PL176200B1

PL176200B1 - Method of and apparatus for mixing liquid biomass in a biological reactor especially in presence mesophylic and/or thermophylic micro-organisms with simultaneous generation of gaseous methane

Info

Publication number: PL176200B1
Application number: PL93300077A
Authority: PL
Inventors: Mirosław Szuster
Original assignee: Szuster Miroslaw
Priority date: 1993-08-13
Filing date: 1993-08-13
Publication date: 1999-04-30
Also published as: WO1995005451A2; PL300077A1; WO1995005451A3; AU7391794A

Abstract

The manner according to the invention consists in: the mixing occurs in two successive phases: the rising phase - during which the biomass is led to the upper tank (1) through the ascent pipe (2) into the upper tank (1) and the recirculation phase during which the biomass swelled before is introduced into the upper part of the bioreactor (5). The apparatus according to the invention has the upper tank (1), inside which the upper ending of the ascent pipe (2) is placed and out of which at least one recirculating pipe (3) closed return is led out.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do mieszania płynnej biomasy w bioreaktorze, zwłaszcza w obecności mikroorganizmów mezofilnych i/lub termofilnych z równoczesnym uzyskiwaniem gazowego metanu, a w szczególności do mieszania osadów ściekowych w wydzielonych zamkniętych komorach fermentacyjnych.The subject of the invention is a method and a device for mixing liquid biomass in a bioreactor, especially in the presence of mesophilic and / or thermophilic microorganisms while obtaining methane gas, and in particular for mixing sewage sludge in separate closed fermentation chambers.

Znane są i powszechnie stosowane sposoby mieszania biomasy w bioreaktorze, w których biomasę przemieszcza się za pomocą rury wznoszącej z dolnej do górnej części bioreaktora podThere are known and commonly used methods of mixing biomass in a bioreactor, in which the biomass is moved by means of a rising pipe from the bottom to the top of the bioreactor under

176 200 wpływem doprowadzanego do rury wznoszącej lub pod wpływem obracania się zainstalowanego w niej mieszacza mechanicznego. Najczęściej stosowanym rozwiązaniem, zwłaszcza w wydzielonych zamkniętych komorach fermentacyjnych, jest mieszanie biomasy za pomocą rury wznoszącej z zastosowaniem mieszadła śrubowego w jej górnej części. Mieszadło instaluje się najczęściej na stropie stałym w osi bioreaktora. Przepływ biomasy w rurze wznoszącej odbywa się z dołu do góry z możliwością zmiany kierunku obrotów mieszadła śrubowego i przepływu biomasy z góry w dół. Przy przepływie biomasy w rurze wznoszącej z dołu do góry biomasa o większym ciężarze właściwym pobierana z dolnej części bioreaktora narzucana jest od góry na lżejsze od niej warstwy pływające w górnej części bioreaktora. Następuje wtedy zatapianie warstw pływających i przyspieszony rozkład ich części organicznych. Przy okresowej zmianie kierunku obrotów mieszadła śrubowego, gromadzący się w górnej części bioreaktora kożuch zostaje wtłoczony za pomocą rury wznoszącej do dolnych warstw biomasy bioreaktora. W ten sposób następuje dodatkowe niszczenie warstw kożucha. Biomasę po fermentacji poddaje się często odgazowaniu próżniowemu, aby następnie wydzielić z niej wodę nadosadową w osadniku wtórnym.176 200 under the influence of a feed to the riser pipe or under the rotation of a mechanical mixer installed therein. The most commonly used solution, especially in separated closed fermentation chambers, is the mixing of the biomass with the help of a rising pipe with the use of a helical agitator in its upper part. The agitator is usually installed on the fixed ceiling in the bioreactor axis. The flow of biomass in the rising pipe is from bottom to top, with the possibility of changing the direction of rotation of the screw stirrer and the flow of biomass from top to bottom. With the flow of biomass in the pipe rising from the bottom to the top, the biomass of higher specific weight collected from the lower part of the bioreactor is imposed from above on the lighter floating layers in the upper part of the bioreactor. Then the floating layers are submerged and their organic parts decompose faster. With the periodical change of the direction of rotation of the screw stirrer, the sheepskin accumulating in the upper part of the bioreactor is forced by a rising pipe to the lower layers of the bioreactor's biomass. Thus, additional destruction of the skin layers occurs. After fermentation, the biomass is often subjected to vacuum degassing in order to then separate it from over-sludge in a secondary settling tank.

Wadą rozwiązaniajest to, że dlabioreaktorów o dużych pojemnościach mieszanie biomasy za pomocą rury wznoszącej wystarcza tylko do niszczenia warstw pływających biomasy, lecz nie jest wystarczające dla dokładnego wymieszania i homogenizacji biomasy w całej objętości bioreaktora. Ponadto mieszadło śrubowe w mniejszym lub większym stopniu powoduje rozbijanie kłaczków osadu, co prowadzi do zakłóceń procesów fermentacyjnych biomasy w bioreaktorze, co z kolei obniża wydajność pracy bioreaktora. Przy tego rodzaju sposobach mieszania trudności w przeprowadzeniu dokładnego wymieszania zawartości bioreaktora polegają na tym, iż potrzebne są duże moce urządzeń mieszających. Aby zniszczyć kożuch i spowodować zawirowanie zawartej w bioreaktorze biomasy celemjej dokładnej homogenizacji potrzeba dużej ilości energii w krótkim czasie. Nawet w przypadku okresowego mieszania biomasy w bioreaktorze potrzebne są duże moce przyłączy elektrycznych. Dlatego dla bioreaktorów o dużych objętościach stosuje się dodatkowe systemy mieszania, jak na przykład za pomocą pomp, które najczęściej skojarzone są z systemem ogrzewania biomasy w bioreaktorze. Ponadto, celem odgazowania próżniowego biomasy należy budować oddzielne zbiorniki próżniowe, co zdecydowanie zwiększa koszty takiej instalacji i komplikuje sam proces technologiczny.The disadvantage of this solution is that for large capacity bioreactors, mixing the biomass with the rising pipe is only sufficient to destroy the floating layers of the biomass, but not sufficient for thorough mixing and homogenization of the biomass in the entire volume of the bioreactor. In addition, the screw agitator, to a greater or lesser extent, breaks up the sludge flocs, which disrupts the fermentation processes of the biomass in the bioreactor, which in turn reduces the efficiency of the bioreactor. With this type of mixing, the difficulties in thoroughly mixing the contents of the bioreactor are that high power mixing devices are required. A large amount of energy is needed in a short time to destroy the skin and swirl the biomass contained in the bioreactor for its thorough homogenization. Even in the case of periodic mixing of biomass in the bioreactor, high power electrical connections are needed. Therefore, for large-volume bioreactors, additional mixing systems are used, such as pumps, which are most often combined with the biomass heating system in the bioreactor. Moreover, for the purpose of vacuum degassing of biomass, separate vacuum tanks should be built, which significantly increases the costs of such an installation and complicates the technological process itself.

Sposób według wynalazku polega na tym, że mieszanie odbywa się w dwóch następujących po sobie fazach: w fazie wznoszenia - podczas której biomasę pod wpływem wytwarzanej próżni w zbiorniku górnym podaje się dołem rury wznoszącej do zbiornika górnego, gdzie następuje jej spiętrzenie oraz w fazie recyrkulacji - podczas której przynajmniej większość spiętrzonej wcześniej biomasy w zbiorniku górnym wprowadza się pod wpływem jej ciśnienia w zbiorniku górnym do górnych warstw biomasy znajdującej się w bioreaktorze, przy czym czas trwania fazy recyrkulacji jest krótszy od czasu trwania fazy wznoszenia. Faza wznoszenia rozpoczyna się od momentu wypompowywania gazu ze zbiornika górnego celem wytworzenia w nim próżni, a faza recyrkulacji rozpoczyna się od momentu doprowadzania gazu do zbiornika górnego celem likwidacji w nim próżni. Wypompowywanie gazu ze zbiornika górnego dokonuje się z chwilą lub po osiągnięciu przez biomasę w zbiorniku górnym poziomu niższego stanu napełnienia, w wyniku czego w zbiorniku górnym powstaje podciśnienie, które powoduje zassanie do niego biomasy z bioreaktora, przez co stan napełnienia biomasą zbiornika górnego wzrasta.The method according to the invention consists in mixing takes place in two successive phases: in the ascending phase - during which the biomass, under the influence of the vacuum generated in the upper tank, is fed through the bottom of the rising pipe to the upper tank, where it accumulates, and in the recirculation phase - during which at least the majority of previously stacked biomass in the upper reservoir is introduced under the influence of its pressure in the upper reservoir into the upper layers of biomass in the bioreactor, the duration of the recirculation phase being shorter than the duration of the rising phase. The ascent phase begins with the gas being pumped out of the top reservoir to create a vacuum in it, and the recirculation phase begins with the gas being fed to the top reservoir to remove the vacuum therein. The pumping of gas from the upper reservoir takes place when or after the biomass in the upper reservoir reaches the lower filling level, as a result of which a negative pressure is created in the upper reservoir, which causes the biomass to be sucked into it from the bioreactor, which increases the biomass filling level in the upper reservoir.

Gaz do zbiornika górnego doprowadza się z chwilą lub po osiągnięciu przez biomasę w zbiorniku górnym poziomu wyższego stanu napełnienia, lub osiągnięciu przez biomasę w bioreaktorze położenia minimalnego poziomu napełnienia, w wyniku czego ciśnienie w zbiorniku górnym rośnie, a biomasa ze zbiornika górnego wprowadzana jest do bioreaktora pod wpływem jej parcia hydrostatycznego lub pod wpływem jej parcia hydrostatycznego i zwiększonego ciśnienia gazu w zbiorniku górnym, przez co stan napełnienia w zbiorniku górnym opada, a w bioreaktorze wzrasta, po czym znów biomasa osiąga w zbiorniku górnym poziom niższego stanu napełnienia. W fazie wznoszenia wypompowywany gaz ze zbiornika górnego wprowadza się do bioreaktora, a w fazie recyrkulacji doprowadzany gaz do zbiornika górnego zawraca się z bioreaktora i/lub ze zbiornika magazynującego gaz i/lub wyrównującego ciśnienie.Gas is supplied to the upper reservoir when or after the biomass in the upper reservoir reaches a higher filling level, or the biomass in the bioreactor reaches the minimum filling level, as a result of which the pressure in the upper reservoir increases and the biomass from the upper reservoir is introduced into the bioreactor under the influence of its hydrostatic pressure or under the influence of its hydrostatic pressure and increased gas pressure in the upper tank, whereby the filling level in the upper tank drops, and in the bioreactor increases, and then again the biomass in the upper tank reaches the lower filling level. In the ascending phase, pumped gas from the top reservoir is fed into the bioreactor, and in the recirculation phase, gas fed into the top reservoir is returned from the bioreactor and / or from the gas storage and / or pressure equalization reservoir.

W fazie wznoszenia wypompowywany gaz ze zbiornika górnego można również sprężać w zbiorniku ciśnieniowym gazu do ciśnienia wyższego niż ciśnienie gazu w bioreaktorze, a w fazie recyrkulacji sprężony gaz ze zbiornika ciśnieniowego gazu można doprowadzać do zbiornika górnego i/lub do rury wznoszącej. Do dolnej części rury wznoszącej w trakcie fazy wznoszenia doprowadza się świeżą porcję biomasy zmieszaną wcześniej z biomasą z bioreaktora. Świeżą porcję biomasy lub świeżą porcję biomasy zmieszaną wcześniej z biomasą z bioreaktora można wprowadzać bezpośrednio do zbiornika górnego.In the ascending phase, the gas pumped out from the overhead vessel may also be pressurized in the gas pressure vessel to a pressure higher than the bioreactor gas pressure, and during the recirculation phase, pressurized gas from the gas pressure vessel may be fed to the overhead vessel and / or the riser pipe. Fresh biomass, previously mixed with biomass from the bioreactor, is fed to the bottom of the riser pipe during the ascent phase. Fresh biomass batch or fresh biomass batch previously mixed with the biomass from the bioreactor can be fed directly into the upper tank.

W urządzeniu według wynalazku górny koniec rury wznoszącej umieszczony jest w zbiorniku górnym, od którego odprowadzony jest co najmniej jeden zamknięty zwrotnie przewód recyrkulacyjny dla odprowadzenia powrotnego biomasy ze zbiornika górnego do górnej części bioreaktora. Zbiornik górny znajduje się wewnątrz i/lub powyżej bioreaktora, i posiada dla gazu odgałęzienie doprowadzające i odgałęzienie odprowadzające z zainstalowaną na nim pompą próżniową. Odgałęzienie odprowadzające z zainstalowaną na nim pompą próżniową połączone jest z górną częścią bioreaktora. Odgałęzienie odprowadzające może być również połączone ze zbiornikiem ciśnieniowym gazu, od którego odprowadzony jest łącznik gazowy z zaworem impulsowym połączony ze zbiornikiem górnym i/lub łącznik gazujący z zaworem odcinającym połączony z rurą wznoszącą. Od strony zbiornika górnego, odgałęzienie odprowadzające, połączone jest króćcem połączeniowym gazu ze zbiornikiem magazynującym gaz i/lub wyrównującym ciśnienie.In the device according to the invention, the upper end of the riser pipe is placed in the upper tank, from which at least one return closed recirculation conduit is discharged for the return of biomass from the upper tank to the upper part of the bioreactor. The upper reservoir is located inside and / or above the bioreactor, and has an inlet branch and an outlet branch for gas with a vacuum pump installed thereon. The discharge branch with the vacuum pump installed on it is connected to the upper part of the bioreactor. The discharge branch can also be connected to a gas pressure vessel from which a gas fitting with impulse valve connected to the upper tank is led and / or a gas fitting with a shut-off valve connected to the riser pipe. On the upper side of the tank, the discharge branch is connected to a gas storage and / or pressure equalizing tank via a gas connection pipe.

Na króćcu połączeniowym gazu zainstalowany jest zwrotny zawór nadmiarowy. Od zbiornika ciśnieniowego gazu odprowadzony jest przewód ciśnieniowy gazowy z zamontowanym na nim zaworem bezpieczeństwa odprowadzającym gaz do zbiornika magazynującego gaz i/lub wyrównującego ciśnienie. Odgałęzienie doprowadzające z zainstalowanym na nim zaworem sterowniczym wyprowadzone jest z górnej części bioreaktora. Odgałęzienie doprowadzające od strony zbiornika górnego połączone jest króćcem gazowym ze zbiornikiem magazynującym gaz i/lub wyrównującym ciśnienie. Na króćcu gazowym zainstalowany jest podciśnieniowy zawór sterowniczy. Górny koniec rury wznoszącej wystaje ponad dnem zbiornika górnego. Dno zbiornika górnego wykonane jest korzystnie w kształcie stożka ściętego.A non-return relief valve is installed at the gas connection port. A gas pressure line with a pressure relief valve mounted thereon is discharged from the gas pressure vessel to the gas storage and / or pressure equalization vessel. The supply branch with the control valve installed on it is led from the upper part of the bioreactor. The supply branch on the upper side of the reservoir is connected by a gas connection to the gas storage and / or pressure equalizing reservoir. A vacuum control valve is installed on the gas connection. The upper end of the riser pipe projects above the bottom of the upper tank. The bottom of the upper reservoir is preferably frusto-conical.

Górny koniec rury wznoszącej jest zakończony lejem otwartym rozszerzającym się ku górze, którego górna krawędź znajduje się na wysokości równej lub niższej od poziomu wyższego stanu napełnienia biomasą zbiornika górnego. Ze ściany bocznej leja otwartego wyprowadzony jest co najmniej jeden króciec przelewowy. Górny koniec rury wznoszącej może wystawać ponad poziomem wyższego stanu napełnienia biomasą w zbiorniku górnym, jak również może być zakończony dyszą, nad którą umieszczona jest współosiowo rura mieszająca, której górny rozszerzony koniec położony jest pomiędzy poziomem niższego stanu napełnienia, a poziomem wyższego stanu napełnienia biomasą zbiornika górnego. Co najmniej jeden z przewodów recyrkulacyjnych posiada syfonowe zamknięcie zwrotne.The upper end of the riser pipe ends with an open funnel which widens upwards, the upper edge of which is at a height equal to or lower than the level of the upper biomass filling level of the upper reservoir. At least one overflow connector extends from the side wall of the open hopper. The upper end of the riser pipe can protrude above the upper biomass fill level in the upper tank, and it can also terminate in a nozzle over which a mixing pipe is coaxially located, the upper flared end of which is located between the lower fill level and the higher biomass fill level of the tank upper. At least one of the recirculation lines has a siphon non-return valve.

Otwór wlotowy przewodu recyrkulacyjnego umieszczony jest w dolnej części zbiornika górnego poniżej położenia minimalnego poziomu napełnienia biomasą bioreaktora lub powyżej tego poziomu z jednoczesnym wygięciem przewodu recyrkulacyjnego ku dołowi poniżej położenia minimalnego poziomu napełnienia biomasą bioreaktora. Najwyżej położony otwór wylotowy przewodu recyrkulacyjnego umieszczony jest w górnej części bioreaktora powyżej położenia normalnego poziomu napełnienia biomasą w bioreaktorze. Co najmniej jeden z otworów wylotowych przewodu recyrkulacyjnego zanurzony jest w bioreaktorze poniżej położenia minimalnego poziomu napełnienia biomasą i połączony jest z co najmniej jednym otworem wylotowym tego przewodu położonym ponad normalnym poziomem napełnienia biomasą króćcem pionowym, którego średnica jest mniejsza od średnicy przewodu recyrkulacyjnego. Otwory wylotowe przewodu recyrkulacyjnego położone powyżej normalnego poziomu napełnienia biomasą w bioreaktorze zakończone są króćcami bocznymi, których końce leżą ponad położeniem normalnego poziomu napełnienia biomasą w bioreaktorze. Dolny koniec króćca pionowego połączony jest z górnym wieńcem rurowym, od którego odchodzą kanały boczne rozmieszczone na jego obwodzie.The inlet opening of the recirculation pipe is located in the lower part of the upper tank below the minimum biomass fill level of the bioreactor or above this level with a simultaneous bend of the recirculation pipe downwards below the minimum biomass fill level of the bioreactor. The highest outlet of the recirculation line is located in the upper part of the bioreactor above the normal level of biomass filling in the bioreactor. At least one of the outlets of the recirculation line is immersed in the bioreactor below the minimum biomass filling level position and is connected to at least one outlet of this line located above the normal biomass filling level with a vertical stub whose diameter is smaller than the diameter of the recirculation line. The recirculation line outlet openings located above the normal biomass fill level in the bioreactor are terminated with side stub pipes whose ends lie above the normal biomass fill level in the bioreactor. The lower end of the vertical spigot is connected to the upper tubular rim, from which side channels extend along its circumference.

Kanały boczne górnego wieńca rurowego w rzucie pionowym z góry odchodzą w tę samą stronę od wewnętrznej i zewnętrznej powierzchni górnego wieńca rurowego pod kątem ostrymThe side channels of the top tube ring in top elevation extend in the same direction from the inside and outside surfaces of the top tube ring at an acute angle

176 200 w stosunku do tych powierzchni, celem wywołania w bioreaktorze ruchu wirowego wokół jego osi symetrii. Górny wieniec rurowy połączony jest odgałęzieniem cyrkulacyjnym z zamontowaną na nim pompą cyrkulacyjną z dolnym wieńcem rurowym, od którego zewnętrznej i wewnętrznej powierzchni wyprowadzone są kanały ukośne, które w rzucie pionowym z góry skierowane są w stronę przeciwną w stosunku do kanałów bocznych górnego wieńca rurowego. Na odgałęzieniu cyrkulacyjnym zainstalowany jest wymiennik ciepła i/lub elementy grzejne. Dolne końce przewodów recyrkulacyjnych w rzucie pionowym są styczne do okręgu wewnętrznego zbiornika górnego o średnicy większej niż średnica rury wznoszącej i leżą w jej pobliżu. Górne końce przewodów recyrkulacyjnych wygięte są w przybliżeniu pod kątem prostym i skierowane są w dół korzystnie pod kątem ostrym do poziomu. Górne końce przewodów recyrkulacyjnych mogą być podwieszone są do stropu bioreaktora za pomocą cięgien. Do dolnej części rury wznoszącej doprowadzony jest przewód zasilający.176 200 with respect to these surfaces to cause the bioreactor to swirl about its axis of symmetry. The upper pipe ring is connected by a circulation branch with a circulation pump mounted on it with a lower pipe ring, from the outer and inner surfaces of which diagonal channels are led, which in the top plan view are directed opposite to the side channels of the upper pipe ring. A heat exchanger and / or heating elements are installed on the circulation branch. The lower ends of the recirculation lines in elevation are tangent to the inner circle of the upper tank with a diameter greater than the diameter of the riser pipe and lie close to it. The upper ends of the recirculation conduits are bent approximately at right angles and directed downwards, preferably at an acute angle to the horizontal. The upper ends of the recirculation lines can be suspended from the top of the bioreactor by means of tie rods. A power cord is connected to the bottom of the riser tube.

Na przewodzie zasilającym zainstalowana jest strumienica zasysająca biomasę z bioreaktora za pomocą króćca ssącego. Króciec ssący połączony jest z dolnym wieńcem rurowym. Rurę wznoszącą może stanowić betonowa podpora zbiornika górnego, w której umieszczony jest płaszcz grzewczy. Zbiornik górny przykryty jest stropem stałym w kształcie kopuły lub stożka. Zbiornik górny wykonany może być w postaci zbiornika cylindrycznego o osi pionowej z zamocowanym na nim kołnierzem mocującym. Na rurze wznoszącej może być zamocowany zawór odcinający cieczowy leżący na zewnątrz zbiornika górnego. Od rury wznoszącej, powyżej zaworu odcinającego cieczowego, odprowadzona jest rura spustowa z zaworem spustowym.On the supply line, there is an ejector that sucks the biomass from the bioreactor with the help of a suction nozzle. The suction stub is connected to the bottom pipe ring. The riser pipe can be a concrete support of the upper reservoir, in which the heating jacket is placed. The upper reservoir is covered with a dome-shaped or cone-shaped fixed ceiling. The upper tank can be made in the form of a cylindrical tank with a vertical axis with a mounting flange mounted on it. A liquid shut-off valve lying outside the upper reservoir may be fitted to the riser pipe. A drain pipe with a drain valve is drained from the riser pipe above the liquid stop valve.

Podstawową zaletą rozwiązania według wynalazku jest to, że wydajność sekundowa mieszania podczas fazy recyrkulacji może być od kilkunastu do kilkuset razy większa od wydajności mieszaczy mechanicznych stosowanych, zwłaszcza w dużych beztlenowych komorach fermentacyjnych z odzyskiwaniem biogazu.The main advantage of the solution according to the invention is that the mixing capacity per second during the recirculation phase may be from several to several hundred times higher than the capacity of mechanical mixers used, especially in large anaerobic fermentation chambers with biogas recovery.

Sposób mieszania według wynalazku pozwala najednoczesne mieszanie i odgazowywanie próżniowe w tym samym bioreaktorze, co pozwala w znaczym stopniu oddzielać osad od wody nadosadowej w osadniku wtórnym, bez potrzeby instalowania odrębnego zbiornika do odgazowywania próżniowego biomasy, a także przyspieszać procesy fermentacyjne w bioreaktorze.The mixing method according to the invention allows for simultaneous mixing and vacuum degassing in the same bioreactor, which allows the sludge to be separated significantly from the over-sludge water in the secondary settling tank, without the need to install a separate biomass vacuum degassing tank, and also to accelerate the fermentation processes in the bioreactor.

Urządzenie do mieszania biomasy według wynalazku ma z racji swego działania małe zapotrzebowanie na moc.Due to its operation, the device for mixing biomass according to the invention has a low power requirement.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładach wykonania na rysunku, naktórym fig. 1 przedstawia schematycznie urządzenie w pionowym przekroju osiowym; fig. 2 - urządzenie w przekroju poprzecznym w płaszczyźnie A-A na fig. 1; fig. 3 - urządzenie w pionowym przekroju osiowym, takie samo, jak pokazano na fig. 1, lecz ze zróżnicowanym wyposażeniem i kierowaniem biomasą; fig. 4 - urządzenie w przekroju poprzecznym w płaszczyźnie B-B na fig. 3; fig. 5 - górny i dolny fragment odmiany urządzenia w pionowym przekroju osiowym ze zbiornikiem górnym w postaci pionowo usytuowanego zbiornika cylindrycznego; fig. 6 - urządzenie w przekroju poprzecznym w płaszczyźnie C-C na dolnym fragmencie fig. 5; fig. 7 - górny fragment urządzenia w pionowym przekroju osiowym, takiego samego jak pokazano na fig. 5, lecz ze zróżnicowanym wyposażeniem i kierowaniem biomasą.The subject of the invention is illustrated in the following examples of the drawing, in which Fig. 1 is a schematic view of the device in a vertical axial section; Fig. 2 is a cross-sectional view along the plane A-A in Fig. 1; Fig. 3 is a device in vertical axial section, the same as shown in Fig. 1, but with different equipment and biomass guidance; Fig. 4 is a cross-sectional view along the plane B-B in Fig. 3; Fig. 5 shows the upper and lower parts of a device variant in a vertical axial section with an upper reservoir in the form of a vertically arranged cylindrical reservoir; Fig. 6 is a cross-sectional view of the device along the C-C plane in the lower part of Fig. 5; Fig. 7 is an upper section of the device in a vertical axial section, the same as shown in Fig. 5, but with different equipment and biomass guidance.

Urządzenie według wynalazku posiada zbiornik górny 1, do którego doprowadzona jest rura wznosząca 2 oraz od którego odprowadzony jest co najmniej jeden przewód recyrkulacyjny 3. Zbiornik górny 1 zamocowany jest w stropie 4 bioreaktora 5 w wykonaniu monolitycznym, jak pokazano na fig. 1 i fig. 3 lub montowany jest na stropie 4 oddzielnie i mocowany do niego za pomocą kołnierza 6, co przedstawiono na fig. 5 i fig. 7. Do zbiornika górnego 1 doprowadzone jest odgałęzienie doprowadzające 7 z zamontowanym na nim zaworem sterowniczym 8, przy czym drugi koniec odgałęzienia doprowadzającego 7 połączony jest z górną częścią bioreaktora 5. Odgałęzienie doprowadzające 7 od strony zbiornika górnego 1 połączone jest króćcem gazowym 9 ze zbiornikiem magazynującym gaz i/lub wyrównującym ciśnienie. Króciec gazowy 9 w zależności od wykonania zbiornika górnego 1 może być również odgałęzieniem odprowadzającym 10 z zamontowaną na nim pompą próżniową 11 nie pokazaną na fig. 1 i na fig. 3. Od zbiornika górnego 1 może być odprowadzone odgałęzienie odprowadzające 10 z zamontowaną na nim pompą próżniową 11 i wprowadzone do górnej części bioreaktora 5, co pokazano na fig. 5.The device according to the invention has an upper reservoir 1, to which a rising pipe 2 is led and from which at least one recirculation conduit 3 is discharged. The upper reservoir 1 is mounted in the roof 4 of a monolithic bioreactor 5, as shown in Fig. 1 and Fig. 3 or is mounted on the ceiling 4 separately and fixed to it by means of a flange 6, as shown in fig. 5 and fig. 7. A feed branch 7 with a control valve 8 mounted on it is connected to the upper tank 1, the other end of the branch 7 is connected to the upper part of the bioreactor 5. The feeding branch 7 from the side of the upper reservoir 1 is connected by a gas connector 9 to the gas storage and / or pressure equalizing reservoir. The gas connection 9, depending on the design of the upper tank 1, can also be a discharge branch 10 with a vacuum pump 11 installed on it, not shown in Fig. 1 and in Fig. 3. From the upper tank 1, a discharge branch 10 with a pump mounted on it can be led. 11 and introduced to the top of the bioreactor 5 as shown in Fig. 5.

176 200176 200

Sposób mieszania według wynalazku odbywa się w dwóch następujących kolejno po sobie fazach: w fazie wznoszenia i w fazie recyrkulacji. W fazie wznoszenia zawór sterowniczy 8 zostaje zamknięty, a pompa próżniowa 11 zasysa gaz ze zbiornika górnego 1 za pomocą odgałęzienia odprowadzającego 10 wprowadza go do bioreaktora i/lub do zbiornika magazynującego gaz lub wyrównującego ciśnienie. Pod wpływem wytwarzanej próżni w zbiorniku górnym 1 zasysana zostaje biomasa z dolnej części bioreaktora 5 dołem rury wznoszącej 2 do zbiornika górnego 1. W tym czasie, lustro biomasy w bioreaktorze 5 przemieszcza się od położenia normalnego poziomu napełnienia 12 w dół, aż do osiągnięcia przez biomasę w bioreaktorze 5 położenia minimalnego poziomu napełnienia 13.The mixing method according to the invention takes place in two successive phases: the rising phase and the recirculation phase. In the ascending phase, the control valve 8 is closed and the vacuum pump 11 draws gas from the upper vessel 1 via the discharge branch 10 and introduces it into the bioreactor and / or into the gas storage or pressure equalization vessel. Under the influence of the vacuum generated in the upper tank 1, the biomass is sucked from the lower part of the bioreactor 5 through the bottom of the riser pipe 2 to the upper tank 1. During this time, the biomass mirror in the bioreactor 5 moves from the normal filling level 12 downwards until the biomass is reached in the bioreactor 5 minimum filling level positions 13.

Po osiągnięciu przez biomasę wyższego stanu napełnienia 14 w zbiorniku górnym 1 lub osiągnięciu przez biomasę w bioreaktorze 5 położenia minimalnego poziomu napełnienia 13, zostaje otwarty zawór sterowniczy 8 i rozpoczyna się faza recyrkulacji. Gaz z górnej części bioreaktora 5 przedostaje się odgałęzieniem doprowadzającym 7 do zbiornika górnego 1 i likwiduje w nim wytworzoną wcześniej próżnię. W tej fazie mieszania, biomasa spiętrzona wcześniej w zbiornik górnym 1 przepływa przewodami recyrkulacyjnymi 3 do górnej części bioreaktora 5, aż w zbiorniku górnym 1 osiągnięty zostanie niższy stan napełnienia 15 biomasą. W fazie recyrkulacji następuje dość gwałtowne mieszanie górnych warstw biomasy w bioreaktorze 5, gdyż duże porcje biomasy wyrzucane są w krótkim czasie ze zbiornika górnego 1 do górnych warstw biomasy w bioreaktorze 5. Powoduje to intensywne niszczenie warstw kożucha na powierzchni biomasy w bioreaktorze 5, równomierne rozprowadzenie biomasy w całej objętości bioreaktora 5 i dobrą jej homogenizację.After the biomass has reached the higher fill level 14 in the upper reservoir 1 or the biomass in the bioreactor 5 has reached the minimum fill level 13, the control valve 8 is opened and the recirculation phase begins. The gas from the upper part of the bioreactor 5 flows through the inlet branch 7 to the upper reservoir 1 and breaks the vacuum created in it. In this mixing phase, the biomass previously piled up in the upper reservoir 1 flows through the recirculation lines 3 to the upper part of the bioreactor 5 until the lower biomass filling level 15 is reached in the upper reservoir 1. In the recirculation phase, the upper biomass layers in the bioreactor 5 are mixed quite rapidly, because large portions of biomass are quickly ejected from the upper tank 1 to the upper biomass layers in the bioreactor 5. This causes intensive destruction of the scum layers on the surface of the biomass in the bioreactor 5, even distribution biomass in the entire volume of the bioreactor 5 and its good homogenization.

Przewody recyrkulacyjne 3 posiadają syfonowe zamknięcia zwrotne H, których wysokość zawarta jest pomiędzy górną krawędzią dolnego otworu wlotowego przewodu recyrkulacyjnego 3 znajdującego się w zbiorniku górnym 1 lub górną krawędzią otworu najniżej położonej części przewodu recyrkulacyjnego 3, a poziomem niższego stanu napełnienia 15 biomasą w zbiorniku górnym 1. Górne końce przewodów recyrkulacyjnych 3 wprowadzone są do górnej części bioreaktora 5, przy czym posiadają one co najmniej po jednym otworze na króćcu bocznym 16 leżącym ponad położeniem normalnego poziomu napełnienia 12 biomasą bioreaktora 5. Górne końce przewodów recyrkulacyjnych 3 mogą posiadać króće pionowe 17, których dolne końce zanurzone są w bioreaktorze 5 poniżej położenia minimalnego poziomu napełnienia 13 biomasą i których średnice są mniejsze od średnic przewodów recyrkulacyjnych 3.The recirculation pipes 3 have siphon check closures H, the height of which is between the upper edge of the lower inlet opening of the recirculation pipe 3 in the upper tank 1 or the upper edge of the opening of the lowest part of the recirculation pipe 3 and the lower level 15 with biomass in the upper tank 1 The upper ends of the recirculation lines 3 are introduced into the upper part of the bioreactor 5, they have at least one opening each on the side port 16 lying above the position of the normal fill level 12 with the biomass of the bioreactor 5. The upper ends of the recirculation lines 3 may have vertical connections 17, of which the lower ends are immersed in the bioreactor 5 below the position of the minimum filling level 13 with biomass and whose diameters are smaller than those of the recirculation pipes 3.

W korzystnym wykonaniu, co pokazano na fig. 1, króćce pionowe 17 połączone są z górnym wieńcem rurowym 18. Od górnego wieńca rurowego 18 odprowadzone są kanały boczne 19 rozmieszczone najego obwodzie, przy czym w rzucie pionowym z góry odchodzą one w tę samą stronę od wewnętrznej i zewnętrznej powierzchni górnego wieńca rurowego 18. Przy takim położeniu króćców bocznych 16 i króćców pionowych 17 górnych końców przewodów recyrkulacyjnych 3 w górnej części bioreaktora 5, podczas fazy recyrkulacji, biomasa wyrzucana ze zbiornika górnego 1 pod wpływem jej parcia hydrostatycznego wpływa do górnej części bioreaktora 5 za pomocą króćców bocznych 16 i jest narzucana na poniżej pływający kożuch, natomiast reszta biomasy przepływa w dół króćcami pionowymi 17 do górnego wieńca rurowego 18, stąd wypływa kanałami bocznymi 19 powodując mieszanie biomasy w bioreaktorze 5. Górny wieniec rurowy 18 może być połączony za pomocą odgałęzienia recyrkulacyjnego 20 z zamontowaną na nim pompą recyrkulacyjną 21 z dolnym wieńcem rurowym 22, od którego zewnętrznej i wewnętrznej powierzchni odprowadzone są kanały ukośne 23, które w rzucie pionowym z góry skierowane są w stronę przeciwną w stosunku do kanałów bocznych 19 górnego wieńca rurowego 18. Po zainstalowaniu na odgałęzieniu recyrkulacyjnym 20 wymiennika ciepła 24 i/lub elementów grzejnych 25 oraz korzystnej recyrkulacji z góry do dołu w przewodzie cyrkulacyjnym 20, dzięki wymuszonemu przepływowi przez pompę cyrkulacyjną 21, otrzymujemy odpowiedni układ grzewczy bioreaktora 5. Ukośnie wyprowadzone z górnego wieńca rurowego 18 kanały boczne 19 i skierowane w stronę przeciwną do nich kanały ukośne 23 dolnego wieńca rurowego 22 powodują dodatkowe zawirowania w bioreaktorze 5, dzięki czemu utrzymany jest prawie jednakowy poziom temperatury w całej objętości bioreaktora 5. Górne końce przewodów recyrkulacyjnych 3 mogą również w całości wystawać ponad położeniem normalnego poziomuIn a preferred embodiment, as shown in FIG. 1, the vertical connectors 17 are connected to the upper tubular ring 18. From the upper tubular ring 18, side channels 19 are arranged along its circumference, with the top plan view extending in the same direction from the inner and outer surface of the upper rim 18. With such a position of the side nozzles 16 and vertical nozzles 17 of the upper ends of the recirculation pipes 3 in the upper part of the bioreactor 5, during the recirculation phase, the biomass ejected from the upper tank 1 under the influence of its hydrostatic pressure flows into the upper part of the bioreactor 5 by means of lateral nozzles 16 and is thrown onto the floating blanket below, while the rest of the biomass flows downwards through the vertical nozzles 17 to the upper tubular ring 18, hence it flows out through side channels 19 causing the biomass to be mixed in the bioreactor 5. The upper tubular ring 18 can be connected by means of a recirculation branch 20 with a recirculation pump 21 mounted thereon with a lower pipe ring 22, from the outer and inner surfaces of which oblique channels 23 are led away from the side channels 19 of the upper pipe ring 18 in the top plan view. When installed on the recirculation branch 20 of the heat exchanger 24 and / or heating elements 25 and favorable recirculation from top to bottom in the circulation line 20, thanks to the forced flow through the circulation pump 21, we obtain a suitable bioreactor heating system 5. Side channels 19 diagonally led out of the upper tubular ring 18 and channels directed towards them the oblique 23 of the lower rim 22 create additional vortices in the bioreactor 5, thus keeping the temperature level almost uniform throughout the volume of the bioreactor 5. The upper ends of the recirculation lines 3 may also fully protrude above the normal level position

176 200 napełnienia 12 biomasą bioreaktora 5, przy czym są one wtedy korzystnie wygięte w przybliżeniu pod kątem prostym i skierowane w dół pod kątem ostrym do poziomu, co pokazano na fig. 3 i fig. 4.176 200 to be filled 12 with biomass of the bioreactor 5, which are then preferably bent approximately at right angles and directed downwards at an acute angle to the horizontal, as shown in Fig. 3 and Fig. 4.

Na fig. 3 pokazano również korzystne ułożenie dolnych końców przewodów recyrkulacyjnych 3, które w rzucie pionowym są styczne do okręgu wewnętrznego zbiornika górnego 1 o średnicy większej od średnicy rury wznoszącej 2 i leżą w jej pobliżu oraz skierowane są w tę samą stronę. Tak ułożone dolne końce przewodów recyrkulacyjnych 3 powodują liczne turbulencje w zbiorniku górnym 1 w trakcie fazy recyrkulacji. Górne końce przewodów recyrkulacyjnych 3 mogą być przy dużych rozmiarach bioreaktora 5 podwieszone do jego stropu 4 za pomocą cięgien 26. Celem poprawienia warunków fermentacji w bioreaktorze 5 należy w odpowiedni sposób dozować świeżą biomasę małymi porcjami.Fig. 3 also shows the preferred arrangement of the lower ends of the recirculation lines 3, which in elevation are tangent to the inner circle of the upper tank 1 with a diameter greater than the diameter of the riser pipe 2, and lie close to it and face the same direction. The lower ends of the recirculation lines 3 arranged in this way cause a great deal of turbulence in the upper tank 1 during the recirculation phase. The upper ends of the recirculation lines 3 can, for large sizes of the bioreactor 5, be suspended from its ceiling 4 by means of strings 26. In order to improve the fermentation conditions in the bioreactor 5, fresh biomass should be dosed appropriately in small portions.

Sposobem na to, według wynalazku, jest doprowadzanie świeżej porcji biomasy za pomocą przewodu zasilającego 27 bezpośrednio do zbiornika górnego 1 lub pośrednio w trakcie fazy wznoszenia do rury wznoszącej 2 jak również można ją wcześniej zmieszać z biomasą z bioreaktora 5 za pomocą króćca ssącego 28 połączonego ze strumienicą 29 zainstalowaną na przewodzie zasilającym 27. Doprowadzenie świeżej porcji biomasy do dolnej części rury wznoszącej 2, w trakcie fazy wznoszenia, powoduje dokładne i turbulentne zmieszanie się w rurze wznoszącej 2 tej biomasy z aktywną biomasą podawaną z bioreaktora 5 dołem rury wznoszącej 2 do zbiornika górnego 1. Wcześniejsze zasysanie biomasy z bioreaktora 5 do przewodu zasilającego 27 za pomocą strumienicy 29 jest korzystne wówczas, gdy chcemy wcześniej ogrzać i zmieszać doprowadzaną biomasę do rury wznoszącej 2 lub bezpośrednio do zbiornika górnego 1. Rurę wznoszącą 2 może stanowić betonowy słup, na którym wznosi się zbiornik górny 1 oraz wewnątrz którego umieszczony jest płaszcz grzewczy 30. W tym przypadku rura wznosząca 2 pełni jeszcze rolę wieży montażowo-transportowej w trakcie budowy bioreaktora 5.The method according to the invention is to supply the fresh biomass batch via the feed line 27 directly to the upper tank 1 or indirectly during the ascent phase to the riser pipe 2, and it can also be mixed beforehand with the biomass from the bioreactor 5 by means of a suction pipe 28 connected to ejector 29 installed on the feed line 27. Feeding a fresh portion of biomass to the bottom of the riser pipe 2, during the ascent phase, causes thorough and turbulent mixing in the riser pipe 2 of this biomass with the active biomass fed from the bioreactor 5 at the bottom of the riser pipe 2 to the upper reservoir 1. Pre-suction of the biomass from the bioreactor 5 to the feed line 27 by means of the ejector 29 is advantageous when we want to preheat and mix the biomass fed into the riser pipe 2 or directly into the upper reservoir 1. The riser pipe 2 can be a concrete column on which it rises the upper tank 1 and inside which u the heating jacket 30 is housed. In this case, the rising pipe 2 still functions as an assembly and transport tower during the construction of the bioreactor 5.

Zbiornik górny 1 przykryty jest stropem stałym 31 w kształcie kopuły lub stożka albo dzwonem gazowym 32 zamocowanym na stałe lub w sposób rozłączny na stropie 4 bioreaktora 5. Dzwon gazowy 32 może być w trakcie montażu zalany masą betonową 33. Na dzwonie gazowym można zainstalować mieszadło mechaniczne 34 do rozbijania kożucha w zbiorniku górnym 1. Na rurze wznoszącej 2 może być zainstalowany zawór odcinający cieczowy 35. W przypadku jego otwarcia, biomasa swobodnie przepływa rurą wznoszącą 2 ku górze - w trakcie fazy wznoszenia. Od rury wznoszącej 2, powyżej zaworu odcinającego cieczowego 35, można odprowadzić rurę spustową 36 z zainstalowanym na niej zaworem spustowym 37. Przy otwartym zaworze odcinającym cieczowym 35 i po otwarciu zaworu spustowego 37 spuszcza się za pomocą rury spustowej 36 osad z dna bioreaktora 5 lub też, po zamknięciu zaworu odcinającego cieczowego 35 usuwa się za pomocą tej rury, znajdujący się w zbiorniku górnym 1 kożuch. W korzystnym wykonaniu, górny koniec rury wznoszącej 2 wystaje ponad dnem 38 zbiornika górnego 1, które wykonuje się najczęściej w postaci stożka ściętego z wierzchołkiem skierowanym w dół.The upper tank 1 is covered with a fixed ceiling 31 in the shape of a dome or cone, or with a gas bell 32 permanently or detachably attached to the ceiling 4 of the bioreactor 5. The gas bell 32 can be poured with concrete 33 during installation. A mechanical mixer can be installed on the gas bell. 34 for breaking the skin in the upper tank 1. A liquid shut-off valve 35 can be installed on the riser pipe 2. When opened, the biomass flows freely through the riser pipe 2 upwards - during the rising phase. From the riser pipe 2, above the liquid stop valve 35, a drain pipe 36 with a drain valve 37 installed thereon can be drained. With the liquid shut-off valve 35 open and the drain valve 37 open, the sediment from the bottom of the bioreactor 5 or else is drained via drain pipe 36. once the liquid stop valve 35 has been closed, the dross in the upper tank 1 is removed with this pipe. In a preferred embodiment, the upper end of the riser pipe 2 projects above the bottom 38 of the upper tank 1, which is most often made in the form of a truncated cone with the tip pointing downwards.

Jak pokazano na fig. 1, górny koniec rury wznoszącej 2 może być zakończony lejem otwartym 39 rozszerzającym się ku górze, którego górna krawędź znajduje się na wysokości równej lub niższej od poziomu wyższego stanu napełnienia 14 biomasą zbiornika górnego 1. Ze ścian bocznych leja otwartego 39 wyprowadzone są króćce przelewowe 40, które w rzucie pionowym ułożone są podobnie jak przewody recyrkulacyjne 3. Króćce przelewowe 40 leja otwartego 39 rury wznoszącej 2 służą do równomiernego rozprowadzania biomasy w zbiorniku górnym 1 podawanej rurą wznoszącą 2 z dolnej części bioreaktora 5. W trakcie fazy recyrkulacji część biomasy ze zbiornika górnego 1 powraca rurą wznoszącą 2 do dolnej części bioreaktora 5 i w ten sposób następuje również rozbijanie oraz tłoczenie w dół kożucha, znajdującego się w zbiorniku górnym 1. Górny koniec rury wznoszącej 2 może być również umieszczony ponad poziomem wyższego stanu napełnienia 14 biomasą w zbiorniku górnym 1, co pokazano na fig. 7. W trakcie fazy wznoszenia zasysana z bioreaktora 5 biomasa dostaje się za pomocą rury wznoszącej 2 do zbiornika górnego 1 i przelewa się przez górny koniec tej rury powodując przemieszanie warstw biomasy w zbiorniku górnym 1.As shown in Fig. 1, the upper end of the riser pipe 2 may end with an open funnel 39 widening upwards, the upper edge of which is at a height equal to or lower than the upper level 14 of the biomass of the upper reservoir 1. From the side walls of the open funnel 39 There are led out overflow connectors 40, which in the vertical projection are arranged similarly to the recirculation pipes 3. Overflow connectors 40 of the open hopper 39 of the rising pipe 2 are used for even distribution of biomass in the upper reservoir 1 fed through the rising pipe 2 from the lower part of the bioreactor 5. During the recirculation phase part of the biomass from the upper reservoir 1 returns via the riser pipe 2 to the lower part of the bioreactor 5, thereby also breaking and pressing down the scum in the upper reservoir 1. The upper end of the riser pipe 2 can also be placed above the upper fill level 14 with biomass in the upper tank 1 as shown in Fig. 7. During the resume phase The biomass sucked in from the bioreactor 5 enters the upper tank 1 through the riser pipe 2 and overflows through the upper end of this pipe, causing the biomass layers in the upper tank 1 to mix.

W przypadku, kiedy konieczne jest intensywniejsze mieszanie biomasy w zbiorniku górnym 1, górny koniec rury wznoszącej 2 wyposaża się w dyszę 41, nad którą umieszcza się rurę mieszającą 42, której górny rozszerzony koniec położony jest pomiędzy poziomem wyższe10In the event that more intensive mixing of biomass in the upper tank 1 is required, the upper end of the rising pipe 2 is equipped with a nozzle 41, above which a mixing pipe 42 is placed, the upper widened end of which is located between the higher level10

176 200 go stanu napełnienia 14 biomasą w zbiorniku górnym 1, a poziomem niższego stanu napełnienia 15 w tym zbiorniku, co uwidoczniono na fig. 3. W trakcie fazy wznoszenia przemieszzzająza się biomasa rurą wznoszącą 2 do zbiornika górnego 1, dzięki swej energii kinetycznej zasysa część biomasy z dna 38 zbiornika górnego 1, a te dwa strumienie biomasy mieszają się w rurze mieszającej 42 i wypływają nad górnym rozszerzonym końcem tej rury. Powoduje to dość intensywną cyrkulację biomasy w zbiorniku górnym 1.176,200 g of the filling level 14 with the biomass in the upper tank 1, and the lower filling level 15 in this tank, as shown in Fig. 3. During the ascent phase, the biomass moves along the rising pipe 2 to the upper tank 1, thanks to its kinetic energy it sucks up a part biomass from the bottom 38 of the upper reservoir 1, and the two biomass streams mix in the mixing tube 42 and exit over the upper flared end of the tube. It causes quite intensive circulation of biomass in the upper reservoir 1.

Urządzenie według wynalazku można wykonać poza miejscem budowy bioreaktora 5, a następnie przetransportować je na miejsce budowy i zamontować na stropie 4 bioreaktora 5, co pokazano na fig. 5 i fig. 7. Takie rozwiązanie przyspiesza proces budowy bioreaktora 5 i oddania go do eksploatacji, a w trakcie jego remontu urządzenie może być czasowo zdemontowane i wyremontowane poza miejscem bioreaktora.The device according to the invention can be made outside the construction site of the bioreactor 5, and then transported to the construction site and mounted on the ceiling 4 of the bioreactor 5, as shown in Fig. 5 and Fig. 7. This solution speeds up the process of building the bioreactor 5 and putting it into operation, and during its renovation, the device can be temporarily disassembled and renovated outside the bioreactor site.

W urządzeniu według wynalazku przedstawionym na fig. 5 i fig. 7 zainstalowano na króćcu gazowym 9 podciśnieniowy zawór sterowniczy 43. Umożliwia to eksploatację urządzenia przy okresowym jego wykorzystaniu. Normalnie podciśnieniowy zawór sterowniczy 43 jest otwarty, co pozwala na swobodne odprowadzenie gazu ze zbiornika górnego 1 podczas postoju urządzenia. W momencie uruchomienia pompy próżniowej 11 podciśnieniowy zawór sterowniczy 43 zamyka się. Podobna rolę odgrywać może króciec połączeniowy gazu 44 zamontowany na odgałęzieniu odprowadzającym 10 od strony zbiornika górnego 1 i połączony ze zbiornikiem magazynującym gaz i/lub wyrównującym ciśnienie. Zainstalowany na nim zawór zwrotny nadmiarowy 45 automatycznie upuszcza porcję gazu ze zbiornika górnego 1 do zbiornika magazynującego i/lub wyrównującego ciśnienie przy nadmiernym wzroście ciśnienia w zbiorniku górnym 1.In the device according to the invention shown in Figs. 5 and 7, a vacuum control valve 43 is installed on the gas connection 9. This allows the device to be operated periodically. The normal vacuum control valve 43 is open, which allows the gas to be freely discharged from the upper tank 1 when the machine is stationary. When the vacuum pump 11 is started, the vacuum control valve 43 closes. A gas connection pipe 44 mounted on the discharge branch 10 on the side of the upper tank 1 and connected to the gas storage and / or pressure equalization tank can play a similar role. The pressure relief valve 45 installed thereon automatically releases a portion of gas from the upper vessel 1 to the storage and / or pressure equalizing vessel in the event of excessive pressure increase in the upper vessel 1.

W odmianie sposobu według wynalazku w trakcie fazy wznoszenia odprowadzany gaz ze zbiornika górnego 1 za pomocą pompy próżniowej 11 można sprężać w zbiorniku ciśnieniowym gazu 46 połączonym ze zbiornikiem górnym 1 odgałęzieniem odprowadzającym 10, natomiast w fazie recyrkulacji sprężony gaz ze zbiornika ciśnieniowego gazu 46 doprowadza się za pomocą łącznika gazowego 47 - po otwarciu zamontowanego na nim zaworu impulsowego 48 i/lub za pomocą łącznika gazującego 49 - po otwarciu zamontowanego na nim zaworu odcinającego 50. Nadmiar gazu usuwa się ze zbiornika ciśnieniowego gazu 1, instalując w górnej jego części przewód ciśnieniowy gazowy 51 z zamontowanym na nim zaworem bezpieczeństwa 52 odprowadzającym gaz do zbiornika magazynującego gaz i/lub wyrównującego ciśnienie.In a variant of the method according to the invention, during the ascent phase, the gas discharged from the upper vessel 1 by means of a vacuum pump 11 can be pressurized in the gas pressure vessel 46 connected to the upper vessel 1 by an exhaust branch 10, while in the recirculation phase pressurized gas from the gas pressure vessel 46 is fed via by gas fitting 47 - by opening the impulse valve 48 mounted thereon and / or by means of a gas fitting 49 - by opening the shut-off valve 50 mounted thereon. Excess gas is removed from the gas pressure vessel 1 by installing a gas pressure line 51 in its upper part with a safety valve 52 mounted thereon to discharge gas into a gas storage and / or pressure equalization vessel.

Urządzenie w przykładach wykonania na rysunku przystosowane jest, zwłaszcza do prowadzenia fermentacji beztlenowej z odzyskiwaniem biogazu z upłynnionych organicznych części stałych, takich jak osady ściekowe, gnojowica, odpady poubojowe i inne. Urządzenie według wynalazku może być przystosowane do obróbki ścieków zawierających rozpuszczone substancje organiczne przez dodanie do nich luźnego wypełnienia i/lub przy wypełnieniu sztucznym podłożem wnętrza bioreaktora 5. Może mieć również zastosowanie do mieszania biomasy w otwartych zbiornikach, takich jak otwarte komory fermentacyjne, laguny, stawy i inne.The device in the embodiments shown in the drawing is adapted, in particular, to conduct anaerobic digestion with biogas recovery from liquefied organic solids, such as sewage sludge, slurry, slaughterhouse waste and others. The device according to the invention can be adapted to the treatment of wastewater containing dissolved organic substances by adding loose filling thereto and / or by filling the interior of the bioreactor 5 with an artificial substrate. It can also be used for mixing biomass in open tanks, such as open digesters, lagoons, ponds and other.

176 200176 200

fig. 6Fig. 6

176 200176 200

fig. 7Fig. 7

176 200176 200

8 9 40 39 3i8 9 40 39 3i

fig.2fig. 2

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz. Cena 4,00 zł.Publishing Department of the UP RP. Circulation of 70 copies. Price PLN 4.00.

Claims

Patent claims

1. Method of mixing liquid biomass in a bioreactor, especially in the presence of mesophilic and / or thermophilic microorganisms with simultaneous obtaining of gaseous methane, in which the biomass is moved by means of an ascending pipe from the lower to the upper part of the bioreactor, characterized in that the mixing takes place in the following two one after another phases: in the ascending phase - during which the biomass, under the influence of the vacuum generated in the upper tank (1), is fed to the bottom of the riser pipe (2) to the upper tank (1), where it accumulates, and in the recirculation phase - during which at least most of it is dammed earlier, the biomass in the upper reservoir (1) is introduced under the influence of its pressure in the upper reservoir (1) into the upper layers of the biomass in the bioreactor (5), the duration of the recirculation phase being shorter than the duration of the rising phase.

2. The method according to p. The method of claim 1, characterized in that the ascending phase begins with the gas being pumped out of the upper vessel (1) to create a vacuum therein, and the recirculation phase begins with the gas supply to the upper vessel (1) to dissolve the vacuum therein.

3. The method according to p. A method according to claim 2, characterized in that gas is pumped out of the upper tank (1) when or after the biomass in the upper tank (1) reaches the lower filling level (15), as a result of which a negative pressure is created in the upper tank (1). causes the sucking of biomass from the bioreactor (5) into it, so that the filling level of the upper reservoir (1) with biomass increases, while the gas is supplied to the upper reservoir (1) when or after the biomass in the upper reservoir (1) reaches the higher filling level (14), or reaching the minimum filling level (13) by the biomass in the bioreactor (5), as a result of which the pressure in the upper reservoir (1) increases, and the biomass from the upper reservoir (1) is introduced into the bioreactor (5) under the influence of its hydrostatic pressure or under the influence of its hydrostatic pressure and gas overpressure in the upper tank (1), so that the filling level in the upper tank (1) drops, and in the bioreactor (5) it increases, and then the biomass again reaches top hopper (1) lower fill level (15).

4. The method according to p. The method of claim 2, characterized in that in the ascending phase, the gas pumped out from the upper reservoir (1) is fed into the bioreactor (5), and in the recirculation phase, the gas supplied to the upper reservoir (1) is returned from the bioreactor (5) and / or from the gas storage reservoir and / or pressure equalization.

5. The method according to p. The process of claim 2, characterized in that in the ascending phase, the gas pumped out from the upper vessel (1) is compressed in the gas pressure vessel (46) to a pressure higher than the gas pressure in the bioreactor (5), and in the recirculation phase, the compressed gas from the gas pressure vessel (46) are fed to the upper reservoir (1) and / or to the riser pipe (2).

6. The method according to p. A method as claimed in claim 1, characterized in that a fresh biomass batch or a fresh biomass batch mixed with biomass from the bioreactor (5) is fed to the lower part of the riser pipe (2) during the ascending phase.

7. The method according to p. The method of claim 1, characterized in that a fresh biomass batch or a fresh biomass batch mixed with the biomass from the bioreactor (5) is fed to the upper reservoir (1).

8. Device for mixing liquid biomass in a bioreactor, especially in the presence of mesophilic and / or thermophilic microorganisms with simultaneous extraction of methane gas, having a rising pipe, the lower end of which is placed at the bottom of the bioreactor, characterized in that the upper end of the rising pipe (2) it is placed in the upper tank (1), from which at least one closed-back pipe is led

176 200 recirculation (3) for returning biomass from the upper reservoir (1) to the upper part of the bioreactor (5), the upper reservoir (1) being inside and / or above the bioreactor (5) and having a gas supply branch (7) ) and a discharge branch (10) with a vacuum pump (11) installed on it.

9. The device according to claim 8, whereby the discharge branch (10) with the vacuum pump (11) installed thereon is connected to the upper part of the bioreactor (5).

10. The device according to claim 1 8, other than that the discharge branch (10) is connected to a gas pressure vessel (46), from which a gas connector (47) with an impulse valve (48) is connected to the upper reservoir (1) and / or a gas connector (49). ) with a shut-off valve (50) connected to the riser pipe (2).

11. The device according to claim 1 8, other than that the discharge branch (10) on the side of the upper reservoir (1) is connected by a gas connection pipe (44) to a gas storage and / or pressure equalization reservoir.

12. The device according to claim 1 11, other than that a non-return relief valve (45) is installed at the gas connection port (44).

13. The device according to claim 1, 8, in that a gas pressure line (51) with a safety valve (52) mounted thereon for discharging gas to the gas storage and / or pressure equalizing vessel is discharged from the gas pressure vessel (46).

14. The device according to claim 1 8, other than that the feed branch (7) with the control valve (8) installed thereon leads from the upper part of the bioreactor (5).

15. The device of claim 1, 14, other than that the inlet branch (7) from the side of the upper tank (1) is connected by a gas connector (9) with a gas storage and / or pressure equalizing tank, while a vacuum control valve (43) is installed on the gas connector (9) ).

16. The device according to claim 1, 8, characterized in that the upper end of the riser pipe (2) projects above the bottom (38) of the upper tank (1), the bottom (38) of the upper tank (1) preferably being frusto-conical.

17. The device according to claim 1, 16, other than that the upper end of the riser pipe (2) ends with an open funnel (39) extending upwards, the upper edge of which is at a height equal to or lower than the level of the upper biomass filling (14) of the upper reservoir (1).

18. The device of claim 1 17, alternatively in that at least one overflow pipe (40) extends from the side wall of the open funnel (39).

19. The device of claim 1 16, other than that the upper end of the riser pipe (2) protrudes above the upper level of filling (14) with biomass in the upper tank (1).

20. The device of claim 1 16, other than that the upper end of the riser pipe (2) ends with a nozzle (41) over which a mixing pipe (42) is coaxially placed, the upper flared end of which is located between the lower fill level (15) and the higher fill level. (14) biomass of the upper reservoir (1).

21. The device according to claim 1 8, other than that at least one recirculation line (3) has a non-return siphon closure (H), the inlet of the recirculation line (3) being located in the lower part of the upper tank (1) below the minimum biomass filling level (13). of the bioreactor (5) or above this level with simultaneous bending of the recirculation pipe (3) downwards below the minimum filling level (13) with biomass of the bioreactor (5), and the highest outlet opening of the recirculation pipe (3) is located in the upper part of the bioreactor (5) ) above the position of the normal fill level (12) with biomass in the bioreactor (5), while at least one of the outlet openings of the recirculation line (3) is immersed in the bioreactor (5) below the position of the minimum fill level (13) with biomass and is connected to at least one outlet of this conduit located above the normal filling level (12) with biomass with a vertical stub (17), the diameter of which The diameter is smaller than the diameter of the recirculation pipe (3).

176 200

22. The device according to claim 1 21, characterized in that the outlet openings of the recirculation conduit (3) located above the normal biomass filling level (12) in the bioreactor (5) are terminated with side nozzles (16), the ends of which lie above the normal biomass filling level (12) in the bioreactor ( 5).

23. The device of claim 1 21, characterized in that the lower end of the vertical spigot (17) is connected to the upper tubular ring (18), from which extend side channels (19) distributed along its circumference.

24. The device of claim 24 23, characterized in that the side channels (19) of the upper tube rim (18) in a plan view from above extend in the same direction from the inner and outer surfaces of the upper tube rim (18) at an acute angle with respect to these surfaces to create a the bioreactor (5) of the biomass swirl around its axis of symmetry.

25. The device of claim 1 23, characterized in that the upper tubular ring (18) is connected by a circulation branch (20) with a circulation pump (21) mounted thereon with a lower tubular ring (22), from the outer and inner surfaces of which diagonal channels (23) are led, facing away from the side channels (19) of the upper tubular rim (18) in a top elevational view.

26. The device of claim 1 25, characterized in that a heat exchanger (24) and / or heating elements (25) are installed on the circulation branch (20).

The device of claim 27 8. A method according to claim 8, characterized in that the lower ends of the recirculation pipes (3) in elevation are tangent to the inner circle of the upper tank (1) with a diameter greater than the diameter of the riser pipe (2) and lie close to it, while the upper ends of the recirculation pipes (3) they are curved approximately at right angles and directed downwards, preferably at an acute angle to the horizontal.

The device of claim 28 27, characterized in that the upper ends of the recirculation lines (3) are suspended from the top (4) of the bioreactor (5) by means of tension members (26).

The device according to claim 29 The method of claim 8, characterized in that a power line (27) is led to the bottom of the riser pipe (2).

30. The device of claim 1 29, characterized in that an ejector (29) for sucking biomass from the bioreactor (5) by means of a suction nozzle (28) is installed on the supply line (27).

31. The device of claim 1 30, characterized in that the suction port (28) is connected to the lower tubular collar (22).

The device of claim 32 8. The device as claimed in claim 8, characterized in that the riser pipe (2) is constituted by the support of the upper tank (1) in which the heating jacket (30) is placed.

The device of claim 33 8. The tank as claimed in claim 8, characterized in that the upper tank (1) is covered with a dome-shaped or cone-shaped fixed ceiling (31).

The device of claim 34 8. The tank according to claim 8, characterized in that the upper tank (1) is made in the form of a cylindrical tank with a vertical axis with a mounting flange (6) fixed thereon.

35. The device of claim 35 A liquid shut-off valve (35) lying outside the upper reservoir (1) is fitted to the riser pipe (2).

The device of claim 36 25, characterized in that a drain pipe (36) with a drain valve (37) extends from the riser pipe (2) above the liquid stop valve (35).