一種從發(fā)酵廢液中富集菌體的方法及其裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微生物菌體分離領(lǐng)域，具體涉及一種從發(fā)酵廢液中富集菌體的方法及其裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來新興的含碳?xì)怏w微生物發(fā)酵法生產(chǎn)乙醇等化工品的技術(shù)，其發(fā)酵工藝特點(diǎn)是發(fā)酵液中乙醇濃度低。傳統(tǒng)糧食發(fā)酵法的發(fā)酵液中乙醇濃度約12?13%，發(fā)酵后的發(fā)酵液中不溶性顆粒有菌體、發(fā)酵未利用完的蛋白渣和淀粉顆粒、泥沙雜質(zhì)等，不溶性顆?？傆?jì)約40g/升發(fā)酵液。含碳?xì)怏w微生物發(fā)酵法的發(fā)酵液中乙醇濃度僅4?5%，其發(fā)酵液特點(diǎn)是發(fā)酵液中的不溶性顆粒僅為菌體，而且菌體尺寸小、濃度低(發(fā)酵液中菌體濃度約5?15g/升發(fā)酵液)。
[0003]含碳?xì)怏w微生物發(fā)酵法的發(fā)酵液首先經(jīng)過精餾分離出乙醇產(chǎn)品，精餾塔底部的發(fā)酵廢液中含有微量的菌體，目前的工藝設(shè)計(jì)中還未涉及對(duì)這種發(fā)酵廢液中的菌體進(jìn)行分離利用。但針對(duì)這種菌體的化學(xué)分析表明，菌體蛋白含量非常高，可以作為一種高附加值的副產(chǎn)品分離出來，用作動(dòng)物飼料或者植物氨基酸肥料。
[0004]常用來分離微生物發(fā)酵廢液中菌體的方法有板框壓濾分離、膜分離和高速離心分離。板框壓濾分離方法往往需要加入絮凝劑等化學(xué)藥品，對(duì)于需要將菌體作為產(chǎn)品的發(fā)酵技術(shù)而言，絮凝劑的加入會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量甚至得不到預(yù)期的產(chǎn)品；對(duì)于微生物菌體而言，板框壓濾分離的缺陷是隨著過濾進(jìn)行，很快就出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，而且由于微生物菌體蛋白的彈性特點(diǎn)，且沒有剛性顆粒等助濾劑來增加濾餅剛性，如果增大過濾推動(dòng)力反而使得原本極細(xì)微的過濾通道被菌體蛋白擠壓得更小，因此出現(xiàn)越壓越堵塞的情況。此外，對(duì)于菌體濃度低的含碳?xì)怏w微生物發(fā)酵液，如果前端沒有初步脫水濃縮富集工藝，直接采用板框壓濾分離，裝置規(guī)模將會(huì)非常龐大。
[0005]膜分離技術(shù)適合低濃度菌體的初步濃縮脫水，但是膜分離存在一次投資大的缺點(diǎn)，而且需要定期清洗膜來維持較高的過濾通量，同樣的道理，含碳?xì)怏w微生物發(fā)酵液中的菌體分離，膜分離裝置也會(huì)非常龐大。
[0006]高速離心分離的缺陷是投資高，耗能也很高，對(duì)于菌體濃度低的大批量發(fā)酵廢液，將約占發(fā)酵廢液重量95%的水在離心機(jī)中高速旋轉(zhuǎn)，需要消耗大量電能。
[0007]因此，對(duì)于含碳?xì)怏w微生物發(fā)酵廢液中低濃度菌體的富集，必須結(jié)合發(fā)酵工藝和發(fā)酵液的特點(diǎn)，尤其是針對(duì)菌體的特性，分段設(shè)計(jì)，不同含水量的發(fā)酵液采用不同的分離方法進(jìn)行，才能做到合理經(jīng)濟(jì)地分離出菌體蛋白副產(chǎn)品，進(jìn)一步提高整個(gè)含碳?xì)怏w微生物發(fā)酵法生產(chǎn)乙醇等化工品的工藝價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種從發(fā)酵廢液中富集菌體的方法及其裝置，從菌體濃度低的微生物發(fā)酵廢液中初步脫水濃縮富集菌體，最終得到菌體含量為25?40wt%的菌體塊，具有能耗低、工藝過程簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。
[0009]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0010]—種從發(fā)酵廢液中富集菌體的方法，從低濃度菌體的發(fā)酵廢液中脫水濃縮富集菌體，其包括如下步驟:
[0011]將發(fā)酵廢液加熱至55?80°C，加熱后的發(fā)酵廢液進(jìn)行自然沉降分離，得到清液和懸濁液，對(duì)懸濁液再進(jìn)行旋液分離，進(jìn)一步濃縮成稠密的懸濁液；最后，將稠密的懸濁液進(jìn)行壓濾分離，得到濕潤(rùn)的塊狀菌體餅，壓出液送入污水處理系統(tǒng)；
[0012]其中，所述發(fā)酵廢液中菌體濃度為5_15g/升發(fā)酵廢液；自然沉降分離后得到的清液、旋液分離后得到的清液返回到發(fā)酵廢液中重新分離或輸送到污水處理系統(tǒng)。
[0013]進(jìn)一步，所述自然沉降分離的沉降時(shí)間為I?10分鐘。
[0014]又，所述自然沉降分離后得到的懸濁液中菌體質(zhì)量濃度為16?48g/升懸濁液。
[0015]所述離心分離后得到的稠密的懸濁液中菌體質(zhì)量濃度為50?152g/kg稠密的懸濁液。
[0016]再，所述壓濾分離后得到濕潤(rùn)的塊狀菌體中含水量為60?75wt%，菌體含量為25 ?40wt % ο
[0017]本發(fā)明所述的從發(fā)酵廢液中富集菌體的裝置，其包括，加熱器，其上設(shè)置廢液進(jìn)口、廢液出口，所述加熱器的廢液進(jìn)口通過管道連接發(fā)酵廢液源；靜置罐，其上部分別開設(shè)物料進(jìn)口、清液出口及位于底部的懸濁液出口 ；所述靜置罐的物料進(jìn)口通過管道連接所述加熱器的廢液出口，該物料進(jìn)口管道中設(shè)有第一流量調(diào)節(jié)閥；所述靜置罐的清液出口通過管道連接清液處理系統(tǒng)，該清液出口管道中設(shè)有第一在線濁度分析儀和第二流量調(diào)節(jié)閥；旋液分離器，為一倒錐形筒體結(jié)構(gòu)，其筒體內(nèi)壁上設(shè)有螺旋通道；所述旋液分離器側(cè)壁上設(shè)有懸濁液進(jìn)口，該懸濁液進(jìn)口與螺旋通道的上端口連通；所述旋液分離器的懸濁液進(jìn)口通過管道與靜置罐的懸濁液出口連接，該懸濁液進(jìn)口管道中設(shè)有第三流量調(diào)節(jié)閥；所述旋液分離器的底部設(shè)有懸濁液出口，該懸濁液出口通過管道連通懸濁液處理系統(tǒng)；所述旋液分離器上部的側(cè)壁上設(shè)有清液出口，所述旋液分離器的清液出口通過管道連接清液處理系統(tǒng)，該清液出口管道中設(shè)有第二在線濁度分析儀和第四流量調(diào)節(jié)閥；控制器，所述第一?第四流量調(diào)節(jié)閥，第一、第二在線濁度分析儀分別電性連接該控制器。
[0018]進(jìn)一步，還包括第一抽出栗，其設(shè)置于靜置罐的清液出口管道中、且位于第二流量調(diào)節(jié)閥出口側(cè)。
[0019]又，本發(fā)明還包括第二抽出栗，其設(shè)置于旋液分離器的清液出口管道中、且位于第四流量調(diào)節(jié)閥出口偵U。
[0020]更進(jìn)一步，本發(fā)明還包括第三抽出栗，其設(shè)置于旋液分離器的懸濁液進(jìn)口管道中，且位于第三流量調(diào)節(jié)閥進(jìn)口側(cè)。
[0021]又，本發(fā)明還包括第四抽出栗，其設(shè)置于旋液分離器的懸濁液出口管道中。
[0022]再，所述控制器包括第一、第二控制器，所述第一、第二流量調(diào)節(jié)閥、第一在線濁度分析儀分別電性連接所述第一控制器；所述第三、第四流量調(diào)節(jié)閥、第二在線濁度分析儀分別電性連接所述第二控制器。
[0023]優(yōu)選的，所述靜置罐內(nèi)設(shè)置一攪拌機(jī)。
[0024]本發(fā)明通過自然沉降分離、旋液分離和壓濾分離三種不同的工藝手段串聯(lián)集成，將菌體濃度為5?15g/升發(fā)酵廢液的發(fā)酵廢液脫水，得到菌體含量為25?40wt%的菌體塊，其中，加熱、自然沉降分離、旋液分離通過所述從發(fā)酵廢液中富集菌體的裝置實(shí)現(xiàn)，該裝置使用時(shí)，微生物菌體濃度低的發(fā)酵廢液通過加熱器加熱后，進(jìn)入靜置罐進(jìn)行自然沉降分離，得到清液和懸濁液，清液由靜置罐的清液出口輸送到清液處理系統(tǒng)，懸濁液進(jìn)入旋液分離器進(jìn)行旋液離心分離，再次得到清液和菌體濃度較高的稠密的懸濁液，清液由旋液分離器的清液出口輸送到清液處理系統(tǒng)，稠密的懸濁液進(jìn)入懸濁液處理系統(tǒng)進(jìn)一步進(jìn)行壓濾分離及后續(xù)處理。
[0025]本發(fā)明在菌體分離前先將發(fā)酵廢液加熱到55?80°C，使菌體蛋白變性，從肉眼不可見狀態(tài)到呈絮狀聚集態(tài)，并利用55?80°C溫度下變性蛋白容易沉降分離的特點(diǎn)，經(jīng)過I?10分鐘的自然沉降，除掉大部分水，減輕后序脫水負(fù)荷，自然沉降后得到清液和懸濁液:以菌體濃度1g/升發(fā)酵廢液為例，經(jīng)過自然沉降，得到的懸濁液中菌體質(zhì)量濃度為33g/升懸濁液，菌體濃度提高了 3.3倍；再對(duì)沉降分離后得到的懸濁液進(jìn)行旋液分離，得到清液和更濃的懸濁液，經(jīng)過前兩級(jí)分離后，懸濁液已經(jīng)變得比較稠密；之后將旋液分離得到的稠密的懸濁液進(jìn)行壓濾分離處理，經(jīng)過機(jī)械擠壓得到塊狀菌體。
[0026]本發(fā)明針對(duì)發(fā)酵廢液中菌體濃度處于低、中、高三個(gè)不同濃度級(jí)別時(shí)，相應(yīng)采用自然沉降分離、旋液分離、壓濾分離三種不同方法來實(shí)現(xiàn)分離，每一種方法都有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，最終實(shí)現(xiàn)從低菌體濃度的發(fā)酵廢液中富集獲得菌體含量為25?40wt%的塊狀菌體。
[0027]由于現(xiàn)有的含碳?xì)怏w微生物發(fā)酵產(chǎn)乙醇以及其他化學(xué)品工藝中產(chǎn)生的發(fā)酵廢液中菌體的氮?dú)浔冗^高，若送入下游污水處理系統(tǒng)去發(fā)酵產(chǎn)沼氣，不僅不能得到預(yù)期產(chǎn)量的沼氣，而且加大了污水處理單元的負(fù)荷，增大了運(yùn)行費(fèi)用。
[0028]而本發(fā)明將該發(fā)酵廢液在進(jìn)入污水處理系統(tǒng)之前將其中的菌體分離出來，可以很好地解決這個(gè)問題，并能將富集得到的菌體用來制動(dòng)物蛋白飼料或者植物需要的氨基酸肥料，進(jìn)一步提升了整個(gè)含碳?xì)怏w微生物發(fā)酵工藝的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
[0029]本發(fā)明的有益效果:
[0030]本發(fā)明根據(jù)發(fā)酵廢液中菌體濃度隨著分離處理不斷提高的特點(diǎn)，提出了分級(jí)濃縮富集的方法，對(duì)不同濃度的發(fā)酵廢液采用不同的分離方法，合理經(jīng)濟(jì)地分離出菌體蛋白副產(chǎn)品，進(jìn)一步提高整個(gè)含碳?xì)怏w微生物發(fā)酵法生產(chǎn)乙醇等化工品的工藝價(jià)值，具有工藝流程和裝置簡(jiǎn)單、脫水效果明顯、無高耗能設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0031]圖1為本發(fā)明實(shí)施例從發(fā)酵廢液中富集菌體的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖2為本發(fā)明實(shí)施例中旋液分離器的剖面圖示意圖。
[0033]圖3為本發(fā)明實(shí)施例的工藝流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例來對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步闡述。
[0035]參見圖1、圖2，本發(fā)明的從發(fā)酵廢液中富集菌體的裝置，其包括，加熱器1，其上設(shè)置廢液進(jìn)口 101、廢液出口 102，所述加熱器I的廢液進(jìn)口 101通過管道連接發(fā)酵廢液源100 ;靜置罐2，其上部分別開設(shè)物料進(jìn)口 201、清液出口 202及位于底部的懸濁液出口 203 ；所述靜置罐2的物料進(jìn)口 201通過管道連接所述加熱器I的廢液出口 102，該物料出口管道中設(shè)有第一流量調(diào)節(jié)閥3 ;所述靜置罐2的清液出口 202通過管道連接清液處理系統(tǒng)200，所述靜置罐2的清液出口管道中設(shè)有第一在