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Dokumentenidentifikation DE69104837T2 09.03.1995
EP-Veröffentlichungsnummer 0539430
Titel BIOREAKTOR.
Anmelder Paques B.V., Balk, NL
Erfinder VELLINGA, Sjoerd, Hubertus, Jozef, NL-8458 CP Tjalleberd, NL
Vertreter Eitle, W., Dipl.-Ing.; Hoffmann, K., Dipl.-Ing. Dr.rer.nat.; Lehn, W., Dipl.-Ing.; Füchsle, K., Dipl.-Ing.; Hansen, B., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat.; Brauns, H., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat.; Görg, K., Dipl.-Ing.; Kohlmann, K., Dipl.-Ing.; Kolb, H., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat.; Ritter und Edler von Fischern, B., Dipl.-Ing., Pat.-Anwälte; Nette, A., Rechtsanw.; Kindler, M., Dipl.-Chem.Univ. Dr.rer.nat.; Zangs, R., Dipl.-Ing., Pat.-Anwälte, 81925 München
DE-Aktenzeichen 69104837
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, DK, ES, FR, GB, GR, IT, LI, LU, NL, SE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 05.07.1991
EP-Aktenzeichen 919129379
WO-Anmeldetag 05.07.1991
PCT-Aktenzeichen NL9100118
WO-Veröffentlichungsnummer 9201637
WO-Veröffentlichungsdatum 06.02.1992
EP-Offenlegungsdatum 05.05.1993
EP date of grant 26.10.1994
Veröffentlichungstag im Patentblatt 09.03.1995
IPC-Hauptklasse C02F 3/28
IPC-Nebenklasse B01J 4/00   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Bioreaktor mit einem Reaktorbehäkter, der ein Einlaßsystem für einen Zufluß oder für eine Mischung aus einem Zufluß und einem recycelten Material hat, sowie eine Reaktionskammer, die oberhalb dieses Systems angeordnet ist.

Reaktoren dieser Art werden dazu benutzt, auf anaerobe oder aerobe Weise Flüssigkeiten zu behandeln oder mit Hilfe einer Biomasse Substanzen herzustellen, beispielsweise Alkohol.

Auf dem Gebiet der anaeroben Behandlung von Abwasser sind in den letzten Janren neue Bauarten von Reaktoren entwickelt worden, die eine große Aufnahmekapazität haben, wobei diese Reaktoren durch eine sehr hohe, volumenmäßige Aufnahmefähigkeit gekennzeichnet sind sowie durch ein relativ kleines Reaktionsvolumen und durch eine schmale, hohe Bauweise. Die hauptsächlichen Bautypen sind die folgenden:

- Wirbelbett-Reaktoren, in denen beispielsweise Sand als Träger- oder Adhäsionsmaterial für die Biomasse vorhanden ist (siehe EP-A-0090450),

- Reaktoren mit einem erweiterten Bett, in denen eine festgelegte Biomasse in einem erweiterten Bett vorhanden ist, und

- Reaktoren mit einer inneren Zirkulation, in denen das gebildete Biogas dazu benutzt wird, eine Zirkulation der Reaktor-Inhaltsstoffe zu erzeugen (siehe EP-A-0 170 332).

Bei allen diesen Reaktoren besteht eine Schwierigkeit bei der Verteilung des Zuflusses, der mit dem recycelten Abfluß gemischt sein kann, über der Bodenfläche des Reaktors. Verteilungssysteme für den Zufluß sind in der EP-B-0090450 (Gist-Brocades), der EP-A-0169620 (Paques) und der US-A-4 202 774 (Dorr Oliver) offenbart. Eine Verteilung der Zuflußströmung über den Reaktorboden so, daß das Schlammbett einer vollständig stabilen Verflüssigung oder Ausbreitung unterworfen wird, wird mit diesen Systemen im allgemeinen nicht erreicht. Die Folge davon besteht in der Erzeugung Von Kurzschluß- oder Wirbelströmungen und toten Ecken.

Es ist bekannt, die Verteilung des Zuflusses durch folgende Maßnahmen zu verbessern:

- Verwendung von vielen Einlaßpunkten, die über den Reaktorboden gleichmäßig verteilt sind, beispielsweise mit Hilfe eines Rohrsystems, und

- Einbauen einer perforierten, horizontalen Verteilerplatte über einem Einlaßpunkt, um einen Druckabfall zu erzeugen, der aufgrund der Dissipation der Energie zu einer gleichmäßigen Verteilung führt.

Diese Einlaßsysteme, die an sich zufriedenstellend arbeiten, weisen dennoch eine Reihe von Nachteilen auf:

Wenn als Trägermaterial Sand oder ein anderes, hartes Material vorhanden ist, dann erleidet das Zufluß-Verteilungssystem aufgrund des Sandblaseffektes einen erheblichen Abrieb. Wenn der Reaktor zeitweise abgeschaltet wird, dann setzt sich das Schlammbett und dies verursacht Schwierigkeiten beim Wiederanlassen der Einrichtung und die Schlammpartikel können darüber hinaus in das Verteilungssystem zurückströmen, was dazu führt, daß eine Blockierung gebildet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden und einen Bioreaktor gemäß dem Gattungsbegriff anzugeben, der eine ausgezeichnete Verteilung des Zuflusses erzeugt, der seinerseits mit recyceltem Material gemischt sein kann, ohne daß das Risiko der Blockierung auftritt und ohne daß besondere Abriebprobleme entstehen.

Erfindungsgemäß ist zu diesem Zweck vorgesehen, daß die Ausströmöffnungen des Zufluß-Einlaßsystems wenigstens teilweise tangential gerichtet sind und

daß das Zufluß-Einlaßsystem in einer Kammer angeordnet ist, die von der Reaktionskammer durch eine Abtrennung getrennt ist, die ihrerseits wenigstens einen radialen Schlitz hat, der durch zwei radiale Kantenstreifen gebildet wird, die einander in einem gewissen vertikalen Abstand überlappen, wobei der radiale Schlitz eine Verbindung zwischen der Zufluß-Einlaßkammer und der Reaktionskammer bildet.

Eine noch bessere Verteilung ergibt sich durch die Ausbiludng der Abtrennung aus zwei oder mehreren Segmenten, die einander teilweise überlappen.

Die Abtrennung hat vorzugsweise eine im wesentlichen konische Form. Ein Vorteil dieser Ausbildung besteht darin, daß der Materialtransport von der Zufluß-Einlaßkammer zur Reaktionskammer auch dann stattfindet, wenn die Einlaßkammer unvollständig gefüllt ist.

Es ist an sich bekannt, zum Zurückführen recycelten Materials in das Zufluß-Einlaßsystem ein Fallrohr zu verwenden (siehe beispielsweise die EP-B-0 170 332). In diesem Fall kann das Fallrohr ebenfalls eine Ausströmöffnung aufweisen, die wenigstens teilweise tangential ausgerichtet ist.

Der radiale Schlitz oder die radialen Schlitze haben eine Höhe zwischen 0,25 und 10 cm, vorzugsweise zwischen 0,5 und 3 cm. Die radialen Randstreifen der Abtrennung überlappen einander auf einer Länge zwischen 0,5 und 50 cm, vorzugsweise auf einer Länge zwischen 2,5 und 25 cm.

Im Schlitz oder in den Schlitzen können Zwischenstücke angeordnet sein, um den Durchlaßquerschnitt des Schlitzes oder der Schlitze zu vermindern. In den Schlitzen wird demzufolge die Strömungsgeschwindigkeit erhöht, was zu einem größeren Druckabfall an den Schlitzen führt und auf diese Weise zu einer besseren Verteilung.

Die Erfindung wird nun im einzelnen anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ist ein vertikaler Querschnitt durch eine anaerobe Behandlungseinrichtung mit einer inneren Zirkulation;

Fig. 2 ist eine Ansicht des Bodenteiles des Reaktors nach Fig. 1;

Fig. 3 ist ein Querschnitt durch die Wand zwischen der Zufluß-Einlaßkammer und der Reaktionskammer.

Der in Fig. 1 dargestellte Reaktor ist eine Anordnung zur anaeroben Behandlung von Abwasser und besteht aus einem Behälter 1, in dessen Bodenteil eine Einlaßkammer 2 für einen Zufluß angeordnet ist, wobei diese Einlaßkammer von der über ihm angeordneten Reaktionskammer 3 durch eine konische Wand 4 getrennt ist. Das Zufluß-Einlaßsystem, das sich in die Einlaßkammer 2 hinein öffnet und das im einzelnen weiter unten beschrieben werden wird, stellt eine gute Verteilung des Zuflusses sicher; der Zufluß fließt über Öffnungen in der konischen Wand, die weiter unten genauer beschrieben werden, in die Reaktionskammer ein.

Unter anaeroben Bedingungen findet in der Reaktionskammer aufgrund einer Berührung zwischen den Schlammkörnern und wasserlöslichen Substanzen, unter anderem niederen Fettsäuren, eine Reaktion statt und es wird Methan erzeugt.

Um im oberen Teil des Reaktors eine ständige, turbulenzfreie Strömung zu erzeugen und um sicherzustellen, daß tatsächlich kein Schlamm zusammen mit dem Abfluß abgeleitet wird, ist im Reaktor ein Sammelsystem 5 eingebaut, das schematisch dargestellt ist. Dieses Sammelsystem fördert Gas und strömungsfähigen Schlamm in Steigrohre 6 hinein, die sich ihrerseits in eine Trennkammer 7 hinein öffnen, in der die Flüssigkeit und das Gas voneinander getrennt werden. Die Flüssigkeit sammelt sich am Boden der Trennkammer und strömt über ein Fallrohr 8 zurück in die Einlaßkammer 2. Zwischen dem Sammelsystem 5 und der Trennkammer 7 sind ringförmige Abfluß-Ableitungskanäle 9 angeordnet, die einen Abfluß-Auslaß 10 aufweisen. Das Gas wird über ein Rohr 11 abgeleitet. Die unterschiedlichen Merkmale sind im einzelnen in der EP-B-01070332 (Paques) beschrieben.

Die Zufluß-Einlaßrohre sind mit 12 bezeichnet. Die Ausflußenden dieser Rohre sind tangential gerichtet, was dazu führt, daß der Flüssigkeit, die in der Einlaßkammer 2 vorhanden ist, eine drehende Wirbelbewegung aufgezwungen wird, die in Richtung der Pfeile in Fig. 2 verläuft. Diese Drehbewegung führt dazu, daß eine vollständige Vermischung stattfindet. Der Auslaß des Fallrohres 8 kann ebenfalls tangential gerichtet sein, um die Drehbewegung zu unterstützen.

Die konische Wand 4 besteht aus mehreren Segmenten 4a, 4b und so weiter, die sich in vertikalem Abstand miteinander überlappen, um radiale Schlitze 13 zu bilden. Diese Schlitze bilden eine Verbindung zwischen der Einlaßkammer 2 und der Reaktionskammer 3. Der Zufluß von der Einlaßkammer 2 zur Reaktionskammer 3 wird über alle freien Schlitzabschnitte gleichmäßig verteilt.

Wenn die Zufuhr zum Reaktor aufhört, dann setzt sich der Bio-Schlamm, eventuell zusammen mit dem Trägermaterial, in der Reaktionskammer 3 auf der konischen Wand 4 ab und als Folge der Überlappungen der Segmente ist der abgesetzte Schlamm nicht oder nur kaum in der Lage, in die Einlaßkammer 2 zurückzuströmen. Diese Rückströmung wird ferner durch Zwischenstücke 14 verhindert. Eine Blockierung ist demzufolge tatsächlich unmöglich.

Wenn der Reaktor wiederum in Betrieb genommen wird, dann wird eine vollständige Vermischung der Inhaltsstoffe der Einlaßkammer 2 innerhalb einer kurzen Zeitspanne erzielt. Diese vollständige Vermischung und der Ausschluß einer Blockierung sind die wichtigsten Vorteile der oben beschriebenen Konstruktion.

In Fig. 2 ist dargestellt, daß eines der Zufluß-Einlaßrohre 12 sich in das Fallrohr 8 hinein öffnet. Dies kann vorteilhaft sein, ist jedoch nicht notwendig. Die Erfindung ist ferner nicht auf eine Einrichtung zur anaeroben Behandlung von Abwasser beschränkt, sondern sie kann ebenso bei aeroben Reaktoren verwendet werden. Die Biomasse kann beispielsweise auf einem inerten Trägermaterial festgelegt sein.

Die Höhe des radialen Schlitzes oder der radialen Schlitze liegt zwischen 0,25 und 10 cm, vorzugsweise zwischen 0,5 und 3 cm, während die radialen Kantenstreifen der Segmente einander auf einer Strecke zwischen 0,5 und 50 cm überlappen, vorzugsweise auf einer Strecke zwischen 2,5 und 25 cm.


Anspruch[de]

1. Bio-Reaktor mit einem Reaktor-Behälter, der ein Einlaßsystem für einen Zufluß oder eine Mischung aus einem Zufluß und einem recycelten Material hat sowie eine Reaktionskammer, die oberhalb dieses Systems angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,

daß die Ausströmöffnungen des Zufluß-Einlaßsystems wenigstens teilweise tangential gerichtet sind und

daß das Zufluß-Einlaßsystem in einer Kammer angeordnet ist, die von der Reaktionskammer durch eine Abtrennung getrennt ist, die ihrerseits wenigstens einen radialen Schlitz hat, der durch zwei radiale Kantenstreifen gebildet wird, die einander in einem gewissen vertikalen Abstand überlappen, wobei der radiale Schlitz eine Verbindung zwischen der Zufluß-Einlaßkammer und der Reaktionskammer bildet.

2. Bio-Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtrennung aus zwei oder mehreren Segmenten besteht, die einander teilweise überlappen.

3. Bio-Reaktor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtrennung eine im wesentlichen konische Form hat.

4. Bio-Reaktor nach Anspruch 1 mit wenigstens einem Fallrohr zum Zurückleiten von recyceltem Material in das Zufluß-Einlaßsystem, dadurch gekennzeichnet, daß das Fallrohr ebenfalls eine wenigstens teilweise tangential gerichtete Ausströmöffnung aufweist.

5. Bio-Reaktor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der radiale Schlitz oder die radialen Schlitze eine Höhe zwischen 0,25 und 10 cm haben, vorzugsweise eine Höhe zwischen 0,5 und 3 cm.

6. Bio-Reaktor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Kantenstreifen der Abtrennung einander auf einer Strecke überlappen, die zwischen 0,5 und 50 cm lang ist, vorzugswseise zwischen 2,5 und 25 cm.

7. Bio-Reaktor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Schlitz oder in den Schlitzen Zwischenstücke (14) angeordnet sind, um die Durchlaßfläche des Schlitzes oder der Schlitze zu vermindern.







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