DE3801477A1

DE3801477A1 - Process for operating a bioreactor and bioreactor for implementing the process

Info

Publication number: DE3801477A1
Application number: DE19883801477
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Noell Wassertechnik Lingen 4450 Lingen De GmbH; Noell Wassertechnik Linge GmbH
Current assignee: Boettner Carl F 72764 Reutlingen De
Priority date: 1988-01-20
Filing date: 1988-01-20
Publication date: 1989-08-03

Abstract

In order to prevent blockages and channelling due to the biomass produced in a bioreactor with a fixed reactor bed which is composed of microorganisms located in or on porous carrier elements and is arranged in a housing, and to prevent the formation of gas cavities, mixing elements are disposed in the fixed reactor bed and preferably consist of agitating bars arranged on a rotatable shaft. The polyurethane foam carrier elements for the microorganisms consist of short tubes, T- or Y-shaped parts or beads which, when packed loosely, ensure free spaces between them.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Bioreaktors und einen Bioreaktor zur Durchführung des Ver fahrens mit einem in einem Gehäuse angeordneten Reaktorfest bett aus in poröse Trägerelemente ein- bzw. angelagerten Mikroorganismen.The invention relates to a method for operating a Bioreactor and a bioreactor for performing the ver driving with a reactor fixed in a housing bed made of porous carrier elements Microorganisms.

Als Trägerelemente in Festbetten werden die verschiedensten Materialien verwendet wie Lavaschlacke, Tonscheiben oder Tonformen, Kunststoffröhren, Lamellenpakete, poröser Schaum stoff, Glassinterformteile.Various support elements are used in fixed beds Materials used such as lava slag, clay discs or Clay molds, plastic tubes, plate packs, porous foam fabric, glass sintered parts.

Mit Festbetten aus porösen Trägerelementen und darin ein- bzw. daran angelagerten Mikroorganismen lassen sich erhebli che Leistungssteigerungen erzielen, falls das Material eine hohe spezifische Oberfläche aufweist. Es hat sich jedoch in der Praxis gezeigt, daß geschüttete oder gepackte Festbet ten sehr wesentliche Nachteile aufweisen. So führt die im Reaktor durch die Mikroorganismen gebildete Biomasse bei kleinen Füllkörpern mit großer Oberfläche zu Verstopfungen und Kanalbildungen. Größere Reaktoren werden nur schlecht über den gesamten Querschnitt gleichmäßig durchströmt, daraus folgt eine uneinheitliche Substratversorgung und ei ne ungleichmäßige Wärmeverteilung.With fixed beds made of porous support elements and or attached microorganisms can be raised performance increases if the material is a has a high specific surface. However, it has turned in practice shown that poured or packed fixed bed ten very significant disadvantages. So the leads in Biomass formed by the microorganisms in the reactor small packing with a large surface to blockages and channeling. Larger reactors only get bad flows evenly over the entire cross-section, this results in a non-uniform substrate supply and egg ne uneven heat distribution.

Häufig werden derartige Bioreaktoren begast, jedoch ist die Zufuhr oder Abfuhr der Gase durch die Füllkörper behindert und führt insbesondere bei größeren Schütthöhen zur Bildung von Gas-Kavernen oder von Durchbruchskanälen. Such bioreactors are often fumigated, but that is Supply or discharge of the gases through the packing hindered and leads to formation especially at higher dumping heights of gas caverns or breakthrough channels.

Es wurde schon versucht, diese Nachteile durch eine höhere Strömungsgeschwindigkeit im Festbett auszugleichen, indem ein Teil des Reaktionsfluids über eine äußere Umgehungslei tung mehrfach durch das Festbett umgepumpt wird. Dieses Umpumpen ist jedoch verhältnismäßig energieaufwendig und daher nur bei kleinen Bioreaktoren bzw. geringen Schütt höhen und hoher Fließgeschwindigkeit anwendbar.Attempts have been made to overcome these drawbacks by a higher Compensate flow rate in the fixed bed by part of the reaction fluid via an external bypass line pump is repeatedly pumped through the fixed bed. This Pumping around, however, is relatively energy-intensive and therefore only with small bioreactors or small bulk high and high flow rate applicable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Bioreaktors und einen Bioreaktor zur Durch führung des Verfahrens zu schaffen, mit denen sich die vorerwähnten Nachteile vermeiden lassen und mit denen sich ein Dauerbetrieb mit der in der Praxis erforderlichen Si cherheit aufrechterhalten läßt.The invention has for its object a method for Operate a bioreactor and a through bioreactor to establish the procedure with which the the aforementioned disadvantages can be avoided and with which continuous operation with the Si required in practice security can be maintained.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs erwähn ten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Trägerele mente, zumindest von Zeit zu Zeit, mechanisch durchmischt werden. Dadurch wird überschüssige Biomasse, die sich zwi schen den Trägerelementen befindet oder an deren Oberflä chen haftet, abgelöst und läßt sich durch den Substratstrom austragen. Durch die Bewegung der Trägerelemente wird fer ner sichergestellt, daß der gesamte Reaktorquerschnitt gleichmäßig durchströmt wird, so daß sich keine Gas-Kaver nen bilden und keine Kurzschlußströmung auftritt. Das mecha nische Durchmischen der porösen Trägerelemente dient somit lediglich dazu, das kompakte Festbett aufzulockern, um den Biomassen- und Gasaustrag zu erleichtern.This task is mentioned in a method of the beginning th Art solved according to the invention in that the Trägerele elements, at least from time to time, mechanically mixed will. As a result, excess biomass, which is between is located on the carrier elements or on their surfaces Chen adheres, detached and can be removed by the substrate stream deliver. The movement of the support elements fer ner ensured that the entire reactor cross-section is evenly flowed through, so that there is no gas cavern NEN form and no short circuit flow occurs. The mecha African mixing of the porous carrier elements thus serves just to loosen up the compact fixed bed to the To facilitate biomass and gas discharge.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich organisch verschmutzte Abwässer durch Begasen mit Luft oder unter Abschluß von Luft und Erzeugung von Biogas reinigen. Des weiteren lassen sich damit primäre oder sekundäre mikro bielle Stoffwechselprodukte wie Ethylalkohol, Buttersäure, Milchsäure, Enzyme und Antibiotika gewinnen.The method according to the invention can be organic polluted waste water by gassing with air or under Clean off air and generate biogas. Of further primary or secondary micro biological metabolic products such as ethyl alcohol, butyric acid, Extract lactic acid, enzymes and antibiotics.

Der erfindungsgemäße Bioreaktor weist im Reaktorfestbett angeordnete, mechanisch bewegbare Mischelemente auf, die vorzugsweise aus an einer drehbaren Welle angeordneten Rühr stäben bestehen.The bioreactor according to the invention has a fixed reactor bed arranged, mechanically movable mixing elements, the preferably from a stirrer arranged on a rotatable shaft rods exist.

Das Durchmischen und Auflockern der Trägerelemente wird zusätzlich durch an den Wänden des Gehäuses befestigte, in Zwischenräume zwischen den Rührstäben ragende Stäbe begün stigt. Die Rührstäbe bewegen sich dabei nur sehr langsam, so daß die Trägerelemente zwar aufgelockert werden, aber keinen starken Scherkräften unterworfen sind.The mixing and loosening of the carrier elements additionally by attached to the walls of the housing, in Begin with gaps sticking out between the stirrers increases. The stirring bars move very slowly, so that the support elements are loosened, but are not subject to strong shear forces.

Vorteilhafterweise bestehen die in die Zwischenräume zwi schen den Rührstäben ragenden Stäbe aus U-förmig gebogenen Rohren mit einem Anschluß für ein Temperierfluid. Auf diese Weise lassen sich diese Röhren als Wärmetauscher benutzen, so daß sich eine bestimmte Temperatur im Bioreaktor ohne weiteres einstellen läßt.Advantageously, the two spaces between between the sticks projecting from the U-shaped bent rods Pipes with a connection for a temperature control fluid. To this Way these tubes can be used as heat exchangers, so that a certain temperature in the bioreactor without can set further.

Vorzugsweise weist das Gehäuse zwei mit Abstand zueinander angeordnete Siebböden auf, zwischen denen die das Reaktor festbett bildenden porösen Trägerelemente angeordnet sind. Die Trägerelemente sind somit im Bioreaktor nicht als lose Körper freischwimmend und ohne dauernden Kontakt zueinander angeordnet, so daß sie sich auch nicht durch ein übliches Rührwerk oder durch eine Fluidströmung allein bewegen las sen. The housing preferably has two spaced apart arranged sieve trays, between which the the reactor fixed bed forming porous support elements are arranged. The support elements are therefore not loose in the bioreactor Body floating freely and without constant contact with each other arranged so that they are not by a usual Read agitator or by moving a fluid flow alone sen.

Sind die Siebböden senkrecht übereinander angeordnet, läßt sich das Gehäuse unterhalb des unteren Siebbodens so gestal ten, daß es trichterförmig zuläuft. Im untersten Punkt des Gehäuses läßt sich dann ein Ablaß anordnen, der dazu dient, überschüssige Biomasse zu entfernen. Zu diesem Zweck ist an der Welle vorteilhafterweise ein den trichterförmigen Ge häuseboden bestreichender Räumschild angeordnet.If the sieve trays are arranged vertically one above the other, let the housing below the lower sieve bottom that it is funnel-shaped. In the lowest point of the Housing can then be arranged a drain that is used remove excess biomass. For this purpose is on the shaft advantageously a funnel-shaped Ge clearing blade arranged on the floor of the house.

Die Trägerelemente besitzen vorzugsweise eine Form, die bei loser Schüttung freie Zwischenräume gewährleistet. Beson ders geeignet sind Trägerelemente mit geringer Dichte, hoher Porosität, Kompressibilität und Scherunempfindlich keit. Vorzugsweise bestehen die Trägerelemente aus Polyure than-Schaumstoff und kurzen Röhren, T- oder Y-förmigen Tei len oder aus Kugeln.The carrier elements preferably have a shape that at loose fill ensures free spaces. Especially carrier elements with low density are suitable, high porosity, compressibility and shear-insensitive speed. The carrier elements preferably consist of polyure than foam and short tubes, T- or Y-shaped part len or from balls.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeich nung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläu tert.The invention is based on a in the drawing tion shown embodiment of the detailed explanation tert.

Der erfindungsgemäße Bioreaktor weist ein Gehäuse 1 auf, in dem zwischen Siebböden 8, 9 ein Reaktorfestbett 2 angeordnet ist. Das Reaktorfestbett 2 besteht aus porösen Träger elementen aus Polyurethan-Schaumstoff, in die Mikroorganis men ein- bzw. an die Mikroorganismen angelagert sind. Die Trägerelemente bestehen aus kurzen Röhren, T- oder Y-förmi gen Teilen oder aus Kugeln.The bioreactor according to the invention has a housing 1 in which a fixed reactor bed 2 is arranged between sieve trays 8 , 9 . The fixed reactor bed 2 consists of porous support elements made of polyurethane foam into which microorganisms are incorporated or attached to the microorganisms. The carrier elements consist of short tubes, T- or Y-shaped parts or balls.

In das Reaktorfestbett 2 ragen Rührstäbe 3 hinein, die senk recht auf einer drehbaren Welle 4 angeordnet sind. Die Welle 4 wird mittels eines Antriebsmotors 5 ständig oder von Zeit zu Zeit in eine sehr langsame Umdrehung versetzt und lockert das Reaktorfestbett 2 auf. U-förmige Rohre 6 ragen in die Zwischenräume zwischen den Rührstäben 3 und verhindern, daß sich das gesamte Reaktorfestbett 2 mit den Rührstäben mitbewegt. Diese Rohre 6 sind mit einem Anschluß 7 für ein Temperierfluid versehen, wodurch sich dem Reaktor festbett 2 je nach Bedarf Wärme zu- oder aus dem Reaktor festbett 2 Wärme abführen läßt.In the fixed reactor bed 2 stir bars 3 protrude, which are arranged vertically on a rotatable shaft 4 . The shaft 4 is constantly or from time to time set in a very slow rotation by means of a drive motor 5 and loosens the fixed reactor bed 2 . U-shaped tubes 6 protrude into the spaces between the stirring bars 3 and prevent the entire fixed reactor bed 2 from moving with the stirring bars. These tubes 6 are provided with a connection 7 for a temperature control fluid, whereby the fixed bed reactor 2 can be supplied with heat as required or fixed bed 2 heat can be removed from the reactor.

Das Gehäuse 1 weist am unteren Ende einen trichterförmigen Boden 10 auf, von dem aus ein Ablaß 11 wegführt. Über diesen Ablaß 11 lassen sich überschüssige Biomasse, Schlamm oder Feststoffe, die eingetragen werden, aus dem Bioreaktor entfernen. Ein an der Welle 4 angeordneter Räum schild 12 führt die Biomasse oder den Schlamm in den trich terförmigen Gehäuseboden 10, so daß sie sich von dort durch den Ablaß 11 problemlos absaugen lassen.The housing 1 has a funnel-shaped bottom 10 at the lower end, from which an outlet 11 leads away. Excess biomass, sludge or solids that are introduced can be removed from the bioreactor via this outlet 11 . An arranged on the shaft 4 clearing plate 12 leads the biomass or the sludge into the trich-shaped housing bottom 10 , so that they can be easily sucked out from there through the outlet 11 .

Oberhalb bzw. unterhalb der Siebböden 8, 9 sind ein Zu- oder Ablauf 13 bzw. 14 angeordnet, so daß sich der Substratstrom von oben nach unten oder von unten nach oben durch das Reaktorfestbett führen läßt; er läßt sich begasen und durch einen Gasauslaß 15 entgasen.An inlet or outlet 13 or 14 is arranged above or below the sieve trays 8 , 9 , so that the substrate stream can be led through the fixed reactor bed from top to bottom or from bottom to top; it can be gassed and degassed through a gas outlet 15 .

Die Teile des Bioreaktors lassen sich einheitlich ausfüh ren, so daß ein Baukastensystem entsteht, mit dem sich durch Veränderung der Zahl der Einzelteile und durch Ver größerung der Reaktorhöhe die Durchsatzleistung steigern läßt.The parts of the bioreactor can be made uniform ren, so that a modular system is created with which by changing the number of individual parts and by ver increasing the reactor height increases the throughput leaves.

Claims

1. A method of operating a bioreactor with an arranged in a housing fixed reactor bed in po rös carrier elements or attached microorganisms, characterized in that the carrier elements te, at least from time to time, are mechanically mixed.

2. Bioreactor for carrying out the method according to claim 1 with a reactor fixed bed located in a housing made of porous carrier elements in or attached microorganisms, characterized in the fixed reactor bed ( 2 ) arranged, mechanically movable mixing elements ( 3 , 4 ).

3. Bioreactor according to claim 2, characterized in that the mixing elements consist of stirring bars ( 3 ) arranged on a rotatable shaft ( 4 ).

4. Bioreactor according to claim 3, characterized in that on the walls of the housing ( 1 ) attached rods ( 6 ) protrude into spaces between the stirring rods ( 3 ).

5. Bioreactor according to claim 4, characterized in that the rods ( 6 ) consist of tubes and have an on circuit ( 7 ) for a temperature control fluid.

6. Bioreactor according to claim 5, characterized in that the rods ( 6 ) hen best of U-shaped tubes.

7. Bioreactor according to one or more of claims 1 to 6, characterized in that the carrier elements in the housing ( 1 ) between two sieve plates ( 8 , 9 ) are angeord net.

8. Bioreactor according to claim 7, characterized in that the sieve trays ( 8 , 9 ) are arranged vertically one above the other, the housing ( 1 ) below the lower sieve tray ( 9 ) is funnel-shaped, has a drain ( 11 ) at the lowest point and on the shaft ( 4 ) a funnel-shaped housing base ( 10 ) brushing clearing plate ( 12 ) is arranged.

9. bioreactor according to one or more of claims 2 to 8, characterized in that the carrier elements in the case of loose fill, there are free spaces.

10. Bioreactor according to claim 9, characterized in that support elements made of polyurethane foam from kur zen tubes, T- or Y-shaped parts or balls consist.