PL174796B1

PL174796B1 - Element nośny do bioreaktora ze złożem stałym i sposób wytwarzania elementów nośnych

Info

Publication number: PL174796B1
Application number: PL94310809A
Authority: PL
Inventors: Walter Herding; Peter Vogel; Klaus Rabenstein
Original assignee: Herding Entstaubung
Priority date: 1993-03-25
Filing date: 1995-09-22
Publication date: 1998-09-30
Also published as: CA2158979A1; DE4309779A1; BR9406023A; HU219145B; ATE163173T1; NO953761D0; SK116195A3; JP3397793B2; EP0690826B1; AU696957B2; SG82538A1; AU6505094A; ES2113096T3; CZ284356B6; DE59405258D1; CA2158979C; RU2144004C1; HUT73391A; JPH08507962A; HU9502773D0

Description

Przedmiotem wynalazku jest element nośny do bioreaktora ze złożem stałym i sposób wytwarzania elementów nośnych. Bioreaktor ze złożem stałym do oczyszczania cieczy przy pomocy mikroorganizmów, do którego przeznaczony jest element nośny zawiera dużą ilość elementów nośnych dla mikroorganizmów i drogi przepływu cieczy wzdłuż elementów nośnych, przy czym elementy nośne mają porowatą strukturę z porami, przez które przepływa ciecz i w których osiedlają się mikroogranizmy.

Znane są elementy nośne do bioreaktora ze złożem stałym do oczyszczania cieczy przy pomocy organizmów, przy czym elementy nośne mają zazwyczaj kształt rury. Za niekorzystne

174 796 w tym przypadku uważa się stosunkowo wysokie koszty wytwarzania elementów nośnych oraz trudności związane z prawidłowym rozmieszczeniem wymaganej liczby elementów nośnych w bioreaktorze.

Bioreaktor ze złożem stałym z płaskimi elementami nośnymi oddzielonymi od siebie za pomocą żeber dystansowych jest znany z opisu patentowego USA nr 2458163, przy czym żebra dystansowe nie stanowią tu integralnej części elementów nośnych, ale są do nich przymocowane za pomocą gwoździ. Żebra te są krótkie i nie mogą wyznaczać dróg przepływu cieczy. Ani elementy nośne ani żebra nie są wykonane ze struktury porowatej, w której mogłyby się osiedlać mikroorganizmy. Płaski element nośny z żebrami dystansowymi jest znany także z polskiego opisu patentowego nr 157 174. Również ten element wykonany jest ze struktury, która nie jest porowata, a zatem mikroorganizmy nie mogą osiedlać się w tych elementach nośnych. Elementy nośne opisane w tym dokumencie ułożone są poziomo jeden na drugim, żebra leżą poziomo, a woda przecieka z góry do dołu.

Elementy nośne, posiadające porowatą strukturę, utworzoną z cząstek tworzywa sztucznego, połączonych pod wpływem ciepła ujawnione zostały w zgłoszeniu PCT/DE92/00464 opublikowanym pod nr WO 92/22505. Znany jest również sposób wytwarzania elementów o porowatej strukturze, w którym cząstki tworzywa sztucznego umieszcza się w przestrzeni formującej, po czym doprowadza się do nich ciepło, wywołując łączenie się tych cząstek ze sobą i tworząc porowatą strukturę elementu.

Element nośny do bioreaktora ze złożem stałym do oczyszczania cieczy przy pomocy organizmów, mających kształt płaskiej bryły o małej grubości w stosunku do powierzchni i posiadający porowatą strukturę z omywanymi cieczą i zasiedlonymi przez mikroorganizmy porami, wytworzoną z cząstek tworzywa sztucznego, połączonych pod wpływem ciepła, według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera, wykonane z nim jako całość, żebra dystansowe, określające odstęp względem sąsiedniego elementu nośnego i wyznaczające drogę przepływu cieczy wzdłuż żeber dystansowych.

Korzystnie element ma kształt płaskiej płyty, z wystającymi z niej żebrami dystansowymi.

Korzystnie element zawiera drobnoporowate cząstki.

Korzystnie element jest połączony z wieloma innymi elementami nośnymi przez połączenie żeber dystansowych w pakiet elementów nośnych, korzystnie przez sklejenie lub spawanie.

Sposób wytwarzania elementów nośnych o porowatej strukturze, nadających się do zasiedlenia przez mikroorganizmy, w którym przygotowuje się cząstki tworzywa sztucznego i umieszcza się te cząstki tworzywa sztucznego w przestrzeni formującej, a następnie do tych, znajdujących się w przestrzeni formującej, cząstek tworzywa sztucznego doprowadza się ciepło, wywołując łączenie się tych cząstek ze sobą i tym samym wytwarza się porowatą strukturę elementu nośnego, według wynalazku charakteryzuje się tym, że formuje się żebra dystansowe jako integralne z elementami nośnymi, zaś zawartość przestrzeni formującej z cząstkami tworzywa sztucznego przenosi się, za pomocą ruchomych ograniczników przestrzeni formującej w kierunku do końca tej przestrzeni formującej i w trakcie tego przenoszenia doprowadza się ciepło, tworząc porowatą strukturę elementu nośnego.

Korzystnie cząstki tworzywa sztucznego podaje się do przestrzeni formującej w sposób ciągły.

Korzystnie przed umieszczeniem w przestrzeni formującej cząstki tworzywa sztucznego ogrzewa się wstępnie.

Korzystnie do cząstek tworzywa sztucznego dodaje się drobnoporowate cząsteczki.

Korzystnie do znajdujących się w przestrzeni formującej cząstek tworzywa sztucznego doprowadza się ciepło poprzez nagrzanie powierzchni ograniczników przestrzeni formującej i/lub przy pomocy mikrofali i/lub poprzez promieniowanie cieplne i/lub poprzez dodanie wstępne podgrzanych, drobnoporowatych cząstek.

Najprostszą formę nadającego się dó tego celu, płaskiego tworu stanowi płyta; stąd też szczególnie zalecane są płytowe elementy nośne. Równie korzystny efekt przynosi jednak zastosowanie konfiguracji odmiennych od płaskich płyt, zwłaszcza konfiguracji w rodzaju płyt falistych, przy czym zarys płyty w stosunku do głównej płaszczyzny może być bardziej zaokrąglony lub bardziej kanciasty. Zaleca się jednak, by kształt elementu nośnego również w

174 796 ostatnim z wymienionych przypadków - traktując rzecz z grubsza - pozostał płytowy, ponieważ ułatwia to wyjątkowo montaż elementów nośnych w bioreaktorze.

Grubość materiału elementów nośnych nie musi być stała w całym elemencie nośnym. Zaleca się jednak, by każdy element nośny miał wszędzie przynajmniej w przybliżeniu jednakową grubość. Pod pojęciem powierzchni elementu nośnego rozumiana jest w przypadku płytowego elementu nośnego wielkość płaskiego boku elementu nośnego, w przypadku tworów w kształcie płyty falistej wielkość odpowiedniego płaskiego boku, który można traktować jako powstały w wyniku pofałdowania płaskiego boku płyty.

Elementy nośne są wyposażone w żebra dystansowe, stanowiące integralną część jednej lub obu powierzchni elementów nośnych. W tym przypadku elementy nośne można wyjątkowo łatwo zestawiać ze sobą w ten sposób, że żebra dystansowe dotykają jednego lub obu sąsiednich elementów nośnych albo bezpośrednio, albo za pośrednictwem żebrem dystansowych sąsiedniego elementu nośnego. Ponadto można również żebra dystansowe i elementy nośne wykonać oddzielnie. W tym przypadku zestawienie elementów nośnych w reaktorze odbywa się na zasadzie naprzemiennego następowania po sobie elementów nośnych i żeber dystansowych.

Zaleca się łączenie kilku elementów nośnych w pakiet elementów nośnych i monotowanie ich w postaci całego pakietu w bioreaktorze. Odbywa się to poprzez łączenie integralnych żeber dystansowych danego elementu nośnego z sąsiadującym z jednej strony elementem nośnym lub sąsiadującymi po obu stronach elementami nośnymi. Można to również zrobić, umieszczając wykonane oddzielnie żebra dystansowe na elemencie nośnym, następnie na żebrach dystansowych sąsiedni element nośny, potem kolejne żebra dystansowe na wolnym boku ostatniego elementu nośnego itd. Do łączenia żeber dystansowych z elementami nośnymi lub łączenia ze sobą żeber dystansowych sąsiednich elementów nośnych zaleca się szczególnie klejenie lub spawanie.

Zwraca się uwagę na to, że żebra dystansowe mają wprawdzie kształt długich pasów materiału, jednak dla funkcji żeber dystansowych i działania bioreaktora nie ma znaczenia to, by żebra dystansowe biegły przez całą długość elementu nośnego. Żebra dystansowe mogą mieć np. rozmieszczone w odstępach otwory lub składające się z szeregu rozmieszczonych w odstępach elementów dystansowych. Żebra dystansowe mogą być masywne lub porowate.

Elementy nośne są wykonane z łączonych termicznie cząstek tworzywa sztucznego. Szczególnie zalecane są cząstki polietylenu, przy czym nadają się do tego celu również inne tworzywa. Elementy nośne zawierają zazwyczaj dodatkowo cząstki drobnoporowate, wskutek czego ogólna struktura elementów nośnych zawiera większe pory np. między cząstkami tworzywa sztucznego i mniejsze pory wewnątrz cząstek drobnoporowatych. Mikroorganizmy osiedlają się wówczas nie tylko w większych porach, lecz również w porach mniejszych. Odpowiednie do tego celu cząstki drobnoporowate uzyskuje się np. z pokruszonego glińca, węgla aktywowanego lub innych substancji organicznych. Istotne jest to, by cały element nośny, a zatem również cząstki drobnoporowate, mogły być omywane oczyszczana cieczą. Elementy nośne stanowią zatem struktury o porach otwartych, w danym wypadku łącznie z cząstkami drobnoporowatymi, przez które może przepływać ciecz.

Elementy nośne mogą ponadto zawierać dodatki, przy czym jako przykład podaje się nikiel, mający katalityczny wpływ na procesy życiowe mikroorganizmów.

W sposobie wytwarzania elementów nośnych, jeżeli przestrzeń formującą wykona się i zastosuje tak, że będzie wytwarzała ciągłe pasmo, stosując zwykle ograniczenia przestrzeni formującej z dwóch przeciwległych stron przy pomocy poruszanych po zamkniętym obwodzie taśm bez końca lub obracających się walców o wystarczająco dużych ' średnicach, i jeżeli ponadto cząstki tworzywa sztucznego będą doprowadzane do przestrzeni formującej w sposób ciągły lub quasi-ciągły, wówczas zrealizuje się ciągły sposób wytwarzania.

Alternatywnie można przestrzeń formującą ograniczyć otwieranymi i zamykanymi częściami formy, zwłaszcza połówkami formy, a cząstki tworzywa sztucznego doprowadzać partiami, za każdym razem po zamknięciu części formy. Ten podzielony na sztuki sposób wytwarzania nie wyklucza możliwości uzyskiwania na zasadzie oddzielonych przerwami etapów ciągłego pasma materiału elementu nośnego. Tego rodzaju sposób wytwarzania można określić jako półciągły.

174 796

Aby skrócić niezbędny do wzajemnego połączenia cząstek tworzywa sztucznego pod wpływem ciepła czas przebywania w przestrzeni formującej, cząstki tworzywa sztucznego można podgrzać przed ich umieszczeniem w przestrzeni formującej. W zakresie doprowadzania ciepła do znajdujących się w przestrzeni formującej cząstek tworzywa sztucznego istnieje szereg możliwości technicznych. Zalecane sposoby doprowadzania ciepła to nagrzewanie powierzchni ograniczających przestrzeń formującą i/lub zastosowanie mikrofal i/lub promieniowanie cieplne i/lub podawanie wstępnie podgrzanych cząstek mikroporowatych.

Sposób według wynalazku umożliwia wyjątkowo racjonalne wytwarzanie elementów nośnych wraz ze stanowiącymi ich integralną część żebrami dystansowymi. Według szczególnie zalecanej postaci wykonania zgodnego z wynalazkiem sposobu można wytwarzać elementy nośne z żebrami dystansowymi o zróżnicowanej wysokości, ponieważ zależnie od oczyszczanej cieczy i zależnie od stosowanych do oczyszczania mikroorganizmów korzystne jest utworzenie między poszczególnymi elementami nośnymi dróg przepływu o zróżnicowanych wymiarach. W tym celu można stosować wymienne przestrzenie formujące. Inne zalecane rozwiązanie polega na tym, by ograniczniki przestrzeni formującej wyposażyć w jeden lub kilka rowków (do formowania żeber dystansowych), przy czym głębokość rowków odpowiada maksymalnej wysokości wytwarzanych żeber dystansowych. Jeżeli należy wykonać elementy dystansowe o mniejszej wysokości, wówczas w rowkach można umieścić wkładki materiałowe, które zmniejszają efektywną głębokość rowków.

Można również wytwarzać elementy nośne, które zawierają cząsteczki drobnoporowate, jak wspomniano powyżej. W tym celu należy jedynie do cząstek tworzywa sztucznego, umieszczanych w przestrzeni formującej, dodać drobnoporowate cząsteczki, najlepiej w postaci równomiernie rozdrobnionej.

Przy pomocy elementów nośnych według wynalazku można prowadzić obróbkę wielu cieczy. Jako typowe przykłady należałoby wymienić, zwłaszcza silnie zanieczyszczone ścieki różnego pochodzenia (zwłaszcza zanieczyszczone organicznie ścieki np. z pieców rzeźniczych, browarów, mleczarni, ogólnie rzecz biorąc z urządzeń przemysłu spożywczego). Bioreaktor jest zwykle bioreaktorem pracującym na zasadzie beztlenowej, może jednak również pracować z obecnością tlenu lub z nadmiarem tlenu. Można stosować mikroorganizmy o anabolicznym procesie przemiany materii, tj. nastawione na rozkład określonych produktów lub substancji toksycznych. Można również użyć mikroorganizmów w katabolitycznym procesie przemiany materii tj. nastawione na wytwarzanie żądanych produktów przemiany materii, np. wytwarzanie antybiotyków, alkoholu i innych. Obróbkę gazów i cieczy można łączyć ze sobą.

Wytwarzane elementy nośne ewentualnie wytwarzane pasmo elementów nośnych są zazwyczaj przed i/lub w trakcie i/lub po wyjściu z przestrzeni formującej chłodzone, np. nadmuchem powietrza.

Przedmiot wynalazku został uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym: fig. 1 przedstawia urządzenie do oczyszczania ścieków z bioreaktorem ze złożem stałym; fig.2a bioreaktor według fig.1 w przekroju poziomym; fig.2b inny bioreaktor w przekroju poziomym; fig.3 - element nośny bioreaktora z fig.1 integralny z żebrami dystansowymi, w ujęciu perspektywicznym; fig.4 - układ dwóch elementów nośnych z fig.3 w przekroju poziomym; fig.5 - inną postać wykonania elementu nośnego integralnego z żebrami dystansowymi w przekroju poziomym; fig.6 - kolejną postać wykonania elementu nośnego z wbudowanymi żebrami dystansowymi w przekroju poziomym, jako układ kilku elementów nośnych; fig.7 układ kilku elementów nośnych z umieszczonymi między nimi, oddzielnymi żebrami dystansowymi, w przekroju poziomym; fig.8 - pakiet elementów nośnych złożony z większej liczby elementów nośnych; fig.9 - przestrzeń formującą do ciągłego wytwarzania elementów nośnych; fig. 10 - przestrzeń formująca, w innej postaci wykonania do ciągłego wytwarzania elementów nośnych; fig.11 - przestrzeń formującą, w kolejnej postaci wykonania, do ciągłego wytwarzania elementów nośnych; fig. 12 - schemat urządzenia do półciągłego wytwarzania elementów nośnych; fig. 13 - schemat urządzenia do impulsowego wytwarzania elementów nośnych; fig. 14 - element nośny w przekroju.

Pokazane na fig.l wraz z głównymi elementami urządzenie do biologicznej obróbki ścieków składa się z bioreaktora 2 ze złożem stałym, przed którym znajduje się zbiornik 4 o

174 796 quasi-ciągłym lub semi-ciągłym przepływie do neutralizacji obrabianych ścieków i wymiennik ciepła 6, który przeznaczone do obróbki ścieki doprowadza do temperatury, korzystnej dla obróbki biologicznej. Przy pomocy pompy 8 i systemu rur rozprowadzających 10 ścieki są wtłaczane skierowanymi do dołu strumieniami w dolną część bioreaktora 2 i rozprowadzane równomiernie na dnie 12 bioreaktora 2. Bioreaktor 2 ma jako całość kształt stojącego pionowo cylindra, przy czym górna ściana wieńcząca może być nieco wybrzuszona do góry. Alternatywnie bioreaktor 2 może mieć przekrój kwadratowy lub prostokątny. Zalecane na bioreaktor 2 materiały to stal jakościowa i, zwłaszcza przy bardzra dużej objętości, beton.

Powyżej systemu rur rozprowadzających 10 w bioreaktorze 2 umieszczona jest duża ilość elementów nośnych 14, co będzie jeszcze przedmiotem dalszej części opisu. Nad elementami nośnymi 14 w bioreaktorze 2 znajduje się strefa uspokojenia 16 z komorą osadzania szlamu.

Za progiem przelewowym 1 z bioreaktora 2 wychodzi rura spustowa 20. Poza tym widoczny jest przewód recyrkulacyjny 22 z wbudowaną weń pompą 24. Przez przewód recyrkulacyjny 22 ścieki można pobierać ze strefy uspokojenia 16 i kierować do systemu rur rozprowadzających 10. Recyrkulacja części ścieków, która przeszła już przez układ elementów nośnych 14, pozwala wydłużyć czas przebywania ścieków w bioreaktorze. Centralny górny przewód 25 umożliwia odprowadzanie tworzącego się gazu.

Na fig.2a widać, że elementy nośne 14 mają kształt płaskich, ustawionych pionowo płyt. Elementy nośne są ustawione równolegle do siebie i mają - mierząc poziomo - rożne szerokości, co pozwala jak najpełniej wykorzystać wewnętrzną przestrzeń bioreaktora 2. Przepływ ścieków w bioreaktorze 2 następuje z dołu do góry wzdłuż płaskich powierzchni elementów nośnych 14, a mianowicie przez przestrzenie pośrednie 26, utworzone w odstępach między dwoma sąsiednimi elementami nośnymi 14. Bioreaktor można również skonstruować w taki sposób, by przepływ ścieków odbywał się z góry do dołu. Elementy nośnel4 nie muszą być tak szerokie, jak bioreaktor 2, lecz każdy z nich można podzielić na kilka elementów nośnych, ustawionych obok siebie.

W przypadku wariantu według fig. 2b elementy nośne 14 są połączone w kilka mających trójkątny przekrój pakietów elementów nośnych. Kilka pakietów elementów nośnych styka się z sobą, tworząc pełen obwód, co daje w efekcie układ o wielobocznym, w przybliżeniu kołowym przekroju, przy czym elementy nośne 14 ustawione są stycznie.

Na fig. 3 pokazano w sposób bardziej szczegółowy budowę elementu nośnego. Na płaskiej powierzchni 18 elementu nośnego 14 przewidziano stanowiące z nią jedną całość, wystające żebra dystansowe 28. Po zamontowaniu elementów nośnych 14 w bioreaktorze 2 żebra dystansowe 28 są ustawione pionowo. Zakończenia 30 wszystkich żeber dystansowych 28 łażą we wspólnej płaszczyźnie. Na przeciwnej płaskiej powierzchni 32 element nośny 14 nie ma żeber dystansowych 28, lecz jest na całej tej powierzchni płaski.

Figura 4 uwidacznia, w jaki sposób zestawia się równolegle elementy nośne według fig.3, by uzyskać układ wielu elementów nośnych 14. Zakończenia 30 żeber dystansowych 28 pierwszego, górnego na fig.4 elementu nośnego przystawia się do płaskiej powierzchni 32, drugiego, dolnego na fig.4 elementu nośnego 14 i na uzyskanych w ten sposób powierzchniach styku 34 wykonuje się stałe połączenie między dwoma sąsiednimi elementami nośnymi 14, zwykle przy pomocy klejenia lub spawania. Układ ten jest na fig.4 kontynuowany w analogiczny sposób ku dołowi do chwili, gdy powstanie pakiet, składający się z 10 do 100 połączonych ze sobą elementów nośnych 14.

Oczywiste jest, że mierzoną na fig.4 poziomo szerokość elementów nośnych 14 można zmieniać, by ogólny zarys pakietu nośnego dopasować np. do cylindrycznego bioreaktora 2, jak pokazano na fig.2. W bioreaktorze 2 można umieścić obok siebie kilka pakietów nośnych według fig.4. Rozumie się przy tym, że długość elementów nośnych 14 jest dobierana w zależności od wysokości bioreaktora 2.

Żebra dystansowe 28 i powierzchnie elementów nośnych 18 lub 32 wyznaczają drogi przepływu 36, mające w zasadzie kształt prostokątny. Stwierdzono, że żebra dystansowe 28 nie muszą mieć koniecznie kształtu ciągłych listew, jak pokazano na fig.3. Znaczne przepływy poprzeczne między jedną drogą przepływu 36 i drugą drogą przepływu 36 nie zakłócają przebiegu procesu. Pod względem funkcjonowania układu istotne jest przede wszystkim to, by

174 796 żebra dystansowe 28 utrzymywały elementy nośne 14 w sposób stabilny w określonych odstępach względem siebie.

Na fig.5 pokazano wariant, w którym elementy nośne 14 są na obu płaskich powierzchniach wyposażone w stanowiące ich integralną część żebra dystansowe 28. Przy dostosowaniu do siebie sąsiednich elementów nośnych jedno żebro dystansowe 28 dochodzi do drugiego żebra dystansowego 28.

Figura 6 pokazuje kolejny przykład z wielu możliwych wariantów kształtu elementów nośnych 14. Przedstawiono wariant, który można nazwać płytą falistą z szeregiem wyburzeń o kształcie półkolistym. Również tutaj na obu dużych płaszczyznach elementów nośnych 14 widoczne są, stanowiące ich integralną część, żebra dystansowe 28. Sąsiednie elementy nośne 14 są zetknięte ze sobą na zasadzie symerii lustrzanej. W efekcie otrzymuje się drogi przepływu o dwóch różnych kształtach, a mianowicie kołowe i kwadratowe o wklęśniętych do wewnątrz ściankach.

Na figurze 7 pokazano wariant, w którym żebra dystansowe 28 nie są ukształtowane na płytowych elementach nośnych 14 jako ich integralne części, lecz mają postać oddzielnych elementów, mających kształt pasów. Żebra dystansowe 28 są połączone z obydwoma sąsiednimi elementami nośnymi 14, np. przy pomocy klejenia-lub spawania, tworząc w efekcie pakiet elementów nośnych, analogiczny do postaci wykonania według fig.4.

Figura 8 pokazuje, w jaki sposób pakiet nośny 38 złożony z elementów nośnych 14 jest umieszczany w swego rodzaju ramie 40. Rama 40 składa się z czterech pionowych kątowników 42, umieszczonych w narożach pakietu elementów nośnych 38. Kątowniki 42 są połączone ze sobą na górze i na dole czterema prętami łączącymi 44. Pakiet nośny 38 jest w całości montowany w bioreaktorze 2 np. w ten sposób, że rama 40 spoczywa na dnie bioreaktora 2. W przypadku stosunkowo wysokich bioreaktorów 2 można kilka takich pakietów nośnych 38 ustawić jeden na drugim. Typowa wysokość pakietu nośnego 38 wynosi od 1do 2 m. Wymiary poziome mogą wynosić np. 0,5 do 2 m².

Elementy nośne 14 są wykonane zazwyczaj ze związanych termicznie cząstek tworzywa sztucznego, np. cząstek polietylenu. Wielkość cząstek tworzywa sztucznego leży w przedziale od 200 do 3000 pm, przy czym przeważająca ich część ma wielkość od 630 do 1600 pm. Poza tym element nośny 14 zawiera pokruszone cząstki glińca, który sam w sobie jest drobnoporowaty. Wielkość porów między cząstkami tworzywa sztucznego wynosi 0,1 do 5000 pm, przy czym przeważająca część porów ma wielkość z przedziału 100 do 500 pm. Średnia wielkość porów w cząstkach glińca jest znacznie mniejsza.

Na figurze 9 pokazano, w jaki sposób z porowatego materiału elementów nośnych, można wytwarzać ciągłe pasmo 46. Przewidziano dwie metalowe taśmy bez końca stanowiące ograniczniki 48, z których każdajest prowadzona między dwoma rozsuniętymi walcami 50. W centrum układu obie taśmy metalowe czyli ograniczniki 48 biegną w przybliżeniu równolegle do siebie, jednak na dole fig.9, między dwoma dolnymi walcami w nieco mniejszym odstępie niż na górze fig.9, między dwoma górnymi walcami. W lejowatą - z grubsza rzecz ujmując - przestrzeń formującą 52 między obiema taśmami czyli ogranicznikami 48, które okrążają tam oba górne walce 50, zasypywany jest od góry surowiec, a mianowicie cząstki tworzywa sztucznego i pokruszone cząstki glińca. Taśmy czyli ograniczniki 48 są podgrzewane, a droga styku tworzywa sztucznego z obiema taśmami czyli ogranicznikami 48 jest tak dobrana i dopasowana do prędkości ruchu taśm, że czas styku wystarcza, by na skutek wzrostu temperatury powierzchnia cząstek tworzywa sztucznego stała się lepiąca i nastąpiło wzajemne połączenie cząstek. Odpowiednie do tego celu temperatury leżą w przedziale od 160 do 190°C. Przy wychodzeniu z pary taśm czyli ograniczników 48 pasmo 46jest oziębiane. Następnie pasmo 46jest cięte poprzecznie do jego długości na pojedyncze elementy nośne 14.

Figura 10 pokazuje wariant, w którym ograniczniki 48 w postaci dwóch taśm są zastąpione parą ograniczników 54 w postaci walców. Przebieg procesu jest w zasadzie taki sam, jak opisano poprzednio.

Figura 11 pokazuje wariant zbliżony do postaci wykonania według fig. 10, w którym jednak każdy z obu walców stanowiących ograniczniki 54 jest końcowym walcem zwrotnym poziomego przenośnika taśmowego 55 bez końca z metalu. Cząstki tworzywa sztucznego są

174 796 doprowadzane na przenośnikach taśmowych 55 do przestrzeni formującej 52 między obydwoma walcami czyli ogranicznikami 54. Do szczeliny, czyli przestrzeni, formującej 52 wpadają z góry z leja zasypowego 57 pokruszone cząstki glińca. Cząstki glińca są nagrzewane do temperatury powyżej 200°C i doprowadzają do przestrzeni formującej 52 tyle ciepła, że zachodzi tam wzajemne połączenie cząstek tworzywa sztucznego z jednoczesnym przyłączeniem cząstek glińca.

Figura 12 przedstawia sposób, który pod względem kształtowania pasma 46 przebiega w kilku etapach. Zamiast pary taśm ewentualnie walców przewidziano tu formę 56 złożoną z dwóch połówek stanowiących ograniczniki 58, 60 przestrzeni formującej 52. Po zamknięciu połówek formy 56 w pusta komorę formy 56 wprowadza się od góry surowiec. Po wprowadzeniu surowca, połówki formy 56 można jeszcze nieco dosunąć do siebie, by wywrzeć ciśnienie na zawartość formy. Do tego momentu wytwarzane pasmo 46 pozostaje w spoczynku. Do zawartości formy 56 doprowadza się ciepło w celu wzajemnego połączenia cząstek tworzywa sztucznego. Następnie połówki formy 56 otwiera się lekko i wyciąga wytwarzane pasmo 46 do dołu na długość, odpowiadającą wysokość formy 56. Forma 56 zostaje ponownie zamknięta i proces jest powtarzany.

Na figurze 13 przedstawiono sposób wytwarzania, który nie prowadzi do powstania ciągłego pasma 46 z materiału elementów nośnych, lecz w kolejnych taktach do powstania pojedynczych elementów nośnych 14. Lewe połówki form stanowiące ograniczniki 58 są zamocowane w szeregu na dwóch przenośnikach, każdym w postaci pracy przenośników łańcuchowych bez końca. Dolne końce lewych na fig. 13 połówek form są zamocowane najednej parze przenośników łańcuchowych, które są owiniete wokół dolnych kół łańcuchowych 62, podczas gdy górne końce lewych na fig. 13 połówek form są zamocowane na drugiej parze przenośników łańcuchowych, których łańcuchy są owinięte wokół górnych kół zwrotnych 64. Z prawej na fig. 13 strony urządzenia przewidziano to samo na zasadzie symetrii lustrzanej dla prawych połówek form stanowiących ograniczniki 60. Dzięki takiej konstrukcji para złożona z lewej połówki formy, czyli ogranicznika 58 i prawej połówki formy, czyli ogranicznika 60 łączy się w górnej części urządzenia. Surowiec jest zasypywany od góry. Łańcuchy bez końca wędrują na fig. 13 wraz z połówkami form w sposób ciągły do dołu i przechodzą przez stanowisko grzania 66, następnie stanowisko chłodzenia 68. Dalej ku dołowi połówki form rozchodzą się, co umożliwia wyjęcie gotowych elementów nośnych. Proces może również przebiegać etapami tak, że poszczególne formy zatrzymują się kolejno na stanowisku napełniania surowcem, stanowisku grzania, stanowisku chłodzenia i stanowisku wyjmowania. Na stanowisku zasypywania materiału formę można poddać wibracjom w celu zagęszczenia zawartości formy.

Oczywiste jest, że w postaciach wykonania według fig. 9,10 i 11 przestrzeń formująca 52 jest zamknięta z boku, tzn. przed i za płaszczyzną rysunku. Przykładowo umieszcza się tam płyty, między którymi z małym bocznym luzem poruszają się taśmy lub walce, stanowiące ruchome ograniczniki 48,54.

Jak już kilkakrotnie wspomniano, cząstki tworzywa sztucznego, które należy połączyć ze sobą pod wpływem ciepła, mają w przestrzeni formującej 52 odpowiednią do tego celu temperaturę (w przypadku cząstek polietylenu jest to przedział między 160 i 190°C). Najbardziej korzystne możliwości osiągnięcia takich temperatur w przestrzeni formującej, pojedynczo lub w kombinacji, są następujące:

- ogrzewanie przynajmniej części powierzchni ograniczników 48, 54, 58, 60 przestrzeni formującej 52, azatem np. ogrzewanie taśm lub walców;

- wstępne podgrzewanie cząstek tworzywa sztucznego i/lub cząstek glińca. Wstępne podgrzewanie cząstek glińca jest szczególnie efektywne, ponieważ można je podgrzać do wyższych temperatur przed dodaniem do cząstek tworzywa sztucznego, a ich pojemność cieplna jest stosunkowo wysoka;

- inny sposób doprowadzania ciepła do zawartości przestrzeni formującej 52, zwykle poprzez wdmuchiwanie gorącego powietrza, nagrzewanie mikrofalowe itp. W postaciach wykonania według fig.9, 10 i 11 wymieniony jako ostatni rodzaj nagrzewania może się odbywać np. w kierunku prostopadłym do płaszczyzny rysunku.

Zalecana proporcja wagowa między cząstkami tworzywa sztucznego i cząsteczkami drobnoporowatymi wynosi 10 do 65%, zazwyczaj 30 do 55%, cząstek tworzywa sztucznego, gdzie resztę stanowią cząsteczki drobnoporowate.

174 796

Na figurze 14 pokazano, jaki sposób cząstki tworzywa sztucznego 70 i drobnoporowate cząsteczki 72 są rozmieszczone w gotowym elemencie nośnym 14.

Powiedziano już wcześniej, że przy pomocy bioreaktora 2 można uzdatniać albo same ciecze, albo ciecze zawierające gazy. W obu przypadkach główny strumień uzdatnianej cieczy lub uzdatnianego gazu jest prowadzony z dołu do góry lub z góry do dołu. W bioreaktorze 2 można również poddawać jednoczesnej obróbce zarówno ciecz, jak też gaz. Ciecz i gaz mogą przy tym płynąć na zasadzie współprądu lub przeciwprądu. Na podstawie fig.1 można sobie najłatwiej wyobrazić, że w dolnej części bioreaktora 2 poza systemem rozprowadzania ścieków 10 przewidziany jest również system rozprowadzania gazu. Ścieki i gaz płyną na zasadzie współprądowej do góry. Jest to zarazem przykład aerobowej obróbki ścieków.

Również przy pomocy ciągłych sposobów według fig.9, 10 i 11 można bez problemów wytwarzać elementy nośne 14 z wbudowanymi weń żebrami dystansowymi 28 w ten sposób, że taśmy czyli ograniczniki 48 lub walce czyli ograniczniki 54 zostaną wyposażone w odpowiednie wybrania wzdłuż ich długości lub obwodu.

174 796

FIG.13

174 796

70

FIG.14

174 796

FIG.9

174 796

£ FIG.5

Ί Π FK²⁸ y Π J-U “U Li

FIG.6

174 796

FIG.2b FIG. 2a

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 4,00 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Element nośny do bioreaktora ze złożem stałym do oczyszczania cieczy przy pomocy organizmów, mających kształt płaskiej bryły o małej grubości w stosunku do powierzchni i posiadający porowatą strukturę z omywanymi cieczą i zasiedlonymi przez mikroorganizmy porami, wytworzoną z cząstek tworzywa sztucznego, połączonych pod wpływem ciepła, znamienny tym, że zawiera, wykonane z nim jako całość, żebra dystansowe (28), określające odstęp względem sąsiedniego elementu nośnego (14) i wyznaczające drogę przepływu (36) cieczy wzdłuż żeber dystansowych (28).
2. Element według zastrz. 1, znamienny tym, że ma kształt płaskiej płyty, z wystającymi z niej żebrami dystansowymi (28).
3. Element według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera drobnoporowate cząsteczki (72).
4. Element według zastrz. 1, znamienny tym, że jest połączony z wieloma innymi elementami nośnymi (14) przez połączenie żeber dystansowych (28) w pakiet (38) elementów nośnych, korzystnie przez sklejenie lub spawanie.
5. Sposób wytwarzania elementów nośnych o porowatej strukturze, nadających się do zasiedlania przez mikroorganizmy, w którym przygotowuje się cząstki tworzywa sztucznego i umieszcza się te cząstki tworzywa sztucznego w przestrzeni formującej, a następnie do tych, znajdujących się w przestrzeni formującej, cząstek tworzywa sztucznego doprowadza się ciepło, wywołując łączenie się tych cząstek ze sobą i tym samym wytwarza się porowatą strukturę elementu nośnego, znamienny tym, że formuje się żebra dystansowe (28) jako integralne z elementami nośnymi (14), zaś zawartość przestrzeni formującej (52) z cząstkami tworzywa sztucznego (70) przenosi się, za pomocą ruchomych ograniczników (48, 54, 58, 60) przestrzeni formującej (52) w kierunku do końca tej przestrzeni formującej (52) i w trakcie tego przenoszenia doprowadza się ciepło, tworząc porowatą strukturę elementu nośnego (14).
6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że cząstki tworzywa sztucznego (70) podaje się do przestrzeni formującej (52) w sposób ciągły.
7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że przed umieszczeniem w przestrzeni formującej (52) cząstki tworzywa sztucznego (70) ogrzewa się wstępnie.
8. Sposób według zastrz. 5 albo 6 albo 7, znamienny tym, że do cząstek tworzywa sztucznego (70) dodaje się drobnoporowate cząsteczki (72).
9. Sposób według zastrz. 5 albo 6 albo 7, znamienny tym, że do znajdujących się w przestrzeni formującej (52) cząstek tworzywa sztucznego (70) doprowadzenia się ciepło poprzez nagrzanie powierzchni ograniczników (48, 54, 58, 60) przestrzeni formującej (52) i/lub przy pomocy mikrofal i/lub poprzez promieniowanie cieplne i/lub poprzez dodanie wstępnie podgrzanych, drobnoporowatych cząstek (72).