DE3780452T2

DE3780452T2 - Verfahren und vorrichtung zur biologischen verarbeitung metallhaltiger erze.

Info

Publication number: DE3780452T2
Application number: DE8787901845T
Authority: DE
Inventors: C Emmett; T O'connor
Original assignee: Envirotech Corp
Current assignee: Envirotech Corp
Priority date: 1986-02-07
Filing date: 1987-02-06
Publication date: 1993-03-11
Anticipated expiration: 2007-02-07
Also published as: FI883604A0; NZ219219A; FI883604A7; DE3780452D1; CA1329989C; JPS63502796A; EP0294387A1; US4974816A; KR880700772A; WO1987004694A1; EP0294387A4; ES2001827A6; EP0294387B1; GR870202B; ATE78240T1; ZW15687A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verwendung bei der Verarbeitung metallhaltiger Erze durch Einsatz eines biologischen (nachstehend bezeichnet als "Biolauge-") Verfahrens.
Jüngste Interessen auf dem Gebiet der Metallurgie konzentrieren sich auf die Verwendung spezieller Arten autotropher Bakterien, z. B. Thiobacillus ferrooxidans und Thiobacillus thiooxidans, bei der Behandlung von Sulfiderzen und -konzentraten. Die Verwendung derartiger Bakterien bei Haufenlaugungsbehandlungen zur Solubilisierung von Kupfer aus geringhaltigen Erzen ist bereits seit mehreren Jahrzehnten bekannt. Gegenwärtig jedoch richtet sich das Interesse an der Anwendung dieser biochemischen Technik auf kontinuierliche Prozesse zur Behandlung von Sulfidkonzentraten. Diese kontinuierlichen Prozesse machen die Konzentrate entweder für herkömmliche Cyanidlaugung empfänglicher oder extrahieren sogar das gewünschte Metall aus dem Konzentrat.
Besondere Aufmerksamkeit ist auf die goldhaltigen, silberhaltigen oder platinhaltigen Pyrite und Arsenopyrite gerichtet, die bestenfalls in geringem Maße für eine Laugung in Cyanidlösung zugänglich sind. Die Unempfindlichkeit dieser Konzentrate gegenüber einer Cyanidlaugung ist darauf zurückzuführen, daß die gewünschten Metalle, z. B. Gold oder Silber, von dem Pyritkristall umschlossen sind. Der Pyritkristall ist nicht porös genug, um ein Eindringen der Cyanidlösung zu ermöglichen, so daß eine Metall-Cyanid-Auflösungsreaktion stattfinden könnte. Eine Verkleinerung des metallhaltigen Pyrits legt für sich genommen nicht genügend Metallmengen frei, als daß sie wirtschaftlich durchführbar wäre, da eine erheblich verstärkte Cyanidlösung und Energieverbrauch erforderlich sind.
Die oben beschriebenen Bakterien können jedoch die Biooxidation von Sulfid und Eisen in dem nichtgelösten Pyritkristall induzieren, wobei das Gold, Silber oder Platin intakt bleibt. Der anfallende Rückstand kann nach Ausscheidung der löslichen Biooxidationsprodukte einer Metallextraktion unter Verwendung von herkömmlichen Cyanid-, Thioharnstoff- oder Thiosulfatlösungs-Laugungsverfahren unterziehbar. Bei mancher Gelegenheit reicht bereits eine Teil-Biooxidation des metallhaltigen Pyrits durch die oben beschriebenen Bakterien aus, um eine erfolgreiche Cyanidlösungslaugung des anfallenden Rückstandes zu ermöglichen.
Das beschriebene Verfahren ist auf die Laugung anderer Metalle anwendbar. Zum Beispiel kann Chalcopyrit zur Gewinnung seines Kupfergehaltes gelaugt werden und Zinksulfide können zur Erzeugung von Zinksulfatlösungen (ZnSO&sub4;) gelaugt werden. Andere Elemente, die als Sulfide vorliegen, können ebenfalls löslich gemacht werden, wie z. B. Antimon und Arsen.
Die gegenwärtig eingesetzten Verfahren, die die oben beschriebenen Bakterien zur Solubilisierung der metallhaltigen Sulfiderze und -konzentrate verwenden, sind sehr energieaufwendig. Die von diesen Bakterien verwendete chemische Reaktion ist Oxidation. Daher ist die Sauerstoffübertragung ein Schlüsselschritt in dem Verfahren. Ungefähr ein gleiches Gewicht an Sauerstoff ist zur Oxidation von Pyrit erforderlich. Die gegenwärtig im Stand der Technik verwendeten Systeme erfordern eine PS-Stärkestunde pro ca. 2,5 bis 4 Pfund von in die flüssige Phase überführten Sauerstoff. Folglich verbrauchen diese Systeme für die Oxidation einer Tonne (2000 Pfund) Konzentrat ca. 400 bis 600 Kilowattstunden (kWh) Energie.
Eines der kritischen Probleme bei der Entwicklung eines anwendbaren Verfahrens ist die Übertragung von Nährstoffen und Sauerstoff in ausreichenden Mengen in den Tank, damit sie von den Bakterien rasch assimiliert werden. Die Bakterien erfordern eine Zufuhr von Stickstoff, Kalium, Phosphor und Kohlendioxid als Nährstoffe. Diese Nährstoffe werden typischerweise dadurch bereitgestellt, daß Ammoniumsulfat, Kalium, Phosphate und gasformiges Kohlendioxid den Tanks zugesetzt werden. Probleme im Zusammenhang mit der Sauerstoffübertragung unterscheiden sich von denjenigen, wie sie bei der Bereitstellung von Nährstoffen und Kohlendioxid auftreten. Da die Sauerstoffübertragung kritisch und die erforderliche Menge sehr groß ist, ist dieser Teil des Verfahrens von höchster Bedeutung für die Gesamtkosten und -leistung des Verfahrens. Bei dem herkömmlicherweise praktizierten Verfahren werden große Mengen Sauerstoff direkt in die Lösung eingespritzt und eine Mischvorrichtung bereitgestellt, mit der der Sauerstoff innerhalb der Lösung verteilt wird.
Das herkömmliche Verfahren verwendet Turbinen, die in den Schlamm-gesetzt werden und mit hohen Geschwindigkeiten rotieren. Obgleich die Arbeit der Turbine eine erhebliche Mischwirkung in der Lösung erzielt, erzeugt die Rotation der Turbinen auch Kavitationswirkungen. Diese Effekte bewirken, daß die Luftblasen innerhalb der Lösung zu größeren Luftmassen oder -blasen zusammengedrückt werden. Diese großen Luftmassen oder -blasen haben ein verhältnismäßig geringes Oberfläche/Volumen-Verhältnis. Ein grundlegendes Problem der herkömmlichen Technik ist die zum Betrieb der Turbinen erforderliche Leistung.
Die Unfähigkeit des Standes der Technik, effektiv die voranstehenden Aspekte der Biolaugung anzusprechen, hat dazu geführt, daß gegenwärtig verwendete Bioreaktoren und Verfahren sowohl in ihrer Kosten- als auch in ihrer Verfahrensleistung nur in geringem Maße effizient sind.
Das Bioreaktor-Gefäß bzw. -Behälter der vorliegenden Erfindung besteht allgemein aus einem Tank mit einem Boden und stehenden Wänden, die auf dem Boden befestigt sind, der so ausgelegt ist, daß er ein flüssiges Medium aufnimmt und enthält. Der Tank ist mit einer mechanischen Mischvorrichtung versehen, die so arbeitet, daß sie eine Durchrührung und Suspension der Teilchen innerhalb der im Tank enthaltenen schlammigen Flüssigkeit bewirkt. Eine Luftzufuhrvorrichtung führt dem Tank Sauerstoff zu. Wie bereits erläutert, ist Sauerstoff eine notwendige Komponente der Biooxidationsreaktion, die im Bioreaktor stattfindet. Die Luftzufuhrvorrichtung bewirkt auch eine Druckluftsuspension der Teilchen innerhalb des Schlammes im Tank.
Die mechanische Mischvorrichtung besteht aus einer Welle, die in dem Tank zentral angeordnet ist. Die Welle ist mit zumindest einem radial verlaufenden Mischerarm versehen. Die Welle ist drehbar angeordnet, wobei ihre Drehung eine entsprechende Drehung des/der Arme(s) bewirkt. Die Drehung eines oder mehrerer Arme bewirkt ein mechanisches Mischen und Durchrühren des in dem Tank enthaltenen Schlammes.
Bei der Luftzufuhrvorrichtung der Erfindung werden allgemein durch eine Vielzahl aufrecht stehender Diffusoren winzige Luftblasen in der Nähe der Bodenbereiche des Tanks eingeführt. Die Diffusoren sind so konfiguriert, daß sie eine allgemein stromlinienförmige Form haben, die mit minimalem Widerstand durch den Schlamm verlaufen kann und ein minimales Maß von Durchrührung und Turbulenz in dem Schlamm bewirkt. Die Diffusoren sind auf den Armen befestigt und so ausgerichtet, daß sie jedwede Widerstandskraft, die auf den Diffusor wirkt, wenn der Arm sich dreht und den Diffusor durch den Schlamm treibt, minimalisieren. Bei Verlauf des Diffusors durch den Schlamm fließt der Schlamm über den Diffusor. Dieser Schlammfluß ist groß genug, daß die Teilchen und Flüssigkeit des Schlammes eine Scheuer- und Reinigungswirkung auf die dem Schlamm ausgesetzte Seite des Diffusors haben. Diese Scheuer- und Reinigungswirkung verringert die Verstopfungsneigung der Poren in dem Diffusor. Eine Vielzahl von Diffusoren kann in beabstandetem Verhältnis auf jedem radialen Arm des Schlammischmechanismus angeordnet sein. Die radialen Arme können um eine im wesentlichen aufrechte, vertikale Achse gedreht werden. Die Diffusoren werden gedreht, um aufsteigende Luftblasen über im wesentlichen horizontal ausgerichtete ebene Flächen der unteren Tankbereiche zu verteilen. Die Drehung der Arme erfolgt mit ziemlich niedriger Geschwindigkeit, wodurch jeder Diffusor eine allgemein spiralwendelförmige Konfiguration von Blasen erzeugt, die durch den Schlamm im Tank aufsteigen.
Die Anzahl der verwendeten Einzeldiffusoren und ihre Position zueinander werden durch die Gesamtluftmenge bestimmt, wie sie für die im Bioreaktor stattfindende Biooxidation erforderlich ist. Des weiteren werden die Anzahl und Position der Diffusoren von der Sauerstoffübertragungsleistung und Kapazität der einzelnen Diffusoren bestimmt. Da die Stirnflächen der Diffusorplatten vertikal aufrecht ausgerichtet sind, ist die zur Dispersion von Gasblasen erforderliche Diffusor-Gesamtfläche über einen beträchtlichen Bereich variabel. Die Diffusorenfläche kann die Fläche des Grundes des Tankbodens um ein Vielfaches übersteigen. In anderen Fällen kann die Diffusorenfläche der Erfindung auch die kombinierte Fläche des Tankbodens und seiner Seitenwand übersteigen. Die Diffusoren können jeweils einen vertikal angeordneten Rahmen aufweisen, auf dem eine poröse Membran befestigt ist. Diese Membran kann durch ihren Befestigungsrahmen in einer im wesentlichen ebenen Ausrichtung gehalten werden. Die Membran weist eine Vielzahl von Poren oder Öffnungen auf, die so ausgerichtet sind, daß der offensichtliche Luftstrom durch diese Poren oder Öffnungen nach außen durch die Membran des Diffusors und im wesentlichen rechtwinklig zu dem Schlammfluß entlang der Diffusorenoberfläche stattfindet, d. h. entlang der Membranoberfläche. Die Diffusoren sind auf den radialen Armen des Schlammischers so befestigt, daß sie von jedweder lokalen Turbulenz und Reinigungswirkung des Schlammes in äußerster Nähe zum Diffusor profitieren, welche bei Verlauf des Diffusors durch den Schlamm entsteht. Die Porengröße der Diffusoren und die Position der Diffusorbefestigungen auf den radialen Armen des Schlammischmechanismus sind so bestimmt, daß sie optimale Luftblasen mit einem ungefähren mittleren Durchmesser von 4,5 mm oder weniger erzeugen. Es versteht sich, daß je feiner die erzeugten Bläschen, desto leichter läßt sich der darin enthaltene Sauerstoff durch die Bakterien assimilieren.
Die Luftzufuhrvorrichtung der vorliegenden Erfindung funktioniert so, daß ein verbessertes Oberfläche/Volumen-Verhältnis der in den Schlamm eingeführten Luftblasen entsteht. Gleichzeitig minimalisiert die Zufuhrvorrichtung die Gelegenheit und Wahrscheinlichkeit der Aggregation der verschiedenen Blasen zu größeren Massen von Blasen mit einem geringeren Oberfläche/Volumen-Verhältnis. Auf diese Weise erzielt die vorliegende Erfindung einen stärkeren Assimilationszustand oder Wahrscheinlichkeit einer Übertragung des Sauerstoffes in flüssige Lösung oder direkt zu den Bakterien, zum Zwecke einer Assimilation und anschließenden Abbaus in der Biooxidationsreaktion. Ferner bewirkt die Drehung der radialen Arme des Schlammischmechanismus eine Dispersion der Blasen durch den Schlamm, unter minimalem Rühren des Schlammes im Bioreaktorbehälter. Diese verbesserte Drehung minimalisiert den Energieverbrauch des Systems. Das gegenwärtige System ist erheblich weniger intensiv als die herkömmliche Vorrichtung, bei der eine Turbine verwendet wird. Als Folge der Scherbedingungen, die durch das Rühren entstehen, werden Bakterien von aufgeschlämmten Feststoffen abgelöst. Diese Trennung der Bakterien von diesen Feststoffen verringert die Reaktionsgeschwindigkeit der Bakterien auf den Feststoffen. Durch Minimalisierung des Rührens fördert die vorliegende Luftzufuhrvorrichtung, daß die Bakterien in Kontakt mit den aufgeschlämmten Feststoffen bleiben und hält somit die Reaktionsgeschwindigkeit aufrecht.
Die Mittelwelle kann ein großes Hohlrohr sein, das mit Innenrohren versehen ist, welche zur Leitung von Luft an die radial angeordneten Mischerarme erforderlich sind, auf welchen (Armen) die Diffusoren angeordnet sind. Die Wahl eines Hohlrohres ermöglicht die Einleitung von Luft von einer Quelle, die sich außerhalb des Tanks befindet. Das Hohlrohr ist typischerweise mit einem unteren offenen Ende versehen, das mit dem Schlamm in Verbindung steht. Durch diesen Aufbau steigt der Schlamm durch das Innere des Rohres und umgibt dadurch die Innenrohre im Hohlrohr. Luft kann durch die Innenrohre in das Hohlrohr injiziert und kanalartig nach unten geführt werden, wobei sie durch die radialen Mischerarme, die in der Nähe des Tankbodens angeordnet sind, schließlich zu den Diffusoren getrieben wird.
Alternativ kann eine massive Mittelwelle verwendet werden. Bei diesem alternativen Aufbau kann die Mittelwelle auf einem Stütz- oder Axiallager angeordnet sein. Eine luftführende Rohrleitung kann sich in einen Förderschacht hinein erstrecken, der innerhalb des Abschnittes der Welle in der Nähe seines Sitzes innerhalb des Stützlagers definiert ist. Der Förderschacht steht in Verbindung mit den Mischerarmen und den darauf angeordneten Diffusoren. Der Förderschacht besteht aus einer Abdichtungsvorrichtung, die so konfiguriert ist, daß sie in dem Schacht aufgenommene Luft daran hindert, nach außen in den Schlamm auszutreten, es sei denn, sie strömt durch die Mischerarme und die daran angeschlossenen Diffusoren.
Zusätzliche Innenrohre können in dem Hohlrohr zum Zwecke der Zirkulierung von Flüssigkeiten entlang der Höhe dieses Rohres vorgesehen sein. Diese Flüssigkeitszirkulation ist auf das Entfernen von Wärme gerichtet, die innerhalb des Reaktionsbehälters durch darin auftretende Oxidationsreaktionen erzeugt wird. Die zusätzlichen Innenrohre bilden einen Wärmetauscher, durch den kalte Flüssigkeiten durch Rohre zirkuliert werden können, deren äußere Oberflächen mit dem wärmeführenden Schlamm in Kontakt stehen. Wärme von dem Schlamm wird über die Wände der Rohre übertragen und danach an die zirkulierende kalte Flüssigkeit abgegeben. Nach Aufnahme dieser Wärme wird die jetzt erwärmte Flüssigkeit von dem Behälter weg an einen Entsorgungsort geleitet.
Der Schlamm kann auch von den unteren Abschnitten des Tankes über das Rohr der zentralen Welle zu den radial angeordneten Rippenrohren an dem oberen Ende, d. h. dem Tankoberen zirkuliert werden. Diese Rippenrohre können dazu verwendet werden, die Gravitationstrennung von Feststoffen mit hohem spezifischen Gewicht, d. h. freies Gold, zu verbessern, bevor der zirkulierte Schlamm zu der allgemeinen Schlammasse im Tank zurückgeführt wird. Die Schlammzirkulierung über die Rippenrohre ist ein energiesparendes Verfahren zum sammeln freien Goldes und anderer Feststoffe und Ablagerungen mit hohem spezifischem Gewicht. Die Rippenrohre verhindern im Betrieb die Ansammlung derartiger Feststoffe oder Ablagerungen auf dem Boden des Bioreaktortanks. Die Rippenrohre sind so befestigt, daß sie mit der Mittelwelle um die mittlere Längsachse des Reaktorbehälters rotieren. Jedes der Rippenrohre ist mit einem Auslaßschlitz oder -tülle zum Ablassen des zirkulierten Schlammes von dem Rohr nach außen und auf die Oberfläche der Schlammasse versehen. Der Auslaßschlitz ist oberhalb eines jeden in Betracht zu ziehenden Schlammpegels angeordnet. Folglich fällt der aus den Rohren abgelassene Schlamm stets nach unten auf die Schlammasse. Diese Fallbewegung ergibt zusammen mit der Drehung der Rohre einen nach unten gerichteten Fluß von Schlamm, der über einen großen Abschnitt der Oberfläche der Schlammasse verteilt ist. Dieser Fluß hat die Wirkung, daß er jegliche Schaumbildung auf der Oberfläche der Schlammasse unterdrückt.
Bei einigen Konstruktionen sind die radialen Mischerarme an einer Manschette befestigt, die auf der Mittelwelle verschiebbar angeordnet ist. Diese Manschette ist zusammen mit ihren dazugehörigen Armen entlang der Höhe der Mittelwelle verschiebbar ausgeführt. Ein Hebemechanismus zum mechanischen Heben und Senken der radialen Mischerarme des Bioreaktors kann vorgesehen sein, um die Reinigung der Mischerarme und der darauf befindlichen Diffusoren zu vereinfachen.
Ein Vakuumfilter kann in dem Bioreaktortank angeordnet sein, um klare Lauge, die gelöste Produkte und Nebenprodukte, z. B. Schwefelsäuren und verschiedene Salze, enthält, aus dem Behälter zu entfernen, und gleichzeitig die Bakterien und Schlammfeststoffe in dem Behälter zu lassen. Allgemein wird bei dieser Filterung kontinuierlich oder semi-kontinuierlich eine Schlammenge aus der allgemeinen Schlammasse entfernt. Die nichtoxidierten Feststoffe in dieser Schlammenge werden unter Verwendung eines Zyklons ausgeschieden. Die nichtoxidierten Feststoffe werden dann zum Reaktorbehälter zurückgeleitet. Die teilweise oxidierten Feststoffe werden aus der Schlammlauge ausgefällt und zu einem zweiten Reaktorbehälter geleitet und einer weiteren Oxidation unterzogen. Die löslichen Nebenprodukte des Oxidationsvorganges, z. B. Schwefelsäure und diverse Salze, werden dem Abfall zugeführt.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung umfaßt allgemein die Schritte des Mahlens des Konzentrates oder des Erzes; des Einsetzens des Konzentrates oder Erzes und anderer Reaktionsteilnehmer, einschließlich einer Bakterienform, die fähig ist, Sulfidfeststoffe zu oxidieren, z. B. Thiobacillus ferrooxidans oder Thiobacillus thiooxidans, in einem Primär-Bioreaktor auf eine Weise, so daß eine hohe Bioreaktionsgeschwindigkeit erzielt wird; des Entfernens der löslichen Produkte, Nebenprodukte und teilweise umgesetzten Feststoffe; und des Weiterleitens der unlöslichen und teilweise umgesetzten Feststoffe zu einem Sekundär-Bioreaktor oder Reihe von Bioreaktoren, um die Vervollständigung der Biooxidation zu ermöglichen, während gleichzeitig jedwede nicht-oxidierten Feststoffe zu dem Primär-Bioreaktorbehälter zurückgeführt werden.
Eine Optimierung der Gesamt-Biooxidationsgeschwindigkeit und somit eine Minimalisierung der Verweilzeit der Feststoffe, der Gerätegröße und Kosten kann nur dann erzielt werden, wenn der Primär-Bioreaktor so betrieben wird, daß der maximale Sauerstoffverbrauch, z. B. Biooxidationsgeschwindigkeit, erzielt wird, ohne zu versuchen, gleichzeitig das Ausmaß zu steuern, in dem die Bestandteile des Konzentrates oder des Erzes oxidiert werden, wenn sie sich in dem Primär-Bioreaktor befinden.
Die normalerweise anerkannte biochemische Oxidationsreaktion umfaßt die Auflösung von Sauerstoff in Wasser, gefolgt von der bakteriellen Assimilation dieses gelösten Sauerstoffes. Die Bakterien, z. B. Thiobacillus thiooxidans oder Thiobacillus ferrooxidans verwenden anschließend den assimilierten Sauerstoff, um die Sulfid- und Eisenarten biochemisch zu oxidieren. Die Bakterien beziehen die Energie zum Wachstum aus der Oxidation dieser Arten. Damit die Bakterien das Eisen oxidieren können, muß es in zweiwertiger Form (Fe&spplus;&spplus;) vorliegen, d. h. der Eisen(II)-Form. Die Bakterien wandeln das Eisen in die dreiwertige Form (Fe&spplus;&spplus;&spplus;) um, d. h. die Eisen(III)-Form.
Die Bakterien können auch eine Vielzahl von Sulfiden oxidieren, z. B. Thiosulfation (S&sub2;O&sub3;&supmin;&supmin;); das Tetrathionation (S&sub4;O&sub6;&supmin;&supmin;); lösliche Sulfide, d. h. solche, die Schwefelion S enthalten; unlösliche Sulfide; und Elementarschwefel. Das Endergebnis ist die Erzeugung eines Sulfations (SO&sub4;&submin;&submin;). Diese Biooxidation ist das Wesentliche des Biolaugeverfahrens.
Die in jedem Bioreaktor im Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung gesteuerten Faktoren sind Temperatur, die Rate und der Mechanismus der Sauerstoffzufuhr, das Verhältnis von Biomasse (d. h. Bakterien) zu suspendierten Feststoffen, das Verhältnis von umgesetzten (d. h. inerten) Feststoffen zu nicht-umgesetzten Feststoffen, die Konzentration von löslichen Arten, die als Produkte oder Nebenprodukte erzeugt werden, und die Konzentration von Kohlendioxid und Nährstoffen, die zum bakteriellen Wachstum vorgesehen sind.
Da die Biooxidationsreaktion Wärme erzeugt, kann ein Mechanismus zum Entfernen von Wärme als Teil des Verfahrens vorgesehen sein. Sauerstoffzufuhr in Form von sehr kleinen Blasen in einem ausreichenden Anzahl, um die Bakterien zu erhalten, stellt, falls sie ungenügend ist, den beschränkenden Faktor für die Gesamtgeschwindigkeit des Verfahrens dar. Sowohl die Temperatursteuerung als auch die Sauerstoffzufuhr sind Faktoren, die von der mechanischen Gestaltung des Bioreaktors bestimmt werden.
Es ist für das Verfahren dieser Erfindung wünschenswert, daß die Biomasse, d. h. die Bakterien, in jedem Bioreaktor in einer so hohen Anzahl wie möglich gehalten wird. Die Zufuhr von Konzentrat oder Erz, Sauerstoff, Kohlendioxid und Nährstoffe ergeben eine Umgebung, in der Bakterien wachsen und ihre Zahl vermehren können.
Fig. 1 ist ein perspektivische Aufrißansicht des Bioreaktorbehälters der vorliegenden Erfindung, mit einem weggeschnittenen Teil, der ein mittig positioniertes Stützteil enthüllt, das mit einer Vielzahl sich drehender, radial verlaufender armartiger Teile fest verbunden ist, die um die unteren Bereiche dieses Stützteiles herum positioniert sind;
Fig. 2 ist eine perspektive Aufrißansicht des unteren Abschnittes des Stützteiles, wie es in Fig. 1 gezeigt ist;
Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht des in Fig. 1 gezeigten Bioreaktorbehälters;
Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht des Stützteiles des Bioreaktorbehälters aus Fig. 1 entlang der Schnittlinien 4-4;
Fig. 5 eine perspektivische Aufrißansicht eines Diffusors der Erfindung;
Fig. 6 ist eine Draufsicht auf den in Fig. 5 gezeigten Diffusor;
Fig. 7 ist eine Seitenansicht des Rippenrohraufbaus, wie er im in Fig. 1 gezeigten Bioreaktorbehälter vorzufinden ist;
Fig. 8 ist eine Querschnittsansicht des in Fig. 7 gezeigten Rippenrohraufbaus, entlang der Schnittlinien 8-8;
Fig. 9 ist eine Querschnittsansicht des in Fig. 8 gezeigten Rippenrohraufbaus, entlang der Schnittlinien 9-9;
Fig. 10 ist eine perspektivische Aufrißansicht eines rechenartigen Fortsatzes;
Fig. 11 ist eine Draufsicht auf den in Fig. 10 gezeigten rechenartigen Fortsatz und zeigt die Positionierung des Fortsatzes gegenüber seines Stützarmes;
Fig. 12 ist eine perspektivische Aufrißansicht der Befestigungen des Diffusors und des rechenartigen Fortsatzes auf einem Stützarm;
Fig. 13 ist eine weggeschnittene Vorderansicht des Diffusors aus Fig. 16, die die Vielzahl segmentierter Abteilungen innerhalb des Diffusorrahmens zeigt;
Fig. 14 ist eine Seitenansicht des in Fig. 13 gezeigten Diffusors, entlang der Schnittlinien 14-14;
Fig. 15 ist eine perspektivische Ansicht einer dritten Diffusorenkonstruktion der vorliegenden Erfindung;
Fig. 16 ist eine Seitenansicht im Querschnitt des in Fig. 15 gezeigten Diffusors.
Wie in Fig. 1 gezeigt besteht ein Bioreaktorbehälter, allgemein mit 13 bezeichnet, der vorliegenden Erfindung aus einem Tank 14 mit offenem Ende, in dem eine Luftzufuhrvorrichtung, allgemein mit 15 bezeichnet, aufgehängt ist, welche Luft, die von einer Quelle außerhalb des Tankes 14 empfangen wird, in ein im Tank enthaltenes flüssiges Medium, allgemein mit 16 bezeichnet, einspritzt.
Der Tank 14 besteht allgemein aus einem Bodenteil 17, welches fest und abdichtend mit einer aufrechtstehenden vertikalen Seitenwand 18 verbunden befestigt ist. Wie gezeigt ist, kann das Bodenteil 17 im wesentlichen in der Draufsicht eben und kreisförmig sein. Die aufrechtstehenden vertikalen Wände 18 können eine einzige rohrförmige Wand sein, was dem Tank eine im wesentlichen zylindrische Konfiguration mit einem offenen Schlitz oder Ende 20 verleiht. In einer bevorzugten Ausführungsform definieren die vertikalen Wände 18 einen Tankdurchmesser 21, der über die Höhe des Tankes konstant bleibt. Die aufrechten Wände 18 und das ebene Bodenteil 17 sind aus Werkstoffen hergestellt, die den Feststoffen, dem Schlamm oder Nebenprodukten gegenüber, die sich im Tankinneren befinden können, chemisch resistent sind. Werkstoffe wie Edelstahl werden allgemein zur Herstellung des Tankes verwendet. Die Höhe der Wände 18 ist vorzugsweise ausreichend dimensioniert, um eine Lagerung einer Flüssigkeit (Schlamm) im Tank 14 zu ermöglichen, die eine Tiefe von zumindest zwölf (12) Fuß (3,66 m) hat.
In dem Tank angeordnet ist eine Luftzufuhrvorrichtung 15. Wie gezeigt, kann diese Zufuhrvorrichtung eine verlängerte rohrförmige Stützwelle 22 sein, die mittig und vertikal aufrecht in dem Tank 14 angeordnet sein kann. Die Welle 22 weist eine Längsachse 24 auf, die im wesentlichen aufrecht ausgerichtet ist und die weiterhin durch die Längsachse 26 des Tankes 14 oder ko-linear zu dieser verläuft. Die Stützwelle 22 kann strukturell in einer Vielzahl von Formen konfiguriert sein. Wie dargestellt, kann die Stützvorrichtung ein im wesentlichen zylindrisches, rohrförmiges Hohlrohrteil sein, das von einer Höhe, die oberhalb jedweden angenommenen Flüssigkeitspegels 27 liegt, der im Tank 14 erhalten wird, nach unten zu einer Höhe in der Nähe der Bodenplatte 17 des Tankes verläuft.
Die Stützwelle 22, wie sie in Fig. 4 gezeigt ist, kann eine äußere Wand 30 und eine Innenwand 32 aufweisen. Die Innenwand 32 definiert einen inneren zylindrischen Kanal 34. Der Kanal 34 bildet einen Ort zur Positionierung einer Vielzahl von zylindrischen rohrförmigen Leitungen, allgemein mit 35 bezeichnet.
Die im Reaktorbehälter stattfindenden Oxidations- und Reduktionsverfahren sind exothermer Natur. Die vorliegende Erfindung schlägt einen Wärmeübertragungsmechanismus vor, wodurch in dem im Reaktorbehälter enthaltenen Schlamm erzeugte Wärme aus dem Reaktorbehälter abgeführt oder entfernt werden kann.
Wie dargestellt, ist in einem bevorzugten Aufbau ein zweites, rohrförmiges, zylindrisches Leitungsteil 43 innerhalb der Welle 22 angeordnet. Das rohrförmige Leitungsteil 43 ist in seiner Konfiguration im wesentlichen der Welle 22 ähnlich und teilt weiterhin (mit ihr) dieselbe Längsachse 24. Ein weiterer Kanal 49 wird von der Innenwand 32 von Welle 22 und der Außenfläche 47 des rohrförmigen Leitungsteils 43 definiert. Der Kanal 49 ist in seinem Querschnitt im wesentlichen ringförmig. Der Kanal 49 verläuft entlang der Höhe der Welle 22. Der Kanal 49 kommuniziert mit einer Zufuhrvorrichtung 51, welche auf dem oberen Ende 41 von Welle 22 angeordnet ist. Die Zufuhrvorrichtung 51 ist so ausgelegt, daß sie einen unter Druck stehenden Flüssigkeitsstrom an den Kanal 49 führt. Der Kanal 49 empfängt diese Flüssigkeit und richtet sie nach unten, entlang der Länge des Kanals 49.
Die Flüssigkeit, z. B. Wasser, fließt entlang der Oberfläche (der) Innenwände 32 und 47 und absorbiert Wärme von der Welle 22 und dem Leitungsteil 43. Die beschriebene Wärme ist diejenige, welche in dem im Behälter vorhandenen Schlamm 16 aufgrund der darin stattfindenden Oxidationsreaktionen erzeugt wird. Wenn die Flüssigkeit das Ende von Kanal 49, in der Nähe des Tankbodens 17 erreicht, wird die Flüssigkeit in einen Kanal 53 geleitet, der von einem rohrförmigen Leitungsteil 55 definiert wird, welches in der Welle 22 untergebracht ist. Die wärmetragende Flüssigkeit, die unter Druck steht, wird anschließend durch Kanal 53 nach oben getrieben, bis sie einen Ort 57 in der Nähe der oberen Bereiche der Welle 22 erreicht. Da der Schlamm im Kanal 34 die äußere Oberfläche von Leitung 55 berührt, absorbiert die Flüssigkeit im Kanal 53 ebenfalls Wärme aus dem Schlamm in dem Kanal 34. Eine Ablaßvorrichtung (nicht dargestellt) ist mit dem rohrförmigen Leitungsteil 55 verbunden und empfängt im Betrieb die wärmetragende Flüssigkeit von dem Kanal 49 und führt diese ab. Der Aufbau von Kanal 49, zusammen mit Leitung 55, Zufuhrvorrichtung 51 und der Ablaßvorrichtung, bildet den Wärmetauscher, der so ausgelegt ist, daß er die Wärme abführt, die von den im Tank 14 auftretenden exothermen Reaktionen erzeugt wird. Die Wärme kann auch durch die von einer Luftzufuhrvorrichtung 15 in den Behälter eingeführten Luft aus dem Schlamm abgeführt werden, d. h. die in den Schlamm 16 eingeleitete Luft kann ausreichend niedrige Temperatur und Feuchtigkeit haben, so daß sie nach ihrer Einführung in den Schlamm durch den Schlamm hochsteigt und dabei Wärme von dem Schlamm absorbiert, diese Wärme nach oben befördert und sie schließlich an die Umgebung abgibt, wenn die Luftblase die Schlammoberfläche durchbricht. Alternativ kann der Wärmetauscher flüssigkeitsleitende Spulen aufweisen, die in dem Reaktorbehälter angeordnet sind, z. B. um die Wände 18 des Reaktorbehälters herum. Wärme wird aus dem Behälter abgeführt, um eine Schlammtemperatur in dem Bereich von 30º bis 36ºC aufrechtzuerhalten.
Eine in dem Kanal 34 von Welle 22 angeordnete Leitung 57 definiert einen Innenkanal 59. Kanal 59 wird dazu verwendet, einen unter Druck stehenden Vorrat von Luft oder sauerstoffhaltigem Gas von einer Quelle (nicht dargestellt) außerhalb des Tankes 14 aufzunehmen. Der Kanal 59 richtet diese Luft nach unten auf die unteren Bereiche der Stützwelle 22. Die Luft wird anschließend in den in Kanal 34 befindlichen Schlamm eingeführt, zum Zwecke einer Druckluft-Suspension des Schlammes und der Teilchen (Feststoffe) in dem Schlamm selbst.
Wie in Fig. 7 gezeigt, verläuft die Leitung 57 an einen Ort in der Nähe des Bodens 17 von Tank 14. Die Leitung 57 kann auf ihren Ende mit einem Diffusor 60 versehen sein. Wie dargestellt, wird Luft durch den Diffusor 60 in den Kanal 34 eingespritzt. Kanal 34 kommuniziert über einen Zugangsschlitz 61 mit dem Schlamm 16 im Tank 14. Zugangsschlitz 61 wird durch das offene Ende 62 von Welle 22 definiert, welches sich oberhalb und nicht in Kontakt mit dem Bodenteil 17 von Tank 14 befindet. Bei Einspritzung von Luft in das Innere von Kanal 34 wird ein Teil 64 des im Kanal 34 enthaltenen Schlammes 16 entlang Kanal 34 nach oben getrieben. Bei Erreichen des Bereiches 66 von Kanal 34 wird der Teil 64 des Schlammes durch eine Vielzahl von Kanälen 68 geführt, d. h. Kanäle 68 kommunizieren mit Kanal 34. Jeder Kanal 68 wird jeweils von einem hohlen Rippenrohr 70 gebildet, das fest an der Welle 22 befestigt ist.
Wie in Fig. 7 gezeigt, besteht jedes Rippenrohr 70 aus einem im wesentlichen zylindrischen Gehäuse 72, das sich radial von der Welle 22 erstreckt. Jedes Rippenrohr 70 ist an seinem Ende 74 mit einem Ablaßschlitz 76 versehen. Der Schlamm verläuft entlang der Länge von Rohr 70 und wird schließlich über Schlitz 76 aus dem Rohr 70 abgelassen. Schlitz 76 führt den Schlamm nach unten. Der Schlamm trifft, wenn er aus den Rippenrohren 70 abgelassen wird, auf die Oberfläche 78 des in Tank 14 enthaltenen Schlammes auf. Dieses Ablassen des in den Rippenrohren enthaltenen Schlammes dient dazu, Schaumbildungen auf der Schlammoberfläche 78 aufgrund der Reaktionen und Turbulenz in dem Schlamm 16 aufzulösen. Da die Rippenrohre um die Achse 24 der Welle 22 herum gedreht werden, lassen die Rippenrohre im Betrieb einem Druckluftverfahren unterzogenen Schlamm in einem im wesentlichen kreisförmigen Muster um die Oberfläche 78 von Schlamm 16 herum ab.
Die Länge eines jeden der Rippenrohre 70 kann variiert werden, so daß die Vielzahl von Rohren über der Schlammoberfläche eine Reihe konzentrischer kreisförmiger Ablaßbahnen bildet. Jedes der Rippenrohre kann so dimensioniert werden, daß es Schlamm entlang einer einzigartigen und klar abgetrennten kreisförmigen Bahn auf der Oberfläche der Schlammasse abläßt, d. h. jede Bahn hat einen klar abgetrennten und einzigartigen Radius.
Jedes Rippenrohr 70 ist mit einer Sägezahnbodenstruktur 80 versehen, die auf der Innenwand 82 des Rohres 70 angeordnet ist, d. h. auf dem Boden 83 des Inneren von Rohr 70. Diese Sägezahnstrukturen dienen dazu, Feststoffe aufzufangen, z. B. freies Gold, Silber oder andere Edelmetalle mit hohen spezifischen Gewichten, z. B. oberhalb von sechs (6), die in dem Schlammfluß enthalten sind, der durch die Rippenrohre 70 geleitet wird. Die bei der Verwendung dieser Sägezahnstrukturen zum Tragen kommenden Prinzipien sind im wesentlichen diejenigen, welche bei einem herkömmlichen Schleusenvorgang verwendet werden.
Wie in Fig. 8 gezeigt, ist der obere Abschnitt eines jeden Rippenrohres 70 mit einer von Hand zu öffnenden Klapptür 71 versehen, die dem Benutzer ermöglicht, zum Entfernen der aufgefangenen Feststoffe an die im Kanal angeordneten Sägezahnstrukturen 80 zu gelangen.
Wie in Fig. 4 gezeigt, ist im Kanal 34 ein Paar zylindrischer rohrförmiger Leitungsteile 84 angeordnet, die ein Paar Innenkanäle 86 bilden. In einer alternativen Konstruktion können diese Leitungen 84 und Kanäle 86 außerhalb von Welle 22 liegen.
Leitungen 84 verlaufen von einer Zufuhrvorrichtung 88, die in der Nähe des Endes 87 von Welle 22 angeordnet ist, durch Kanal 34 nach unten zu einem Ort in der Nähe des Ortes einer Vielzahl von radial verlaufender Arme 90. Die Zufuhrvorrichtung 88 ist dazu ausgelegt, einen Vorrat sauerstoffhaltigen Gases, das unter Druck steht, an die Kanäle 86 zu führen und das Gas entlang der Länge dieser Kanäle 86 zu pressen. Kanäle 86 kommunizieren an ihren Enden 92 mit einem oder mehreren Kanälen 94, die jeweils in dem Inneren eines jeden radial verlaufenden Armes 90 definiert sind.
Jeder radiale Arm 90 verläuft im wesentlichen von der Stützwelle 22 rechtwinklig nach außen, d. h. radial, und ist so dimensioniert, daß er an einem Ort in der Nähe der Wand 18 von Tank 14 verläuft. Jeder radiale Arm 90 kann von einem Stützarm 96 gestützt werden, der von der Welle 22 nach außen verläuft und an Punkt 98 auf dem radialen Arm fest befestigt ist.
Wie in Fig. 1 gezeigt, ist jeder radiale Arm 90 mit einer Vielzahl von Diffusoren 100 versehen, die mit dem Innenkanal 94 kommunizieren. Luft wird durch Kanal 86 nach unten getrieben und in den in jedem radialen Arm 90 befindlichen Innenkanal 94 geleitet. Danach wird die Luft durch die Diffusoren 100 geleitet, wodurch ermöglicht wird, den Sauerstoff oder die Luft nach oben und nach außen in den im Tank 14 befindlichen Schlamm 16 zu leiten.
In bevorzugten Ausführungsformen weisen die Diffusoren 100 jeweils eine durchlässige, austauschbare Membran 101 mit einer hydrophoben äußeren Oberfläche auf. Die Membran 101 definiert eine Vielzahl äußerst kleiner Poren oder Öffnungen 102, die vorzugsweise mittlere Durchmesser von zehn (10) Mikron oder weniger haben. In einem bevorzugten Aufbau ist die Membran 101 aus einem Nylon-, Polypropylen- oder Polyesterstoff hergestellt, auf dem eine Schicht Dichtungsmittel, z. B. Urethanacryl-Copolymer oder Polytetrafluorethylen aufgebracht oder auflaminiert ist. Geeignete Membranmaterialien sind u. a. die im Handel unter Warenzeichen wie GORETEX, TYVEK, VERSAPOR und ENTRANT erhältlichen. Die Membran 101 ist in einer steifen Rahmenstruktur 104 gehalten, die die Membran 101 in einem gewählten Verhältnis zu ihrem jeweiligen drehenden Arm 90 hält.
Die anfängliche Anforderung an die Diffusorausrichtung ist, daß sie eine aufrechte, vertikale Oberfläche bildet, über die der Schlamm fließen kann. Der Schlammfluß scheuert die Oberfläche, um dadurch ein Verstopfen zu verhindern. Eine Stirnfläche 106 einer jeden Membran 101 ist in einer im wesentlichen aufrechten, vertikalen Ausrichtung angeordnet, so daß aus der Diffusorstirnfläche austretende Luft anfänglich horizontal nach außen geleitet wird, im rechten Winkel zu dem Schlammfluß über die Membran. Beim Austreten aus dem Diffusor 100 steigt die Luftblase senkrecht nach oben. Die Membran kann eine flache, ebene Stirnfläche aufweisen, obgleich verschiedene andere Membrankonfigurationen in Erwägung zu ziehen sind, z. B. zylindrische. Die in dem Diffusor 100 befindliche Luft oder Sauerstoff steht typischerweise unter einem Druck von 5 bis 25 psig (34,48-172,4 KPa). Wie in Fig. 5 dargestellt, können die Diffusoren 100 in der Draufsicht rechtwinklig sein und eine Längsachse 105 haben. Die Diffusoren 100 können ein Paar gegenüber und parallel angeordneter ebener Stirnflächen 106 aufweisen, die durch eine dünne Seitenwand voneinander getrennt sind. Die Seitenwand bildet die projizierte Fläche oder Silhouette zum Zwecke der Auswertung der Widerstands- und Strömungsmuster, die entstehen, wenn der Diffusor durch den Schlamm getrieben wird. In bevorzugten Konstruktionen ist die Seitenwand so schmal wie möglich ausgeführt, um den Widerstand und die Turbulenz im Schlamm zu minimalisieren. Wie gezeigt, besteht ein Diffusor 100 typischerweise nur aus einer mit Membran versehenen Stirnfläche 106. In einer bevorzugten Konstruktion ist die Längsachse 105 des Diffusors im wesentlichen rechtwinklig zu der Längsachse 107 des jeweiligen radial verlaufenden Armes 90 ausgebildet. Alternative Diffusorpositionen können erwogen werden. Insbesondere Ausrichtungen, bei denen der Winkel 108 zwischen 90º und 270º variiert wird.
Der Winkel 108 ist der Winkel, welcher zwischen Achse 107 und Achse 105 liegt, bestimmt durch eine Drehung entgegen den Uhrzeigersinn, wie in Fig. 9 gezeigt. Der Diffusor 100 ist so positioniert, daß er bewirkt, daß der Schlamm 16 mit Luftblasen kollidiert, die aus den Diffusorschlitzen 102 austreten. Diese Kollision dient zur Dispergierung oder Auflösung der Luftblasen zu kleineren Blasen. Weiterhin dient der Verlauf oder das Streichen des Schlammes 16 über die Diffusorstirnfläche 106 dazu, diese Stirnfläche zu scheuern oder zu reinigen und das Ansammeln von Material auf dieser Stirnfläche 106 zu verhindern, aufgrunddessen eine Verstopfung der Diffusorschlitze 102 verursacht werden kann.
Wie in Fig. 9 gezeigt, dreht sich der Dreharm 90 typischerweise in einer Richtung gegen den Uhrzeigersinn (dargestellt durch Pfeile 109) um die mittlere Längsachse 24 von Welle 22. Bei dieser Drehung fließt Schlamm in einer Richtung, allgemein bezeichnet durch Pfeile 113, entlang der Stirnfläche der Diffusormembran 101, wodurch die Scheuerfunktion vollzogen wird.
Die Diffusoröffnungen 102 sind so dimensioniert, daß die Diffusoren 100 im Betrieb Luftblasen erzeugen, deren mittleren Durchmesser weniger als ca. 4,5 mm beträgt.
Eine zweite bevorzugte Diffusionsausführungsform 100A ist in den Fign. 13-14 gezeigt.
Der Diffusor besteht aus einer aufrechten steifen Rahmenstruktur. Die Rahmenstruktur ist in ihrer Draufsicht allgemein rechteckig. Die Breite oder Ende 104B des Rahmens 104A bildet den herausragenden Bereich oder Silhouette des Rahmens zum Zwecke der Analyse des auf den Diffusor bei seinem Verlauf durch den Schlamm wirkenden Widerstandes. Die Diffusorenkonfiguration dient dazu, Turbulenzen und Durchrührung im Schlamm 16 zu minimalisieren, wenn der Diffusor durch den Schlamm bewegt wird.
Jeder Diffusor kann eine feste Rückwand 109 sowie eine Vielzahl aufrecht stehender Seitenwände 110 aufweisen, die auf der Rückwand 108 angeordnet sind und von dieser nach unten verlaufen, um einen Aufbau in Form einer offenen Schachtel zu bilden. Eine Vielzahl aufrecht stehender Rippen 113 verlaufen ebenfalls von dieser Rückwand 109 nach außen. Die Rippen 113 schneiden die Seitenwände 109A und bilden dadurch eine Vielzahl von Abteilungen oder Kammern 114 in Form von offenen Schachteln. Mit Ausnahme des offenen Endes ist jede Kammer 114 im wesentlichen luftdicht. Wie in Fign. 13 und 14 gezeigt, hat jede dieser Kammern 114 allgemein einen viereckigen Querschnitt.
Der Diffusor besteht aus einer durchlässigen austauschbaren Membran 101A, die über das offene Ende eines jeden der Fächer 114 gezogen ist. Die Membran ist abdichtend an den Seitenwänden 110 und den Rippen 113 aufgeklebt, wodurch jede Kammer 114 abgedichtet und luftdicht gemacht wird. Die Membran 101A wird durch eine Vielzahl von Poren oder Öffnungen definiert.
Die Membran 101A ist abdichtend auf den Rippen 113 und die Seitenwände 110 aufgeklebt. Die Membran 101A dichtet das offene Ende einer jeden Kammer 114 ab. Jede Kammer 114 wird dadurch gegenüber einer Verbindung mit jeder anderen Kammer 114 abgedichtet. Die Vielzahl von Kammern 114 bildet eine geschichtete Anordnung. Es versteht sich, daß andere Diffusorkonstruktionen außer den gezeigten in Erwägung gezogen werden können. Zum Beispiel könnte der Diffusor 100A modifiziert werden, um die Rippen 113 und Seitenwände 110 zu verringern, wenn nicht sogar zu eliminieren, und somit zu ermöglichen, daß die Membran 101A direkt an die Hinterplatte 109 an den Orten angeklebt werden kann, die den Orten der Seitenwände 110 und Rippen 113 entsprechen (siehe Fign. 15 und 16).
Wird Luft unter Druck in die Kammern 114 geleitet, dann neigen diejenigen Abschnitte der Membran, die nicht an der Hinterplatte 109 angeklebt sind, dazu, sich nach außen zu wölben, wie in Fign. 15 und 16 gezeigt. Dieser Wölbevorgang vergrößert die Kammern 114 , bzw. kann sie in einigen Fällen definieren. Die Größe der Kammern 114 läßt sich so einstellen, daß sie den entstehenden Gasdruck in den verschiedenen Kammern variiert, um Schwankungen im hydrostatischen Druck entlang der gesamten Oberfläche der Membran 101A zu kompensieren.
In der folgenden Tabelle sind ein paar der bevorzugten Materialien zusammen mit Testergebnissen angeführt, die bei Benutzung der Membran im wirklichen Betrieb in einem mit Schlamm und Bakterien gefüllten Behälter erhalten wurden. Tabelle 1 Diffusorart erford. Luftgeschw. Durchschn. Druckabfall im Behälter gelöste O-Konz. Nutzungsdauer in Tagen Elastox Perfor. Kautschuk Tyvek 1042 Versapore Porengröße 0,25 Mikron Porex, gesinterter, poröser Kunststoff Wilfley-Weber poröses Keramik, Porengröße 15 Mikron Polypropylen-Filz, Filtermedium Polypropylen-Filz (Silikonbehandelt)
Die "Nutzungsdauer" (Gebrauchsdauer) ist als diejenige Zeitperiode definiert, die von dem Testbeginn bis zu dem Zeitpunkt verstrich, an dem die Membran aufgrund von Verstopfung oder Beschädigung aufgrund von Verseuchung durch die Bakterien unwirksam wurde.
Die Tabelle gibt die Luftgeschwindigkeit an, die durch die Membran diffundieren muß, um eine O&sub2;-Übertragungsgeschwindigkeit von 200-300 mg/l/h zu erzielen, um eine äquivalente Aufnahmegeschwindigkeit durch die Bakterien zu erzielen. Die O&sub2;-Aufnahmegeschwindigkeit ist ein Maß, das bei der Behandlung von biologischem Abfall häufig verwendet wird. Sie gibt die Verwertungsgeschwindigkeit des Sauerstoffes innerhalb des Schlammes des Reaktorbehälters wieder und ist daher ein direktes Maß der biologischen Aktivität. Es versteht sich, daß bei der Sauerstoffübertragungsgeschwindigkeit die Form, d. h. Blasengröße, des in den Schlamm eingeführten Sauerstoff, in Betracht gezogen wird. Der Sauerstoff in feinen Blasen wird schneller in das wäßrige Medium gelöst, aus dem er durch die Bakterien assimiliert werden kann. Das Verfahren mit den feinen Blasen hätte eine höhere O&sub2;-Übertragungsgeschwindigkeit, wobei mehr Sauerstoff aus dem selben Luftvolumen in einer assimilierbaren Form in den Schlamm zugeführt würde.
Wie aus einem Vergleich der Daten in Tabelle 1 abzuleiten ist, bewirkt eine Diffusormembran, die Blasen eines mittleren Durchmessers von mehr als 4,5 mm erzeugt, keine Übertragungsrate von gelöstem Sauerstoff, die mit denjenigen von Membranen, die Blasen mit einem Durchmesser von weniger als 4,5 mm erzeugen, vergleichbar wäre.
In der Hinterwand 109 ist eine Vielzahl von Öffnungen 115 definiert. Die Öffnungen 115 kommunizieren mit einem hohlen Luftleitungsrohr 116, wodurch Druckluft in dieser Leitung in eine der Kammern 114 geleitet werden kann. Wie in Fign. 13 und 14 dargestellt, weist jedes Kammer 114 zumindest eine Öffnung 115 auf. Die Größen dieser Öffnungen können variierte CO&sub2;- Konzentrations-Meßvorrichtungen sein. Insbesondere sind die Öffnungen in ihrer Größe abgestuft, wodurch die Größe der entsprechenden Öffnungen von dem oberen Bereich bis zum Boden des Diffusors dimensional zunimmt. Die Variierung der Größen der Öffnungen dient dazu, den Luftstrom in die verschiedenen Kammern 114 einzustellen, um die Differentiale hydrostatischen Druckes entlang der Höhe der dem Schlamm ausgesetzten Diffusorstirnfläche aufzunehmen. Diese Steuerung der in jede Kammer geführten Luftmenge wiederum ermöglicht dem Benutzer, eine optimale Entladung von Luft durch die gesamte Stirnfläche des Diffusors zu erzielen, unter gleichzeitigem sehr geringen Druckabfall durch die Diffusormembran.
In bevorzugten Konstruktionen hat dieser alternative Diffusor eine hypothetische Tangente, die im rechten Winkel zu der Längsachse 107 des radialen Armes 90 angeordnet ist, auf dem er befestigt ist.
Die Stützwelle 22 kann auch als Antriebswelle zum Zwecke der Drehung der Vielzahl von radial verlaufenden armartigen Teilen 90 dienen, die auf dieser Welle 22 in der Nähe des Bereiches nahe des Bodens 17 des Tankes 14 angeordnet sind.
Auf dem oberen Bereich des Tankes 14 befindet sich eine Brückenhalterung 112, die sich im wesentlichen über den Durchmesser 21 des Tankes 14 erstreckt. In diesem zentralen Bereich der Brücke 112 in der Nähe der Längsachse 26 von Tank 14 weist die Brücke 112 eine Öffnung auf, die so ausgelegt ist, daß sie die Stützwelle 22 aufnimmt und eine Drehung dieser Welle in der Öffnung ermöglicht. Eine Kraftübertragungsvorrichtung 116 kann mechanisch mit dem Abschnitt von Welle 22 verbunden sein, der oberhalb der Brücke 112 verläuft. Diese Übertragungsvorrichtung 116 dreht im Betrieb die Welle 22 um ihre Achse 26 und bewirkt weiterhin eine Drehung der Arme 90 und Rippenrohre 70.
Auf der unteren Fläche eines jeden radialen Armes 90 kann sich eine Vielzahl rechenartiger Fortsätze 117 befinden. Diese rechenartigen Fortsätze 117 sind so ausgelegt, daß sie eine räumbalkenartige Wirkung haben, d. h. den Tankboden 17 abschaben und dabei Feststoffe oder Teilchen sammeln, die sich auf Oberfläche 118 abgelagert haben, und sie zu einer zentralen Sammelstelle in der Nähe des Endes 61 von Welle 22 leiten. Die rechenartigen Fortsätze 117 können eine Vielzahl von ebenen Platten aufweisen, wobei jede Platte eine entsprechende Längsachse 119 aufweist. Wie gezeigt, ist jede Längsachse 119 bezüglich der Achse 107 des entsprechenden armartigen Teiles 90 mit einem Drehwinkel 120 entgegen den Uhrzeigersinn ausgerichtet. Der Winkel 120 kann zwischen ca. 45º bis zu ca. 90º schwanken. Der kritische Aspekt der Ausrichtung der Fortsätze 117 ist ihre Fähigkeit, Feststoffe, die sich auf dem Boden 17 oder Grund des Reaktorbehälters 13 abgelagert haben, zu einer gemeinsamen Sammelstelle zu führen.
Die radial verlaufenden Arme 90 können auf der Welle 22 so angeordnet sein, daß sie entlang dieser Welle vertikal verschiebbar sind. In einer Konstruktion sind die Arme 90 und die Träger 96 an einem rohrförmigen zylindrischen Mantel 121 befestigt, der auf dem Äußeren von Welle 22 verschiebbar angeordnet ist. Der Mantel 121 wird durch ein lösbares Schlüsselverriegelungssystem, das die Welle 22 mit dem Mantel 121 verbindet, mit der Welle 22 drehbar gemacht. Die Verschiebbarkeit von Mantel 121 wird durch ein Höhensteuersystem 122 verbessert, welches der Bedienungsperson ein selektives Heben oder Senken der Arme 90 nach Belieben ermöglicht. Dieses Steuersystem 122 kann eine Vielzahl von Kabeln 123 aufweisen, die entweder an den Armen 90 oder alternativ an dem zylindrischen Mantel 121 befestigt sind, der die verschiedenen Arme 90 miteinander verbindet. Die Kabel 123 verlaufen senkrecht zu einer Winde 125 oder einer anderen Vorrichtung, die zur Hebung der Kabel 123 ausgelegt ist und ein entsprechendes Heben der Arme 90 bewirkt. Das Höhensteuersystem 122 dient dazu, den Aufbau aus Arm 90 und Rechenfortsatz 117 freizugeben, wenn dieser Aufbau in Ablagerungen hängenbleibt, die sich auf der Bodenfläche 17 des Tankes 14 angesammelt haben. Das System 122 ermöglicht der Bedienungsperson weiterhin eine Wartung der Arme 90, ohne daß hierfür der Tank 14 geleert werden muß.
Ein Verfahren der vorliegenden Erfindung besteht im wesentlichen aus genau getrennten Schritten. Der erste Schritt besteht aus einem Mahlvorgang der fraglichen metallhaltigen Feststoffe. Insbesondere werden die Feststoffe auf eine vorbestimmte Größe gemahlen, um die Extraktion zu erleichtern. Der Mahlvorgang dient dazu, die Oberfläche der Feststoffe zu vergrößern, die der Wirkung der Bakterien zu unterziehen sind. Weiterhin trägt das Mahlen der Feststoffe zur Suspension dieser Feststoffe in dem flüssigen Schlamm bei. Die eigentliche Größe der gemahlenen Feststoffe kann variiert werden, damit sie den jeweiligen Eigenschaften des gerade verarbeiteten Materials entspricht.
Vorzugsweise wird ein Mahlen im geschlossenen Kreislauf mit einem erheblichen Wiederaufbereitungsverhältnis verwendet, um einen engen Größenbereich der Feststoffe zu erhalten. Dieser Mahlvorgang verbessert eine nachfolgende Trennung in der Biolaugereaktion und macht auch die Filterung und das Waschen des Endproduktes leichter. Im Anschluß an den Mahlvorgang werden die gemahlenen Feststoffe in einen Speicher-Eindicker gefüllt und zu einem dichten Schlamm konzentriert. Diese Bildung eines dichten Schlammes ermöglicht der Bedienungsperson eine entweder unterbrochene oder kontinuierliche Einleitung der Feststoffe in den Bioreaktorbehälter. Der Schlamm wird in den Reaktorbehälter zusammen mit einem ausreichenden Vorrat von Bakterien eingeleitet, z. B. Thiobacillus ferrooxidans oder Thiobacillus thiooxidans, und den erforderlichen Nährstoffen, Sauerstoff und Kohlendioxid, wie sie zur Wirkung der Bakterien auf die Feststoffe nötig sind. Die Nährstoffe können u. a. Stickstoff, Phosphat, Magnesium und Kalium sein.
Während des Betriebes des Bioreaktorbehälters wird komprimierter Sauerstoff oder sauerstoffhaltige Luft (nachstehend als "Sauerstoff" bezeichnet) kontinuierlich nach unten durch Kanäle 86 geleitet, wobei nach Erreichen der unteren Bereiche der Welle 22 der in den Kanälen 86 enthaltene Sauerstoff durch die radialen Arme 90 nach außen gedrängt und anschließend durch die Diffusoren 100 ausgestoßen wird. Bei Verlauf des Sauerstoffs nach außen durch die Diffusorporen 102 werden kleine Sauerstoffblasen im Gegensatz zu größeren Aggregatblasen in den flüssigen Schlamm 16 abgegeben.
Infolge der Drehung der Arme 90 werden die Blasen über eine breite, im wesentlichen horizontale ebene Fläche der unteren Bereiche des Tankes 14 verteilt. Diese Drehung bewirkt zusammen mit der kleinen Dimension der Diffusorschlitzen 102 eine weite Verteilung der sehr kleinen Sauerstoffblasen. Weiterhin trägt die Drehung dazu bei, jedwede Bildung oder Kollision von Blasen zu verhindern, da eine solche Kollision zu der Bildung von Aggregatblasen führen kann, die ein kleineres Fläche: Volumen-Verhältnis haben als dasjenige, welches bei einer Vielzahl kleinerer Sauerstoffblasen auftritt.
Die zentrale Antriebswelle 22 wird mit einer relativ geringen Geschwindigkeit gedreht, vorzugsweise ca. vier (4) Umdrehungen pro Minute. Luftblasen steigen mit einer ungefähren Geschwindigkeit von vier bis sechs Inch pro Sekunde durch den Schlamm auf. Die Geschwindigkeit der Drehung der Welle 22 ist so eingestellt, daß die von einem ersten Diffusor an einem gegebenen Ort abgegebenen Blasen bereits vor anschließender Freisetzung von Blasen an diesem Ort durch einen in der Nähe befindlichen zweiten Diffusor, von diesem Ort hochgestiegen sind. Im theoretischen und Idealfall gibt jeder Diffusor Blasen über den gesamten Oberflächenbereich seiner jeweiligen porösen Membran 101 ab. Aufgrund der Drehung des Diffusors wird in dem Schlamm eine kontinuierliche und allgemein spiralhelixförmige Konfiguration von Blasen mit einer Breite, welche in etwa derjenigen des Diffusors entspricht, erzeugt und steigt gleichförmig durch den Schlamm nach oben. Die Geschwindigkeit der Welle 22 ist idealerweise so eingestellt, daß die Helixformen, wie sie von den jeweiligen Diffusoren erzeugt werden, einander in keinem Fall schneiden. Somit steigt eine Vielzahl von nahe beieinander angeordneter Helixformen aus Blasen gleichförmig durch die Schlammasse auf.
Natürlich tritt aufgrund der Turbulenz und der Nichthomogenität des Schlammes dieser idealisierte Blasenstrom in der Praxis nicht auf. Statt dessen kann die Drehgeschwindigkeit so eingestellt sein, daß sie ungefähr dem idealen Strommuster entspricht, um die Dispersion von Luftblasen in der Schlammmasse zu optimalisieren.
Die Sauerstoffblasen steigen durch den Schlamm 16 und erleichtern dadurch die Assimilierung dieses Sauerstoffes durch die in dem Tank befindlichen Bakterien. Die Wirkung der Diffusoröffnungen 102 mit kleinen Öffnungen bei der Erzeugung sehr feiner Blasen, zusammen mit der Drehwirkung der Dreharme 90, die dazu dient, diese Blasen auf dem Tankboden weit zu dispergieren, schafft einen Zustand, in dem ein großer Teil des Sauerstoffes in den Blasen in die wäßrige Phase in dem Schlamm gelöst wird. Die geringe Größe der Blasen dient nicht nur dazu, eine schnelle Auflösung dieser Blasen in die wäßrige Phase zu fördern, sondern verbessert weiterhin die Wahrscheinlichkeit einer direkten Grenzflächenübertragung des Sauerstoff auf die Bakterien. Diese Grenzflächenübertragung steht im Gegensatz zu der herkömmlichen Praxis, in der Sauerstoff in den Schlamm eingeführt und zur Förderung der Auflösung gerührt wird. Anschließend wird gemäß herkömmlicher Praxis nach Auflösung der Sauerstoff von den Bakterien assimiliert. Gemäß der vorliegenden Methodik kann die Bedienungsperson des Behälters eine große Menge Sauerstoff in den Schlamm einführen. Weiterhin kann der Sauerstoff in einer Menge zugeführt werden, die die Erfordernisse der Bakterien übersteigt, bei einer Energieverbrauchsrate, die meßbar geringer ist als der herkömmliche Ansatz. Gemäß früherer Praxis ergaben-sich in der Tat aufgrund der hohen Kosten zum Erzielen einer adäquaten Sauerstoffzufuhr für die Bakterien Verfahren, in denen der Vorrat - aufgrund von Überlegungen hinsichtlich des Energieverbrauches - absichtlich auf eine Menge unterhalb der zur maximalen bakteriellen Aktivität erforderlichen beschränkt war. Gemäß dem vorliegenden Verfahren wird der Energieverbrauch so verringert, daß Sauerstoff in Mengen zugeführt werden kann, die die zur optimalisierten bakteriellen Aktivität erforderlichen Mengen übersteigen, wobei gleichzeitig die Energiekosten in einem akzeptablen Kostenbereich gehalten werden.
Die Blasen werden in der Nähe des Tankbodens eingeleitet. Aufgrund von Unterschieden im spezifischen Gewicht steigen die Blasen durch den Schlamm nach oben. Der Schlamm hingegen wird nach unten gezogen, wenn Mengen des Schlammes in der Nähe des Bodens 129 von Welle 22 aufgrund des Druckluftsystems in den Innenkanal 34 von Welle 22 gezogen und anschließend in diesem Kanal 34 nach oben geleitet werden. Schließlich wird der Schlamm über die Schlammoberfläche 27 durch Rippenrohre 70 nach oben abgelassen. Die Wirkung dieses Schlammflusses schafft eine allgemeine nach unten gerichtete Bewegung des Schlammes in dem Tank und außerhalb des Innenkanals 34. Dieser Schlammfluß dient dazu, die nach oben gerichtete Bewegung der Sauerstoffblasen zu verzögern. Weiterhin erhöht diese Verzögerung die Verweilzeit der Blasen in dem Schlamm und verbessert somit die Wahrscheinlichkeit, daß der Sauerstoff in dem Schlamm gelöst und von den Bakterien genutzt werden wird.
Während des Betriebes des Bioreaktorbehälters wird kaltes Wasser in den Kanal 49 der Welle 22 eingespritzt und darin nach unten gedrückt. Der exotherme Charakter der in dem Tank 14 ablaufenden Reaktion dient dazu, den Schlamm 16 in dem Tank zu erwärmen. Das kalte Wasser, das von dem Schlamm durch die Wand der Welle 22 getrennt ist, absorbiert bei seinem weiteren Verlauf nach unten durch den Kanal 49 der Welle 22 Wärme durch diese Wand von dem Schlamm 16 mit höherer Temperatur. Anschließend wird das erwärmte oder wärmeführende Wasser durch Kanal 53 nach oben gezogen und wird bei Erreichen der oberen Bereiche von Welle 22 in einen externen Wärmetauscher oder Kühlturm abgelassen oder gekühlt und aufbereitet.
Während des Betriebes des Bioreaktorbehälters 13 wird Luft nach unten entlang des Inneren von Rohr 57 geleitet und tritt schließlich durch einen Diffusor oder Düse 59 aus. Schlamm 16, der sich in Kanal 34 von Welle 22 befindet, wird anschließend durch die Bewegung der an der Spitze von Diffusor 59 gebildeten Luftblasen nach oben getrieben. Die Mischung aus Luftblasen und Schlamm steigt durch den Innenkanal 34 von Welle 22 nach oben. Der Schlamm 16 tritt anschließend durch Rippenrohre 70 aus und wird über die Oberfläche 78 des Schlammes 16 verteilt.
Während des Betriebes des Reaktorbehälters 13 arbeitet ein internes Filtersystem 130 kontinuierlich oder semi-kontinuierlich, um eine mit lösbaren Produkten beladene Lösung aus dem Inneren der Schlammischung zu entfernen. Die Produkte können u. a. Sulfate, Schwefelsäure und Arsensäure sein. Wie gezeigt, dient ein Filtermedium 130 anfangs dazu, feste Teilchen am Eintritt in ein Leitungssystem zu hindern, das zu einem Filtersystem 132 mit Trübeablaßöffnung ("cloudy port") führt. Der interne Filter 130 ist mit einer Rückspül-Wasserleitung 137 versehen, wodurch Wasser entlang Leitung 137 eingespritzt werden kann, um die entfernte Lösung zu ersetzen sowie, um Teilchen, die sich auf dem internen Filtermedium 130 angesammelt haben, abzulassen.
Kritisch für einen zweckmäßigen Betrieb der vorliegenden Erfindung ist die Steuerung der Bestandteile und der Umgebung in dem Reaktorbehälter. Die Faktoren von besonderer Bedeutung sind u. a. die Temperatur, die Geschwindigkeit und der Mechanismus der Sauerstoffzufuhr und die Konzentration von Kohlendioxid und Nährstoffen.
Die bevorzugten Bakterienspezies zur Verwendung in dem vorliegenden Verfahren sind Thiobacillus ferrooxidans oder Thiobacillus thiooxidans, die am stabilsten sind und den breitesten Bereich enzymatischer Aktivität aufweisen, wenn ihre Umgebungstemperatur im ungefähren Bereich von 35-36º Celsius gehalten wird, d. h. dem mesophilen Bereich. Nach Anstieg der Temperatur auf ca. 46º Celsius werden diese besonderen Spezies von Bakterien entweder ausgelöscht oder ihre Aktivität stark eingeschränkt. Aufgrund der Tatsache, daß die in dem Reaktorbehälter durchgeführte Reaktion exothermen Charakter hat, ohne Abzug der in der Reaktion erzeugten Wärme, wird die Stabilität der Bakterien geopfert. Dementsprechend besteht der vorliegende Reaktorbehälter aus einem Wärmetauscher, der in dem Behälter 13 erzeugte Wärme absorbiert und diese Wärme aus dem Behälter transferiert, um dadurch einen optimalen thermischen Zustand für das bakterielle Wachstum und Aktivität zu schaffen.
Die Geschwindigkeit und der Mechanismus der Sauerstoffzufuhr in den Behälter wurden voranstehend erläutert. Aufgrund der Zufuhr von Sauerstoff in den Schlamm in Form von weit dispergierter kleiner Blasen (d. h. mit mittleren Durchmessern von weniger als ca. 45 mm) wird ein großes Oberfläche/Volumen- Verhältnis erhalten. Die winzige Größe der Blasen bewirkt ein höheres Verhältnis der Auflösung oder des Überganges des Sauerstoffes direkt in Wasser. Weiterhin ergibt die Blasengröße eine verbesserte Menge von sauerstoffbeladener Blasen, die einen Grenzflächenübergang des Sauerstoffes auf die Bakterien ermöglichen. Aufgrund der unterschiedlichen Dichten der Sauerstoffblasen und des Schlammes haben die Blasen eine begrenzte Verweilzeit in dem Schlamm, bevor sie zur Oberfläche des Schlammes aufsteigen und in die Umgebung austreten. Die vorliegende Erfindung umfaßt eine Vorrichtung, die den Sauerstoff bei seiner Zufuhr in den Schlamm leicht assimilierbar macht. Infolgedessen befindet sich der Sauerstoff in der Zeit seines Aufsteigens im Schlamm in einer brauchbaren Form. In der Tat wurden in Tests, die mit einem Prototyp des Behälters durchgeführt wurden, Sauerstoffaufnahmeraten im Bereich von 500 mg pro Liter pro Stunde bei einer Sauerstoffübertragungsleistung von mehr als 60% erhalten. Die Leistung definiert sich für diesen Fall als die von den Bakterien absorbierte Sauerstoffmenge dividiert durch die anfängliche Sauerstoffmenge, die in den Behälter eingeleitet wurde.
Die Drehung der Arme bewirkt eine Dispersion der Blasen um eine im wesentlichen horizontale Ebene in dem Behälter. Die Arme sind daher in ihrer Drehung im Vergleich zu der typischen Spitzengeschwindigkeit von Turbinen, die in der herkömmlichen Methodik verwendet werden, verhältnismäßig langsam. Entsprechend werden bei den Armen Kavitationseffekte vermieden, wodurch das große Oberfläche/Volumen-Verhältnis der Blasen erhalten wird. Weiterhin minimalisiert die relative langsame Drehung des Armes sowohl die Turbulenz im Schlamminneren als auch die Energieerfordernisse zum Betrieb des Behälters.
Im normalen Betrieb wird die Sauerstoffzufuhrrate auf einer konstanten Rate gehalten. Diese Rate ist groß genug, daß sie die Erfordernisse der in dem Behälter befindlichen Bakterien übersteigt. Dieser Ansatz steht im Kontrast zu dem herkömmlichen Verfahren, in dem aufgrund des Energieverbrauchs die Sauerstoffzufuhr typischerweise auf einer Menge unterhalb des erforderlichen Pegels zur optimalen bakteriellen Aktivität gehalten werden kann.
Die wichtigsten Kriterien für den optimalen Betrieb des vorliegenden Verfahrens ist die Beibehaltung eines hohen Verhältnisses von Biomasse gegenüber Feststoffen. Die Biomasse-Population kann durch eine inadäquate Zufuhr von Sauerstoff, Kohlendioxid, Nährstoffen oder alternativ einer übermäßigen Zufuhr von löslichen metabolischen Endprodukten oder Nebenprodukten beschränkt werden. Gemäß dem vorliegenden Verfahren wird die Zufuhr von Sauerstoff, Kohlendioxid und Nährstoffen auf Pegeln gehalten, die die Anforderungen der Bakterienpopulation überschreiten.
Die Betonung des vorliegenden Verfahrens liegt auf der Beibehaltung der Treibkraft der Reaktion auf einem Maximum. Aufgrund der Verbesserung der Sauerstoffzufuhrtechnik der vorliegenden Erfindung ergibt das Verfahren gegenwärtig eine Optimalisierung der Verarbeitung, indem es einen Sauerstoffüberschuß und andere erforderliche Nährstoffe zur Verfügung stellt und die Umgebungstemperatur auf einen optimalen Pegel stabilisiert.
Es versteht sich, daß die Ausführungsformen der hierin beschriebenen Erfindung lediglich die Anwendung der Prinzipien der Erfindung darstellen. Die Bezugnahme hierin auf Einzelheiten der erläuterten Ausführungsform soll nicht den Umfang der Ansprüche einschränken, die selbst diejenigen Merkmale wiedergeben, welche als erfindungswesentlich erachtet werden.

Claims

1. Reaktorgefäß zur Verwendung bei der Verarbeitung metallhaltiger Feststoffe durch Einsatz eines Biolaugeverfahrens, wobei das Reaktorgefäß folgendes umfaßt:

eine Behältervorrichtung mit einem Basisteil zur Aufnahme eines Schlammes aus metallhaltigen Feststoffen, wobei diese Behältervorrichtung eine aufrechte, vertikale erste Längsachse hat;

eine Sauerstoffzufuhrvorrichtung innerhalb der Behältervorrichtung, wobei diese Zufuhrvorrichtung aus folgendem besteht:

- einer aufrechten Stützwelle, die innerhalb der Behältervorrichtung angeordnet und um die Längsachse drehbar ist;

- einer Vielzahl von auf der Stützwelle angeordneten Armen, von denen sich jeder radial nach außen entlang einer entsprechenden zweiten Längsachse von der Stützwelle erstreckt; wobei jeder dieser Arme so konfiguriert ist, daß er einen Strom sauerstoffhaltigen Gases von einer Quelle empfängt, die sich außerhalb der Behältervorrichtung befindet, und dieses Gas entlang einer Länge des Armes befördert,

- einer Vielzahl von Diffusoren, die auf jedem der Arme angeordnet sind, wobei jeder der Diffusoren folgendes aufweist:

- eine Membran mit Poren, die so dimensioniert sind, daß sie Gasblasen mit einem ungefähren mittleren Durchmesser von weniger als ca. 4,5 mm erzeugen, nachdem das Gas durch die Membran geströmt ist,

- einen Rahmen, auf dem die Membran angeordnet ist, wobei der Rahmen selbst auf einem der Arme angebracht ist, und die Membran derart auf dem Rahmen angeordnet ist, daß sie eine aufrechte, senkrecht ausgerichtete Stirnfläche definiert,

und der Rahmen so angeordnet ist, daß er eine Menge des Gases von dem Arm empfängt und diese Gasmenge durch die Membran hindurch und wieder hinaus in die Behältervorrichtung leitet;

worin die Diffusorstirnflächen so ausgerichtet sind, daß bei einer Drehung der Diffusoren um die Längsachse eine Menge des innerhalb der Behältervorrichtung enthaltenen Schlammes über jede der Diffusormembranen fließt, wodurch sich Gasblasen lösen, die sich auf der Diffusormembran bilden, und diese Blasen in den im Behälter vorhandenen Schlamm dispergieren, wobei der über die Diffusormembran verlaufende Schlammfluß die Diffusormembran scheuert, wodurch eine Verstopfung der Poren in der Membran verzögert wird.

2. Gefäß gemäß Anspruch 1, worin die poröse Membran eine wasserabweisende äußere Oberfläche hat, die die Poren frei von Verstopfungen hält, und worin die Poren einen durchschnittlichen Durchmesser von weniger als ca. 10 um haben.

3. Gefäß gemäß Anspruch 1, worin die Diffusormembranen aus einem Stoff hergestellt sind, auf dem eine Schicht Dichtungsmittel aufgebracht wurde.

4. Reaktorgefäß gemäß Anspruch 1, worin die Arme entlang der Länge der Stützwelle verschiebbar befestigt sind, wobei die Arme mit Hebevorrichtungen zum Anheben der Arme nach oben entlang der Stützwelle an einen Ort über etwa vorhandenen Schlamm in dem Behälter versehen sind.

5. Reaktorgefäß gemäß Anspruch 1, worin das Gefäß eine Kühlvorrichtung zur Absorption der innerhalb der Behältervorrichtung erzeugten Wärme und zur Übertragung dieser Wärme von der Behältervorrichtung weg aufweist.

6. Reaktorgefäß gemäß Anspruch 5, worin die Kühlvorrichtung folgendes umfaßt:

ein erstes Leitungsteil, das innerhalb der Behältervorrichtung angeordnet ist, wobei das erste Leitungsteil so konfiguriert ist, daß es wärmeabsorbierende Flüssigkeit innerhalb der Behältervorrichtung empfängt und leitet, wodurch Wärme aus dem Schlamm auf die Flüssigkeit übertragen wird; und

ein zweites Leitungsteil, welches erwärmte Flüssigkeit aus der ersten Leitung empfängt und diese Flüssigkeit aus der Behältervorrichtung entfernt.

7. Reaktorgefäß gemäß Anspruch 1, worin die Behältervorrichtung eine Filtervorrichtung zum Entfernen von wäßriger Lösung, welche frei von aufgeschlämmten Feststoffen ist, aus dem Schlamm aufweist.

8. Reaktorgefäß gemäß Anspruch 1, worin das Gefäß eine Entfernungsvorrichtung zum Isolieren und Entfernen von Feststoffen, deren spezifisches Gewicht höher als sechs (6) ist, aus dem Schlamm aufweist.

9. Reaktorgefäß gemäß Anspruch 8, worin die Entfernungsvorrichtung folgendes umfaßt:

eine dritte Leitungsvorrichtung, die sich vom Basisteil des Behälters zu einem ersten Ort über einer obenliegenden Fläche des in der Behältervorrichtung enthaltenen Schlammes erstreckt;

eine erste Menge dieses Schlammes, die sich in der Nähe des Basisteils des Behälters befindet;

eine Drucklufthubvorrichtung zur Injektion eines ersten Gases in die dritte Leitungsvorrichtung, wodurch bei dieser Injektion gebildete Blasen einen Teil dieser ersten Schlammenge senkrecht nach oben durch die dritte Leitungsvorrichtung auf eine Höhe über der Oberfläche des Schlammes befördern;

eine Vielzahl von Rippenrohren, die mit der dritten Leitung verbunden sind, wobei jedes Rippenrohr so ausgerichtet ist, daß es nach unten von der dritten Leitung weg auf ein in der Höhe niedriger angeordnetes entferntes Ende des Rippenrohres geneigt ist, wobei die Rippenrohre den Abschnitt des Schlammes aus der dritten Leitungsvorrichtung empfangen und diesen Teil des Schlammes unter Schwerkrafteinwirkung nach unten über eine Vielzahl von aufrecht stehenden Barrieren leiten, wobei diese Barrieren so konfiguriert sind, daß sie von diesem Teil des Schlammes Feststoffe abtrennen, deren spezifische Gewichte oberhalb sechs (6) liegen, wobei die Rippenrohre eine Rückführvorrichtung zur Rückführung dieses Teils des Schlammes in die Behältervorrichtung aufweisen.

10. Gefäß nach Anspruch 9, worin die Rippenrohre an der Stützwelle befestigt sind, und die Rippenrohre drehbar um die erste Längsachse ausgeführt sind, worin die Rückführvorrichtung einen Entladeschlitz umfaßt, welcher auf dem entfernten Ende jedes Rippenrohres angebracht ist, wobei jeder der Entladeschlitze über der Schlammoberfläche angeordnet ist, wodurch sich die Schlammteile nach außen und nach unten von den Entladeschlitzen auf die in der Höhe niedrigere Schlammoberfläche ergießen.

11. Reaktorgefäß gemäß Anspruch 1, worin die Diffusoren eine ausreichende Anzahl von Poren haben, um eine Übertragung von Sauerstoff in den Schlamm in ausreichender Menge zur Unterstützung einer Biooxidationsaufnahmegeschwindigkeit von mehr als ca. 250 mg pro Liter pro Stunde zu gewährleisten.

12. Reaktorgefäß zur Verwendung bei der Verarbeitung metallhaltiger Feststoffe, wobei das Gefäß einen Boden, eine auf diesem Boden befestigte aufrecht stehende Seitenwand und eine senkrecht ausgerichtete, mittlere Längsachse aufweist, wobei diese Seitenwand und der Boden einen Behälter für die Aufnahme und das Zurückhalten eines Schlammes bilden, wobei das Gefäß zumindest einen Diffusor hat, der innerhalb des Behälters zur Drehung um die Längsachse angeordnet ist, wobei dieser Diffusor folgendes umfaßt:

- einen Stützaufbau, der sich innerhalb des Behälters befindet und um die Längsachse drehbar ist;

- eine längliche, aufrechte Anordnung seitlich verlaufender Abteilungen, von denen jedes jeweils einen ersten Zugangsschlitz und einen zweiten Zugangsschlitz hat, wobei jede Abteilung im wesentlichen luftdicht versiegelt ist, mit Ausnahme des ersten und des zweiten Zugangsschlitzes, und die Abteilungen jeweils voneinander abgetrennt sind, und weiterhin die Abteilungen jeweils übereinander angeordnet sind, um eine allgemein geschichtete Konfiguration zu bilden;

- eine Gaszufuhrleitung, die sich auf der Anordnung befindet, wobei diese Leitung abgedichtet mit jedem der ersten Zugangsschlitze kommuniziert, wodurch in dieser Leitung enthaltenes gespanntes Gas sich durch die ersten Zugangsschlitze in jede der Abteilungen leiten läßt;

- eine gasdurchlässige Membran, die abgedichtet auf der Anordnung befestigt ist, um die zweiten Zugangsschlitze abzudecken, wodurch Gas innerhalb jeder der Abteilungen aus der jeweiligen Abteilung nur durch die Membran aus- und in den innerhalb des Behälters enthaltenen Schlamm eintreten kann.

13. Gefäß gemäß Anspruch 12, worin die ersten Zugangsschlitze in ihrer Größe abgestuft sind.

14. Gefäß gemäß Anspruch 13, worin die Fächer so dimensioniert sind, daß sie Änderungen des hydrostatischen Druckes entlang einer Fläche der Membran aufnehmen, und dadurch einen gleichförmigen Fluß durch eine gesamte Fläche der Membran erzielen.

15. Gefäß gemäß Anspruch 12, worin die Membran eine Vielzahl von Poren hat, die so dimensioniert sind, daß sie Gasblasen erzeugen, deren ungefährer mittlerer Durchmesser 4,5 mm beträgt, nachdem Gas unter Druck von den Fächern durch die Membran geleitet worden ist.

16. Gefäß nach Anspruch 13, worin jeder erste Zugangsschlitz größere Dimensionen hat als ein in der Nähe befindlicher in der Höhe höher angeordneter erster Zugangsschlitz.

17. Gefäß gemäß Anspruch 12, worin ein nach unten gerichteter Schlammfluß, der einem nach oben gerichteten sauerstoffenthaltenden Blasenfluß innerhalb des Behälters entgegengerichtet ist, von einem Druckluft- Aufhängungssystem induziert wird, welches mit dem Behälter verbunden ist, wobei das System eine Schlammenge aus einer Schlammasse von dem in der Nähe befindlichen Boden des Behälters zieht und den Schlamm an einen Ort oberhalb der Schlammasse transportiert.

18. Gefäß nach Anspruch 17, worin Schaumbildungen auf einer obenliegenden Fläche der Schlammasse innerhalb des Behälters dadurch unterdrückt werden, daß die aus der Schlammasse entfernte Schlammenge von einem Ort über der Schlammasse auf den Schaum gegossen wird.

19. Gefäß nach Anspruch 18, worin die Schlammenge vor ihrer Verteilung über die obere Fläche des Schlammkörpers über eine mit Rippen versehene Schleuse geführt wird.