Membrane bioreactor is a new hybrid equipment for the production of food biologically active substances, biological products and wastewater treatment | Мембранный биореактор – новое гибридное оборудование для производства пищевых БАВ, биопрепаратов и очистки стоков

Inglés. The design of 2 main types of membrane bioreactors (MBR) is described: with immersed (MBR1) and remote (MBR2) modules or units. MBR1 is used in the wastewater treatment, MBR2 is used in food technologies for biosynthesis of different products (for example, lactic, propionic, acetic and citric acids). In MBR1 a vacuum pump is used, in MBR2 – a solid hydronic pump. MBR2 comprises an ultrasonic unit (USU) for intensification of the biosynthesis processes, an ultraviolet lamp (UVL) – for sterilization. It is shown that the use of USU (signal frequency – 425 kHz, exposition – 1 h) in cultivating alcohol yeast increases their fermentation energy and lift capacity by 15-18%, a signal having a frequency of 380 and 740 kHz increases the content of ergosterol by 45-60%. Combined use of USU and UVL allows reducing the content of different species of bacteria 10-300 times in the main water. Using in MBR2 feeding and circulating pumps inside which great hydromechanical effects are used may result in inactivation of enzymes and death of microorganisms. To reduce the hydromechanical effects in MBR, piston and membrane pumps or low speed coefficient rotary vane pumps should be used. On the basis of the research a generalized block scheme of 2-step of MBR2 was designed for biosynthesis using producing microorganisms or bioconversion (fermentolysis, autolysis) simultaneously purifying and concentrating BAS and supplements. The both steps comprise bioreactors, flow-through USU and UVL, heat exchangers. The first step of MBR2 comprises a membrane module and low pressure pump, the second step – a membrane reverse-osmosis or nano-filtration unit and a high pressure pump. The use of the designed MBR2 will allow increasing the production efficiency of BAS.

Ruso. Описано устройство 2 основных типов мембранных биореакторов (МБР): с погруженными (МБР1) и выносными (МБР2) мембранными модулями или установками. МБР1 находит применение при очистке сточных вод, а МБР2 используется в пищевых технологиях для биосинтеза различных продуктов (например, молочной, пропионовокислой, уксусной и лимонной кислот). В МБР1 используется вакуумный, а в МБР2 – объемный жидкостной насосы. В состав МБР2 для интенсификации процессов биосинтеза включается ультразвуковая установка (УЗУ), а для стерилизации – ультрафиолетовый облучатель (УФО). Показано, что использование УЗУ (частота сигнала 425 кГц, экспозиция 1 ч) при культивировании спиртовых дрожжей повышает их бродильную энергию и подъемную силу на 15-18%, а сигнал частотой 380 и 740 кГц увеличивает содержание эргостерина на 45-60%. Совместное использование УЗУ и УФО позволяет снизить содержание различных видов бактерий в водопроводной воде в 10-300 раз. Использование в МБР2 питающих и циркуляционных насосов, внутри которых образуются значительные гидромеханические воздействия, может приводить к инактивации ферментов и гибели микроорганизмов. Для уменьшения гидромеханических воздействий в МБР следует использовать поршневые и мембранные насосы, или центробежные с пониженными коэффициентами быстроходности. На основании проведенных исследований разработали обобщенную блок-схему 2-ступенчатого МБР2, предназначенного для проведения биосинтеза с применением микроорганизмов-продуцентов или биоконверсии (ферментолиза, автолиза) с одновременной очисткой и концентрированием БАВ и добавок. В состав обеих ступеней входят биореакторы, проточные УЗУ и УФО, теплообменники. Первая ступень МБР2 включает в свой состав мембранный модуль и насос низкого давления, вторая - мембранную обратноосмотическую или нанофильтрационную установку и насос высокого давления. Использование разработанного МБР2 позволит повысить эффективность производства БАВ.