DE4138599A1

DE4138599A1 - Wirbelzonenreaktor

Info

Publication number: DE4138599A1
Application number: DE19914138599
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Schneider
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-11-23
Filing date: 1991-11-23
Publication date: 1993-05-27

Description

Die Erfindung betrifft einen Reaktor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Solche Reaktoren in Form von Festbettreaktoren zum Fixieren organischer Biomasse in der Abwassertechnik sind seit langem bekannt und im Einsatz. Der Betrieb solcher Festbettreaktoren ist nicht unproblematisch, da bei Füllkörpern, die spezifisch leichter als Wasser sind, die Gefahr des Aufschwimmens und bei Füllkörpern, die spezifisch schwerer als Wasser sind, die Gefahr des Absetzens permanent besteht. Treten solche ungewollten Betriebsverhältnisse ein, verkleben die Füllkörper untereinander, und die Reinigungsleistung des Bioreaktors geht zwangsläufig sehr stark zurück.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Reaktortyp anzugeben, bei dem die ungewollten Betriebszustände nicht auftreten bzw. auf ein Minimum reduziert sind.

Die Lösung der Aufgabe ist im Anspruch 1 gekennzeichnet.

Durch den tangentialen Einlauf des Wasser-Gas-Gemisches in das Gefäß wird der Reaktorinhalt in Rotation versetzt. Ferner entsteht unmittelbar an der Einlaufstelle eine starke Turbulenz. Die Rotation des Reaktorinhaltes ist in der Eintragsebene erheblich höher als in Höhe des Wasserspiegels. Dadurch wirken im Reaktorinhalt Scherkräfte, die die Gefahr des Zusammenklebens der eingesetzten Festkörper herabsetzen. Die aufsteigenden Gase, z. B. Luft bei aeroben Prozessen, verursachen eine Verwirbelung der in der Schwebe gehaltenen Festkörper und reduzieren ebenfalls die Gefahr eines Zusammenklebens. Die starke Verwirbelung und hohe Rotation im Standrohr einschließlich der starken Scherkräfte durch die aufsteigenden Gase reißt eventuell zusammengeklebte Festkörper auseinander, so daß ein optimaler Betriebszustand erhalten bleibt.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. So kann vorgesehen sein, daß das Standrohr sich am unteren Ende trichterförmig aufweitet und in eine konische Verjüngung des Gefäßes am Gefäßboden hineinragt. Dabei bleibt zwischen dem Rand der trichterförmigen Aufweitung und der Gefäßwand ein Ringspalt für den Flüssigkeits- und Füllkörperdurchtritt erhalten. Durch die trichterförmige Aufweitung einerseits und die konische Verjüngung andererseits ergeben sich optimale Verwirbelungs- und Strömungsverhältnisse. Das erste Zulaufrohr endet dabei zweckmäßig oberhalb der trichterförmigen Aufweitung und das zweite Zulaufrohr unterhalb der Trichteröffnung. Um bei aeroben Prozessen zusätzlich Luft für eine ausreichende Sauerstoffversorgung der Mikroorganismen sicherzustellen, kann im Gefäßboden zusätzlich ein nach oben gerichtetes Zulaufrohr zentral angeordnet sein.

Ablauföffnungen werden zweckmäßig am oberen Ende des Gefäßes im Bereich der oberen Mündung des Standrohres angebracht. Zur Zuführung oder Wiederzuführung für die Feststoffe kann das Gefäß Öffnungen in mittlerer Höhe besitzen. Zur Erzielung möglichst günstiger Verhältnisse soll die Flüssigkeitsfüllhöhe im Gefäß wenigstens gleich dem 1,5fachen Wert des Gefäßdurchmessers sein.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch einen Längsschnitt durch einen Wirbelzonenreaktor nach der Erfindung;

Fig. 2, 3, 4 Schnittansichten des Reaktors entsprechend den Schnittlinien II-II, III-III, IV-IV in Fig. 1.

Das Reaktorgefäß 1 ist ein Zylinder mit Kreisquerschnitt und einem Durchmesser D. Im unteren Bereich ist eine konische Verjüngung 2 angesetzt, die am Gefäßboden in einen kurzen zylindrischen Stutzen 3 mit einem Durchmesser D1 übergeht. Im Inneren des Reaktorgefäßes 1 ist auf nicht dargestellte Weise ein Standrohr 4 mit einem Durchmesser D3 zentral gehaltert. Das Standrohr 4 besitzt an seiner unteren Mündung einen trichterförmigen Ansatz 5 mit einem maximalen Durchmesser D2. Zwischen dem Ansatz 5 und der Wand der Verjüngung 2 verbleibt ein Ringspalt 6.

In den zylindrischen Stutzen 3 ist tangential ein erstes Zulaufrohr 7 eingeführt, und ein zweites Zulaufrohr 8 führt ebenfalls tangential in den Behälter 1 dicht oberhalb des trichterförmigen Ansatzes 5. Im zylindrischen Stutzen 3 mündet zentral ein weiteres, nach oben gerichtetes Zulaufrohr 9.

Dicht unter dem oberen Ende des Standrohrs 4 sind um den Durchmesser verteilt (vgl. Fig. 4) Ablauföffnungen 10 und in mittlerer Höhe des Behälters 1 Zuführöffnungen 11 (vgl. Fig. 5) angeordnet.

Der Behälter 1 ist auf einer Höhe H (vgl. Fig. 1) bis zum Wasserspiegel im Bereich der Ablauföffnungen 10 mit dem zu reinigenden Wasser sowie Feststoffen als Trägerkörper für Mikroorganismen gefüllt. Solche Trägerkörper sind bekannt. Sie bestehen beispielsweise aus Kunststoffen.

Durch das tangentiale Zulaufrohr 8 wird ein Wasser-Gas-Gemisch in den Behälter 1 eingetragen und versetzt seinen Inhalt in Rotation. Ferner entsteht an der Einlaufstelle eine starke Turbulenz. Die Rotation des Behälterinhalts ist in der Eintragsebene erheblich schneller als in Höhe des Wasserspiegels im Bereich der Ablauföffnungen 10. Dadurch ergeben sich Scherkräfte, die die Gefahr des Zusammenklebens der eingesetzten Trägerkörper verringern. Durch die aufsteigenden Gase, z. B. Luft, bei aeroben Prozessen wird eine Verwirbelung der Trägerkörper erreicht, wodurch die Gefahr des Zusammenklebens weiter verringert ist. Dabei wird nur so viel Wasser-Gas- Gemisch durch das Zulaufrohr 8 eingebracht, daß die eingesetzten Trägerkörper, die spezifisch schwerer als Wasser sind, gerade in der Schwebe gehalten werden können. Die Trägerkörper befinden sich dann im wesentlichen im mittleren und oberen Bereich des Behälters 1 außerhalb des Standrohres 4.

Durch das Zulaufrohr 7 im zylindrischen Stutzen 3 wird ebenfalls tangential ein Gas-Wasser-Gemisch eingetragen, dessen Volumen so groß ist, daß eine sehr schnelle Rotation entsteht. Diese Rotation setzt sich im trichterförmigen Ansatz 5 und dann im Standrohr 4 bis zum Wasserspiegel fort. Dabei wird durch das mit eingetragene Gas im Standrohr 4 eine starke Scherwirkung erzeugt, so daß in Verbindung mit der schnellen Rotation die Trägerkörper stark verwirbelt zum Wasserspiegel nach oben getrieben werden. Die Verwirbelung und Rotation ist dabei im Standrohr 4 wesentlich stärker als im umgebenden Behälter, so daß eventuell zusammengeklebte Trägerkörper auseinandergerissen werden.

Durch die bei aeroben Abbauprozessen mit eingetragene Luft werden die auf den Trägerkörpern fixierten Mikroorganismen ausreichend mit Sauerstoff versorgt. Gegebenenfalls besteht die Möglichkeit, durch das weitere Zulaufrohr 9 zusätzlich Luft einzubringen, um eine ausreichende Sauerstoffversorgung der Mikroorganismen sicherzustellen.

Das Wasser-Trägerkörper-Gemisch wird über die Ablauföffnungen 10 ausgetragen und beispielsweise mittels eines Grobfilters separiert. Ein Teil des Wassers verläßt gereinigt den Wirbelzonenreaktor, während der andere Teil über die Zulaufrohre 7, 8 wieder eingetragen wird. Die separierten Trägerkörper werden durch die Zufuhröffnungen 10 erneut in den Behälter 1 eingetragen.

Der Wirbelzonenreaktor nach der Erfindung kann auch anaerob betrieben werden. Dann ist eine Abdeckung (nicht gezeigt) erforderlich, die einen Zutritt von Luftsauerstoff, der ein Arbeiten der anaeroben Mikroorganismen verhindert, vermeidet.

Claims

1. Reaktor für den biochemischen Umbau von biologisch abbaubaren Substanzen, die als wäßrige Lösung oder Suspension, wäßriges Gemisch oder Konzentrat vorliegen und mit Feststoffen zur Fixierung von Mikroorganismen teilgefüllt sind, dadurch gekennzeichnet,
daß in einem stehenden, zylindrischen Gefäß (1) ein Standrohr (4) angeordnet ist, dessen unteres Ende im Abstand vom Gefäßboden endet,
daß am unteren Ende des Gefäßes (1) tangential ein erstes Zulaufrohr (8) zum Eintragen eines Gas-Wasser-Gemisches eingeführt ist,
daß ein zweites Zulaufrohr (7) unterhalb der Mündung des Standrohrs (4) zum Eintragen eines Gas-Wasser-Gemisches tangential in das Gefäß (1) eingeführt ist, und
daß die über die Zulaufrohre (7, 8) eingetragenen Gas-Wasser- Gemischmengen so einstellbar sind, daß die eingebrachten Feststoffe in der Schwebe gehalten werden und im Standrohr (4) eine stark verwirbelte Aufwärtsströmung entsteht.

2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Standrohr (4) sich am unteren Ende trichterförmig (5) aufweitet und in eine konische Verjüngung (2) des Gefäßes (1) am Gefäßboden hineinragt und
daß zwischen dem Rand der trichterförmigen Aufweitung und der Gefäßwand ein Ringspalt (6) verbleibt.

3. Reaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Zulaufrohr (8) oberhalb der trichterförmigen Aufweitung (5) mündet.

4. Reaktor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Zulaufrohr (7) unterhalb der Trichteröffnung mündet.

5. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Gefäßboden zentral ein drittes, nach oben gerichtetes Zulaufrohr (9) angeordnet ist.

6. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß am oberen Ende des Gefäßes (1) im Bereich der oberen Mündung des Standrohrs (4) Ablauföffnungen (10) angeordnet sind.

7. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bls 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß (1) in mittlerer Höhe mit Zuführöffnungen (11) für den Feststoff versehen ist.

8. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsfüllhöhe (H) im Gefäß (1) wenigstens gleich dem 1,5fachen Wert des Gefäßdurchmessers (D) ist.