NO129900B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte til opptagelse av organisk

materiale fra vannoppløsninger.

Denne oppfinnelse angår en fremgangsmåte for å oppta fra oppløsninger og eventuelt også ta vare på høymolekylære organiske substanser, særlig slike som inneholder basiske grupper så som proteiner, polypeptider, bakterier, virus og enzymer.

I henhold til oppfinnelsen anvendes herved et for formålet nytt materiale som har vist seg å ha en overraskende høy evne til å oppta de nevnte organiske substanser fra oppløsninger av disse.

Da en av mekanismene for denne opptagelse antas å være en ionebytting, skal ionebyttermetoder først beskrives generelt noe i det følgende.

Ionebyttermetoder har i de senere årtier fått en stadig større betydning innen separasjonsteknikken for såvel analyttiske formål som innenfor kjemisk-tekniske prosesser i industriell skala.

De fleste ionebyttermaterialer som anvendes i praksis, er helsyntetiske og oppbygget av tredimensjonale polymernettverk i hvilket negative eller positive grupper sitter kovalent bundet til polymermolekylet. Polymernettverket kan f.eks. være fornettet polystyren. Negative grupper er f.eks. sulfonsyre- eller karboksylgrupper, positive grupper er f.eks. amino- eller kvartære ammonium-grupper. Disse grupper har evne til å binde til seg ionisk henholdsvis positive og negative motioner. Materialet som inneholder negative grupper og som således kan binde positive ioner, kalles kationebytter, mens materialet med positive grupper og med evne til å binde negative ioner, kalles anionebytter. Slike ionebyttere har i teknikken hovedsakelig fått anvendelse for opptagelse av lavmolekylære ioner, f.eks. ved bløtgjøring av vann.

De utmerker seg ved en høy ionebytterkapasitet og god kjemisk stabilitet, men er forholdsvis dyre. Den største ulempen ved disse syntetiske ionebyttere er at molekylnettverket for å være tilstrekkelig stabilt, må gjøres så tett at høymolekylære ioner ikke klarer å trenge inn i det, men taes meget dårlig opp av disse materialer. For opptagelse av høymolekylære ioner har derfor ionebyttere basert på cellulose hatt større fremgang.

Det er i litteraturen beskrevet en rekke metoder for

ved hjelp av ulike reagenser å innføre egnede substituenter i cellulosemolekylet for fremstilling av cellulosederivater for ionebytterformål. Disse tildels meget kompliserte og kostbare metoder skal her ikke beskrives i detalj. Noen eksempler skal imidlertid nevnes i korthet.

Det er således tidligere kjent at man som kationebytter kan anvende karboksymetylcellulose (CMC). Dette materiale fremstilles fra alkalicellulose ved behandling med monokloreddiksyre. Det erholdte produkt kan eventuelt fornettes ved at det f.éks. får reagere med epiklorhydrin for å oppnå en minsket svellbarhet i vann.-Materialet er foreslått for opptagelse av proteiner, f.eks. for rensning av insulinoppløsninger. De største ulempene ved denne ionebytter er de forholdsvis høye omkostninger ved fremstillingen, den lave ionebytterkapasiteten, samt materialets svellbarhet i vann.

Som et annet eksempel på anvendelse av cellulosederivat

som ionebytter kan nevnes ett, i henhold til hvilket dietylamino-etylsubstituenter innføres i cellulosemolekylet, hvorved man får en ionebytter. I litteraturen angis at denne ionebytter skal kunne anvendes for opptagelse av proteinholdig materiale. Dette produkt

er imidlertid meget dyrt.

Av andre produkter som i årenes løp er utviklet for å oppnå ionebyttere for ulike formål, kan nevnes kondensasjonsprodukter av lignin og lignosulfonsyre. Kondensasjonen er vanligvis utført med formaldehyd, mono- bg polyaminer samt fenoler. Til tross for alle de anstrengelser som er gjort for å fremstille kunstharpikser og ionebyttermateriale på grunnlag av avlut fra celluloseoppslutningen og deri inngående ligninmateriale, en forsøksvirksomhet hvis omfang fremgår av tallrike patenter og publikasjoner, har disse forsøk bare ført til meget begrenset anvendelse i industriell.skala.

Det problem som ligger til grunn for foreliggende opp-

finnelse, har kommet frem.i forbindelse med de generelle - bestrebélsér som for tiden pågår, dels for ut fra et miljøvern-

synspunkt å rense avfallsvann for å forhindre forurensninger i vassdrag, dels for & ta vare på i og for seg verdifullt materiale i visse typer avfallsvann. Som eksempel på et slikt materiale kan nevnes proteiner i avfallsvann fra f.eks. slakterier og fiskeri-industrier.

En fremgangsmåte som lenge har vært anvendt for å fjerne en del .av proteinmaterialet i slike typer avfallsvann, består i utfelling med visse midler, f.eks. lignosulfonsyre. Et forslag i denne retning består i at utfellingen utføres ved tilførsel av lignosulfonat til et surgjort avfallsvann, hvorved en relativt stor mengde av det mest høymolekylære protein har kunnet utfelles.

Ved å anvende en relativt høymolekylær sulfonsyre har man i de

senere år lykkes i å utfelle protein i avfallsvann fra slakterier i en slik mengde at avfallsvannets BO-verdi (biologisk oksygen-

forbruk) har kunnet reduseres med 50-70%. BO-verdien ligger til tross for dette betydelig høyere enn verdien for vanlig husholdningsavfallsvann, og forslag er derfor fremført for ytterligere å redusere BO-verdien ved at vannet i et etterfølgende trinn renses ved ionebytting. Forsøk er også utført i henhold hertil, hvorved et cellulosederivat, nemlig en cellulose delvis forestret med svovelsyre er anvendt som ionebytter.

Man har også utført visse forsøk med rensning av avfalls-

vann i tre trinn, nemlig et første trinn omfattende en utfelling ved hjelp av organiske sulfatéstere, såkalt glukosetrisulfat. Ved fIotasjon eller sedimentasjon fraskilles deretter proteinmaterialet.

I et annet trinn utsettes oppløsningen fra trinn 1 for katione-bytting, hvorved disse polypeptider fjernes. Den fra dette trinn

erholdte oppløsning føres deretter til et annet ionebyttertrinn,

der en bisulfitmettet anionebytter anvendes for å fjerne karbohydrater og visse negative ioner. Forsøk er utført med slike ionebyttere som "Amberlite XE 100", "Amberlite 200", "Whatman DEI", "Amberlite IRA 68" og "IRA 120" samt cellulosesulfat. Ved tretrinns-prosessen har avfallsvannets BO-verdi kunnet reduseres vesentlig,

dog ikke under 30, hvilket er den grenseverdi som de fleste myndigheter stiller for at vann skal få slippes ut i vassdrag eller sjøer. Ved forsøkene har "Whatman DE 1" (karboksymetylcellulose) vist seg å være den mest effektive kationebytter, men da alle de undersøkte ionebyttere er meget dyre, må man for metodens industrielle anvendelse forsøke å finne frem til en vesentlig billigere ionebytter. Dette krav oppfylles av ionebyttermassen i henhold til foreliggende oppfinnelse.

Som nevnt har det problem som ligger til grunn for foreliggende oppfinnelse kommet frem i forbindelse med de stadig større krav som stilles til rensning av avfallsvann. En nærmere analyse har imidlertid vist at problemet også opptrer i andre sammenhenger og derfor er av en mer omfattende og prinsipiell betydning.

Det grunnleggende problem består således generelt i at man fra molekylære eller kolloidale oppløsninger av høymolekylære organiske forbindelser inneholdende basiske grupper, fjerner minst en del av disse forbindelser, samt eventuelt gjenvinner for-bindelsene i en renere og/eller mer konsentrert form. Som eksempler på slike forbindelser kan nevnes proteiner, polypeptider, bakterier, virus, enzymer o.l.

På bakgrunn av teknikkens stand har man imidlertid hatt klart for seg at dette problem bare kunne løses ved utvikling av for formålet egnede og tilstrekkelig billige materialer for opptagelse av de aktuelle stoffer. Herved kom man frem til at man ved opp-tagningen kan anvende et lignocellulosemateriale som er sulfonert i en slik utstrekning at materialet får tilstrekkelig høy katione-byttende evne.

Det nye og karakteristiske ved foreliggende oppfinnelse består således i at nevnte oppløsninger bringes i kontakt med et lignocelluloseholdig materiale som er sulfonert i en slik utstrekning at dets ionebytterkapasitet er minst 0,15 mekv/g

(mekv = milliekvivalenter).

Som ionebytterkapasiteten defineres her innholdet av ionebyttende grupper, bestemt i henhold til en metode der ionebytter materialet først mettes med hydrogenioner og deretter titreres med alkali i nærvær av et nøytralt salt. En beskrivelse av metoden er gjengitt i det følgende.

2 g ionebytterprøve blandes i et beger med 50 ml 0,1N HCl

og omrøres i 10 minutter. Deretter frafiltreres prøven og vaskes på filtertrakt med avionisert vann inntil filtratet er nøytralt og fritt for kloridioner. Prøven overføres deretter til et beger med 100 ml IN NaCl. Oppslemningen titreres under omrøringen med 0,1N NaOH. Ekvivalenspunktet bestemmes potensiometrisk. Ionebytterkapasiteten beregnes i henhold til formelen

der J = ionebytterkapasiteten, mekv/g

v = volum 0,1N NaOH ved ekvivalenspunktet, ml

G = vekt av absolutt tørr masse, g

Ionebytterkapasitet som den er definert her og som den vanligvis defineres, angir altså evnen til å binde meget små

ioner av typen H , Na o.l. Kapasiteten for høymolekylære ioner

kan være vesentlig lavere beroende på de ionebyttende gruppers tilgjengelighet.

Ved sulfonering av lignocelluloseholdig materiale økes til

å begynne med materialets sulfonsyreinnhold for deretter gradvis å avta ettersom det sulfonerte lignin utløses i kokevæsken.

Materialet får således et maksimalt sulfonsyreinnhold og dermed maksimal ionebytterkapasitet etter en viss koketid.

Som eksempel på fremgangsmåten for sulfonering av lignin,

kan nevnes koking med sulfit, som er den uten sammenligning enkleste og billigste, og derfor den foretrukne metode for fremstilling av materialet i henhold til oppfinnelsen. Således er det temmelig

godt klarlagt at den viktigste reaksjonen ved den konvensjonelle sulfitkokingsprosessen for fremstilling av masse fra ved eller annet lignocellulosemateriale, nettopp er at ligninet sulfoneres av bisulfitionene i kokevæsken. Det er denne kjemiske prosess som muliggjør utløsningen av ligninet for å frigjøre fibrene. Ligninet blir nemlig ved sulfoneringen oppløselig i kokevæsken. Dette oppnås imidlertid først ved en tilstrekkelig sulfonering.

Av sulfitkokingsmetoder finnes en rekke varianter, og oppfinnelsen er ikke begrenset til anvendelse av noen spesiell variant. Det som skiller de forskjellige sulfitkokingsmetoder, er fremfor alt kokevæskens pH, nemlig sur sulfit- (pH ca. 2), bisulfit-

(pH ca. 4) og nøytralsulfitmetoden (pH ca. 7). Hele ionebytterkapasiteten kan ikke tilskrives sulfonsyregruppene, men en viss del, trolig ca. 0,05 mekv/g, må henføres til karboksylgrupper, hovedsakelig bundet til den såkalte hemicellulose. Den maksimalt oppnåelige kapasitet ved sulfitkoking ligger omkring 0,40 mekv/g.

Dette er et lavt siffer sammenlignet med syntetiske ionebyttere som normalt har en kapasitet på flere mekv/g. Noen nevneverdig praktisk anvendelse som ionebytter har sulfitmasse derfor ikke fått.

Etter at man kom på den ide å anvende en sulfonert ligno-cellulose som middel for opptagelse av høymolekylære organiske forbindelser, ble det innledningsvis utført visse forsøk for å sammenligne et slikt materiale med karboksymetylcellulose.

Eksempel 1

Lignocellulosematerialet i henhold til oppfinnelsen ble fremstilt ved natriumbisulfitkoking av gran ved pH ca. 4. Den erholdte masse ble tatt ut ved klortall 23 i et utbytte på 70% regnet på veden. Massen ble raffinert, vasket, lufttørket og malt i en kvern til et relativt fint pulver. Ionebytterkapasiteten av det således erholdte materiale ble bestemt til 0,27 mekv/g.

Som sammenligningsmateriale ble anvendt en kommersielt tilgjengelig karboksymetylcellulose ("Whatman CM 11") ved substitusjonsgraden 0,10. Ionebytterkapasiteten ble bestemt til 0,50 mekv/g. Produktet forelå i form av et hvitt pulver.

Av hvert materiale ble 7 g overført til hver sin ione-bytterkolonne av konvensjonell laboratoriekonstruksjon. Ionebytter-rørets innerdiameter var 1,8 cm. Overføringen foregikk på vanlig måte, dvs. materialet ble oppslemmet i vann, og suspensjonen ble hellet gradvis over i ionebytterrøret slik at det ble dannet et homogent lag av ionebyttermateriale.

Begge ionebytterene ble hydrogenmettet i kolonne ved at

0,1N saltsyre fikk passere lagene, fulgt av avionisert vann inntil filtratene var frie for kloridioner. Først deretter ble den høymolekylære organiske substans tilført til kolonnene.

I dette første forsøk ble anvendt myse, dvs. den oppløsning

man får som avfall ved ostefremstilling. Den aktuelle myseprøvens proteininnhold ble beregnet til 0,7% ved bestemmelse av nitrogeninnholdet og multiplikasjon av dette med 6,25. Mysens pH var 5,2.

Så stort volum myse ble tillatt å passere kolonnene at

protein med sikkerhet kunne påvises kvalitativt i filtratet. Det viste seg da at proteinet i begge tilfeller kom ut av kolonnen først

når betydelig mer væske enn det frie kolonnevolum hadde passert. Allerede dette resultat er i og for seg et klart bevis for at proteinet er opptatt på ionebyttermaterialet. For at man imidlertid skulle få én sikrere kvantitativ oppgave over opptatt proteinmengde ble kolonnene vasket med vann, hvoretter ionebyttermaterialene ble tatt ut, tørket og analysert på nitrogeninnhold. Proteininnholdet ble beregnet som ovenfor ved multiplikasjon av nitrogeninnholdet med 6,25.

Resultatene er sammenstilt i den nedenstående tabell:

Etter subtraksjon av kontrollprøvens nitrogeninnhold som var

0,04% for materialet i henhold til oppfinnelsen og 0,02% for "Whatman CM 11".

Som det fremgår av tabellen viser materialet i henhold til oppfinnelsen ikke bare en høyere strømningshastighet enn "Whatman CM 11", men også et høyere nitrogeninnhold og et derav beregnet høyere proteininnhold. Dette er særskilt overraskende ettersom det sulfonerte lignocellulosemateriale har en vesentlig

lavere ionebytterkapasitet enn "Whatman CM 11".

Det er vanskelig å gi en sikker forklåring på hvorfor materialet, i henhold til oppfinnelsen har en så overraskende høy evne til å ta opp protein. Muligens henger det sammen med at materialets sulfonsyregrupper er lettere tilgjengelige for store molekyler enn karboksylgruppene i karboksymetylcellulosen.

En annen forklaring kan imidlertid også finnes. Hvis man regner om nitrogeninnholdet fra prosent, basert på proteininnsatt materiale, til mekv/g, basert på opprinnelig materiale, får man følgende resultat.

For "Whatman CM 11" er den opptatte nitrogenmengde,

0,19 mekv/g vesentlig lavere enn ionebytterkapasiteten, 0,50 mekv/g,

mens det omvendte gjelder for materialet i henhold til oppfinnelsen. Dette kan tyde på at en annen mekanisme i tillegg til ionebytte

spiller inn ved opptagelse av protein på materialet i henhold til oppfinnelsen. Muligens skjer det en utfelling av protein i nærheten av de sterkt sure sulfonsyregruppene i materialet, forårsaket av en lokal meget lav pH der.

Ytterligere andre mekanismer for opptagelsen kan tenkes,

og oppfinnelsen er ikke bundet til ionebyttermekanismen.

Eksempel 2

Opptagelse på masse i henhold til eksempel 1 ble undersøkt

også med andre proteinholdige oppløsninger enn myse. Med skummet melk fikk man således et nitrogeninnhold på 0,55%, svarende til 3,4% protein, og med avfallsvann fra torskbehandling et nitrogeninnhold på 0,33%, svarende til 2,1% protein.

Eksempel 3

Etter at grunnideen med å anvende en sulfonert ligno-

cellulose viste seg å være riktig, ble det utført en ny serie forsøk, der seks forskjellige natriumbisulfitmasser fra gran ble fremstilt i varierende utbytter og med varierende ionebytterkapasitet. Kokningsbetingelsene resp. analysedata for massene var følgende: 1 vektdel granflis ble innført i en autoklav med 4,0 vekt-deler natriumbisulfit-kokevæske. Kokevæsken inneholdt 2,51% bundet og 4,96% total SO2og hadde pH 4 ved romtemperatur. Tilsetningen av bundet SO2, basert på absolutt tørr ved, ble 83 kg/tonn.

Temperaturskjemaet ved kokingen var:

Injeksjon ved 60°C 0,10 t

60-151°C 2,30 t ved 151°C varierende, se følgende tabell

' Fra kappatall i henhold til sammenhengen: Klortall=0,2 x kappåtall.

Massene ble raffinert, vasket, tørket og malt.

Fremgangsmåten for bestemmelse av proteinopptagende evne var prinsipielt den samme som i eksempel 1. Mysen hadde et proteininnhold på 0,7% og en pH-verdi på 5,7.

Resultatene fremgår av den følgende tabell:

De i tabellen angitte resultater er sammenstilt i et diagram i figur 1 der proteininnholdet, % og ionebytterkapasiteten, mekv/g, er vist som funksjon av massenes utbytte, %.

Ionebytterkapasiteten går gjennom et relativt flatt maksimum. Dette beror på at ligninet i veden sulfoneres, hvorved ionebytterkapasiteten raskt stiger på grunn av sulfonsyregruppene. Samtidig skjer imidlertid også en utløsning av lignosulfonsyre, hvilket etterhånden medfører at ionebytterkapasiteten minsker.

Kurven for proteinopptagelsesevnen går ikke parallelt med kurven for ionebytterkapasiteten. Riktignok har den. også et maksimum, men dette ligger ved et lavere utbytte og er meget uventet sterkt utpreget.

Undersøkelsen viser altså at det her opptrer en overraskende effekt ved at proteinopptagelsen har et maksimum innenfor et visst kritisk utbytteområde, svarende til et visst klortall- resp. ionebytterkapasitetsområde. Da en proteinopptagelse på mer enn 2% må betegnes som et uventet godt resultat, er det tydelig at utbytteområdet 57-90% er kritisk. Hvis man forhøyer kravet til proteinopptagelse til 4%, er området 60-72% særlig egnet, og meget høy kapasitet for protein, mer enn 10%, oppnås i området 65-70%.

Ionebytterkapasiteten bør, for å nå minst 2% proteinopptagelse, tydelig være over 0,15 mekv/g. Beste opptagelse nåes i området 0,20-0,31, fortrinnsvis 0,25-0,30 mekv/g. ,

For at man skulle få ytterligere underlag for bedømmelse, undersøkte man på samme måte som ovenfor en fabrikkfremstilt nøytralsulfitmasse fra bjerk. Klortallet ble bestemt til 22,9. Utbyttet var ukjent, men ble på grunnlag av klortallet anslått til å ligge mellom 80 og 85%. Ionebytterkapasiteten var 0,20 mekv/g, dvs. lavere enn for tilsvarende klortall og utbytte for bisulfit-massen fra gran. Nitrogeninnholdet etter opptagelse av protein fra myse var 0,40%, svarende til et proteininnhold på 2,5%.

Eksempel 4

Samme masser og samme myse som i eksempel 3 ble anvendt, men istedenfor å overføre massene til en kolonne ble opptagelsen av protein utført satsvis.

Ca. 5 g av hver prøve ble hydrogenionmettet ved gjentatt oppslemning i 0,1N HCl og utvasking med avionisert vann. Prøvene ble deretter hver oppslemmet i 300 ml myse. Etter. 15 minutter ble massene frafiltrert på bdchnertrakt og vasket med avionisert vann inntil vaskevannet var helt klart (fritt for grums). Prøvene ble tørket og analysert for nitrogeninnhold. Følgende resultater ble oppnådd:

Resultatene viser at proteinopptagelsen i de fleste tilfeller er lavere - i visse tilfeller vesentlig lavere - ved disse satsvise forsøk enn ved opptagelsen på kolonne. Et maksimum i opptagelse ble imidlertid oppnådd også her, nemlig med masse D (klortall 19,4, utbytte 65,0%, ionebytterkapasitet 0,27 mekv/g).

Forskjellen mellom resultatene i eksempel 3 og eksempel 4 kan neppe forklares på annen måte enn at opptagelsen på et kolonnelag av materialet innenfor det optimale utbytteområde styres av ytterligere minst en mekanisme i tillegg til ionebytte.

For rensning av proteinhqldig avfallsvann fra f.eks.

levnetsmiddelindustrien er en særskilt metode utviklet. Prosessen fremgår prinsipielt av skjemaet på figur 2.

Utviklingsarbeidet har omfattet såvel forsøk i laboratorie-skala som kontinuerlig drift i et for formålet særskilt konstruert pilotanlegg. Som avfallsvann er anvendt prøver fra slakterier og fiskeri-industrier, fra hvilke avfallsvannet oppviser høye proteininnhold. Som det fremgår av figur 2 har det derfor vist seg nødvendig at man i et første trinn ved tilsetning av i og for seg tidligere kjente midler, utfeller den største•delen av høymolekylært materiale, som ved sedimentasjon oppnås som et proteinrikt slam. Overløpet fra dette utfelningstrinn inneholder imidlertid så store mengder forurensninger at et direkte utslipp i vassdrag ikke er tilfredsstillende. Problemet er imidlertid løst med rimelige omkostninger ved at opptagningsmaterialet i henhold til opp-

finnelsen anvendes i prosessens andre trinn. Ved periodisk

eluering av materialet ved hjelp av en egnet, nedenfor nærmere beskrevet elueringsoppløsning, får man et verdifullt proteinanriket eluat. I et tredje trinn ifølge figur 2 anvendes andre ionebyttere, f.eks. en anionebytter for å oppfange karbohydrater i avfallsvannet.

Eksempel 5

Det materiale som ble anvendt i disse forsøk, besto av et lignocellulosemateriale fremstilt av gran ved en bisulfitprosess,

og det hadde et klortall på 20,5, svarende til et utbytte på ca. 68%. Materialet ble tørket, malt og siktet gjennom en sikt med en maske-vidde på 0,20 mm. Ionebytterkapasiteten ble bestemt i henhold til

den ovenfor angitte metode til å være 0,25 mekv/g.

En rekke avfallsvannprøver som var tatt fra et slakteri ved flere forskjellige anledninger, ble anvendt ved forsøkene. Analyser av vannprøvene viste at permanganatforbruket lå mellom 610 og 1030 mg/l og nitrogeninnholdene mellom 107 og 214 mg/l (6 prøver).

Ved undersøkelsene som ble utført i laboratbrieskala, ble avfallsvannet først felt med en stivelse som var forestret med svovelsyre, såkalt glukosetrisulfat. Utfeiningen fikk sedimentere, og den

klare oppløsning over ble dekantert av. De på denne måte fremstilte prøver hadde permanganatforbruksverdier mellom 220 og 440 mg/l og nitrogeninnhold'mellom 61 og 122 mg/l.

Ved kolonneforsøkene ble ionebyttermaterialet i henhold til oppfinnelsen påfylt ved at 5 g derav først ble oppslemmet i vann og tilført kolonnen. Avfallsvannet ble innført i kolonnen og fikk deretter renne ut til noe over masselagets øvre kant, hvoretter nytt volum avfallsvann ble påfylt. Ved bestemmelse av strømnings-hastigheten ble det holdt en konstant trykkhøyde på 30 cm over øvre kant av masselaget.

Mellom hvert forsøk, omfattende en opptagelse og en eluering, ble gjennomskylling av kolonnen utført underfra med vann, fulgt av 0,5N HCl.

På inn- og utgående avfallsvannprøver ble utført analyser med hensyn til permanganat-tall, nitrogeninnhold og tørrstoff-innhold. Ved de innledende forsøk ble 1,5 1 vannprøve tillatt å passere kolonnen før forsøket ble avbrutt. Resultatene fra disse forsøk er gitt i den følgende tabell:

Tabellverdiene viser til analyse av den respektive fraksjon.

For tørrstoffinnholdsbestemmelsen ble alle fraksjoner slått

sammen, og tørrstoffinnholdet ble bestemt til 1,44 g/l.

Gjennomstrømningen var som det vil fremgå, stort sett

konstant under hele forsøket. Permanganattallet ble senket kraftig i begynnelsen av gjennomstrømningen og steg deretter bare langsomt og var etter 1,5 1 fremdeles på et lavt nivå, langt fra verdien for inngående vann. Omtrentlig det samme gjelder for nitrogeninnholdet. Forsøkene viser at man totalt lyktes i å fjerne ca.

40 mg nitrogen fra prøven, samt 0,81 g tørrstoff.

Sammenligningsforsøk med konvensjonelle helsyntetiske kationebyttere av typen "Amberlite IRA 120" ga vesentlig dårligere resultat.

Med det sulfonerte lignocellulosemateriale i henhold til oppfinnelsen er det således mulig i meget høy grad å ta opp stoffer som er vanskelige eller umulige å fjerne på annen måte. Mere grundige undersøkelser har vist at man ved fellingstrinnet kan fjerne proteiner med høy molekylvekt, større enn ca. 10.000, mens fordelen med materialet i henhold til oppfinnelsen er at det fjerner proteiner og polypeptider i molekylvektområdet 1000-20.000, som ellers er vanskelige å fjerne. Enda mer lavmolekylære polypeptider kan i og for seg fjernes med konvensjonelle helsyntetiske kationebyttere av typen "Amberlite IRA 120".

Eksempel 6

Ved fortsatte forsøk med slakteriavfallsvann ifølge eksempel 5 ble det prøvet med å innstille forskjellige pH-verdier i det vann som ble tilført andre trinnet, dvs. til kolonnen med materialet i henhold til oppfinnelsen. Resultatene viste at materialets evne til å senke permanganattall, tørrstoffinnhold og nitrogeninnhold ikke ble påvirket av pH i området 2-5, men sank noe ved pH 7 og markant ved pH 8 som således synes å utgjøre en kritisk verdi. Strømningshastigheten i kolonnen ble ikke påvirket i nevneverdig grad av pH hos inngående oppløsning. Ettersom det første fellingstrinn med fordel utføres ved pH ca. 4, er det prosessteknisk mest fordelaktig å bibeholde denne pH når vannet går inn i kolonnen i annet trinn.

Eksempel 7

Som en fortsettelse av forsøkene med opptagelse i kolonne ble eluering av massen med forskjellige elueringsoppløsninger også undersøkt. Resultatene er sammenfattet i den følgende tabell:

1) Elueringsmidlets tørrstoffinnhold er fratrukket.

2) Effektivitet = eluert mengde nitrogen i prosent av opptatt mengde. 3) Fra forsøk med to kolonner i serie. Eluering av kolonne nr. 1.

Av tabellen fremgår eluatets innhold av nitrogen resp. tørrstoff. Det er også utregnet en effektivitetsverdi som angir eluert mengde nitrogen i prosent av total mengde nitrogen i kolonnen. Tabellen angir verdiene ved elueringsvolumene 50 resp. 100. ml.

Forsøkene viser at en 10% NaCl og 25% H2S04 riktignok gir forholdsvis bra resultater, men at de beste resultater oppnås med alkaliske oppløsninger.

Eksempel 8

Da målet for forsøkene har vært å utnytte celluloseione-bytterens kapasitet maksimalt, men samtidig oppnå lavest mulige permanganattall på utgående filtrat, kom man på tanken°å koble to kolonner i serie. Man skulle da kunne vente med å eluere den første kolonnen inntil filtratet fra den andre kolonnen fremdeles holdt et akseptabelt permanganattall. På dette stadium skulle den første kolonnen være fullstendig mettet og dens kapasitet godt utnyttet. De forsøk som i denne sammenheng ble utført, fremgår av følgende tabell:

Inngående vann: Permanganatforbruk = 320 mg/l

Nitrogeninnhold = 70 mg/l

Disse forsøk viser at permanganattallet etter kolonne 2 er oppe i samme verdi som etter kolonne 1 først etter at en betraktelig mengde vann har strømmet gjennom kolonnene.

Gjentatte forsøk med to kolonner i serie og eluering av kolonne nr. 1 ga i middeltall resultater som fremgår av nederste

linje i den tabell som inngår i eksempel 7.

Som det fremgår medfører denne metode en vesentlig bedret effektivitet samt høyere nitrogeninnhold og tørrstoffinnhold hos eluatet enn metoden med en enkel kolonne.

Eksempel 9

Ettersom en og samme kolonne hele tiden ble anvendt under forsøkenes gang i eksemplene 5-8, representerte de forskjellige forsøk en gjentatt opptagelse og eluering av kolonnen. Under-søkelser viste imidlertid i dette tilfelle at kolonnens kapasitet ikke en gang etter 50 gjennomførte opptagelser og elueringer hadde sunket med hensyn til reduksjon av permanganattall og nitrogeninnhold. Etter det 52. forsøk ble det tatt en prøve fra kolonnen og analysert etter nitrogeninnhold. Dette var 0,04% svarende til 2 mg i hele massen på 5 g i kolonnen. Dette viser med hvilken

høy effektivitet og under hvilke gunstige økonomiske betingelser som det sulfonerte lignocellulosemateriale i henhold til oppfinnelsen kan utnyttes.

Eksempel 10

For å undersøke om den sulfonerte lignocellulosens fysikalske form hadde noen innvirkning på opptagelsesevnen ble den ovenfor nevnte tørrmalte masse sammenlignet med såkalt granulert masse.

. Denne ble fremstilt ved awanning av den etter sulfitkokningen vaskede massen til et tørrinnhold på ca. 50%, fulgt av en mekanisk opprivning slik at massen forelå i form av små granulære fiberaggregater. Som sammenligning ble anvendt masser som var tørrmalt 1 Kørnerkvern resp. Alpinekvern, begge med en sikthulldiameter på

2 mm. Ved forsøkene i kolonne ble målningen utført ved konstant

og relativt høy trykkhøyde, nemlig ved en høyde over masseskiktets nedre begrensningsflate på ca. 1,2 m. Strømmen gjennom laget av granulert masse var 1,7 l/cm<2>• h, mens strømmen gjennom lagene av tørrmalt masse var ca. 0,01 l/cm 2• h. Granulert masse viser således ehmeget høy gjennomstrømning i forhold til malt masse.

Også proteinopptagelseskapasiteten for granulert masse ble undersøkt på lignende måte som i eksempel 3. Proteininnholdet etter opptagelse av protein fra myse var 10,9%, altså et meget bra resultat.

Ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er det også mulig å fjerne bakterier fra oppløsninger inneholdende slike, ved opptagning på den ved fremgangsmåten anvendte sulfonerte ligno-cellulose.

Eksempel 11

Slakteriavfallsvann med permanganattall 800 mg/l og

B0-verdi 1460 mg/l ble felt med 0,1 g/l glukosetrisulfat. Fellingen fikk sedimentere. Oppløsningen over ble dekantert av og hadde permanganattallet 320 mg/l og BO-verdien 500 mg/l. 2 1 av opp-løsningen fikk passere et kolonnelag med 5 g natriumbisulfitmasse fra gran (klortall 20,5, utbytte 68%, ionebytterkapasitet 0,25 mekv/g).

Utgående vann hadde permanganattall 200 mg/l og BO-verdi

290 mg/l.

Bakteriologisk analyse av vannprøver fra de ovenfor beskrevne forsøk ga følgende resultat:

Enzymer kan også opptas av materialet i henhold til oppfinnelsen hvilket fremgår av følgende eksempel.

Eksempel 12

Av samme masse som i eksempel 11 ble 100 g tilført en kolonne

med innerdiameter 4 cm. Laghøyden ble 78 cm. Massen ble mettet med hydrogen, hvorved laghøyden sank til 74 cm. Lagvolumet var da 9,3 cm 3/g.

En 0,4% oppløsning av cellulose i en 0,1M natriumacetat-eddiksyre-buffer ved pH 4,5 ble tilberedt og fikk passere gjennom kolonnen. Effluenten fra kolonnen ble oppsamlet i 15 ml fraksjoner ved hjelp av en automatisk fraksjonsoppsamler. Enzymaktiviteten i utvalgte fraksjoner ble bestemt ved måling av viskositeten hos en 4% vannoppløsning av natriumkarboksymetylcellulose som funksjon av tiden etter tilsetning av 1 ml av fraksjonen.

Resultatene viser at gjennombrudd av celler inntreffer i volumintervallet 780-900 ml. Ettersom det frie kolonnevolum var 600 ml, kan man trekke den slutning at kolonnematerialet hadde opptatt enzym. Materialet ble tatt ut av kolonnerøret, vasket og tørket. Dets nitrogeninnhold var 0,12%.

Forsøket ble gjentatt med en 0,4% enzymoppløsning som var ubufret, men hvis pH ble innstilt på 4,5 med fortynnet saltsyre. Enzymgjennombrudd inntraff ved dette forsøk ikke før i volumintervallet 1800-2160 ml. Ninhydrintest ga positiv reaksjon på protein når 2040 ml var passert.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte til behandling av oppløsninger, f.eks. avfallsvann, for å fjerne høymolekylære, organiske forbindelser, fortrinnsvis proteiner og polypeptider, samt også bakterier, virus og enzymer, fra oppløsningene,karakterisert vedat oppløsningen ved en pH verdi lavere enn 8 bringes i kontakt med et lignocelluloseholdig materiale som er sulfonert i en slik utstrekning at dets ionebytterkapasitet er på minst 0,15 mekv/g, fortrinnsvis 0,20 - 0,31 mekv/g.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,karakterisert vedat oppløsningen bringes i kontakt med det sulfonerte lignocelluloseholdige materiale som lag i en eller flere kolonner, gjennom hvilke oppløsningen bringes til å strømme.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,karakterisert vedat avfallsvannet først underkastes en rensning ved hjelp av i og for seg kjente utfellingsmidler og efter sedi-mentering bringes til å gjennomstrømme én eller flere kolonner inneholdende det sulfonerte lignocelluloseholdige materiale, samt at i et eventuelt slutt-trinn fjernes på i og for seg kjent måte kar-bohydratet i avfallsvannet.

4. Fremgangsmåte som angitt i et av de foregående krav,karakterisert vedat oppløsningen bringes i kontakt med lignocellulosen i form av granulaktige fiberaggregater.