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PATENTANSPRÜCHE
1. Reaktionsgefäss für mikrobielle Abbau-Reaktionen in Abwasser-Reinigungsanlagen, bei dem in einem turmartigen Gehäuse mindestens ein vertikales Steigrohr angeordnet ist, in welches von unten eine Zufuhrleitung für die zu behandelnde Flüssigkeit einmündet, während mindestens eine Abflussleitung für die behandelte Flüssigkeit aus dem Gehäuse wegführt, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhrleitung (7) im Zentrum der Einlauföffnung (6) des Steigrohres (3) endet, dass ferner das Steigrohr (3) über einen Teil seiner Höhe mit Abstand konzentrisch von einem zweiten rohrartigen Zylinder (11) umschlossen ist, dessen Oberkante (12) höher liegt als die Oberkante (13) des Steigrohres (3), und dass schliesslich die aus dem Gehäuse (1) wegführende Abflussleitung (15) höchstens etwa die gleiche Niveauhöhe erreicht, wie die Oberkante (13) des Steigrohres (3).
2. Reaktionsgefäss nach Anspruch 1, dadurchgekennzeichnet, dass der Boden des Gehäuses (1) und/oder das Steigrohr (3) nach unten trichterförmig zulaufen.
3. Reaktionsgefäss nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche des zwischen Zylinder (11) und Gehäuse (1) entstehenden Ringraumes (14) 20-100 % der Querschnittsfläche des Steigrohres (3) beträgt.
4. Reaktionsgefäss nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in die Rohrwasser-Zuführleitung (7) vor ihrem Eintritt in das Reaktionsgefäss eine Gaszufuhrleitung mündet.
Die Erfindung betrifft ein Reaktionsgefäss für mikrobielle Abbau-Reaktionen in Abwasser-Reinigungsanlagen, bei dem in einem turmartigen Gehäuse mindestens ein vertikales Steigrohr angeordnet ist, in welches von unten eine Zufuhrleitung für die zu behandelnde Flüssigkeit einmündet, während mindestens eine Abflussleitung für die behandelte Flüssigkeit aus dem Gehäuse wegführt.
Bei aeroben sowie anaeroben biologischen Abbau-Reaktionen der Inhaltsstoffe von Abwässern durch Mikroorganismen besteht das behandelte Abwasser bekanntlich normalerweise aus einem Gemisch von Flüssigkeit, Feststoffen und Gasen, die voneinander getrennt werden müssen, wobei die abgetrennten Feststoffe, die die Biomasse enthalten, mindestens zum Teil dem Reaktionsraum wieder zugeführt werden müssen.
In der bisherigen Praxis werden daher dem Reaktionsraum eine Entgasungszone und ein Sedimentationsbecken nachgeschaltet, von dem aus eine mit einer Förderpumpe versehene Rückführleitung für einen Teil des Feststoffanteils oder Schlammes zurück in den Reaktionsraum führen. Derartige Anlagen sind aufwendig und haben einen relativ grossen Platzbedarf sowie ein relativ umfangreiches Bauvolumen; diese Nachteile fallen besonders ins Gewicht bei industriellen Abwasser-Reinigungsanlagen, in denen sehr häufig nur relativ geringe Mengen hochbelasteter Abwässer eines oder einzelner Betriebe behandelt werden müssen.
Es besteht daher das Bedürfnis, besonders für den industriellen Bereich Anlagen zu schaffen, bei denen die Phasentrennung und das Wiedereinspeisen der Biomasse in das Reaktionsgefäss mit möglichst geringem Aufwand und möglichst kleinem Bauvolumen durchgeführt werden.
Ein Reaktionsbehälter der eingangs genannten Art ist aus dem DE-GM 1937329 bekannt; er dient zur aeroben Behandlung von schäumenden Flüssigkeiten und zur anschliessenden Trennung des Schaumes von der Flüssigkeit. Mit diesem bekannten Behälter können jedoch eine Flüssigkeits-Feststoff-Separierung und eine Rückführung der separierten Biomasse in den Reaktionsraum nicht erreicht werden.
Die spezielle Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, auf der Basis des genannten, bekannten Reaktionsbehälters ein Reaktionsgefäss zu schaffen, in dem zusätzlich die Separation und Rückführung der Feststoffe in den Reaktionsraum durchgeführt werden können. Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Zufuhrleitung im Zentrum der Einlauföffnung des Steigrohres endet, dass ferner das Steigrohr über einen Teil seiner Höhe mit Abstand konzentrisch von einem zweiten rohrartigen Zylinder umschlossen ist, dessen Oberkante höher liegt als die Oberkante des Steigrohres, und dass schliesslich die aus dem Gehäuse wegführende Abflussleitung höchstens etwa die gleiche Niveauhöhe erreicht, wie die Oberkante des Steigrohres.
Durch die Kombination mehrerer zylindrischer Hohlkörper, die lediglich ineinander gestellt werden, erhält man in einfacher Weise einen Bioreaktor mit integrierten Entgasungs- und Sedimentationsbereichen, wobei aus dem letzten die Rückführung des Schlammes mit Hilfe der Ejektorwirkung des neu zugeführten Rohrwassers erfolgt.
Das neue Gefäss und seine Einbauten werden zweckmässigerweise aus Stahl oder Kunststoff gefertigt. Es ist sowohl für anaerobe als auch für aerobe Prozesse anwendbar, wobei für die aeroben Prozesse der notwendige Sauerstoff beispielsweise in Form von Luft in den Rohwasserstrom vor seinem Eintritt in das Gefäss eingespeist werden kann; für anaerobe Prozesse wird das, bei aerober Verwendung beispielsweise offene Gefäss mit einer gasdichten Glocke versehen, die es von der Umgebung abschliesst und eine mit einem Rückschlagventil versehene Gasabführleitung hat. Die universelle Anwendbarkeit des neuen Gefässes erleichtert die Lagerhaltung und die Wartung besonders für kombinierte Anlagen, in denen nacheinander anaerobe und aerobe Stufen vorhanden sind.
Um die Rückführung des Schlammes in den Reaktionsraum zu erleichtern, der bei dem neuen Gefäss durch den Innenhohlraum des Steigrohres gebildet wird, ist es zweckmässig, wenn der Boden des Gehäuses und/oder das Steigrohr nach unten trichterförmig zulaufen.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Querschnittsfläche des zwischen Zylinder und Gehäuse entstehenden Ringraumes 20 bis 100 % der Querschnittsfläche des Steigrohres beträgt; dieser Ringraum bildet die Sedimentationszone des Gefässes. In ihm steigt die Flüssigkeit nach oben, während die Feststoffe absinken. Bei zu geringer Querschnittsfläche wird in ihm -bei gegebener Durchsatzmenge - die Geschwindigkeit daher so gross, dass die Feststoffpartikel mit nach oben gerissen werden, während bei zu grossen Querschnittsflächen relativ zur Steigrohrfläche, d. h. zum Reaktionsraum, der Aufwand in keinem sinnvollen Verhältnis mehr zu der erzielten Wirkung steht.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt ein Reaktionsgefäss nach der Erfindung in einem vertikalen Längsschnitt.
In einem im wesentlichen einen vertikal stehenden Zylinder bildenden Gehäuse 1, das nach unten durch einen trichterartigen Schlammsammelraum 2 abgeschlossen ist, ist koaxial ein Steig rohr 3 angeordnet, dessen Innenraum 4 den Reaktionsraum für die biologischen Abbau-Reaktionen der Inhaltsstoffe des Abwassers bildet. An seiner Unterseite läuft das Steigrohr 3 in einen Einlauftrichter 5 aus; im Zentrum von dessen Einlauföffnung 6 endet eine Rohwasserzufuhrleitung 7, durch die mit Hilfe einer Pumpe 8 das Rohrwasser in den Reaktionsraum 4 eingespeist wird. Das Ende der Leitung 7 stellt zusammen mit der verengten Einlauföffnung 6 und dem Trichter 15 einen Ejektor dar, durch dessen Wirkung abgesetzter Schlamm aus dem Sammelraum 2 mitgerissen und in den Reaktionsraum 4 zurückgeführt wird.
Die für die Rückführung des Schlammes benötigte Saugwirkung des Ejektors kann sehr gering sein und muss in der Regel nicht mehr als etwa 0.01 bis 0,02 mbar betragen. Gegebenenfalls mündet, beispielsweise für den Lufteintrag in aeroben Prozessen, in die Rohwasserzufuhrleitung 7 vor dem Reaktions
gefäss eine Gaszufuhrleitung 19 ein, in der ein Gebläse 20 angeordnet ist.
Am tiefsten Punkt des Sammelraums 2 ist eine Schlammabzugsleitung 9 angebracht, die mit einem Absperrorgan 10 versehen ist und zum Abziehen überschüssiger Schlamm-Mengen dient.
Erfindungsgemäss ist das Steigrohr 3 über einen Teil seiner Höhe konzentrisch von einem rohrartigen Zwischenzylinder 11 umgeben, dessen Oberkante 12 die Oberkante 13 des Steigrohres 3 überragt; die Höhendifferenz beider Oberkanten 12 und 13 beträgt beispielsweise 0,5 bis 5 % der Gesamthöhe des Steigrohres 3 zwischen der Einlauföffnung 6 und der Oberkante 13. Das Volumen der im Innern des Zwischenzylinders 1 infolge der Differenz der Oberkantenhöhe entstehenden Kreisscheibe bildet die Entgasungszone 16 des Gefässes, in der ein sehr grosser Teil der im Reaktionsraum 4 entstandenen oder enthaltenen Gasphase aus der schlammbeladenen Flüssigkeit ausgeschieden wird.
Die Höhendifferenz der Oberkanten 12 und 13 begrenzt dabei diese Zone auf den Innenraum des Zwischenzylinders 11; die Dicke der Kreisscheibe, d. h. die Höhendifferenz der Oberkanten 12 und 13, ist daher durch die Heftigkeit der Entgasungsvorgänge und die dabei auftretende Schaumbildung bestimmt.
Die Durchmesser von Zwischenzylinder 11 und Gehäuse 1 sind so aufeinander abgestimmt, dass zwischen beiden ein Ringraum 14 entsteht; dieser bildet die Sedimentationszone des Gefässes, in der eine Flüssigkeits-Feststoff-Trennung stattfindet.
Praktisch auf gleicher Niveauhöhe wie die Oberkante 13 des Steigrohres 3 ist erfindungsgemäss weiterhin mindestens eine Abflussleitung 15 für die flüssige Phase des behandelten Abwassers vorgesehen. Durch diese Massnahme ist die Niveauhöhe der im Gefäss enthaltenen Flüssigkeit praktisch auf das Niveau der Oberkante 13 festgelegt.
Das Gehäuse 1 ist nach oben - wie erwähnt vor allem für die Anwendung bei anaeroben Prozessen - durch eine gasdichte Glocke 17 abgeschlossen, aus der eine Gasablassleitung wegführt.
Das durch die Pumpe 8 geförderte Rohwasser fliesst am Ende der Leitung 7 in den Innenhohlraum 4 des Steigrohres 3 aus; wie erwähnt wirkt die Anordnung des Endes der Leitung 7 im Einlaufquerschnitt 6 des Steigrohres 3 dabei als Ejektor, durch den Schlamm aus dem Sammelraum 2 in den Reaktionsraum 4 zurückgeführt wird.
Im langsamen Aufwärtsstrom des Rohwassers laufen die von den Mikroorganismen bewirkten Abbau-Reaktionen ab, bei denen aus den Inhaltsstoffen des Rohwassers in Verbindung mit der im Steigrohr 3 befindlichen Biomasse bei anaeroben Prozessen zumindest teilweise Gase, wie Methan und Kohlendioxid, entstehen und so ein Dreiphasengemisch im Steigrohr 3 vorliegt, während bei aeroben Prozessen die Gasphase nicht nur ein Produkt der ablaufenden Reaktionen ist, sondern schon vorher durch Sauerstoff- bzw. Lufteintrag verursacht wird.
Durch die erfindungsgemässe Anordnung der Abflussleitung 15 bildet sich im Innenraum des Zwischenzylinders 11 auf der Niveauhöhe der Oberkante 13 des Steigrohres 3 eine sich dauernd erneuernde Flüssigkeitsoberfläche, durch die hindurch eine weitestgehende Entgasung des aus dem Steigrohr austretenden Gemisches stattfindet. Flüssigkeit und Feststoffe fliessen zwischen Steigrohr 3 und Zylinder 11 abwärts und werden am unteren Ende des Zylinders 11 umgelenkt; durch die Umlenkung wird eine erste Separation der Flüssigkeit eingeleitet, die sich im als Sedimentationszone wirkenden Ringraum 14 fortsetzt, indem sich die aufgrund der Schwerkraftwirkung absinkenden Feststoffpartikel im Gegenstrom zu der aufsteigenden Flüssigkeit bewegen.
Diese wird über die Abflussleitung 15 abgezogen, während sich die Feststoffpartikel im Schlammsammelraum 2 sammeln und von dort über den Ejektor erneut in den Kreislauf eingespeist werden oder als Überschuss-Schlamm durch die Leitung 9 entfernt werden.
Als Beispielsangabe sei erwähnt, dass die Dimensionen der einzelnen Zylinder 1, 3 und 11 so aufeinander und auf einen Solldurchsatz abgestimmt sind, dass die Aufsteigegeschwindigkein im Steigrohr 3 etwa 0,2 bis 2 m/h beträgt, während die Steiggeschwindigkeit im Sedimentationsraum 14 sich auf 0,5 bis 1 m/h beläuft; bezüglich der Tiefe, die der Zwischenzylinder 11 über die axiale Länge des Steigrohres 3 - die durch die für die biologische Abbau-Reaktionen benötigte Verweilzeit im Reaktionsraum 4 bestimmt ist - herabgezogen sei, sei erwähnt, dass Zulauf, Schlammabzugund Tiefe des Zwischenzylinders 11 so miteinander korrespondieren müssen, dass die Niveauhöhe des abgesetzten Schlammes immer unter der Unterkante des Zylinders 11 bleibt, da anderenfalls bereits abgesetzter Schlamm durch die im Sedimentationsraum 14 aufsteigende Flüssigkeit wieder mitgerissen wird.
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PATENT CLAIMS
1. reaction vessel for microbial degradation reactions in wastewater treatment plants, in which at least one vertical riser pipe is arranged in a tower-like housing, into which a supply line for the liquid to be treated opens from below, while at least one drain line for the treated liquid from the housing leads away, characterized in that the feed line (7) ends in the center of the inlet opening (6) of the riser pipe (3), that the riser pipe (3) is concentrically surrounded by a second pipe-like cylinder (11) over a part of its height , the upper edge (12) of which is higher than the upper edge (13) of the riser pipe (3), and that finally the drain line (15) leading away from the housing (1) reaches at most approximately the same level as the upper edge (13) of the riser pipe (3).
2. Reaction vessel according to claim 1, characterized in that the bottom of the housing (1) and / or the riser pipe (3) taper downwards in a funnel shape.
3. Reaction vessel according to claim 1, characterized in that the cross-sectional area of the annular space (14) formed between the cylinder (11) and the housing (1) is 20-100% of the cross-sectional area of the riser pipe (3).
4. Reaction vessel according to claim 1, characterized in that a gas supply line opens into the tube water supply line (7) before it enters the reaction vessel.
The invention relates to a reaction vessel for microbial degradation reactions in wastewater treatment plants, in which at least one vertical riser pipe is arranged in a tower-like housing, into which a feed line for the liquid to be treated opens from below, while at least one drain line for the treated liquid leads away from the housing.
In the case of aerobic and anaerobic biodegradation reactions of the constituents of wastewater by microorganisms, the treated wastewater is normally known to consist of a mixture of liquid, solids and gases which have to be separated from one another, with the separated solids containing the biomass at least partly from the Reaction space must be fed again.
In previous practice, a degassing zone and a sedimentation basin are therefore connected downstream of the reaction chamber, from which a return line provided with a feed pump for part of the solids or sludge leads back into the reaction chamber. Such systems are complex and have a relatively large amount of space and a relatively large volume; these disadvantages are particularly significant in industrial wastewater treatment plants, in which very often only relatively small amounts of highly contaminated wastewater from one or individual companies have to be treated.
There is therefore a need, particularly for the industrial sector, to create systems in which the phase separation and the re-feeding of the biomass into the reaction vessel are carried out with the least possible effort and the smallest possible construction volume.
A reaction vessel of the type mentioned is known from DE-GM 1937329; it is used for the aerobic treatment of foaming liquids and for the subsequent separation of the foam from the liquid. With this known container, however, liquid-solid separation and return of the separated biomass to the reaction space cannot be achieved.
The special object of the present invention is therefore to create a reaction vessel on the basis of the known reaction vessel mentioned, in which the solids can additionally be separated and returned to the reaction space. According to the invention, this object is achieved in that the feed line ends in the center of the inlet opening of the riser pipe, in addition that the riser pipe is concentrically enclosed over a part of its height at a distance by a second tubular cylinder, the upper edge of which is higher than the upper edge of the riser pipe, and that finally, the drain line leading out of the housing reaches at most approximately the same level as the upper edge of the riser pipe.
By combining several cylindrical hollow bodies, which are only placed one inside the other, a bioreactor with integrated degassing and sedimentation areas is obtained in a simple manner, the sludge being returned from the last with the aid of the ejector effect of the newly supplied pipe water.
The new vessel and its internals are expediently made of steel or plastic. It can be used for both anaerobic and aerobic processes, with the necessary oxygen for the aerobic processes being able to be fed into the raw water stream, for example in the form of air, before it enters the vessel; For anaerobic processes, the vessel, which is open for aerobic use, for example, is provided with a gas-tight bell, which seals it off from the environment and has a gas discharge line provided with a check valve. The universal applicability of the new vessel makes storage and maintenance easier, especially for combined systems in which anaerobic and aerobic stages are present one after the other.
In order to facilitate the return of the sludge to the reaction space, which in the new vessel is formed by the inner cavity of the riser pipe, it is expedient if the bottom of the housing and / or the riser pipe run downwards in a funnel shape.
It is also advantageous if the cross-sectional area of the annular space created between the cylinder and the housing is 20 to 100% of the cross-sectional area of the riser pipe; this annulus forms the sedimentation zone of the vessel. The liquid rises in it while the solids sink. If the cross-sectional area is too small, the speed becomes so high for a given throughput quantity that the solid particles are also carried upwards, while if the cross-sectional area is too large, relative to the riser pipe area, i. H. to the reaction space, the effort is no longer meaningful to the effect achieved.
The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment.
The single figure shows a reaction vessel according to the invention in a vertical longitudinal section.
In a substantially vertical cylinder forming housing 1, which is closed at the bottom by a funnel-like sludge collecting space 2, a riser pipe 3 is arranged coaxially, the interior 4 of which forms the reaction space for the biological degradation reactions of the constituents of the waste water. On its underside, the riser pipe 3 runs out into an inlet funnel 5; in the center of its inlet opening 6, a raw water supply line 7 ends, through which the pipe water is fed into the reaction chamber 4 with the aid of a pump 8. The end of the line 7, together with the narrowed inlet opening 6 and the funnel 15, represents an ejector, by the effect of which sludge is carried away from the collecting space 2 and returned to the reaction space 4.
The suction effect of the ejector required for the return of the sludge can be very low and generally does not have to be more than about 0.01 to 0.02 mbar. Optionally, for example for the introduction of air in aerobic processes, opens into the raw water supply line 7 before the reaction
vessel a gas supply line 19 in which a blower 20 is arranged.
At the lowest point of the collecting space 2 there is a sludge discharge line 9, which is provided with a shut-off device 10 and is used to draw off excess amounts of sludge.
According to the invention, the riser pipe 3 is concentrically surrounded over part of its height by a tubular intermediate cylinder 11, the upper edge 12 of which protrudes above the upper edge 13 of the riser pipe 3; the difference in height between the two upper edges 12 and 13 is, for example, 0.5 to 5% of the total height of the riser pipe 3 between the inlet opening 6 and the upper edge 13. The volume of the circular disc formed in the interior of the intermediate cylinder 1 as a result of the difference in the upper edge height forms the degassing zone 16 of the vessel , in which a very large part of the gas phase formed or contained in the reaction chamber 4 is excreted from the sludge-laden liquid.
The height difference of the upper edges 12 and 13 limits this zone to the interior of the intermediate cylinder 11; the thickness of the circular disc, d. H. the difference in height of the upper edges 12 and 13 is therefore determined by the intensity of the degassing processes and the foam formation that occurs.
The diameters of the intermediate cylinder 11 and the housing 1 are matched to one another such that an annular space 14 is formed between the two; this forms the sedimentation zone of the vessel, in which a liquid-solid separation takes place.
Practically at the same level as the upper edge 13 of the riser pipe 3, according to the invention, at least one drain line 15 is also provided for the liquid phase of the treated waste water. This measure practically fixes the level of the liquid contained in the vessel to the level of the upper edge 13.
The housing 1 is closed at the top - as mentioned above, especially for use in anaerobic processes - by a gas-tight bell 17, from which a gas discharge line leads away.
The raw water pumped by the pump 8 flows out at the end of the line 7 into the inner cavity 4 of the riser pipe 3; As mentioned, the arrangement of the end of the line 7 in the inlet cross section 6 of the riser pipe 3 acts as an ejector through which sludge is returned from the collecting chamber 2 to the reaction chamber 4.
The degradation reactions caused by the microorganisms take place in the slow upward flow of the raw water, in which gases, such as methane and carbon dioxide, are formed at least partially from the ingredients of the raw water in connection with the biomass in the riser pipe 3 during anaerobic processes, thus creating a three-phase mixture in the Riser pipe 3 is present, while in aerobic processes the gas phase is not only a product of the reactions taking place, but is also caused beforehand by the introduction of oxygen or air.
Due to the arrangement of the drain line 15 according to the invention, a constantly renewing liquid surface is formed in the interior of the intermediate cylinder 11 at the level of the upper edge 13 of the riser pipe 3, through which the mixture emerging from the riser pipe is largely degassed. Liquid and solids flow down between the riser pipe 3 and the cylinder 11 and are deflected at the lower end of the cylinder 11; the deflection initiates a first separation of the liquid, which continues in the annular space 14, which acts as a sedimentation zone, in that the solid particles sinking due to the action of gravity move in countercurrent to the rising liquid.
This is drawn off via the drain line 15, while the solid particles collect in the sludge collecting space 2 and from there are fed back into the circuit via the ejector or are removed as excess sludge through the line 9.
As an example, it should be mentioned that the dimensions of the individual cylinders 1, 3 and 11 are matched to one another and to a target throughput in such a way that the rate of ascent in the riser pipe 3 is approximately 0.2 to 2 m / h, while the rate of climb in the sedimentation chamber 14 increases 0.5 to 1 m / h; With regard to the depth that the intermediate cylinder 11 is drawn down over the axial length of the riser pipe 3 - which is determined by the residence time in the reaction chamber 4 required for the biodegradation reactions - it should be mentioned that the inlet, sludge discharge and depth of the intermediate cylinder 11 correspond to one another must that the level of the settled sludge always remains below the lower edge of the cylinder 11, since otherwise already settled sludge will be carried away again by the liquid rising in the sedimentation chamber 14.