DE19517381C1 - Einrichtung zum Zerstören zellulärer Strukturen in Schlämmen biologischer Kläranlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Zerstören zellulärer Strukturen in Suspensionen von Mikro­ organismen, insbesondere in Schlämmen biologischer Kläranla­ gen, durch Ultraschallbeaufschlagung.

Es ist bereits bekannt (DE 42 05 739 A), zelluläre Strukturen in Schlämmen biologischer Kläranlagen durch Ultra­ schallbehandlung und dabei entstehender Kavitation zu zerstö­ ren und so die Menge der anfallenden Schlämme, die in kost­ spieliger Weise entweder verbrannt oder auf eine Deponie ver­ bracht werden müssen, zu vermindern. Zur Ultraschall- und Kavitationserzeugung werden dabei Ultraschallgeber verwendet, die in einem solchen Abstand von einer den Ultraschall reflek­ tierenden Wand angeordnet sind, daß der Schlamm den so ge­ bildeten Spalt zwischen Ultraschallgeber und Wand passieren kann. Man hat dabei festgestellt, daß dieser Spalt eine defi­ nierte Breite haben soll, die zwischen einer und einer Viertelwellenlänge beträgt. Andererseits hat sich gezeigt, daß mit Hilfe dieser Ultraschallgeber und der ihnen zugeordneten Reflexionswände nur beschränkte Schlammengen bearbeitbar sind, was praktisch einer Behandlung der Schlämme im Laboratoriums­ maßstab entspricht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ein­ richtung der eingangs genannten Art so weiter auszubilden, daß eine großtechnische Ultraschallbehandlung von zellulären Strukturen in Schlämmen möglich ist.

Die Einrichtung nach der Erfindung, bei der diese Auf­ gabe gelöst ist, zeichnet sich im wesentlichen dadurch aus, daß mindestens ein Reaktor vorgesehen ist, der aus einem Rohr für die Hindurchführung des einer Ultraschallbehandlung zu un­ terwerfenden Schlammes und aus mindestens einem Ultra­ schallgeber in Form eines einen elektromechanischen Wandler umfassenden stabförmigen Ultraschall-Schwingers besteht, und daß der Reaktor eine untere Mündung für die Schlammzuführung ins Reaktorinnere und eine obere Austrittsöffnung für die Ab­ leitung des Schlamms nach dessen Ultraschall- und damit Kavitationsbeaufschlagung umfaßt. Der das zu behandelnde Medium bildende Schlamm wird somit in kontinuierlichem Durchlauf behandelt und von der Austrittsöffnung des Reaktors zwecks Weiterbehandlung in einen Faulturm oder in ein anderes Belebtschlammbecken übergeführt. Mit Hilfe eines derartigen Reaktors lassen sich Agglomerate von im Schlamm befindlicher Biomasse auseinanderreißen, wobei die in der Nähe des stab­ förmigen Ultraschallgebers befindlichen Mikroben aufge­ schlossen, d. h. mechanisch zerstört, die weiter entfernt be­ findlichen Mikroben dagegen zum Wachstum angeregt werden. Die verdaulichen Bestandteile der aufgeschlossenen Mikroben die­ nen dann den unzerstörten Mikroben als Nahrungsquelle und wer­ den unter Freigabe von Methan "veratmet". Dieser Vorgang kann ggf. mehrere Male wiederholt werden, um den Anteil an Biomasse im Schlamm und damit die Menge an Schlamm, der auf herkömmli­ che kostspielige Weise zu beseitigen ist, d. h. die Menge an verbleibender Trockensubstanz weiter zu reduzieren.

Als besonders zweckmäßig hat sich eine einfache, aber wirksame Reaktorausführung herausgestellt, bei der dem stab­ förmigen Ultraschallgeber mit kreisrundem Querschnitt ein ihn konzentrisch umgebendes kreisrundes Rohr aus Metall, vorzugs­ weise Stahl zugeordnet ist. Dieser Reaktor weist zwischen dem Ultraschallgeber und dem Rohr einen Ringkanal allseitig gleichmäßiger Stärke für die Hindurchführung des zu behandeln­ den Schlamms auf.

Dabei ist es von Vorteil, wenn der Ultraschallgeber eine Länge von 1 m bis 1.50 m sowie einen Außendurchmesser von etwa 50 mm und das Rohr einen Innendurchmesser von etwa 200 mm besitzt. Zweckmäßigerweise ist der Ultraschallgeber durch einen Titanstab gebildet.

Da die durch die Ultraschalleinwirkung entstehende Ka­ vitation für die Auflösung von Agglomeraten sowie die Zerstö­ rung der Mikroben ursächlich ist, andererseits mit steigendem Flüssigkeitsdruck die Bildung von Kavitation erschwert wird bzw. höhere Ultraschallenergie erfordert, hat es sich als gün­ stig herausgestellt, wenn die von einem Ultraschallgeber beaufschlagte Schlamm-Flüssigkeitssäule nicht höher als 2 m ist. In diesem Fall ist die zu beaufschlagende Flüssigkeit nämlich praktisch drucklos.

Als zur Erhöhung der Reaktorleistung besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn mehrere Reaktoren, die jeweils ein Rohr mit einem Ultraschallgeber umfassen, zu einer Reaktoreinheit hintereinandergeschaltet sind. Um die zu beauf­ schlagende Flüssigkeit in der Reaktoreinheit möglichst druck­ los zu halten, werden die Reaktoren zweckmäßigerweise schräg angeordnet. Dabei ist es besonders günstig, wenn die einzelnen Reaktoren zickzackartig übereinander zu der Reaktoreinheit, in der der Ausgang des einen Reaktorrohrs jeweils mit dem Eingang des folgenden Rohres verbunden ist, zusammengefügt sind. Diese Anordnung gewährleistet auf besonders elegante Weise eine in­ tensive Beaufschlagung des durch die Reaktoreinheit geführten Schlamms, ohne die maximale Höhe von 2 m zwischen dem Eingang des untersten Reaktorrohrs und dem Ausgang des obersten Reak­ torrohrs überschreiten zu müssen. Eine besonders intensive Be­ schallung findet bei langsamer Führung der den Schlamm enthal­ tenden Flüssigkeit statt. Diese Geschwindigkeit sollte nicht größer als 6 cm/s sein, jedoch groß genug, daß sich die mitge­ führten Schwebestoffe im Rohr nicht absetzen.

In besonders günstiger Weise ist jeweils das Ende je­ des Reaktorrohrs um etwa 90° abgewinkelt und in diesem abge­ winkelten Bereich mit einer sich axial erstreckenden Durchfüh­ rung für die Lagerung und die Energiezuführung zum Ultra­ schallgeber versehen. Diese Ausführung gibt die Möglichkeit, in baulich einfacher Weise die einen Enden aufeinanderfolgen­ der Reaktoren miteinander zu verbinden. Andererseits ist so die vorteilhafte Möglichkeit geschaffen, die dem abgewinkelten Rohrende entgegengesetzten Enden zweier aufeinanderfolgender Reaktorrohre stirnseitig miteinander zu verbinden. Jeweils zwei derart miteinander verbundene Rohre bilden eine zwei Ul­ traschallgeber umfassende Reaktorstrecke zwischen den die Ab­ winkelungen aufweisenden Endbereichen der Rohre. Die erwähnte Ausbildung der Reaktoren ist mit dem weiteren Vorteil verbun­ den, daß sie sich bei Bedarf innerhalb einer Reaktoreinheit leicht und schnell auswechseln lassen, was die gesamte Ein­ richtung besonders wartungsfreundlich macht.

Bei einer abgewandelten Ausführung einer Reaktorein­ heit hat es sich als günstig erwiesen, mehreren parallel zu­ einander in gleichem Abstand voneinander angeordneten Ultra­ schallgebern ein gemeinsames Mantelrohr mit der Zahl der Ul­ traschallgeber entsprechend großem Durchmesser zuzuordnen. Sämtliche Ultraschallgeber beaufschlagen hier gleichzeitig den mit dem Abwasser langsam an ihnen vorbeifließenden Schlamm. Um eine besonders wirksame Beeinflussung zu erzielen, ist es von Vorteil, wenn die Ultraschallgeber Ultraschall mit geringfügig voneinander abweichenden Frequenzen erzeugen, um so ein diffuses Feld von Kavitationen zu bilden.

In sehr rationeller Weise können sowohl bei dieser Ausführung als auch bei der vorerwähnten einheitliche Reakto­ ren einer Länge zwischen 1 m und 1.50 m zum Einsatz gelangen.

In in baulicher Hinsicht besonders vorteilhafter Weise ist oberhalb des oberen Endes des Mantelrohres eine allen Ul­ traschallgebern gemeinsame Tragplatte vorgesehen.

Diese Tragplatte ermöglicht es, die Ultraschallgeber versetzt zueinander in parallelen Ebenen anzuordnen. Dabei weisen sie jeweils von den benachbarten Ultraschallgebern den gleichen Abstand auf.

Für die optimale Energiezuführung zum die Biomasse enthaltenden, in den Schlamm langsam nach aufwärts führenden Mantelrohr kann es zweckmäßig sein, die Ultraschallgeber gegenseitig in der Höhe versetzt anzuordnen.

Zur Steuerung des Schlammflusses ist es von Vorteil, wenn dem sich unterhalb der unteren Enden der Ultraschallgeber zur unteren Zulaufmündung hin konisch verjüngenden Mantelrohr ein Rührwerk zugeordnet ist.

Bei einer die Entgasung des Schlamms begünstigenden Ausführung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das obere Ende des sich vertikal erstreckenden Mantelrohrs als das Herabfließen des behandelten Schlamms an der Mantelrohraußen­ seite ermöglichender, offener Überlauf ausgebildet ist. In Fällen wie diesen, in denen der Reaktor freistehend, d. h. praktisch trocken in einem Becken od. dgl. angeordnet ist, ge­ nügt es, wenn das Mantelrohr einwandig ist.

Ist der Reaktor dagegen in eine Flüssigkeit einge­ taucht, wird er zweckmäßigerweise mit einem hohlwandigen Man­ telrohr ausgestattet.

Statt den Schlamm an der Mantelrohraußenseite herab­ fließen zu lassen, ist es auch möglich, ihn aufzufangen und zu diesem Zweck das obere Ende des Mantelrohrs in einem Auffang­ behälter münden zu lassen, der zu einer Austrittsöffnung für die Ableitung des ultraschallbeaufschlagten Schlamms zu einem Nachbehandlungsbecken, z. B. dem Faulturm der Kläranlage führt.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, die Ultraschallbeaufschlagung des Schlammes durch das Reaktorrohr von außen her, d. h. durch die Wandung des Reaktorrohrs hin­ durch vorzunehmen. Eine Einrichtung dieser Art zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß das Reaktorrohr für die Ul­ traschallbeaufschlagung des Schlammes durch einen geschlosse­ nen, vom Reaktorrohr dicht durchsetzten Behälter geführt ist, daß der Ultraschallgeber achsparallel zum Reaktorrohr im Be­ hälter angeordnet ist und daß der Behälterraum vollständig mit Koppelflüssigkeit gefüllt ist, die vorzugsweise entgast ist und/oder unter einem die Entstehung von Kavitation verhindern­ den, ausreichend hohem Druck steht.

Zur Erhöhung der Ultraschalldurchlässigkeit von der Koppelflüssigkeit zum zu behandelnden Schlamm hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Reaktorrohr aus Kunststoff, vorzugsweise als PTFE besteht.

Bei dieser Ausführungsvariante können zweckmäßiger­ weise im Behälter mehrere Ultraschallgeber verteilt angeordnet sein.

Als besonders zweckmäßig im Hinblick auf eine gezielte Beschallung hat es sich herausgestellt, wenn die Außenwand des Behälters eine im Horizontalschnitt elliptische Form aufweist und sich der Ultraschallgeber mit seiner Achse im einen Brenn­ punkt der Ellipse und das Reaktorrohr mit seiner Achse im an­ deren Brennpunkt der Ellipse befindet.

Eine wesentliche Erhöhung der Intensität der Ultra­ schallbeaufschlagung läßt sich erreichen, wenn die Außenwand des Behälters im Horizontalschnitt die Form zweier Teilellip­ sen aufweist, die sich derart überlappen, daß sich der eine Brennpunkt beider Ellipsen überlagert und daß sich in diesem gemeinsamen Brennpunkt das Reaktorrohr befindet, während die Ultraschallgeber im anderen Brennpunkt der beiden Ellipsen vorgesehen sind. Dabei ist es besonders günstig wenn sich die beiden Hauptachsen der Ellipsen miteinander decken.

Eine noch intensivere Ultraschallbeaufschlagung läßt sich erreichen, wenn die Außenwand des Behälters im Horizon­ talschnitt die Form mehrerer Teilellipsen aufweist, die sich derart überlappen, daß sich die jeweils einen Brennpunkte al­ ler Ellipsen überlagern und wenn sich in diesem gemeinsamen Brennpunkt das Reaktorrohr befindet, während im jeweils ande­ ren Brennpunkt der Ellipsen jeweils ein Ultraschallgeber vor­ gesehen ist. Um eine extrem effektive Beschallung zu gewähr­ leisten, ist es von Vorteil, wenn die benachbarten Hauptachsen der verschiedenen Ellipsen miteinander jeweils einen Winkel von 360°: n einschließen, wobei n die Zahl der Ellipsen ist.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der folgenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Reaktor gemäß einer er­ sten Ausführung nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Reaktoreinheit aus Reaktoren gemäß Fig. 1,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Reaktor gemäß einer zweiten Ausführung nach der Erfindung,

Fig. 4 eine sehr schematische Schnittansicht der beim Reaktor nach Fig. 3 eingesetzten Ultraschallgeber,

Fig. 5 und 6 eine schematische Aufriß- bzw. Grundrißansicht einer dritten Ausführung nach der Erfindung,

Fig. 7 und 8 eine schematische Aufriß- bzw. Grundrißansicht einer vierten Ausführung nach der Erfindung,

Fig. 9 und 10 eine schematische Aufriß- bzw. Grundrißansicht einer fünften Ausführung nach der Erfindung und

Fig. 11 und 12 eine schematische Aufriß- bzw. Grundrißansicht einer sechsten Ausführung nach der Erfindung.

Die Einrichtung zum Zerstören zellulärer Strukturen in Suspensionen von Mikroorganismen, die insbesondere der Zer­ störung derartiger Strukturen in Schlämmen biologischer Kläranlagen dient, umfaßt gemäß einer ersten Ausführungsform, wie sie in Fig. 1 veranschaulicht ist, einen der Ultraschallbeaufschlagung dienenden Reaktor 1. Dieser besteht im wesentlichen aus einem Rohr 2, durch das der einer Ultra­ schallbeaufschlagung zu unterwerfende Schlamm von unten nach oben hindurchgeführt wird, und aus einem Ultraschallgeber 3, der in Form eines einen nicht näher veranschaulichten elektro­ mechanischen Wandler umfassenden stabförmigen Ultraschall- Schwingers ausgeführt ist. Das Rohr 2 besitzt eine untere Mün­ dung 4 für die Schlammzuführung ins Reaktorinnere und eine oberer Austrittsöffnung 5 für die Ableitung des Schlamms nach dessen Ultraschall- und damit Kavitationsbeaufschlagung. Bei der veranschaulichten Ausführung ist der stabförmige Ultra­ schallgeber 3 mit kreisrundem Querschnitt innerhalb des ihn konzentrisch umgebenden kreisrunden Rohres 2 angeordnet. Er besitzt eine Länge von einem Meter bis 1,50 m und einen Außen­ durchmesser von etwa 50 mm und ist in dem gezeigten Beispiel als Push-Pull-Ultraschallgeber ausgebildet, der an seinen bei­ den Enden jeweils mit einem elektromechanischen Wandler 3′ bzw. 3′′ ausgerüstet ist. Das Rohr 2, das aus einem gegen ag­ gressive Medien resistenten Metall, und zwar zweckmäßiger­ weise V4A-Stahl besteht, weist einen Innendurchmesser von etwa 200 mm auf. Der Ultraschallgeber 3 ist durch einen Edwel­ stahlstab, vorzugsweise durch einen Titanstab gebildet.

Da zur Zerstörung der in den Schlämmen enthaltenen Mi­ kroorganismen plötzliche Druckstöße erforderlich sind, wie sie durch Kavitationserscheinungen bei Ultraschallbeaufschlagung des Schlamms dann auftreten, wenn der Schlamm unter normalem Atmosphärendruck steht, darf die Schlammflüssigkeitssäule eine gewisse Höhe nicht überschreiten. Die von dem Ultraschallgeber 3 beaufschlagte Schlamm-Flüssigkeitssäule sollte deshalb nicht höher als 2 m sein.

In Fig. 2 ist eine Reaktoreinheit aus Reaktoren 1 ver­ anschaulicht, die jeweils ein Rohr 2 mit einem Ultra­ schallgeber 3 enthalten und zu der Reaktoreinheit hintereinan­ der geschaltet sind. Um eine intensive Beaufschlagung des Schlamms durch die Ultraschallgeber 3 sicherzustellen, ande­ rerseits aber zu gewährleisten, daß die Gesamthöhe der Reak­ toreinheit relativ gering bleibt, sind die einzelnen Reaktoren schräg, und zwar zickzackartig übereinander zu der Reaktorein­ heit zusammengefügt. Der Ausgang des einen Reaktorrohrs 2 ist dabei jeweils mit dem Eingang des folgenden Rohrs verbunden. Jeweils das eine Ende jedes Reaktorrohrs 2 ist zu diesem Zweck um etwa 90° abgewinkelt. In diesem abgewinkelten Bereich 6 ist eine sich axial erstreckende Durchführung 7 für die Lagerung des Ultraschallgebers 3 vorgesehen, über die auch die Energie­ zuführung zu letzterem erfolgt. Sowohl das abgewinkelte Roh­ rende als auch das diesem Rohrende entgegengesetzte Ende jedes Rohrs 2 sind mit Flanschen 8 bzw. 9 versehen, über die jeweils zwei aufeinanderfolgende Reaktoren miteinander verbindbar sind. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, sind jeweils die dem abge­ winkelten Rohrende entgegengesetzten Enden über die Flansche 9 miteinander verbunden und bilden so eine zwei Ultraschallgeber 3 umfassende Reaktorstrecke. Die einzelnen Reaktorstrecken sind ihrerseits über die Flansche 8 des abgewinkelten Bereichs 6 miteinander verbindbar.

In den Fig. 3 und 4 ist eine zweite Ausführung eines Reaktors nach der Erfindung veranschaulicht, bei der mehrere parallel zueinander in gleichem Abstand voneinander angeord­ nete Ultraschallgeber 3 von einem gemeinsamen Mantelrohr 10 umgeben sind. Dieses Mantelrohr 10 besitzt einen der Zahl der Ultraschallgeber 3 entsprechend großen Durchmesser. In der veranschaulichten Ausführung ist das Mantelrohr 10 zylindrisch ausgeformt. Statt dessen könnte es natürlich auch polygonal ge­ formt sein. Unterhalb der unteren Enden der Ultraschallgeber 3, die bei dieser Ausführung mit geringfügig voneinander ab­ weichenden Frequenzen arbeiten, um eine diffuses Schall- bzw. Kavitationsfeld zu erzeugen, ist das Mantelrohr 10 zur unte­ ren Zulaufmündung 4 hin konisch verjüngt ausgebildet. Oberhalb des oberen Endes des Mantelrohrs 10 ist eine allen Ultra­ schallgebern 3 gemeinsame Tragplatte 11 vorgesehen. Wie Fig. 4 zeigt, sind die Ultraschallgeber 3 versetzt zueinander in par­ allelen Ebenen angeordnet. Als günstig hat sich die gezeigte Lage herausgestellt, bei der die Ultraschallgeber 3 jeweils von den benachbarten Ultraschallgebern den gleichen Abstand aufweisen.

Abweichend von der Ausführung, die in Fig. 3 ver­ anschaulicht ist, können die Ultraschallgeber 3 auch gegensei­ tig in der Höhe versetzt angeordnet sein, falls sich dies als zur Schlammbeaufschlagung günstiger erweisen sollte.

Das obere Ende des sich vertikal erstreckenden Mantel­ rohrs 10 kann als offener, das Herabfließen des behandelten Schlamms an der Mantelrohraußenseite zwecks Entgasung fördern­ der Überlauf ausgebildet sein. Statt dessen kann es jedoch auch in einem Auffangbehälter 12 münden, der zu einer Austrittsöff­ nung 13 für die Ableitung des ultraschallbehandelten Schlamms zu einem nicht näher veranschaulichten biologischen Reaktor, z. B. dem Faulturm der Kläranlage führt.

In den Fig. 5 bis 12 sind Ausführungen der Einrichtung nach der Erfindung veranschaulicht, bei denen das Reaktorrohr 3 für die Ultraschallbeaufschlagung des Schlamms jeweils durch einen geschlossenen, vom Reaktorrohr dicht durchsetzten Behäl­ ter 14 geführt ist. In diesem Fall ist der als Tauchschwinger ausgebildete Ultraschallgeber 3 achsparallel zum Rohr 2 im Be­ hälter 14 angeordnet. Der Behälterraum ist vollständig mit entgaster Koppelflüssigkeit gefüllt, die unter einem die Ent­ stehung von Kavitation verhindernden ausreichend hohen Druck steht. Zur Erhöhung der Ultraschalldurchlässigkeit von der Koppelflüssigkeit zum zu behandelnden Schlamm ist das Reak­ torrohr 2 aus Kunststoff, vorzugsweise aus PTFE gebildet.

Bei der in den Fig. 5 und 6 veranschaulichten Ausfüh­ rung sind im Behälter 14 mehrere, nämlich drei Ultraschallge­ ber verteilt angeordnet, und zwar derart, daß sie jeweils gleich große Winkelbereiche von 120° des Rohrs 2 beschallen.

Eine effektivere Beaufschlagung des Rohrs 2 ergibt sich bei Ausbildung der Außenwand des Behälters 14 gemäß den Fig. 7 und 8. Danach weist der Behälter eine im Horizontal­ schnitt elliptische Form auf. Der Ultraschallgeber 3 ist mit seiner Achse im einen Brennpunkt der Ellipse und das Reaktor­ rohr 2 mit seiner Achse im anderen Brennpunkt der Ellipse an­ geordnet.

Noch wirksamer ist die in den Fig. 9 und 10 gezeigte Ausführung, bei der die Außenwand des Behälters 14 im Horizon­ talschnitt die Form zweier Teilellipsen aufweist, die sich derart überlappen, daß sich der eine Brennpunkt beider Ellip­ sen überlagert. Das Reaktorrohr 2 befindet sich bei der Aus­ führung in dem fraglichen gemeinsamen Brennpunkt. Die Ultra­ schallgeber 3 sind dagegen im anderen Brennpunkt der beiden Ellipsen vorgesehen. Wie aus Fig. 10 entnehmbar, sind die bei­ den Teilellipsen derart in Bezug zueinander angeordnet, daß sich ihre beiden Hauptachsen miteinander decken. Auf diese Weise wird eine gebündelte Beaufschlagung des Rohrs 2 für die Behandlung des dieses Rohr langsam von unten nach oben durch­ fließenden Schlamms von zwei einander gegenüberliegenden Sei­ ten gleichzeitig erreicht.

Eine noch günstigere Beaufschlagung ergibt sich, wenn die Außenwand des Behälters 14 im Horizontalschnitt die Form mehrerer, beispielsweise dreier Teilellipsen aufweist, die sich derart überlappen, daß sich die jeweils einen Brennpunkte aller Ellipsen überlappen und daß das Reaktorrohr 2 in diesem gemeinsamen Brennpunkt angeordnet ist. Im jeweils anderen Brennpunkt der verschiedenen Ellipsen ist dabei jeweils ein Ultraschallgeber 3 vorgesehen. Die benachbarten Hauptachsen der n Ellipsen, im gezeigten Beispiel mit n = 3, schließen bei dieser Ausführung zweckmäßigerweise miteinander jeweils einen Winkel von 360°: n ein und führen so zu einer besonders intensiven Ultraschallbeaufschlagung des das Rohr 2 durchströ­ menden Mediums.

Zur Erzielung einer noch intensiveren Beaufschlagung des das Reaktorrohr 2 durchfließenden Schlammes ist es zweck­ mäßig, wenn alle Ultraschallgeber 3 im Unterschied zur Be­ triebsweise der Reaktorausführung nach den Fig. 3 und 3 synchron, d. h. mit gleicher Frequenz arbeiten.

Claims (25)

1. Einrichtung zum Zerstören zellulärer Strukturen in Suspensionen von Mikroorganismen durch Ultraschallbeaufschlagung, da­ durch gekennzeichnet, daß mindestens ein Reaktor (1) vorgese­ hen ist, der aus einem Rohr (2) für die Hindurchführung des einer Ultraschallbehandlung zu unterwerfenden Schlammes und aus mindestens einem Ultraschallgeber (3) in Form eines einen elektromechanischen Wandler umfassenden stabförmigen Ultra­ schall-Schwingers besteht, und daß der Reaktor (1) eine untere Mündung (4) für die Schlammzuführung ins Reaktorinnere und eine obere Austrittsöffnung (5) für die Ableitung des Schlamms nach dessen Ultraschall- und damit Kavitationsbeaufschlagung umfaßt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der stabförmige Ultraschallgeber (3) mit kreisrundem Querschnitt innerhalb des ihn konzentrisch umgebenden kreis­ runden Rohres (2) aus Metall, vorzugsweise Stahl angeordnet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Ultraschallgeber (3) eine Länge von 1 m bis 1.50 m sowie einen Außendurchmesser von etwa 50 mm und das Rohr (2) einen Innendurchmesser von etwa 200 mm besitzt.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ultraschallgeber (3) durch einen Titanstab gebildet ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die von dem Ultraschallgeber (3) beaufschlagte Schlamm-Flüssigkeitssäule nicht höher als 2 m ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß mehrere Reaktoren (1), die jeweils ein Rohr (2) mit einem Ultraschallgeber (3) umfassen, zu einer Reaktoreinheit hintereinander geschaltet sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die einzelnen Reaktoren (1) zickzackartig übereinan­ der zu der Reaktoreinheit, in der der Ausgang des einen Reak­ torrohrs (2) jeweils mit dem Eingang des folgenden Rohrs ver­ bunden ist, zusammengefügt sind.

8. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils das eine Ende jedes Reaktorrohrs (2) um etwa 90° abgewinkelt und in diesem abge­ winkelten Bereich (6) mit einer sich axial erstreckenden Durchführung (7) für die Lagerung des und die Energiezuführung zum Ultraschallgeber (3) versehen ist.

9. Einrichtung nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die den abgewinkelten Rohrenden entgegen­ gesetzten Enden zweier aufeinanderfolgender Reaktorrohre (2) stirnseitig zu einer zwei Ultraschallgeber (3) umfassenden Re­ aktorstrecke miteinander verbunden sind.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß mehreren parallel zueinander in gleichem Abstand voneinander angeordneten Ultraschallgebern (3) ein gemeinsames Mantelrohr (10) mit der Zahl der Ultra­ schallgeber (3) entsprechend großem Durchmesser zugeordnet ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß oberhalb des oberen Endes des Mantelrohrs eine allen Ultraschallgebern (3) gemeinsame Tragplatte (11) vorgesehen ist.

12. Einrichtung nach den Ansprüchen 10 oder 11, da­ durch gekennzeichnet, daß die Ultraschallgeber (3) versetzt zueinander in parallelen Ebenen angeordnet sind.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, daß die Ultraschallgeber (3) jeweils von den benachbarten Ultraschallgebern den gleichen Abstand aufweisen.

14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, da­ durch gekennzeichnet, daß die Ultraschallgeber (3) gegenseitig in der Höhe versetzt angeordnet sind.

15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß dem sich unterhalb der unteren En­ den der Ultraschallgeber (3) zur unteren Zulaufmündung (4) hin konisch verjüngenden Mantelrohr (10) ein Rührwerk zugeordnet ist.

16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Ende des sich vertikal erstreckenden Mantelrohrs (10) als offener, das Herabfließen des behandelten Schlamms an der Mantelrohraußenseite zwecks Entgasung fördernder Überlauf ausgebildet ist.

17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Ende des Mantelrohrs in einem Auffangbehälter mündet, der zu einer Austrittsöffnung (13) für die Ableitung des ultraschallbeaufschlagten Schlamms zu einem biologischen Reaktor führt.

18. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Reaktorrohr (2) für die Ultraschallbeaufschlagung des Schlamms durch einen geschlossenen, vom Reaktorrohr dicht durchsetzten Behälter (14) geführt ist, daß der Ultraschallge­ ber (3) achsparallel zum Reaktorrohr (2) im Behälter (14) an­ geordnet ist und daß der Behälterraum vollständig mit Koppel­ flüssigkeit gefüllt ist, die vorzugsweise entgast ist und/oder unter einem die Entstehung von Kavitation verhindernden aus­ reichend hohen Druck steht.

19. Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeich­ net, daß das Reaktorrohr (2) zur Erhöhung der Ultraschall­ durchlässigkeit von der Koppelflüssigkeit zum zu behandelnden Schlamm aus Kunststoff besteht.

20. Einrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch ge­ kennzeichnet, daß im Behälter (14) mehrere Ultraschallgeber (3) verteilt angeordnet sind.

21. Einrichtung nach einem der Ansprüche 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwand des Behälters (14) eine im Horizontalschnitt elliptische Form aufweist und daß sich der Ultraschallgeber (3) mit seiner Achse im einen Brenn­ punkt der Ellipse und das Reaktorrohr (2) mit seiner Achse im anderen Brennpunkt der Ellipse befindet.

22. Einrichtung nach den Ansprüchen 20 und 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwand des Behälters (14) im Horizontalschnitt die Form zweier Teilellipsen aufweist, die sich derart überlappen, daß sich der eine Brennpunkt beider Ellipsen überlagert und daß sich in diesem gemeinsamen Brenn­ punkt das Reaktorrohr (2) befindet, während die Ultraschallge­ ber (3) im anderen Brennpunkt der beiden Ellipsen vorgesehen sind.

23. Einrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeich­ net, daß sich die beiden Hauptachsen der Ellipsen miteinander decken.

24. Einrichtung nach den Ansprüchen 20 und 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwand des Behälters (14) im Horizontalschnitt die Form mehrerer Teilellipsen aufweist, die sich derart überlappen, daß sich die jeweils einen Brennpunkte aller Ellipsen überlagern und daß sich in diesem gemeinsamen Brennpunkt das Reaktorrohr (2) befindet, während im jeweils anderen Brennpunkt der Ellipsen jeweils ein Ultraschallgeber (3) vorgesehen ist.

25. Einrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeich­ net, daß die benachbarten Hauptachsen der Ellipsen miteinander jeweils einen Winkel von 360°: n einschließen, wobei n die Zahl der Ellipsen wiedergibt.