FI88174B - Foerfarande foer immobilisering av mikroorganismer, poroesa oorganiska baerkroppar som aer bevuxna med mikroorganismer och haervid anvaendbara baerkroppar - Google Patents

Description

3 817¾

Menetelmä mikro-organismien immobilisoimiseksi, mikro-organismien peittämät huokoiset epäorgaaniset kantoaineet ja niihin soveltuvat kantoainekappaleet

Keksinnön kohteena on menetelmä mikro-organismien ja eläin-solujen immobilisoimiseksi, etenkin anaerobisia prosesseja varten, huokoisille epäorgaanisille kantoainekappaleille ja se käsittää näin saatavat mikro-organismien peittämät kantoainekappaleet sekä immobilisointiin soveltuvat kantoainekappaleet.

Mikro-organismien ja solumateriaalien immobilisointi kiinteille kantoaineille on väline tällaisten materiaalien rikastamiseksi halutussa paikassa tilallisesti. Tämä on etenkin merkittävä biotekniikan prosesseissa.

Biotekniikassa sekä aerobisten että anaerobisten prosessien tulee tapahtua mahdollisimman korkeilla tila-aikaansaannoil-la (reagoimaan saatettu substraatti tilavuus- ja aikayksikköä kohden). Tämä vaatimus on täytettävissä sitä yksinkertaisemmin, mitä korkeampi niiden aktiivisten solujen kon-sentraatio on, jotka toimivat samanaikaisesti tuotteina ja katalysaattoreina.

Korkeat solukonsentraatiot saavutetaan ilman muuta aerobisissa järjestelmissä, joissa solukasvu tapahtuu käytännöllisesti katsoen esteittä. Anaerobisissa järjestelmissä solu-kasvu on sitä vastoin alusta pitäen rajoituksen alaisena, niin että saadaan aikaan vain suhteellisen pieniä biomassa-:.V konsentraatioita. Etenkin viime aikoina on kuitenkin kiinni tetty erityistä huomiota juuri anaerobisiin järjestelmiin niiden suotuisan energiataseen johdosta, joka toisaalta johtuu biokaasunmuodostuksesta ja toisaalta siitä, että aerobisissa järjestelmissä happisyöttöä varten tarvittava energia jää λ. pois. On todettu, että tällaisilla järjestelmillä voidaan valmistaa ilman suurta energiapanosta halvoista substraa- 2 88174 teista usein arvokkaita disproportionointituotteita. Erityisenä esimerkkinä tästä on erittäin konsentroitujen jätevesien anaerobinen puhdistus, jossa muunnetaan jopa 95% orgaanisesta likakuormasta biokaasuksi, jolloin ainoastaan 3 - 4% muunnetaan biomassaksi.

Pieni mikro-organismikasvu anaerobisissa järjestelmissä tekee etenkin tässä tarpeelliseksi biomassapidätyksen ja kon-sentroinnin, joka voi olla kuitenkin myös aerobisissa järjestelmissä edullinen mahdollisesti erotusongelmien ratkaisemiseksi.

Mikro-organismien immobilisointia kiinteille kantoaineille on tästä syystä harjoitettu ja tutkittu jo pitkään. Tällöin on tutkittu etenkin ympäristöstä tunnettuja tai halvalla saatavia kantoaineita, kuten santaa, laavakiveä, keramiikkaa, aktiivihiiltä, antrasiittiä, lasia jne., joilla saadaan aikaan enemmän tai vähemmän hyvä mikro-organismien immobili-sointi.

Viime aikoina on kiinnostuksen kohteeksi tullut etenkin enemmän orgaanisia kantoaineita: Siten ovat I.Karube et ai. (Biotechnol. Bioeng. Bd. 22 (1980) sivut 847-857) tutkineet metaania tuottavien bakteerien immobilisointia polyakryyli-amidigeelissä, agargeelissä ja kollageenimembraaneille, joista ainoastaan agargeeli on todettu sopivaksi, jolloin tosin viitataan ravintoaineiden ja metaanin pieneen difuu-siokykyyn agargeelin läpi.

P. Scherer et ai. (Biotechnol. Bioeng. Bd. 23 (1981) sivut 1057-1067) esittävät Methanosarcina barkerin immobilisointia Ca2+-verkkoutetussa alginaattiverkossa, jota on tutkittu pellettien muodossa, joilla on erilainen läpimitta 1,2 mm:stä 3,7 mm:iin. Tällöin vastoin P.S.J. Cheethamin et ai.:in tietoja (Biotechnol. Bioeng. Bd. 21 (1979) 2155 ff.), joiden mukaisesti hidastetun substraattikuljetuksen tulee tapahtua alginaattipelletteihin, ei havaittu mitään mikro-organismien aktiivisuuden eroa pellettien läpimitasta riippuvaisena.

3 88174 B. Kressdorf et ai. ovat esittäneet symposiossa 5. Symp. Techn. Mikrobiol. Syysk. 82, Berliini, hiivojen ja bakteerien immobilisointia Ca-alginaattigeelin avulla. Tällöin esitettiin erilaisilla kantoainetyypeillä suoritettuja vertailevia tutkimuksia; erittäin käyttökelpoisina esitetään biomassalla kuormitetut verkkoutetut alginaattipallot, jotka ovat erittäin lujia ja joiden läpimitta on alle 1 mm.

Vertailevia tutkimuksia ovat lopuksi suorittaneet P. Huysman et ai. (Biotechn. Letters, Voi. 5 Nr. 9 (1983) sivut 643 -648). Kantoaineina tutkittiin näet toisaalta "ei-huokoisiksi materiaaleiksi" nimettyjä hiukkasia, joiden koko on noin 5 mm ja jotka ovat sepioliitista, tseoliitistä, argeksista (liekkipaisutettua savea, jonka pintahuokoskoko on 0,1 - 7,5 pm) ja lasihelmistä, ja toisaalta "huokoisina materaaleina" luonnonsientä, jonka huokoisuus on noin 50% ja jonka huokoskoko on pm - cm, sekä verkkotumatonta polyuretaanisolumuovia, jonka huokoisuus oli noin 30% ja huokoskoko pm - cm, sekä lopuksi erilaisia verkkoutetun polyuretaanisolumuovin lajeja, joiden huokoisuus oli 97% ja yhtenäiset huokoslämpötilat olivat (a) 2,21 mm, (b) 430 pm ja (c) 270 pm. Lopuksi tutkimuksiin otettiin myös bentoniitilla päällystetty polyuretaa-nisolumuovi, jonka yhtenäinen huokoskoko oli 430 pm.

Tällöin todettiin, että "ei-huokoisista materiaaleista" ainoastaan sepioliitti saa aikaan käyttökelpoisen koloniamuo-dostuksen, joka omaa kristallografisessa tutkimuksessa koostumuksen, jossa on hienoja neulaskimppuja, joiden pituus on 2 pm. Nämä neulaskimput omasivat useita rakoja bakteerien koossa.

Erittäin sopiviksi osoittautuivat kuitenkin varsinkin huokoiset materiaalit, jolloin vallitsevaksi tekijäksi havaittiin suuri huokoisuus ja huokoskoko. Tällöin antoi etenkin materiaali, jossa oli 430 pm:n huokosia ja 97%:n huokoisuus ja jossa oli bentoniitti päällystys tai ilman sitä, edullisia tuloksia, tällä verkkoutetulla polyuretaanisolumuovilla tuotettiin näet 2 viikon aikana noin 25 litraa biokaasua (65% metaania) reaktorin litraa ja päivää kohden.

4 38174 DE-hakemusjulkaisussa 28 39 580 on esitetty joukko huokoisia kantoainemateriaaleja, etenkin lasisulatteita mikro-organismien immobilisointia varten, joiden materiaalien huokoset ovat lähes 70%:sesti niin suuria kuin mikro-organismien pienin päämitta, mutta pienempiä kuin 4- tai vastaavasti 5-kertaa suurin mitta (hiivasoluissa tai vastaavasti bakteereissa). Tällöin todettiin sekä ei-huokoinen boorisilikaat- tilasi että myös yli 20 ym:n huokoset omaavat lasisulatteet selvästi huonommiksi kuin alle 20 ym:n huokoset omaava materiaali .

Huolimatta lukuisista erilaisista kantoaineiden tutkimuksista ja osaksi hyvin käyttökelpoisten kantoainekappaleiden kehityksestä ei kuitenkaan ole ratkaistu mikro-organismien immobilisaatio-ongelmaa vielä kaikinpuolin tyydyttävästi, koska kulloinkin erilaiset näkökohdat, kuten tiheys, kulu-miskestävyys, stabilitetti, pitkäaikaiskäyttäytyminen, vet-tyvyys ja vastaavat ovat ongelmallisia eikä immobilisoidun biomassan erittäin suuren tehokkuuden yleistä päämäärää ole vielä saavutettu.

Keksinnön tehtävänä on tästä syystä löytää tie mikro-organismien ja solumateriaalin immobilisoimiseksi, niin että voidaan saada aikaan biomassan korkea konsentrointi bioak-tiivisuuden ollessa samalla korkea.

Keksinnön tehtävänä on edelleen sellaisen sopivan kantoaine-kappaleen aikaansaaminen, joka voi olla mikro-organismien peittämä ja joka sallii vapaan nesteen- ja kaasunvaihdon kantajan sisältä ympäristöön.

Nämä tehtävät ratkaistaan siten, että alussa mainitun tyyppisessä immobilisointimenetelmässä käytetään kantoainekappa-leina huokoisia sintrauskappaleita, joissa on huokoskaksois-rakenne, jossa on huokoisuuden määrääviä läpikulkevia makro-huokosia, jotka sallivat vapaan neste- ja kaasunvaihdon kan-toaineen sisältä ympäristöön, ja makrohuokosseinämät läpäiseviä avoimia mikrohuokosia, joiden koko on samaa suuruusluokkaa kuin mikro-organismin tai vastaavasti solun koko.

s 38174

Yllättäen on osoittautunut, että edellä mainitun tyypisten huokoisten sintrauskappaleiden käyttö johtaa bioprosessin tehokkuuden huomattavaan paranemiseen. Määräävänä tähän on kantoainemateriaalin erityinen rakenne. Sen läpikulkevien makrohuokosten ansiosta ympäröivä neste pääsee vapaasti sisäosaan, niin että hajotettavan materiaalin tuonti ja aineenvaihduntatuotteiden poisto ei ole estynyt. Sintrausmate-riaalin huokosseinämien hienohuokoinen halkeilu edistää tällöin biomassan tai vastaavasti mikro-orgamnismien immobili-saatiota.

Tavoitteena on materiaalin mahdollisimman suuri huokoisuus, joka on yhdistettävissä vielä riittävän mekaniseen stabiliteettiin. Tästä syystä eivät kantoaineet, joiden huokoisuus on yli 85%, näytä enää olevan käyttökelpoisia. Alle 35%:n huokoisuudet ovat myöskin epäedullisia. Etusijalla ovat huokoisuudet, jotka ovat yli 40%, etenkin 50 - 70%, erityisesti 55 - 65%.

Makrohuokosten huokosläpimitta voidaan valita käyttöolosuhteiden mukaan eikä se tavallisesti ylitä 500 ym:ä. Erittäin tarkoituksenmukaisiksi ovat osoittautuneet makrohuokoset, jotka ovat 20 - 250 pm, etenkin 50 - 150 pm. Mikrohuokosten läpimitaksi soveltuu yleensä noin 1 - 10 ym. Mikrohuokosten määrä koko huokostilavuuden suhteen voi olla tavanomaisesti 5 - 15% riippuen mikro- ja makrohuokosten kokosuhteesta toistensa ja koko huokoisuuden suhteen, jolloin suuret huokoisuudet sallivat mekaanisista syistä enää vain pienet makrohuokososuudet.

Kantoainekappaleiden materiaalin ei tarvitse olla yhtenäistä, niin kauan kun se on riittävän sintrautuvaa. Etusijalla ovat lasi, keramiikka tai lasikeramiikka, etenkin silikaat-tinen materiaali.

Muut keksinnön erityispiirteet käyvät ilmi patenttivaatimuksista.

Lasirakenteen oheiset elektronimikroskooppiset suurennokset esittävät materiaalin edullista rakennetta. Tällöin kuvio la 6 88174 esittää Raschigin rengas-sintrauslasikappaleen pintaa (19-kertainen suurennos).

Kuvio ib esittää tällaisen kappaleen leikkauspintaa, jonka huokoisuus on 60% ja makrohuokosten hiukkaskoko 60 - 100 pm (104-kertainen suurennos).

Kuvio le esittää tällaisen kappaleen leikkauspintaa 512-ker-taisena suurennoksena.

Kuvio id esittää tällaisen kappaleen leikkauspintaa 2000-kertaisena suurennoksena.

Kuviot 2a ja 2b esittävät mikro-organismien peittämää sint-rauslasikappaletta 4-kuukautisen reaktiotoiminnan jälkeen (200-kertainen tai vastaavasti 5040-kertainen suurennos).

Kuvio 3 esittää kaaviomaisesti kiintokerroskiertoreaktoria.

Kuvio 4 esittää kaaviota jätevesituotarmosta käyttöajan funktiona.

Kuvio 5 esittää kaaviota biokaasutuotannosta käyttöajan funktiona.

Huokoinen kantoainemateriaali voidaan saada sintraamalla jauheseos, joka koostuu hienorakeisesta sintrauskelpoisesta materiaalista ja hieman karkeampirakeisesta, sintrauslämpö-tilaa korkeammassa lämpötilassa sulavasta, sintrausmateriaa-lista liuotettavasta aineesta, antamalla sen jäähtyä ja liuottamalla pois liukenevat komponentit. Tällaisena komponenttina käytetään edullisesti suolaa.

Makrohuokosten huokostilavuus ja keskimääräinen huokosläpi-mitta määräytyy olennaisesti pois liuotettavan aineen määrän ja pois liuotettavan aineen rakeisuuden mukaan. Niiden mikrohuokosten huokosläpimitta, jotka kulkevat liukenevan aineen poisliuottamisen jälkeen vielä (silikaattisen) sint-rausrungon seinämien läpi, määräytyy sintrauskelpoisen materiaalin rakeisuuden mukaan.

7 381 7-1 Tämän kantoainemateriaalin valmistamiseksi bioreaktoreita varten tarkoitetun menetelmän etuna on se, että samanaikaisesti muodostuu erittäin hienoja ja karkeita huokosia; samalla kun mikrohuokoset ovat seinämissä liian hienoja mitä tulee nesteen läpäisyyn ja tarjoutuvat pienen kokonsa johdosta mikro-organismien immobilisointiin, makrohuokoset takaavat ravintoaineiden nopean tuonnin ja aineenvaihdunta-tuotteiden poisjohtumisen.

DE-hakemusjulkaisun 28 39 580 mukaisesti käytetyt lasisulat-teet, jotka valmistetaan tavanomaisen menetelmän mukaisesti, sisältävät vain hienoja tai karkeita huokosia. Huokosläpimi-tat ja huokostilavuus määräytyvät käytettyjen lasisulattei-den ja sintrausmateriaalien kohdalla ainoastaan sintrausma-teriaalin käytetyn raekoon mukaan. Siten suurihuokosten sintrauskappaleiden seinämät eivät ole hienohuokoisesti halkaistuja.

Makrohuokoset, joiden koko on 20 - 500 pm, saadaan käyttämällä sintratusta tuotteesta pois liuotettavaa ainetta, edullisesti suolaa, jonka hiukkaskoko on 20 - 600 pm ja makrohuokoset, joiden koko on 1 - 10 pm, saadaan käyttämällä sintrautuvaa ainetta, jonka hiukkaskoko on < 40 pm, edullisesti < 20 pm.

Kantoaineen erittäin suotuisten immobilisointiominaisuuksien lisäksi, joissa saadaan aikaan korkean aktiivisuuden omaavia biomassakonsentraatioita (onteloihin kiinnittyneiden kolonioiden suuren pinnan ja niiden vapaan luoksepäästävyyden johdosta, jotka koloniat kasvavat olennaisesti kantoaineen sisällä kitkalta suojattuna, niin että voidaan viljellä myös huonosti tarttuvia populaatioita) ja määrätietoinen rakenteen säädettävyys valmistusolosuhteiden avulla (sovitettu immobilisoitaviin mikro-organismeihin ja nesteen laatuun ja juoksevuusolosuhteisiin, jossa niitä käytetään) on huokoisille sintrauskappaleille ominaista mekaaninen lujuus, hyvä vettyvyys sekä terminen stabilitetti, ' niin että ne on helposti steriloitavissa. Ne ovat halpoja ja niiden koostumusta voidaan helposti vaihdella.

β 88174

Siten voidaan huokoisia sintrauskappaleita valmistaa mielivaltaisista materiaaleista, etenkin laseista, erittäin edullisesti jätelaseista. Tässä tarkasteltuun käyttöön näyttävät kuitenkin erittäin edullisia olevan lasit, jotka sisältävät biologisesti tärkeitä hivenaineita, kuten alkuaineiden nikkelin, molybdeenin, kuparin, koboltin ja vastaavien yhdisteitä. On tunnettua, että lasi yleensä inertistä käyttäytymisestä huolimatta on määrätyn ympäristön kanssa tapahtuvan ioninvaihdon alaisena, niin että tällaiset materiaaliin sisältyvät hivenalkuaineet voivat vaikuttaa edullisesti mikro-organismien käyttäytymiseen.

Mikro-organismien ja eläinsolujen immobilisointi keksinnön mukaisesti soveltuu immobilisoidulla biomateriaalilla peitettyjen huokoisten sintrauskappaleiden erinomaisten ominaisuuksien johdosta kaikkiin bioteknisiin prosesseihin, joissa niiden bioaktiivisuus ja samanaikainen immobilisointi on hyödyksi.

Erittäin tarkoituksenmukaiseksi tällä hetkellä osoittautuu niiden käyttö anaerobiseen jätevedenpuhdistukseen, etenkin erikoisjätevesien, kuten selluloosateollisuuden tai juuston-valmistuksen jätevesien tai myös tärkkelyksen valmistuksesta peräisin olevien jätevesien ja panimojätevesien puhdistukseen. Tämän lisäksi tulevat keksinnön mukaisesti immobili-soidut mikro-organismit kysymykseen myös veden denitrifikaa-tion yhteydessä.

Ravinnolle olennaisten ja farmakologisten aineiden biotekninen talteenotto on mainittava eräänä käyttöalueena, edelleen primääristen metaboliittien talteenotto käymisen avulla. Tällaiset huokoisiin sintrauslaseihin immobilisoidut mikro-organismit ovat hyödyllisiä biotransformaatioissa, kuten steroidimuunnoissa ja sentapaisissa, jotka on tarkoitettu käytettäviksi teollisessa mittakaavassa.

Huokoisille sintrauskappaleille immobilisoitujen mikro-organismien erinomaiset ominaisuudet osoitettiin ensin sint- 9 881 7·-: rauslasilla pystysuorasti alhaalta ylöspäin kulkevan läpivirtauksen omaavassa kiinteäpetireaktorissa, joka oli varustettu pH-ohjatulla osapalautuskierrolla toimivalla päällä olevalla nestekierrolla. Puhdistettaessa selluloosavalmis-tuksen haihdutushöyrykondensaattia vaihdettiin näet tähän asti käytetty karkearakeinen antrasiitti huokoiseen sint-rauslasiin, jonka huokoisuus oli noin 60% ja huokosläpimitta oli 60 - 120 ym ja joka oli sellaisten Raschig-renkaiden muodossa, joiden seinämäpaksuus oli 2 mm ja korkeus 7 mm, ja saatiin aikaan muutoin samanlaisissa olosuhteissa toimittaessa tehokkuuden kasvu (vertailupuhdistuksen keskimääräisen viiveajan lyheneminen) suunnilleen tekijällä 5.

Kaksoishuokosrakenteen omaavien sintrauskappaleiden avulla tapahtuva mikro-organismien immobilisointi, joka etenkin soveltuu käytettäväksi prosesseissa, jotka toteutetaan kiin-teäpetireaktoreissa, joissa kiinteä petin läpi virtaavan nesteen virtausnopeutta on korotettu osakierrätyksellä, soveltuu tietenkin käytettäväksi muissakin reaktorityypeissä, kuten esimerkiksi kiinteäpetireaktoreissa, joissa ei ole osapalautuskierrätystä, tai vaakasuoraan läpikulkevan virtauksen omaavissa kiintokerroksissa, jolloin virtausolosuhteiden mukaan voi olla hyödyllistä makrohuokosten määrätty sovitus, joiden koon tulisi kasvaa nesteen vähenevän suhteellisen nopeuden mukana suhteessa kantoaineeseen.

Myös leijukerrosreaktoreihin soveltuu keksinnön mukainen mikro-organismien immobilisointi huokoisilla sintrauskappa-leilla. Tällöin käytetään pienen hiukkaskoon (< 1 mm) omaa-via hiukkasia.

Käytettäessä menetelmää niin kutsutussa "slurry-reaktorissa" (jossa on suodatinseinämien välissä oleva hienojakoinen katalysaattorisuspensio) käytetään vielä hienojakoisempaa materiaalia.

Huokoisten sintrauskappaleiden suuri sisäinen pinta, joissa on vapaasti luoksepäästäviä ontelolta (joissa on hienohuo- ίο 8817-: koisesti jäsentyneet onteloseinämät), joiden läpi neste voi virrata vapaasti, minkä johdosta solut saavat riittävästi ravintoainetta ja hajotustuotteet voidaan johtaa pois, kun taas hienosti jäsentynyt seinämärakenne tarjoaa mikro-organismeille riittävän mahdollisuuden tarttumista varten, mahdollistaa suurempien kantoainekappalemuotojen käytön kiintokerroksissa, jotka edistävät virtausvastuksen aleneta-mista. Erittäin tarkoituksenmukaisia ovat muodot, kuten Ra-schig-renkaat, jotka helpottavat biokaasun poiskuljetusta reaktorista.

Sintrauskappaleita käytettäessä ne saatetaan kosketuksiin kuivassa tilassa solususpension kanssa, jolloin mikro-organismit imetään yhdessä nesteen kanssa huokosten sisäosaan ja ne saavat siellä tukea hienohuokoisesti jäsentyneestä seinämästä. Anaerobisissa prosesseissa on lasikappalei-den huokosissa oleva ilma poistettava ensin evakuoimalla tai tunkemalla se pois inertin kaasun avulla hapen aiheuttaman solujen myrkytyksen välttämiseksi.

Etenevän reaktioajan myötä sintrauskappaleiden alussa vielä kuormittamaton pinta peittyy mikrobisen pinnan muodostuessa, joka on havaittavissa selvästi mm. muuttuneesta väristä.

Esimerkki 1

Kuviossa 3 esitettyyn kiinteäpeti-kierrätysreaktoriin, jonka korkeus oli 1,2 m, läpimitta 0,12 m ja työtilavuus 12 1, täytettiin 7,4 1 kuutiomuodossa olevia sintrauskappaleita (reunapituus: 0,5 cm). Näiden kappaleiden huokoisuus oli 60% ja makrohuokoskoko oli 60 - 100 ym. Mikrohuokoskoko oli keskimäärin 1 - 2 ym.

Reaktorin käynnistämiseksi poistettiin lasikappaleiden huokosiin sisältyvä ilma johtamalla argonia irtomassan läpi. Sitten reaktoriin laskettiin selluloosateollisuuden lika-aineilla erittäin raskaasti kuormitetun haihdutushöyrykon-densaatin aineisiin sovitettua mikro-organismisuspensiota, jossa oli 700 mg kuiva-ainetta/1, reaktorin täyttämiseksi 11 88174 sopivana määränä. Tämän jälkeen käynnistettiin jäteveden-syöttö. pH-arvoa valvottiin reaktorin ala- ja yläosassa ja palautuskierrätysosuutta kontrolloitiin automaattisesti maksimaaliseen pH-arvoeroon, joka oli 0,3 pH yksikköä, kuten DE-patenttihakemuksessa P 33 45 691.7 on esitetty.

Tämä työtapa mahdollistaa sen, että sisään johdetaan kulloinkin sellainen määrä jätevettä, joka voidaan hajoittaa mikro-organismeilla, ja siinä on se etu, että käynnistysta-pahtuma tapahtuu säästeliäästi (ilman ylihapattumisen vaaraa) kuitenkin samanaikaisesti mikro-organismien riittävässä stressirasituksessa.

Aluksi työskenneltiin 180 tunnin viipymäajalla. Tämän jälkeen pH-säädin otti tehtäväkseen jäteveden viipymän iteratiivisen lyhentämisen reaktorissa.

Kuvio 4 esittää jätevedentuotannon käyttöajasta riippuvaista lineaarista kasvua reaktoria käynnistettäessä. Kuviossa 5 on esitetty tähän kuuluva biokaasutuotanto ajan funktiona. Nähdään biokaasumuodostuksen samoin lineaarinen kasvu (kaksinkertaistuminen suunnilleen 5,5 päivässä), joka saavuttaa 12 tumiin oloajan yhteydessä arvon 51 m3/m3 reakto-ritilavuutta ja päivä. Tällöin eliminoitiin 88 kg-CBS/(m3d):n tilakuormituksessa 74 kg-CBS/(m3d).

Koetulokset on esitetty taulukossa 1 selityksen lopussa. Esimerkki 2 Tässä tapauksessa täytettiin esimerkissä 1 esitetyn kokoiseen reaktoriin noin 8 1 huokoisia sintrauslasikantoainekap-paleita, jotka olivat Raschig-renkaiden muodossa (seinämä paksuus: 2 mm; korkeus: 7 mm) ja joissa oli 60 - 100 pm:n makrohuokosia ja 1 - 2 ym:n mikrohuokosia. Reaktori valmisteltiin esitetyllä tavalla ja se täytettiin verrattavissa olevalla aktiivisella mikro-organismisuspensiolla esimerkissä 1 esitetyn haihdutushöyrykondensaatin käsittelemiseksi. Tällöin osoittautuu, että jäteveden läpivirtauksen ja bio- i2 3 8 1 7 -1 kaasunmuodostuksen kasvu tapahtuu hitaammin muutoin samoissa, esimerkissä 1 esitetyissä olosuhteissa. Tämä korreloituu Raschig-renkaiden pienemmän pakkaustiiviyden kanssa verrattuna kuutioihin. Suunnilleen 6 viikkoa kestäneen toiminnan jälkeen saavutettiin tosin Raschig-renkaiden täytteellä verrattavissa oleva korkea tila-aikaansaanto. Kaiken kaikkiaan osoittautuu tällöin täyttö Raschig-renkaiden muotoisilla kantoainemateriaaleilla edullisemmaksi verrattuna kuutio-maisiin kantoainekappaleisiin, koska rengassiirtomassa on tarkoituksenmukaisempi kiintokerroksen läpivirtaukselle ja kaa-sunpoistolle.

Esimerkki 3

Eräässä toisessa kokeessa täytettiin 7 1 Raschig-renkaiden muodossa olevaa lasikantoainemateriaalia esimerkissä 2 esitetyllä tavalla edellä esitettyyn koelaitteistoon. Tutkimusta varten tulee tässä tapauksessa jätevesi panimosta, joka vesi muodostuu huuhdottaessa tynnyreitä ("tynnyrinpuhdis-tin"). Tämä jätevesi sisältää etupäässä sokeria, etikkahap-poa ja alkoholia. Bakteerisena istutusalustana toimi edellä näihin aineisiin sovitettu bakteerisekaviljely.

"Tynnyrinpuhdistimet" ovat suhteellisen "laihoja" jätevesiä, joiden kemiallinen happitarve on 2,5 - 3,5 kg/m3.

Reaktori käynnistettiin edellä esitetyllä (pH-säätimellä tuetulla) toimintatavalla ja iteratiivisen oloajanlyhennys tapahtuu etikkahappo- ja KHK-määritysten avulla.

5 viikkoisen toiminnan jälkeen saavutettiin 7 tunnin oloaika, jolloin samanaikaisesti kemiallinen happitarve vähennettiin prosessissa 94%:11a.

Tämän kokeen tärkeimpien hajaantumisarvojen yhteenveto nähdään seuraavasta taulukosta.

i3 3 8 1 74 oloaika (t) : 7,6 h KHK0 (syöttö) : 2,74 kg/m3 KHKe (poisto) : 0,21 kg/m3 tilakuormitus : 10,53 kg KHK/(m3d)

KiiK-vaihto : 93,5% KHK : 9,85 kg/(m3d) biokaasunmuodostus : 7,0 m3/(m3*d)

Taulukko "tynnyrinpuhd1stimen" anaerobinen hajaantuminen

Suhteellisen lyhyt, 7,6 tunnin oloaika reaktorissa on samaa merkitsevä korkean tila/aika-saannon kanssa ja tämä erinomaisen 93,5%:n vaihdon yhteydessä. Tämä "laihan" jäteveden anaerobiselle hajottamiselle erinomainen tulos osoittaa huokoiselle sintralasikappaleelle immobilisoidun biomassan selvästi suotuisan vaikutuksen.

Taulukko l: Haihdutushöyrylauhteen anaerobinen hajotus kiin-tokerroskiertoreaktorissa käytettäessä kantoainemateriaalina sintrauslasia (kuutiomuoto, a = 0,5 cm) reaktorin tilavuus : 12 1 kantoaineirtomassa : 7,4 1 KHKsisään (kuorman syöttö) : 44,0 kg/cm3 KHKulos (kuorman poisto) : 7,0 kg/cm3 oloaika : 12 h biomassakonsentraatio : 12,44 G/l (typpianalyysistä) KHK-vaihto : 84% tilakuormitus : 88,0 kg-KHK/(m3*d) lietekuormitus : 7,0 kg-KHK/(kg*d) KHK-eliminointi : 74,0 kg(m3*d) lieteaktiivisuus : 5,9 kg-KHK/(kg*d) biokaasunmuodostus : 51,0 m3/(m3*d)

Claims (19)

1. Menetelmä mikro-organismien ja eläinsolujen immobilisoi-miseksi, etenkin anaerobisia prosesseja varten, huokoisille epäorgaanisille kantoainekappaleille, tunnettu siitä, että kantoainekappaleina käytetään huokoisia sintraus-kappaleita, joissa on kaksoishuokosrakenne, jossa on huokoisuuden määrääviä läpikulkevia makrohuokosia, jotka mahdollistavat vapaan neste- ja kaasunvaihdon kantoaineen sisäosasta ympäristöön, ja makrohuokosten seinämät läpäiseviä avoimia mikrohuokosia, joiden koko on samaa suuruusluokkaa kuin mikro-organismien tai vastaavasti solujen koko.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että kantoainekappaleena käytetään silikaattista kantoainekappaletta.

3. Patenttivaatimuksen 1 ja 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että epäorgaanisena kantoainekappaleena käytetään sintrauslasia.

4. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään kantoainekappaletta, jonka avoin huokostilavuus on 35 - 85%, jossa on 20 - 80% makrohuokosia, joiden huokosläpimitta on 20 -500 pm, ja 15 - 5% mikrohuokosia, joiden huokosläpimitta on l - 10 pm.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että koko avoin huokostilavuus on 50 - 70%, so-pivimmin 55 - 65%, ja mikrohuokosten (<10 pm) osuus on 10 -5%.

6. Patenttivaatimuksen 4 tai 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että makrohuokosten keskimääräinen huokosläpimitta on 50 - 150 pm.

7. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kantoainekappaleet käytetään Raschig-renkaiden muodossa. 15 8 81 7“

8. Jonkin edell-ä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään kantoaine-kappaleita, jotka on valmistettu materiaalista, joka sisältää biologisesti tärkeitä hivenaineita.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että se suoritetaan kiinteäpeti-kierrätysreaktorissa.

10. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että se suoritetaan leijukerrosre-aktorissa.

11. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sitä käytetään paperi- ja sel-luloosateollisuuden jätevesien anaerobisessa puhdistuksessa.

12. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sitä käytetään tärkkelysjätevesien ja panimojätevesien anaerobisessa hajotuksessa.

13. Jonkin patenttivaatimuksen 1-10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sitä käytetään aineiden bioteknologisessa talteenotossa.

14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sitä käytetään ravinnolle olennaisten ja farmakologisten aineiden talteenotossa.

15. Patenttivaatimuksen 14 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sitä käytetään käymistuotteiden talteenotossa.

16. Mikro-organismien tai solumateriaalin päällystämä kan- . toainekappale, tunnettu huokoisesta sintratusta kantoainekappaleesta, jossa on kaksoishuokosrakenne, jossa on huokoisuuden määrääviä läpikulkevia makrohuokosia, jotka mahdollistavat vapaan neste- ja kaasunvaihdon kantoaineen sisäosasta ympäristöön, ja makrohuokosseinämät läpäiseviä avoimia mikrohuokosia, joiden koko on samaa suuruusluokkaa kuin mikro-organismien tai vastaavasti solujen koko. ie 38174

17. Epäorgaanisen sintrauskappaleen muodossa oleva kanto-ainekappale mikro-organismien immobilisoimiseksi, tunnettu siltä, että siinä on kaksolshuokosrakenne, jossa on huokoisuuden määrääviä läpikulkevia makrohuokosla, jotka mahdollistavat vapaan neste- ja kaasunvaihdon kantoaineen sisäosasta ympäristöön, ja makrohuokosseinämät läpäiseviä avoimia mikrohuokosia, joiden koko on samaa suuruusluokkaa kuin mikro-organismien tai vastaavasti solujen koko.

18. Patenttivaatimuksen 17 mukainen kantoainekappale, tunnettu siitä, että makrohuokosten koko on 20 -50 pm.

19. Patenttivaatimuksen 17 mukainen kantoainekappale, tunnettu siitä, että mikrohuokosten koko on 10 pm. i7 38 1 74