NO156419B - Fremgangsmaate for omdanning av organisk materiale ad mikrobiologisk vei. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for omdanning av organiske materialer ad mikrobiologisk vei under dannelsen av gass i en reaksjonsbeholder som inneholder et bevegelig sjikt.

Ved bruk av mikroorganismer for fremstilling av forskjellige typer produkter er det vesentlig at innholdet av aktiv mikroorganisme i reaksjonsbeholderen holdes så høyt som mulig.

I samsvar med vanlig kjent teknikk styres innholdet av organ-ismer ved hjelp av statisk sedimentering, rotasjon, sentri-fugering eller filtrering, idet mikroorganismene separeres fra den uttømte væskefase og føres tilbake til reaksjonssonen som bioslam. Begrensningsfaktorer ved denne kjente teknikk er f.eks. sedimenteringsegenskapene, sentrifugerings- eller filtreringsytelsen for det bioslam som dannes. Statisk sedimentering, som er den teknikk som mest hyppig benyttes, innbefatter begrensningen at bioslam ikke kan utgjøre mer enn ca. 50% av wolumet i en sedimentert tilstand for at den statiske sedimentering skal virke på en tilfredsstillende måte. Dette volum svarer til en konsentrasjon av biomasse på 5-10 kg tørrsubstans pr. m<3> reaksjonsbeholder.

Ved en annen type kjent teknikk er det benyttet en reaksjonsbeholder som inneholder en fylling, hvor biomassen er festet til en fast overflatestruktur, f.eks. et sjikt av stenmater-iale eller plast. En begrensningsfaktor i dette tilfellet er det faktum at ikke mer enn ca. 100-200 m<2> flate pr. m<3 >reaksjonsbeholder kan oppnås hvis en blokkering av hulrommene skal unngås. Også denne spesielle flate svarer til en konsentrasjon av biomasse på 5-10 kg tørrstoff pr. m<3> reaksjonsbeholder. For slike teknikker vises f.eks. til svensk søknad nr. 7605005-3.

I en tredje variant av den kjente teknikk er det benyttet et suspenderbart sjikt i en reaksjonsbeholder, hvilket sjikt er fluidisert ved hjelp av en oppover rettet strøm av gasser eller væsket (Se f.eks. sveitsisk patent nr. 612655).

Dette system gir imidlertid en klar praktisk begrensning ved

at fordelingen av fluidiseringsstrømmen må være nøyaktig jevn over hele den nedre del av reaksjonssonens tverrsnitt, noe som er meget vanskelig å oppnå i en stor reaksjonsbeholder. Videre vil slike fluidiserte sjiktsystemer kreve omhyggelig valg av sjiktmateriale med hensyn til kornstørrelse og fordeling, slik det er velkjent.

Det er således en hensikt med foreliggende oppfinnelse å til-veiebringe en fremgangsmåte hvormed organisk materiale ad mikrobiologisk vei kan omdannes under dannelsen av gass, mens det unngås ulempene som er forbundet med f.eks. de ovenfor beskrevne vanlige teknikker.

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for omvandling av organisk materiale ad mikrobiologisk vei under gassutvikling, som utføres i en reaksjonsbeholder ved hjelp av mikroorganismer, som bringes til å vokse på et bevegelig sjikt av uorganisk kornformet materiale og fritt i mikrofnokker i en kontinuerlig vannfase, idet fremgangsmåten er karakterisert ved at substratet for mikroorganismene tilføres til sjiktet i forbindelse med en mekanisk rører, som sammen med gasser dannet ved omvandlingen utnyttes for blanding og ekspansjon av sjiktet, og de frie mikrofnokkene separeres utvendig fra uttømt væske og tilbake-føres til reaksjonsbeholderen.

Røreren er hensiktsmessig anordnet for å utøve en nedoverrettet bevegelse på sjiktmaterialet, fortrinnsvis hele veien ned til bunnen av reaksjonsbeholderen, og det er foretrukket å innføre substratet i beholderen i den del av sjiktet som utsettes for . slik nedoverrettet bevegelse. Dette resulterer i en effektiv fluidisering av sjiktet på grunn av dannelsen av gasser i dette. Således ved den kombinerte pneumatiske og hydrauliske blandeeffekt oppnås en optimalisert total fremgangsmåte.

Ved en foretrukket utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er det benyttet et sjikt som er basert på et organisk kornformet materiale med en kornstørrelse som ligger innenfor området 0,05-5 mm. Dette materiale som utgjør sjiktet kan være sand, kalsiumkarbonat, kalsiumhydroksyd eller dolomitt eller lignende.

Et apparat hvor denne fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan gjennomføres, innbefatter en reaksjonsbeholder, en rører anordnet i dehhe, en innretning for tilførsel av væske som inneholder substrat og en innretning for uttømming av væske og for resirkulering av fritt aktivt materiale. For å oppnå hensikten med foreliggende oppfinnelse innbefatter apparatet et bevegelig sjikt av uorganisk kornformet materiale som er anordnet i reaksjonsbeholderen, hvilket sjikt er beregnet for å under-støtte voksende mikroorganismer for omdannelse av det organiske materiale.

Det bevegelige sjikt er fortrinnsvis dannet av materialer som beskrevet ovenfor i forbindelse med fremgangsmåten.

Røreren som benyttes er fortrinnsvis utformet av en radiell eller aksial turbin eller propell som er plassert i den nedre ende av reaksjonsbeholderen, og som hensiktsmessig er plassert sentralt i denne.

I hvilkestilling vil det bevegelige sjikt hensiktsmessig innta 20-80% av volumet i reaksjonsbeholderen, fortrinnsvis ca. 40-80%.

Reaksjonsbeholderen i apparatet er hensiktsmessig utstyrt

med indre vertikale ledeplater over 20-100% av høyden til beholderen, og disse ledeplater kan være tilstede i et antall mellom 1 og 10.

Oppfinnelsen er generelt anvendbar på et antall forskjellige typer mikrobiologiske prosesser i avhengighet av type substrat og type mikroorganisme. Som ekéempler kan det nevnes mikroorganismer av en monokultur, så som Saccaromyces Ser-vices, for dannelsen av etanol av karbohydratsubstrater eller multikultur, så som ved omdannelsen av komplekse organiske substrater til metangass og karbondioksyd. En annen anvend-else av oppfinnelsen er ved denitrifisering av nitratrike vandige substrater.

Oppfinnelsen skal nå bli ytterligere beskrevet ved hjelp av et eksempel i forbindelse med tegningen, hvor

fig. 1 viser skjematisk et vertikalt tverrsnitt gjennom en

utførelse av apparatet, og

fig. 2 viser skjematisk sirkulasjonstrekkene ved utførelsen

ifølge fig. 1.

Utførelsen av apparatet som vist på fig. 1 på tegningen, innbefatter en sirkulærsylindrisk reaksjonsbeholder 1 med en plan bunn og en krummet topp, hvilken beholder er utstyrt med indre vertikale ledeplater 2, som kan være tilstede i et antall mellom 1 og 10. Det er foretrukket å benytte flere ledeplater som er jevnt fordelt rundt den indre vegg av beholderen. Reaksjonsbeholderen er videre utstyrt med en sentral rører 3 som drives av en utvendig plassert motor gjennom en gasstett gjennomgang 4 ved den øvre ende av beholderen 1, samt et gass-avløpsrør 9.

Reaksjonsbeholderen 1 inneholder et bevegelig sjikt 5 av et uorganisk granulært materiale som i hvilestilling i utførelsen som er vist, inntar ca. halvdelen av volumet til reaksjonsbeholderen. Reaksjonsbeholderen inneholder videre vann som en kontinuerlig fase opp til det nivå som er vist på fig. 1.

Tilførselen av substrat, dvs. materiale som skal behandles, finner sted gjennom en innløpsledning som åpner direkte under røreren 3. Behandlet væske fjernes fra reaksjonsbeholderen gjennom en utløpsledning 7 og overføres til en separa-sjonsinnretning 8 hvor separasjonsbioslam separeres og returneres til reaksjonsbeholderen til et sted umiddelbart under røreren 3.

Virkningen av apparatet som er beskrevet ovenfor er generelt følgende: På det suspenderte sjiktmateriale av uorganisk materiale, som kan være sand, kalsiumkarbonat, kalsiumhydroksyd eller dolomitt og ha en kornstørrelse i området 0,05-5 mm, som er tilstede i beholderen vil det vokse en flora av anaerobe mikroorganismer i et tynt lag. Derved vil mikroorganismene omdanne tilførte organiske forbindelser til forskjellige produkttyper i avhengighet av type substrat og type mikroorganismer.

For det formål å overføre substratet til mikroorganismene som. er bundet til de uorganiske korn i sjiktmaterialet, overføres substratet gjennom innløpsledningen 6 til et sted umiddelbart under røreren 3, som er sentralt plassert i sjiktet (fig. 1).

Ved drift bringes røreren 3 i rotasjon, og en strøm av væske

og sjiktkorn vil bli pumpet rundt i reaksjonsbeholderen slik at substratet kommer i intim kontakt med det gjenværende inn-hold i reaksjonsbeholderen. Den strøm som dannes av røreren 3 er rettet horisontalt og nedover, i hvilket henseende en sterk strøm vil bli oppnådd langs bunnen av reaksjonsbeholderen og oppover langs veggene til reaksjonsbeholderen.

Denne strøm betyr at det bevegelige sjikt vil utvides, ekspansjonen bli ytterligere øket av dannelsen av en gass som finner sted når substratet kommer i kontakt med de mikroorganismer som understøttes av sjiktet. På denne måte blir en meget jevn og homogen fordeling av substrat i sjiktet oppnådd, hvorved en effektiv utnyttelse av mikroorganismene vil finne sted.

På fig. 2 er det illustrert den strøm som tilveiebringes av den mekaniske blanding ved hjelp av røreren 3 og av gassene som dannes i den mikrobiologiske reaksjon. Ut fra retningen for den strøm som dannes av røreren, blir det oppnådd en effektiv fordeling av substratet horisontalt ved bunnen av reaksjonsbeholderen. Ut fra gassdannelsen og innfangingen av væskefase med gassboblene blir det oppnådd en god sammen-blanding i vertikal retning, slik det klart fremgår av fig. 2.

Gassdannelsen i apparatet som er beskrevet er i størrelses-orden 1-100 m<3> gass pr. m<3> reaksjonsbeholder pr. dag, og den gass som dannes varierer i avhengighet av type av substrat og mikroorganisme og kan være karbondioksyd, metangass eller en blanding derav eller nitrogen. Ved modifikasjon av høyden til ledeplaten og rotasjonen av den mekaniske rører kan det bevegelige sjikt bringes til å ekspandere til ønsket nivå. Ved ut-tømming av en væskefase fra beholderen ved den øvre ende av reaksjonsbeholderen, hvor det bevegelige sjikt ikke når fram ved ekspansjonen, kan mikroorganismene i stor utstrekning holdes i systemet. Mengden av mikroorganismer som holdes bundet til sjiktmaterialet kan variere fra 1-50 g tørrstoff pr. liter volum av reaksjonsbeholderen.

En del av mikroorganismene blir funnet å være i form av mikrofnokker i væskefasen. Denne del vil ikke bli separert i reaksjonsbeholderen, men bæres sammen med den uttømte væske-strøm. Ved hjelp av en separeringsinnretning 8 kan disse fnokker separeres fra væsken og returneres til reaksjonsbeholderen. På denne måte kan mikroorganismene holdes suspendert i en mengde som svarer til 5-10 g TS/liter (totalt suspendert faste stoffer). Alt i alt kan en oppnå et total-innhold av mikroorganismer som er bundet til det bevegelige sjikt og suspendert på ca. 60 g tørrstoff pr. liter, som er 6-12 ganger av det som kan oppnås med vanlig teknikk.

Claims (3)

1. Fremgangsmåte for omvandling av organisk materiale ad mikrobiologisk vei under gassutvikling, som utføres i en reaksjonsbeholder ved hjelp av mikroorganismer, som bringes til å vokse på et bevegelig sjikt av uorganisk kornformet materiale og fritt i mikrofnokker i en kontinuerlig vannfase, karakterisert ved at substratet for mikroorganismene tilføres til sjiktet i forbindelse med en mekanisk rører, som Scmmen med gasser dannet ved omvandlingen utnyttes for blanding og ekspansjon av sjiktet, og de frie mikrofnokkene separeres utvendig fra uttømt væske og tilbakeføres til reaksjonsbeholderen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det uorganiske kornformede materialet som anvendes, har en kornstørrelse i området 0,05-5 mm.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det kornformede uorganiske materialet som anvendes, utgjøres av sand eller kalsiumkarbonat.