DE102012003961A1 - Increasing material turnover by microorganisms and/or propagation of microorganisms in a liquid suspension, comprises stimulating microorganisms by vortex flow of suspension, diverting the suspension flow in opposite direction and recycling - Google Patents

Increasing material turnover by microorganisms and/or propagation of microorganisms in a liquid suspension, comprises stimulating microorganisms by vortex flow of suspension, diverting the suspension flow in opposite direction and recycling Download PDF

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Abstract

Increasing the material turnover by microorganisms and/or the propagation of microorganisms present in a liquid suspension, comprises: stimulating the microorganisms by a vortex flow of the suspension in a swirling device for increasing material turnover, and/or propagation; and diverting a suspension flow in the swirling device at least partially in a direction opposite to the suspension flow and recycling into the suspension flow before deflection such that in the swirling device a swirling of the suspension is generated by a stationary vortex in the suspension flow. Increasing the material turnover by microorganisms and/or the propagation of microorganisms present in a liquid suspension, comprises: stimulating the microorganisms by a vortex flow of the suspension in a swirling device for increasing material turnover, and/or propagation; and diverting a suspension flow in the swirling device at least partially in a direction opposite to the suspension flow and recycling into the suspension flow before deflection such that in the swirling device a swirling of the suspension is generated by a stationary vortex in the suspension flow between the inlet of the suspension in swirling device and the deflection of the suspension flow. An independent claim is also included for an apparatus for carrying out the above method, comprising an intermittent and/or flow rate controlled operable conveying device for promoting suspension flow, the swirling device including an inlet for the suspension flow, which has a cross-section expanding in the flow direction of the feed stream, and an impact absorber, whose opening faces the feed stream for redirecting the feed stream at least partly in a direction opposite to the feed stream and providing into the suspension flow before the deflection, where a swirling of the suspension, and a stationary vortex is caused in the suspension flow between the inlet and the impact absorber in the swirling device.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steigerung des Stoffumsatzes durch Mikroorganismen und/oder der Vermehrung von Mikroorganismen, die in einer flüssigen Suspension vorliegen.The invention relates to a method and a device for increasing the metabolic rate by microorganisms and / or the multiplication of microorganisms present in a liquid suspension.

Mikroorganismen, insbesondere Bakterien, Hefen und Schimmelpilze werden in einer Vielzahl von Stoffumwandlungsverfahren als verfahrensrelevantes Element eingesetzt. Zu den genannten Stoffumwandlungsverfahren gehören unter anderem die Gärung und die Fermentation, aber auch die Gewinnung von Biogas und andere Verfahren beispielsweise in der Biotechnologie und in der Pharmazie, wo Bakterien oder Pilze eingesetzt werden, um Wirkstoffe zu erzeugen.Microorganisms, especially bacteria, yeasts and molds are used in a variety of material conversion processes as a process-relevant element. Among the mentioned material conversion processes include fermentation and fermentation, but also the production of biogas and other processes, for example in biotechnology and in pharmacy, where bacteria or fungi are used to produce active ingredients.

Diesen Verfahren ist gemein, dass der Wirkungsgrad wesentlich von der Produktivität der Mikroorganismen abhängt. Um die Produktivität der Mikroorganismen zu erhöhen, werden diese i. d. R. dadurch stimuliert, dass die Nährstofflösungen, in denen die Mikroorganismen als Suspension vorliegen, möglichst optimal zusammengesetzt werden und auf die Mikroorganismenpopulation zugeschnitten werden. Der Anstieg der Produktivität durch Optimierung der Umgebungsbedingungen der Mikroorganismen ist jedoch begrenzt.These methods have in common that the efficiency depends substantially on the productivity of the microorganisms. In order to increase the productivity of the microorganisms, these i. d. R. stimulated by the fact that the nutrient solutions in which the microorganisms are present as a suspension, are optimally composed and tailored to the microorganism population. However, the increase in productivity by optimizing the environmental conditions of the microorganisms is limited.

Um die Mikroorganismen in großem Maßstab oder industriell einsetzen zu können, ist es neben der Produktivität der Mikroorganismen bei der Stoffumwandlung wichtig, dass es gelingt, die Populationen der Mikroorganismen gezielt und wirkungsvoll zu vermehren. Aus dem Stand der Technik ist bekannt, welche Apparaturen zum Beispiel zur Vermehrung von Bierhefe bestehen und welche Grenzen die Verfahrenstechnik dazu aufweist. Solche Verfahren und Anlagen zur Vermehrung von Bierhefe sind beispielsweise aus der DE 41 37 537 C2 und der DE 43 08 459 C2 bekannt.In order to be able to use the microorganisms on a large scale or industrially, it is important in addition to the productivity of microorganisms in the transformation of the substance, that it succeeds to increase the populations of microorganisms targeted and effective. It is known from the prior art which apparatuses exist, for example, for the multiplication of brewer's yeast and which limits the process technology has for this purpose. Such methods and plants for the propagation of brewer's yeast are for example from the DE 41 37 537 C2 and the DE 43 08 459 C2 known.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, mit denen Mikroorganismen, die in einer flüssigen Suspension – die in der Regel eine Nährstofflösung ist – vorliegen, zu erhöhter Produktivität oder Reproduktivität (Vermehrung) anzuregen oder zu stimulieren.The object of the invention is to provide a method and a device with which microorganisms present in a liquid suspension - which is usually a nutrient solution - to stimulate or stimulate increased productivity or reproducibility (multiplication).

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren nach Anspruch 1 und mit einer Vorrichtung nach Anspruch 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgezeigt.This object is achieved by a method according to claim 1 and with a device according to claim 6. Advantageous embodiments of the invention are shown in the subclaims.

Indem erfindungsgemäß eine Verwirbelung der Suspension mit den darin befindlichen Mirkoorganismen erzwungen wird, kommt es infolge der mechanischen Einwirkung auf die Mikroorganismen (Bewegung durch die Suspension, etc.) zu einer verstärkten Aktivität der Mikroorganismen, die sich, je nach den Umgebungsbedingungen in der Suspension, als ein erhöhter Stoffumsatz oder eine erhöhte Vermehrungsrate auswirkt.In accordance with the invention, a swirling of the suspension with the microorganisms therein is forced, as a result of the mechanical action on the microorganisms (movement through the suspension, etc.) an increased activity of the microorganisms which, depending on the ambient conditions in the suspension, as an increased metabolic rate or increased proliferation rate.

Die Verwirbelung erfolgt erfindungsgemäß in einer Wirbeleinrichtung, die einen Pralltopf enthält, mit dem eine Suspensionszulaufstrom in sich selbst zurückgeleitet wird, wodurch eine starke Verwirbelung vorzugsweise in Form eines im wesentlichen ortsfesten Wirbels erhalten wird. Der Ablauf der Suspension erfolgt dann an dem Pralltopf vorbei.The swirling takes place according to the invention in a vortex device which contains a baffle with which a suspension feed stream is returned to itself, whereby a strong turbulence is preferably obtained in the form of a substantially stationary vortex. The flow of the suspension is then past the baffle.

Die Erfindung ist in einer Vielzahl von Verfahren verwendbar. Ein sehr verbreitetes Verfahren ist die alkoholische Gärung mittels Hefen und die damit verbundene Vermehrung von Hefezellen, so dass die Erfindung nachfolgend anhand dieses Verfahrens exemplarisch näher erläutert wird. Dabei werden das Verfahren und die Vorrichtung beispielhaft in Anwendung zur Effizienzsteigerung von Hefereinzuchtanlagen und/oder Hefepropagationsanlagen erläutert. Das Verfahren und die Vorrichtung sind aber sowohl bei der Gärung als auch, wie eingangs erwähnt, auch in allen Stoffumwandlungs- und Mikroorganismenvermehrungsverfahren anwendbar, die auf vergleichbare Weise Mikroorganismen einsetzen.The invention is useful in a variety of methods. A very common method is the alcoholic fermentation by means of yeasts and the associated proliferation of yeast cells, so that the invention is explained in more detail by way of example with reference to this method. The method and the device are exemplified in application for increasing the efficiency of Hefereinzuchtanlagen and / or Hefepropagationsanlagen. However, the method and the apparatus are applicable both to the fermentation and, as mentioned at the outset, to all the substance conversion and microorganism propagation methods which use microorganisms in a comparable manner.

Das nachfolgend beschriebene Verfahren bewirkt wird eine beschleunigte, batchweise oder kontinuierliche Hefereinzucht bzw. Hefepropagation und verwendet dazu einen Belüftungsreaktor 11 als die Wirbelvorrichtung mit Einspeisung von sterilem Gas (Luft oder Sauerstoff) 12, ein elektrokinetisches Reaktorrohr 13 als die Elektrodenanordnung und eine Flüssigkeitsstrahl-Mischdüse 14 in einem Behälter oder Tank 1.The process described below causes accelerated, batchwise or continuous yeast propagation or yeast propagation using a vent reactor 11 as the vortex device with feeding of sterile gas (air or oxygen) 12 , an electrokinetic reactor tube 13 as the electrode assembly and a liquid jet mixing nozzle 14 in a container or tank 1 ,

Das Verfahren wird am Beispiel einer Hefevermehrung im Brauprozess dargestellt, grundsätzlich können Verfahren und Anlage auch für die Vermehrung von Wein- und Backhefe angewandt werden.The method is illustrated using the example of a yeast multiplication in the brewing process, in principle, the method and plant can also be used for the propagation of wine and baker's yeast.

Die einzige Figur zeigt eine Anlage mit das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt werden kann.The single FIGURE shows a system with the inventive method can be performed.

Die Figur zeigt den Einsatz eines Belüftungsreaktors 11, eines elektrokinetischem Reaktorrohrs 13 außerhalb eines Tanks, sowie einer Flüssigkeitsstrahl-Mischdüse 14 innerhalb eines Tanks 1.The figure shows the use of a ventilation reactor 11 , an electrokinetic reactor tube 13 outside a tank, as well as a liquid jet mixing nozzle 14 inside a tank 1 ,

Die Würze-Hefe-Suspension wird im Kreislauf außerhalb eines Vermehrungsbehälters 1 umgepumpt, wobei der Würze-Hefe-Suspension beim Umpumpen sterile Luft oder O2 und weitere Würze zugeführt wird. Die erzeugte Hefe wird nach Erreichen einer optimalen Zellzahl im Hefevermehrungstank 1 zur weiteren Verwendung abgeführt.The wort-yeast suspension is circulated outside a propagation tank 1 recirculated, wherein the wort-yeast suspension during pumping sterile air or O2 and other wort is supplied. The yeast produced becomes after reaching an optimal cell number in the yeast replenishment tank 1 removed for further use.

Durch die vorstehend geschilderten Sachverhalte kann der Lufteintrag bzw. Sauerstoffeintrag, dem die Aufgabe zukommt, die Würze/Hefesuspension mit Sauerstoff zu sättigen, weiter erhöht werden, so dass die logarithmische Wachstumsphase, deren Realisierung das Ziel ist, einerseits sichergestellt ist und andererseits können die mit dem Verfahren insgesamt erstrebten Hefevermehrungsraten besser erreicht werden. Damit schafft man durch den Einsatz des Belüftungsreaktors 11 die Voraussetzungen für eine geringe Umpumpleistung im Kreislauf, wobei dem Substrat mehr Sauerstoff angeboten werden kann und die Hefe schonender behandelt wird. By the circumstances described above, the air entry or oxygen input, which has the task to saturate the wort / yeast suspension with oxygen, can be further increased, so that the logarithmic growth phase whose realization is the goal, on the one hand ensured and on the other hand can with the overall process of yeast propagation rates. This is achieved by the use of the ventilation reactor 11 the prerequisites for a low circulating power in the circulation, wherein the substrate more oxygen can be offered and the yeast is treated more gently.

Die Vorrichtung nach der Figur ist für ein Eintankverfahren geeignet, es können aber auch mehrere Tanks verwendet werden. Der Hefevermehrungstank 1 hat einen konischen Boden, kann aber auch mit gewölbtem Boden oder als liegender rohrförmiger Tank gestaltet sein. Der Tank ist mit kühlbaren/heizbaren Elementen 2 ausgestattet. Der Hefevermehrungstank 1 hat ein Tankanschlußgehäuse 6, einen Zulauf 7, einen Ablauf 8 und eine diese beiden Leitungen miteinander verbindende Umlaufleitung 9 in Verbindung mit einer frequenzgeregelten Zirkulationspumpe 10, eine Einrichtung 11 zur Zudosierung von Sauerstoff/Sterilluft 12 und ein elektrokinetisches Reaktorrohr 13.The device according to the figure is suitable for a one-tank method, but it is also possible to use several tanks. The yeast multiplication tank 1 has a conical bottom, but can also be designed with a curved bottom or as a horizontal tubular tank. The tank is with coolable / heatable elements 2 fitted. The yeast multiplication tank 1 has a tank connection housing 6 , a feed 7 , a process 8th and a circulation line interconnecting these two lines 9 in conjunction with a frequency-controlled circulation pump 10 , An institution 11 for the addition of oxygen / sterile air 12 and an electrokinetic reactor tube 13 ,

In der Verbindungsleitung 9 ist der Belüftungsreaktor 11 als die Wirbeleinrichtung eingebaut, der auf einem Gegenstromverfahren basiert. Dazu wird ein Pralltopf in einem Rohrkörper verwendet, wie er beispielsweise ähnlich in der DE 20 2010 000075 U1 vorgeschlagen ist. Jedoch unterscheidet sich der Aufbau des Belüftungsreaktors 11 jedenfalls hinsichtlich des Zulaufs der Suspension in den Belüftungsreaktor.In the connection line 9 is the aeration reactor 11 installed as the vortex device based on a countercurrent process. For this purpose, a baffle pot is used in a tubular body, as for example similar in the DE 20 2010 000075 U1 is proposed. However, the structure of the aeration reactor differs 11 at least with regard to the feed of the suspension into the aeration reactor.

Hinsichtlich der Hinzufügung von Luft/Sauerstoff in die Suspension ersetzt und verbessert der Belüftungsreaktor den statischen Mischer, wie er aus DE 197 40 319 A1 bekannt ist. In dieser vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung wird erreicht, dass der Sauerstoffeintrag sehr präzise direkt im Belüftungsreaktor erfolgt und keine zusätzliche Reaktionsstrecke benötigt wird. Zudem wird Aufschäumen der belüfteten Würze-Hefe-Suspension dadurch weitestgehend unterbunden.With regard to the addition of air / oxygen to the suspension, the aeration reactor replaces and improves the static mixer as it does DE 197 40 319 A1 is known. In this advantageous embodiment of the device is achieved that the oxygen input is very precise directly in the ventilation reactor and no additional reaction path is needed. In addition, foaming of the aerated wort-yeast suspension is thereby largely prevented.

Wie erwähnt, ist der Hefevermehrungstank 1 in seinem unteren Bereich einen Zulauf 7 und einen Ablauf 8 versehen, wobei die Zirkulationspumpe 10 einen Kreislauf der Suspension von dem Auslauf 8 über den Belüftungsreaktor 11 und das elektrokinetische Reaktorrohr 13 durch die Rohrleitung 9 zurück in den Zulauf 7 erzeugt.As mentioned, the yeast replenishment tank is 1 in its lower part an inlet 7 and a process 8th provided with the circulation pump 10 a cycle of the suspension from the spout 8th over the aeration reactor 11 and the electrokinetic reactor tube 13 through the pipeline 9 back to the inlet 7 generated.

In der vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung wird zusätzlich das elektrokinetische Reaktorrohr 13 von der Suspension durchströmt, das eine stimulierende Wirkung auf die Hefezellen hat. Im Verfahren der elektrokinetischen Stoßwellenbehandlung wird ein Hochspannungssystem in Form eines Rohrmoduls eingesetzt, das mit einer Gleichspannung zwischen 30 und 100 kV arbeitet. Das Medium fließt durch eine Röhre entlang einer speziellen Elektrode und wird dabei elektrokinetisch (Bewegung von Nichtleitern in einem elektrischen Feld) aufbereitet.In the advantageous embodiment of the device is additionally the electrokinetic reactor tube 13 flows through the suspension, which has a stimulating effect on the yeast cells. In the method of electrokinetic shock wave treatment, a high voltage system in the form of a tube module is used, which operates with a DC voltage between 30 and 100 kV. The medium flows through a tube along a special electrode and is thereby processed electrokinetically (movement of nonconductors in an electric field).

Wegen der sehr niedrigen Stromstärke von max. 0,4 mA ist die Leistungsaufnahme des elektrokinetischen Reaktorrohrs mit ca. 35 W sehr gering. Die wichtigsten Einflüsse auf die Effektivität dieser Behandlung stellen die elektrische Feldstärke, der spezifische Energieeintrag und die Behandlungstemperatur dar. Die auftretenden elektrischen Kräfte im Hochspannungsfeld des elektrokinetischen Reaktorrohres 13 sorgen dafür, dass die Hefezellen leichter zur Vermehrung (Zellteilung) angeregt werden.Because of the very low current of max. 0.4 mA, the power consumption of the electrokinetic reactor tube with about 35 W is very low. The most important influences on the effectiveness of this treatment are the electric field strength, the specific energy input and the treatment temperature. The occurring electrical forces in the high voltage field of the electrokinetic reactor tube 13 ensure that the yeast cells are more easily stimulated for propagation (cell division).

Weil die Energiezufuhr zu der Elektrode verstellbar ist, kann die Reaktionsstärke zur Beeinflussung der Zellaktivitäten für jeden Hefestamm bzw. Heferasse optimal eingestellt/abgestimmt werden. In der vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß der Figur ist eine Flüssigkeitsstrahl-Mischdüse 14 im inneren unteren Bereich des Hefevermehrungstanks angeordnet. Die Funktion der Flüssigkeitsstrahl-Mischdüse 14 besteht darin, die gesamte Hefesuspension schonend intensiv gleichmäßig zu vermischen. Eine solche Flüssigkeitsstrahl-Mischdüse ist in der DE 197 40 319 A1 beschrieben.Because the energy supply to the electrode is adjustable, the reaction intensity for influencing cell activities for each yeast strain or yeast strain can be optimally adjusted / tuned. In the advantageous embodiment of the device according to the figure is a liquid jet mixing nozzle 14 arranged in the inner bottom of the Hefevermehrungstanks. The function of the liquid jet mixing nozzle 14 consists in gently mixing the whole yeast suspension evenly. Such a liquid jet mixing nozzle is in the DE 197 40 319 A1 described.

Die Vorrichtung in der Figur hat ferner eine Be- und Entlüftungseinrichtung 3 im oberen Bereich des Tanks, die mit Sterilluft versorgbar ist, um einen konstanten Überdruck im Tank aufrecht zu erhalten. Weiterhin sind eine Reinigungsvorrichtung 4 und eine Niveausonde 5 zur Absicherung gegen Überfüllung vorgesehen.The device in the figure also has a ventilation device 3 in the upper part of the tank, which can be supplied with sterile air in order to maintain a constant overpressure in the tank. Furthermore, a cleaning device 4 and a level probe 5 intended to protect against overcrowding.

Für die vorzugsweise vollautomatische Steuerung sind folgende Mess- und Regelkomponenten in der Umlaufleitung 9 integriert: Messonde für Sauerstoffgehalt 15, Messonde für Extraktkonzentration 16, Messonde für PH-Wert 17, Messonde für Temperatur 18, Messonde für Trübung zur Hefezellzahlbestimmung 19 sowie ein magnetisch-induktiver Durchflussmesser 20. Ebenso befinden sich in der Umlaufleitung 9 ein Schauglas 21 und eine Probeentnahmeeinrichtung 22, die auch zur Beimpfung des Tanks mit einem neuem Hefereinzuchtstamm benutzt werden kann.For the preferably fully automatic control, the following measuring and control components are in the circulation line 9 integrated: measuring probe for oxygen content 15 , Measuring probe for extract concentration 16 , Measuring probe for PH value 17 , Measuring probe for temperature 18 , Measuring probe for turbidity for yeast cell count determination 19 and a magnetic-inductive flowmeter 20 , Likewise are in the circulation line 9 a sight glass 21 and a sampling device 22 which can also be used to inoculate the tank with a new yeast culture strain.

Die einzelnen Funktionsmodi der Hefereinzuchtanlage bzw. der Hefepropagationsanlage, wie beispielsweise die Reinigung des gesamten Systems, das Auffüllen von Würze, die Hefeherführung im Kreislauf, die Hefegabe und dergleichen werden über die Ventile 23 mitgesteuert.The individual functional modes of the Hefereinäuchtanlage or Hefepropagationsanlage, such as the cleaning of the entire system, the filling of wort, the Hefeherführung in the circulation, the Hefegabe and the like are on the valves 23 mitgesteuert.

Anhand der Figur wurde ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Umsetzung des Verfahrens beschrieben, indem zur Beschleunigung und Effizienzsteigerung von Hefereinzucht-/Hefepropagationsanlagen ein Hefevermehrungstank 1, der mit einer Zu 7- und Ablaufleitung 8 verbunden ist, die Hefesuspension durch einen Kreislauf 9 außerhalb des Hefevermehrungstank 1 mit einer frequenzgeregelten Zirkulationspumpe 10 umgepumpt und beim Umpumpen mit Sauerstoff angereichert wird, die Hefezellen elektrokinetisch geregelt angeregt werden, und die Suspension mit einer im Hefevermehrungstank 1 befindlichen Einrichtung homogen verteilt wird. Es erfolgt eine Verwirbelung der Suspension im Gegenstrom in einem Belüftungsreaktor 11, der den Sauerstoff/Sterilluft sehr präzise direkt einbringt, keine zusätzliche Reaktionsstrecke benötigt und ein Aufschäumen der belüfteten Würze-Hefe-Suspension weitestgehend unterbunden wird. Ein elektrokinetisches Reaktorrohr 13 hat eine durch Regelung der elektrischen Spannung und Stromstärke regelbare stimulierende Wirkung auf die Hefezellen bzw. auf deren Zellaktivitäten. Die Flüssigkeitsstrahl-Mischdüse im Tank gewährleistet eine homogene Mischung der gespeicherten Suspension.With reference to the figure, a method and an apparatus for implementing the method has been described by a Hefevermehrungstank to speed up and increase efficiency of Hefereinzucht- / Hefepropagationsanlagen 1 that with one too 7 and drain line 8th connected, the yeast suspension through a cycle 9 outside the yeast replenishment tank 1 with a frequency-controlled circulation pump 10 pumped and enriched with oxygen during pumping, the yeast cells are excited by electrokinetic regulation, and the suspension with a yeast propagation tank 1 is distributed homogeneously. There is a turbulence of the suspension in countercurrent in a ventilation reactor 11 , which introduces the oxygen / sterile air very precisely directly, requires no additional reaction path and foaming of the aerated wort-yeast suspension is largely prevented. An electrokinetic reactor tube 13 has a controllable by controlling the electrical voltage and current stimulatory effect on the yeast cells or their cell activities. The liquid jet mixing nozzle in the tank ensures a homogeneous mixture of the stored suspension.

Indem eine frequenzgeregelte Zirkulationspumpe vorgesehen wurde, kann durch Regulierung der Fördermenge Einfluss auf die Druckverhältnisse im Belüftungsreaktor genommen werden. Somit kann die dort erzeugte Verwirbelung einstellbar zur Beeinflussung der Zellaktivitäten genutzt werden.By providing a frequency-controlled circulation pump, regulation of the delivery rate can influence the pressure conditions in the aeration reactor. Thus, the turbulence generated there can be used adjustable to influence the cell activities.

Es ist als Modifikation auch möglich eine fest eingestellte Pumpe intermittierend zu betreiben, um eine gewünschte Umwälzmengenstrom zu erzeugen, indem Ruhepausen zwischen den Pumplaufzeiten vorgesehen werden.It is also possible, as a modification, to intermittently operate a fixed pump to produce a desired circulation flow rate by providing rest periods between pumping times.

Indem die Stimulationsmittel, Verwirbelung und ggf. elektrokinetische Stimulation einstellbar oder regelbar genutzt werden können, können auf die einzelnen Mikroorganismenarten, -sorten oder -typen individuell optimierte Prozessabläufe festgelegt oder gefahren werden, in denen die Leistungsfähigkeit der Mikroorganismen weitgehend ausgeschöpft werden können, ohne die Mikroorganismen zu überfordern.By making it possible to adjust or regulate the stimulation means, turbulence and, if necessary, electrokinetic stimulation, individually optimized process sequences can be defined or run for the individual types, types or types of microorganisms in which the performance of the microorganisms can be largely exploited without the microorganisms to overwhelm.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 4137537 C2 [0004] DE 4137537 C2 [0004]
  • DE 4308459 C2 [0004] DE 4308459 C2 [0004]
  • DE 202010000075 U1 [0017] DE 202010000075 U1 [0017]
  • DE 19740319 A1 [0018, 0022] DE 19740319 A1 [0018, 0022]

Claims (10)

Verfahren zur Steigerung des Stoffumsatzes durch Mikroorganismen und/oder der Vermehrung von Mikroorganismen, die in einer flüssigen Suspension vorliegen, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikroorganismen mittels einer Wirbelströmung der Suspension in einer Wirbeleinrichtung zur Steigerung von Stoffumsatz und/oder Vermehrung stimuliert werden, wobei ein Suspensionsstrom in der Wirbeleinrichtung mindestens teilweise in eine dem Suspensionsstrom entgegengesetzte Richtung umgelenkt und in den Suspensionsstrom vor der Umlenkung zurückgeführt wird, so dass in der Wirbeleinrichtung zwischen dem Zulauf der Suspension in die Wirbeleinrichtung und der Umlenkung des Suspensionsstroms eine Verwirbelung der Suspension, insbesondere durch einen im wesentlichen ortsfesten Wirbel in der Suspensionsströmung, erzeugt wird.A method for increasing the metabolic rate by microorganisms and / or the multiplication of microorganisms which are present in a liquid suspension, characterized in that the microorganisms are stimulated by means of a turbulent flow of the suspension in a vortex device for increasing the conversion and / or multiplication, wherein a suspension stream is at least partially deflected in the vortex device in a direction opposite to the suspension flow direction and returned to the suspension stream before the deflection, so that in the vortex device between the inlet of the suspension in the vortex device and the deflection of the suspension stream, a turbulence of the suspension, in particular by a substantially stationary vortex in the suspension flow is generated. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Suspensionsströmung im Bereich der Umlenkung ein oder mehrere Fluide zugesetzt werden können, das/die von dem umgelenkten Suspensionsstrom in den Wirbel getragen und dort mit der Suspension vermischt wird/werden.A method according to claim 1, characterized in that the suspension flow in the region of the diversion one or more fluids can be added, which / is carried by the deflected suspension flow in the vortex and mixed there with the suspension / are. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikroorganismen in der Suspension mittels elektrokinetischer Stoßwellen beim Durchlaufen eines elektrischen Hochspannungsfelds zur Steigerung des Stoffumsatzes und/oder der Vermehrung stimuliert werden. Dies kann vor oder nach dem Durchlauf der Suspension durch die Wirbeleinrichtung erfolgen, die die Wirbeleinrichtung durchläuft.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the microorganisms are stimulated in the suspension by means of electrokinetic shock waves when passing through a high-voltage electric field to increase the metabolic rate and / or proliferation. This can be done before or after the passage of the suspension through the vortex device, which passes through the vortex device. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Suspension nach Durchlaufen der Wirbeleinrichtung und oder eines elektrischen Hochspannungsfelds in einen Behälter eingespeist wird, wobei die Suspension in Form eines Freistrahls in den Behälter eingedüst wird und der Freistrahl im Behälter eine Zirkulationsströmung in der Suspension erzeugt.Method according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the suspension is fed after passing through the vortex device and or an electric high voltage field in a container, wherein the suspension is injected in the form of a free jet into the container and the free jet in the container a Circulation flow generated in the suspension. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Suspension im Kreislauf geführt und somit mehrfach der Stimulation der Mikroorganismen unterworfen wird.Method according to one or more of the preceding claims 1 to 4, characterized in that the suspension is circulated and thus repeatedly subjected to the stimulation of microorganisms. Vorrichtung zur Steigerung des Stoffumsatzes durch Mikroorganismen und/oder der Vermehrung von Mikroorganismen, die in einer flüssigen Suspension vorliegen, gekennzeichnet durch eine intermittierend und/oder förderleistungsgeregelt betreibbare Fördereinrichtung zur Förderung eines Suspensionsstroms und eine Wirbeleinrichtung, mit einem Zulauf für den Suspensionsstrom, der einen sich in Strömungsrichtung des Zulaufstroms erweiternden Querschnitt aufweist, und mit einem Pralltopf, dessen Öffnung dem Zulaufstrom zugewandt ist, um den Zulaufstrom mindestens teilweise in eine dem Zulaufstrom entgegengesetzte Richtung umzulenken und in den Suspensionsstrom vor der Umlenkung zurückzuführen, wobei in der Wirbeleinrichtung zwischen dem Zulauf und dem Pralltopf eine Verwirbelung der Suspension und insbesondere ein im wesentlichen ortsfester Wirbel in der Suspensionsströmung bewirkt wird.Device for increasing the metabolic rate by microorganisms and / or the multiplication of microorganisms which are present in a liquid suspension, characterized by an intermittently and / or conveyor-controlled pumping device for conveying a suspension stream and a vortex device, with an inlet for the suspension stream, a Having in the flow direction of the feed stream extending cross-section, and having a baffle whose opening faces the feed stream to at least partially redirect the feed stream in a direction opposite to the feed stream and return to the suspension stream before the deflection, wherein in the vortex device between the inlet and the Baffle a turbulence of the suspension and in particular a substantially stationary vortex in the suspension flow is effected. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Pralltopf in seiner Wandung Öffnungen hat, durch die ein oder mehrere in die Suspension einzubringende Fluide gleichzeitig in das Pralltopfinnere einspeisbar ist/sind.Apparatus according to claim 6, characterized in that the baffle in its wall has openings through which one or more to be introduced into the suspension fluids simultaneously in the baffle interior is / are fed. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen Düsen sind, mit denen ein Gas und oder Flüssigkeiten gleichzeitig in die Suspension eingedüst werden kann.Apparatus according to claim 7, characterized in that the openings are nozzles with which a gas and or liquids can be injected simultaneously into the suspension. Vorrichtung nach Anspruch 6, 7 oder 8, gekennzeichnet durch eine Elektrodenanordnung, die mindestens eine in die Suspension eintauchende Elektrode und einen einstellbaren Hochspannungserzeuger hat, um die Mikroorganismen in der Suspension elektrokinetischen Stoßwellen beim Durchlaufen des um die Elektrode gebildeten elektrischen Hochspannungsfelds auszusetzen.Apparatus according to claim 6, 7 or 8, characterized by an electrode assembly having at least one electrode immersed in the suspension and an adjustable high voltage generator for exposing the microorganisms in the suspension to electrokinetic shock waves passing through the high voltage electric field formed around the electrode. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 9, gekennzeichnet durch einen Behälter zur Aufnahme der Suspension und durch eine in dem Behälter angeordnete Flüssigkeitsstrahl-Mischdüse für die Suspension, um im Behälter eine Zirkulationsströmung in der Suspension zu erzeugen.Device according to one or more of claims 6 to 9, characterized by a container for receiving the suspension and by a arranged in the container liquid jet mixing nozzle for the suspension to produce in the container a circulation flow in the suspension.
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