Спосіб зневоднення біомаси мікроводорості dunaliеlla salina

1. Спосіб зневоднення біомаси мікроводорості Dunaliella salina, що включає її коагуляцію з солями металів з наступним видаленням водної фази, який відрізняється тим, що солі металів додають до попередньо сконцентрованої будьяким шляхом біомаси мікроводорості Dunaliella U 2 (19) 1 3 29196 [Патент на корисну модель 17592, Україна, МПК (2006) С07С 403/00, A23L 1/302, А61К 36/02, заявл. 05.12.2005, опубл. 15.10.2006, Бюл. № 10]. Спосіб передбачає осадження біомаси водорості з вихідної ропи солями металів, зокрема хлорним залізом (III) (1г на 1кг ропи) з подальшим обезводненням отриманого «залізного концентрату» простим віджиманням (наприклад, за допомогою преса), фільтра Бюхнера або центрифугуванням з промивкою етиловим спиртом. До недоліків відомого способу можна віднести такий факт, що комерційне виробництво бетакаротина за даним способом потребує колосальних витрат хлориду заліза (III) (сотні тон), віджимання, фільтрування і центрифугування тих же сотень тисяч кубометрів рідини і призведе до утворення сотень тисяч кубометрів стоків, забруднених іонами заліза (III). Завдання корисної моделі полягає у створенні способу зневоднення біомаси мікроводорості Dunaliella salina шляхом ефективного відділення біомаси від водної фази у спіненому концентраті з використанням коагуляційного та зв'язуючого матеріалів, що дозволяє перетворити концентрат зі стану рідкої суспензії у сполучення агрегацій біомаси та водної фази. Новий спосіб обумовлює легке зневоднення біомаси Dunaliella salina, запобігає її непродуктивним витратам, сприяє підвищенню економічної доцільності подальшого одержання бета-каротину зі зневодненої біомаси шляхом раціонального використання екстрагентів, підвищення екологічності виробництва тощо. Поставлене завдання вирішується таким чином, що у способі зневоднення біомаси мікроводорості Dunaliella salina, який включає коагуляцію останньої з солями металів з наступним видаленням водної фази, корисною моделлю передбачено, що солі металів додають до попередньо концентрованої будь-яким шляхом біомаси мікроводорості Dunaliella salina, яку насичують бульбашками газу, наприклад, повітря, до утворення піни. Для здійснення заявленого способу солі металів вибирають з переліку тих, що утворюють слабкі основи, переважно з солей заліза (II) та (III), солей алюмінію, або їх сумішей. Крім вказаних солей аналогічним чином можуть бути використані солі магнію, кальцію, цинку, міді та інших металів, солі яких зазнають гідролізу за наступною схемою: МеmАnn+nН2 O=mMe(OH)n↓+nHmAn, де Me - метал, An - аніон, n - валентність металу, m - валентність аніона. Згідно з корисною моделлю солі металів додають до реакційної суміші у кількості 0,5-2,5 г/л. Доза коагулянта для ефективного осадження біомаси Dunaliella salina в кожному конкретному випадку залежить від цілого ряду чинників (концентрація біомаси у концентраті, рН концентрату, вміст води в солі металу (деякі з них - досить гігроскопічні). Тому, перед доданням коагулюючого агента (солі металу) у спінений концентрат вважається за доцільне провести процедуру дослідного коагулювання, як це 4 прийнято в практиці водоочищення, з метою визначення оптимальної дози, яка дає максимальне зв'язування біомаси і мінімальну залишкову кількість іона металу у воді. Для бводного хлориду заліза (III) діапазон робочих концентрацій, в якому потрібно шукати оптимум при дослідному коагулюванні, становить 0,5-2,5 г/л. Корисною моделлю передбачено, що одночасно з солями металів бажано, але не обов'язково, додавати зв'язуючий дрібнодисперсний матеріал. В якості такого матеріалу може бути використаний мінерал магнетит з середнім розміром часток 100 мкм. Експериментальним шляхом доведено, що при сумісному використанні солей металів та зв'язуючого дрібнодисперсного матеріалу, зокрема магнетиту, їх додають до реакційної суміші у кількості відповідно 0,25-1,25 г/л та 50 г/л. Суттєвою відзнакою способу, відмінною від ознак прототипу, є насичення вихідного концентрату біомаси мікроводорості Dunaliella salina бульбашками газу, зокрема, повітря, до утворення піни, наприклад, шляхом продування повітря крізь концентрат за допомогою будь-якого відомого пристрою. Експериментальним шляхом визначено, що при додаванні солей металів до ропи з вмістом Dunaliella salina (випадок прототипу) та до спіненого концентрату (флотоконцентрату) біомаси Dunaliella salina (заявлений спосіб) утворений коагулят вихідної ропи дуже повільно осідає, тоді як коагулят флотоконцентрату досить швидко спливає і концентрується на поверхні і відразу під поверхнею рідини. Причому, концентрування коагулята відповідно веде до зниження вмісту в його масі води і солей в мірі, достатній для проведення ефективній екстракції (більш ніж в 4 рази в порівнянні з початковим флотоконцентратом). Це спостереження виявилося досить несподіваним, факт неочевидним і невідомим ні з практики водоочищення, ні з практики біотехнології. Відповідно, заявлений спосіб має ознаки неочевидності і новизни. Численні експерименти показали, що спливає коагулят, отриманий тільки з флотата і тільки живих, активно фотосинтезуючих клітин, тобто за коагулювання рідкої фази, насиченої газами. Те, що сплиття коагулята викликане насиченням газами додатково підтверджується тим, що центрифугування коагулята флотоконцентрата приводить до сепарації газової, рідкої і твердої фази, виділення пухирців газу і осідання зневодненого коагулята. Як варіант, заявлений спосіб передбачає сумісне використання солей металів (коагулюючі агенти) зі зв'язуючим дрібнодисперсним матеріалом. При контакті коагулюючи х агентів з різноманітними дрібнодисперсними матеріалами (освітлювачами) відбувається укрупнення часток коагулята за рахунок їх зв'язування з освітлювальною загрузкою, що приводить до більш ефективного відділення коагульованого 5 29196 матеріалу від рідкої фази. Як освітлювачі використовуються такі мінерали як кварцовий пісок, гравій, керамзит, антрацит, граніт, піролюзит, шунгізит, гранодіорит, кліноптилоліт, а також вулканічні і доменні шлаки, горілі породи тощо. Причому, хімічна природа загрузки не так важлива, як розмір часток, який повинен бути досить дрібним, щоб забезпечити розвинену поверхню зв'язування. Особливе місце серед контактних загрузок займає феромагнітний матеріал магнетит Fе3О4 , оскільки його осадженням і властивостями можна управляти за допомогою магнітного поля, а також здійснювати його транспортування за допомогою магнітного поля. При використанні магнетиту в якості освітлюючого агента бажано як коагулянт використовува ти солі заліза (III), оскільки гідроксид заліза (III), що утворюється, як і магнетит, володіє слабкими магнітними властивостями і краще зв'язується з магнетитом. Заявлений спосіб забезпечує е фективне розділення водної фази та біомаси Dunaliella salina. Виділення водної фази може бути здійснено одним з наступних методів або їх комбінацією. Центрифугування. Здійснюється за допомогою освітлюючих або розділяючих центрифуг з тр убчастим ротором, що забезпечують фактор розділення не менше 18000. - Фільтрування. Здійснюється за допомогою листових (мішкових), нутч або друк-фільтрів з лавсановою фільтрувальною тканиною з діаметром пір не менше 10 мкм, що працюють під тиском не менше 2 атмосфер. - Віджимання. Здійснюється з використанням пресу, що відповідає умовам здійснення способу. При використанні магнетиту віджимання здійснюється з використанням постійних магнітів або магнітного барабанного сепаратора. Заявлений спосіб дозволяє у 200-600 разів у порівнянні з прототипом знизити об'єм стічних вод, що потребують очищення від солей металів. Корисна модель ілюструється прикладами. Приклад 1. У ємність відстійника заливали 50 л флотоконцентрата біомаси з концентрацією бета-каротина 320 мг/л і одночасно вносили 20 г FеСl3·6Н2О і 2,5 кг магнетиту з розміром часток 100 мкм. Вмикали мішалку (частота обертання 300 об./хв). Через 3 хв. вимикали мішалку і відразу починали зливати осадок осілого магнетита. Після того, як надходження магнетиту зі зливу припинилося, визначали вміст бета-каротина в магнетиті, який становив 5,9 г на 1 кг магнетиту. Об'єм осадка - приблизно 800 мл. Осадок екстрагували 30 л етилацетату і отримали екстракт з концентрацією бета-каротина 493 мг/л. Вихід бета-каротина становив 92 %. Приклад 2. Було проведено оцінку ефективності використання заявленого способу при одержанні бета-каротину у порівнянні з прототипом та іншими відомими способами. Досліди проводили з використанням центрифуги ОТР 101. Підготували 5 проб: вихідної ропи з оз. Змієво, флотоконцентрата, коагулята ропи з хлорним залізом (прототип), коагулята 6 флотоконцентрата з хлорним залізом (заявлений спосіб) і коагулята концентрата з хлорним залізом і магнетитом (заявлений спосіб). Проби вводили в центрифугу зі швидкістю 0,5 л/хв. Характеристика проб і результати експерименту наведені в таблиці. Проба 1 2 3 4 5 ропа флотоконцентрат коагулят ропи (прототип) коагулят флотоконцентрату (заявлений спосіб) коагулят флотоконцентрату з магнетитом (заявлений спосіб) 25 25 25 Концентрація бета-каротину, мг/л 2 250 2 25 250 2 25 250 2, Об'єм проби, л Аналіз даних таблиці свідчить про високий рівень зневоднення біомаси Dunaliella salina при здійснені заявленого способу на відміну від прототипу (порівняння об'єму осаду для проб №3 та №4-5). Відповідно за виходом бета-каротину в осаді показники заявленого способу перевищують показники прототипу. Таким чином, заявлено спосіб зневоднення біомаси мікроводорості Dunaliella salina, який дозволяє ефективно видалити воду з розчиненими у ній солями з концентрату біомаси і сприяє підвищенню результативності наступної екстракції бета-каротину та зменшенню витрат екстрагента. Об осад 0,0 1, 0,0