DE3632093A1 - Festbett-drehrohrreaktor mit gegen die horizontale geneigter achse fuer biotechnologische prozesse mit gasentwicklung - Google Patents

Festbett-drehrohrreaktor mit gegen die horizontale geneigter achse fuer biotechnologische prozesse mit gasentwicklung

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DE3632093A1
DE3632093A1 DE19863632093 DE3632093A DE3632093A1 DE 3632093 A1 DE3632093 A1 DE 3632093A1 DE 19863632093 DE19863632093 DE 19863632093 DE 3632093 A DE3632093 A DE 3632093A DE 3632093 A1 DE3632093 A1 DE 3632093A1
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Carl-Johannes Soeder
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Festbett- Rohrreaktor zur Durchführung von unter Gasbil­ dung ablaufenden biotechnologischen Prozessen mit von Mikroorganismen bewachsenen Schütt- bzw. Trägerkörpern mit Lagerungen und Antriebs­ mitteln sowie einer gegen die Horizontale um zumindest 3° geneigten Achse, um die der Reaktor kontinuierlich oder intermittierend in Rotation versetzt wird, und mit einer oder mehreren Gasabgabe-Öffnungen und einem Gassammelraum am angehobenen Ende des Rohrreaktors nach Patent .... (deutsche Patentanmeldung P 36 08 466.2 vom 14. 3. 1986).
Bei gasbildenden biotechnologischen Prozessen wie z.B. bei der Entfernung von Nitrat aus wäßrigen Lösungen mittels Denitrifikation oder bei der anaeroben Behandlung von Abwässern (Biogasverfahren) in Festbettreaktoren ist die Verstopfung von Porenräumen durch Blasen des meist als Nebenprodukt gebildeten Gases (Stickstoff, Biogas, CO2 usw.) ein bekanntes Problem.
Die Verwendung von Festbettreaktoren für die in der Wasser- bzw. Abwassertechnik weitver­ breiteten Prozesse der Denitrifikation und der anaeroben Abwasserbehandlung ist Stand der Technik. Für die beschleunigte Ableitung der erwähnten Gasblasen aus den Reaktionsbehältern hat man in der Regel keine besonderen Vorkehrungen getroffen, so daß keine optimale Ausnutzung des Reaktionsraums möglich war. Wo immer Gasblasen Porenräume belegen, müssen folgende Nachteile in Kauf genommen werden:
  • - Es geht aktive Oberfläche für den Kontakt der Mikroorganismen mit dem umzusetzenden Substrat verloren.
  • - Der Strömungswiderstand ist erhöht und muß durch vermehrten Förderdruck unter zusätzlichem Energieaufwand überwunden werden.
  • - Es kommt zu einem "Channeling" im Festbett, d.h. zwischen vermehrt blasenbesetzten Teil­ räumen des Reaktorvolumens bilden sich bevor­ zugte Flußbereiche aus.
Diese Nachteile werden nach dem Hauptpatent (deutsche Patentanmeldung P 36 08 466.2 vom 14. 3. 1986) wirksam vermieden, das insbesondere ein Verfahren zur Entfernung von Nitrat oder Nitrit aus Wasser mittels bakterieller Deni­ trifikation betrifft, das gemäß einer Variante in einem Drehrohr-Festbettreaktor durchgeführt wird, der einen inneren Rotorzylinder umfaßt, in dem die biotechnische Reaktion stattfindet, und einen statischen Außenmantel, in den das behandelte Wasser und das gebildete Gas eintreten, um separat abgeführt zu werden.
Diese doppelwandige Bauweise bedingt relativ hohe Baukosten und in einen erheblichen Aufwand, den es erfordert, den Rotor zu Reparatur- und Wartungszwecken auszubauen, neu zu befüllen usw., was im technischen Maßstab u.a. den Einsatz von schwerem Hebezeug nötig macht.
Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, diese konstruktiven und betriebstechnischen Probleme auf einfache Weise auszuschalten.
Zu dem Zweck ist der erfindungsgemäße Festbett- Rohrreaktor gekennzeichnet durch eine einwandige Ausführung des Reaktorrohrs mit Ventil-Elementen zum Verschließen der Gasabgabe-Öffnungen und durch Einrichtungen zur Freigabe der Öffnungen bei deren Passieren des höchsten Punktes sowie durch axiale Rohre oder Hohlachsen für den Flüssigkeitszu- und -ablauf mit soweit nach oben führendem Ablauf, daß der Flüssigkeitspegel im Drehrohr den Gassammelraum begrenzt.
Weitere Besonderheiten gehen aus den Unteran­ sprüchen hervor.
In einem solchen Reaktor werden die von Mikro­ organismen bewachsenen Füllkörper des einen Freiraum lassenden Festbetts durch langsame Drehung so bewegt, daß ein längeres Anhaften von Gasblasen unterbleibt. Das am höchsten Punkt des Drehrohrs gesammelte Gas wird durch einen Ventilmechanismus schubweise entfernt.
Der Reaktor ist insbesondere um etwa 5° bis 10° gegen die Horizontale geneigt und wird z.B. über Reibräder angetrieben.
Über die Hohlachse am tiefer gelegenen Ende tritt die mittels Pumpe oder über eine geeignete Niveaudifferenz geförderte Flüssigkeit (insb. über ein Sieb) in das Festbett ein, in dem die mikrobielle Stoffumsetzung erfolgt. Das Festbett befindet sich dank der Rotation des zylinderförmigen Reaktors in ständiger oder intermittierender Umwälzung, die durch Längs­ rippen an der Innenwand des Reaktors, die diesem eine erhöhte Steifigkeit verleihen, schlupffrei unterstützt werden kann.
Nach einer durchschnittlichen Verweildauer, die dem gewünschten Umsetzungsgrad bzw. der Reinigungsleistung angepaßt ist, tritt die behandelte Flüssigkeit durch die zweite Hohlachse über ein Sieb aus dem Reaktor aus.
Beide Hohlachsen sind insb. starr und über wasserdichte Lager mit dem Drehrohr verbunden und werden durch die Zu- bzw. Ableitung der Flüssigkeit verlängert. Von diesen reicht ins­ besondere der Ablauf bis zu einer Höhe, die für die Einstellung des Flüssigkeitspegels im Rohrreaktor unter Freilassung eines Restvolumens, in dem sich das gebildete Gas sammelt, ausreicht.
Für den Gasaustritt hat der Drehrohrmantel ablaufseitig Öffnungen, z.B. eine oder mehrere konische Bohrungen, die normalerweise durch Ventile verschlossen sind, die etwa durch Schrauben­ federn angedrückt werden. Nur wenn ein Ventil im Verlaufe der Drehung des Zylinders den Scheitel­ punkt erreicht, wird es durch einen dort an­ gebrachten Auslöserarm kurzfristig geöffnet, wodurch das gebildete Gas entweicht. Dieses kann ggf. über eine Glocke aus plastischem Material (z.B. Silikonkautschuk) über einen hohlen Auslöserarm einem Gassammelbehälter (Gasometer) zugeführt werden.
Ein Beispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung wird durch die Zeichnung veranschaulicht:
Diese zeigt einen rohrförmigen Behälter 1, der weitgehend durch Füllkörper 2 mit Mikrobenbewuchs gefüllt ist unter Freilassung eines Restvolumens 3, in dem sich das beim biologischen Prozeß gebildete Gas sammelt, das über ein Ventil 4 entweichen kann, wenn dessen Stößel durch eine Einrichtung 5 gegen die Wirkung einer Anpreßfeder nach unten gedrückt und damit das Ventil geöffnet wird.
Durch die Linie 6 wird der Flüssigkeitsstand im geneigten Reaktor angedeutet, der dem Ablauf­ pegel 7 entspricht, der sich in der nach oben führenden Verlängerungsleitung 8 der ablaufsei­ tigen Hohlachse 9 einstellt. Zulaufseitig ist analog eine Hohlachse 10 mit dem Reaktorrohr starr verbunden, die über eine (nicht gezeigte) Drehverbindung an eine Zulaufleitung anschließt.
Siebe 11 und 12 (ggf. mit einer gewissen Leitfunktion für die zutretende Flüssigkeit) schließen den Rohrraum zu den Hohlachsen hin ab, welch letztere in Lagerböcken 13, 14 gelagert sind. Durch 15 wird ein Stützlager mit Trommelantrieb angedeutet.
Als Ventile, wie 4, können auch Schieber-Ventile vorgesehen sein.
Der Freiraum oder Gassammelraum macht mindestens etwa 10% des Gesamtvolumens des Drehrohrs aus.
Der Neigungswinkel des Drehrohres kann gering sein, und einige wenige Grad würden genügen.

Claims (6)

1. Festbett-Rohrreaktor zur Durchführung von unter Gasbildung ablaufenden biotechnologischen Prozes­ sen mit von Mikroorganismen bewachsenen Schütt- bzw. Trägerkörpern mit Lagerungen und Antriebs­ mitteln sowie einer gegen die Horizontale um zumindest 3° geneigten Achse, um die der Reaktor kontinuierlich oder intermittierend in Rotation versetzt wird, und mit einer oder mehreren Gasabgabe-Öffnungen und einem Gassammelraum am angehobenen Ende des Rohrreaktors nach Patent .... (deutsche Patentanmeldung P 36 08 466.2 vom 14. 3. 1986), gekennzeichnet durch eine einwandige Ausführung des Reaktorrohrs (1) mit Ventil-Elementen (4) zum Verschließen der Gasabgabe- Öffnung(en) und durch Einrichtungen (5) zur Freigabe der Öffnungen bei deren Passieren des höchsten Punktes sowie durch axiale Rohre oder Hohlachsen (9, 10) für den Flüssigkeitszu- und -ablauf mit soweit nach oben führendem Ablauf (8), daß der Flüssigkeitspegel (6) im Drehrohr den Gassammelraum (3) begrenzt.
2. Reaktor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch stirnseitige Siebe (11, 12) vor dem Anschluß der Hohlachsen (9, 10).
3. Reaktor nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Laufradantrieb und -abstützung (15).
4. Reaktor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Kegelventile (4) mit Schließfeder und einen Nocken-Mechanismus als Öffnungseinrichtung (5).
5. Reaktor nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch nach innen vorspringende Längsrippen des Rohr­ mantels.
6. Reaktor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Radialabmessungen der Rippen 10% des Radius des Rohrreaktors (1) ausmachen.
DE19863632093 1986-03-14 1986-09-20 Festbett-drehrohrreaktor mit gegen die horizontale geneigter achse fuer biotechnologische prozesse mit gasentwicklung Withdrawn DE3632093A1 (de)

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DE8787103458T DE3780044D1 (de) 1986-03-14 1987-03-10 Verfahren zur durchfuehrung gasbildender biotechnologischer prozesse in festbettreaktoren und zum be- und entgasen geeignete vorrichtungen.
EP87103458A EP0237039B1 (de) 1986-03-14 1987-03-10 Verfahren zur Durchführung gasbildender biotechnologischer Prozesse in Festbettreaktoren und zum Be- und Entgasen geeignete Vorrichtungen
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19733813A1 (de) * 1997-08-05 1999-02-11 Humunite Holding Ltd Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Biogas
DE102018110091B4 (de) 2018-04-26 2021-11-25 Helmholtz-Zentrum Dresden - Rossendorf E. V. Festbettreaktor
WO2023170523A1 (en) * 2022-03-07 2023-09-14 Stemmedical A/S Closed system bioreactor for cell culturing

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