónico, un tensioactivo anfótero y un agente quelante.
Para una concentración del hipoclorito usado para el lavado con disolución química, el hipoclorito tiene una concentración de cloro efectivo del 0,05% en masa al 1% en masa, y preferiblemente del 0,1% en masa al 0,5% en masa. En un caso en el que la concentración de cloro efectivo es de menos del 0,05% en masa, el efecto de lavado puede ser insuficiente. Por otro lado, aunque la concentración de cloro efectivo supere el 1% en masa, no se reconoce un efecto de lavado significativamente mejorado, lo cual resulta desventajoso desde el punto de vista de los costes.
Además, es preferible cambiar la condición de adición del hipoclorito usado para el lavado con disolución química según dos parámetros de la concentración de un filtrado que ha penetrado a través del módulo de membrana y la resistencia a la oxidación de la membrana de separación usada. En la presente invención, se ha encontrado que puede realizarse un funcionamiento estable durante un periodo de tiempo prolongado cambiando la condición de adición del hipoclorito según los dos parámetros anteriores.
Específicamente, la condición de adición se representa mediante un valor de CT [(mg/l)h] que es un producto de la concentración C [mg/l] de hipoclorito en la disolución química que está en contacto con la membrana de separación y el interior del módulo de membrana y el tiempo de contacto T [h] entre el hipoclorito y la membrana de separación.
Seleccionando el valor de CT dentro de un intervalo en el que la membrana de separación tiene una resistencia a la oxidación, es posible retirar sustancias de incrustación unidas y continuar la operación de filtración durante un periodo de tiempo prolongado sin deterioro oxidativo de la membrana de separación.
Por otro lado, en un caso en el que el valor de CT es alto y supera la resistencia a la oxidación de la membrana de separación, se acelera el deterioro oxidativo de la membrana de separación y se acorta la vida útil de la membrana. Además, en un caso en el que el valor de CT es bajo y es insuficiente para retirar sustancias de incrustación unidas a la membrana de separación, el efecto de lavado es insuficiente. En este caso, para la cantidad de las sustancias de incrustación unidas a la membrana de separación, la concentración del líquido de partida suministrado al módulo de membrana, o la concentración del filtrado que ha penetrado a través de la membrana de separación, es un índice.
Por tanto, con el fin de mantener una vida útil de la membrana de separación y obtener un efecto de lavado suficiente, resulta eficaz seleccionar un valor de CT apropiado a partir de los dos parámetros de la concentración del filtrado y la resistencia a la oxidación de la membrana de separación. A continuación se describirán en detalle métodos de seleccionar los parámetros respectivos.
El primer parámetro es la concentración del filtrado que ha penetrado a través del módulo de membrana. Como resultado de intensos estudios, los presentes inventores han encontrado que, cambiando la condición de adición del hipoclorito según la concentración de proteínas en el filtrado, es posible obtener un efecto de lavado suficiente independientemente del tipo del líquido de partida.
Es decir, cuando la razón Cp/TOC de la concentración de proteínas Cp [mg/l] en un filtrado que ha penetrado a través del módulo de membrana mediante filtración de flujo cruzado en la etapa a con respecto a la cantidad de carbono orgánico total TOC [mg/l] en el filtrado se representa mediante F, el valor de CT se selecciona dentro de un intervalo que satisface la expresión (4). Además, es preferible seleccionar el valor de CT dentro de un intervalo que satisface la expresión (5).
9,2 x 105F - 1400 < CT Expresión (4)
3,8 x 106F - 5700 < CT Expresión (5)
La figura 3 muestra una relación entre el valor de F y el valor de CT tal como se representa mediante la expresión (4). En la filtración de la disolución de cultivo microbiano, cuanto mayor es el valor de F en el filtrado, mayor es la cantidad de sustancias de incrustación para bloquear la membrana de separación. Por tanto, en un caso de lavar la membrana de separación con incrustación debido a la filtración de la disolución de cultivo microbiano, seleccionando un valor de CT según un valor de F en el filtrado, se impide muy poco o demasiado el lavado con disolución química, y, como resultado, puede obtenerse un alto efecto de lavado a bajos costes. En particular, en la presente invención, en un método para filtrar una disolución de cultivo microbiano usando un módulo de membrana, en el que un filtrado que ha penetrado a través de un módulo de membrana tiene una concentración de azúcares totales de 1.000 mg/l a 100.000 mg/l y una concentración de proteínas de 50 mg/l a 1.000 mg/l, se ha encontrado que, realizando un lavado con disolución química a un valor de CT que satisface la expresión (4), puede obtenerse un efecto de lavado suficiente de la membrana de separación y puede llevarse a cabo la filtración de manera repetida.
Además, más preferiblemente, realizando un lavado con disolución química a un valor de CT que satisface la expresión (5), puede obtenerse un efecto de lavado superior.
En este caso, “efecto de lavado suficiente” significa que la tasa de recuperación de la permeabilidad al agua, que es la tasa de la permeabilidad al agua después del lavado con disolución química con respecto a la permeabilidad al agua de una membrana sin usar antes de la filtración, es igual o superior al 80%.
El valor de F puede representarse mediante la concentración de proteínas en el líquido de partida con respecto a la cantidad de carbono orgánico total en el líquido de partida.
El segundo parámetro es la resistencia a la oxidación de la membrana de separación. La resistencia a la oxidación de la membrana de separación varía dependiendo del material y de la estructura de la misma. Un método de ensayo para evaluar la resistencia a la oxidación de la membrana de separación incluye un ensayo de oxidación acelerada en el que la membrana de separación se sumerge en un reactivo de Fenton y se mide la cantidad de cambio en la razón de valor inicial de resistencia de membrana con respecto al tiempo de inmersión. El reactivo de Fenton es una disolución que contiene peróxido de hidrógeno y un catalizador de hierro, y el radical hidroxilo producido ejerce un fuerte poder oxidante. El reactivo de Fenton se usa a nivel industrial para el tratamiento oxidativo de agua contaminada. En la presente invención, el reactivo de Fenton se usa para el ensayo de oxidación acelerada de la membrana de separación.
A continuación se muestra un método de ensayo específico. En primer lugar, se prepara el reactivo de Fenton añadiendo sulfato de hierro (II) heptahidratado a peróxido de hidrógeno. En este momento, se ajusta la concentración de H2O2 a 5.000 ppm y se ajusta la concentración de Fe 2 a 300 ppm. Se sumerge la membrana de separación en el reactivo de Fenton que se ha ajustado a las concentraciones anteriormente mencionadas durante un determinado periodo de tiempo t [h]. La membrana de separación se somete previamente a hidrofilización mediante un método tal como realizar inmersión en etanol.
Después de sumergirse en el reactivo de Fenton durante t [h], se lava la membrana de separación con agua destilada y se seca a vacío a temperatura ambiente. Se mide la resistencia de membrana para la membrana de separación secada (designado mediante muestra M t ) y una membrana de separación (designado mediante muestra M0) que se ha secado a vacío a temperatura ambiente sin haberse sumergido en el reactivo de Fenton. El método de medición de la resistencia de membrana no está limitado y, por ejemplo, se usa una máquina de ensayo de tracción (TENSILON (marca registrada)/RTM-100, fabricada por Toyo Baldwin Co., Ltd.) para realizar un ensayo 5 veces o más con diferentes muestras que tienen una longitud de medición de 50 mm a una velocidad de tracción de 50 mm/min y para obtener un valor promedio de tenacidades a la rotura de las mismas. Dividiendo el valor promedio obtenido de tenacidades a la rotura entre el área en sección transversal de la membrana, se obtiene la resistencia a la rotura S de la membrana.
La figura 4 muestra una relación entre la resistencia a la rotura S0 de la muestra M0 antes de sumergirse en el reactivo de Fenton y la resistencia a la rotura S t de la muestra M t después de sumergirse durante t [h] en el reactivo de Fenton tal como se obtienen mediante el método anterior. Usando S t y S0 obtenidas, la razón de valor inicial de resistencia de membrana al tiempo de inmersión t [h] en el reactivo de Fenton se define como S t /S0. La figura 5 muestra una relación entre la razón de valor inicial de resistencia de membrana S t /S0 obtenida mediante el método anterior y el tiempo de inmersión t [h] en el reactivo de Fenton. Cuando se prolonga el tiempo t [h] durante el cual se sumerge la membrana de separación en el reactivo de Fenton, se acelera el deterioro oxidativo de la membrana de separación y, por tanto, se reduce la razón de valor inicial de resistencia de membrana S t /S0. La relación de S t /S0 con respecto a t [h] varía dependiendo de la resistencia a la oxidación de la membrana de separación, y, en una membrana que tiene una resistencia a la oxidación excelente, la inclinación del cambio de S t /S0 con respecto a t [h] se vuelve relativamente pequeña. Por ejemplo, en la figura 5, la membrana A tiene una pequeña inclinación del cambio de S t /S0 con respecto a t [h] en comparación con la membrana B, es decir, la membrana A tiene una resistencia a la oxidación excelente en comparación con la membrana B.
En el ensayo de oxidación acelerada anterior, cuando el valor absoluto de la inclinación de la razón de valor inicial de resistencia de membrana S t /S0 con respecto al tiempo t [h] durante el cual se sumerge la membrana de separación en el reactivo de Fenton se expresa como la tasa de atenuación a [1/h], a varía dependiendo del material, de la estructura y del estado de deterioro de la membrana, y es un índice que representa la resistencia a la oxidación de la membrana. Con el fin de conservar la vida útil de la membrana de separación, el valor de CT se selecciona dentro de un intervalo que satisface la expresión (6) con respecto a la tasa de atenuación a [1/h] de la membrana de separación usada. Además, es preferible seleccionar el valor de CT dentro de un intervalo que satisface la expresión (7), y es más preferible seleccionar el valor de CT dentro de un intervalo que satisface la expresión (8).
CT < 2,5 (1/ a ) 380 Expresión (6)
CT < 1,4 (1/ a ) 240 Expresión (7)
CT < 0,56 (1/ a ) 95 Expresión (8)
La figura 6 muestra una relación entre a y el valor de CT tal como se representa mediante la expresión (6). Realizando el lavado con disolución química a un valor de CT que satisface la expresión (6), puede realizarse la filtración de manera repetida al tiempo que se conserva la vida útil de la membrana de separación. En este caso, “al tiempo que se conserva la vida útil de la membrana de separación” significa que un valor de CT dado por el lavado con disolución química es igual o inferior a 1/250 de un valor de CT al que la resistencia de membrana alcanza el 80% de la razón de valor inicial. Además, más preferiblemente, realizando el lavado con disolución química a un valor de CT que satisface la expresión (7), puede realizarse la filtración de manera repetida al tiempo que se conserva la vida útil de la membrana de separación durante un tiempo más prolongado. Incluso más preferiblemente, realizando el lavado con disolución química a un valor de CT que satisface la expresión (8), puede realizarse la filtración de manera repetida al tiempo que se conserva la vida útil de la membrana de separación durante un tiempo incluso más prolongado.
Por consiguiente, realizando el lavado con disolución química a un valor de CT que satisface las expresiones (4) y (6), es posible conservar la vida útil de la membrana de separación y obtener un efecto de lavado suficiente. Es decir, el valor de CT se selecciona dentro de un intervalo que satisface la expresión (1). Un límite inferior del valor de CT de la expresión (1) se selecciona preferiblemente dentro de un intervalo que se ha sustituido mediante la expresión (5). Un límite superior del valor de CT de la expresión (1) se selecciona preferiblemente dentro de un intervalo que se ha sustituido mediante la expresión (7), y más preferiblemente se selecciona dentro de un intervalo que se ha sustituido mediante la expresión (8).
9,2 x 105F - 1400 < CT < 2,5 (1/ a ) 380 Expresión (1) El valor de CT se calcula a partir de todas las etapas de lavado que implican hipoclorito, de entre las etapas de lavado realizadas en la etapa c. A continuación se describe un método de cálculo específico del valor de CT. En la etapa c, en un caso en el que se realiza una etapa de poner en contacto con una disolución química que contiene hipoclorito e, inmediatamente después de eso, la etapa avanza a la etapa d, se considera que, en la etapa c, se realiza una vez una etapa de lavado con una disolución química que contiene hipoclorito. En este caso, el valor de CT en la etapa de lavado realizada una vez se establece como valor de CT en la etapa c.
Por otro lado, en la etapa c, una etapa de poner en contacto con una disolución química que contiene hipoclorito y una etapa de poner en contacto con una disolución química sin hipoclorito se realizan varias veces de una manera alternante y, después de eso, la etapa avanza a la etapa d. En este caso, se calculan valores de CT para las etapas respectivas usando una disolución química que contiene hipoclorito y se establece un valor total de los mismos como valor de CT en la etapa c.
Además, en un caso en el que la disolución química usada para el lavado con disolución química contiene un tensioactivo no iónico, la concentración del tensioactivo no iónico es del 0,05% en masa al 3% en masa, y preferiblemente del 0,1% en masa al 1% en masa. Además, la concentración del tensioactivo no iónico tiene una concentración micelar crítica diferente dependiendo del tipo del tensioactivo. Sin embargo, con el fin de permitir ejercer un efecto de lavado suficiente, la concentración se establece preferiblemente para ser igual o superior a la concentración micelar crítica.
El pH de la disolución química es de 10 a 14, y preferiblemente de 11 a 13. Las sustancias de incrustación en una disolución de cultivo microbiano son principalmente sustancias orgánicas, y el poder de lavado aumenta a una condición de pH alto. Cuando el pH es de menos de 10, el efecto de lavado puede ser insuficiente.
La temperatura de la disolución química es preferiblemente de 20°C a 50°C, y más preferiblemente de 30°C a 40°C. En un caso en el que la temperatura de la disolución química es de menos de 20°C, puede no ejercerse un efecto de lavado suficiente. Por otro lado, en un caso en el que la temperatura de la disolución química supera 50°C, se acelera la descomposición del hipoclorito, lo cual no es preferible.
En el lavado con disolución química, la disolución química preparada en el tanque 10 de disolución química se suministra al módulo 2 de membrana y se pone en contacto con la membrana de separación y el interior del módulo de membrana, de modo que se realiza el lavado. Un ejemplo de un método de lavado es, por ejemplo, un lavado por inmersión en el que la disolución química se suministra a una trayectoria de flujo de lado de líquido de partida del módulo 2 de membrana y, una vez lleno el interior del módulo de membrana con la disolución química, se detiene el suministro de la disolución química y se conserva un estado de este tipo tal cual.
Como método para aumentar adicionalmente el efecto de lavado, hay un lavado por circulación en el que se hace circular la disolución química entre el tanque 10 de disolución química y la trayectoria de flujo de lado de líquido de partida del módulo 2 de membrana. Haciendo circular la disolución química, puede suministrarse una cantidad de cloro efectivo suficiente al módulo de membrana.
Como método para aumentar adicionalmente el efecto de lavado, hay un método de realizar una filtración de flujo cruzado con la disolución química. Realizando la filtración de flujo cruzado con la disolución química, se deja que la disolución química fluya de manera uniforme al interior de los microporos de la membrana de separación. Por tanto, puede esperarse que aumente el efecto de lavado. No hay ninguna limitación particular sobre la velocidad lineal en la superficie de membrana ni sobre el flujo de filtración en el momento de realizar la filtración de flujo cruzado, y la filtración de flujo cruzado puede realizarse en las mismas condiciones que en la etapa a.
(Etapa d)
<Aclarado con agua>
En la etapa d, se realiza un aclarado con agua del módulo 2 de membrana con agua, que va dirigido a lavar la disolución química que queda después del lavado con disolución química en la etapa c. Para un método de aclarado con agua, puede realizarse el mismo método que en la etapa b.
<Módulo de membrana>
El tipo del módulo de membrana usado en la presente invención no está particularmente limitado y puede usarse un módulo de membrana plana o un módulo de membrana de fibras huecas. Debido a un gran área de superficie específica y una gran cantidad de líquido que puede filtrarse por unidad de tiempo, le membrana de fibras huecas es generalmente ventajosa en comparación con la membrana plana.
La estructura de la membrana de separación incluye una membrana compuesta que tiene una membrana simétrica que tiene un diámetro de poro uniforme en su conjunto o una membrana asimétrica cuyos diámetros de poro cambian en una dirección de grosor de la membrana, una membrana compuesta que tiene una capa de soporte para conservar la resistencia y una capa de función de separación para separar sustancias objetivo. El diámetro de poro promedio de la membrana de separación puede seleccionarse de manera apropiada dependiendo de los objetivos que van a separarse, y es preferiblemente de 0,01 pm a 1,0 pm con el fin de separar microorganismos tales como bacterias y hongos. Cuando el diámetro de poro promedio es de menos de 0,01 pm, la permeabilidad al agua es baja, mientras que cuando el diámetro de poro promedio supera 1,0 pm, hay una posibilidad de que se produzcan fugas de microorganismos.
Además, en particular, en un caso de llevar a cabo una filtración de cerveza, desde el punto de vista del efecto sobre componentes de sabor y prevención de incrustaciones, es preferible usar una membrana de separación que tiene un diámetro de poro promedio de 0,3 pm a 1,0 pm, y es más preferible usar una membrana de separación que tiene un diámetro de poro promedio de 0,4 pm a 0,8 pm. Cuando el diámetro de poro promedio de la membrana de separación es igual o inferior a 0,3 pm, se bloquean fácilmente componentes de sabor necesarios y la incrustación también progresa fácilmente.
El material de la membrana de separación no está particularmente limitado, y la membrana de separación puede contener, por ejemplo, una resina a base de flúor tal como politetrafluoroetileno, poli(fluoruro de vinilideno), poli(fluoruro de vinilo), un copolímero de tetrafluoroetileno/hexafluoropropileno, un copolímero de etileno/tetrafluoruro, un éster de celulosa tal como acetato de celulosa, acetato-propionato de celulosa y acetatobutirato de celulosa, una resina a base de polisulfona tal como polisulfona y polietersulfona, o una resina tal como poliacrilonitrilo, poliimida y polipropileno
En particular, debido a la alta resistencia al calor, resistencia física y durabilidad química, una membrana de separación formada por la resina a base de flúor o la resina a base de polisulfona puede usarse de manera adecuada para la filtración de una disolución de cultivo microbiano.
Adicionalmente, además de la resina a base de flúor y la resina a base de polisulfona, la membrana de separación puede contener además una resina hidrófila. La propiedad hidrófila de la membrana de separación se aumenta mediante la resina hidrófila, lo cual permite que la membrana tenga una permeabilidad al agua mejorada. Es suficiente con que la resina hidrófila sea cualquier resina que puede conferir hidrofilia a la membrana de separación, y la resina hidrófila no está limitada a compuestos específicos. Por ejemplo, se usan de manera adecuada éster de celulosa, éster vinílico de ácido graso, vinilpirrolidona, óxido de etileno, óxido de propileno, resina a base de poli(éster de ácido metacrílico) y resina a base de poli(éster de ácido acrílico).
Además, se usa cualquier materia, forma, dimensión, valor numérico, conformación, número y ubicación dispuesta de los elementos constituyentes respectivos en las realizaciones anteriormente descritas siempre que
pueda lograrse la presente invención, y no hay ninguna limitación con respecto a los mismos.
Ejemplos
<Medición del diámetro de poro promedio de la membrana de separación>
El diámetro de poro promedio de la membrana de separación se midió mediante el siguiente método.
Se usó un líquido de partida obtenido dispersando partículas Uniform Latex fabricadas por Seradyn que tienen
diámetros de partícula de 0,103 pm, 0,200 pm, 0,304 pm, 0,434 pm, 0,580 pm, 0,774 pm, 0,86 1,104 pm en agua pura hasta una concentración de 20 mg/l como agua de suministro y se realizó la filtración de
flujo cruzado proporcionándose de promedio una presión de suministro de 3 kPa y una velocidad lineal en la
superficie de membrana de 0,2 m/s, para obtener agua filtrada. Se obtuvieron concentraciones de látex de poliestireno en el agua de suministro y el agua filtrada a partir de un espectrofotómetro de luz ultravioleta-visible
(UV 2450, fabricado por Shimadzu Corporation) y se obtuvo la razón de bloqueo a partir de la siguiente expresión. Se obtuvo la concentración de agua filtrada tomando muestras de un líquido 30 minutos después del
inicio de la filtración.
Razón de bloqueo [%] = (1 - concentración de agua filtrada [mg/l] / concentración de agua de suministro [mg/l]) x
100
A partir de una curva aproximada de los diámetros de partícula de tales partículas Uniform Latex y la razón de
bloqueo, se calculó el diámetro de partícula a una razón de bloqueo del 90% y se estableció esto como el
diámetro de poro promedio de la membrana de separación.
<Medición de la tasa de recuperación de la permeabilidad al agua>
La tasa de recuperación de la permeabilidad al agua después del lavado con disolución química se obtuvo a
partir de una proporción del coeficiente de permeabilidad al agua pura después del lavado con disolución química
con respecto al coeficiente de permeabilidad al agua pura de un módulo de membrana sin usar. El coeficiente de permeabilidad al agua pura se obtuvo a partir de la siguiente expresión suministrando agua pura a 25°C al
interior del módulo de membrana a una presión de 50 kPa y midiendo la cantidad de agua permeada del agua
pura que ha penetrado a través de una membrana.
Tasa de recuperación de la permeabilidad al agua [%] = coeficiente de permeabilidad al agua pura después del
lavado con disolución química [m3/m2/h] / coeficiente de permeabilidad al agua pura en un nuevo módulo (sin
usar) [m3/m2/h] x 100
Coeficiente de permeabilidad al agua pura [m3/m2/h] = cantidad de agua permeada [m3] / (área de membrana
[m2] x tiempo de medición [h])
<Medición de la cantidad de carbono orgánico total>
Se filtró una disolución de muestra con un filtro de jeringa (fabricado por Advantec Corporation, diámetro de poro
de 0,45 pm, material de PTFE) y, a partir del filtrado obtenido, se midió la cantidad de carbono orgánico no
purgable (NPOC) usando un medidor de TOC TOC-VCSH (fabricado por Shimadzu Corporation).
<Medición de la concentración de azúcares totales>
Se cuantificaron los azúcares totales en una disolución de muestra mediante un método de fenol-ácido sulfúrico.
Es decir, se mezclaron la muestra y una disolución de fenol al 5% en cantidades iguales y después se añadió rápidamente ácido sulfúrico concentrado en una cantidad de 1,5 veces la mezcla y se agitó. Se mantuvo la
mezcla a una temperatura constante (de 20°C a 30°C) durante de 20 a 30 minutos. Después de eso, se midió la absorbancia de la disolución mixta a una longitud de onda de 480 nm usando un espectrofotómetro de luz ultravioleta-visible (UV 2450, fabricado por Shimadzu Corporation). Mientras tanto, se preparó una curva de calibración con una disolución de patrón de glucosa y se usó la curva de calibración obtenida para calcular la concentración de azúcares totales (valor de conversión en cuanto a glucosa) en la disolución de muestra.
<Medición de la concentración de proteínas>
Se mezclaron 1350 pl de reactivo de ensayo de proteínas de Coomassie (Bradford) (fabricado por Thermo Fisher Scientific) como reactivo de Bradford en 150 pl de la disolución de muestra y se dejó reposar a temperatura
ambiente durante 10 minutos para la reacción. Después de la reacción, se midió la absorbancia de la disolución
mixta a una longitud de onda de 470 nm usando un espectrofotómetro de luz ultravioleta-visible (UV 2450, fabricado por Shimadzu Corporation). Mientras tanto, se preparó una curva de calibración haciendo reaccionar una muestra de patrón de albúmina de suero bovino y el reactivo de Bradford de la misma manera que anteriormente y se usó la curva de calibración obtenida para calcular la concentración de proteínas en la disolución de muestra.
<Ensayo de oxidación acelerada usando reactivo de Fenton>
Se preparó un reactivo de Fenton añadiendo sulfato de hierro (II) heptahidratado (fabricado por Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) a peróxido de hidrógeno (fabricado por Wako Pure Chemical Industries, Ltd ). En este momento, se realizó un ajuste de modo que la concentración de H2O2 fuera de 5.000 ppm y la concentración de Fe2+ fuera de 300 ppm. Además, se sumergieron membranas de separación en etanol para provocar la hidrofilización. Se sumergieron las membranas de separación sometidas a hidrofilización en el reactivo de Fenton que se había ajustado a las concentraciones anteriormente mencionadas durante 25 horas, 50 horas, 100 horas, 150 horas y 250 horas, respectivamente. Se lavaron las membranas de separación sumergidas en el reactivo de Fenton durante los periodos de tiempo respectivos con agua destilada y se secaron a vacío a temperatura ambiente.
<Cálculo de la tasa de atenuación a >
Se midieron las resistencias de membrana para las membranas de separación antes de someterse al ensayo de oxidación acelerada y las membranas de separación después de los tiempos de inmersión respectivos obtenidas en el ensayo de oxidación acelerada, respectivamente. A continuación se describirá un método de medición.
Se calculó la razón de valor inicial de resistencia de membrana St/Sü, que es la razón de la resistencia de membrana de una membrana de separación después de sumergirse en el reactivo de Fenton con respecto a la resistencia de membrana de la membrana de separación antes de someterse al ensayo de oxidación acelerada, para las membranas de separación después de los tiempos de inmersión respectivos. Se representó gráficamente la razón de valor inicial de resistencia de membrana St/S0 con respecto al tiempo [h] durante el cual se sumerge la membrana de separación en el reactivo de Fenton y se calculó el valor absoluto de la inclinación de la misma como tasa de atenuación a [1/h].
<Medición de la resistencia de membrana>
Se usó una máquina de ensayo de tracción (TENSILON (marca registrada)/RTM-100, fabricada por Toyo Baldwin Co., Ltd.) para realizar un ensayo 5 veces o más con diferentes muestras que tenían una longitud de medición de 50 mm a una velocidad de tracción de 50 mm/min y para obtener un valor promedio de tenacidades a la rotura de las mismas. Se dividió el valor promedio obtenido de tenacidades a la rotura entre el área en sección transversal de la membrana para obtener la resistencia a la rotura de la membrana.
(Ejemplo de referencia 1)
Se mezclaron 38 partes en masa de un homopolímero de fluoruro de vinilideno que tenía un peso molecular promedio en peso de 417.000 y 62 partes en masa de y -butirolactona y se disolvieron a 160°C. Se descargó esta disolución de polímeros a partir de una hilera de doble tubo mientras se permitía que le acompañara una disolución acuosa de y -butirolactona al 85% en masa como líquido de formación de porción hueca y se coaguló en un baño de enfriamiento, que se proporcionó 30 mm por debajo de la hilera y que contenía una disolución acuosa de y -butirolactona al 85% en masa que tenía una temperatura de 10°C, para preparar una membrana de fibras huecas que tenía una estructura de tipo esferas. La membrana de fibras huecas obtenida tenía un diámetro externo de 1.250 p m, un diámetro interno de 800 p m y un diámetro de poro promedio de 0,5 p m.
(Ejemplo de referencia 2)
Se mezclaron 38 partes en masa de un homopolímero de fluoruro de vinilideno que tenía un peso molecular promedio en peso de 417.000 y 62 partes en masa de y -butirolactona y se disolvieron a 160°C. Se descargó esta disolución de polímeros a partir de una hilera de doble tubo mientras se permitía que le acompañara una disolución acuosa de y -butirolactona al 85% en masa como líquido de formación de porción hueca y se coaguló en un baño de enfriamiento, que se proporcionó 30 mm por debajo de la hilera y que contenía una disolución acuosa de y -butirolactona al 85% en masa que tenía una temperatura de 5°C, para preparar una membrana de fibras huecas que tenía una estructura de tipo esferas. La membrana de fibras huecas obtenida tenía un diámetro externo de 1250 p m, un diámetro interno de 800 p m y un diámetro de poro promedio de 0,3 p m.
(Ejemplo de referencia 3)
Se mezclaron 38 partes en masa de un homopolímero de fluoruro de vinilideno que tenía un peso molecular promedio en peso de 417.000 y 62 partes en masa de y -butirolactona y se disolvieron a 160°C. Se descargó esta disolución de polímeros a partir de una hilera de doble tubo mientras se permitía que le acompañara una disolución acuosa de y -butirolactona al 85% en masa como líquido de formación de porción hueca y se coaguló en un baño de enfriamiento, que se proporcionó 30 mm por debajo de la hilera y que contenía una disolución acuosa de y -butirolactona al 85% en masa que tenía una temperatura de 25°C, para preparar una membrana de fibras huecas que tenía una estructura de tipo esferas. La membrana de fibras huecas obtenida tenía un diámetro externo de 1250 p m, un diámetro interno de 800 p m y un diámetro de poro promedio de 1,0 p m.
(Ejemplo de referencia 4)
Se usó Millipore Express Plus (fabricado por Millipore Corporation) que es una membrana plana comercialmente disponible formada por polietersulfona. El diámetro de poro promedio de la misma era de 0,45 p m.
(Ejemplo 1)
Usando un módulo de membrana de fibras huecas preparado usando la membrana de fibras huecas del ejemplo de referencia 1, se realizó la filtración de flujo cruzado de cerveza con un aparato de filtración de la figura 1 (etapa a). Para la cerveza, se usó Fujizakura Heights Beer Pils (fabricada por Fuji Kanko Kaihatsu Co., Ltd.) que es una cerveza sin filtrar comercialmente disponible. La cerveza anterior se designa cerveza A. En la filtración de flujo cruzado, la velocidad lineal en la superficie de membrana era de 0,5 m/s, el flujo de filtración era de 1 m3/m2/d, el flujo de retrolavado era de 2 m3/m2/d, el tiempo de filtración por ciclo era de 29 minutos y el tiempo de retrolavado era de 1 minuto por ciclo, con lo cual se repitieron la filtración y el retrolavado.
Se repitieron la filtración de la cerveza y el retrolavado. Cuando R/R0 alcanzó 10, se detuvo la filtración y se realizó un drenaje, y se realizó un aclarado con agua pura (etapa b). El aclarado con agua pura se realizó durante 10 minutos a una velocidad lineal en la superficie de membrana de 0,5 m/s y un flujo de filtración de 1 m3/m2/d y, después de eso, se realizó un retrolavado a 2 m3/m2/d durante 3 minutos.
Posteriormente, se realizó un lavado con disolución química del módulo de membrana de fibras huecas (etapa c). Se usó una disolución química que contenía hipoclorito de sodio (que tenía una concentración de cloro efectivo del 0,1% en masa) y un tensioactivo no iónico Tween 20 (fabricado por Wako Pure Chemical Industries, Ltd., monolaurato de polioxietilen-sorbitano, HLB de 16,7, concentración del 0,2% en masa) y que se había ajustado a pH 12 con hidróxido de sodio. La temperatura de la disolución química era de 35°C. Se hizo circular esta disolución química en el módulo de membrana durante 2 horas para realizar el lavado. En este momento, la velocidad lineal en la superficie de membrana era de 0,5 m/s y el flujo de filtración era de 1 m3/m2/d.
Se realizó un drenaje para la disolución química y posteriormente se realizó un aclarado con agua pura (etapa d). El aclarado con agua pura se realizó a una velocidad lineal en la superficie de membrana de 0,5 m/s y un flujo de filtración de 1 m3/m2/d durante 5 minutos. Después de eso, se realizó un drenaje, se realizó de nuevo un aclarado con agua pura y se repitió la misma operación cinco veces en total.
Después de repetir las etapas a a d anteriores tres veces, se midió el coeficiente de permeabilidad al agua pura del módulo de membrana y se calculó la tasa de recuperación de la permeabilidad al agua después del lavado con disolución química. Como resultado, la tasa de recuperación era del 81%.
(Ejemplos 2, 4, 6, ejemplos 10 a 12 y 14 a 21, ejemplo 23, ejemplos ilustrativos 3, 5, 9 y 131 y ejemplos comparativos 3 a 8)
Se realizó la filtración de un líquido objetivo de la misma manera que en el ejemplo 1 excepto porque se cambiaron las condiciones a las descritas en las tablas 1 a 5. En un caso en el que el lavado con disolución química se realizó dos veces, se realizó un lavado de primera ronda y después se realizó un lavado de segunda ronda. La velocidad lineal en la superficie de membrana y el flujo de filtración en el momento de realizar el lavado de segunda ronda fueron los mismos que en el lavado de primera ronda.
Para un líquido de partida para la filtración, se usó Fujizakura Heights Beer Pils (fabricada por Fuji Kanko Kaihatsu Co., Ltd.) como cerveza A o Ginga Kogen Beer Pilsner (fabricada por Ginga Kogen Beer Co., Ltd.) como cerveza B.
Como tensioactivo no iónico, se usó Tween 20 (monolaurato de polioxietilen-sorbitano, HLB de 16,7, concentración del 0,2% en masa, fabricado por Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), PERSOFT NK-60 (fabricado por NOF Corporation, alquil éter de polioxietileno, HLB de 12,0), Triton X-100 (fabricado por Wako Pure Chemical Industries, Ltd., octilfenil éter de polioxietileno, HLB de 13,5) o NONION K-230 (fabricado por NOF Corporation, lauril éter de polioxietileno, HLB de 17,5).
Como tensioactivo aniónico, se usó SDS (fabricado por Wako Pure Chemical Industries, Ltd., dodecil-sulfato de sodio) o NISSAN TRAX K-40 (fabricado por NOF Corporation, sal de sodio del éster de ácido sulfúrico de lauril éter de polioxietileno).
Tras completarse la filtración, se midió el coeficiente de permeabilidad al agua pura del módulo de membrana para calcular la tasa de recuperación de la permeabilidad al agua después del lavado con disolución química. Los resultados se muestran en conjunto en las tablas 1 a 5.
(Ejemplo 7 y ejemplo ilustrativo 8)
Usando un módulo de membrana plana preparado que usa la membrana plana del ejemplo de referencia 4, se realizó la filtración de flujo cruzado de cerveza con un aparato de filtración de la figura 1 (etapa a). Se llevó a cabo la filtración de un líquido objetivo de la misma manera que en el ejemplo 1 excepto porque se cambiaron las condiciones a las descritas en la tabla 1 para un método de operación de filtración posterior.
(Ejemplo 22)
Se cultivó levadura de gemación (Saccharomyces cerevisiae, cepa CM 3260) a 30°C durante 24 horas en un medio líquido que contenía 20 g/l de glucosa, 5 g/l de sulfato de amonio, 0,59 g/l de cloruro de potasio, 0,1 g/l de cloruro de sodio, 0,1 g/l de cloruro de calcio, 0,5 g/l de sulfato de magnesio heptahidratado, 0,02 g/l de uracilo, 0,06 g/l de leucina, 0,02 g/l de histidina y 0,04 g/l de triptófano. Para esta disolución de cultivo de levadura, se repitieron tres veces la filtración y el lavado con disolución química del módulo de membrana de la misma manera que en el ejemplo 1.
Se calculó la tasa de recuperación de la permeabilidad al agua después del lavado con disolución química y, como resultado, la tasa de recuperación era del 90%.
(Ejemplo comparativo 1)
Para una disolución de dispersión de lodo activado cuyo lodo de siembra es un lodo activado adquirido a partir de una instalación de tratamiento de agua residual de una aldea rural y aclimatado con aguas negras, se llevó a cabo la filtración de un líquido objetivo de la misma manera que en el ejemplo 1 excepto porque se cambiaron las condiciones a las descritas en la tabla 5. En el lavado con disolución química, sólo se usó hipoclorito.
Se calculó la tasa de recuperación de la permeabilidad al agua después del lavado con disolución química y, como resultado, la tasa de recuperación era del 83%. En un caso de una membrana de separación que se usó para filtrar un lodo activado con una concentración de azúcares totales y una concentración de proteínas bajas y se cerró, se obtuvo una alta tasa de recuperación de la permeabilidad al agua con el lavado con disolución química usando sólo hipoclorito.
(Ejemplo comparativo 2)
Se cultivó E. coli a 30°C durante 24 horas en un medio líquido que contenía 20 g/l de base de caldo LB (fabricado por Invitrogen). Para esta disolución de cultivo de E. coli, se llevó a cabo la filtración de un líquido objetivo de la misma manera que en el ejemplo 1 excepto porque se cambiaron las condiciones a las descritas en la tabla 5. En el lavado con disolución química, sólo se usó hipoclorito.
Se calculó la tasa de recuperación de la permeabilidad al agua después del lavado con disolución química y, como resultado, la tasa de recuperación era del 81%. En un caso de una membrana de separación que se usó para filtrar la disolución de cultivo de E. coli con una concentración de azúcares totales y una concentración de proteínas bajas y se cerró, se obtuvo una alta tasa de recuperación de la permeabilidad al agua con el lavado con disolución química usando sólo hipoclorito.
Tabla 1
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Tabla 1continuación
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Tabla 2
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Tabla 2 continuación
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Tabla 3
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Tabla 3 continuación
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Tabla 4
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Tabla 4 continuación
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Tabla 5
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Tabla 5 continuación
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En los ejemplos comparativos 3 a 8 en los que se muestran una concentración de azúcares totales y una concentración de proteínas altas en un filtrado que ha penetrado a través de la membrana de separación, la tasa de recuperación de la permeabilidad al agua después del lavado con disolución química era del 28% al 62%. Por el contrario, en la totalidad de los ejemplos 1, 2, 4, 6, 7, 10 a 12 y 14 a 23, la tasa de recuperación de la permeabilidad al agua era igual o superior al 60%. A partir de estos resultados, se ha encontrado que el método de filtración de la presente invención permite una filtración estable de una disolución de cultivo microbiano a lo largo de un periodo de tiempo prolongado.
Aplicabilidad industrial
El método para filtrar una disolución de cultivo microbiano de la presente invención puede usarse para la filtración de una disolución de cultivo microbiano en el campo de la industria de la fermentación y el campo de la industria alimentaria.
Descripción de signos y números de referencia
1: Tanque de líquido de partida
2: Módulo de membrana
3: Bomba de líquido de partida
4: Válvula de control de circulación
5: Válvula de control de filtración
6: Tanque de filtrado
7: Tanque de líquido de retrolavado
8: Bomba de retrolavado
9: Válvula de control de retrolavado
10: Tanque de disolución química
11 a 20: Válvulas
21 a 23: Manómetros
24 a 26: Caudalímetros

Claims (7)

REIVINDICACIONES
1. Método para filtrar una disolución de cultivo microbiano usando un módulo de membrana, comprendiendo el método:
(a) una etapa de realizar una filtración de flujo cruzado de la disolución de cultivo microbiano usando el módulo de membrana;
(b) una etapa de realizar un aclarado con agua del módulo de membrana después de la etapa a;
(c) una etapa de poner el módulo de membrana en contacto con una disolución química después de la etapa b; y (d) una etapa de realizar un aclarado con agua del módulo de membrana después de la etapa c,
en el que un filtrado que ha penetrado a través del módulo de membrana mediante la filtración de flujo cruzado en la etapa a tiene una concentración de azúcares totales de 1.000 mg/l a 100.000 mg/l, determinada según la descripción, y una concentración de proteínas de 50 mg/l a 1.000 mg/l, determinada según la descripción, la etapa c incluye una etapa (c-1) de poner el módulo de membrana en contacto con una disolución química que contiene hipoclorito y un tensioactivo no iónico, y
las etapas a a d se repiten en este orden, y
en el que, en la filtración de flujo cruzado en la etapa a, se establece la velocidad lineal en la superficie de membrana de la disolución de cultivo microbiano para ser de 0,1 m/s a 3,0 m/s y se establece el flujo de filtración para ser de 0,1 m 3 * /m 2 /d a 2,0 m 3 /m 2 /d,
en el que el hipoclorito tiene una concentración de cloro efectivo del 0,05% en masa al 1% en masa, y el tensioactivo no iónico tiene una concentración de tensioactivo no iónico del 0,05% en masa al 3% en masa y un equilibrio hidrófilo-lipófilo (HLB) de 13 a 17,
en el que la disolución química tiene un pH de 10 a 14, y
en el que la etapa c tiene una etapa que se hace funcionar dentro de un intervalo en el que un producto CT [(mg/l)-h] de la concentración C [mg/l] de hipoclorito en la disolución química y el tiempo de contacto T [h] entre el hipoclorito y una membrana de separación contenida en el módulo de membrana satisface la expresión (1):
9,2 x 10 5 F - 1400 < CT < 2,5 (1/ a ) 380 Expresión (1) en la expresión (1), F representa la razón de la concentración de proteínas [mg/l] en el filtrado que ha penetrado a través del módulo de membrana mediante la filtración de flujo cruzado en la etapa a con respecto a la cantidad de carbono orgánico total [mg/l] en el filtrado, y a representa un valor absoluto [1/h] de la tasa de atenuación de la razón de valor inicial de resistencia de membrana con respecto al tiempo de inmersión en un caso en el que la membrana de separación se sumerge en un reactivo de Fenton que es una disolución mixta de 5.000 ppm de H2O2 y 300 ppm de Fe 2 ,
determinándose la cantidad de carbono orgánico total y la tasa de atenuación a según la descripción.
2. Método para filtrar una disolución de cultivo microbiano usando un módulo de membrana según la reivindicación 1,
en el que en un caso en el que se satisface la expresión (2) en la etapa a, la etapa avanza a la etapa b:
5 < R/R0 < 16 Expresión (2)
en la expresión (2), R representa un valor de resistencia a la filtración [m - 1 ] durante la realización de la filtración de flujo cruzado de la disolución de cultivo microbiano en la etapa a, y R0 representa un valor de resistencia a la filtración [m -1 ] al inicio de la filtración de flujo cruzado.
3. Método para filtrar una disolución de cultivo microbiano usando un módulo de membrana según la reivindicación 1 ó 2,
en el que la etapa a comprende:
(a-1) una etapa de realizar una filtración de flujo cruzado de la disolución de cultivo microbiano usando el módulo de membrana; y
(a-2) una etapa de realizar un retrolavado del módulo de membrana,
cuando se realiza la filtración de flujo cruzado, se establece la velocidad lineal en la superficie de membrana de la disolución de cultivo microbiano para ser de 0,1 m/s a 3,0 m/s y se establece el flujo de filtración para ser de 0,1 m3/m2/d a 2,0 m3/m2/d, y, cuando se realiza el retrolavado, se establece el flujo de retrolavado para ser de 1,0 m3/m2/d a 10,0 m3/m2/d, y
después de repetirse la etapa a-1 y la etapa a-2 al menos una vez, la etapa avanza a la etapa b.
4. Método para filtrar una disolución de cultivo microbiano usando un módulo de membrana según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3,
en el que la disolución química tiene una temperatura de 20°C a 50°C.
5. Método para filtrar una disolución de cultivo microbiano usando un módulo de membrana según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4,
en el que la membrana de separación contenida en el módulo de membrana es una membrana de separación que comprende una resina a base de flúor.
6. Método para filtrar una disolución de cultivo microbiano usando un módulo de membrana según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5,
en el que la disolución de cultivo microbiano es cerveza y la membrana de separación contenida en el módulo de membrana tiene un diámetro de poro promedio de 0,3 pm a 1,0 pm.
7. Método para filtrar una disolución de cultivo microbiano usando un módulo de membrana, comprendiendo el método:
(a) una etapa de realizar una filtración de flujo cruzado de la disolución de cultivo microbiano usando el módulo de membrana;
(b) una etapa de realizar un aclarado con agua del módulo de membrana después de la etapa a;
(c) una etapa de poner el módulo de membrana en contacto con una disolución química después de la etapa b; y (d) una etapa de realizar un aclarado con agua del módulo de membrana después de la etapa c,
en el que un filtrado que ha penetrado a través del módulo de membrana mediante la filtración de flujo cruzado en la etapa a tiene una concentración de azúcares totales de 1.000 mg/l a 100.000 mg/l, determinada según la descripción, y una concentración de proteínas de 50 mg/l a 1.000 mg/l, determinada según la descripción, la etapa c comprende:
(c-2) una etapa de poner el módulo de membrana en contacto con una disolución química que contiene hipoclorito; y
(c-3) una etapa de poner el módulo de membrana en contacto con una disolución química que contiene tensioactivo no iónico, y
las etapas a a d se repiten en este orden,
en el que, en la filtración de flujo cruzado en la etapa a, se establece la velocidad lineal en la superficie de membrana de la disolución de cultivo microbiano para ser de 0,1 m/s a 3,0 m/s y se establece el flujo de filtración para ser de 0,1 m3/m2/d a 2,0 m3/m2/d,
en el que el hipoclorito tiene una concentración de cloro efectivo del 0,05% en masa al 1% en masa, y el tensioactivo no iónico tiene un concentración de tensioactivo no iónico del 0,05% en masa al 3% en masa y un equilibrio hidrófilo-lipófilo (HLB) de 13 a 17,
en el que la disolución química tiene un pH de 10 a 14, y
en el que la etapa c tiene una etapa que se hace funcionar dentro de un intervalo en el que un producto CT [(mg/l)-h] de la concentración C [mg/l] de hipoclorito en la disolución química y el tiempo de contacto T [h] entre el hipoclorito y una membrana de separación contenida en el módulo de membrana satisface la expresión (1): 9,2 x 10 5 F - 1400 < CT < 2,5 (1/ a ) 380 Expresión (1)
en la expresión (1), F representa la razón de la concentración de proteínas [mg/l] en el filtrado que ha penetrado a través del módulo de membrana mediante la filtración de flujo cruzado en la etapa a con respecto a la cantidad de carbono orgánico total [mg/l] en el filtrado, y a representa un valor absoluto [1/h] de la tasa de atenuación de la razón de valor inicial de resistencia de membrana con respecto al tiempo de inmersión en un caso en el que la membrana de separación se sumerge en un reactivo de Fenton que es una disolución mixta de 5.000 ppm de H2O2 y 300 ppm de Fe 2 ,
determinándose la cantidad de carbono orgánico total y la tasa de atenuación a según la descripción.
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