CN102482128B - 包括混合室的生物反应器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生物反应器(1)，包括具有混合室(3)的反应器容器(41)，混合室(3)通过隔壁(44)与基本位于混合室(3)上方的反应室(2)分隔，混合室(3)具有用于流入液体或者流入液体和循环材料的混合物的入口系统(4)，其中入口系统(4)具有在混合室(3)中的出口开孔(60-64)。在一个实施例中，隔壁(44)具有在混合室(3)和反应室(2)之间形成连接的开孔(66)，其中，入口系统(4)的出口开孔(60-64)指向隔壁上的开孔(66)。在一个实施例中，混合室(3)具有用于加强混合室的骨架。

Description

包括混合室的生物反应器

本发明涉及一种包括反应器容器的生物反应器，该反应器容器具有混合室，该混合室通过隔壁与基本位于混合室上方的反应室分隔。本发明还涉及一种在反应器容器中混合流入液体的方法。

EP 0 539 430-B1披露了一种生物反应器，已知该生物反应器具有反应室和混合室。入口系统允许流入液体和/或循环材料经过混合室进入反应器容器，混合室通过隔壁与反应室分隔，该隔壁具有狭缝。混合室成形为圆锥形，并包括被焊接到反应器容器内部的钢板(靠近其底部处)。进水系统在混合室中提供切向液流。

在根据EP 0 539 430-B1的混合室中，用于将流入液体和/或循环材料带入混合室所需的能量被旋流(cyclone flow)所耗散。而且，由于隔壁材料的强度限制，使得隔壁上的压力差受到限制，这导致了在混合室中以及最终在反应室中的流入液体的不均衡分布。此外，隔壁上的压力差提高了连接到生物反应器下游的脱气罐(degassing tank)中的液面。

本发明的目的是减少这些问题中的至少一个。这通过提供一种包括反应器容器的生物反应器实现，该反应器容器具有混合室，该混合室通过隔壁与基本位于混合室上方的反应室分隔。一个实施例中，混合室具有用于流入液体和/或流入液体和循环材料的混合物的入口系统，其中，入口系统具有在混合室中的出口开孔。在一个实施例中，隔壁具有在混合室和反应室之间形成连接的开孔，其中，入口系统的出口开孔指向隔壁上的开孔。

这将允许进入混合室的流入液体的液流被指向穿过隔壁的开孔并进入反应室中。入流能量被直接用于提供从混合室进入反应室的液流。它还允许降低混合室中的过压，从而通过对于在混合室和反应室之间的隔壁使用更少的材料而允许更低的成本。这允许节省材料和降低成本。

在一个实施例中，出口开孔对准隔壁上的开孔。这将进一步减少从入口系统穿过混合室进入开孔并进入反应室的液流的阻抗。

优选地，流入液体入口系统的出口开孔指向和/或对准隔壁上的开孔。这种结构允许使用具有较小泵的入口系统，该较小泵需要较小的功率。

在一个实施例中，入口系统的至少四个出口开孔被指向或对准隔壁上的至少四个相应的开孔。通过提供多个开孔实现了液流阻抗的进一步减小。

在一个实施例中，出口开孔具有喷嘴，喷嘴具有表面积缩减(入口系统的)。入口系统包括用于提供流入液体进入混合室的管道。流入液体经过喷嘴流出管道，所述喷嘴提供了表面积缩减，这将允许液流加速和压力下降。根据本发明，被加速的液流指向穿过隔壁的开孔。

优选地，该缩减是至少25％。这将保证充分的加速。此外，被加速的液流将对该液流周围的液体提供冲击并将随后加速该液体。

在一个实施例中，出口开孔的表面积小于隔壁上的开孔的表面积至少20％以及优选地至少40％，即，出口开孔所指向的开孔。在这样的关系中，被定向为从出口开孔进入开孔的液流将推动液体从混合室穿过隔壁上的开孔。以这种方式，入流能量还被用于将流入液体和已经存在于混合室中的液体相混合。

优选地，入口系统的出口开孔与隔壁上的开孔之间的距离小于出口开孔的横截面的宽度的八倍，优选地小于五倍。入口系统的出口开孔和隔壁上的开孔之间的液流的自由距离或液流路径具有有限的长度，以便防止入流能量的耗散以及以便进一步降低过压。此外，这种自由距离允许从混合室吸入液体，液流被定向为朝向隔壁上的开孔。

在另一个实施例中，出口开孔和隔壁上的开孔之间的距离是可变的。在一个实施例中，开孔和/或入口系统的出口开孔被可移动地安装在生物反应器中，允许两个开孔之间的液流的自由距离的改变。在一个实施例中，使用驱动器(actuator)移动开孔。在一个实施例中，使用中央处理器控制驱动器，该中央处理器允许用户控制和配置自由距离，这给用户提供了对于参数的控制，该参数用于控制混合室中的混合量。

一个实施例中，隔壁上的开孔包括从隔壁的一侧延伸穿过该隔壁并延伸出隔壁的另一侧的管道或导管。管道提供了在隔壁的壁部件和管道的开口之间的一段距离。由于从优选地为板的隔壁延伸的原因，管道或导管的开口不会被例如聚集在隔壁上的淤泥所妨碍，这些淤泥本来可以例如堵塞开口的一部分。堵塞淤泥被转移到管道上，位于开口周围。

一个实施例中，隔壁上的开孔被设置成靠近反应器容器的反应器底部。由于淤泥被聚集在反应室中并且由于更高密度的原因而沉积在反应器底部的底板上，所以由入口系统提供的流入液体的入流和入流的能量被用来扰动所聚集的淤泥，这将导致更好的混合以及流入液体的增强的清洁效果。

一个实施例中，混合室还包括流入液体入口系统的出流开孔，该出流开孔相对于诸如下行管道的用于流入液体和循环材料的混合物的出流开孔至少部分地被切向定向。这将允许在混合室中混合循环材料，其中，所述混合包括位于诸如下行管道的用于流入液体和循环材料的混合物的出流开孔周围的圆周液流。优选地，下行管道被连接到混合室的顶板部件或顶部，并包括在隔壁上的开孔，下行管道的管道收容于该开孔中。一个实施例中，用于混合物的出流开孔位于混合室的顶部部分，而穿过隔壁的开孔位于靠近混合室的底部部分的位置。流入液体和循环材料的混合物将仅当在混合室中充分混合之后到达穿过隔壁的开孔。

一个实施例中，隔壁包括混合室的侧壁，该混合室在所述侧壁上具有开孔，其中，所述侧壁相对于反应器容器的底部是倾斜的或偏斜的。倾斜的侧壁防止淤泥沉积，优选地如果倾斜超过45度。

在另一个实施例中，混合室设置在反应器容器的反应器底部上，并且隔壁上的开孔基本平行于反应器底部定向。开孔从混合室被向外定向。入流能量从混合室被向外定向并在反应器容器的底部上耗散，允许将本来将沉积在底部上的淤泥“打旋(swirling)”。

在另一个实施例中，混合室包括在隔壁上的至少六个开孔，该至少六个开孔沿四个基本相互垂直的方向从混合室被向外定向。这允许混合后的流入液体的液流在所有四个风向上向外散布。优选地，这将允许使用有限尺寸的混合室，仅覆盖反应器底部的一部分，其中，由于被定向进入反应室的入流的能量，使得更高的淤泥浓度被打旋。

根据另一方面，提供了一种在生物反应器的反应器容器中混合流入液体的方法。在该方法的一个实施例中，提供了混合室，在反应器容器中混合室通过隔壁与反应室分隔，所述反应室基本位于混合室的上方。流入液体被馈送入混合室。进一步地，在混合室中接收流入液体和循环材料的混合物。循环材料的液流可以使用下行管道被馈送入混合室中。根据一个实施例，提供了从混合室穿过隔壁上的开孔到达反应室的液流。根据一个优选的实施例，流入液体的馈送被朝向隔壁上的开孔定向。这将减少馈入的流入液体在其从流入液体入口系统到反应室的路径上所耗散的能量的量。

本发明涉及包括反应器容器的生物反应器，该反应器容器具有混合室，该混合室通过隔壁与基本位于混合室上方的反应室分隔。

生物反应器需要某种流入液体入口系统，以将待被再循环的废水或流入液体引入反应器中。例如从EP0539430B1中可知，有利的是，首先将流入液体引入反应器容器内的混合室中，在其中，流入液体与已经部分地再循环的材料混合。然后，流入液体和循环材料的混合物被引入适当的反应室中。

混合室可以位于反应室的底部上，因此将被再循环的材料的混合物被引入到反应室所在的点也可以位于反应室的底部上。重的淤泥颗粒和固体污物将趋向于沉积在反应器的底部上而较清洁的液体可以在反应器柱的较高处被发现，因此初期流入液体材料应该被靠近底部注入，然后当它们被处理时可以被允许上升。为此，生物反应器容器典型地形成为圆筒状，纵轴被定向为沿重力方向。但是，其它容器形状也是可行的。

较重材料沉积的结果是，被污染的淤泥将沉积在反应器容器的底部。生物反应器的工作需要一定量的生物量，但是超出的量必须被移除，例如通过淤泥排出系统。

一个问题是，生物反应器中的淤泥下压用于将混合室与反应室分隔的隔壁。已知的是，这个问题可以通过用刚性材料构建混合室而被克服，诸如钢，但是缺点是增加了成本。使用诸如塑料的合成材料来形成隔壁将是更经济的，但是在已知混合室的顶部上的淤泥的重量使得这种运用无法实现。

已知的混合室典型地占用所有或大部分的反应器容器底板面积。构建这些混合室典型地包括与反应器容器的侧部的焊接连接。这样，这些连接的制造成本高。另外的缺点是，反应器容器的设计受混合室的设计和制造的影响。这使得工业上可获得的标准容器难以用在生物反应器应用中。

已知的混合室的另一个问题是，当混合室占用所有或大部分的反应器容器底板面积时，在反应器容器底板上或其附近没有或只有有限的空间用于淤泥排出系统。

此外，EP0539430B1中的混合室具有用于将材料从混合室引入反应室的出口系统，该出口系统是从混合室底部延伸到顶部的缝隙。这样，材料沿混合室的整个高度而被注入。如前文提到的一样，理想地，流入液体或流入液体和循环材料的混合物尽可能靠近反应器容器底部地被注入反应器容器中。在混合室的整个高度上具有出口的已知混合室因此不是最佳的。

本发明的一个目的是克服这些问题中的一个或多个。

为了达到这个目的，本发明提供了一种包括反应器容器的生物反应器，该反应器容器具有混合室，该混合室通过隔壁与基本位于混合室上方的反应室分隔，混合室具有用于流入液体或者流入液体和循环材料的混合物的入口系统以及用于将材料引入反应室的出口系统，以及其中，隔壁由板形成，该板被由骨架元件形成的骨架所支撑，其中，骨架元件基本上沿隔壁侧面设置。通过提供沿隔壁延伸的骨架元件，沿隔壁提供了经济的支撑件。

根据本发明一个实施例的混合室包括壳体。它可以基本上形成为箱体，该箱体具有底板以及形成壁的侧面和可选地顶板。壁和可选地顶板构成与反应室的隔壁。

一个实施例中，壳体占用反应器容器/反应室的底板或底部的有限的面积。这将允许淤泥邻近壳体而沉积，限制了在混合室的壳体上聚集的淤泥的重量。骨架与底部表面积的有限使用的结合是一种经济的解决方案。

将用于混合室的壁和顶板的某些经济材料没有足够强度，克服这一问题的一种方法是，利用骨架或框架来加强该结构。但是，由于这种骨架可能将阻碍混合过程，因此重要的是使得混合室内的流动模式不会被这种骨架的元件所限制。因此，加强该结构的优选方法是，为它提供有足够强度的材料的骨架，该骨架将支撑形成该结构的壁和顶板的板，其中，构成骨架的骨架元件(诸如例如，肋板、支撑杆和椽形支撑物)基本上与构成该壁和顶板的板位于相同平面上，因此骨架元件不会阻碍混合室内材料的流动。

在一个实施例中，骨架包括沿隔壁的板形部件设置的用于局部支撑该隔壁的骨架元件。骨架元件可以包括杆。杆对液流的妨碍有限。

箱体沿平行于底板的方向上的尺寸将大于沿与平行底板的方向垂直的方向上的尺寸。第一个方向将被称为室的长度而第二个方向为宽度。与底板和顶板或混合室的最高点一致的平面(大部分)之间的距离将被称为高度。有利的是，例如，以规则放置元件的方式构建和设置所述骨架，优选地沿长轴，其中，元件是例如支撑梁、支柱、拱形结构或椽，其提供了可供板连接到其上的坚固框架件。然后，所有板一起构成混合室和反应室之间的隔壁。板可以被连接在骨架的外侧上或内侧上，其中，内侧意思是朝向混合室的内部，或连接在骨架元件之间。在根据本发明的一个优选实施例中，骨架元件包括多个椽，多个椽以具有相互间隔的方式沿混合室长度设置。椽形成支撑物，构成隔壁的板可以附装在该支撑物上。沿结构的最长轴以规则方式设置椽的这种设置具有的优点是，在骨架上平均分布负载并允许使用沿该轴线的固定尺寸的板。

在另一个优选的实施例中，骨架是外骨架，意思是板被附装在骨架元件的基本上面向混合室的侧部上。这具有的优点是，隔壁的面向混合室的内侧可以基本上是平滑的，这可以有利于混合。此外，相较于周围的反应室的压力，该系统因此对于混合室内部的偶尔过大的压力来说而更坚固。例如，这可能发生在流入液体中或在来自于下行管道的流体中存在高浓度气态材料时。

在根据本发明的另一个优选的实施例中，从混合室的底部延伸的板相对于混合室最底部平面成一个角度，该角度在45至85度之间，优选地，在55至75度之间。通过设置壁使其相对于最底部平面成小于85度(优选地小于75度)角而实现的非竖直壁的优点是，这样做与混合室的底板相比减少了混合室的顶板的面积。减少的顶板的面积允许较少淤泥在那里沉积。但是，壁的倾斜必须不能变的太小，否则淤泥将还是沉积在壁上。因此，相对于最底部平面45度的最小角度，优选地55度，是有利的。

在根据本发明的另一个优选的实施例中，板具有一个或多个开孔，开孔与混合室最底部平面相距距离d，其中距离d小于混合室最底部平面和最顶部平面之间的差值的一半。如前文提到的一样，有利的是，尽可能靠近反应室底板将流入液体和循环材料的混合物注入反应室中。

为了具有用于反应室中所述混合物和淤泥之间的相互作用的最佳条件，在根据本发明的另一个优选的实施例中，混合室设置在反应器容器的反应器底部上并且隔壁上的开孔基本平行于反应器底部定向。

当在反应器容器中混合室或混合室的集合没有占用反应器底部的全部面积时，则在大部分淤泥将聚集的位置处具有空间用于设置淤泥排出系统，即在反应器的底部。因此，在本发明一个优选的实施例中，反应器容器还包括设置在反应器容器的反应器底部或其附近的淤泥排出系统。

当淤泥排出系统设置成其与反应器容器底板之间的距离与混合室隔壁上的孔与反应器容器底板之间的距离基本相同时是特别有利的。

在根据本发明的一个实施例中，反应器容器包括在反应室底板上的至少两个混合室，其中，被混合室占用的所述底板的面积小于所述底板的总面积的一半，为淤泥排出系统留出足够空间。此外，混合室具有用于将混合物材料引入反应室的开孔。为了最佳地混合，有利的是，使得从这些开孔而来的混合物材料流沿着一个确定方向。在一个优选的实施例中，当板具有一个或多个由被定向在大致垂直于板表面的方向上的管道段形成的开孔时，这可以实现。通过定向管道段的方向，例如，通过改变管道相对于管道所在的混合室壁的方向或通过调整反应器容器内整个混合室的方向，使得输入的混合物的液流可以由生物反应器的设计者确定，以及被设置为允许最佳的反应器效率。

在根据本发明的一个实施例中，通过使用例如螺栓将混合室或骨架固定在基板上(该基板又被焊接、螺栓连接或以其它固定方式连接到反应室的底板上)，使得混合室被固定在反应室的底板上。

可能发生的是，混合室内部的压力上升到不期望的水平，例如由于用于将材料引入到反应室中的开孔的被阻塞或由于在混合室顶部聚集的流入液体材料中的气体的高浓度。为了降低过大压力，在反应室的底板和混合室的板的下边缘之间可以存在间隙。这个间隙可以例如具有与混合室骨架固定于其上的基板相同的高度。这个间隙帮助保持混合室内部和外部的液体压力大致相等，典型的压力差是大约0.5米水压(0.05巴)。基板可以以相互之间具有一定距离的方式被设置。

在一个优选的实施例中，混合室出口系统还包括额外的出口装置，出口装置用于将流入液体中或流入液体和循环材料的混合物中的气态材料输送到反应室中。所述出口装置可以是倒置的U形的形状，因此气态混合物可以溢出到反应室中，但是，没有液体或淤泥材料从反应室中被注入回混合室中。替换地，出口可以以阀的形式设置。有利的是，将出口设置在混合室的顶部附近，因为这是气态材料将聚集的地方。

在一个实施例中和/或根据本发明的另一方面，提供了没有由更刚性材料制成的骨架的混合室。因此，本发明一个实施例是一种包括反应器容器的生物反应器，反应器容器具有混合室，混合室通过隔壁与基本位于混合室上方的反应室分隔，混合室具有用于流入液体或流入液体和循环材料的混合物的入口系统和用于将材料引入反应室的出口系统，并且其中，混合室设有壁，壁与反应器容器的底板之间的夹角45度至85度之间、优选地在55度至75度之间，并且其中，混合室设有顶板部件，顶板部件被连接到下行管道。所述生物反应器可以结合有前文中提到的有利特征。根据这方面的混合室的一个优选实施例包括形成为壳体的混合室，混合室占用反应器容器的底部的表面积的有限面积。这将允许淤泥邻近混合室壳体沉积，并且在一个实施例中，将允许隔一定间隔(定期)用淤泥清除系统去除淤泥，淤泥清除系统形成和安置在反应器容器的没有被混合室占用的底部上。这将允许减少混合室上的淤泥的压力/重量，允许使用较少材料来构建混合室。

虽然在本文中将描述具体的实施例，但是对于普通技术人员来说显然本发明没有被限制于该具体的实施例。本文中描述的任何特征(包括描述具有明确的优点的特征和具有隐含优点的特征)都被包括在本文中以及可以是所要求保护的主题的一部分，特别是分案申请的一部分。

图1显示了生物反应器的竖直剖面图。

图2a-2d显示了混合室的剖面图和细节。

图3a-b显示了在反应室内的混合室的从上往下的视图。

已知的是，污水处理中存在多种方法。一个选择是这样的一种方法，其中设置有污水中的有机物的消化。这可以例如通过厌氧消化实现，厌氧消化是一种在缺氧条件下进行的细菌处理过程，或者通过好氧消化实现，好氧消化是一种在有氧条件下的细菌处理过程。在缺氧条件下，由于污泥颗粒之间接触，使得在反应室中发生发酵作用，形成诸如低级脂肪酸和甲烷的水溶性物质。

图1中所示的生物反应器1是一种厌氧污水处理装置，包括反应器容器41，反应器容器41内是反应室2。如已知的一样，反应器尺寸可以具有宽范围。反应器容器41的尺寸为大约8至30米高，直径3至15米。厌氧污水处理容器41的典型尺寸为20至30米高，直径5至15米。在反应室2内，污染液体与淤泥相互作用，特别地厌氧细菌处理过程在那里进行。在反应室2的底板10上，具有至少一个混合室3，混合室3将流入的流入液体材料与部分再循环的材料混合。混合室3被设计成将流体混合物引入反应室2中以进行处理。每个混合室3通过入口系统4接收流入液体材料。流入液体被泵42从外部泵入混合室3并被管道43散布。

入口系统4还包括连接到混合室3的下行管道7。下行管道7将循环材料从生物反应器1的较高区域带回到混合室3中。在与流入液体材料混合后，新的以及部分再循环材料的混合物被带回到反应室2。典型地，对于反应室2中的每个混合室3有一个下行管道7。

所示的实施例中的混合室3基本上为箱形，在混合室3和反应室2之间设有隔壁44。隔壁或隔板44典型地由板8形成，板8例如由塑料制成，比如聚丙烯。混合室3的顶板9和底板基本上与反应器容器底板平行。但是，可以设想没有顶板的设计和/或没有底板的设计，没有顶板的设计例如圆锥形或棱锥型，没有底板的设计例如倒置的棱锥或漏斗形。

如可以从图1中看出的一样，反应器容器底板10与反应室底板实质上是同一个。在本文中，这两个名词将可替换地使用。

板8上设有圆周开孔49，圆周开孔49在混合室3和反应室2之间形成流体连接，形成入口系统4的进入混合室3的出口。本实施例中入口系统41的出口包括多个延伸穿过隔壁44的具有圆形横截面12的小管道66(在图1中未示出，参考图2c)。通过从入口系统4的出口流出，流入液体从入口系统4被引入混合室3。液流可以从混合室经过开孔49进入反应室2。

虽然用于将材料从混合室引入到反应室中的许多其它类型的开孔49是可能的，但是管道的优点在于，向外流出的材料被定向为基本沿着管道66的长度方向。这允许生物反应器的设计者将管道的地点和位置设置成获得针对反应室中的反应的最佳条件。

稍微地，管道66在板8内侧向内延伸，进入混合室并稍微从板8的外侧延伸进入反应室2。由于淤泥可以沉积在混合室3中，因此聚集的淤泥绕过管道66落下/滑落而不会堵塞管道出口。

在一个优选的实施例中，入口系统4的出口还包括一个或多个气体释放系统13，气体释放系统13将气态材料引出混合室3进入反应室2。由于气态材料将上升到混合室3的顶部，因此将气体释放系统13设置在混合室3的顶板9上是有利的。非图1所示的泄压系统的其它的泄压系统13对于本领域普通技术人员来说是周知的，例如阀。泄压系统13优选地具有倒置U形的形状，以防止来自反应室的淤泥材料进入混合室。

将结合图2和3更详细地描述混合室的特征。

入口系统4的出口将输送流入液体和循环材料的流体混合物，使其穿过隔壁44进入反应室2。在反应室2内将发生厌氧反应。当流入液体材料被处理时，在反应室2中较轻材料(诸如气体和液体)将基本上升。

在根据图1的实施例中，生物反应器1包括设置成主要收集气体和液体材料的第一级收集系统或分离器17。还设置有第二级收集系统或分离器18。收集系统17和18两者都将材料引入分离室20，在第一级的情况下是经由互连上升管道19进行的。分离室20将气体材料与其余材料分离。气体材料可以通过沼气出口21排出分离室。其它材料被收集到下行管道7中并通过入口系统4被输送回混合室3中。因此，混合室3将流入液体材料和部分再循环的材料混合。下行管道7和互连上升管道19用线段示意性地表示。

在图1中，下行管道7被附装到混合室3的顶板9。可以是混合室3支撑下行管道7，或者下行管道7帮助支撑混合室3。将下行管道7连接到混合室3的其它方法也是可行的，例如，通过在混合室3的侧面的入口。在本发明一个实施例中(未在图1中示出)，部分或所有的流入液体材料从分离室20和混合室3之间的某个位置注入下行管道7并从该处被输送到混合室3。

反应室2还包括排出水出口系统22，用于出口的或净化的液体材料。排出水出口系统22是一种收集系统，其聚集来自反应室2的出口液体，这些液体然后可以通过出水泄流23排出生物反应器。出水出口系统22仅仅被示意性地显示。

在根据图1的实施例中，存在用于使得材料离开反应室2的三种方法。第一，净化的液体可以通过排出水出口系统22离开系统。第二，气体和液体的混合物可以进入收集系统级17或18中的一个。在这种情况下，气态材料将通过沼气出口21排出生物反应器，而其它材料将通过下行管道7被送回混合室。第三，液体和固体材料的混合物可以通过污泥排出系统(在图1中未示出)被去除。

图2a至2c显示了混合室的三个截面，正视图(2a)、侧视图(2b)和顶视图(2c)。

图2的混合室3包括用于流入液体或流入液体和循环材料的混合物的入口系统4，入口系统连接到位于生物反应器1外部的泵42。入口系统4允许流入液体进入生物反应器1，特别是混合室3。

根据图2d所示的实施例，三条管道50、51、52从泵42进入反应器容器41。管道50至52延伸穿过隔壁44上的开孔，被连接到并进入混合室3。管道50至52被连接到分布管道53至55，详细显示在图2c中。分布管道53至55在反应器容器41的底板10的上方延伸，大约在水平面上。流入液体入口系统4包括管道50至52和53至55，以及下行管道7。对于普通技术人员来说，显然流入液体入口系统4可以设置为使用不同数量的管道、和/或与图中所示的不同的管道设置方式。例如，流入液体材料可以通过均延伸穿过室隔壁的侧面的管道(而不是具有一个延伸穿过顶板9的管道51)而进入混合室。

分布管道53至55均具有多个出口或流出口。分布管道53具有五个用于流入液体的出口。出口由喷嘴60至64构成。喷嘴60显示在图2b中的侧视图中。喷嘴60至64指向设有开孔的隔壁44，这里，开孔是管道66的形式的。流入液体进入混合室3以允许与已经存在于混合室3中的液体混合。进一步地，由于喷嘴60至64指向隔壁44，所以混合室中的液体将与流入液体一起被吸入管道66中，排出进入反应室2。

在一个实施例中，图2b中的横截面视图所示的管道66从混合室内部延伸穿过隔壁65并从隔壁44向外延伸进入反应室2。

流入液体入口系统4还包括也具有五个喷嘴的分布管道55，该五个喷嘴被定向成在相反方向上朝向一隔壁，该隔壁在与隔壁44相反的方向上。

分布管道54具有被定向在相反方向上的四个喷嘴70至73，也指向具有开孔的其它隔壁的壁部，该开孔用于流体从混合室3经过该开孔排出进入反应室2。

图2b中标出的在喷嘴端部67和穿过隔壁的管道66的近端部68之间的自由空间69形成了流入液体的从喷嘴60穿过混合室3的自由路径。

当流入液体被馈入混合室3时，它将被喷嘴60至64加速，所述喷嘴具有用于使得液体/流入液体排出进入混合室的表面积缩减。喷嘴80的一个实施例的细节显示在图2d中，显示了在喷嘴80的出口端81具有相对于分布管道的表面积的至少20％的表面积缩减，这里大约50％。直径83比直径82小至少10％。

在一个实施例中，自由通路69为大约20至80毫米，优选地30至50毫米。喷嘴端部81的直径83优选地为大约70至120毫米。在一个实施例中，管道66的直径为大约120至180毫米。

喷嘴的流出口端81指向管道66的开口68，所述管道具有比喷嘴端部69、81的表面积大的表面积，优选地大大约30％、更优选地大大约50％。

当流入液体在喷嘴端部67处被馈入混合室3时，由于其速度的原因，它将从混合室中吸取或汲取液体。流入液体和来自混合室3的液体的混合物流入管道66的开口端68。流入液体和来自混合室3的液体的混合是使用流入液体的入口能量的结果。此外，入口能量被提供直接作为用于进入反应室2的混合物液流的能量。

管道66和喷嘴60的中心线98是基本对齐的。

此外，分布管道54设有相对于下行管道7切向地定向的喷嘴78、79，以提供从下行管道7进入混合室3的循环混合物以及从泵41进入混合室的部分流入液体的螺旋流。

图2a还显示了设置在顶板9上用于连接下行管道7和顶板9的法兰90。使用法兰90允许将下行管道7快速连接到顶板，节省成本。

用相对便宜的材料构建混合室是有利的，诸如塑料，特别是聚丙烯或聚乙烯。但是，为了使混合室具有必需的强度以抵抗主要由沉积到其顶部的淤泥而产生的外部压力，根据本发明采取了多种措施。

在根据图2的实施例中，混合室3包括隔壁44，这里塑料板8设置在一起以形成混合室的壁和顶板9，其上固定有支撑结构或骨架14，这里是椽或肋板15形式的外骨架。这种措施具有增强结构的效果，因此它能够更好地承受来自在它的顶部上的任何淤泥的压力。在一个实施例中使用了金属椽15。在另一个实施例中，椽也由塑料形成。通过使用椽/肋板作为骨架或支撑架，使得使用塑料作为形成混合室3的唯一材料成为可能。

在另一个实施例中，混合室3的壳体本身是自支撑的，例如，通过使用金属板作为隔壁。

图2a显示了沿混合室3的长度分布的7个椽15的侧视图。图2b显示了一个这种椽15的截面。因此，在一个优选的实施例中，构成侧壁和顶板9的平直部件沿形成壁和顶板9的板8设置，因此不会扰乱混合室3内的液流。椽部件15可以被附装在板8的内侧，或者外侧。将椽15附装在板8的外侧是有利的，使得混合室隔壁的内侧是平坦的和光滑的，以允许最佳的混合。这形成了外骨架。此外，如果发生任何过大压力，外骨架加强了混合室。

一个实施例对混合室3的结构使用两种材料：第一较刚性材料，用于支撑结构14；以及第二较柔性材料，用于由板8形成的隔壁44。另一个实施例是以自支撑形式构建壁和顶板的整体结构，消除了对支撑结构的需要，但是提高了对使用材料的要求(以及可能地成本)。钢板可以被用来制造混合室2的壳体。

作为抵抗来自反应室2的压力的第二种措施，在考虑淤泥沉积方面有利地成形顶板8和壁9。顶板9被形成得相对较小，也就是说，从顶视图看它具有相对较小的表面积。在根据图1和2的实施例中，混合室3具有的顶板9占底板10的表面积的总表面积的小于30％、优选地小于20％。只有相对较小量的淤泥可以沉积在顶板9上。

通过使用外骨架，椽15设置在顶板9上，形成导流槽，该导流槽将允许淤泥被导引离开顶板9。

顶板仍然基本设置为足够大，以支撑入口系统的连接装置，诸如法兰(参见图2C)。壁8与反应器容器41的底板成角度α，该底板上设置反应室2。有利的角度为至少45度，优选地在55和75度之间。更大的角度(诸如接近90度)是不利的，因为这将意味着顶板9的面积将增加更多，使得淤泥可以沉积在那里。理想的是，壁8的斜率足够陡峭，以防止淤泥在那里沉积，但是不会比例如55至75度之间的角度更陡峭。这保证了大部分试图沉积在混合室3上的淤泥将滑落到反应器容器底板10。从混合室3上压力的角度以及从生物反应器1的运行的方面看，这是有利的，如果在靠近底板10的重材料与上方的较轻材料之间存在最大的高度分离，则生物反应器运行得最好。

混合室3利用穿过该混合室的底部安装带15上的孔的销或者螺钉被附装在反应器容器41的底板10上。对于普通技术人员来说很明显存在许多方式将混合室3附装到容器底板10上。在根据本发明的一个实施例中，通过使用例如螺栓将底部安装带15固定到基板上并且该基板又被焊接、螺栓连接或其它方式固定到反应室底板上，使得混合室被固定到反应室的底板上。在反应室的底板和混合室板8的下边缘之间可以存在间隙。这个间隙可以例如具有与基板相同的高度，混合室骨架被固定于该基板上。

根据本发明的一个方面，用于减少压在被形成为壳体的混合室3上的淤泥的影响的第三种措施图示于图3，图3显示了在圆筒形容器1中的反应室的底板上的4个混合室的自上向下的视图。在本文中，反应室2的底板和反应器容器41的底板10是意义相同的，并且指混合室所在的表面。如可以从图3中所见的一样，被所有混合室3一起占用的总的反应室底板面积10典型地小于总底板面积10的一半，并且混合室3在底板10上的位置是均匀分布的。因此，大部分的淤泥将直接沉积到底板10上，一些将通过滑离倾斜的壁而最终落到底板上，而只有一小部分淤泥将留在混合室3的顶板9上。与已知的混合室3相比，诸如例如EP0539430B1中横跨反应器41的整个底板的圆锥形结构，这意味着施加到混合室结构3上的力被大幅减小，因此该结构可以用更轻的和更经济的材料构建。

因此，具有不止一个较小的混合室3比具有一个大的混合室可以是更有利的，当然还取决于总面积以及混合室容积与反应器容器容积之比。这保证了具有足够的底板面积可以供大部分淤泥沉积，并且意味着具有足够的可用的底板面积，以供出口系统管道12指向，使得获得最佳的反应条件。

图3a显示了一种不同的生物反应器的截面图，该生物反应器具有反应器容器100，该反应器容器具有底板101并且具有大约15米的直径。在根据图3a的这种设置中，底部101设有分布在底板表面101上的四个混合室102至105。混合室103和105具有大约相同的尺寸，而混合室102和104具有大约相同的尺寸。混合室102至105被构建为差不多类似根据图2a至2c的混合室103的壳体。

混合室102至105的壳体优选地大约2至3米宽并且具有在4至9米之间变化的长度，但是混合室3也是这样。椽优选地沿混合室的长度以相互具有间距的方式设置，椽在宽度方向上延伸并支撑壳体。

根据本发明的混合室包括船形壳体。这种壳体可以在制造步骤中预先形成。这将允许生物反应器的模块化建造。此外相对于现有技术水平，建造船形混合室节省了大量建造时间并允许节省成本。此外，船形结构允许形成可以供下行管道连接的顶板。

如可以从根据图3a的顶视图所见的一样，穿过各自的混合室102至105的隔壁的管道106被定向为大体在所有四个方向上远离混合室102至105。这将允许以基本平行于底部表面101的方式从混合室102至105将液体馈入反应室，允许在反应室中进行一些混合。此外，待沉积在底部101上的淤泥将被扰乱并且由于从管道106流出的液流的原因而被重复利用和循环，并将在反应室中被重复利用。

流入液体入口系统115显示在图3a中，该流入液体入口系统115具有连接到混合室102至105中的分布管道的12个管道。流入液体的分发基本与根据图2a至2c的分发类似。管道优选地由人造材料形成，诸如塑料。

下行管道110至113连接到顶板表面，顶板表面相对于底部101的表面积具有非常有限的面积，所述下行管道110至113允许来自生物反应器顶部的循环材料的分发。这里，顶板表面积小于总底板表面积的10％。

在图3a中未示出，但是与图3b的实施例类似，淤泥清除系统可以设置在底部101上或其附近，以从底板101清除落下的淤泥。

由于混合室102至105的隔壁的壁以相对陡峭的角度设置，因此淤泥将不会聚集在隔壁上，而是将聚集在底板101上，并且淤泥清除系统将能够更快地清除淤泥。

图3b显示了淤泥排出系统30，淤泥排出系统30包括在反应器内部的管道(具有入口开口32)和在反应器容器外部的排出出口31。本发明的一个优点是，相对较小的混合室3留下了足够的空间以在反应器容器41的底部10上放置淤泥排出系统。由于淤泥将沉积在底部上，因此将这种淤泥排出系统设置为具有较小高度是有利的。此外，使混合室出口开口12位于与淤泥排出系统30基本相同的高度是有利的。

淤泥排出系统30可以被连接到设置在容器41外部的泵。在一个实施例中，淤泥排出系统包括分布在淤泥排出系统的管道的长度上的开口，其在反应器容器41的底板上延伸。

当前的发明的另一个优点是，混合室可以通过普通技术人员周知的简单的连接装置被设置在圆筒形容器的底板上或实际上具有局部平坦底板的任何形状的容器的底板上，否则的话，混合室不能与周围的容器在结构上成一体，如例如在EP0539430B1中的情况，其中，圆锥形结构被焊接到圆筒形容器的侧部。当制造根据本发明的生物反应器时，允许使用市场上可获得的容器而不是定制的生物反应器容器，这具有显著的成本优势。

根据另一方面，本发明涉及下述条款。

条款1：一种生物反应器包括反应器容器，反应器容器具有混合室，混合室通过隔壁与基本位于混合室上方的反应室分隔，混合室具有用于流入液体或者流入液体和循环材料的混合物的入口系统和用于将材料引入反应室的出口系统，并且其中，隔壁由板形成，板被由骨架元件形成的骨架支撑，其中，骨架元件基本上沿隔壁侧面设置。

条款2：根据条款1所述的生物反应器，其中，骨架元件包括沿混合室的长度以相互具有间隔的方式设置的椽。

条款3：根据条款1或2所述的生物反应器，其中，骨架是外骨架，其中，板附装在骨架元件的基本上面向混合室的侧面。

条款4：根据条款1至3中任一项所述的生物反应器，其中，混合室为设置在反应器容器的底板上的壳体，其占用有限的底板的表面积(小于70％、优选的小于50％)。

条款5：根据前述条款中任一项所述的生物反应器，其中，从混合室的底部延伸的板相对于混合室的最底部平面成一个角度，该角度在45至85度之间，优选地在55至75度之间。

条款6：根据前述条款中的任一项所述的生物反应器，其中，板具有与混合室的最底部的平面距离为d的一个或多个开孔，其中，距离d小于混合室的最底部平面与最顶部平面之间的差的一半。

条款7：根据前述条款中任一项所述的生物反应器，其中，混合室设置在反应器容器的反应器底部上，并且其中，隔壁上的开孔基本平行于反应器底部定向。

条款8：根据前述条款中任一项所述的生物反应器，其中，反应器容器还包括设置在反应器容器的反应器底部上或附近的淤泥排出系统。

条款9：根据条款8所述的生物反应器，其中，淤泥排出系统设置成其与反应器容器底板之间的距离与混合室隔壁上的开孔与反应器容器底板之间的距离基本上相同。

条款10：根据前述条款中任一项所述的生物反应器，其中，反应器容器包括在反应室的底板上的至少两个混合室，其中，被混合室占用的所述底板的面积小于所述底板的总面积的一半。

条款11：根据前述条款中任一项所述的生物反应器，其中，板具有一个或多个开孔，所述开孔由被定向在大致垂直于板表面的方向上的管道段所形成。

条款12：根据前述条款中任一项所述的生物反应器，其中，混合室出口系统还包括出口装置，出口装置用于将流入液体或者流入液体和循环材料的混合物中的气体材料输送到反应室。

条款13：一种生物反应器，包括反应器容器，反应器容器具有混合室，混合室通过隔壁与基本位于混合室上方的反应室分隔，混合室具有用于流入液体或者流入液体和循环材料的混合物的入口系统和用于将材料引入反应室的出口系统，并且其中，混合室具有的壁与反应器容器的底板成一个角度，该角度在45度至85度之间，优选地在55度至75度之间，并且其中，混合室具有连接到下行管道的顶板部件。

条款14：根据条款13结合条款2至12中的任意特征的生物反应器。

条款15：一种生物反应器，包括反应器容器，反应器容器具有混合室，混合室通过隔壁与基本位于混合室上方的反应室分隔，混合室具有用于流入液体或者流入液体和循环材料的混合物的入口系统以及用于将材料引入反应室的出口系统，并且其中，混合室设置在反应器容器的底板上，其中，混合室占用小的表面积(小于反应器的底板的总表面积的50％)，并且其中，淤泥清除系统设置在混合室和反应器容器内壁之间的底板或其附近。

上述任何条款可以与所附条款组中限定的任何特征结合使用。

Claims (18)

1.一种生物反应器（1），包括具有混合室（3）的反应器容器（41），所述混合室（3）通过隔壁（44）与反应室（2）分隔，所述反应室基本位于所述混合室（3）上方，所述混合室（3）具有用于流入液体或者流入液体和循环材料的混合物的入口系统（4），其中，所述入口系统（4）具有在所述混合室（3）中的出口开孔（60-64），所述隔壁（44）具有在所述混合室（3）与所述反应室（2）之间形成连接的开孔（66），其中，所述入口系统（4）的所述出口开孔（60-64）指向所述隔壁上的所述开孔（66）。

2.根据权利要求1所述的生物反应器，其中，所述出口开孔（60-64）与所述隔壁上的所述开孔（66）对准。

3.根据权利要求1或2所述的生物反应器，其中，所述入口系统（4）的至少四个出口开孔（60-64）指向或者对准所述隔壁（44）上的四个相应的开孔（66）。

4.根据权利要求1或2所述的生物反应器，其中，所述出口开孔（60-64）具有喷嘴（80），所述喷嘴具有表面积缩减。

5.根据权利要求4所述的生物反应器，其中，所述缩减为至少25%。

6.根据权利要求1所述的生物反应器，其中，所述出口开孔（60-64）的表面积比所述隔壁上的所述开孔（66）的表面积小至少20%。

7.根据权利要求6所述的生物反应器，其中，所述出口开孔（60-64）的表面积比所述隔壁上的所述开孔（66）的表面积小至少40%。

8.根据权利要求1所述的生物反应器，其中，所述入口系统的所述出口开孔（60-64）与隔壁上的所述开孔（66）之间的距离小于所述出口开孔的横截面的宽度的八倍。

9.根据权利要求8所述的生物反应器，其中，所述入口系统的所述出口开孔（60-64）与隔壁上的所述开孔（66）之间的距离小于所述出口开孔的横截面的宽度的五倍。

10.根据权利要求1或2所述的生物反应器，其中，所述出口开孔和/或所述隔壁上的所述开孔被能够移动地安装在所述混合室中，以便改变所述入口系统的所述出口开孔与隔壁上的所述开孔之间的距离。

11.根据权利要求1或2所述的生物反应器，其中，所述隔壁（44）上的所述开孔（66）包括管道，所述管道从所述隔壁的一侧延伸穿过所述隔壁并伸出所述隔壁的另一侧。

12.根据权利要求1或2所述的生物反应器，其中，所述隔壁上的所述开孔设置成靠近所述反应器容器（41）的反应器底部（10），在20厘米之内。

13.根据权利要求1所述的生物反应器，其中，所述混合室进一步包括所述流入液体入口系统（4）的出流开孔（78、79），所述出流开孔相对于用于流入液体和循环材料的混合物的出流开孔至少部分地被切向定向。

14.根据权利要求13所述的生物反应器，其中，用于流入液体和循环材料的混合物的出流开孔是下行管道（7）。

15.根据权利要求1或2所述的生物反应器，其中，所述隔壁（44）包括所述混合室（3）的侧壁（8），并且其中，所述开孔（66）设置在所述侧壁上，并且其中，所述侧壁相对于所述反应器容器（41）的底部（10）倾斜。

16.根据权利要求1或2所述的生物反应器，其中，所述混合室（3）设置在所述反应器容器（41）的反应器底部（10）上，并且其中，所述隔壁上的所述开孔（66）被定向成基本平行于所述反应器底部（10）。

17.根据权利要求1或2所述的生物反应器，其中，所述混合室包括在所述隔壁（44）上的至少六个开孔（66），所述至少六个开孔（66）沿四个相互基本垂直的方向从所述混合室（3）被向外定向。

18.一种在生物反应器的反应器容器中混合流入液体的方法，包括在所述反应器容器中提供混合室，所述混合室通过隔壁与反应室分隔，所述反应室基本位于所述混合室的上方，将流入液体馈送到所述混合室中并提供从所述混合室穿过所述隔壁上的开孔到达所述反应室的液流，其中，所述流入液体的馈送被定向成朝向所述隔壁上的所述开孔。

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