NL8301374A - Werkwijze en inrichting voor de bevordering van de groei van een biologische massa. - Google Patents

Description

833041/vdV/Ar/cd -1- ‘

Korte aanduiding: Werkwijze en inrichting voor de bevordering van de groei van een biologische massa.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze en een inrichting voor de bevordering van de groei van micro-organis-men onder toepassing van een geschikt voedingsmiddel.

Voorbeelden van werkwijzen, waarop de uitvinding betrek-5 king heeft en die industrieel uitgevoerd worden zijn biologische fermentatieprocessen van verschillende aard en de behandeling van afvalwater of industrie-effluenten door middel van het zogenaamde geaktiveerde slib-proces.

De onderhavige uitvinding is gebaseerd op het gebruikma-10 ken van de mogelijkheid om micro-organismen, hierna "biologische massa" genaamd, te vormen in een reaktievat, zodat het volume van de aanwezige biologische massa nauwkeurig bekend is en aanwezig is in verpakkingen van bekende afmetingen en vorm. Aldus kan de concentratie van de biologische massa op een opti-15 maal niveau gehouden worden en kunnen de ouderdom van de biologische massa en dientengevolge de opbrengst van reakties alsmede de aard van deze reakties bepaald en geregeld worden.

De onderhavige uitvinding verschaft een werkwijze voor het bevorderen van de groei van een biologische massa, door 20 toepassen van een vat, dat een vulling bestaande uit een aantal vrij beweegbare lichamen met elk een inwendige struktuur ter vorming van een aanzienlijke lege ruimte bevat, zodat een beschermende omgeving wordt verschaft, die de groei van micro-organismen mogelijk maakt, waarbij een uitgestrekt toe-25 gangsgebied vanaf het uitwendige oppervlak van elk lichaam naar de lege ruimte daarin aanwezig is, en onder toevoer van een voedingsmateriaal in het vat om in kontakt te komen met de vulling, welke werkwijze gekenmerkt is, doordat elk lichaam bestaat uit een blok van open-celvormig materiaal met een ver-30 knoopte struktuur, zodat in hoofdzaak alle individuele ruimten, die door de verknoping gedefinieerd worden, in het gebied van 0,2 mm tot 2,5 mm in doorsnede liggen en de ruimten alle onderling verbonden zijn, zodat de door de struktuur van elk lichaam gedragen biologische massa als een integrale massa in 8301374 * * -2- de lege ruimte daarvan opgenomen is.

Onder "open-celvormig materiaal” wordt een materiaal verstaan, waarin geen celwanden aanwezig zijn, doch louter een draadvormig netwerk bestaat.

5 De groei van biologische massa naar buiten vanaf het uitwendige oppervlak van elk van deze lichamen wordt beperkt door de relatieve beweging van de lichamen in het vat. D.w.z., dat elke buitenwaartse groei onmiddellijk gestopt wordt door wrijving.

10 Het is van belang, dat de lichamen een zodanige vorm en afmeting bezitten, dat ze ten opzichte van elkaar in het vat kunnen bewegen met een wrijvende- en/of stotende werking zonder zich te verenigen tot een vaste eenheid. Voorts moet het uitwendige oppervlak van de lichamen van zodanige aard zijn, dat 15 onderlinge koppeling tijdens een dergelijke beweging voorkomen wordt.

De uitvinding zal nader toegelicht worden in de hierna volgende beschrijving aan de hand van de tekeningen, die één vorm van een inrichting voor de behandeling van een afvoer-20 stroom volgens de zogenaamde behandelingsmethode met geaktiveerd slib volgens de uitvinding toont.

In de tekeningen toont: fig. 1 een gedeeltelijk weggelaten zijaanzicht van de inrichting, 25 fig. 2 een perspektivisch aanzicht van één van de licha men, en fig. 3 een vergroot beeld van de struktuurvorm van het materiaal, waaruit de lichamen zijn vervaardigd.

Bij een gebruikelijke behandelingsmethode met geaktiveerd 3Q slib wordt afvalwater of een industriële afvoerstroom belucht en geroerd in een vat in aanwezigheid van een biologische massa, die verschillende verontreinigingen in de afvoerstroom metaboliseert en groeit onder vorming van een zogenaamd secundair slib, dat door sedimentatie uit de afvoerstroom verwijderd 35 kan worden. De concentratie van de biologische massa in het behandelingsvat zal variëren met veranderingen in de samenstelling van de afvoerstroom, de verblijftijd en talrijke andere faktoren, doch zal in elk geval beperkt worden met als gevolg, dat het behandelingsvat veel groter moet zijn dan nood-40 zakelijk zou zijn, wanneer hogere concentraties van de biolo- 8301374 » » -3- gische massa in stand gehouden zouden kunnen worden.

Uit de tekeningen blijkt, dat de onderhavige inrichting in hoofdzaak bestaat uit een tank 10, die een reaktievat vormt. Het vat is in hoofdzaak gevuld met een aantal lichamen 11, •5 waarvan de struktuür hierna nader beschreven zal worden. Elk van de lichamen 11 draagt en bevat een biologische massa, die deel uitmaakt van de totale biologische populatie in de tank 10. Een afvoerstroom, in dit geval afvalwater verkregen na zeven van ruw afvalwater en, indien noodzakelijk, voorafgaande 10 sedimentatie, wordt door de tank 10 naar boven geleid door toevoer door leiding 12. Behandelde vloeistof verlaat het boveneinde van de tank door een van openingen voorziene zeef 13 en stroomt in een verzamelvat of goot 14, die verbonden is met een afvoerleiding 15.

15 Lucht wordt aan de onderzijde van de tank toegevoerd door leiding 16 via een aantal luchtverdelers 17.

Wanneer de afvoerstroom en lucht naar boven door de tank 10 stromen, reageren ze met de op en in de lichamen 11 aanwezige biologische populatie, waardoor verschillende stoffen net 20 inbegrip van koolstofhoudende en eiwithoudende materialen afgebroken worden onder vorming van kooldioxyde en een nieuwe hoeveelheid biologische massa, die de neiging heeft om van de lichamen 11 naar buiten te groeien.

Het bed van de lichamen 11 vormt geen dichte bezetting 25 van het volume van de tank, waardoor de stroming van gas en vloeistof door de tank 30 enige beweging van de lichamen ten opzichte van elkaar veroorzaakt. Deze beweging is zodanig, dat de uitwendige oppervlakken van de lichamen tegen elkaar wrijven en/of stoten, waardoor een overmaat biologische massa door 30 afschuren verwijderd wordt, voordat het zich opbouwt op de buitenoppervlakken. Het kontakt van de lichamen met de wanden van de tank en de stroming van vloeistof over de lichamen kan eveneens bijdragen tot het losmaken van een overmaat biologische massa.

35 Men heeft gevonden, dat de concentratie van biologische massa per volume-eenheid van het reaktievat onder toepassing van lichamen van de betreffende aard met een faktor tot vijf maal groter kan zijn dan de concentratie van biologische massa in een gebruikelijke beluchtingstank, met het gevolg, dat de 40 capaciteit van het behandelingsvat voor een bepaalde doorstro- 8301374 ' . “4“ ming van effluent ongeveer 1/5 van die van een gebruikelijk vat kan zijn met een daaruit voortvloeiende en een aanzienlijke vermindering van de hoofdkosten van een behandelingsinrichting, wanneer in beide gevallen de aktiviteit van de biologische 5 massa gelijk is.

De lichamen 11 bezitten een bijzondere constructie. Zoals getoond in fig. 2 is de algemene vorm bij voorkeur kubusvormig of dergelijke, om ze ten opzichte van elkaar te kunnen laten bewegen met een wrijvende- en/of stotende werking zonder 10 zich tot een vaste eenheid te verbinden.

De lichamen zijn bij voorkeur vervaardigd uit een synthetisch opgeschuimd materiaal zoals polyurethan, van het type met open cellen, waarin de wanden van de cellen verwijderd zijn ter vorming van een verknoopte struktuur 18 zoals weer-ÏS gegeven in fig. 3, waarbij meer dan 90% van het stortvolume van het materiaal open ruimte is en de holten of cellen 19 alle onderling verbonden zijn, waardoor in feite één doorlopende lege ruimte gevormd wordt. In hoofdzaak alle van de afzonderlijke holten en cellen 19, die bepaald worden door de draden van het netwerk, moeten een doorsnede van 0,2 tot 2,5 mm en met 20 voordeel van 0,6 tot 1,3 mm bezitten, terwijl de draden een doorsnede tussen 0,06 en 0,8 mm moeten bezitten. Bijvoorbeeld kunnen de lichamen uit een laag van een dergelijk materiaal met een dikte van ongeveer 12,5 mm gesneden zijn en kan elk lichaam een afmeting van ongeveer 25 mm bezitten. Het materi-25 aal moet buigzaam en in dit voorbeeld volledig veerkrachtig zijn..

De draad- of vezelachtige aard van het materiaal, die duidelijk te zien is in fig. 3, zal een buitengewoon groot toegangsgebied vanaf het buitenoppervlak van elk lichaam naar 30 de totale inwendige lege ruimte daarvan verschaffen en de doorlopende lege ruimte is zodanig, dat het volume van de biologische massa, die erop en erin vastgehouden wordt in het algemeen in elk lichaam aanwezig is als een integrale massa of monolie-tische struktuur, waarbij het netwerk als versteviging dient.

35 Tijdens het gebruik bezitten lichamen in het centrale gedeelte van de tank, die in hoofdzaak gevuld zijn met biologische massa, de neiging om naar boven te stijgen en opgevangen te worden in een verzamelvat 20, dat aan de onder- en bovenzijde open is en van openingen voorziene zijwanden bezit.

830 1 37 4 • < -5-

Uit het verzamelvat 20 worden de gevulde lichamen uit de tank afgevoerd door een transportband 21, waarop ze onder een eerste rol 22 doorgaan, die een zachte drukwerking op de lichamen uitoefent om daaruit een overschot schoon water te 5 verwijderen. Daarna verlaten de lichamen de band 21 en worden door een stortgoot 23 naar de spleet van een paar mangelwalsen 24 geleid, die in hoofdzaak alle biologische massa of slib uit de lichamen drukken, waarna de van biologische massa bevrijde lichamen opnieuw door stortgoot 25 in de tank worden 10 gevoerd, terwijl het verwijderde slib door een stortgoot 26 in een opslagvat 27 voor daaropvolgende afvoer wordt gebracht. Het slib bevat ongeveer 6 gew% vaste stoffen en kan in het vat 27 door elk geschikt middel in verse toestand gehouden worden.

15 Het zal derhalve duidelijk zijn, dat de lichamen con tinu teruggevoerd worden door de tank 10. Wanneer de lichamen in de tank circuleren dragen en bevatten ze geleidelijk meer biologische massa, die ofwel afkomstig is uit de in de vloeistof aanwezige biologische massa, ofwel het gevolg is van een 20 onvolledige verwijdering van biologische massa door de mangelwalsen 24. De inrichting is zodanig ontworpen, dat de verblijf-’ tijd van de lichamen in de tank 10 zodanig is dat ze verwijderd worden, wanneer ze in hoofdzaak gevuld zijn met biologische massa.

25 De stroom van vloeistof en lucht door de tank 10 vindt zodanig plaats, dat het bed van de lichamen 11 voldoende ge-fluïdiseerd wordt om de groei van biologische massa tot buiten de oppervlakken van de lichamen te voorkomen.

Het teruggewonnen overschot van de biologische massa of 30 het slib zou een kleinere hoeveelheid vrij water bevatten dan het volgens bekende werkwijzen verkregen secundaire slib, waardoor ontwateren tot een te verbranden toestand gemakkelijker wordt gemaakt.

Het zal duidelijk zijn, dat op elk tijdstip de hoeveel-35 heid van de in het reaktievat aanwezige biologische massa evenals de afmeting en vorm van de eenheden of verpakkingen, waarin de massa aanwezig is, redelijk nauwkeurig bekend is, en dat de regeling van de reaktie aldus nauwkeuriger en meer vooraf regelbaar is dan tot nu toe met gebruikelijke systemen mogelijk was. 40 Er bestaan verschillende belangwekkende mogelijkheden.

8301374 -6-

I I

Bijvoorbeeld kunnen de lichamen een dergelijke afmeting bezitten, dat ze een voldoende groot volume biologische massa dragen en bevatten, waardoor in hoofdzaak aërobe processen plaatsvinden aan het oppervlak van elk lichaam en in een in-5 wendig gelegen laag nabij het oppervlak, terwijl in hoofdzaak anaërobe processen zoals de omzetting van nitraat in stikstof-gas in het inwendige van het lichaam in de dieper gelegen lagen van de biologische massa plaatsvinden. Opgemerkt wordt, dat de afmeting van het lichaam, die noodzakelijk is om er 10 zeker van te zijn dat zowel aërobe als anaërobe processen plaatsvinden, afhangen van het gehalte aan opgeloste zuurstof . in het reaktievat. Hieruit volgt, dat de afmeting van het lichaam gekozen kan worden voor een bepaald gehalte aan opgeloste zuurstof of het gehalte aan opgeloste zuurstof geregeld kan 15 worden voor een bepaalde afmeting van het lichaam ter verkrijging van het gewenste niveau van zowel de aërobe als anaërobe processen.

Hoewel de uitvinding beschreven is met betrekking tot de behandeling van afvoerstromen, zal het duidelijk zijn, dat de 20 methoden toegepast kunnen worden bij elke werkwijze, waarbij men biologisch materiaal laat groeien met behulp van een voedingsstof. Bijvoorbeeld kunnen de methoden toegepast worden voor de produktie van farmaceutische stoffen en enkele cel-proteïnen zoals gist. Bijvoorbeeld zouden fermentatievaten in •25 de brouwerij en daarmee verbonden industriën met voordeel de noodzakelijke gist in lichamen van de algemeen hierin beschreven soort kunnen bevatten.

Het zal duidelijk zijn, dat de lichamen zelfs wanneer ze leeg zijn, kunnen dienen als filter in de inrichting, en bij 30 sommige toepassingen zou een dergelijke filterwerking voordelig kunnen zijn.

Hoewel in de beschreven uitvoeringsvorm de lichamen veerkrachtig zijn en het overschot aan biologische massa verwijderd wordt door persen, zouden andere netwerkvormige materialen zoals 35 stijve of halfstijve polymeerschuimen toegepast kunnen worden, en zouden de lichamen met hun inhoud vernietigd of door een of andere chemische of fysische methode geleegd kunnen worden.

De lichamen worden zo mogelijk teruggevoerd om de totale kosten van het proces te drukken.

-Conclusies- 8301374

Claims (14)

1. Werkwijze voor het bevorderen van de groei van een biologische massa onder toepassing van een vat, dat een vulling bevat, die bestaat uit een aantal vrij beweegbare lichamen met elk een inwendige struktuur, waardoor een aanzienlijke lege 5 ruimte daarin wordt bepaald ter verkrijging van een beschermende omgeving, die de groei van een biologische massa mogelijk zal maken, terwijl een uitgestrekt toegangsgebied door middel van een aantal openingen en holten in het uitwendige oppervlak van elk lichaam naar de lege ruimte daarin aanwezig 10is, en onder toevoer van een voedingsmateriaal in het vat om dit in kontakt te brengen met de vulling, met het kenmerk, dat elk lichaam bestaat uit een blok van een open-celvormig materiaal met een verknoopte struktuur, zodat in hoofdzaak alle afzonderlijke ruimten in het netwerk een 15doorsnede van 0,2 tot 2,5 mm bezitten, en de ruimten onderling verbonden zijn, zodat de door de struktuur van elk lichaam gedragen biologische massa in de lege ruimte daarvan aanwezig is in de vorm van een in hoofdzaak integrale massa.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, m e t het ken-20m e r k, dat men de lichamen in het vat voldoende ten opzichte van elkaar laat bewegen om ophoping van biologische massa aan de buitenzijde van het uitwendige oppervlak van de lichamen te beperken.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2,met het 25 kenmerk, dat men continu of periodiek lichamen uit het vat verwijderd, wanneer ze beladen en in hoofdzaak gevuld zijn met biologische massa, de lichamen bevrijdt of in hoofdzaak bevrijdt van biologische massa, en terugvoert in het vat.

4. Werkwijze volgens ëën der conclusies 1-3, met het 30kenmerk, dat de door het netwerk bepaalde ruimten meer dan 80% van het stortvolume van het materiaal uitmaken.

5. Werkwijze volgens ëën der voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat het voedingsmateriaal een afvalwater of industrie-effluent is.

6. Inrichting voor de bevordering van de groei van een biologische massa, omvattende een vat met een vulling, die be- 8301374 =8- * < staat uit een aantal vrij beweegbare lichamen met elk een inwendige struktuur, die een aanzienlijke lege ruimte daarin levert ter verkrijging van een beschermende omgeving, die de groei van een biologische massa mogelijk zal maken, terwijl 5 een aanzienlijk toegangsgebied door middel van een aantal ope-ningen of holten in het uitwendige oppervlak van elk lichaam naar de lege ruimte daarin aanwezig is, en middelen voor de toevoer van een voedingsmateriaal in het vat om dit in kontakt te brengen met de vulling, met het kenmerk, dat 10 elk lichaam bestaat uit een blok van een open-celvormig materiaal met een verknoopte struktuur, zodat in hoofdzaak alle door het netwerk bepaalde afzonderlijke ruimten een doorsnede van 0,2 tot 2,5 mm bezitten, en de ruimten onderling verbonden zijn, zodat de door de struktuur van elk lichaam gedragen 15 biologische massa zich in de vorm van een in hoofdzaak integrale massa in de lege ruimte van het lichaam bevindt.

7. Inrichting volgens conclusie 6,met hetken-m e r k, dat de vulling in het vat zodanig is aangebracht, dat de lichamen tijdens de uitvoering van de werkwijze ten opzichte • 20 van elkaar kunnen bewegen met een stotende of wrijvende werking doch zonder zich met elkaar te verbinden, waardoor de opeenhoping van biologische massa aan de buitenzijde van het of elk lichaam wordt beperkt.

8. Inrichting volgens conclusie 6 of 7,met het 25 kenmerk, dat deze voorts organen voor het continu of periodiek verwijderen van lichamen uit het vat, organen voor het extraheren van biologische massa uit de verwijderde lichamen, en organen voor het opnieuw terugvoeren van de van biologische massa bevrijde lichamen in het vat bevat.

9. Inrichting volgens êên der voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat deze voorts organen voor het toevoeren van lucht aan de onderzijde van het vat om de met bidlogische massa gevulde of in hoofdzaak gevulde lichamen in het vat op te laten stijgen, een verzamelvat om de opstijgende 35 lichamen op te vangen, organen om de lichamen uit het verzamelvat te verwijderen, organen voor het verwijderen van de biologische massa uit de verwijderde lichamen en organen voor het terugvoeren van de van biologische massa bevrijde lichamen in het vat-bevat, terwijl voorts middelen aanwezig zijn om behandel- 8301374 -9- * * • ¢. de vloeistof uit een bovenste gedeelte van het vat te winnen.

10. Lichaam ter toepassing bij de werkwijze van conclusie 1, m e t het kenmerk, dat het bestaat uit een blok van open-celvormig materiaal met een zodanige verknoopte 5 struktuur, dat in hoofdzaak alle-door het netwerk bepaalde afzonderlijke ruimten een doorsnede van 0,2 tot 2,5 mm bezitten, en de ruimten zodanig onderling verbonden zijn, dat de door de struktuur van elk lichaam gedragen biologische massa zich in de vorm van een in hoofdzaak integrale massa in de lege ruimte 10 daarvan bevindt.

11. Lichaam volgens conclusie 10,met het kenmerk, dat de door het netwerk bepaalde ruimten meer dan 80% van het stortvolume van het materiaal uitmaken.

12. Lichaam volgens conclusie 10 of 11, m e t het 15kenmerk, dat het de vorm bezit van een kubus of derge- lijke, zodat een aantal daarvan ten opzichte van elkaar kunnen bewegen met een wrijvende- en/of stotende werking zonder zich tot een vaste eenheid te verbinden.

13. Lichaam volgens êën der conclusies 10 tot 12, 20 met het kenmerk, dat de draden van het netwerk een doorsnede van 0,06 tot 0,8 mm bezitten.

14. Lichaam volgens één der conclusies 10 tot 13, m e t het kenmerk, dat het een dikte van 12 mm en een op-pervlakte-af meting van 25 mm x 25 mm bezit. 8301374