Барабанные вакуум-фильтры

В них непрерывно осуществляется снятие внешнего тонкого намывного слоя с осевшим осадком, что постоянно обновляет фильтровальную поверхность. Лучше всего для работы с намывным слоем подходит барабанный вакуум-фильтр, в котором непрерывно проходят последовательные операции фильтрации, подсушки, промывки и отделения осадка, а также регенерации ткани и намывного слоя осадка. Как и при отстаивании, обработка жидкости перед фильтрацией повышает скорость фильтрации. В биотехнологии используют следующие способы обработки:

- тепловая коагуляция (нагрев жидкости с частичной инактивацией целевого продукта);

- кислая коагуляция (подкисление жидкости, что также часто неблагоприятно влияет на целевой продукт и вызывает его потери);

- реагентная коагуляция (солями железа, алюминия);

- флокуляция (полиэлектролитами);

- добавление наполнителей (порошков, образующих зерна, или ионов, образующих нерастворимые осадки с веществами, растворенными в суспензии).

Преимущества и недостатки фильтрации через намывной слой порошка по сравнению с отстаиванием или сепарацией.

Преимущества.

С помощью фильтрации получают более обезвоженные осадки (20 - 40 % по сухой массе), чем при отстаивании или сепарации.

Недостатки.

Проблематично использовать фильтрацию с намывным слоем, если целевым продуктом является сама биомасса или внутриклеточные продукты из нее. Даже если целевой продукт находится в фильтрате, возникает проблема утилизации загрязненного биомассой порошка. Скармливать животным перлит, диатомит нежелательно. Регенерировать порошки отжигом биомассы в печах можно, но это энергоемко и при этом часто нарушаются фильтровальные свойства порошков. Если использовать более мягкие порошки (отруби, древесную муку), то осадок с биомассой можно использовать как корм. Однако эти порошки имеют худшие фильтровальные свойства.

Флотация

Флотация - это выделение клеток микроорганизмов из культуральной жидкости за счет адгезии (прилипания) микроорганизмов к поднимающимся в жидкости пузырькам воздуха и затем сбора пены и ее конденсации (коалесценции). Обычно чем меньше пузыри, тем медленнее они поднимаются и тем больше время пребывания их в жидкости и вероятность захвата клеток микроорганизмов.

Флотаторы представляет собой две коаксиально расположенные цилиндрические обечайки, кольцевой канал между которыми заполняется флотируемой суспензией. В этот канал снизу подается через специальный диспергатор сжатый воздух, при этом образуется большое количество мелких пузырей. Пузыри всплывают, захватывая по пути клетки микроорганизмов. Далее пена переваливается через край внутреннего цилиндра и отстаивается в кольцевом зазоре внешнего. При этом пузыри разрушаются. Флотат - обогащенная по биомассе жидкость. Измерения показали, что для хорошо флотирующихся клеток концентрация клеток в пене в 5 - 7 раз превышает их концентрацию в исходной суспензии.

Для оценки производительности флотатора важно знать время отстоя пены, а оно зависит от множества физико-химических факторов. При этом в обедненной жидкости после ее отвода из аппарата остается 5 - 8 % общего количества биомассы микроорганизмов, что является потерями. Во время отстоя пены происходит ее осушение: жидкость по стенкам пузырьков стекает вниз, а биомасса остается в осушенной пене. Размеры клеток флотируемой жидкости - до 10 мкм. Для облегчения флотации в суспензию добавляют флотореагенты - длинноцепочечные жирные кислоты и амины.

Для обычной флотации размеры пузырей составляют 100 мкм и выше. Такая флотация называется пневматической, или барботажной. Важной модификацией процесса флотации является напорная флотация. Сущность ее состоит в том, что жидкость сначала насыщается газом (обычно воздухом) под давлением (до 5 атм), после чего происходит резкий сброс давления. В результате появляются мелкие пузырьки воздуха, которые и оказывают флотационное действие. При этом размеры пузырьков меньше - около 40 мкм, что облегчает флотацию. Размеры пузырьков получаются различными, если использовать для насыщения углекислый газ или смесь углекислого газа с воздухом. За счет более высокой растворимости углекислоты насыщение происходит быстрее, а сами пузырьки больше по размеру. Большие пузырьки полезны, когда необходимо «поднимать» относительно крупные частицы, такие, как хлопья активного ила. Не всегда удобно при напорной флотации насыщать газом саму суспензию. В установках очистки стоков, например, используют вспомогательную флотационную жидкость (воду, или это может быть очищенный от твердых частиц возвратный поток). Эта вспомогательная жидкость насыщается под давлением газом, а затем вводится под слой очищаемой жидкости. Растворенный газ переходит в пузырьки, которые и выполняют флотационные задачи.

Электрофлотация - модификация процесса флотации, в котором пузырьки создаются за счет электролиза. Образующиеся пузырьки водорода или кислорода имеют размер до 30 мкм, а пена обогащается флотируемой биомассой в 15 - 20 раз больше по сравнению с исходной суспензией. Недостатком такой системы является возможность вредного воздействия электрического тока на клетки микроорганизмов.