IT201900011802A1

IT201900011802A1 - Reattore biologico a biomassa fissa con contattore rotante a elica

Info

Publication number: IT201900011802A1
Application number: IT102019000011802A
Authority: IT
Inventors: Roberto Renda
Original assignee: Roberto Renda
Priority date: 2019-07-15
Filing date: 2019-07-15
Publication date: 2021-01-15
Also published as: EP3999476A1; EA202290156A1; WO2021009650A1; BR112022000860A2

Description

"Reattore biologico a biomassa fissa con contattore rotante a elica" DESCRIZIONE CAMPO DELL’INVENZIONE

La presente invenzione riguarda un reattore biologico a biomassa fissa con contattore rotante a elica.

STATO DELLA TECNICA

I reattori biologici sono noti ed utilizzati nelle operazioni di depurazione dei reflui liquidi industriali e/o civili (in particolare contenenti acqua) e nelle applicazioni in cui la cultura dei microrganismi viene usata per effettuare processi microbiologici atti a preparare sostanze chimiche e farmaceutiche; come noto, esistono processi microbiologici aerobici e processi microbiologici anaerobici.

Sono noti reattori biologici a biomassa fissa (anche detta "adesa"); la biomassa è fissata ad un "contattore". Un fattore importante in questo tipo di reattori è l'area della superficie di contatto tra biomassa e liquido da trattare, in particolare l'area della superficie di contatto per unità di volume del contattore (espressa ad esempio in m<2>/m<3>).

Sono noti reattori biologici a biomassa fissa con contattori rotanti ad esempio dai brevetti europei n° EP0853067B1 e n° EP2412680B1. In generale, i contattori dei reattori biologici noti presentano inconvenienti legati alle sollecitazioni meccaniche; in particolare, il momento di torsione sulle masse coinvolte può causare rotture meccaniche.

In generale, un ulteriore inconveniente è legato alla proliferazione di microrganismi "indesiderati" che può ostacolare la crescita dei e/o l'attività dei e/o l'accesso ai microrganismi "desiderati" che dovrebbero determinare il funzionamento del reattore.

SOMMARIO

Scopo generale della presente invenzione è di migliorare la tecnica nota.

Tale obiettivo è sostanzialmente raggiunto grazie a quanto espresso nelle rivendicazioni annesse che formano parte integrante della presente descrizione.

L’idea alla base della presente invenzione è di utilizzare nel contattore contenente biomassa un'elica rotante, in particolare conformata come una "vite di Archimede"; in particolare, l'elica è situata all'interno di un tubo (chiuso lateralmente, ma non agli estremi) del contattore.

ELENCO DELLE FIGURE

La presente invenzione risulterà più chiara dalla descrizione dettagliata che segue da considerare assieme ai disegni annessi in cui:

Fig. 1 mostrano in modo molto schematico tre varanti di un primo esempio di reattore secondo la presente invenzione,

Fig. 2 mostrano in modo molto schematico tre varanti di un secondo esempio di reattore secondo la presente invenzione,

Fig. 3 mostra in modo schematico una vista in sezione longitudinale di un terzo esempio di reattore secondo la presente invenzione,

Fig. 4 mostra in modo schematico una vista laterale parziale di un terzo esempio di reattore secondo la presente invenzione, e

Fig. 5 mostrano due dettagli del reattore di Fig.3 e Fig.4.

Come si comprende facilmente, vi sono vari modi di implementare in pratica la presente invenzione che è definita nei suoi principali aspetti vantaggiosi nelle rivendicazioni annesse e non è limitata né dalla descrizione dettagliata che segue né dai disegni annessi.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA

Il reattore biologico secondo la presente invenzione può avere varie applicazioni a seconda della specifica realizzazione. Esso può trovare applicazione ad esempio nella depurazione dei reflui liquidi industriali e/o civili e nella preparazione di sostanze chimiche e farmaceutiche.

Esso può essere usato sia per effettuare processi microbiologici aerobici sia per effettuare processi microbiologici anaerobici.

In generale e come è mostrato nelle figure 1 e 2, un reattore 1000 comprende una vasca 100 atta a contenere un liquido da processare, e un contattore 200 posto nella vasca 100. La vasca 100 può essere aperta o chiusa a seconda del processo desiderato. Il contattore 200 contiene biomassa e, durante il funzionamento del reattore 1000, è attraversato dal flusso del liquido contenuto nella vasca 100; in tal modo, il liquido fluente viene in contatto con la biomassa ed è soggetto a processi microbiologici da parte della biomassa. Il contattore 200 comprende un'elica atta a ruotare durante il funzionamento del reattore 1000, e un tubo all'interno del quale è situata l'elica. Come mostrato nelle figure allegate, tale elica è conformata come una "vite di Archimede". Come si comprenderà in seguito, il contattore di un reattore secondo la presente invenzione potrebbe comprendere più tubi. Tipicamente, l'elica del contattore 200 è completamente immersa nel liquido della vasca 100.

Tipicamente, un reattore secondo la presente invenzione è dotato di più contattori oppure di un contattore a più eliche; tuttavia, sono qui descritti esempi semplici con un solo contattore a una sola elica.

Negli esempi di realizzazione di Fig. 1 e Fig. 2, l'asse dell'elica (ossia l'asse di rotazione dell'elica) è posto in modo tale da formare un angolo rispetto ad un piano orizzontale, ossia è fisso.

Negli esempi di realizzazione di Fig. 1 e Fig. 2, l'asse dell'elica e l'asse del tubo coincidono; nelle realizzazioni pratiche, gli assi potrebbero anche non coincidere esattamente.

Negli esempi di realizzazione di Fig.1 e Fig.2, la lunghezza dell'elica e la lunghezza del tubo coincidono; alternativamente, il tubo potrebbe essere un po' più lungo dell'elica ad uno o a ciascun estremo, e/o un po' più corto dell'elica ad uno o a ciascun estremo.

In Fig. 1A e Fig. 1B e Fig. 1C, la parete laterale del tubo 221 è interamente piena, ossia non vi può essere flusso di liquido attraverso questa parete. Alternativamente, il tubo 221 potrebbe avere una parete laterale parzialmente o interamente con aperture.

In Fig. 2A e Fig. 2B e Fig. 2C, la parete laterale del tubo 222 è interamente con aperture, ossia vi è flusso di liquido attraverso questa parete; il tubo 222 può essere ad esempio un tubo a parete interamente piena con fori laterali oppure un tubo interamente di rete. Alternativamente, il tubo 222 potrebbe avere una parete laterale parzialmente o interamente piena.

In Fig.1A e Fig. 1B e Fig.1C, l'elica 211 e il tubo 221 sono disgiunti tra loro. Tipicamente, l'elica 211 è atta a ruotare e il tubo 221 è atto a rimanere fisso.

In Fig.2A e Fig.2B e Fig.2C, l'elica 212 e il tubo 222 sono congiunti tra loro. Tipicamente, l'elica 212 e il tubo 222 sono atti a ruotare solidalmente.

In Fig.1A, l'angolo dell'asse dell'elica 211 è di circa 0°.

In Fig.1B, l'angolo dell'asse dell'elica 211 è di circa 45°.

In Fig.1C, l'angolo dell'asse dell'elica 211 è di circa 90°.

In Fig.2A, l'angolo dell'asse dell'elica 212 è di circa 0°.

In Fig.2B, l'angolo dell'asse dell'elica 212 è di circa 45°.

In Fig.2C, l'angolo dell'asse dell'elica 212 è di circa 90°.

Il reattore 1000 di Fig.1 e Fig.2 può comprendere un motore 300 atto a fare ruotare almeno l'elica; il motore 300 è disegnato con linea tratteggiata perché la sua presenza è vantaggiosa, ma non essenziale e dipende dalla specifica realizzazione della presente invenzione. A titolo di esempio non limitativo, in Fig. 1A e Fig. 2A il motore 300 è completamente esterno alla vasca 100, in Fig. 1B e Fig. 2B il motore 300 è parzialmente interno e parzialmente esterno al liquido della vasca 100, in Fig. 1C e Fig. 2C il motore 300 è completamente esterno al liquido della vasca 100. È da notare che tra l'albero del motore 300 e l'albero dell'elica può essere posta una trasmissione meccanica 310. Il reattore 1000 di Fig.1 e Fig.2 può comprendere un generatore 400 di bolle di gas (ad esempio aria) atto a emettere bolle di gas nel liquido della vasca 100; il generatore 400 è disegnato con linea continua perché la sua presenza è vantaggiosa e assai tipica, pur non essendo essenziale, e dipende dalla specifica realizzazione della presente invenzione. Il generatore 400 può essere atto ad emettere bolle di gas nella vasca 100 e/o nel tubo del contattore 200.

Il generatore 400 può essere atto a fare ruotare almeno l'elica per effetto delle bolle di gas emesse. In questo caso, ad esempio, il generatore 400 può essere atto a emettere bolle di gas nelle vicinanze di un primo estremo dell'elica e/o del tubo.

Come detto in precedenza, il contattore 200 contiene biomassa. Secondo una prima possibilità, che è la più tipica, il contattore 200 contiene una pluralità di corpi di riempimento su cui è fissata la biomassa; i corpi di riempimento possono essere posti in uno o più vani dell'elica e/o in vani del tubo. Secondo una seconda possibilità, la biomassa può essere fissata sull'elica (e/o suoi accessori). Secondo una terza possibilità, la biomassa può essere fissata sul tubo (e/o suoi accessori). Queste tre possibilità possono essere combinate tra loro. Il reattore 3000 di Fig.3 e Fig.4 è simile al reattore di Fig.2C.

Il reattore 3000 comprende una vasca 3100 atta a contenere un liquido da processare, e un contattore 3200 posto nella vasca 3100.

Il contattore 3200 comprende un'elica 3210 atta a ruotare durante il funzionamento del reattore 3000, un tubo interno 3222 unito all'elica 3210, e un tubo esterno 3221 (in particolare coassiale e di diametro poco maggiore) disgiunto dall'elica 3210 ed atto a rimanere fisso durante il funzionamento del reattore 3000. Il contattore 3200, in particolare l'elica 3210, è completamente immerso nel liquido della vasca 3100.

L'asse dell'elica 3210 (ossia l'asse di rotazione dell'elica) è posto in modo tale da formare un angolo di circa 90° rispetto ad un piano orizzontale, ossia è fisso.

Gli assi dell'elica 3210, del tubo 3221 e del tubo 3222 coincidono.

La lunghezza dell'elica 3210, del tubo 3221 e del tubo 3222 coincidono. La parete laterale del tubo esterno 3221 è interamente piena.

La parete laterale del tubo interno 3222 è interamente con aperture. L'angolo dell'asse dell'elica 3210 è di circa 90°.

Il reattore 3000 può comprendere un motore 300 atto a fare ruotare l'elica 3210 e il tubo interno 3222.

Il reattore 3000 comprende un generatore 3400 di bolle di gas (ad esempio aria) atto a emettere bolle di gas nella vasca 3100 nelle vicinanze dell'estremo inferiore dell'elica 3210, del tubo 3221 e del tubo 3222. Tali bolle di gas possono contribuire a fare ruotare l'elica 3210 e il tubo interno 3222.

In Fig. 3, sono schematizzati corpi di riempimento 3230 su cui è fissata biomassa; i corpi 3230 sono posti in vani dell'elica 3210.

Come si vede particolarmente bene in Fig.5A, l'elica 3210 presenta un bordo 3213 circonferenziale (che può essere pieno o bucherellato) che si estende (almeno in parte) assialmente; il bordo 3213 è preferibilmente pieno per contenere sia i corpi di riempimento che le bolle di gas, ma può anche essere con aperture.

Come si vede particolarmente bene in Fig.5B, l'elica 3210 presenta una pluralità di setti 3214 che si estendono (almeno in parte) assialmente e radialmente; i setti 3214 sono preferibilmente pieni per contenere sia i corpi di riempimento che le bolle di gas, ma possono anche essere con aperture.

In generale, la biomassa può essere fissata a uno o più dei seguenti componenti:

- i corpi di riempimento 3230

- la superficie volvente dell'elica 3210 del contattore 3200

- il bordo 3213 dell'elica 3210 del contattore 3200

- i setti 3214 dell'elica 3210 del contattore 3200

- il tubo interno 3222 del contattore 3200

- il tubo esterno 3221 del contattore 3200

Nell'esempio di Fig. 3 e Fig. 4, durante il funzionamento del reattore 3000, vi è flusso di liquido e di bolle di gas da un estremo inferiore del tubo esterno 3221 ad un estremo superiore del tubo esterno 3221.

Il liquido fluente è soggetto a processi microbiologici da parte della biomassa presente nel contattore 3200.

Le bolle di gas tendono a risalire verso l'alto, favoriscono la rotazione del contattore 3200 e dei suoi componenti; la rotazione della spirale 3210 muove il liquido verso il basso o l'alto a seconda del verso dell’elica.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Reattore (1000) comprendente una vasca (100) atta a contenere un liquido e un contattore (200) posto in detta vasca (100) e atto ad essere attraversato da flusso di detto liquido, in cui detto contattore (200) contiene biomassa atta a effettuare un processo microbiologico su liquido fluente, in cui detto contattore (200) comprende: - un'elica (211, 212) atta a ruotare, e - un tubo (221, 222) all'interno del quale è situata detta elica (211, 212).
2. Reattore (1000) secondo la rivendicazione 1, in cui detta elica (211, 212) e detto tubo (221, 222) sono uniti tra loro oppure disgiunti tra loro.
3. Reattore (3000) secondo la rivendicazione 1 oppure 2, in cui detto contattore (3200) comprende un'elica (3210), un tubo interno (3222) unito a detta elica (3210) e un tubo esterno (3221) disgiunto da detta elica (3210).
4. Reattore (1000) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente un motore (300) atto a fare ruotare detta elica (211, 212).
5. Reattore (1000) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente un generatore (400) di bolle di gas atto a emettere bolle di gas in detto liquido in detta vasca (100).
6. Reattore (1000) secondo la rivendicazione 5, in cui detto generatore (400) atto a fare ruotare detta elica (211, 212) per effetto delle bolle di gas emesse.
7. Reattore (1000) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente corpi di riempimento su cui è fissata detta biomassa.
8. Reattore (1000) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui l'asse di detta elica (211, 212) è posto in modo tale da formare un angolo rispetto ad un piano orizzontale.
9. Reattore (1000) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta elica (211, 212) è atta a essere totalmente immersa in detto liquido.
10. Reattore (3000) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta elica (3210) presenta un bordo (3213) circonferenziale che si estende assialmente.
11. Reattore (3000) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta elica (3210) presenta una pluralità di setti (3214) che si estendono radialmente e radialmente.
12. Reattore (3000) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto contattore (3200) è fatto in modo che vi sia flusso di detto liquido da un primo estremo di un suo tubo (3221) ad un secondo estremo di un suo tubo (3221).
13. Reattore (3000) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta biomassa è fissata a detta elica (3210) di detto contattore (3200) e/o a un tubo (3221) di detto contattore (3200).