DE4006382A1 - Modules for construction of various biological reactors - has releasably fastened modules of different sorts for rapid assembly of reactors for development purposes - Google Patents

Modules for construction of various biological reactors - has releasably fastened modules of different sorts for rapid assembly of reactors for development purposes

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DE4006382A1
DE4006382A1 DE19904006382 DE4006382A DE4006382A1 DE 4006382 A1 DE4006382 A1 DE 4006382A1 DE 19904006382 DE19904006382 DE 19904006382 DE 4006382 A DE4006382 A DE 4006382A DE 4006382 A1 DE4006382 A1 DE 4006382A1
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Gunhild Prof Dipl Chem Straube
Willi Prof Dipl Ing Dr Neumann
Juergen Dipl Ing Stolze
Wolfgang Hering
Gerhard Dipl Ing Kamenz
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Chemische Werke Buna VEB
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    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
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Abstract

Prefabricated modules for biological reactor development consisting of: A base flange module with provision for power input. A support module with inner diameter/height ratios D1-H1 of from 0.7-1.0. A flange adaptor with inside diameter D2 relief to suit insert. A temperature control module with inner diameter/height ratios D3-H3 of from 0.3 to 0.5 and a heating -cooling shroud. A reactor module with inner diameter/height ratios D4-H4 of from 0.12 to 0.5. and allowance insert. A lid module with further support module. All releasably fastened together to form a variety of closed systems with energy input options, prod. input and output and sensor positions etc.. Linings can be of alloy steel, special glasses, plastic and/or ceramic. USE/ADVANTAGE - Modular system for the constructione of biological reactors for development of diverse processes: e.g. aerobic, anaerobic, sterile, unsterile, continuous, discontinuous, with or without biomass fixing or with biomass feedback. (claimed). Prefabricated modules and adaptors give ease of system assembly and modification.

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft einen Bioreaktor zur Durchführung von Experimenten, mit dem Ziel der Entwicklung mikrobiologischer Verfahren im Labor- und Technikumsmaßstab, durch dessen apparate­ technische Diversifizierbarkeit an den mikrobiologischen Prozeß angepaßte technische Bioreaktoren konzipiert werden können.The invention relates to a bioreactor for carrying out Experiments, with the aim of developing microbiological Process on a laboratory and pilot plant scale, through its apparatus technical diversification to the microbiological process adapted technical bioreactors can be designed.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Mit konventionellen Rührreaktoren, die bei Stoffumwandlungs­ prozessen eingesetzt werden, können eine Reihe von an Bio­ reaktoren gestellte Primäranforderungen erfüllt werden. Das betrifft eine gleichförmige Verteilung der Mikroorganismen und der Nährstoffe über das gesamte Kultivierungsvolumen, die Versorgung der Biomasse mit Nährstoffen und die Einstellung bestimmter Milieubedingungen (Temperatur, pH-Wert, Druck). Weitere Anforderungen, die aus typischen Bioprozeßbedingungen resultieren, sind bedingt durch die Bauart (vorzugsweise un­ lösbare Verbindungen der Reaktorbaugruppen und die Reaktor­ form) nicht mehr zu erfüllen. With conventional stirred reactors that are used for material conversion processes can be used in a range of bio primary requirements are met. The concerns a uniform distribution of the microorganisms and the nutrients over the entire cultivation volume, the Supply the biomass with nutrients and the setting certain milieu conditions (temperature, pH, pressure). Further requirements arising from typical bioprocess conditions result, are due to the design (preferably un Detachable connections of the reactor assemblies and the reactor form) no longer to be fulfilled.  

Dazu zählen die Aufkonzentrierung der Biomasse, die Entkopplung von Verweilzeit und Biomassenkonzentration, Vermeidung von Mikroorganismenschädigungen durch hohe Scherkräfte im Bereich der Rührelemente und die Realisierung kontinuierlicher Prozesse. Nachteilig ist weiterhin, daß Anschaffung und Betrieb von Rühr­ reaktoren sehr kostenintensiv sind.This includes the concentration of the biomass, the decoupling of residence time and biomass concentration, avoidance of Microorganism damage due to high shear forces in the area the stirring elements and the implementation of continuous processes. Another disadvantage is that the purchase and operation of stirring reactors are very expensive.

Bekannt ist, daß ein Teil der aus dem Bioprozeß resultierenden Forderungen durch Turmreaktoren und daraus abgeleiteten Modi­ fikation erfüllt werden können. Vorteilhafte Eigenschaften dieser Bioreaktoren sind die einfache Konstruktion, verzicht auf bewegte Teile (Rührer), verminderter Platzbedarf, geringerer Energieeintrag, geringere Wärmeüberträgerflächen, Realisierung hoher Stoffeintragsraten, gute Transportkoeffizienten, gute Energiedissipation, fehlen von Zonen und extremer Scherbeanspruchung und Variation der Flüssigphasendispersion bis zu einem gewissen Ausmaß durch konstr. Maßnahmen.It is known that some of the resulting from the bioprocess Requirements from tower reactors and modes derived from them can be fulfilled. Advantageous properties these bioreactors are simple in construction, dispense with moving parts (stirrer), reduced space requirement, less Energy input, smaller heat transfer areas, implementation high material input rates, good transport coefficients, good ones Energy dissipation, lack of zones and extreme shear stress and varying the liquid phase dispersion to some extent Extent by constr. Activities.

Nachteilig ist jedoch, daß bedingt durch die Bauweise, Bauform und Herstellungstechnologie (vorwiegend unlösbare Verbindung der Reaktorbaugruppen) die Anpassung eines existierenden Bio­ reaktors an sich ändernde Prozeßbedingungen nicht ohne größeren Aufwand möglich ist. Weiterhin ist nachteilig, daß solche Ent­ wicklungstendenzen in der Bioreaktortechnik wie die Entwicklung von kontinuierlichen Prozessen, insbesondere auch von Mehrstufen­ prozessen, die weitere Erhöhung der Biomassekonzentration im Reak­ tor, die Integration von Aufarbeitungsschritten, die Kopplungs­ möglichkeiten (Stoffströme, Energieströme) zu vor- und nach­ geschalteten Verfahrensstufen ein sicheres Scale-up und der wahl­ weise aerobe oder anaerobe Betrieb, ohne gravierende technische Eingriffe in die Bioreaktorkonfiguration nur ungenügend oder gar nicht berücksichtigt werden können. Alle nachträglichen Eingrif­ fe in die Bioreaktorkonfiguration und die bioverfahrenstechnisch optimale Gestaltung des Reaktionsraumes sind zeitaufwendig und teuer.The disadvantage, however, is that due to the design, design and manufacturing technology (mostly inseparable connection of the reactor assemblies) the adaptation of an existing bio reactor to changing process conditions not without major Effort is possible. Another disadvantage is that such Ent development trends in bioreactor technology such as development of continuous processes, especially of multi-stages processes, the further increase in the biomass concentration in the reak tor, the integration of processing steps, the coupling possibilities (material flows, energy flows) before and after switched process stages a safe scale-up and choice wise aerobic or anaerobic operation, without serious technical Interventions in the bioreactor configuration are inadequate or even impossible cannot be taken into account. All subsequent interventions fe in the bioreactor configuration and the bioprocess engineering optimal design of the reaction space are time consuming and expensive.

Ziel der ErfindungAim of the invention

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines einfach aufgebauten und leicht handhabbaren Bioreaktors, der durch seine Bauweise, Konfiguration und Herstellungstechnologie bioverfahrenstechnische Möglichkeiten bietet, die in einem bestimmten Stoffsystem ab­ laufenden mikrobiellen Prozesse hinsichtlich der Konzipierung, Entwicklung und Testung von mikrobiellen Verfahren zu unter­ suchen sowie die Übertragung des Verfahrens in einen technischen Maßstab, zeitsparend und effektiv durchzuführen.The aim of the invention is to create a simply constructed and easy-to-use bioreactor, which due to its construction, Configuration and manufacturing technology bioprocess engineering Offers opportunities that depend on a particular fabric system ongoing microbial processes regarding the design, Development and testing of microbial processes under seek as well as the transfer of the process into a technical Scale, time-saving and effective.

Darlegung des Wesens der ErfindungState the nature of the invention

Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zu Grunde, einen einfach handhabbaren universell einsetzbaren, in seiner Geometrie und bioverfahrenstechnischen Gestaltung flexiblen Bioreaktor zu entwickeln, der schnell, unkompliziert und in optimaler Weise an zu entwickelnde biotechnologische Verfahrensvarianten ange­ paßt werden kann.The invention is based on the technical problem, one easy to use, universally applicable, in its geometry and bio-process engineering flexible bioreactor to develop that quickly, easily and in an optimal way to develop biotechnological process variants to be developed can be fitted.

Das betrifft insbesondere die Entwicklung von kontinuierlich ablaufenden mikrobiellen Prozessen, die Erhöhung der Bio­ massekonzentration im Bioreaktor sowie die Integration und Kopplung von Aufarbeitungsschritten in bzw. an den Bioreaktor. Die mikrobiellen Prozesse können dabei unter aeroben oder an­ aerobe Bedingungen steril oder unsteril in einer oder mehreren Verfahrensstufen ablaufen. Die bioverfahrenstechnische Gestaltung des Bioreaktors sichert eine gleichmäßige Verteilung der Mikro­ organismen und Nährstoffe über das gesamte Kultivierungsvolumen, die ausreichende Versorgung der Biomasse mit Nährstoffen, die Abführung bzw. Zuführung von Wärme, die Dissipation von Energie, hohe Transportkoeffizienten, Variation der Flüssigphasendurch­ mischung, definiertes Führen von Stoffströmen und die Variation des Durchmesser-/Höhenverhältnisses ermöglichen ein sicheres Scale-up.This applies in particular to the development of continuous ongoing microbial processes, increasing the bio mass concentration in the bioreactor as well as the integration and Coupling of processing steps in or to the bioreactor. The microbial processes can be under aerobic or on aerobic conditions sterile or non-sterile in one or more Process stages run. The bio-process engineering design of the bioreactor ensures an even distribution of the micro organisms and nutrients over the entire cultivation volume, the adequate supply of the biomass with nutrients that Dissipation or supply of heat, dissipation of energy, high transport coefficients, variation of the liquid phases through mixing, defined management of material flows and the variation the diameter / height ratio allow a safe Scale-up.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß unter­ schiedliche Module und Adapter, die vorgefertigt sind und unter­ schiedliche bioverfahrenstechnische Aufgaben lösen können, durch lösbare Verbindungen miteinander durch Flansche gekoppelt werden, wobei die Reihenfolge der einzelnen Module und Adapter frei wählbar ist und die Anzahl der einzelnen Module und Adapter auch ungleich 1 sein kann.According to the invention the object is achieved in that under different modules and adapters that are prefabricated and under can solve various bio-process engineering tasks by detachable connections are coupled together by flanges,  taking the order of each module and adapter is freely selectable and the number of individual modules and adapters can also be not equal to 1.

So wird auf ein Bodenflanschmodul, das in seinem mittleren Teil Stutzen für einen Energiestromeintrag (z. B. Gas) oder zentral ein Rührorgan aufweist, ein Stutzenmodul mit einem Innendurch­ messer/Höhenverhältnis (D1/H1) von 0,7 bis 1,0, welcher an seiner Mantelfläche an sich gegenüberliegenden Stellen Stutzen aufweist, angeordnet. Ein Flanschadapter mit einem Innendurch­ messer D2, dessen Ringinnenflächen unterschiedliche Halterungen und Aufnahmesysteme für bioverfahrenstechnisch wirksame Reaktor­ einbauten (wie z. B. ein Gegenlager für ein Rührorgan, für ein oder mehrere zentrisch im Reaktor angebrachte Rohre geringeren Durchmessers, ringförmige Einspannungen für zentrisch angeordnete Membranschläuche oder Halteelemente für zentrisch fixierte scheibenförmige Trägerelemente zum definierten Positionieren von Mikroorganismenaufwuchsmaterialien) aufweist, verbindet den Stutzenmodul mit einem Temperiermodul mit einem Innendurchmesser/ Höhenverhältnis (D3/H3) von 0,3 bis 0,5, wobei dieser an seiner äußeren Mantelfläche einen in bekannter Weise angeordneten Temperiermantel aufweist. Weiterhin angeflanscht ist ein Reaktor­ schußmodul mit einem Innendurchmesser/Höhenverhältnis (D4/H4) von 0,12 bis 0,5 der gleich dem Flanschadapter an einer oder beiden Ringinnenflächen seiner Anschlußflansche Aufnahmen für Halterungen und Aufnahmesysteme aufweisen kann. Hier sind insbesondere Halterungen für solche Reaktoreinbauten (wie z. B. Halteelemente für zentrisch fixierte scheibenförmige Träger­ elemente zum definierten Positionieren von Mikroorganismenauf­ wuchsmaterialien) die ein Festbett aufnehmen oder eine Schaum­ bildung verhindern können. Die Mantelfläche des Reaktorschuß­ modules kann aus korrosionsfesten Metall, aus Spezialglas oder Kunststoff ausgeführt sein. An den Reaktorschußmodul wird ein Stutzenmodul angeflanscht, der durch einen Stutzen versehenen Deckelflanschmodul abgeschlossen wird, so daß insgesamt ein geschlossener Reaktorraum entsteht, der in der üblichen Weise einer Sterilisation unterzogen werden kann. So is on a bottom flange module that in its middle part Connection for an energy flow entry (e.g. gas) or centrally has a stirrer, a nozzle module with an inside knife / height ratio (D1 / H1) from 0.7 to 1.0, which on its circumferential surface at opposite points has arranged. A flange adapter with an inside through knife D2, the inner ring surfaces of different brackets and recording systems for bioprocessing reactor built-in components (such as a counter bearing for a stirrer, for a or several pipes centrally located in the reactor Diameter, ring-shaped clamps for centrally arranged Membrane hoses or holding elements for centrally fixed disc-shaped carrier elements for the defined positioning of Microorganism growth materials) connects the Nozzle module with a temperature control module with an inner diameter / Height ratio (D3 / H3) from 0.3 to 0.5, this at its outer surface arranged in a known manner Has tempering jacket. A reactor is also flanged shot module with an inner diameter / height ratio (D4 / H4) from 0.12 to 0.5 the same as the flange adapter on one or two ring inner surfaces of its connecting flanges for Mounts and recording systems can have. Here are in particular mounts for such reactor internals (such as e.g. Holding elements for centrally fixed disc-shaped carriers elements for the defined positioning of microorganisms growth materials) that accommodate a fixed bed or a foam prevent education. The outer surface of the reactor section modules can be made of corrosion-resistant metal, special glass or Be made of plastic. A is attached to the reactor shot module Flanged nozzle module, the one provided with a nozzle Cover flange module is completed, so that a total closed reactor space arises in the usual way can be subjected to sterilization.  

Die Innendurchmesser D1, D2, D3 und D4 der einzelnen Module können unterschiedlich sein, so daß Module gleichen Innendurchmessers miteinander verbunden und mit Modulen eines anderen Innendurchmessers unter Verwendung konstruktiv ange­ paßter Flanschadapter kombiniert werden können, um dadurch z. B. geänderte Strömungsverhältnisse im Bioreaktor zu er­ möglichen.The inner diameters D1, D2, D3 and D4 of each Modules can be different so that modules are the same Inner diameter connected to each other and with modules of one other inner diameter using constructively indicated Fitted flange adapter can be combined to thereby e.g. B. he changed flow conditions in the bioreactor possible.

Vorzugsweise sind jedoch die Innendurchmesser D1, D2, D3 und D4 von gleicher Größe, während die Höhen H1, H2, H3 und H4 variiert werden können.However, the inner diameters are preferably D1, D2, D3 and D4 of the same size, while the heights H1, H2, H3 and H4 can be varied.

Überraschenderweise wurde gefunden, daß durch die Kombinations- und Kopplungsfähigkeit der vorgefertigten Module untereinander und die Varianz der Anzahl und der bioverfahrenstechnischen Wirkung einzelner Module, bei bestimmten Innendurchmesser/Höhen­ verhältnis Bioreaktorvolumen verschiedenster Stufungen erhalten und mehrere Reaktoren über Verbindungsrohrleitungen gekoppelt sowie neue bioverfahrenstechnische Wirkungen induziert werden können. Dabei sind in einfacher Weise und kurzer Zeit die Reali­ sierung solcher Reaktorkombinationen möglich, wo in einem Reaktor oder durch Kopplung mehrerer Reaktoren über Rohrleitungssysteme zu mehreren Verfahrensstufen oder mehrere entsprechende Mikro­ bielle Prozesse entwickelt, getestet und in einen technischen Maßstab übertragen werden können. Zur Gewährleistung einer uni­ versellen Kombinationsfähigkeit der vorgefertigten Module und Flanschadapter untereinander weisen die Flansche des Stutzen­ modules, des Temperiermodules, des Reaktorschußmoduls und die Stirnflächen des Flanschadapters wechselseitig Nut oder Feder auf, die gleichfalls auch in den Deckelflansch- und Bodenflansch­ modul angebracht sind.Surprisingly, it was found that the combination and coupling ability of the prefabricated modules with each other and the variance of the number and the bioprocess engineering Effect of individual modules, with certain inner diameters / heights ratio of bioreactor volume obtained in a wide variety of stages and several reactors coupled via connecting pipelines as well as new bio-process effects are induced can. The realities are simple and short Sation of such reactor combinations possible where in a reactor or by coupling several reactors via piping systems to several process stages or several corresponding micro developed, tested and integrated into a technical process Scale can be transferred. To ensure a uni vers combined ability of the prefabricated modules and Flange adapters with each other point the flanges of the socket modules, the temperature control module, the reactor shot module and the End faces of the flange adapter alternately tongue or groove on, which also in the cover flange and bottom flange are attached module.

Weiterhin wurde festgestellt, daß mit Hilfe der gestuft einstell­ baren Reaktorvolumina die Verweilzeit des Stoffsystems in optimaler Weise an den mikrobiologischen Prozeß und den anfallenden Sub­ stratstrom angepaßt werden kann. Außerdem ergab sich, daß für Bakterien, die in der Natur zusammenarbeiten (wie z. B. bei der Nitrifikation Nitrosomonas und Nitrobucter oder bei der Methan­ gärung säurebildende Bakterien, essigsäurebildende Bakterien und methanbildende Bakterien), durch die Anordnung der Reaktor­ module und die Zuführung von Substraten und Kohlenstoffquellen enthaltenden Stoffströmen an bestimmten Stellen des Reaktors, für vorgegebene definierte Reaktorzonen günstige Lebensbedingungen erzeugt und erhalten werden können. Weiterhin ist es möglich, durch den Einsatz von Mikroorganismenaufwuchsträgern in defi­ nierten Bereichen des Reaktors gleichzeitig die Verweilzeit von der Mikroorganismendichte und -konzentration zu entkoppeln, sowie durch die Verschaltung von Substrat- und Produktströmen bei mikro­ biellen Prozessen, die in einer oder in mehreren Stufen ablaufen, die Standzeiten von Festbettreaktoren zu erhöhen und die Aus­ bildung von typischen Konzentrationsprofilen für Substrat und Produkt zu vermeiden.Furthermore, it was found that using the step setting the reactor system, the dwell time of the material system is optimal Way to the microbiological process and the resulting sub stratstrom can be adjusted. It also emerged that for Bacteria that work together in nature (e.g. in the Nitrification Nitrosomonas and Nitrobucter or methane fermentation acid-forming bacteria, acetic acid-forming bacteria and methane-forming bacteria), by the arrangement of the reactor modules and the feeding of substrates and carbon sources  containing material flows at certain points in the reactor, Favorable living conditions for given defined reactor zones can be generated and maintained. It is also possible through the use of microorganism growth carriers in defi nated areas of the reactor, the residence time of decouple the microorganism density and concentration, and through the interconnection of substrate and product streams at mikro biological processes that take place in one or more stages, to increase the downtimes of fixed bed reactors and the out formation of typical concentration profiles for substrate and Avoid product.

Außerdem wurde festgestellt, daß durch die Fixierung der Mikro­ organismen auf verschiedenen Trägermaterialien und die Anordnung der Trägermaterialien mittels Trägermaterialaufnahmevorrichtungen in einer bestimmten Entfernung vom mit einem Rührorgan ausge­ statteten Bodenflanschmodul, die Schädigung der Mikroorganismen durch hohe Scherkräfte weitgehend vermieden werden kann und damit eine äußere Schlaufe zur Rückführung des austretenden Flüssigkeitsstromes in den Festbetteingang überflüssig wird. Dadurch können Konzentrationsgradienten abgebaut, das pH-Profil nivelliert und eine Verbesserung der Produktfreisetzung erreicht werden.It was also found that by fixing the micro organisms on different substrates and the arrangement the carrier materials by means of carrier material receiving devices at a certain distance from with a stirrer equipped bottom flange module, the damage to the microorganisms can be largely avoided by high shear forces and thus an outer loop for returning the exiting Liquid flow in the fixed bed entrance becomes superfluous. This can reduce concentration gradients, the pH profile leveled and an improvement in product release achieved will.

AusführungsbeispielEmbodiment

Der erfindungsgemäß diversifizierbare Bioreaktor zur Durch­ führung von Experimenten für die Entwicklung, Testung und Maßstabsübertragung von an den mikrobiologischen Prozeß und an das Stoffsystem angepaßten Bioreaktoren soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden und zwar zeigt die Figur eine Darstellung des erfindungsgemäßen Bio­ reaktors zur anaeroben Abwasserbehandlung mit Hilfe von auf Trägermaterial immobilisierten Mikroorganismenpopulationen im prinzipiellen Aufbau. The bioreactor to be diversified according to the invention conducting experiments for development, testing and Scale transfer from to the microbiological process and Bioreactors adapted to the material system are intended below are explained in more detail using an exemplary embodiment the figure shows a representation of the bio according to the invention reactor for anaerobic wastewater treatment with the help of Carrier material immobilized microorganism populations in principle.  

Auf den unteren Bodenflanschmodul 6 mit Standfüßen und den Stutzen a, b, die zum Entleeren oder zum Begasen bzw. zur Aufnahme von Begasungsgelementen (Ringe, Düsen etc.) genutzt werden können, wird das Stutzenmodul 1 (D1/H1 = 0,8) mon­ tiert. Auf dem Umfang des Stutzenmodules 1 sind paarweise gegenüberliegend in einer Schnittebene die Stutzen c, g und d, h angeordnet.The nozzle module 1 (D1 / H1 = 0.8) is placed on the bottom floor flange module 6 with feet and the nozzles a, b, which can be used for emptying or for gassing or for receiving gassing elements (rings, nozzles etc.). assembled. On the circumference of the nozzle module 1 , the nozzles c, g and d, h are arranged in pairs in a sectional plane.

Die Stutzen, an die Rohrleitungen oder Schlauchverbindungen in einem bestimmten Durchmesserbereich flexibel oder fest an­ geschlossen werden können, dienen der Zu- bzw. Ableitung des Abwassers sowie der Zugabe und Entnahme von Impfschlamm. Beide Module bestehen aus korrosionsfestem hochlegiertem Stahl. Ein Flanschadapter 2 mit Durchmesser D2 verbindet das Stutzen­ modul 1 mit dem darüber angeordneten Temperiermodul 3 (D3/H3 = 0,37).The nozzles, to which pipes or hose connections can be connected flexibly or firmly in a certain diameter range, serve for the supply and discharge of the waste water and the addition and removal of inoculation sludge. Both modules are made of corrosion-resistant high-alloy steel. A flange adapter 2 with a diameter D2 connects the nozzle module 1 to the temperature control module 3 arranged above it (D3 / H3 = 0.37).

Die Kopplung der Module 1 und 3 ist auch ohne den Flansch­ adapter 2, dessen Ringinnenflächen unterschiedliche Halterungen und Aufnahmesysteme für bioverfahrenstechnisch wirksame Reaktor­ einbauten z. B. Rohre, Membranschläuche, Trägerelemente für Mikroorganismenaufwuchsmaterialien usw. enthalten können, möglich. Der Doppelmantel des Temperiermodules 3 dient zur Aufnahme des zirkulierenden Heiz- und/oder Kühlmediums. Der Temperiermodul 3 besteht ebenfalls aus hochlegiertem Stahl.The coupling of the modules 1 and 3 is also without the flange adapter 2 , the inner ring surfaces of which incorporate different mounts and mounting systems for biologically active reactor z. B. pipes, membrane tubes, support elements for microorganism growth materials, etc. may be possible. The double jacket of the temperature control module 3 is used to hold the circulating heating and / or cooling medium. The temperature control module 3 also consists of high-alloy steel.

Der Reaktorschußmodul 4, wird über dem Temperiermodul 3 ange­ ordnet und mit diesem verschraubt. Der aus Spezialglas be­ stehende Reaktorschußmodul 4, der in Verbindung mit angepaßten Spannelementen auch unterschiedliche Bauhöhen H4 (600-1200 mm) haben kann, dient zur Ummantelung der Mikroorganismenaufwuchs­ träger. Zur visuellen Kontrolle und Beobachtung des ablaufenden mikrobiellen Prozesses, wird der Reaktorschuß aus Spezialglas oder Kunststoff ausgeführt. Der Reaktorkopf, der aus einem weitere Stutzenmodul 1 mit verschraubten Deckelflanschmodul 5 besteht, schließt den Bioreaktorraum nach obenhin ab. Die im Deckelflanschmodul 5 und im Stutzenmodul 1 angeordneten Stutzen l, m, e, f, i und k dienen zur Ableitung von Gasen, der Zu- bzw. Abfuhr von Abwassern, als Überlauf und zur Aufnahme von Sensoren. Auf die Reaktoreinbauten 7 wurden die Aufwuchsträger­ materialien aufgebracht. Die feststoffentlastenden Abwässer, die auf mikrobieller Basis unter anaeroben Bedingungen gereinigt werden sollen, gelangen über die Stutzen i, k im Kopfteil (Abstrom) oder die Stutzen g, h im Bodenbereich (Aufstrom) in den Bioreaktor. Zum Abbau von Temperatur-, pH-Wert- und Konzentrationsgradienten wird der Reaktorinhalt mit Hilfe einer Pumpe über ein äußeres Rohrleitungssystem umgewälzt. Das außerhalb des Bioreaktors angeordnete Rohrleitungs­ system wird unten über den Stutzen b und oben über den Stutzen e mit dem Reaktionsraum verbunden. Das äußere Rohr­ leitungssystem ist so gestaltet, daß sowohl das Umwälzen des Reaktorinhaltes im Ab- oder im Aufstrom möglich ist. Je nach Verschaltungsvariante (Auf- oder Abstrom) befindet sich der Ansaugstutzen der Pumpe am unteren oder oberen Stutzenmodul l. Der Impfschlamm, in dem die zur mikrobiologischen Reinigung benötigten Mikroorganismen in suspendierter Form vorhanden sind, wird über einen Stutzen in das äußere Rohrleitungs­ system gesaugt und mit dem Abwasser vermischt in den Reaktions­ raum gepumpt und dort mit dem zur Immobilisierung vorgesehenen Trägermaterial in Kontakt gebracht. Die Trägermaterialien wurden vorher im Bereich des Reaktorschußmoduls 4 auf den Reaktoreinbau 7 angeordnet. Die für den mikrobiellen Prozeß benötigte Wärme, wird über das im Doppelmantel der Temperier­ module 3 zirkulierende Heizmedium, angeführt.The reactor shot module 4 is arranged above the temperature control module 3 and screwed to it. The reactor glass module 4 , which is made of special glass and which, in conjunction with adapted clamping elements, can also have different heights H4 (600-1200 mm), serves to coat the microorganism growth carrier. The reactor section is made of special glass or plastic for visual control and observation of the ongoing microbial process. The reactor head, which consists of a further nozzle module 1 with a screwed-on cover flange module 5 , closes off the bioreactor chamber at the top. The nozzles l, m, e, f, i and k arranged in the cover flange module 5 and in the nozzle module 1 are used for discharging gases, supplying and discharging waste water, as an overflow and for receiving sensors. On the reactor internals 7 , the growth carrier materials were applied. The solids-relieving waste water, which is to be cleaned on a microbial basis under anaerobic conditions, reaches the bioreactor via the nozzles i, k in the head part (outflow) or the nozzles g, h in the bottom area (upstream). To reduce the temperature, pH and concentration gradients, the reactor contents are circulated with the help of a pump via an external piping system. The piping system arranged outside of the bioreactor is connected to the reaction space at the bottom via connection b and at the top via connection e. The outer pipe system is designed so that both the circulation of the reactor contents in the upstream or downstream is possible. Depending on the connection variant (upstream or downstream), the suction port of the pump is located on the lower or upper port module l. The vaccine sludge, in which the microorganisms required for microbiological cleaning are present in suspended form, is sucked into the outer pipeline system via a nozzle and mixed with the waste water is pumped into the reaction chamber and brought into contact with the carrier material provided for immobilization. The carrier materials were previously arranged in the area of the reactor shot module 4 on the reactor installation 7 . The heat required for the microbial process is given via the heating medium circulating in the double jacket of the temperature control modules 3 .

Zur Gewährleistung eines konstanten Reaktorfüllstandes ver­ läßt über einen am Stutzen g angeschlossenen Siphon die gleiche Abwassermenge wie die zugeführte Abwassermenge den Reaktions­ raum. Das durch die Stoffwechseltätigkeit der Mikroorganismen­ population entstehende Biogas verläßt über den Stutzen m im Deckelflanschmodul 5 den Reaktor. Durch ein mit einem Gebläse ausgerüsteten Rohrleitungssystem kann das Biogas abgesaugt und über den Stutzen d im unteren Stutzenmodul l wieder in den Reaktionsraum eingepreßt werden.To ensure a constant reactor fill level, the same amount of wastewater as the amount of wastewater supplied leaves the reaction chamber via a siphon connected to nozzle g. The biogas resulting from the metabolic activity of the microorganism population leaves the reactor via the nozzle m in the cover flange module 5 . The biogas can be sucked off through a pipeline system equipped with a blower and can be pressed back into the reaction space via the connection piece d in the lower connection piece module l.

Liste der BezugszeichenList of reference numbers

1 Stutzenmodul
2 Flanschadapter
3 Temperiermodul
4 Reaktorschußmodul
5 Deckelflanschmodul
6 Bodenflanschmodul
7 Reaktoreinbauten
a-m Stutzen
1 nozzle module
2 flange adapters
3 temperature control module
4 reactor shot module
5 cover flange module
6 bottom flange module
7 reactor internals
at the neck

Claims (2)

1. Bioreaktor zur Durchführung von biotechnologischen Ver­ fahrensvarianten wie z. B. aerob, anaerob, steril, unsteril, kontinuierlich, diskontinuierlich, mit und ohne Biomasse­ fixierung oder mit Biomasse-Rückführung, bestehend aus einem mit einem Energieeintragssystem versehenen geschlosse­ nen Reaktionsbehälter, dessen Innenwandungen und Einbauten aus legiertem Stahl, Spezialglas, Kunststoff und/oder kera­ mischen Werkstoff gefertigt sind und welcher Stutzen für eine Produktzu- und -abführung sowie Meßstellen für die Prozeß­ führung enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß untereinander durch mit Nut und Feder versehene Flansche ein vorgefertig­ ter Bodenflanschmodul (6) mit Vorrichtungen zum Energieeintrag, ein vorgefertigter Stutzenmodul (1) mit einem Innendurch­ messer-/Höhenverhältnis D1/H1 von 0,7 bis 1,0, welcher an seiner Mantelfläche an sich gegenüberliegende Stellen Stutzen aufweist, ein vorgefertigter Flanschadapter (2) mit einem Innendurchmesser D2, dessen Innenringe mit Auf­ nahmen für Reaktoreinbauten (7) versehen ist, ein vorge­ fertigter Temperiermodul (3) mit einem Innendurchmesser-/ Höhenverhältnis D3/H3 von 0,3 bis 0,5, wobei dieser an seiner äußeren Mantelfläche einen in bekannter Weise ange­ ordneten Heiz- und Kühlmantel aufweist, ein vorgefertigten Reaktorschußmodul (4) mit einem Innendurchmesser-/Höhenver­ hältnis D4/H4 von 0,12 bis 0,5, dessen Flansch am Innen­ ring Aufnahmen für Reaktoreinbauten (7) aufweisen, ein vor­ gefertigtes mit Stutzen versehener Deckelflanschmodul (5), der mit einem weiteren Stutzenmodul (1) gekoppelt ist, lösbar miteinander verbunden sind.1. bioreactor for carrying out biotechnological process variants such. B. aerobic, anaerobic, sterile, non-sterile, continuous, discontinuous, with and without biomass fixation or with biomass recycling, consisting of a closed with an energy input system closed reaction vessel, the inner walls and internals made of alloy steel, special glass, plastic and / or kera mix material are made and which nozzle for a product supply and discharge as well as measuring points for the process management, characterized in that with each other through tongue and groove flanges a prefabricated ter bottom flange module ( 6 ) with devices for energy input, a prefabricated nozzle module ( 1 ) with an inner diameter / height ratio D1 / H1 of 0.7 to 1.0, which has on its outer surface at opposite points nozzle, a prefabricated flange adapter ( 2 ) with an inner diameter D2, the inner rings with recordings for Reactor internals ( 7 ) is provided, a pre-made r temperature control module ( 3 ) with an inner diameter / height ratio D3 / H3 of 0.3 to 0.5, this having on its outer lateral surface a heating and cooling jacket arranged in a known manner, a prefabricated reactor section module ( 4 ) with an inner diameter - / Höhenver ratio D4 / H4 from 0.12 to 0.5, the flange on the inner ring receptacles for reactor internals ( 7 ) have a prefabricated with flange cover flange module ( 5 ), which is coupled to a further nozzle module ( 1 ) , are releasably connected. 2. Bioreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenfolge der Kombination der Stutzenmodule (1), Temperier­ module (3), Reaktorschußmodule (4) und Flanschadapter (2) beliebig wählbar und die Anzahl der jeweiligen Module und Adapter ungleich 1 ist.2. Bioreactor according to claim 1, characterized in that the order of the combination of the nozzle modules ( 1 ), temperature control modules ( 3 ), reactor shot modules ( 4 ) and flange adapter ( 2 ) can be selected as desired and the number of the respective modules and adapters is not equal to 1.
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