Способ получения флокулянта из активного ила — SU 1733477 (original) (raw)
)5 С 13 К 1/О Т ЗОБ И ОПИСА СВИДЕТЕЛЬСТВУ АВТОР ЛЯНТ(54) С ИЗ АК (57) Ис ологич но-др изобр активн серно 0,4% в кроби- ролизщность пензии тствии менее кина,ле, Осажд ют нуклеиКомпл полученн жет быть как выдел инизации ют. ыделя(Лров,такаотеру ожет быть исбразующийся сточных вод тного спонтом биоГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Кировский биохимический завод(56) Авторское свидетельство СССРМ 563423, кл. С 07 О 7/00, 1975. Изобретение относится к способам флокулянтов из активного ила (АИ), которые могут быть использованы для осаждения взвешенных веществ водных суспензий, в частности для осветления гидролизатов растительного сырья от лигногуминовых веществ в микробиологической промышленности,Известно применение в качестве флокулянта для очистки воды биомассы клеток микроорганизмов.Такие флокулянты из-за низкой эффективности расходуются в большом количестве.Интерес представляет использование биомассы микроорганизмов, которые являются отходами производства или побочными продуктами.В качестве флокулянта мпользован избыточный АИ, опри биохимической очистке(СВ).Известен метод получения флокулянта из АИ путем экстракции последнего раствором комплексообразующего агента (ЭДТА, нитрилотриуксусная кислота) добавлением к экстракту 1%-ного раствора йаС в этано.Ы 2 1733477 А 1 ПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФЛОКУТИВНОГО ИЛАпользование: предприятия меской промышленности, в гиожжевом производстве. Сутения; проводят гидролиз сусого ила при 150-1800 С в прискислоты с концентрацией нтечение 2 ч. 4 ил 4 табл. ают продукт, из которого вновые кислоты,екс внеклеточных биополимеый по указанному способу, н эффективным флокулянтоменные белки в процессе депр нуклеиновых кислот денатур Известен способ получения не растворимых в воде флокулирующих биополимеров из АИ, По этому способу АИ экстрагируют раствором комплексообразующего вещества, например 2%-ным этилен- Ь диаминтетраацетатом, экстракт,4 обрабатывают 2%-ным раствором МаС визопропиловом спирте, отделенный осадок рвстворвют в вода и обрабатывают соловым ); раствором, содержащим ионы многовалентных металлов, например М 9, Са, в количестве 0,05 - 0,125 мг-экв/мг осадка высаживают целевой продукт при 4-20 С.Выход флокулирующих биополимеров составляет 30% от сухого веса использованно- го ила.Одним из недостатков извба является обработка экстрассы АИ,Кроме того, способ основан на многоступенчатой технологии.Для осуществления отдельных стадий требуется разработка специального оборудования, например, экстрактора, охлаждающей установки,Реагенты для экстракции и высаливанля выпускаются промышленностью в ограниченном количестве, которого не хватает для реализации способа даже на одном заводе,Выделяемый из экстракта полупродукт представляет собой осадок коллоидного типа и характеризуется низкими седиментационными и фильтрационными свойствами, г.е, создаются трудности в выделении осада из экстракта.Таким образом, получению флокулянта из АИ предшествует сложный процесс сгущения АИ, обработки биомассы химическими реагентами и многократное выделение образующих осадков,Недостатком способа является также то, что он обеспечивает только частичное использование биомассы АИ, Известным способом экстракции извлекаются лишь внеклеточные флокулирующие полимеры. Выход продукта составляет 300/О от сухого веса использованного активного ила, т,е, 30 , сухих веществ АИ используются, а 70 О являются отходами,Кроме того, в процессе получения флокулянта используются реагенты, которые создают дополнительные отходы, При этом биомасса АИ ни перед экстракцией, ни после зкстракции не проходит тепловую обработку, т.е. отсутствует экологическая чистота.Цель изобретения - повышение флокулирующей способности целевого продукта и упрощение способа,Поставленная цель достигается путем кислотного гидролиза суспензии АИ (1,5;4 а,с.в,) после вторичных отстойников очистных сооружений в присутствии серной кислоты с концентрацией не менее 0,4 О при 150-180 С в течение 2 ч.Проведение гидролиза АИ по указанному режиму позволяет получить в гидролизате АИ биополимерные вещества, способствующие осаждению лигногуминовых веществ в нейтрализованном гидролизате растительного сырья.АИ сложен по составу и представляет собой ассоциацию микроорганизмов, биомасса которых в основном содержит белки, киры и жироподобные вещества,микроэлементы и минеральные вещества, обнаружены и витамины,Характеристика суспензии АИ с вторичных отстойников очистных сооружений Кировского биохимического завода приведенав табл, 1,5 При термокислотной обработке суспензии АИ более глубоко протекает деструкциякомпонентов биомассы, происходит деструкция белков до аминокислот и пептидов,10 В процессе кислотного гидролиза АИпроисходит также деструкция клеточныхстенок микроорганизмов, имеющих высокую механическую прочность, В результатедействия термохимических факторов силь 15 но увеличивается проницаемость клеточныхстенок, что приводит к выделению внутриклеточных биополимеров с большой мол.массой, Получается комплекс биополимерных флокулирующих соединений, которые20 обеспечивают высокую степень очистки отвзвешенных веществ дисперсной системыразличного типа,Такой результат не может быть достигнут методом экстракции, при котором из 25 влекают лишь внеклеточные биополимеры.Получение эффективного флокулянта изАИ по предлагаемому способу достигаетсяправильным выбором температуры, количества кислоты и продолжительности гидроли 30 за для разрушения клеточных оболочек имакромолекул АИ,Были исследованы различные режимыгидролиза АИ при разнообразных сочетаниях параметров. Изучено влияние парамет 35 ров на степень деструкции биомассы АИ ифлокулирующие способности ГАИ, получаемых при следующих условиях: температура120-180 С; концентрация Н 2504 0,1-1,0продолжительность гидролиза 1-4 ч,40 Глубину гидролиза биомассы АИ оценивали по количеству взвешенных частиц(а.с,в., г/л) до и после гидролиза, Необходимую степень расщепления биомассы АИоценивали как по глубине гидролиза, так и45 по эффективности действия гидролизатовАИ (ГАИ) в процессе осветления нейтрализатор растительного сырья,На фиг, 1 и 2 представлены зависимостиколичества прогидролизованной массы АИ50 от условий гидролиза,Из графиков видно, что при кислотности0,2-0,25 О для максимального гидролиза биомассы АИ (78-80) достаточно термообработки в течение 2 ч при 130 С. Дальнейшее55 увеличение температуры существенноговлияния на степень гидролиза биомассы неимеет. Чем выше температура, тем ближерасположение кривых. При 170 и 180 С онипрактически совпадают, Поэтому верхнимтемпературным пределом в процессе гидролиза АИ является значение 180 С, Дальнейшее увеличение температуры экономически неэффективно.При кислотности 0,4-0,5% для максимального гидролиза биомассы АИ достаточно термообработки в течение 1 ч при 130-180 С.Наибольшую степень деструкции биомассы АИ 80-83% и максимальное содержание аминокислот 64-102 мгоимеют ГАИ, полученные в процессе гидролиза при 130- 180 С с концентрацией кислоты не менее 0,4 ов течение 2 ч.Характеристика получаемых ГАИ дана в табл. 2. Приведенное в табл. 2 количество аминокислот отражает суммарное содержание 17 аминокислот,При этих же условиях оценивались флокуляционные свойства ГАИ.На фиг. 3 представлены зависимости количества неосадившихся веществ нейтрализованных гидролизатов растительного сырья от условий получения ГАИ.Чем выше температуры гидролиза, тем меньше неосадившихся веществ. Кривая 1 (значение 130 С) лежит выше кривых 3 и 5 (значения 150 и 180 ОС), Кривые 3 и 5 расположены близко друг к другу, Поэтому значение 150 С является нижним пределом, а 180 С - верхним пределом.Перелом кривых наблюдается при кислотности 0,4-0,5 о . Дальнейшее увеличение кислотности не влияет на скорость осаждения лигногуминовых веществ, Поэтому данная концентрация является нижним пределом, Повышение дозы ГАИ также способствует увеличению скорости отстаивания лигмогуминовых веществ,На фиг, 4 представлена зависимость флокуляционных свойств ГАИ от времени гидролиза,Проверка флокуляционных свойств ГАИ, полученных при данных условиях термообработки, но при более длительном времени (2 ч) показала, что увеличение времени обработки биомассы АИ способствует повышению флокуляционных свойств,Проведена сравнительная оценка эффективности флокулянтов, полученных по предлагаемому и известному способам. Результаты исследований представлены в табл. 3.Иэ табл. 3 следует, что флокулянт по предлагаемому способу более эффективен при использовании в процессе осветления нейтрализованных гидролизатов растительного сырья. В течение 1 ч количество неосадившихся лигногуминовых веществ в контрольном опыте составило 8,6%, при использовании ГАИ 2,8% и флокулянта, полученного по известному способу, 6,7 о ,Количество ГАИ, добавляемого к нейтралиэату, влияет не только на эффектив 5 ность его действия, но и надоброкачественность нейтралиэата, Осветленный нейтрализат направляется на биохимическую переработку, являясьпитательной средой (суслом) для выращива 10 ния кормовых дрожжей,ГАИ сам по себе является питательнойсредой, содержащей не только белки, но исахара, аминокислоты, пептиды, витамины,марко- и миКроэлементы, необходимые для15 роста и развития различных микроорганизмов.По своему составу ГАИ очень близок ксоставу нейтрализатов растительногосырья. Поэтому добавление ГАИ в нейтрали 20 зат для флокуляции лигногуминовых веществ не может существенно изменить егохарактеристики, а лишь повышает питательную ценность, К тому же ГАИ содержит биостимуляторы роста микроорганизмов25 (витамины, аминокислоты, микроэлементы).Данные табл,4 отражают выход белковыхкормовых дрожжей в процессе выращивания последних на среде с добавлением ГАИи без него,30 Среду готовили на основе производственного сусла, разбавленного водой до содержания редуцирующих веществ (РВ)1,2%. В исследуемую среду добавляли 5, 10и 15 е ОГАИ от общего объема питательного35 субстрата.В качалочные колбы объемом 750 млразливали по 50 мл исследуемой среды, засевали одинаковое количество биомассы,Выращивание культуры производили втече 40 ние 18-20 ч при 36-38 С на качалках в трехповторностях. Концентрацию биомассы определяли весовым методом по прессованным дрожжам с последующимопределением сухого вещества в них,45 Результаты исследований показывают,что кроме флокуляционных свойств, ГАИ повышает питательную ценность осветляемыхнейтрализатов.Добавление ГАИ в объеме 5-10% к пита 50 тельному субстрату позволяет повысить выход биомассы от заданного субстрата (табл,4) на 1 2-11 1 о Повышение дозы до 15 не дает положительного эффекта,55 Из данных табл. 4 видно, что ГАИ, получаемые при 150-180 С с кислотностью 0,40,5 ои вводимые в объеме 5-10 от субстрата,приводят к увеличению выхода абсолютносухих дрожжей от РВ, способствует более1733477 Таблица 1Физико-химические показатели суспензии активногоила Кировского биохимзавода 1Ко зв 1че,8 полной утилизации РВ и не снижают доброкачественности очищаемых нейтрализатов,Для эффективного осветления нейтрализата следует принять количество ГАИ равным 10 об.;ь от субстрата (питательной среды).Предлагаемый способ получения флокулянта из АИ, а также применение его для более эффективного осветления субстрата технологически прост и позволяет использовать известное оборудование для гидро- лиза, нейтрализации и осветления, а также химикаты, применяемые в гидролизнодрожжевом производстве,Предлагаемый способ позволяет полностью утилизировать многотоннажный отодПри реализации способа не требуется предварительное сгущение суспензии АИ, а следовательно дополнительные затраты,Предлагаемый способ утилизации АИ в гидролизно-дрожжевом производстве является самым перспективным и дешевым.П р и м е р 1. Суспензию АИ гидролизуют в присутствии серной кислоты с концентрацией 0,4 О при 150 С в течение 2 ч.Б гидролизат растительного сырья, разбавленный при 88-90 С биоокисленной бражкой до РВ = 1,8, добавляют ГАИ в количестве 10 от общего объема смеси. Смесь при 75-80 С нейтрализуют 25-ным водным раствором аммиака до рН 4,1-4,2 и аэрируют при 45-50 С в течение 30 мин,Смесь перемешивают, разливают в цилиндры емкостью 250 см, помещают в термостатзпри 40 С втечение 60 мин, затем надосадочную жидкость декантируют.5 Эффективность флокуляции характеризуют осветлением надосадочной жидкости,выраженным величиной взвешенных веществ над осадком.Параллельно проводят контрольный10 опыт без добавки ГАИ.Количество неосадившихся взвесей внадосадочной жидкости: с введением флокулянта 4,6 ; без флокулянта 13,8 .П р и м е р 2. Суспензию АИ гидролизу 15 ют в присутствии серной кислоты с концентрацией 0,4 ф при 180 С в течение 2 ч,Смешение и нейтрализацию ГАИ с гидролизатом растительного сырья проводятаналогично примеру 1, добавляя ГАИ в коли 20 честве 10 О к объему субстрата, Нейтрализованную смесь отстаивают,Количество неосадившихся взвесей внадосадочной жидкости: с введением флокулянта 4,2; без флокулянта 11,7 ,25 Формула изобретенияСпособ получения флокулянта из активного ила, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с.целью повышения флокулирующей способности целевого продукта и упрощения способа,30 флокулянт получают путем обработки активного ила серной кислотой с концентрацией неменее 0,4 при 150-180 в течение 2 ч,.1 ол 0г 4 л - 4 ОЭ оса оа - (т .1 г г., м - ол л л оооо 1ЮЮО ЮОО юмм МО 0л е, л с е . .;.Г 3 .О 3 СОСО М С 31 Ок -"Г О л с е ОООМ О (Ч О О 3 лв - 1 ке - 1 О 03 03 О СО СО 0 С 0 СО 1 ОО- ОО ООО 1 лл с л л к ООО ООО ООО 1 1 1 1 1 ООО 1 СГ М 3 - 1 л в е 1 М1 1 3 1 1 1 1 3 О ЮЮ ЮОЮ ЮЮЮ 1(е 3е ГЧМ Ме - 1 с ллл л л ЮЮЮ ЮЮЮ ЮЮЮ 1 1 1 1 1 СОСОе- ЮЮ ГЧ Се 3 3 Ч 1.лл е к л е-Т 1 кк Гл ОСО Ю Ю Ю 1 ЮЮ 2 Т -И ЮЮЮ 1 1 1 1 1 200 СО-СО О О 1 ООО ЙММ ООО 1 лл е л к л л 1 0 .0 .Л б Ю Ю е.о с 0 3 1 1 1 1-3 С С-- е 1 е к л к л , л ООО ООО 1 1 1 1 1 1 1 ЮЮО ОММ ООО 1га/роланда юлгралу оставитель В, Сушкехред М.Моргентал ектор Т. М ор А. Огар Тираж Подписное И Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5