Spôsob anaeróbneho spracovania biomasy z výroby antibiotík a výroby aminokyselín

Stiahnuť PDF súbor.

Zhrnutie / Anotácia

Je opísaný spôsob anaeróbneho spracovania biomasy z výroby antibiotík a výroby aminokyselín, ktorý spočíva v tom, že k substrátu sa následne pridáva aktivovaný zahustený kal z čistiarne odpadových vôd na dosiahnutie výslednej sušiny substrátu 5 až 15 %, substrát sa potom podrobí anaeróbnej mikrobiálnej fermentácii za vzniku bioplynu, kvapalnej zložky a zvyškov organickej hmoty.

Text

Pozerať všetko

(19) SK 281 321 islo prihlášky 422.97 Dátum podania 02.04.1997 (13) Druh dokumentu B 6 Člslo prioritnej prihlášky pv 2396-96 (51) Int. C 17 Dátum priority 14.08.1996 C 12) 13/04. C ZP 35/00 Kr CZ m mm C 12 P 37/00 Dátmn zverejnenia 04.03.1998 C 02 F 1 1/02 ÚRAD Dátum zverejnenia udelenia PRIEMYSELNÉHO vo Vestníku 12.02.2001 VLASTNÍCTVA SLOVENSKEJ REPUBLIKY Číslo PCT(72) Pôvodca vynálezu Krempa Peter, Ing., Banská Bystrica, SK Bošanská Monika, Ing., Banská Bystrica, SK Dohányos Michal, prof. Ing., CSc., Praha, CZ Zábmnská Jana, doc., CSc., Praha, CZ Jenlček Pavel, Ing., CSc., Praha, CZ Sýkora Miroslav, Ing., Praha, CZ(54) Názov vynálezu Spôsob anaeróbneho spracovania biomasy z výroby antibiotík a výroby aminokyselínJe opísaný spôsob anaeróbneho spracovania biomasy zvýroby antibiotík a výroby aminokyselín, ktorý spočíva v tom, že k substrátu sa následne pridáva aktivovaný zahustený kal z Čistiarne odpadových vôd na dosiahnutie výslednej sušiny substrátu 5 až 15 , substrát sa potom podrobí anaeróbnej rnikrobiálnej fermentácii za vzniku bioplynu, kvapalnej zložky a zvyškov organickej hmoty.Vynález sa týka spôsobu anaeróbneho spracovania biomasy z výroby antibiotík a výroby aminokyselín.V súčasnosti sa prebytočná biomasa z fermentačných výrob (napr. z výroby penicilínu, streptomycínu, 6 - AKP a iných antibiotík, z výroby treonínu, lyzínu a iných aminokyselín z výroby kyseliny citrónovej a pod.) väčšinou spracováva, pokiaľ to dovolí ich kvalita, do kímnych zmesí alebo sa zapracúva do kompostu. V krajnom prípade sa biomasa ukladá na skládku alebo sa spaľujc. Spaľovanie alebo likvidácia prebytočnej biomasy sú značne ovplyvnené množstvom zostatkového - neodseparovaného produktu a tiež koncentráciou sušiny, t. j. závisí od množstva vody,ktorú prebytočná biomasa obsahuje. Napríklad biomasa,vznikajúca ako odpad pri výrobe penicilínu, je zahustená na cca 30 sušiny, naproti tomu biomasa z výroby treonínu je veľmi ťažko separovateľná z kvapalnej fázy a odpad je vo forme vodnej suspenzie s koncentráciou sušiny cca 15 . V tomto prípade ide o polotekutý odpad s hodnotou chemickej spotreby kyslíka cca 200 000 mg. V súčasných podmienkach kapacity aeróbnej čističky odpadových vôd nie je možne spracovať tento odpad ako súčasť vstupujúceho média, pretože práve tento odpad nepriaznivo ovplyvňuje kvalitu vypúšťanej odpadovej vody, ked hodnoty sledovaných ukazovateľov prekračujú povolené limity. Skládkovanie tohto odpadu nie je možné bez zahusťujúcích prídavných komponentov, tieto však výrazne zvyšujú objem skládkovaného materiálu. Ďalšie faktory, ktoré ovplyvňujú spracovanie alebo likvidáciu odpadu biomasy, sú ekonomickej povahy, napr. priama aplikácia v poľnohospodárstve závisí od dostupnosti vhodných lokalít, od agrotechníckých a klimatických podmienok, preto je v mnohých prípadoch nereálna, skladovanie na skládkach alebo spaľovanie je príliš drahé.Pri spracovaní odpadu z fermentačných výrob je možné využitie biotechnológií, Anaeróbny rozklad organickej hmoty na bioplyn, t. j. na metán a oxid uhličitý, je technologicky využívaný ako metóda likvidácie odpadov.Anaeróbna mctánová fermentácia organických materiálov je súborom procesov, pri ktorých zmes mikroorganizmov postupne rozkladá biologicky rozložiteľnú organickú hmotu bez prístupu vzduchu. Konečnými produktmi je zmes plynov (CH 4, C 02, H 2, N 2, HZS) a nerozložíteľný zvyšok organickej hmoty, ktorý je už z hľadiska hygienického a senzorickćho neškodný pre prostredie.V anaeróbnom reaktore je možne spracovať rôzne substráty od odpadov z poľnohospodárskej výroby, kanalizačne odpady, domovć odpady, odpady z potravinárskeho priemyslu, odpady z liehovarov a pod.Proces výroby metánu môžeme rozdeliť do troch etáp. V prvej etape ide o primárny rozklad polymémych látok. V druhej etape o tvorbu prchavých mastných kyselín (predovšetkým kyseliny octovej), C 02 a vodíka. V tretej ide o tvorbu metánu metánovými baktériami. Prvá etapa je uskutočňovaná heterotropnými balçtériami (i keď v začiatočných fázach fungujú predovšetkým aeróbne mikroorganizmy, ktoré pomeme rýchlo spotrebujú prítomný kyslík a vyprodukujú C 02). Potom po skončení aeróbneho procesu dochádza k degradácii organických látok anaeróbne. Organizmy, uskutočňujúce túto etapu, sú bud termofrly (50 až 60 °C), mezofily (30 až 40 °C) alebo psychrofily okolo(20 °C), V závislosti od vytvorených podmienok. Väčšina reaktorov je konštruovaná na mezotily.V praxi sa metán za anaeróbnych podmienok vytvára z uvedených surovín. Zisk energie sa pohybuje medzi 20 až 50 . Ale stanovenie výťažkov bioplynu je podstatne zložitejšie ako stanovenie výťažku metánu. Zloženie získaného bioplynu úvisí od podmienok v reaktore a zloženia suroviny - substrátu. Teoretícky však pri premene substrátu je produkovaný C 02 a CH., v rovnakých objemoch. Bioplyn obvykle obsahuje 60 až 70 metánu. Vytvára sa v objeme 0,5 m 3 na kg sušiny prchavých látok. Čas fermentácie je rôzny.Na základe merania v rôznych podmienkach a na rôznom substráte sa pohybuje výťažok od 0,17 až 0,4 m 3 metánu/kg suchej váhy suroviny. Rýchlosť vsádzky l - viac ako 10 kg (suroviny na l m 3 objemu reaktora za deň, fermentácia 10 - 40 dní, hĺbka premeny substrátu 20 - viac ako 70 ).Množstvo ziskanej energie kolíšc V závislosti predovšetkým od aktivity mikroorganizmov a od zloženia substratu.Obsah organických látok (vyjadrený ako strata žíhaním) v surových čistiarenských kaloch sa pohybuje približne v rozmedzí 50 - 70 /, pri biomase z fermentačných výrob až okolo 90 . Za technologicky stabilizovaný produkt sa považuje kal s obsahom organickej sušiny pod 50 .Hlavnou prednosťou anaeróbnej technológie je transformácia a zošľachťovanie odpadových organických látok do energeticky bohatého bioplynu. Tento poznatok jednoznačne vyplýva z porovnávania bilancie energie a uhlíka pri aeróbnych a anaeróbnych procesoch.Účelom vynálezu je získať čo najmenší podiel tuhćho odpadu a vytvoriť čo najväčšie množstvo bioplynu.Uvedené nevýhody do značnej miery odstraňuje spôsob anaeróbneho spracovania biomasy z výroby antibiotík a výroby aminokyselín, jeho podstata spočíva v tom, že k substratu sa pridáva aktivovaný zahustený kal z čistíame odpadových vôd na dosiahnutie výslednej sušiny substrátu 5 až 15 , potom sa substrát podrobí anaeróbnej mikrobiálnej fermentácii za vzniku bioplynu, kvapalnej zložky a ostávajú zvyšky organickej hmoty.Na spracovanie odpadov z fermentačných výrob je vhodné, keď je substrát vytvorený penicilínovým mycćliorn a treonínovou biomasou, alebo ich zmesou miešanou v rôznych pomeroch.Hlavnou výhodou použitia spôsobu podľa vynálezu je,že biomasa, napr. z výroby penicilínu a treonlnu za určitých deñnovaných podmienok môže byť likvidovaná anaeróbnou technológiou. Tuhá fáza po anaeróbnom mikrobiálnom spracovaní ako stabilizovaný materiál môže byť použitá na kompostovaníe. Kvapalná fáza bude spracovaná v procese aeróbneho čistenia odpadových vôd. Časť bioplynu bude využitá na ohrev a miešanie reakčných zmesí. Zvyšková časť bioplynu môže byť výhodne zužitkovaná na výrobu tepelnej alebo elektrickej energie.Pri spôsobe anaeróbneho spracovania substrátu, napr. biomasy mycelia z výroby penicilínu a biomasy producenta treonínu z výroby aminokyselín podľa vynálezu je vhodné,keď sa subsnát pred anaeróbnym mikrobiálnym spracovaním podrobí zahusteniu na koncentráciu 5 až 15 hmotnostných. Týmto zahustením sa dosialme predĺženie doby zádrže a tým hlbšieho rozloženia organického podielu substratu. V celkovom hodnotení sa zavedením anaeróbnychtechnológií na spracovanie organických odpadov dosiahnu nasledujúce výhody. Výrazne sa zníži množstvo odpadu. Vzniknutý substrát na anaeróbnu fermentáciu je už dokonale stabilizovaný. Vzniká významné množstvo energeticky využiteľnćho bioplynu.Spôsob spracovania biomasy z výroby antibiotík a výroby aminokyselín bol overený na troch druhoch biomasy. Cieľom pokusov bolo zistiť možnosti anaeróbneho rozkladu odpadovej biomasy z výroby treonínu, mycélia z výroby penicilínu a prebytočného aktivovanćho kalu z čistiarne odpadových vôd. Uvedené odpadové materiály sa vyznačujú vysokou koncentráciou chemickej spotreby kyslíka,suspendovaných a rozpustných látok a boli testované jednotlivo i v zmesi v pomere, v akom vznikajú vo výrobe. Vyjadrenć V pomeroch sušiny jednotlivých zložiek produkovaných v 24 hodinových cykloch je to pomer penicilínové mycélium treonínová biomasa aktivovaný kalTesty anaeróbnej rozložiteľnosti testované vzorky známej hodnoty chemickej spotreby kyslíka boli nadávkované do kultivačných nádob, v ktorých bola vopred pripravená zmes anaeróbnych mikroorganizmov (ďalej len inokulum),pufra a mikroživín. Plynový priestor v každej testovacej nádobe je naplnený dusíkom.Testovaná zmes (vzorky, inokulum, pufer, mikroživiny podľa predchádzajúceho opisu) je kultivovaná pri konštantnej teplote 35 °C a je diskontuálne premiešavaná. Produkovaný plyn je v určitých časových intervaloch meraný tlakovými senzormi, alebo objemovo po vyrovnani tlaku v nádobe s atmosférickým tlakom. Testy sú vždy nasadené vo dvojiciach a uvádzané výsledky sú priemerom obidvoch hodnôt. Kvalita bioplynu bola zisťovaná chromatografickou analýzou plynnej fázy a po skončení testu bola stanovená zvyšková hodnota chemickej spotreby kyslíka.Zdrojom anaeróbnej biomasy použitej pri inokulácii bol anaeróbny reaktor spracovávajúci odpadové vody farmaceutického priemyslu, v tomto prípade z výroby antibiotík. Koncentrácia inokula v testoch bola 2,205 g/1 (nerozpustné látky, vyjadrené ako strata žíhaním). Inokulum bolo pred nasadením testov dekantované a premyté pitnou vodou.Tab. 1 Testované vzorky Analytické ukuwntele testovaných uoríekVýsledky testov sú v tab. 2lreonm pcmcilín nhl une množstvo inokula m. mg NIM 235 235 23 5 235 množstvo pridanćlo substritu /mg CHSK 109 ll 64 lol hlnmau summitCHSK - chemická spotreba kyslíka, NLsz - organické nerozpustné látky (strata žíhaním nerozpustných látok).Testy rozložiteľnosti biomasy z výroby treonínu, z výroby penicilínu a testy rozložiteľnosti aktívovaného kalu z čistiame odpadových vôd, ako pre jednotlivé vzorky,i pre zmes vzoriek v reálnych pomeroch výskytu látok dokázali veľmi dobrú anaeróbnu rozložiteľnosť testovanýclíjąlátok. Výťažnosť metánu na jednotku sušiny pridaného substrátu je pre biomasu z výroby treonínu 0,235 l/g pre biomasu z výroby penicilínu 0,374 l/g a pre odvodnený aktivovaný kal 0,53 I/g.V prevádzke dvoch laboratómych reaktorov s účinným objemom každého 4 l, ktoré boli zapojené za sebou ako dvojstupňový systém, a v jednostupňovej prevádzke reaktora s účinným objemom 80 l bol testovaný navrhovaný spôsob spracovania biomasy z výroby antibiotík a výroby aminokyselín a aktivovaného kalu z čistiarne odpadových vôd jednotlivo alebo v zmesi. Takto pripravený subslràt bol umiestnený v spomínaných reaktoroch spolu s inokulom. Reaktory boli prevádzkované pri teplotách 20 - 40 °C, miešané bioplynom. Účinnosť odbťuavania organických látok,vyjadrená ako chemická spotreba kyslíka, bola dosahované viac ako 90 , rrmožstvo organických odpadov, vyjadrených ako sušina, sa znížilo na menej ako 25 , produkcia bioplynu s obsahom metánu na viac ako 70 , v závislosti od podmienok bola 0,5- a 3-násobok účinného objemu reaktorov.V priemyselnej prevádzke sa pripravuje substrát pre anaeróbny reaktor takým spôsobom, že v homogenizačnej nádrži sa zmieša 4,6 m 3 treonínovej biomasy, 3,2 m 3 penicilínového mycélia a k substrátu sa pridáva 23 m 3 zahusteného aktivovaného kalu z čistiarne odpadových vôd. Vzniknutý substrát sa dávkuje do anaeróbneho reaktora s celkovým objemom 1000 m 3, jeho účinný objem je 900 m 3. Do čistiarne odpadových vôd sú prevádzanć aj odpadovékontaminovanć šarže biomasy z výrob antibiotík a aminokyselín, čím je zaistené adaptácia aktivovanćho kalu na substrát. Anaeróbny reaktor pracuje v teplotnom intervale 35 až 38 °C, s časom zádrže 30 dnl, dosahuje účinnosť minimálne 80 , vyjadrenú ako chemická spotreba kyslíka. Výsledná sušina substrátu je 8,3 a denná produkcia bioplynu je viac ako 500 m 3. Tento plyn je odvádzaný na ďalšie využitie, redukované množstvo anacróbneho kalu je vyvažanć na skládku a je určené na kompostovanie. Kvapalná zložka vznikajúca pri anaeróbnom procese je vrátená späť do Čistiarne odpadových vôd. Vyčistená voda z čistiame odpadových vôd je vrátená spat do prírodného obehu.Spôsob anaeróbneho spracovania biomasy z výroby antibiotík a výroby aminokyselín je možné výhodne využiť na redukciu veľkých objemov týchto odpadov, prípadne ďalších druhov odpadovej biomasy z fermentačných výrob,kde anaeróbnou mikrobiálnou fermentáciou vzniká relatívne male množstvo anaeróbne stabilizovaného kalu a bioplynu s vysokým obsahom metánu, viac ako 70 , nízkym obsahom sírovodíka, menej ako l obj., v energeticky zaujímavom množstve.1. Spôsob anaeróbneho spracovania biomasy z výroby antibiotík a výroby aminokyselín, v y z n a č u j ú c i s a t ý m , že k substrátu sa následne pridáva aktivovaný zahustený kal z Čistiarne odpadových vôd na dosiahnutie výslednej sušiny substrátu 5 až 15 , na ktorej sa substrát podrobí anaeróbnej mikrobiálnej fermentácii za vzniku bioplynu, kvapalnej zložky a zvyškov organickej hmoty.2. Spôsob anaeróbneho spracovania biomasy z výroby antibiotík a výroby aminokyselín, v y z n a č u j ú c i s a tý m , že subslrát je tvorený penicílínovým mycćliom a treonínovou biomasou, alebo ich zmesarni, miešanými v rôznych pomeroch.

MPK / Značky

MPK: C12P 37/00, C12P 35/00, C02F 11/02, C12P 13/04

Značky: biomasy, výroby, aminokyselin, anaeróbneho, spôsob, spracovania, antibiotik

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/4-281321-sposob-anaerobneho-spracovania-biomasy-z-vyroby-antibiotik-a-vyroby-aminokyselin.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Spôsob anaeróbneho spracovania biomasy z výroby antibiotík a výroby aminokyselín</a>

Podobne patenty