Brevet FR2556980A1 — publié le 19850628

La présente invention concerne un procédé de concentration et fractionnement, par traitement par trois types de membranes, d'une liqueur résiduaire obtenue comme sous-produit dans la production de la lysine par fermentation, permettant une utilisation efficace d'ingrédients intéressants contenus dans ladite liqueur résiduaire. La lysine est un aminoacide important comme additif dans l'alimenta- tion. Un procédé typique de traitement de la lysine est le procédé par utilisation d'une résine échangeuse de cations forte. Ce procédé consiste, en général, à éluer et récupérer la lysine avec un agent éludant tel que l'ammoniaque, après adsorption de la lysine par mise en contact d'une liqueur de fermentation de lysine conditionnée à pH 2-4 avec une résine échangeuse de cations du type sel, comme une résine du type ammonium. Dans ce procédé, cependant, il reste une grande quantité de liquide résiduaire d'adsorption (effluent), bien que ce liquide contienne des ingrédients intéressants pour les aliments ou les engrais, parce qu'il n'existe pas de procédé de traitement efficace, le traitement par la résine a l'inconvénient que le liquide doit forcément être traité par une boue activée, ce qui est très coûteux. L'objet de la présente invention est de proposer un nouveau procédé pour traiter de manière simple le liquide résiduaire et l'utiliser efficacement, tout en surmontant cet inconvénient. A la suite de diverses recherches pour atteindre cet objet, la demanderesse a découvert selon l'invention qu'il est possible de fractionner de manière simple et économique la liqueur résiduaire en une portion riche en substances inorganiques et une autre portion riche en substances organiques, en combinant un traitement par une membrane semi-perméable telle qu'une membrane d'ultrafiltration, un traitement par une membrane d'osmose inverse et un traitement par une membrane d'électrodialyse. La présente invention concerne un procédé de traitement d'une liqueur résiduaire de production de lysine par fermentation obtenue en utilisant, par exemple,comme source de carbone de la mélasse de betterave ou de canne à sucre, une liqueur saccharifiée d'amidon, le glucose, etc., ou leurs mélanges, ledit procédé de traitement étant caractérisé en ce que l'on effectue le fractionnement par électrodialyse en une portion riche en substances inorganiques et une autre portion riche en substances organiques, d'un concentrat obtenu à travers une membrane d'osmose inverse, à partir d'un liquide de perméation produit à travers une membrane semi-perméable à partir d'un effluent d'une résine échangeuse de cations du liquide de fermentation de lysine. La présente invention est encore expliquée ci-dessous. Tout d'abord, on traite un effluent par une membrane semi-perméable. Dans ce contexte, l'effluent est un liquide résiduaire obtenu comme portion non adscrbée, lorsque l'on ajuste à pH 2-4, généralement par un acide minéral tel qu'acide sulfurique et acide chlorhydrique et on le met en contact avec une résine échangeuse de cations forte du type salin, par exemple du type ammonium, pour y adsorber la lysine et ce liquide contient de grandes quantités de substances organiques telles que sucre, protéine, etc., autres que la lysine,provenant des substances de fermentation et du procédé de fermentation et de sels inorganiques. Par traitement par une membrane semi-perméable d'un liquide résiduaire, on élimine les bactéries et les substances solides insolubles qu'il contient.La membrane semi-perméable utilisée dans ce procédé est une membrane d'ultrafiltration, une membrane de filtration de précision, une membrane d'osmose inverse à faible taux d'inhibition ou dite "d'osmose inverse lâche", et chacune de ces membranes est applicable comme une membrane ordinaire. A titre d'exemples, on peut citer des membranes de polyacrylonitrile, de polysulfones, etc., ayant un poids moléculaire d'arrêt de 2000-100 000,comme membranes d'ultrafiltration ; des membranes faites en alcool polyvinylique, etc., ayant un diamètre d'orifice de 0,02 à 1,0 #m,comme membranes de filtration de précision ; et des membranes faites en acétate de cellulose, polybenzimidazolone, etc., ayant un taux d'inhibition de NaCI de 15 % ou moins comme membranes d'osmose inverse. il n'y a pas de limitation particulière quant à la structure modulaire des membranes, on peut utiliser n 'importe lesquelles des membranes dites planes, tubulaires, en spirale ou à fibres creuses. Comme système de traitement par membrane semi-perméable, on peut utiliser un type connu. En outre, quant aux conditions opératoires telles que pression de traitement, température de traitement, etc. il n'y a pas de limitation particulière, pour autant qu'elles soient à l'intérieur des limites de leur qualité de membrane etåe leur construction modulaire ; du point de vue de la vitesse de perméation, on préfère une température et une pression plus élevées. Dans le traitement de semi-perméation (par membrane semi-perméable) de l'invention, la portion solide insoluble dans l'effluent est concentrée jusqu'à 10-20 fois ; si l'on continue encore le traitement en ajoutant de l'eau, on peut récupérer une nouvelle quantité de substances intéressantes. Ensuite, on concentre par une membrane d'osmose inverse le liquide traversant la membrane semiperméable pour augmenter la concentration en matière solide soluble. La membrane d'osmose inverse utilisée dans ce procédé peut être une membrane ordinaire faite en acétate de cellulose, polyamide, polybenzimidazolone, etc., ayant un taux d'inhibition de NaCl de 93 % ou plus, de préférence 95 % ou plus. Le système peut être un système connu ; en ce qui concerne la pression et la température de traitement, on préfère une pression et une température plus élevées dans les limites de Sa qualité de la membrane et de sa structure modulaire, mais sans autre limitation particulière. Normalement, on opère à une pression de 20-60 bars et à une température de 30-60 C. Enfin, on soumet à l'électrodialyse le liquide concentré par osmose inverse et on le fractionne en une portion riche en substances inorganiques et une autre portion riche en substances organiques. La membrane d'électrodialyse utilisée dans le procédé de l'invention peut être une membrane ordinaire ; par exemple, après avoir jacté alternativement des paires de "CER-AMV" (Asahi Glass Co., Ltd.), des paires de "C66-5T-AF-4T" (Tokuyama Soda Co., Ltd.) etc., on alimente alternativement avec un liquide d'alimentation et un liquide de perméation sous des tensions continues et le liquide d'alimentation est désionisé. L'électrodialyse peut être conduite à une température de 30-500C et un courant électrique égal ou inférieur à celui dit "courant limite" en électrodialyse. Le degré de désionisation (désalinisation) est de préférence aussi élevé que pos-sible pour l'utilisation intéressante d'un liquide désionisé, avantageusement 80-95 %. De cette manière, le liquide désionisé par électrodialyse est débarrassé des sels inorganiques et devient, par exemple, une matière alimentaire de bonne qualité, parce qu'il contient beaucoup de saccharidesprovenant de la matière de fermentation, d'aminoacides, de protéines, etc., provenant du procédé de fermentation. En outre, les sels éliminés par dialyse peuvent être facilement cristallisés et séparés du liquide dialysé, par concentration ou refroidissement, et peuvent être présentés comme engrais de bonne qualité consistant principalement en sulfate d'ammonium. En outre, le liquide dialysé peut devenir, par simple concentration, un engrais liquide. Selon la présente invention, comme mentionné ci-dessus, il est possible d'utiliser efficacement les ingrédients des liquides résiduaires qui étaient jusqu'à présent rejetés, à un degré élevé, par combinaison du traitement par membrane semi-perméable, du traitement par osmose inverse et de l'électrodialyse. Autrement dit, il devient possible par traitement par membrane semi-perméable d'éviter la réduction de la vitesse de traitement due à l'encrassement de la membrane dans le traitement par osmose inverse et le traitement par électrodialyse ; et, en outre, le traitement par osmose inverse a pour effet d'élever la vitesse de traitement dans l'électrodialyse. L'exemple ci-dessous illustre encore l'invention sans toutefois en limiter la portée. EXEMPLE On ajuste à pH 2 par l'acide sulfurique une liqueur de fermentation de lysine obtenue en utilisant comme source de carbone de la mélasse de betterave et comme source d'azote~du sulfate d'ammonium ; on filtre 40 1 d'uneffluenttraité par une résine échangeuse de cations forte du type ammonium "SK-1B (fabriquée par Mitsubishi Chemical Industries, Ltd.j sous une pression de 1,0 bar et à une température de 600C, jusqu'à ce que le volume de liquide résiduaire soit de 4 1, utilisant un module d'ultrafiltration en poly 2 sulfone 'SIP 1013" due'0,2 m (Asahi Chemical Industry Co., Ltd). La vitesse de filtration est en moyenne de 95 llm .h. En utilisant une membrane d'osmose inverse "PBIL TL-198" (polybenzimidazolone de Teijin Ltd), on concentre 36 1 de ce liquide de perméation sous une pression de 40 bars et à une température de 400C jusqu a ce que le volume de liquide soit de 20 1. La vitesse de déshydratation est en moyenne de 6 1/m h. En utilisant un système d'électrodialyse du type "Duob" (surface de membrane 2 dm2 x 9 paires, fabriqué par Asahi Glass Co., Ltd) et une membrane "SELEMiON CMV-AMV" (Asahi Glass Co., Ltd.), on électrodialyse 10 1 de ce concentrat pendant 8 h à une température de 350C et une densité moyenne de courant de 2 A/dm2. La vitesse de dialyse de l'ion acide sulfurique est de 275 g/m h. La proportion entre les substances inorganiques (teneur en cendres) et les substances organiques dans les étapes ci-dessus mentionnées est indiquée dans le tableau 1. TABLEAU 1 Proportion entre les substances inorganiques et les substances organiques substances inorganiques 100 Effluent (substances organiques 100 t . (Ultrafiltration) > liquide résiduaire s #stances incrganiques 10 substances organiques 15 (Osmose inverse) ~~~~~~ Eau t . 81 (Electrodialyse) > liquide salin substances inorganiques 81 substances organiques 6 substances inorganiques 9 Liquide désionisé substances organiques 79 Il est entendu que l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation préférés décrits ci-dessus à titre d'illustration et que l'homme de l'art peut y apporter diverses modifications et divers changements sans toutefois s'écarter du cadre et de l'esprit de l'invention. REVENDICATION Procédé de traitement de liqueursrésiduaires de lysine, caractérisé en ce que l'on fractionne par électrodialyse, en une portion riche en substances inorganiques et une autre riche en substances organiques, un concentré préparé par osmose inverse d'un liquide de perméation obtenu à travers une membrane semi-perméable à partir d'un liquide résiduaire (effluent) d'une résine échangeuse de cations provenant d'un liquide de fermentation de lysine.