DE19860934C1

DE19860934C1 - Fermentation reactor incorporates electrolysis-enhanced oxygen supply promoting the metabolic processes

Info

Publication number: DE19860934C1
Application number: DE1998160934
Authority: DE
Inventors: Andreas Bartetzko; Alexander Kraft; Diane Haensel; Stephan Bickert
Original assignee: UMWELTTECHNIK DR BARTETZKO GMB
Current assignee: UMWELTTECHNIK DR BARTETZKO GMB
Priority date: 1998-12-30
Filing date: 1998-12-30
Publication date: 2000-05-04
Anticipated expiration: 2018-12-31

Abstract

A fermentation bio-reactor (1) converts biological substances under aerobic conditions. The conversion takes place in the presence of a liquid nutrient and micro-organisms, within a reactor (1) linked to an electrolysis cell (17) which is sub-divided by a diaphragm into an anode chamber and a cathode chamber. A fermentation bio-reactor (1) converts biological substances under aerobic conditions. The conversion takes place in the presence of a liquid nutrient and micro-organisms, within a reactor (1) linked to an electrolysis cell (17) which is sub-divided by a diaphragm into an anode chamber and a cathode chamber. Oxygen is liberated in finely distributed bubbles from the surface of the oxide-coated anode (6) and migrates to the reactor (1) base. Hydrogen liberated at the cathode (7) is flushed by a ring-pipe (12) and pump (15) to an outlet vessel (13).

Description

Die Erfindung betrifft einen Bioreaktor zur aeroben bio logischen Stoffumwandlung, bestehend aus einem mit Mikro organismen versetztes Nährmedium aufnehmenden Reaktions gefäß und in diesem angeordneten, eine Anode und eine Ka thode bildenden Elektroden zur elektrolytischen Sauer stofferzeugung.The invention relates to a bioreactor for aerobic bio logical substance conversion, consisting of a with micro organism-mixed nutrient-absorbing reaction vessel and arranged in it, an anode and a Ka thode forming electrodes for electrolytic acid fabric production.

Ein bei Fermentationsprozessen häufig auftretendes Pro blem ist die richtige Auslegung der Bioreaktoren (Fermenter) im Hinblick auf eine optimale Versorgung der Mikroorganismen mit Sauerstoff. Der von den Mikroorganis men in der Flüssigkeit aufgenommene Sauerstoff wird zur Energiegewinnung sowie für Synthesereaktionen, den Zel laufbau und den Erhaltungsstoffwechsel benötigt und ist wichtigstes gasförmiges Substrat für den mikrobiellen Stoffwechsel.A pro that often occurs in fermentation processes blem is the correct design of the bioreactors (Fermenter) with regard to an optimal supply of the Microorganisms with oxygen. The one from the microorganism The amount of oxygen absorbed in the liquid becomes Energy generation as well as for synthesis reactions, the cell barrel construction and the maintenance metabolism required and is most important gaseous substrate for the microbial Metabolism.

Der Sauerstoffeintrag in den Bioreaktor erfolgt üblicher weise durch mechanische Belüftung (Oberflächenbelüftung) oder durch Druckbelüftung (Blasenbelüftung) über eine di rekte Gaszufuhr mittels Begasungseinrichtungen. Bei die ser Art der Sauerstoffversorgung werden im wesentlichen großvolumige Sauerstoffblasen mit kleiner Grenzfläche zwischen Sauerstoffgas und dem füssigen Nährmedium er zeugt bzw. der technische Aufwand zur Erzeugung kleiner Blasen ist sehr hoch. Dadurch ist eine schnelle Lösung des von den aeroben Bakterien für den Stoffwechselprozeß benötigten Sauerstoffs nicht möglich. Demzufolge ist die Stoffumwandlungsgeschwindigkeit gering bzw. es besteht ein zu großer Sauerstoffbedarf. Außerdem ist bei diesem Verfahren eine Sterilisation der von außen zugeführten Sauerstoffgase erforderlich.Oxygen is more commonly introduced into the bioreactor wise through mechanical ventilation (surface ventilation) or by pressure ventilation (bubble ventilation) via a di right gas supply by means of fumigation devices. At the This type of oxygen supply is essentially large-volume oxygen bubbles with a small interface between oxygen gas and the liquid nutrient medium testifies or the technical effort to produce smaller Bubbles is very high. This is a quick fix that of the aerobic bacteria for the metabolic process required oxygen is not possible. Accordingly, the Substance conversion rate low or there is an excessive oxygen requirement. Besides, this one Process sterilization of the externally supplied Oxygen gases required.

Die weiterhin bekannte Verwendung von Wasserstoffperoxid als Sauerstofflieferant hat zwar den Vorteil, daß der Sauerstoff im Bioreaktor bereits gelöst zur Verfügung steht, andererseits aber viele Organismen erst an das Wasserstoffperoxid angepaßt werden müssen oder das H₂O₂ für diese toxisch ist.The further known use of hydrogen peroxide as an oxygen supplier has the advantage that the oxygen is already available in solution in the bioreactor, but on the other hand many organisms first have to be adapted to the hydrogen peroxide or the H ₂ O _{2 is} toxic to them.

Aus der DE 44 37 812 A1 ist es bei einem Verfahren zur biologischen Regeneration von beladener Aktivkohle und kontaminierten Partikeln darüber hinaus bekannt, an den im spitzen Winkel verlaufenden Seitenwänden eines kegel förmig ausgebildeten Bioreaktors zwei Elektroden anzu bringen, zwischen denen unmittelbar aus dem Wasser im Reaktionsgefäß der notwendige Sauerstoff für die Bakte rien erzeugt wird. Die hier vorgeschlagene Anordnung und Ausbildung der Elektroden gewährleistet nicht die für die schnelle Lösung des Sauerstoffs im Wasser und damit des sen optimale Bereitstellung für den Stoffwechselprozeß erforderliche Feinperligkeit und gleichmäßige Verteilung der Sauerstoffgasblasen sowie die Bereitstellung einer ausreichenden Gasmenge bei geringem Strombedarf. Die gleichzeitige Erzeugung von Wasserstoff im Reaktionsgefäß ist außerdem sicherheitstechnisch bedenklich. Schließlich werden bei bestimmten Wasserinhaltsstoffen infolge der Elektrolyse desinfizierend wirkende biozide Stoffe gebil det, die das Wachstum der Mikroorganismen hemmen. An der Kathode kommt es im Laufe der Betriebszeit zu Ablagerun gen, die den Elektrolyseprozeß behindern und damit die Sauerstoffproduktion verringern.From DE 44 37 812 A1 it is in a method for biological regeneration of loaded activated carbon and contaminated particles also known to sidewalls of a cone running at an acute angle bioreactor in the shape of two electrodes bring between which immediately out of the water in Reaction vessel the necessary oxygen for the bacteria rien is generated. The arrangement proposed here and Training of the electrodes does not guarantee that for the quick dissolution of oxygen in water and thus of optimal provision for the metabolic process required pearlescence and even distribution the oxygen gas bubbles as well as the provision of a sufficient gas volume with low electricity consumption. The simultaneous generation of hydrogen in the reaction vessel is also a safety concern. Finally are due to the presence of certain water constituents Electrolysis disinfectant biocidal substances det that inhibit the growth of microorganisms. At the Cathode deposits occur during the operating time conditions that hinder the electrolysis process and thus the Reduce oxygen production.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Bioreaktor mit elektrochemischer Sauerstofferzeugung zur aeroben biologischen Stoffumwandlung anzugeben, der die dauerhafte Bereitstellung einer ausreichenden Menge feinst verteilter und ausgebildeter Sauerstoffgasblasen und deren schnelle Lösung im Nährmedium gewährleistet und zudem den sicherheitstechnischen Anforderungen genügt.The invention is therefore based on the object Bioreactor with electrochemical oxygen generation for to specify aerobic biological conversion that the permanent supply of a sufficient amount finely distributed and trained oxygen gas bubbles and ensures their rapid dissolution in the nutrient medium and also meets the safety requirements.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Bioreaktor ge mäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 gelöst, der durch eine mit dem Nährmedium im Reaktionsgefäß in Ver bindung stehende, einen Anodenraum und einen Kathodenraum aufweisende Elektrolysezelle mit mindestens einem Paar zueinander parallel angeordneter Elektroden gekennzeich net ist.According to the invention the task is ge with a bioreactor according to the preamble of claim 1 solved the by using the nutrient medium in the reaction vessel in Ver bond, an anode compartment and a cathode compartment having electrolytic cell with at least one pair mutually parallel electrodes characterized is not.

Aufgrund dieser Ausbildung kann in einer separaten Zelle, d. h. getrennt von dem Reaktionsgefäß und dennoch mit dem in diesem befindlichen Nährmedium verbunden, feinperliger Sauerstoff erzeugt und in der gewünschten Menge und Ver teilung in das Reaktionsgefäß eingetragen werden. Durch die aufgrund der Ausbildung als Elektrolysezelle geschaf fene Aufteilung in einen Anodenraum und einen Kathoden raum kann der Sauerstoff an den vorgesehenen Stellen ge zielt in das Reaktionsgefäß eingetragen werden, während der im Kathodenraum erzeugte Wasserstoff aus sicher heitstechnischen Gründen kontrolliert ausgegast, d. h. nach außen abgegeben werden kann.Because of this training, in a separate cell, d. H. separate from the reaction vessel and still with the connected in this nutrient medium, more pearly Generates oxygen and in the desired amount and Ver division into the reaction vessel. By who created due to the training as an electrolytic cell Open division into an anode compartment and a cathode oxygen can ge at the designated places aims to be entered into the reaction vessel while the hydrogen generated in the cathode compartment is safe outgassed for technical reasons, d. H. can be released to the outside.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist der Anodenraum der Elektrolysezelle über einen Zwischenboden unmittelbar an eine Öffnung im Boden des Reaktionsgefäßes angeschlos sen. Die Elektrolysezelle kann aber auch getrennt von dem Reaktionsgefäß angeordnet sein. In diesem Fall ist der Anodenraum mit dem Reaktionsgefäß über einen von einer Umwälzpumpe und entsprechenden Rohrleitungen geschaffenen Wasserkreislauf mit dem Reaktionsgefäß verbunden. In a further embodiment of the invention is the anode compartment the electrolytic cell directly via an intermediate floor connected to an opening in the bottom of the reaction vessel sen. The electrolytic cell can also be separated from that Reaction vessel can be arranged. In this case it is Anode compartment with the reaction vessel via one of one Circulation pump and corresponding pipes created Water circuit connected to the reaction vessel.

Nach einem weiteren wichtigen Merkmal der Erfindung ist der Kathodenraum in eine Ringleitung mit einer Umwälz pumpe und mit einem Ausgasungsbehälter eingebunden, so daß der an der Kathode gebildete Wasserstoff nicht in das Reaktionsgefäß gelangt, sondern kontrolliert ausgegast wird.According to another important feature of the invention the cathode compartment into a ring line with a circulation pump and integrated with a degassing tank, see above that the hydrogen formed on the cathode is not in the Reaction vessel arrives, but outgassed in a controlled manner becomes.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Trennung der Elektrolysezelle in einen Anodenraum und in einen Kathodenraum mit Hilfe eines zwischen der Anode und der Kathode angeordneten Diaphragmas. Die Elektroden lie gen waagerecht in der Elektrolysezelle, und der Anoden raum sowie der Kathodenraum werden von dem jeweiligen Wasserkreislauf in Längsrichtung, d. h. parallel zu der jeweiligen Elektrode durchströmt und durchspült.In an advantageous embodiment of the invention, the Separation of the electrolytic cell into an anode compartment and into a cathode compartment with the help of a between the anode and the diaphragm arranged on the cathode. The electrodes were lying horizontal in the electrolysis cell, and the anodes space and the cathode space are determined by the respective Longitudinal water cycle, d. H. parallel to the flows through each electrode and flushed.

Die Elektroden sind in geringem Abstand, vorzugsweise in einem Abstandsbereich zwischen 0,1 mm und 5 mm, zueinan der angeordnet. Dadurch kann der durch den Elektrolyten bedingte Ohmsche Widerstand kleingehalten werden.The electrodes are at a short distance, preferably in a distance range between 0.1 mm and 5 mm the arranged. This can cause the electrolyte conditional ohmic resistance can be kept small.

Gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal besteht die Anode aus einem korrosionsstabilen Titangrundkörper mit einer Beschichtung aus Iridiumoxid. Dadurch werden zum einen keine bioziden Stoffe aus dem Anodenmaterial herausge löst. Die Iridiumoxidbeschichtung gewährleistet zudem ein leichtes Ablösen des Sauerstoffs von der Anode, so daß der Ausbildung kleiner Sauerstoffgasblasen, die schnell in Lösung gehen und lange im Reaktionsgefäß verbleiben, gefördert wird. Zur gleichmäßigen Verteilung der Sauer stoffgasblasen trägt weiterhin ein im Reaktionsgefäß an geordnetes Rührwerk bei. Dadurch ist sichergestellt, daß die erforderliche Reaktion der Mikroorganismen bereits bei einer geringen, aber maximal genutzten Sauerstoff menge stattfinden kann, Stoffwechselprodukte schnell ab geführt werden und somit keine Stoffe aus dem Reaktions gefäß ausgetragen werden. Durch die Installation von Sau erstoffsensoren und entsprechend geregeltes Zu- bzw. Ab schalten der Stromversorgung und eine Regelung der Strom stärke für die Elektrolysezelle kann der Sauerstoffgehalt im Reaktionsgefäß optimal eingestellt werden.According to a further feature of the invention, the anode exists made of a corrosion-resistant titanium body with a Iridium oxide coating. For one thing no biocidal substances removed from the anode material solves. The iridium oxide coating also ensures a easy removal of oxygen from the anode so that the formation of small oxygen gas bubbles that are fast go into solution and remain in the reaction vessel for a long time, is promoted. For even distribution of the acid Bubble gas continues to contribute in the reaction vessel orderly agitator at. This ensures that the required reaction of the microorganisms already with a low but maximum used oxygen quantity can take place, metabolic products quickly decrease are performed and therefore no substances from the reaction be carried out vessel. By installing sow material sensors and correspondingly regulated inflow and outflow switch the power supply and regulate the current The strength of the electrolysis cell can be the oxygen content optimally set in the reaction vessel.

Weitere Merkmale und zweckmäßige Weiterbildungen der Er findung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von zwei beispielhaft wiedergegebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Bioreaktors sowie aus den Unteran sprüchen.Other features and appropriate further training of the Er Find out from the following description of two exemplary embodiments of the bioreactor according to the invention and from the Unteran sayings.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are based on the Drawing explained in more detail. Show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Bioreaktors mit einer unmittelbar mit diesem verbundenen elektrolytischen Sauerstoffversorgungseinheit und separater Wasserstoffabführung; Figure 1 is a schematic representation of a bioreactor with an electrolytic oxygen supply unit directly connected to it and separate hydrogen discharge.

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsvariante des erfindungsgemäß ausge bildeten Bioreaktors mit einer extern an diesen angeschlossenen Sauerstoffversorgungseinheit; Figure 2 is a schematic representation of a second embodiment of the bioreactor formed according to the invention with an oxygen supply unit externally connected thereto.

Fig. 3 eine detaillierte Schnittansicht der gemäß Fig. 1 unmittelbar an den Boden des Bioreaktors an geschlossenen Sauerstoffversorgungseinheit; und FIG. 3 shows a detailed sectional view of the oxygen supply unit closed to the bottom of the bioreactor according to FIG. 1; FIG. and

Fig. 4 eine detaillierte Schnittansicht der separat angeschlossenen Sauerstoffversorgungseinheit gemäß Fig. 2. Fig. 4 is a detailed sectional view of the separately attached oxygen supply unit of FIG. 2.

In den Fig. 1 und 2 ist jeweils ein mit Hilfsstoffe enthaltendem Wasser und bestimmten biologischen Substanzen gefülltes, geschlossenes Reaktionsgefäß 1 dargestellt. In die Flüssigkeit taucht ein mit einem Motor M angetriebenes Rührwerk 16 ein, das für eine gute Durchmischung des Behälterinhalts und eine gleichmäßige Verteilung der Sauerstoffblasen sorgt. An der oberen und unteren Seite des Reaktionsgefäßes 1 ist jeweils eine mittels eines Ventils 2a, 3a verschließbare Entlüftungsleitung 2 bzw. Entleerungsleitung 3 vorgese hen. Die Sauerstoffversorgungseinheit 4 in den Fig. 1 und 3 ist eine in den Boden des Reaktionsgefäßes 1 inte grierte Elektrolysezelle 5, die unmittelbar mit dem In nenraum des Reaktionsgefäßes 1 und der darin befindlichen Flüssigkeit in Verbindung steht.In Figs. 1 and 2 with excipients containing water and certain biological substances filled, closed reaction vessel 1 is shown respectively. A stirrer 16 driven by a motor M is immersed in the liquid, which ensures thorough mixing of the container contents and a uniform distribution of the oxygen bubbles. On the upper and lower side of the reaction vessel 1 , a vent line 2 or drain line 3 , which can be closed by means of a valve 2 a, 3 a, is provided in each case. The oxygen supply unit 4 in FIGS. 1 and 3 is an inte grated in the bottom of the reaction vessel 1 inte grated electrolytic cell 5 , which is directly connected to the inner space of the reaction vessel 1 and the liquid therein.

In der Elektrolysezelle 5 sind parallel und in geringem Abstand zueinander eine Anode 6 und eine Kathode 7 ange ordnet, die über durch die Wand der Elektrolysezelle 5 geführte Kontaktbolzen 8 und 9 an eine Gleichspannungs quelle (nicht dargestellt) angeschlossen sind. Durch den geringen Abstand zwischen den Elektroden, der zwischen 0,1 mm und 5 mm liegt, können die durch den Elektrolyten bedingten Spannungsverluste gering gehalten werden. Den oberen Abschluß der Elektrolysezelle 5, an dem diese mit dem Reaktionsgefäß 1 in Verbindung steht, bildet ein sie bartiger Zwischenboden 10, so daß zwar ein eine wasser- und gasseitige Verbindung mit dem Reaktionsraum im Reak tionsgefäß 1 besteht, andererseits aber keine mikrobiolo gischen Feststoffe in die Elektrolysezelle 5 eindringen und deren Funktion behindern können. Zwischen den beiden Elektroden 6 und 7 befindet sich ein Diaphragma 11, daß die Elektrolysezelle 5 in einen Anodenraum 5a und in ei nen Kathodenraum 5b trennt. Der Kathodenraum 5b ist über eine Ringleitung 12 an einen Ausgasungsbehälter 13 ange schlossen, der in seinem Deckel eine Ausgasungsöffnung 14 aufweist. Über eine in die Ringleitung 12 integrierte Um wälzpumpe 15 wird im Kathodenraum 5b eine Wasserströmung und letztlich ein Flüssigkeitskreislauf zwischen diesem und dem Ausgasungsbehälter 13 erzeugt. Durch Anlegen eine Gleichspannung wird an der Kathode 7 nach der Gleichung
In the electrolytic cell 5 , an anode 6 and a cathode 7 are arranged in parallel and at a short distance from one another, which are connected to a direct voltage source (not shown) via contact bolts 8 and 9 guided through the wall of the electrolytic cell 5 . Due to the small distance between the electrodes, which is between 0.1 mm and 5 mm, the voltage losses caused by the electrolyte can be kept low. The upper end of the electrolytic cell 5 , at which it is connected to the reaction vessel 1 , forms a baffle intermediate plate 10 , so that although there is a water and gas connection to the reaction chamber in the reaction vessel 1 , on the other hand, however, no microbiological solids can penetrate into the electrolytic cell 5 and hinder its function. Between the two electrodes 6 and 7, there is a diaphragm 11 that the electrolytic cell 5 is separated b a and ei NEN cathode chamber 5 in an anode chamber. 5 The cathode compartment 5 b is connected via a ring line 12 to a degassing container 13 , which has a degassing opening 14 in its cover. About an integrated in the ring line 12 To circulation pump 15 , a water flow and ultimately a liquid circuit between this and the degassing tank 13 is generated in the cathode chamber 5 b. By applying a DC voltage to the cathode 7 according to the equation

2H₂O + 2e^- = H₂ + 2OH^-
2H ₂ O + 2e ^- = H ₂ + 2OH ^-

Wasserstoff erzeugt, und an der Anode 6 entsteht nach der Reaktionsgleichung
Generates hydrogen, and is formed at the anode 6 according to the reaction equation

2H₂O = O₂ + 4e^- + 4H⁺
2H ₂ O = O ₂ + 4e ^- + 4H ⁺

Sauerstoff. Der Sauerstoff wird in sehr feinperliger Form erzeugt und gelangt von der waagerecht angeordneten, aus Streckmetall gebildeten und daher gut mit Wasser durch spülten Anode 6 in das Wasser im Reaktionsgefäß 1 und wird dort mit Hilfe des Rührwerkes 16 weiter verteilt. Die Feinperligkeit und feine Verteilung der Sauerstoff gasblasen trägt entscheidend dazu bei, daß die Gasblasen lange in dem Wasser verbleiben und sich schnell im Wasser lösen, so daß eine große Menge des erzeugten Sauerstoffs effektiv von den Mikroorganismen im Reaktionsgefäß 1 für den Stoffwechsel genutzt werden kann. Andererseits sorgen die feinperligen und gut verteilten Sauerstoffgasblasen dafür, daß die beim Wachstum der Mikroorganismen erzeug ten Stoffwechselprodukte schnell aus der Flüssigkeit ab geführt werden. In dem Reaktionsgefäß 1 sind pH-Wert-Sen soren 21 und Sauerstoffsensoren 22 angeordnet. Über die von den Sauerstoffsensoren 22 erhaltenen Meßwerte wird der Betrieb der Elektrolysezelle durch Zu- oder Abschal ten der Stromversorgung und damit der Sauerstoffgehalt im Reaktionsgefäß 1 gesteuert.Oxygen. The oxygen is produced in very fine bubbles form and passes arranged from the horizontal, formed of expanded metal, and therefore good redistributed with water scavenged anode 6 in the water in the reaction vessel 1 and is there by means of the agitator sixteenth The fine pearling and fine distribution of the oxygen gas bubbles makes a decisive contribution to the fact that the gas bubbles remain in the water for a long time and dissolve quickly in the water, so that a large amount of the oxygen generated can be used effectively by the microorganisms in the reaction vessel 1 for the metabolism. On the other hand, the fine-pearled and well-distributed oxygen gas bubbles ensure that the metabolic products generated during the growth of the microorganisms are quickly removed from the liquid. In the reaction vessel 1 pH sensors 21 and oxygen sensors 22 are arranged. The operation of the electrolytic cell is controlled by switching the power supply on and off and thus the oxygen content in the reaction vessel 1 via the measured values obtained from the oxygen sensors 22 .

Die Anode 6 und die Kathode 7 bestehen aus einem Titan grundkörper mit einer Iridiumoxidbeschichtung. Titan ist zum einen sehr korrosionsbeständig und birgt zudem nicht die Gefahr des Freisetzens von Bioziden, desinfizierend wirkenden Stoffen wie etwa Silber oder Kupfer, die das Mikroorganismenwachstum hemmen würden. Die Iridiumoxidbe schichtung unterstützt das schnelle Abreißen der neuge bildeten Sauerstoffgasblasen von der Anodenoberfläche, so daß besonders feinperlige Gasblasen erzeugt werden kön nen. Die Kathode 7 besteht ebenfalls aus Titan, dessen Verwendung zudem nicht mit der Entstehung von Überspan nungen an den Elektroden verbunden ist.The anode 6 and the cathode 7 consist of a titanium base body with an iridium oxide coating. On the one hand, titanium is very corrosion-resistant and also does not pose the risk of releasing biocides, disinfectant substances such as silver or copper, which would inhibit the growth of microorganisms. The Iridiumoxidbe coating supports the rapid tearing of the newly formed oxygen gas bubbles from the anode surface, so that particularly fine-bubbled gas bubbles can be generated. The cathode 7 is also made of titanium, the use of which is also not associated with the formation of surges on the electrodes.

Das im Reaktionsgefäß 1 befindliche Wasser ist im wesent lichen frei von Härtebildnern und Chloridionen. Dadurch wird zum einen die Bildung von desinfizierend bzw. als Biozid wirkendem Hyperchlorid oder unterchloriger Säure an der Anode verhindert. Das Fehlen von Härtebildnern (Ca²⁺, Mg²⁺, HCO₃) steht andererseits der Ausfällung von Mg(OH)₂ und CaCO₃ und deren Ablagerung auf der Kathode 7 entgegen, so daß die Elektrolyse nicht behindert wird oder gar vollständig zum Stillstand kommt.The water in the reaction vessel 1 is in wesent union free of hardness and chloride ions. On the one hand, this prevents the formation of disinfectant or biocidal hyperchloride or hypochlorous acid at the anode. The lack of hardness formers (Ca ²⁺ , Mg ²⁺ , HCO ₃ ), on the other hand, prevents the precipitation of Mg (OH) ₂ and CaCO ₃ and their deposition on the cathode 7 , so that the electrolysis is not hindered or even completely stopped is coming.

Da die Elektrolysezelle 5 durch das Diaphragma 11 in ei nen Kathodenraum 5b und in einen Anodenraum 5a aufgeteilt ist und zudem ein Wasserkreislauf über den Kathodenraum 5b und den Ausgasungsbehälter 13 hergestellt wird, kann der an der Kathode 7 gebildete Wasserstoff kontrolliert zum Ausgasungsbehälter 13 und von diesem nach außen abge führt werden, so daß auch keine sicherheitstechnischen Bedenken in bezug auf eine Explosionsgefahr aufgrund der Wasserstoffentwicklung bestehen. Der Wasserstoff wird durch die kontinuierliche Wasserströmung ständig aus dem Kathodenraum 5b herausgespült.As the electrolysis cell is divided 5 by the diaphragm 11 in egg nen cathode chamber 5 b and in an anode chamber 5 a, and also a water circuit through the cathode chamber 5 b and the degassing vessel 13 is formed, the hydrogen formed at the cathode 7 can be controlled to the degassing vessel 13 and from this leads to the outside so that there are also no safety concerns with regard to an explosion hazard due to the development of hydrogen. The hydrogen is constantly flushed out of the cathode chamber 5 b by the continuous flow of water.

Gemäß den Fig. 2 und 4 ist die Sauerstoffversorgungs einheit 4 als externe Elektrolysezelle 17 ausgeführt, die über Rohrleitungen 18 und 19 an das Reaktionsgefäß 1 an geschlossen ist. Die Rohrleitungen 18 und 19 münden in den durch ein Diaphragma 11 vom Kathodenraum 17b abge trennten Anodenraum 17a und sind an den Boden bzw. den oberen Teil des Reaktionsgefäßes 1 angeschlossen. Über ein zweite Umwälzpumpe 20 wird somit ein Wasserkreislauf zwischen Anodenraum 17a und Reaktionsgefäß 1 erzeugt. Das mit Sauerstoff angereicherte Wasser aus dem Anodenraum 17a wird von unten in das Reaktionsgefäß 1 geleitet, und andererseits wird der Anodenraum 17a ständig mit "frischem" Wasser aus dem Reaktionsgefäß 1 beaufschlagt. Durch die ständige Umspülung der Anode 6 wird eine inten sive, kleinblasige Sauerstoffausbildung an der Anode 6 gefördert.Referring to FIGS. 2 and 4, the oxygen supply unit 4 is designed as an external electrolytic cell 17, which is closed over conduits 18 and 19 to the reaction vessel 1 at. The pipes 18 and 19 open into the anode compartment 17 a separated by a diaphragm 11 from the cathode compartment 17 b and are connected to the bottom or the upper part of the reaction vessel 1 . A water circulation between anode space 17 a and reaction vessel 1 is thus generated via a second circulation pump 20 . The oxygen-enriched water from the anode compartment 17 a is passed from below into the reaction vessel 1 , and on the other hand, the anode compartment 17 a is constantly supplied with "fresh" water from the reaction vessel 1 . Due to the constant flushing of the anode 6 is an inten sive, small bubble formation is promoted oxygen at the anode. 6

Die Anordnung und Anbringung der Kathode, der Anode und des Diaphragmas erfolgt auf gleiche oder ähnliche Weise wie bei der in den Fig. 1 und 3 gezeigten Elektrolyse zelle. Gleichermaßen erfolgt die kontrollierte Wasser stoffabgabe auch bei der extern angeordneten Elektrolyse zelle 17 entsprechend dem anhand der Fig. 1 und 3 er läuterten Ausführungsbeipiel.The arrangement and mounting of the cathode, the anode and the diaphragm is at the same or similar manner as in the embodiment shown in Figs. 1 and 3, the electrolysis cell. In the same way, the controlled release of water also takes place in the externally arranged electrolysis cell 17 in accordance with the exemplary embodiment explained with reference to FIGS . 1 and 3.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die zuvor erläuterten Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr sind innerhalb des erfinderischen Grundgedankens, der in der Anordnung einer in einen Anodenraum und einen Kathoden raum geteilten Elektrolysezelle zur feinperligen Erzeu gung von Sauerstoff aus dem Wasser im Reaktionsgefäß be steht, zahlreiche Modifikationen denkbar. So kann bei spielsweise auf die Verwendung eines Diaphragmas verzich tet werden, oder die Elektroden können aus anderen, aber die gleichen vorteilhaften Eigenschaften aufweisenden Stoffen bestehen. The invention is of course not based on the previous one explained embodiments limited. Rather are within the inventive principle that is in the Arrangement of an anode compartment and a cathode space-divided electrolysis cell for fine pearl production supply of oxygen from the water in the reaction vessel stands, numerous modifications possible. So at for example, do without the use of a diaphragm tet, or the electrodes can be from others, however having the same advantageous properties Fabrics exist.

Reference list

11

Reaktionsgefäß
Reaction vessel

22nd

Entlüftungsleitung
Vent line

22nd

a Ventil
a valve

33rd

Entleerungsleitung
Drain line

33rd

a Ventil
a valve

44th

Sauerstoffversorgungseinheit
Oxygen supply unit

55

Elektrolysezelle
Electrolytic cell

55

a Anodenraum
a anode compartment

55

b Kathodenraum
b cathode compartment

66

Anode
anode

77

Kathode
cathode

88th

, ,

99

Kontaktbolzen
Contact bolt

1010th

siebartiger Zwischenboden
sieve-like shelf

1111

Diaphragma
Diaphragm

1212th

Ringleitung
Loop

1313

Ausgasungsbehälter
Outgassing tank

1414

Entgasungsöffnung
Degassing opening

1515

Umwälzpumpe
Circulation pump

1616

Rührwerk
Agitator

1717th

externe Elektrolysezelle
external electrolytic cell

1717th

a Anodenraum
a anode compartment

1717th

b Kathodenraum
b cathode compartment

1818th

, ,

1919th

Rohrleitung
Pipeline

2020

Umwälzpumpe
Circulation pump

2121

pH-Wert-Sensor
pH sensor

2222

Sauerstoffsensor
Oxygen sensor

Claims

1. bioreactor for aerobic biological conversion, consisting of a reaction medium containing a liquid nutrient medium mixed with microorganisms and arranged in this, an anode and a cathode forming electrodes for electrolytic oxygen generation, characterized by at least one with the nutrient medium in the reaction vessel ( 1 ) in connec tion standing, an anode chamber (5 a, 17 a) and a cathode space (5 b, 17 b) electrolytic cell comprising (5, 17) with at least one pair of mutually parallelly disposed electrodes (6, 7).

2. Bioreactor according to claim 1, characterized in that the electrolysis cell (5) directly to a Publ voltage in the bottom of the reaction vessel (1) is connected and trolysezelle between the reaction vessel (1) and the Elek (5) has a sieve-like intermediate floor (10) is provided.

3. Bioreactor according to claim 1, characterized in that the electrolytic cell ( 17 ) from the reaction vessel ( 1 ) is arranged separately and the anode space ( 17 a) via a pipe ( 18 , 19 ) and a circulation pump ( 20 ) formed liquid circuit so is connected to the reaction vessel ( 1 ), the oxygen-rich water of the nutrient medium discharged from the anode compartment ( 17 a) is introduced at the bottom of the reaction vessel ( 1 ) and oxygen-poor liquid is removed from the upper region thereof.

4. Bioreactor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the cathode chamber ( 5 b, 17 b) via a ring line ( 12 ) with this integrated he circulating pump ( 15 ) for generating a water circuit with a degassing tank ( 13 ) is related to the transfer of hydrogen.

5. Bioreactor according to one of claims 1 to 4, characterized in that the cathode compartment ( 5 b, 17 b) and the anode compartment ( 5 a, 17 a) in the electrolytic cell ( 5 , 17 ) by a between the electrodes ( 6 , 7 ) angeord netes diaphragm ( 11 ) are separated from each other.

6. Bioreactor according to one of claims 1 to 5, characterized in that the distance between the electrodes formed from anode ( 6 ) and cathode ( 7 ) is between 0.1 mm and 5 mm and the respective electrode pair ( 6 , 7 ) is arranged horizontally.

7. Bioreactor according to one of claims 1 to 6, characterized in that the anode ( 6 ) consists of a titanium base body coated with noble metal, noble metal oxide or noble metal mixed oxide.

8. Bioreactor according to one of claims 1 to 6, characterized in that the coating of the titanium base body of the anode ( 6 ) is iridium oxide.

9. Bioreactor according to claim 7 and 8, characterized in that the anode ( 6 ) is a sheet metal part formed with regularly arranged openings.

10. Bioreactor according to claim 9, characterized in that the anode ( 6 ) consists of expanded metal.

11. Bioreactor according to one of claims 1 to 6, characterized in that the cathode ( 7 ) consists of stainless steel, nickel or titanium.

12. Bioreactor according to claim 11, characterized in that the cathode ( 7 ) is formed from expanded metal.

13. Bioreactor according to one of claims 1 to 12, characterized characterized in that the electrolyte forming Nutrient medium essentially free of hardness and Is chloride ion.

14. Bioreactor according to one of claims 1 to 13, characterized in that an agitator ( 16 ) is arranged in the reaction vessel ( 1 ).

15. Bioreactor according to one of claims 1 to 14, characterized in that an oxygen sensor ( 22 ) for determining the oxygen content is arranged in the reaction vessel ( 1 ) in order to supply the current to the electrodes as a function of a predetermined setpoint ( 6 , 7 ) switch on or off.