DD266088A1 - PROCESS FOR SELF-ACTIVE REACTOR ENCODING - Google Patents

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DD266088A1 DD87309164A DD30916487A DD266088A1 DD 266088 A1 DD266088 A1 DD 266088A1 DD 87309164 A DD87309164 A DD 87309164A DD 30916487 A DD30916487 A DD 30916487A DD 266088 A1 DD266088 A1 DD 266088A1
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Gerhard Langhans
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Dresden Komplette Chemieanlag
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Abstract

Die Erfindung beinhaltet ein Verfahren zur selbsttaetigen Reaktorumwaelzung. Sie betrifft ein Verfahren, mit welchem vorzugsweise feststoffarme Substrate z. B. geloeste Substanzen, Fugate von Abwaessern usw. anaerob in Bioreaktoren mit Fuellkoerperschuettung aufgearbeitet werden koennen. Erfindungsgemaess wird das Substrat kontinuierlich mit entstehendem Biogas angereichert, zunaechst in Aufwaertsstroemung aus einer vertikalen, mit Fuellkoerpern beaufschlagten Zone geringer Fluiddichte in eine vertikale fuellkoerperfreie Zone hoher Dichte geleitet und hier einer Abwaertsstroemung unterworfen. Der den Umwaelzprozess bewirkende Dichteunterschied zwischen beiden, beidseitig kommunizierend verbundenen Zonen betraegt etwa 2%. Fig. 1The invention includes a process for automatic reactor circulation. It relates to a method with which preferably low-solids substrates z. B. dissolved substances, Fugate of waste water, etc. can be worked up anaerobically in bioreactors with Fuellkoerperschuettung. According to the invention, the substrate is continuously enriched with nascent biogas, first passed in an upstream flow from a vertical, filled with Fuellkoerpern zone of low fluid density in a vertical fuellkoerperfreie high density zone and subject here to Abwaertsstroemung. The density difference between the two zones communicating on both sides of the circulation process is approximately 2%. Fig. 1

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, mit welchem vorzugsweise feststoffarme Substrate^. B. gelöste Substenzen, Fugate von Abwässern, Abwässer aus der Zuckerindustrie anaerob in Bioreaktoren mit Füllkörperschuttungen aufgoaroeitet werden können.The invention relates to a method with which preferably low-solids substrates ^. B. solutes, Fugate of wastewater, wastewater from the sugar industry anaerobically in bioreactors with Füllkörperschuttungen aufgoaroeitet.

Charakteristik de· bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Beim biologischen Abbau organischer Inhaltsstoffe in Abwössern bedient mat) sich in letzter Zeit verstärkt sogenannter Bioreaktoren mit Biomasseimmobilisierung. Die Immobilisierung erfolgt mit Hilfe von Füllkörperschüttungen, die dor Ansiedelung von Mikroorganismen dienen, welche die vorhandenen organiscnen Inhaitsetoffe ebbt uen. Zum Einsatz gelangen dabei sowohl feste Füllkörperschüttungen als auch schwimmende Füllkörper. Zur Verbesserung des. Abbauvorganges, durch Vermeidung von Temperaturdifferbnzen, gleichmäßige Verteilung der Mikroorganismen usw. wird der Inhalt der Bioreaktoren umgewälzt. Dazu sind bereits zahlreiche Lösungen bekannt.In the case of biodegradation of organic ingredients in wastewares, mat) has recently been increasingly using so-called bioreactors with biomass immobilization. The immobilization is carried out with the help of packed beds, which serve for the settlement of microorganisms, which ebbt the existing organic Inhaitsetoffe. Both solid packed beds and floating packing bodies are used. To improve the. Degradation process, by avoiding temperature differences, uniform distribution of microorganisms, etc., the contents of the bioreactors is circulated. Numerous solutions are already known.

Zur Reaktorumwälzung werden bekannte Techniken, wie das Rühren, hydraulisches Umwä .en durch diverse Pumpen, Gaseinblasung zur Verwirklichung des bekennten Mammutpumpenprinzips oder auch ein natürlicher Flüssigkeitsumlauf durch Wärmeenergiezufuhr angewendet.For reactor circulation known techniques, such as stirring, hydraulic Weighing by various pumps, gas injection to achieve the well-known mammoth pump principle or a natural fluid circulation by heat energy supply are used.

Bei all den aufgeführten Möglichkeiten ist em erheblicher apparativer und energetischer Aufwand für Pumpen und Verdichter zur Durchführung der Umwälzprozesse notwendig. Auch beim DD-WP 226550 ist eine unter Druck stehende Flüssigkeitsumwälzung mit entstehendem, verdichtetem Biogas offenbart. Im Reaktor ist eine 60-95% des Volumens einnehmende Füllkörperfestbettschüttung vorgesehen. Umwälzungen ohne Fremdenergiezufuhr sind nicht bekannt.In all the options listed is em considerable equipment and energy costs for pumps and compressors to carry out the Umwälzprozesse necessary. The DD-WP 226550 also discloses a pressurized fluid circulation with resulting compressed biogas. In the reactor 60-95% of the volume occupying Füllkörperfestbettschüttung is provided. Circulations without external energy supply are not known.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist die mikroorganismenschonende, fremdenergielose Umwälzung unter anaeroben Bedingungen.The aim of the invention is the microorganism-friendly, extraneous energy-free circulation under anaerobic conditions.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein anaerobes Verfahren unter Verwendung einer Füllkörperschüttung zu entwickeln. Mit dem Verfahren soll eine optimale, fremdenergielose Reaktorumwälzung zur Sicherung notwendiger Stoff- und Energietransporte im Reaktionsraum des Reaktors ermöglicht werden.The invention has for its object to develop an anaerobic process using a packed bed. With the method, an optimal, Fremdergieergielose reactor circulation to secure necessary material and energy transport in the reaction chamber of the reactor to be made possible.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabo dadurch gelöst, in dem das zu behandelnde Substrat kontinuierlich mit entstehendem Biogas angereichort aus einer mit einer Füllkörperschüttung versehenen Reaktorzone geringer Dichte in eine füllkörperfreie Reaktorzone hoher Fluiddichte geleitet wird.According to the invention, the object is achieved in that the substrate to be treated, enriched continuously with biogas produced, is passed from a reactor zone of low density provided with a packed bed into a filling body-free reactor zone of high fluid density.

In der Füllkörperzone steigt das mit Biogas angereicherte Substrat aufwärts und strömt bedingt durch den Flulddichteunterschied zwischen beiden Zonen in die füllkörperfreie Zone und wird hier einer Abwärtsströmung unterworfen. Beide Zonen sind im Reaktor vertikal nebeneinander angeordnet und an beiden Seiten, also oben und unten miteinander kommunizierend vp'ounden.In the packed zone, the biogas-enriched substrate rises and flows due to the Flulddichteunterschied between the two zones in the filler-body-free zone and is subjected to a downward flow. Both zones are arranged vertically next to one another in the reactor and communicate with each other on both sides, ie above and below.

Es sind Bauweisen, wie z. B. ein Schlaufenreaktor, oder solche denkbar, wo die füllkörperfreie Zone zentrisch im Reaktor und die Füllkörperzone kreisringförmig darum angeordnet ist. Ebenso kann die Füllkörperzone zentrisch angeordnet sein. Beide Zonen sind mittels Netz oder siebähnlichen Gebilden voneinander räumlich getrennt. Die füllkörperfrei Zono hat gegenüber der Füllkörperzone elnon etwa einhundertmal kleineren Raumbedarf. Sollte ab?r keinesfalls größer als Vio gestaltet werden. Beim Abbau organischer Substanzen entsteht bekanntlich Methan, Kohlendioxid uric, kleine Mengen anderer Gase, die in Form kleiner Blasen im Substrat nach oben steigen. Da die Konzentration der Mikroorganismen, welche an den Füllkörpern. -— anwachsen, um ein Vielfaches höher als die von suspendierten Mikroorganismen ist, (ebenso verhält sich die Gasproduktion) wird damit ein erheblicher Dichteunterschied zwischen beiden Reaktorzonen geschaffen. Der Dichteunterschied (Fluiddichteunterschied) beträgt je nach dem Unterschied der Gasproduktion in beiden Zonen etwa 2%, sollte aber mindestens 1,5% betragen.There are construction methods, such. As a loop reactor, or those conceivable where the filler-body-free zone is arranged centrally in the reactor and the Füllkörperzone circular around it. Likewise, the packing zone can be arranged centrally. Both zones are spatially separated from each other by means of mesh or sieve-like structures. The filler Zono has about one hundred times smaller space compared to the packing zone elnon. Should not under any circumstances be designed larger than Vio. The decomposition of organic substances is known to produce methane, carbon dioxide uric, small amounts of other gases that rise in the form of small bubbles in the substrate. As the concentration of microorganisms which attach to the packing. - Grow, which is many times higher than that of suspended microorganisms, (as well as the gas production) is thus created a significant density difference between the two reactor zones. The density difference (fluid density difference) is about 2% depending on the difference in gas production in both zones, but should be at least 1.5%.

Gasärmeres Substrat in der füllkörperfroien Zone weist demzufolge eine höhere Dichte als das gasreichere Substrat in der Füllkörperzone auf. Die Gasproduktion in der Fülütörperzone kann bei günstigen Bedingungen lOmal so hoch wie im herkömmlich ideal durchmischten Reaktor ohne Füllkörperschuttung sein. Der Substratumwälzprozeß ist auf Grund des eingestellten Dichieunterschiedes so intensiv, daß auf Energiezufuhr von außen verzichtet werden kann. Die Richtung der entstehenden Strömung ist gleichgerichtet mit dom Gasblasenaufstieg an der Füllkörperschütturtg entsprechend der vertikalen Strömung nach cam bekannten „Mammutprinzip". In der Füllkörperzone strömt also das Substrat-Biogasblasen-Gemisch mit einer die Biorasenschicht schonenden Geschwindigkeit nach oben, entgast an der FluidcbortliJche und strömt in der füllkörper!reien Zone mit um ein Vielfaches höherer Geschwindigkeit nahezu gesfrei abwärts. Das Verfahren läuft kontinuierlich ab.Gas-poorer substrate in the filling body-free zone consequently has a higher density than the gas-rich substrate in the packing zone. The gas production in the Fülütörperzone can be lO times as high as in the conventional ideally mixed reactor without Füllkörperschuttung under favorable conditions. The Substratumwälzprozeß is due to the set Dichieunterschiedes so intense that can be dispensed with energy from the outside. The direction of the resulting flow is rectified with dom gas bubble rise at the Füllkörperschütturtg according to the vertical flow cam known "mammoth principle." In the packed zone so flows the substrate-biogas bubbles mixture with a gentle biorasenschicht speed up, degassed at the FluidcbortliJche and flows In the filling zone, the zone is almost completely downhill at a speed many times higher.

Besonders vorteilhaft läßt sich das Verfahren gestalten, wenn als künstliche Bewuchsflächen schwimmende Füllkörper, deren Aufbau und Wirkungsweise bereits in einem Vorschlag offenbart wurde, verwendet werden. Die Füllkörper vorzugsweise aus Polyolefin hergestellt, haben eine Kugelstruktur, din aus einer Vielzahl abwechselnd angeordneter axial miteinander verbundener paralleler Stege und Zwischenräume v. steht. Die Zwischenräume sind breiter als die Stege, so daß bei Bewuchs mit Mikroorganismen eine ausreichend große Substratdurchströmöffnung verbleibt. Durch die konstruktive Gestaltung werden Sackgassen im Füllkörper vermieden und der Druckverlust in der Füllkörperschuttung vor allem durch deren Schwimmfähigkeit positiv beeinflußt.The method can be designed particularly advantageously if floating packing bodies whose structure and mode of action have already been disclosed in a proposal are used as artificial growth surfaces. The packing preferably made of polyolefin, have a ball structure, din of a plurality of alternately arranged axially interconnected parallel webs and spaces v. stands. The interspaces are wider than the webs, so that when grown with microorganisms a sufficiently large Substratdurchströmöffnung remains. Due to the structural design dead ends are avoided in the packing and the pressure loss in the Füllkörperschuttung positively influenced especially by their buoyancy.

Die meisten bekannten Füllkörperschütturgen weisen nachteilig hohe Druckverluste auf.Most known Füllkörperschütturgen have disadvantageously high pressure losses.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verftihrens bestehen darin, daß eine vollständige Roaktorumwälzung ohne jegliche Fremdenergiezufuhr möglich istThe advantages of the invention Verftihrens are that a complete Roaktorumwälzung without any external energy supply is possible

Außerdem werden dadurch Schwimmschlammschichtan und Sedimentationen verhindbH. It also prevents scum and sedimentation.

AutführungsbeloplelAutführungsbeloplel

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden:The invention will be explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment:

Fig. 1: zeigt die schematische Darstellung eines Umwälzreaktors ohne FremdenergiezufuhrFig. 1: shows the schematic representation of a circulating reactor without external energy supply

Zulaufendes Substrat mit einer Belastung bR = 4 - 15 kg BSEVm3R d aus einer Anlage der Stärkeproduktion stammend, soll anaerob gereinigt werden.Inflowing substrate with a load b R = 4 - 15 kg BSEVm 3 R d originating from a plant of starch production, should be cleaned anaerobically.

Dazu wird es einem Bioreaktor 1 zugeführt.For this purpose it is fed to a bioreactor 1.

Der Reaktor 1 ist in Form eines senkrecht stehenden Zylinders gestaltet. Der Reaktor weist eine Höhe von 10 m auf. Er besteht aus zwei vertikalen Zonen 2 und 3. Die Zonu 2 steht n.it der Zone 3 an beiden Seiten kommunizierend in Verbindung. Beide Zonen (2,The reactor 1 is designed in the form of a vertical cylinder. The reactor has a height of 10 m. It consists of two vertical zones 2 and 3. The zone 2 communicates n.it the zone 3 on both sides communicating. Both zones (2,

3) sind durch ein Siebblech 4 voneinander getrennt. Die Zone 2, auch Füllkörpersäule genannt, hat ein Volumen von 125m3 und einen Durchmesser von 4m In ihr befinden sich schwimmende, kugelförmige Füllkörper S aus Polyolefin. Jedor Füllkörper 5 hat einen Durchmesser von 0, ? m. An den rüllkörpern 5 siedeln sich die anaeroben Mikroorganismen en. Bei Erreichung einer stationären Biomassekonzentration auf den Füllkörpern 5 erzielt man eine Uasproduktivität von 10 m 'e,og.i/fv3nd. Die Fluidgeschwindigkeit in der Zone 2 beträgt 0,05m/s (Leerrohrgeschwindigkeit).3) are separated by a screen plate 4. The zone 2, also called packing column, has a volume of 125m 3 and a diameter of 4m in it are floating, spherical filler S made of polyolefin. Jedor filler 5 has a diameter of 0,? m. At the Rüllkörpern 5 settle the anaerobic microorganisms en. Upon reaching a stationary biomass concentration on the packing 5 is achieved a Uasproduktivität of 10 m 'e, og.i / fv 3 nd. The fluid velocity in zone 2 is 0.05 m / s (empty pipe velocity).

Die Zone 3, auch Rücklaufrohr genannt, umfaßt dagegen nur ein Volumen von 1,25m3 und weist einen Durchmesser von 0,4m auf. In dieser Zone 3, also der füllkörpiirfreien Zone, beträgt die Gasproduktivität etwa 1 m3 Bio«u/m3Rd.The zone 3, also called return pipe, however, comprises only a volume of 1.25m 3 and has a diameter of 0.4m. In this zone 3, that is, the non-filled zone, the gas productivity is about 1 m 3 B io m / m 3 Rd.

Dadurch ontsteht ein Dichteunterschictd von etwa 2%, welcher den Fluidumlauf zwischen den Zonen 2 und 3 bewirkt. Die Fluggeschwindigkeit in Zone 3 beträgt 5m/s. Zwischen beiden Zonen herrscht ein Druckunterschied von 145mm WS.This results in a density difference of about 2%, which causes the fluid circulation between zones 2 and 3. The airspeed in zone 3 is 5m / s. Between both zones there is a pressure difference of 145mm WS.

Mit dem erfindungsgemäßen Umwälz^erfahren können »2300m3 Substrat bzw. Fluid pro Stunde umgewälzt werden, ohne daß dazu Fremdenergie notwendig ist. Die eingesparte Energiemenge beträgt 541 MWh pro Jahr.Experienced with the circulation according to the invention ^ can be circulated »2300m 3 substrate or fluid per hour, without the need for external energy is necessary. The amount of energy saved is 541 MWh per year.

Claims (2)

1. Verfahren zur selbsttätigen Reaktorumwälzung in Reaktoren mit Füllkörperschüttung zur anaeroben Behandlung von Substrat, insbesondere feststoffarmen Abwasser, gekennzeichnet dadurch, daß kontinuierlich das Substrat mit entstehendem Biogas angereichert, zunächst in Aufwärtsströmung aus einer vert kalen, mit Füllkörpern (5) beaufschlagten Zone (2) geringer Fluiddichte in eine vertikale füllkö perfreie Zone (3) hoher Dichte geleitet und in dieser Zone (3) einer Abwärtsströmung unterworfen wird, wotoi der Dichteunterschied zwischen beiden, beidseitig kommunizierenden Zonen (2,3) etwa 2% beträgt.1. A process for automatic reactor circulation in reactors with random packing for anaerobic treatment of substrate, in particular low-solids wastewater, characterized in that continuously enriched the substrate with biogas produced, first in upward flow from a vert kale, with packing (5) acted upon zone (2) low density fluid is passed into a vertical filling chamber perfreie zone (3) of high density and in this zone (3) is subjected to a downward flow, wotoi the density difference between two, both sides communicating zones (2,3) is about 2%. 2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß für din Füllkörperzone 12) schwimmfähige Füllkörper (5) verwendet werden.2. The method according to claim 1, characterized in that for din Füllkörperzone 12) buoyant filler (5) can be used.
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