DE10197211T5

DE10197211T5 - Verfahren und umgekehrter Fließbett-Kreislaufreaktor zur Abwasserreinigung

Info

Publication number: DE10197211T5
Application number: DE2001197211
Authority: DE
Inventors: Ajit Haridas; Swachchha Majumdar
Original assignee: Council of Scientific and Industrial Research CSIR
Current assignee: Council of Scientific and Industrial Research CSIR
Priority date: 2001-03-09
Filing date: 2001-03-09
Publication date: 2004-07-08
Also published as: JP2004526561A; WO2002072486A1

Abstract

Verfahren zur biologischen Behandlung von Abwasser durch Umwandlung seiner Bestandteile in feste Formen, die einfach zu trennen sind, durch die Verwendung von haltbaren biologischen Katalysatoren, gekennzeichnet durch folgende Schritte
(a) Einlaufen des Abwassers, das behandelt werden soll, in einen Reaktionskessel, der ein oder mehrere Einlässe/Düsen für die Zufuhr von Abwasser, eine oder mehrere Auslässe/Düsen für die Abfuhr von gereinigtem Wasser, eine oder mehrere Saugrohre, eine oder mehrere Einlässe/Düsen für die Zufuhr von Gas/Luft und ein Feststoffbett mit einem mikrobischen Film aufweist;
(b) Kontaktieren des zu behandelnden Abwassers mit dem Feststoffbett, das die Mikroben zur Umwandlung von einigen Bestandteilen des Abwassers in feste Produkte enthält;
(c) Einführen von Gas/Luft in das Saugrohr durch Gasdüsen, um eine Aufwärtsströmung der Flüssigkeit durch die Saugrohre zu erzeugen;
(d) Absondern des Feststoffbettes von dem festen Produkt durch eine Auftriebswirkung; Entfernen des behandelten Wasser aus dem Kessel, in kontinuierlicher Art und Weise,...

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen biologischen Prozess zur kontinuierlichen Reinigung von Abwasser mittels Umwandlung der Bestandteile in eine feste Form, die durch zu behaltene biologische Katalysatoren einfach abgeschieden werden kann. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen neuen Reaktor, der im Folgenden als "Umgekehrt angeströmter Kreislaufreaktor" (RFLR) bezeichnet wird, zur Durchführung des oben genannten Verfahrens.
Stand der Technik
Mikroorganismen wurden für eine lange Zeit zur Behandlung von Wasser und Abwasser eingesetzt. Einige der neueren Anwendungen von Mikroorganismen beinhalten die Oxidation von Sulfiden und gelösten Eisensalzen zu elementarem Schwefel und Eisensalzen in oxidierten Formen, die durch Fällung leicht entfernt werden können [siehe zum Beispiel: Buisman, C.J.N., et al., Biotechnol. and Bioengng. 35, 50–56, (1990)]. Diese Anwendungen sind auch für den Fall von gelöstem Mangan einsetzbar. Die biologische Entfernung von Sulfiden hauptsächlich als elementarer Schwefel, der im Wesentlichen unlöslich in Wasser ist, findet in der Behandlung von Sulfide enthaltendem Abwasser aus einer Reihe von Industriezeigen Anwendung, besonders bei Faserstoff- und Papierfabrikabwasser und Raffinerie- und Petrochemieabwasser. Sulfide entstehen ferner bei der anaeroben Behandlung von Sulfate enthaltendem Abwasser beispielsweise bei Brennerei- und Pharmazieabwasser.
Die Entfernung von Schwefelwasserstoff aus Gasen durch Gaswäsche mit Wasser-, Basen- oder Karbonat-Absorbtionsmitteln führt ebenfalls zu einer Sulfid enthaltenden Flüssigkeit, die in einem biologischen Sulfidoxidierungsverfahren behandelt und wieder gewonnen werden kann.
Gelöstes Eisen tritt im Bergbau und anderen Kohlenrevierentwässerungen auf. Diese Wässer sind hochgradig sauer und erfordern eine Behandlung. Biologische Oxidation wandelt gelöstes Eisen(II)-Eisen in Hydroxid- oder Karbonat-Eisen(III)-Ion-Fällungsprodukte um, die einfach aus Wasser entfernt werden können. Ein derartiges Verfahren kann zur Behandlung von sauren Minenabwässern eingesetzt werden [siehe zum Beispiel: Nakamura, K. et al., Water Research 20, 1, 73-77 (1986)]. Eine weitere Anwendung für eine biologische Eisenentfernung ist die Behandlung von Trinkwasser, besonders von Grundwasser, das in bestimmten Gebieten inakzeptable Mengen an gelöstem Eisen enthält. Mangan ist ebenfalls im Grundwasser von bestimmten Gebieten vorhanden; in industriellen Abwässern aus Stahl- und Manganfabriken und im Entwässerungswasser von Kohle- oder Eisenerzminen. Die Entfernung von Mangan ist auch durchführbar durch die biologische Oxidation von Mangan, um unlösliches Mangandioxid und Hydroxid-Fällungsprodukte zu erzeugen. Obwohl derartige Verfahren momentan nur in Form von natürlicher Oxidation in Systemen wie bebauten Feuchtgebieten verwendet werden, ist es absehbar, dass Reaktorsysteme mit höherem Durchsatz für die kontrollierte Entfernung von Mangan durch biologische Oxidation entwickelt werden können. Es ist darauf hinzuweisen, dass all diese Systeme zur Ausformung von unlöslichen Fällungsprodukten führen.
Eine weitere Anwendung, die zu festen Fällungsprodukten führt, ist die biologische Sulfatreduktion, wenn sie zur Entfernung von Metallen aus Abwässern eingesetzt wird. Die Reduktion von Sulfaten zu Sulfiden wird durch Organismen durchgeführt, die als "Sulfat reduzierende Bakterien" bekannt sind. Diese Bakterien benötigen eine Energiequelle oder einen Elektronendonator, der durch einfache organische Komponenten wie Methanol oder Gase mit Wasserstoff wie Generatorgas gegeben sein kann. Die Verwendung von Gas als Energiequelle wird für größere Dimensionen als die ökonomischere Variante angesehen. Auch hier haben wir die Situation, dass eine gewünschte Bakterie – Sulfat reduzierende Bakterie – innerhalb des Reaktors gehalten werden muss, ausgestattet mit einem schwer löslichen Gasreaktanten, und das feste Endprodukt muss effizient aus dem Reaktor entfernt werden.
Herkömmlicherweise haben durchlüftete Reaktoren zwei Techniken eingesetzt, um eine hohe Konzentration von Mikroorganismen im Reaktor aufrecht zu erhalten. In den weit verbreiteten Belebtschlammreaktoren (siehe zum Beispiel Metcalf und Eddy Inc. "Wastewater Engineering: Treatment, Disposal and Reuse", Tata McGraw-Hill Publishing Co., New Delhi), wird der Schlamm nach der Trennung von der Abwasserflüssigkeit durch Sedimentation wiederverwertet. Die hohe Konzentration an Mikroorganismen im Reaktor nimmt die Form von festen Flocken an, die durch Rühren oder Durchlüftung in Suspension gehalten werden. Die gemischte und turbulente Natur der Suspension gewährleistet einen effektiven Kontakt zu den Biokatalysatoren – z.B. die Mikroorganismen mit den Reaktanten wie Sauerstoff und Schadstoffmaterial. Wenn diese Systeme auf Verfahren angewendet werden, die feste Abfallprodukte erzeugen, können diese Produkte nicht durch herkömmliche Sedimentationstrennung von den aktiven Biokatalysatoren getrennt werden. Daher gäbe es eine Anreicherung der Produkte in dem Reaktor, was zu einer geringeren Leistung und möglichem Versagen führen kann. Es ist absehbar, dass zum Funktionieren des Systems teure Nachbearbeitungsmaßnahmen erforderlich sind, um gezielt feste Abfallprodukte von den aktiven Biokatalysatoren zu entfernen.
Es ist ferner üblich, Mikroorganismen als Film auf einer stationären, inerten Packung innerhalb des Reaktors zu halten. Eine derartige Vorrichtung wird als "Biofilmreaktor" bezeichnet. Diese Systeme eignen sich besser für anaerobe Prozesse, die keinen Sauerstoff oder Durchlüftung erfordern, und die verglichen mit aeroben Systemen eine intrinsisch langsame Reaktionsrate aufweisen. Angewendet auf einen durchlüfteten Prozess hilft der langsame Massentransfer der Reaktanten zum stationären Biofilm nicht bei der Verbesserung der Leistung.
Im durchlüfteten Prozess nimmt das Biofilmsystem die Form von Tropfkörpern an, wobei die Flüssigkeit am oberen Ende des mit dem Packungsmaterial gefüllten Reaktors versprengt wird, wobei es sich bei dem Packungsmaterial entweder um eine natürlich verteilte Packung aus Steinen oder um synthetisch erzeugten Medien in Form einer zufälligen oder strukturierten Packung handeln kann. In diesen Systemen ist es beachtenswert, dass die Flüssigkeit als diskontinuierliche Phase vorliegt, während Luft als kontinuierliche Phase vorliegt. Es ist ferner offensichtlich, dass diese Reaktoren ungeeignet sind, wenn während der Reaktion feste Produkte erzeugt werden, da sich diese Produkte auf dem Medium ansammeln. Tatsächlich sind diese Systeme nicht empfehlenswert, auch wenn sedimentierbare inerte Feststoffe im unverarbeiteten Abwasser aus denselben Gründen vorliegen.
Es gibt einige Systeme – "durchlüftete Filter" – in denen eine synthetische Packung, eingetaucht in einen Flüssigkeitsvorrat, von unten durchlüftet wird, wobei ein streuender Lüfter eingesetzt wird. Diese Systeme haben wieder alle Mängel des Sauerstoffmassentransfers bei Biofilmsystemen, jedoch haben sie den Vorteil eines gehaltenen Biofilms, wodurch Nachsedimentation vermieden wird, und sie werden weniger durch Veränderungen in den Abwassereigenschaften wie Stoßbelastungen oder flüchtige toxische Frachten beeinflusst. Es ist offensichtlich, dass eine effektive Entfernung von festen Produkten in einem eingetauchten durchlüfteten Reaktor nicht möglich ist.
Ein anderes Biofilmsystem stellt der Fließbettreaktor dar. Dabei liegt der Biofilm auf einem Trägermaterial vor, dass innerhalb des Bioreaktors in Suspension gehalten wird, wobei die die Flüssigkeitsgeschwindigkeit ausgenutzt wird, die in Aufwärtsrichtung eingebracht wird. Der konstant bewegte Zustand der Trägerpartikel gewährleistet, dass die Massentransferbegrenzungen von stationären Biofilmreaktoren minimiert werden. Die erzeugte Geschwindigkeit befindet sich im Fließbereich, z.B. die Zugkraft nach oben, die auf die Bioträgerpartikel wirkt, ist gleich und entgegengesetzt zum Gewicht der Partikel. In Fest-Flüssig-Fließbettreaktoren existiert ein enger Bereich der Geschwindigkeit, in welchem dieses auftritt. Die Situation kompliziert sich durch die Anwendung einer Durchlüftung. Am oberen Ende des Fließbettreaktors befindet sich ein Gewinnungsbereich, in dem Gas, Flüssigkeit und übergegangene Feststoffe getrennt werden. Die erforderliche Geschwindigkeit der Flüssigkeit ist ziemlich hoch, und daher ist der Energieverbrauch von Fließbettreaktoren üblicherweise höher als der von anderen Reaktortypen. Der Fließbettreaktor wurde zur anaeroben Abwasserbehandlung eingesetzt, aber bei durchlüfteten Systemen sind derartige Anwendungen aufgrund der hydrodynamischen Schwierigkeit, Stabilität in einem 3-Phasenfließbett zu erhalten, selten. Die Entfernung von festen Produkten ist ebenfalls problematisch, da sie das Einbringen einer Geschwindigkeit erfordert, welche die festen Produkte austrägt, während der Rückhalt der Bioträgerpartikel gewährleistet ist. Es würde die Stabilität des Arbeitsbereiches weiter reduzieren.
Das Konzept des Airlift-Fermenters setzt ein Saugrohrsystem mit Durchlüftung ein, um einen umlaufenden Durchfluss zu erreichen. Dieses System wurde zur Durchführung von biologischen Reaktionen ohne Bioträger entwickelt und eingesetzt. Eine Erweiterung des Airlift-Fermenters, bezeichnet als Biofilm-Airlift-Reaktor, der Bioträger einsetzt, wurde zur Abwasserbehandlung entwickelt [Heijnen J.J. et al., Chem. Eng. Technol., 13, 202–208 (1990).]. Er wurde kommerziell in verschiedenen Anlagen realisiert. In diesen Reaktoren befinden sich die Bioträger im Fließzustand oder im Umlauf. Die Biofilm-Airlift-Reaktoren haben im Vergleich zu einem 3-Phasen Fießbettreaktor einen größeren Bereich der hydrodynamischen Bedienbarkeit.
Das Konzept des umgekehrten Fließbettreaktors bezieht sich auf die Verwendung von Bioträgerpartikeln, die eine spezifische Dichte niedriger als die der Flüssigkeit (normalerweise Abwasser) haben. Das Bett aus Bioträgerpartikeln formt ein schwimmendes Bett am oberen Ende des Reaktors aus. Der Fließzustand wird durch Einbringung einer Flüssigkeitsgeschwindigkeit in Abwärtsrichtung erreicht. Der Hauptvorteil eines derartigen Systems liegt in der Fähigkeit, feste Produkte durch die kombinierte Durchführung von Sedimentation und gleichzeitigem Flüssigkeitsfluss zu entfernen. Dieses System ist jedoch aufgrund der Instabilität und des sehr engen Bereiches für die Abwärts-Fließgeschwindigkeit schwer mit Durchlüftung zu realisieren. Ferner führt die gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit am oberen Ende des Reaktors, um eine Fluidisierung ohne Kanalbildung zu erzeugen, und die Entfernung von aufsteigendem Gas zum gleichen Zeitpunkt zu solchen technischen Problemen, dass der umgekehrte Fließbettreaktor noch nicht in Praxisanwendungen realisiert wurde. Durchlüftung ist praktisch nur in einem externen Kreislauf zu dem Reaktor möglich, was zu zusätzlichen Begrenzungen der Kapazität des Reaktors führt.
Es kann auf Garcia-Calderon, D. et al., Water Res., 32(12), 3593-3600, 1998 und Garcia-Bernet, D. et al., Water Sci. Technol., 38(8–9), 393–399, 1998 hingewiesen werden, worin ein Abwärts-Fließbettreaktor oder umgekehrter Fließbettreaktor zur Anwendung bei anaerober Behandlung von Abwasser beschrieben wurde. In ihrer Beschreibung der Abwärts-Fluidisierung werden Partikel mit einer spezifischen Dichte niedriger als die der Flüssigkeit durch einen gleichzeitigen Flüssigkeitsstrom nach unten fluidisiert. Das Dokument beschreibt die Anwendung der Abwärts- (oder umgekehrten) Fluidisierungstechnologie für die anaerobe Verarbeitung von Abwässern aus Rotweindestillerien. Der verwendete Träger war ein Erdperlit, ein aufgeweitetes vulkanisches Gestein. Die Biofilmausformung und ihr Effekt auf die Hydrodynamik des umgekehrten Fließbettreaktors wurde beschrieben [Garcia-Calderon, D. et al., Biotechnol. Bioeng., 57(2), 136–144, 1998]. Es ist darauf hinzuweisen, dass alle diese Arbeiten zu anaeroben Systemen und nicht zu durchlüfteten Systemen durchgeführt wurden.
Die Übertragung von umgekehrten Fließbettreaktoren bei der Abwasserbehandlung vom Labor zu Reaktoren in Originalgröße wurde in einem Dokument von Karamanev, D.G. und Nikolov, L.N.; Environ. Prog., 15(3), 194–196, 1996. Hier wird der umgekehrte Fließbettreaktor so konstruiert, dass die Dicke des Biofilms gesteuert werden kann, um Diffusionsbegrenzungen innerhalb des Biofilms zu vermeiden. Die Basis des Reaktors stellt eine Saugrohr-Airlift-Vorrichtung dar. Die zirkulierende Flüssigkeit erweitert das Bett aus aufnahmefähigen Partikeln am Ringraum. Am Anfang ist die untere Bettgrenze weit über der unteren Rohröffnung. Der Biofilm, der sich auf der Oberfläche der Stützpartikel ausbildet, vergrößert den Gesamtdurchmesser der Biopartikel (Stützpartikel plus Biofilm). Dies resultiert in einer Bettausdehnung und einer sehr langsamen Bewegung des unteren Bettrandes nach unten, bis der untere Bettrand die untere Saugrohröffnung erreicht und einige der Biopartikel mit dem Flüssigkeitsstrom in das Saugrohr eintreten. Dort wird aufgrund der großen Scherbeanspruchung ein Teil des Biofilms abgetrennt und die Dicke des Biofilms verringert sich. Schließlich verlassen die Biopartikel das Saugrohr und gelangen in den oberen Bereich des Ringraumes, wo sich der Prozess wiederholt. Dadurch wird die Dicke des Biofilms gesteuert. In dieser Beschreibung arbeitet der umgekehrte Fließbettreaktor vorrangig als ein erweitertes Fließbett, die Kreislaufführung der Bioträger dient hauptsächlich zur Entfernung von überschüssigem Biofilm von schwereren Partikeln. Es gibt keine Absicht, das Reaktorsystem zur Produktion und Entfernung von festen Produkten durch biologische Sulfidoxidation oder Eisenoxidation oder Manganoxidation zu verwenden.
Eine Vorrichtung zur biologischen Behandlung von Abwasser im Abwärtsbetrieb ist offenbart durch Shimodaira; US 4454038 ; Erteilt/Angemeldet Daten: 12. Juni 1984/31. Oktober 1980. Ein vorheriges Patent desselben Erfinders, US 4256573 , offenbart ein Verfahren zur biologischen Behandlung von Abwasser, wobei ein Abwärts-Fließbett zur anaeroben und aeroben Abwasserbehandlung genutzt wird. Die offenbarte Basisvorrichtung ist ein Abwärts-Fließbett mit Bioträgern leichter als Wasser, und mit einem Verteiler zur gleichmäßigen Flüssigkeitsverteilung am oberen Ende des Reaktorkessels. Die Vorrichtung wird für die Verwendung bei der Nitrifikation, der Denitrifikation und bei der BSB-Entfernung beschrieben. Es wird eine Verbesserung der Basisvorrichtung in Anspruch genommen, wobei ein Saugrohr mit einem Durchlüftungssystem vorgesehen ist, in dem die Durchlüftung eine Zirkulation zur Erzeugung eines Fließbetts ausbildet. Die Funktion des beanspruchten Saugrohres liegt eher in der Bereitstellung eines internen Kreislaufstromes der Flüssigkeit zur Durchlüftung als in der eines externen Kreislaufstromes der Flüssigkeit durch Pumpen. Es gibt bedeutsame und entscheidende Unterschiede zwischen der vorliegenden Erfindung und der von Shimodaira offenbarten Erfindung. Diese werden im Folgenden aufgezählt:

1. Die vorhergehende Vorrichtung ist nicht für die Entfernung von Feststoffen konstruiert und geplant. Die vorliegende Erfindung eignet sich speziell für die Produktion und Entfernung von Feststoffen, wodurch die Behandlung beeinflusst wird. Daher hat die vorliegende Erfindung speziellen Nutzen für die biologische Entfernung von Sulfiden, Eisen und Mangan aus Abwasser.
2. Die in der vorherigen Erfindung offenbarte Vorrichtung ist ein wirklicher Fließbettreaktor, z.B. ist der beabsichtigte Betrieb eine Betterweiterung von im Wesentlichen konstanter Länge, während sich die vorliegende Erfindung für ein zirkulierendes Fließbett eignet. Es wird angegeben, dass die Erhaltung der konstanten Betterweiterung durch Einblasung oder Gasbildung unterstützt wird. Es ist entscheidend, Bettzirkulation in einer Vorrichtung zu haben, die für Reaktionen eingesetzt wird, die in die Produktion von festen Produkten resultieren, um eine adäquate Entfernung von inerten Materialien zu erreichen.
3. Die in der vorherigen Erfindung offenbarte Vorrichtung fasst Trägermaterial nur in dem ringförmigen Raum zwischen dem Saugrohr und der Reaktorwand ins Auge; daher keinen erheblichen Teil der Reaktion innerhalb des Saugrohres. Die vorliegende Erfindung dagegen hat einen erheblichen Teil des Trägers innerhalb des Saugrohres in Aufwärtsbewegung, und ein erheblicher Teil der Reaktionen findet innerhalb des Saugrohres statt. Es ist ferner bemerkenswert, dass die vorliegende Erfindung in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein Saugrohr mit einem derartigen Durchmesser verwendet, dass der Querschnitt des Saugrohres größer als der Querschnitt des ringförmigen Bereiches zwischen Saugrohr und Reaktorwand ist.
4. Die in der vorherigen Erfindung beschriebene Vorrichtung erfordert eine speziell konstruierte Flüssigkeitsversorgung, um gleichmäßig Flüssigkeit auf der Oberfläche des Bettes zu verteilen und dazu sind verschiedene Anordnungen beschrieben. Dagegen erfordert die vorliegende Erfindung als zirkulierendes Fließbett keinen speziellen Mechanismus zur Verteilung der Flüssigkeit erfordert.
5. Die eingebrachte Zirkulationsgeschwindigkeit ist quantitativ größer als die Fluidisierungsgeschwindigkeit.
6. Die vorliegende Erfindung und ihr Arbeitsbereich eignen sich speziell dazu, biologische Reaktionen durchzuführen, die zu festen Produkten wie Schwefel, Eisenoxiden und Manganoxiden führen, die anorganisch und allgemein mit einer spezifischen Dichte entscheidend größer als die der Biomasse sind, und die in fein getrennter Form vorliegen.

In der US-Schrift US 5,019,268 ; Erteilt/Angemeldet Daten: 28. Mai 1991/15. Juni 1989 wird eine Vorrichtung zur anaeroben Abwasserbehandlung beschrieben, die Fließbetten leichter als Wasser umfassen, die sich im Wesentlichen in einer Aufwärtskonfiguration befinden, die aber regelmäßig durch. Abwärts-Fluidisierung durchspült werden, um enthaltene Feststoffe, die im Abwasser enthalten sein können, zu entfernen. Die vorliegende Erfindung hat eine vollständig andere Anordnung und einen anderen Zweck.
Oh, KwangJoong; et al., KOrean J. Chem. Eng., 15(2), 177–181 (1998) KOrean Institute of Chemical Engineers beschreibt ein Verfahren zur Entfernung von Schwefelwasserstoff durch biologische Oxidation in einem 3-Phasen-Fließbettbioreaktor. Thiobacillus sp. wurde auf Biosanden immobilisiert.
Die Probleme beim Einsatz von Trägerpartikeln und festen Betten zur Sulfidoxidation werden in einem Patent (C.J.N. Buisman, US 5,637,220 : 10. Juni 1997) erläutert, worin offenbart wird, dass im Reaktor gehaltenes Produktsulfid selbst als Bioträger dienen kann. Diese Anordnung mit einem großen Sulfidvorrat, der im Reaktor gehalten wird, ist durch starke und schnelle Rückwärtsreaktion zur Rückbildung von Sulfid zu Schwefel Instabilität ausgesetzt, wenn ein Ausfall der Durchlüftung eintritt oder beim Herunterfahren. Die vorliegende Erfindung bewältigt diese Nachteile, indem es eine fast nicht feststellbare Menge an Schwefel im Reaktor zurückhält. Die vorliegende Erfindung erhält im Vergleich zu der offenbarten Erfindung eine größere Aktivität der Biokatalysatoren aufrecht, da keine Kontamination der Biomasse mit Schwefel auftritt. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt in der Reinheit des Produktschwefels, die größer ist, das sie nicht mit biologischen Wirkstoffen verunreinigt ist, die im Wesentlichen auf dem beigefügten Biofilm gehalten werden.
Die Verwendung von synthetischen Materialien, z.B. Plastik wie PVC, eher als Keramiken, Sand oder Aktivkohle sind in 3-Phasen-Fließbettreaktoren nicht üblich. Auch hier wird darauf hingewiesen, dass das Trägermaterial eine höhere spezifische Dichte hat als die Flüssigkeit. Mikroorganismenträger mit einer bestimmten Form und einer spezifischen Dichte geringer als die von Wasser zur Verwendung für eine Fließbettanwendung und ihre Produktion sind in Patenten beschrieben. Dazu zählt beispielsweise das Japanische Patentdokument JP 11000682 A2 , Januar 1999. Mikroorganismenträger aus Plastik mit variabler spezifischer Dichte und die Kombination eines Fließbettreaktors mit einem Flotationstrennsystem wurden in Patenten beschrieben [ JP 10192878 A2 , 28. Juli 1998]. Es ist jedoch festzustellen, dass der wesentliche Vorteil von Trägern, um ein umgekehrtes Fließbett in einem Kreislaufsystem zu erreichen, noch nicht beansprucht wurde. Ferner ist das Wesentliche der vorliegenden Erfindung, dass sie zur Durchführung von biologischen Reaktionen angewendet werden kann, die feste Produkte hervorbringen und dass sie effektiv feste Abfallstoffe entfernen kann, während die aktiven Biokatalysatoren im Reaktor verbleiben.
Die Verwendung von Fließbetten aus Sand zur Oxidation und Entfernung von Eisen wird in einer Patentanmeldung beansprucht [PCT Int. Appl. WO 94/06717 A1, 31. März 1994]. Der schwierige Schritt der Trennung von Oxidfällungsprodukten wird durch eine hohe Geschwindigkeit und damit durch hohe Energiekosten erreicht. In der vorliegenden Erfindung wird die effiziente Trennung mit geringeren Kosten erreicht, indem Trägerpartikel leichter als Wasser verwendet werden.
Daher unterscheidet sich die vorliegende Erfindung wesentlich und entscheidend von den beschriebenen Erfindungen in den genannten Patenten.
Es ist daher erstrebenswert, einen Reaktor zu haben, der hohe Reaktionsraten für die oben genannten Prozesse erreicht, der den Rückhalt der gewünschten Population von Mikroorganismen innerhalb des Reaktors erfordert, eine erheblich große Zahl von langsam wachsenden Biologischen Wirkstoffen werden zu jeder Zeit innerhalb des Reaktors verfügbar sein, um die gewünschten Reaktionen durchzuführen, und die Reinheit der Abwässer und Produkte wird sich erhöhen, ohne durch eine Trennstufe zur Entfernung von Organismen zu laufen. Der Reaktor sollte eine verbesserte Fähigkeit haben, Stoßbelastungen oder Phasen mit sehr Belastung (Hungerphasen) zu widerstehen, die dazu neigen, Organismen zu inaktivieren.
Die vorliegende Erfindung kann als synergetische Kombination aus Mitteln eines Airlift-Biofilms mit einem Abwärts-Fließbett gesehen werden, was zu überraschenden und effektiven Resultaten führt, besonders wenn sie für die Durchführung von Verfahren zur biologischen Abwasserbehandlung eingesetzt wird, bei denen als Ergebnis der Reaktion feste Partikel erhalten werden.
Aufgaben der Erfindung
Der Erfindung liegt hauptsächlich die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Reinigung von Abwasser durch die Durchführung von biologischen Reaktionen bereitzustellen, das die Produktion von Feststoffen beinhaltet, wobei biologische Wirkstoffe und wenigstens ein gasförmiger Reaktant verwendet werden.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, das effizient feste biologische Wirkstoffe von anderen Feststoffen trennen kann, die in der Flüssigkeit sind oder während der Durchführung der Reaktion zur Reinigung der Flüssigkeit erzeugt wurden.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, das eine kontinuierliche Zufuhr von Reaktanten und eine kontinuierliche Ausfuhr von flüssigen Produkten ermöglicht, wobei die biologischen Katalysatoren zur kontinuierlichen Wiederverwendung zurückgehalten werden.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, dass eine sehr effiziente kontinuierliche Ausfuhr von festen Produkten der Reinigungsreaktion ermöglicht, wobei die aktiven biologischen Katalysatoren zur kontinuierlichen Wiederverwendung zurückgehalten werden.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, das die Mischung von gasförmigen und flüssigen Reaktanten und biologischen Katalysatoren ermöglicht, um so Bedingungen für eine effektive Durchführung der Reaktion herzustellen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, bei dem die Aktivität der biologischen Katalysatoren erhalten und gegen Verschmutzung durch feste Produkte geschützt werden kann, wobei die Verringerung der Reaktionsrate als ein Ergebnis des Massentransfers von Reaktanten verhindert wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung einen biologischen Prozess zur kontinuierlichen Reinigung von Abwasser, bei dem gehaltene biologische Katalysatoren verwendet werden. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen neuen Reaktor, der im Folgenden als "Umgekehrter Fließbett-Kreislaufreaktor" (RFLR) bezeichnet wird, zur Durchführung des oben genannten Prozesses.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
In den beiliegenden Zeichnungen zeigt
1 schematisch die Erfindung im stationären Zustand; und
2 schematisch die Erfindung im Betrieb.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Demgemäß stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur biologischen Behandlung von Abwasser durch Umwandlung seiner Bestandteile in feste Formen, die einfach zu trennen sind, durch die Verwendung von gehaltenen biologischen Katalysatoren, bereit, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:

(a) Einlaufen des Abwassers, das behandelt werden soll, in einen Reaktionskessel, der ein oder mehrere Einlässe/Düsen für die Zufuhr von Abwasser, eine oder mehrere Auslässe/Düsen für die Abfuhr von gereinigtem Wasser, eine oder mehrere Saugrohre, eine oder mehrere Einlässe/Düsen für die Zufuhr von Gas/Luft und ein Feststoffbett mit einem mikrobischen Film aufweist;
(b) Kontaktieren des zu behandelnden Abwassers mit dem Feststoffbett, das die Mikroben zur Umwandlung von einigen Bestandteilen des Abwassers in feste Produkte enthält;
(c) Einführen von Gas/Luft in das Saugrohr durch Gasdüsen, um eine Aufwärtsströmung der Flüssigkeit durch die Saugrohre zu erzeugen;
(d) Absondern des Feststoffbettes von dem festen Produkt durch eine Auftriebswirkung; Entfernen des behandelten Wasser aus dem Kessel, in kontinuierlicher Art und Weise, falls gewünscht; und
(e) Entfernen des Feststoffproduktes vom Boden des Reaktionskessels, in kontinuierlicher Art und Weise, falls gewünscht.

In einer Ausführungsform der Erfindung enthält das Gas oder die Luft wenigstens eine Reaktantenkomponente.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Reaktantenkomponenten aus einer Gruppe, die Sauerstoff und Wasserstoff enthält.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Saugrohre an beiden Enden offen ausgeführt, und sie sind vom Boden des Kessels wegweisend und auf einer Höhe angebracht, die unterhalb des Spiegels der Flüssigkeit im Reaktionskessel liegt.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein Mechanismus vorgesehen, um einen konstanten Flüssigkeitsspiegel im Reaktor aufrecht zu erhalten.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Mechanismus zur Aufrechterhaltung des Flüssigkeitsspiegels ein Ventil oder ein erhöhtes Auslassrohr, das auf der Höhe des Flüssigkeitsspiegels im Reaktor angebracht ist.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Gas mit einem Teil des Auslassgases gemischt, das aus dem oberen Ende des Reaktionskessels austritt und zu den besagten Gasdüsen rezirkuliert.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann ein Teil des behandelten Wassers, das durch das Bett mit dem Feststoffträger getreten ist, zu dem Reaktionskessel zurückgeführt werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung befindet sich unter dem unteren Niveau des Saugrohres und unter dem Niveau, auf dem Luft in den unteren Bereich des Reaktionskessels eingeführt wird, eine turbulenzfreie Zone, die ein Setzen der Feststoffe des Reinigungsprozesses oder inerter Materialien, die schwerer als Wasser sind, ermöglicht oder die es ermöglicht, dass ein Übermaß an Mikroben an dem Träger durch die Scherkräfte auf dem mit Mikroben beladenen Träger abgelöst wird, wobei gleichzeitig das Feststoffbett durch Auftrieb induzierte Flotation abgesondert wird.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die Feststoffe des Reinigungsprozesses, inerte Materialien schwerer als Wasser oder überschüssige Mikroben an dem Feststoffbett durch wirkende Scherkräfte losgelöst.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Mikroben aus einer Gruppe ausgewählt, die Sulfide oxidierende Bakterien, Eisen oxidierende Bakterien, Mangan oxidierende Bakterien und Schwefel reduzierende Bakterien umfasst.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei den genannten Mikroben um Sulfide oxidierende Bakterien und das genannte Gas enthält Sauerstoff.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei den genannten Mikroben um Eisen oxidierende Bakterien und das genannte Gas enthält Sauerstoff.
In einer Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei den genannten Mikroben um Mangan oxidierende Bakterien und das genannte Gas enthält Sauerstoff.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei den genannten Mikroben um Schwefel reduzierende Bakterien und das genannte Gas enthält Wasserstoff und das genannte feste Produkt enthält Metallsulfide.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Feststoffbett eine spezifische Dichte geringer als die des zu behandelnden Abwassers auf.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Feststoffbett eine spezifische Dichte zwischen 0,90 und 0,99 auf.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht das Feststoffbett aus Polyethylen mit geringer Dichte (LDPE).
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung enthält das Feststoffbett Filtermaterial.
In einer Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem Filtermaterial um Kaolin.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht das Feststoffbett aus Polyethylen mit geringer Dichte, das Kaolin als Filtermaterial enthält.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht das Feststoffbett aus Partikeln mit einer Größe zwischen 1 mm und 10 mm.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erzeugt der Aufstieg der Luft eine Aufwärtsströmung der Flüssigkeit in den Saugrohren und eine Abwärtsströmung in dem ringförmigen Bereich zwischen dem Reaktor und den Saugrohren.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Geschwindigkeit des Kreislaufes, welche durch den Aufstieg des Gases in den Saugrohren erzeugt wurde, dadurch eingestellt, dass die Durchlüftungsrate, der Durchmesser des Saugrohres und der Innendurchmesser des Reaktionskessels eingestellt werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Geschwindigkeit des Kreislaufes größer als die Fluidisierungsgeschwindigkeit.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das Abwasser durch Öffnen eines Deckels im oberen Bereich des Kessels einfließen.
Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein Verfahren zur kontinuierlichen Reinigung von Abwasser bereit, das folgende Schritte umfasst:

(i) Einlaufen des zu behandelnden Abwassers, in kontinuierlicher Art und Weise, falls gewünscht, in den Reaktionskessel, der in der Lage ist, einen geeigneten Füllstand an Flüssigkeit zu halten und der eine oder mehrere Einlässe/Düsen für die Zufuhr von Abwasser und eine oder mehrere Auslässe/Düsen für die Abfuhr von Reaktionsprodukten aufweist,
(ii) Bereitstellen von einem oder mehreren Saugrohren innerhalb des Reaktionskessels, wobei die Saugrohre an beiden Enden offen sind, von dem Boden des Kessels wegweisend angebracht sind und ihre Höhe unterhalb des Flüssigkeitsspiegels in dem Reaktionskessel begrenzt ist,
(iii) Bereitstellen von einem oder mehreren Gaseinlässen/Düsen für die Zufuhr von Luft oder Gas, die so innerhalb des genannten Reaktionskessels angebracht sind, dass sie sich aufwärts bewegende Blasen in dem Reaktionskessel begrenzen,
(iv) Bereitstellen eines Feststoffbettes aus Materialien mit spezifischer Dichte niedriger als die des zu behandelnden Abwassers so innerhalb des Reaktionskessels, dass es den Reaktionskessel teilweise füllt and im Wesentlichen eingetaucht in der Flüssigkeit im Reaktionskessel schwebt,
(v) Erlauben von Mikroben, die feste Produkte aus Verunreinigungen im Abwasser bilden können, sich an dem Feststoffbett anzusetzen,
(vi) Einführen von Gas in die Saugrohre durch die Gasdüsen, um eine Aufwärtsströmung der Flüssigkeit durch die Saugrohre so zu erzeugen, dass das schwebende Feststoffbett gestört wird und die Partikel, die das Bett bilden, in vertikalen Kreisläufen in dem Reaktionskessel zirkuliert werden,
(vii) Kontaktieren des zu behandelnden Abwassers. mit dem Feststoffbett, wobei einige der gelösten Verunreinigungen im Abwasser zu festen Produkten umgewandelt werden,
(viii) Ablösen des Feststoffbettes von den festen Reaktionsprodukten durch die Wirkung von Auftrieb und Entfernen des behandelten Wassers aus dem Reaktionskessel, in kontinuierlicher Art und Weise, falls gewünscht, und
(ix) Entfernen der festen Reaktionsprodukte aus dem Reaktionskessel, in kontinuierlicher Art und Weise, falls gewünscht, und Halten des Feststoffbettes mit seinem anhaftenden mikrobischen Film innerhalb des Reaktionskessels.

Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung zur biologischen Behandlung von Abwasser durch Umwandlung seiner Bestandteile in feste Formen, die einfach abgetrennt werden können, durch Verwendung von biologischen Katalysatoren bereit, wobei die Vorrichtung einen sich vertikal erstreckenden Reaktionskessel ausgestattet mit einem oder mehreren Einlässen/Düsen zur Einfuhr von Abwasser, einem oder mehreren Auslässen/Düsen zur Entnahme des behandelten Abwassers, einem oder mehreren Einlässen/Düsen zur Einfuhr von Gas/Luft, einem oder mehreren Saugrohren, die an beiden Enden offen sind, von dem Boden des Kessels weg weisend angebracht sind und deren Höhe tiefer als der Wasserspiegel im Kessel liegt, und einem Feststoffbett mit einem mikrobischen Film, um Feststoffe aus dem Abwasser zu entfernen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Vorrichtung im Folgenden als "Umgekehrter Fließbett-Kreislaufreaktor" (RFLR) bezeichnet.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung ferner ein trichterförmiges Unterteil, einen Auslass/Düse zur Entnahme von abgesetzten Substanzen, einen Deckel mit einem oder mehreren Auslässen/Düsen zum Auslass von Abgasen, einen Mechanismus zur Erhaltung eines konstanten Flüssigkeitsstandes in dem Reaktor, eine Pumpe zur Rezirkulation des Abgases und eine oder mehrere Einbauten zur Verbesserung der Trennung von Feststoffen auf den flüssigen Abwässern.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung bezieht sich die Erfindung auf ein neues Reaktorsystem zur Durchführung einer Gruppe von Abwasserbehandlungsreaktionen, die mikrobische Wirkstoffe benötigen, während eine Durchlüftung bereit gestellt wird und die Feststoffe entfernt werden. Die Erfindung ermöglicht die Rückhaltung von Bioträgern mit einem Biofilm aus aktiven mikrobischen Wirkstoffen, die in bewegter und durchlüfteter Suspension gehalten werden, während eine effektive und kontinuierliche Entfernung von festen Produkten ermöglicht wird, was auch Produkte geringer Größe aus biologischen Prozessen umfasst. Das System, das im Folgenden als "Umgekehrter Fließbett-Kreislaufreaktor" (RFLR) bezeichnet wird, hat Bioträgerpartikel mit einer geringeren Dichte als die der Flüssigkeit (besonders Abwasser). Der Reaktor ist ein Kessel oder Tank mit zylindrischem oder andersartigem Querschnitt. Der Reaktor weist ein oder mehrere Saugrohre auf, bei denen es sich um an beiden Enden offene zylindrische Rohre handelt. Die Länge der Saugrohre ist vorzugsweise im dem Flüssigkeitsgemischvorrat des Reaktors verkürzt. Lüftungsdüsen befinden sich so unter oder innerhalb der Saugrohre, dass die eingedüste Luft nur aufwärts durch die Saugrohre steigen kann. Der Aufstieg der Luft erzeugt eine Aufwärtsströmung der Flüssigkeit innerhalb der Saugrohre und eine Abwärtsströmung in dem ringförmigen Bereich zwischen dem Reaktor und den Saugrohren. Die Kreislaufgeschwindigkeit, die durch das aufsteigende Gas in dem Saugrohr erzeugt wird, kann in einem weiten Bereich dadurch eingestellt werden, dass die Durchlüftungsrate, der Durchmesser des Saugrohres und der Durchmesser des Reaktorkessels gewählt werden. Die Kreislaufgeschwindigkeit für den Betrieb des RFLR ist so gewählt, dass die Bioträgerpartikel in dem Bereich außerhalb des Saugrohres ausgetragen werden können. Für die Kreislaufgeschwindigkeit kann jeder Wert oberhalb der Fluidisierungsgeschwindigkeit gewählt werden, so dass für einen stabilen Betrieb des Systems ein weiter Bereich an Geschwindigkeiten möglich ist. Die zu reagierende Flüssigkeit kann über Einlässe an den Seiten des Kessels in den Reaktorkessel eintreten oder kann oben am Kessel einfließen. Ein spezielles Flüssigkeitsversorgungssystem ist nicht erforderlich. Der Reaktionskessel ist mit einem Gewinnungsbereich und einer Flüssigkeitsaustrittsdüse unterhalb des Niveaus der Durchlüftungsdüsen ausgestattet. Die Abmessungen des Gewinnungsbereiches werden so gewählt, dass die Geschwindigkeit des Flüssigkeitsstromes in diesem Bereich niedriger als die Fluidisierungsgeschwindigkeit der Bioträgerpartikel ist. In der Praxis wird dies in praktischen Anwendungen einfach dadurch erreicht, dass der Reaktionskessel ohne Veränderung des Querschnitts unterhalb des Niveaus der Durchlüftungsdüse weitergeführt wird. Der untere Bereich des Kessels kann geeignet ausgeführt werden, um alle abgesetzten Feststoffe zu entfernen. In der Praxis würde ein steiler Trichter des Ausfluss von abgesetzten Feststoffen ermöglichen. Es ist vorstellbar, den unteren Tel des Kessels zur Sedimentation der Feststoffe aus dem flüssigen Abwasser auszuführen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Mechanismus zur Aufrechterhaltung des Flüssigkeitsspiegels im Reaktor ein Ventil oder ein erhöhtes Auslassrohr, das auf der Höhe des Flüssigkeitsspiegels im Reaktor angebracht ist.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung enden die Einlassdüsen entweder direkt unterhalb des unteren offenen Endes des Saugrohres oder innerhalb des unteren Endes des Saugrohres.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt der Strom des Gases/Luft aus der Düse in Aufwärtsrichtung.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der Strom des Gases/Luft aus der Düse nur durch das Saugrohr begrenzt.
In einer Ausführungsform der Erfindung enthält das Gas/Luft wenigstens eine Reaktantenkomponente.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist das Reaktantengas aus der Gruppe gewählt, die Sauerstoff und Wasserstoff enthält.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Mikroben aus einer Gruppe ausgewählt, die Sulfide oxidierende Bakterien, Eisen oxidierende Bakterien, Mangan oxidierende Bakterien und Schwefel reduzierende Bakterien umfasst.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei den genannten Mikroben um Sulfide oxidierende Bakterien und das genannte Gas enthält Sauerstoff.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei den genannten Mikroben um Eisen oxidierende Bakterien und das genannte Gas enthält Sauerstoff.
In einer Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei den genannten Mikroben um Mangan oxidierende Bakterien und das genannte Gas enthält Sauerstoff.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei den genannten Mikroben um Schwefel reduzierende Bakterien und das genannte Gas enthält Wasserstoff und das genannte feste Produkt enthält Metallsulfide.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Feststoffbett eine spezifische Dichte geringer als die des zu behandelnden Abwassers auf.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Feststoffbett eine spezifische Dichte zwischen 0,90 und 0,99 auf.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht das Feststoffbett aus Polyethylen mit geringer Dichte (LDPE).
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung enthält das Feststoffbett Filtermaterial.
In einer Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem Filtermaterial um Kaolin.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht das Feststoffbett aus Polyethylen mit geringer Dichte, das Kaolin als Filtermaterial enthält.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung schwebt das Feststoffbett eingetaucht in die Flüssigkeit in dem Kessel.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht das Feststoffbett aus Partikeln mit einer Größe zwischen 1 mm und 10 mm.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist das schwebende Feststoffbett verteilt.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die Partikel durch aus den Düsen strömende Luft in vertikalen Kreisläufen innerhalb des Reaktors zirkuliert.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Feststoffbett von den festen Reaktionsprodukten durch die Wirkung von Auftrieb abgelöst.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es den festen Reaktionsprodukten erlaubt, sich abzusetzen und sie werden von der Düse entfernt.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden überschüssige Mikroben, Feststoffe oder inerte Materialien schwerer als Wasser durch wirkende Scherkräfte abgelöst.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die genannte Vorrichtung in einen schwebenden Bioträger-Feststoff-Bereich, einen Gewinnungsbereich und einen Absetzbereich aufgeteilt.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann ein Teil des behandelten Wassers, das durch das Bett mit dem Feststoffträger getreten ist, zu dem Reaktionskessel zurückgeführt werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung befindet sich unter dem unteren Niveau des Saugrohres und unter dem Niveau, auf dem Luft in den unteren Bereich des Reaktionskessels eingeführt wird, eine turbulenzfreie Zone, die ein Setzen der Feststoffe des Reinigungsprozesses oder inerter Materialien, die schwerer als Wasser sind, ermöglicht oder die es ermöglicht, dass ein Übermaß an Mikroben an dem Träger durch die Scherkräfte auf dem mit Mikroben beladenen Träger abgelöst wird, wobei gleichzeitig das Feststoffbett durch Auftrieb induzierte Flotation abgesondert wird.
Durch die Verwendung des Verfahrens und der Vorrichtung dieser Erfindung ist es möglich, Reaktionen zur Reinigung von Abwasser durchzuführen, wobei biologisch beeinflusste aerobe Reaktionen eingesetzt werden, die zur Produktion oder Abscheidung von Feststoffen führen. Ein gutes Beispiel für eine derartige Reaktion ist die biologische Teiloxidation von Sulfid zu Schwefel. Ein weiteres Beispiel ist die biologische Oxdiation von gelöstem Eisen im Eisen(II)-Zustand zu Eisen(III), das sich in Form von Oxiden und Wasserstoffen abscheidet. Ein anderes Beispiel ist die Reduzierung von Schwermetallsulfate enthaltendem Abwasser zu Schwefelabscheidungen, wobei Schwefel reduzierende Bakterien eingesetzt werden und der Reaktant ein wasserstoffhaltiges Gas ist. Derartige Abwasserfeststoffe können einfach zusammen mit dem behandelten Wasser zur folgenden Trennung aus der Vorrichtung entfernt werden, während die biologischen Wirkstoffe, welche die Reaktionen katalysieren, in dem Reaktionskessel gehalten werden. Das Verfahren dieser Erfindung ermöglicht die Durchführung der oben genannten Prozesse bei hohen Reaktionsraten durch Halten der gewünschten Population an Mikroorganismen innerhalb des Reaktors, während eine Ablagerung und Verunreinigung der inerten Produkte verhindert wird.
Ausführliche Beschreibung der Figuren
In 1 ist der Reaktorkessel 1 dargestellt. Der Kessel kann eine übliche, sich zylindrisch erstreckende Ausführung haben, aber kann je nach Nutzen auch jede andere gewünschte Form aufweisen. Der Kessel ist zur Einfuhr der flüssigen Reaktanten, wobei es sich hauptsächlich um das zu behandelnde Abwasser (Materialfluss mit Pfeil A) handelt, mit einer Düse 2 durch seine Wände ausgestattet. Die Position der Düse 2 ist beliebig. Der Kessel 1 ist mit einer Düse 3 zur Entfernung von reagierter Flüssigkeit, wobei es sich hauptsächlich um behandeltes Abwasser (Materialfluss Pfeil B) handelt, ausgestattet. Die Position der Düse 3 liegt vorzugsweise in dem Bereich 8 und sollte einen Mechanismus zum Halten eines konstanten Flüssigkeitsniveaus in dem Kessel 1 aufweisen. Ein derartiger Mechanismus kann eine einfache erhöhte Öffnung mit einem Siphonöffner 12 sein. Der Kessel hat ein oder mehrere innen befestigte Saugrohre 7. Dies sind Rohre, die an beiden Enden offen sind. Das Saugrohr befindet sich am Boden des Kessels und ist begrenzt durch den Flüssigkeitsstand im Kessel. Das Saugrohr ist ferner vorzugsweise begrenzt auf den Bereich weit über dem Boden des Kessels, so dass sich eine Zone 11 und eine Zone 8 ausbildet. Der Kessel weist eine weitere Düse 4 zur Einfuhr von Gas oder Luft (Materialfluss Pfeil C) auf. Diese Düse setzt sich innerhalb des Kessels fort, um in einer Position innerhalb oder direkt unterhalb des unteren Endes des Saugrohres 7 zu enden. Der Kessel wird zum Sammeln von abgesetzten Feststoffen vorzugsweise mit einem konischen Unterteil 10 ausgeführt. Eine andere Düse 5, die optional ist, befindet sich zur Entfernung von abgesetzten Feststoffen (Materialfluss Pfeil D) im unteren Bereich des Kessels. Der Kessel kann zur Leitungsführung des Abgases optional mit einer Abdeckung und einer Düse 6 ausgeführt sein. Diese Gase können durch Mittel einer Pumpe 14 zu einer Düse 4 im Kreislauf geführt werden (Materialfluss Pfeil G). Der Kessel ist gefüllt mit Bioträgerpartikeln, die eine Größe von 0,1 mm bis 10 mm haben und aus einem Material bestehen, dass in der Flüssigkeit in dem Kessel schwebt. Dadurch formen die Partikel ein schwebendes Bett 9.
2 zeigt die verschiedenen Flussrichtungen innerhalb des Reaktors während des Betriebes. Nach Einfuhr von Gas in den Kessel durch die Düse 4 steigt das Gas in Blasen durch das Saugrohr 7, um aus der Flüssigkeit und aus dem Kessel durch 6 zu entweichen. Der Blasenaufstieg erzeugt eine umlaufende Strömung in der Flüssigkeit im Kessel, wobei die Richtungen durch die Pfeile F gekennzeichnet sind. Die Geschwindigkeit des Flüssigkeitsstromes hängt von der Begasungsrate und dem relativen Querschnitt des Saugrohres und des Kessels ab. In der Vorrichtung der Erfindung hat der Flüssigkeitsstrom eine ausreichende Geschwindigkeit, um das Bett der Bioträgerpartikel mit sich zu tragen, das sich dann ausweitet, um die untere Grenze des Saugrohres zu erreichen. Einmal unter dem Niveau des Saugrohres verändert die Flüssigkeitsgeschwindigkeit die Richtung und orientiert sich zusammen mit dem Gasfluss durch das Saugrohr aufwärts. Als Ergebnis verändern auch die Bioträgerpartikel die Richtung in der Zone 11, die als Gewinnungszone bezeichnet wird, und sie bilden ein zirkulierendes Bett, indem sie sich aufwärts durch das Saugrohr bewegen. Der Kessel erstreckt sich unterhalb der Zone 11, um eine Zone 8 zu bilden, in der sich Feststoffprodukte absetzen. Falls erforderliche können Einbauten 13 vorgesehen werden, um die Trennung von Feststoffprodukten von den flüssigen Abwässern zu fördern.
Die Erfindung wird zusätzlich durch die folgenden Beispiele beschrieben, die zur Erläuterung angegeben werden und die Erfindung daher in keiner Weise einschränken.
Beispiel 1
Biokatalysatoren, üblicherweise lebensfähige Mikroorganismen, werden als Biofilm auf den "leichter als Wasser"-Bioträgerpartikeln gehalten. Das Wachstum des Biofilms wird natürlich dadurch erreicht, dass die Bioträgerpartikel für eine bestimmte Zeit mit einer Suspension aus den erforderlichen Organismen und unter den richtigen Wachstumsbedingungen in dem Reaktor gehalten werden. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung werden die Bioträger, auf denen der Biofilm bereits kultiviert ist, in den Kessel geladen. Die entscheidene Eigenschaft der Bioträgerpartikel ist es, dass ihre spezifische Dichte ist geringer als die der Flüssigkeit in dem Reaktorkessel, was die Bildung eines schwebendes Bettes aus Partikeln bewirkt. Jegliche Bewegung des Bettes wird Feststoffe schwerer als Flüssigkeit von dem Bett lösen, und sie setzen sich am Boden des Kessels ab. Die Zufuhr von Gas in den Kessel so, so dass aufsteigende Gasblasen innerhalb des Saugrohres bleiben, führt zu einer umlaufenden Flüssigkeitsströmung in Aufwärtsrichtung innerhalb des Saugrohres und zu einer Abwärtsrichtung außerhalb des Saugrohres. Diese zirkulierende Bewegung ist eine Folge aus der hydrostatischen Druckdifferenz zwischen Innen und Außen des Saugrohres aufgrund der Begasung. Die zirkulierende Bewegung reißt, wenn ausreichen stark, das schwebende Bioträgerbett mit sich. Dadurch wird eine gute Vermischung der Bettpartikel mit des Gasblasen und dem Flüssigkeitsstrom erreicht. Es ermöglicht ferner die Ablösung von Bioträgern von inerten Partikeln oder Feststoffen in der Flüssigkeit oder gebildet durch die Reaktion. In allen vorstellbaren praktischen Anwendungen sind die Feststoffe schwerer als die Flüssigkeit im Innern des Reaktors und sie sind daher bestrebt, abzusinken, während die Bioträgerpartikel bestrebt sind, zu schweben. Der Bioträger selbst ist in einem bewegtem Zustand und wird permanent durch den Kontakt mit sich selbst abgerieben, und dies ist der Mechanismus, der ein Wachstum des Biofilms in einem solchen Ausmaß verhindert, dass es den Massentransfer von Reaktanten in das Innere des Biofilms oder von Produkten zur Außenseite des Biofilms verlangsamen könnte. Die konstante Bewegung erleichtert ferner die Entfernung von Feststoffen aus dem Biofilm. Der Reaktor kann Einlass- und Auslassdüsen sowohl für einen kontinuierlichen Zu- und Ausfluss von Flüssigkeit, als auch zur Ausfuhr von jeglichen abgesetzten Feststoffen haben. Dadurch kann die Vorrichtung alle gesetzten Ziele erfüllen.
Ein umgekehrter Fließbett-Kreislaufreaktor (RFLR) mit Abmessungen, wie sie weiter unten angegeben werden, wurde erreichtet, und seine Leistung bei der biologischen Oxidation von Sulfide enthaltendem Abwasser zur Abscheidung von Schwefel wurde untersucht.

Das Abwasser hatte die unten angegebene Zusammensetzung. Der Durchfluss des Reaktors wurde auf verschiedene Stufen eingestellt, um eine bestimmte Sulfidladung definiert als Gramm Sulfide pro Tag eingeführt in ein Reaktorvolumen von einem Liter zu erreichen. Der Durchfluss wurde erhöht, wenn eine feste Leistung an Sulfidumwandlung erreicht war. Das Ziel des Experiments war es, die maximale Sulfidbeladungsrate festzustellen, die mit dem Prozess erreicht werden kann.

Substanz	Konz. mg/l
Natriumsulfid	584,1
Natriumbicarbonat	67,01
Dikaliumwasserstoffphosphat	92,3
Kaliumdiwasserstoffphosphat	92,3
Magensiumsulfat, 7 H₂O	18,4
eingestellter pH-Wert des Mediums für Experimente ohne aktive pH-Steuerung der Reaktor-Spurenstofflösung	7,5

Die Reaktorspezifikationen sind wie folgt:

1. Flüssigkeitsvolumen im Reaktor: 550 ml 2. Durchmesser: 50 mm
3. Füllhöhe der Flüssigkeit im Reaktor: 480 mm
4. Durchmesser des Saugrohres: D_i 15 mm, Da 25 mm
5. Länge des Saugrohres: 460 mm
6. Volumen der Bioträgerpartikel im stationären Zustand: 125 ml
7. Stationäre Bettlänge beim Abschalten (diese Bettlänge steht nicht in Verbindung mit der Hauptmasse, da die Bettlänge innerhalb des Saugrohres nicht die gleiche sein wird wie in dem ringförmigen Zwischenraum. Trotzdem stellt diese Bettlänge eine bessere Schätzung des aktiven Reaktorvolumens dar, wobei angenommen wird, dass die stationäre Bettlänge ein Maximum von 50% des Gesamtvolumens des Reaktors einnehmen kann): 150 mm
8. Mittlere Abmessung der Bioträgerpartikel: 2 mm
9. Luftdurchsatz zur Erzeugung des Kreislaufflusses

Die Spezifikationen der Bioträgerpartikel sind wie folgt:

1. Material: LDPE mit 25 Gew.% Kaolinfüller
2. Dichte der Partikel; 990 g/ml
3. Durch Extrusion hergestellt in langen Streifen und auf Größe geschnitten

Währen des Betriebs werden die Partikel fluidisiert und durch die hindurchperlenden Gasblasen im Kreislauf getragen. Dieser Reaktor ermöglicht eine größere Oxidation, wenn dies erforderlich ist. Der Arbeitsbereich ist ferner nicht durch das Erfordernis begrenzt, Partikel auszutragen.
Das Steuerungssystem hält das Redoxpotenzial durch Steuerung der Zuflusspumpe aurfecht. Wenn das Redoxpotenzial zu gering ist, stoppt die Pumpe. Die Redox-Elektrode ist so angebracht, dass sie vor Durchlüftungsblasen geschützt ist, die eine Schwankung der Werte verursachen. Ein pH-Steuerungssystem wurde verwendet, um den Reaktor-pH-Wert automatisch zu steuern, der aufgrund der Umwandlung von Sulfiden in Schwefel während einiger Versuche stieg. Die pH-Elektrode wurde direkt innerhalb des Reaktors angebracht.
Der RFLR erreicht folgende Leistung:

1. Sulfidbeladungsrate größer als 20 kg/m³/d sogar bei Reaktor-pH > 9,5
2. Sulfidentfernungsleistung größer als 99%
3. Schwefelausbeute: kann 80% überschreiten, wurde aber in größeren Systemen nicht bestätigt
4. Prozessstabilität – hydrodynamische Stabilität – sehr gut
5. Prozessstabilität – Prozessstabilität – kann durch Redox gesteuert werden
6. Systemstart – einfach
7. Produktschwefel: kann leicht aus dem System entfernt werden

Dieses Beispiel zeigt die verbesserte Leistung des Prozesses aufgrund der hohen Sulfidbeladungsrate und der Sulfidumwandlungsleistung. Fachleute werden anerkennen, dass Sulfidbeladungsraten mit hoher Umwandlung jenseits von 5 kg/m³/d herkömmlicherweise nicht praktizierbar sind. Dieses Beispiel zeigt die Erreichung der Ziele durch das Reaktorsystem.
Die vorliegende Erfindung hat die folgenden Vorteile gegenüber anderen Systemen:

1. Weiter Bereich an Arbeitsbedingungen, unter denen Bioträgerpartikel in dem Reaktionskessel gehalten werden
2. Gut definiertes Strömungsmuster innerhalb des Reaktionskessels, was einen Scale-up und eine Technik für verschiedene Anwendungen ermöglicht
3. Effiziente Entfernung von allen Feststoffprodukten aus dem Reaktor und Widergewinnung der Feststoffe, falls sie von Wert sind
4. Kein speziell konstruiertes Flüssigkeitsversorgungssystem erforderlich, um eine gleichmäßige Fluidisierung zu erreichen
5. Durchlüftungs- und Sauerstoffzufuhr können erhöht werden, ohne dass dies durch die Hydrodynamik des Reaktors beeinträchtigt wird
6. Kein externer Pumpenkreislauf erforderlich
7. Hohe Energieeffizienz im Vergleich mit Fließbettreaktoren
8. Bioträgermaterialien und -größen können aus einem weiten Bereich an Auftriebmaterialien gewählt werden, ohne dass dies durch die Hydrodynamik des Reaktors beschränkt ist
9. Größere Toleranz gegenüber ungleichmäßigen Partikelgrößen der Bioträgerpartikel
10. Reinigung von Wasser auf ein annehmbares Maß auf kontinuierlicher Basis

Zusammenfassung
Die Erfindung betrifft einen biologischen Prozess zur kontinuierlichen Reinigung von Abwasser durch Umwandlung seiner Bestandteile in feste Formen, die einfach abgetrennt werden können durch die Verwendung von haltbaren biologischen Katalysatoren und einen neuen Reaktor, der im Folgenden als "umgekehrter Fließbett-Kreislaufreaktor" (RFLR) bezeichnet wird, zur Durchführung des oben genannten Prozesses.

Claims

Verfahren zur biologischen Behandlung von Abwasser durch Umwandlung seiner Bestandteile in feste Formen, die einfach zu trennen sind, durch die Verwendung von haltbaren biologischen Katalysatoren, gekennzeichnet durch folgende Schritte (a) Einlaufen des Abwassers, das behandelt werden soll, in einen Reaktionskessel, der ein oder mehrere Einlässe/Düsen für die Zufuhr von Abwasser, eine oder mehrere Auslässe/Düsen für die Abfuhr von gereinigtem Wasser, eine oder mehrere Saugrohre, eine oder mehrere Einlässe/Düsen für die Zufuhr von Gas/Luft und ein Feststoffbett mit einem mikrobischen Film aufweist; (b) Kontaktieren des zu behandelnden Abwassers mit dem Feststoffbett, das die Mikroben zur Umwandlung von einigen Bestandteilen des Abwassers in feste Produkte enthält; (c) Einführen von Gas/Luft in das Saugrohr durch Gasdüsen, um eine Aufwärtsströmung der Flüssigkeit durch die Saugrohre zu erzeugen; (d) Absondern des Feststoffbettes von dem festen Produkt durch eine Auftriebswirkung; Entfernen des behandelten Wasser aus dem Kessel, in kontinuierlicher Art und Weise, falls gewünscht; und (e) Entfernen des Feststoffproduktes vom Boden des Reaktionskessels, in kontinuierlicher Art und Weise, falls gewünscht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas/Luft wenigstens eine Reaktantenkomponente enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktantenkomponenten aus einer Gruppe gewählt sind, die Sauerstoff und Wasserstoff enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Saugrohre an beiden Enden offen ausgeführt, und sie sind vom Boden des Kessels wegweisend und auf einer Höhe angebracht, die unterhalb des Spiegels der Flüssigkeit im Reaktionskessel liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mechanismus vorgesehen, um einen konstanten Flüssigkeitsspiegel im Reaktor aufrecht zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mechanismus zur Aufrechterhaltung des Flüssigkeitsspiegels ein Ventil oder ein erhöhtes Auslassrohr ist, das auf der Höhe des Flüssigkeitsspiegels im Reaktor angebracht ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas mit einem Teil des Auslassgases gemischt, das aus dem oberen Ende des Reaktionskessels austritt und zu den besagten Gasdüsen rezirkuliert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des behandelten Wassers, das durch das Bett mit dem Feststoffträger getreten ist, zu dem Reaktionskessel zurückgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich unter dem unteren Niveau des Saugrohres und unter dem Niveau, auf dem Luft in den unteren Bereich des Reaktionskessels eingeführt wird, eine turbulenzfreie Zone befindet, die ein Setzen der Feststoffe des Reinigungsprozesses oder inerter Materialien, die schwerer als Wasser sind, ermöglicht oder die es ermöglicht, dass ein Übermaß an Mikroben an dem Träger durch die Scherkräfte auf dem mit Mikroben beladenen Träger abgelöst wird, wobei gleichzeitig das Feststoffbett durch Auftrieb induzierte Flotation abgesondert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Feststoffe des Reinigungsprozesses, inerte Materialien schwerer als Wasser oder überschüssige Mikroben an dem Feststoffbett durch wirkende Scherkräfte losgelöst werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikroben aus einer Gruppe ausgewählt sind, die Sulfide oxidierende Bakterien, Eisen oxidierende Bakterien, Mangan oxidierende Bakterien und Schwefel reduzierende Bakterien umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den genannten Mikroben um Sulfide oxidierende Bakterien handelt, und das genannte Gas Sauerstoff enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den genannten Mikroben um Eisen oxidierende Bakterien handelt und das genannte Gas Sauerstoff enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den genannten Mikroben um Mangan oxidierende Bakterien handelt und das genannte Gas Sauerstoff enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den genannten Mikroben um Schwefel reduzierende Bakterien handelt und das genannte Gas Wasserstoff enthält und das genannte feste Produkt Metallsulfide enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Feststoffbett eine spezifische Dichte geringer als die des zu behandelnden Abwassers aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Feststoffbett eine spezifische Dichte zwischen 0,90 und 0,99 aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Feststoffbett aus Polyethylen mit geringer Dichte (LDPE) besteht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Feststoffbett Filtermaterial enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Filtermaterial um Kaolin handelt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Feststoffbett aus Polyethylen mit geringer Dichte besteht, das Kaolin als Filtermaterial enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Feststoffbett aus Partikeln mit einer Größe zwischen 1 mm und 10 mm besteht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufstieg der Luft eine Aufwärtsströmung der Flüssigkeit in den Saugrohren und eine Abwärtsströmung in dem ringförmigen Bereich zwischen dem Reaktor und den Saugrohren erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit des Kreislaufes, welche durch den Aufstieg des Gases in den Saugrohren erzeugt wurde, dadurch eingestellt wird, dass die Durchlüftungsrate, der Durchmesser des Saugrohres und der Innendurchmesser des Reaktionskessels eingestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit des Kreislaufes größer als die Fluidisierungsgeschwindigkeit ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidisierungsgeschwindigkeit als die Kraft definiert ist, die so auf einen Bioträgerpartikel aufgebracht wird, dass die Aufwärtszugkraft gleich und entgegengesetzt zum Auftriebsgewicht des Partikels ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abwasser durch Öffnen eines Deckels im oberen Bereich des Kessels einfließen kann.
Verfahren zur kontinuierlichen Reinigung von Abwasser bereit, gekennzeichnet durch folgende Schritte (i) Einlaufen des zu behandelnden Abwassers, in kontinuierlicher Art und Weise, falls gewünscht, in den Reaktionskessel, der in der Lage ist, einen geeigneten Füllstand an Flüssigkeit zu halten und der eine oder mehrere Einlässe/Düsen für die Zufuhr von Abwasser und eine oder mehrere Auslässe/Düsen für die Abfuhr von Reaktionsprodukten aufweist, (ii) Bereitstellen von einem oder mehreren Saugrohren innerhalb des Reaktionskessels, wobei die Saugrohre an beiden Enden offen sind, von dem Boden des Kessels wegweisend angebracht sind und ihre Höhe unterhalb des Flüssigkeitsspiegels in dem Reaktionskessel begrenzt ist, (iii) Bereitstellen von einem oder mehreren Gaseinlässen/Düsen für die Zufuhr von Luft oder Gas, die so innerhalb des genannten Reaktionskessels angebracht sind, dass sie sich aufwärts bewegende Blasen in dem Reaktionskessel begrenzen, (iv) Bereitstellen eines Feststoffbettes aus Materialien mit spezifischer Dichte niedriger als die des zu behandelnden Abwassers so innerhalb des Reaktionskessels, dass es den Reaktionskessel teilweise füllt and im Wesentlichen eingetaucht in der Flüssigkeit im Reaktionskessel schwebt, (v) Erlauben von Mikroben, die feste Produkte aus Verunreinigungen im Abwasser bilden können, sich an dem Feststoffbett anzusetzen, (vi) Einführen von Gas in die Saugrohre durch die Gasdüsen, um eine Aufwärtsströmung der Flüssigkeit durch die Saugrohre so zu erzeugen, dass das schwebende Feststoffbett gestört wird und die Partikel, die das Bett bilden, in vertikalen Kreisläufen in dem Reaktionskessel zirkuliert werden, (vii) Kontaktieren des zu behandelnden Abwassers mit dem Feststoffbett, wobei einige der gelösten Verunreinigungen im Abwasser zu festen Produkten umgewandelt werden, (viii) Ablösen des Feststoffbettes von den festen Reaktionsprodukten durch die Wirkung von Auftrieb und Entfernen des behandelten Wassers aus dem Reaktionskessel, in kontinuierlicher Art und Weise, falls gewünscht, und (ix) Entfernen der festen Reaktionsprodukte aus dem Reaktionskessel, in kontinuierlicher Art und Weise, falls gewünscht, und Halten des Feststoffbettes mit seinem anhaftenden mikrobischen Film innerhalb des Reaktionskessels.
Vorrichtung zur biologischen Behandlung von Abwasser durch Umwandlung seiner Bestandteile in feste Formen, die einfach abgetrennt werden können, durch Verwendung von biologischen Katalysatoren, wobei die Vorrichtung einen sich vertikal erstreckenden Reaktionskessel aufweist mit einem oder mehreren Einlässen/Düsen zur Einfuhr von Abwasser, einem oder mehreren Auslässen/Düsen zur Entnahme des behandelten Abwassers, einem oder mehreren Einlässen/Düsen zur Einfuhr von Gas/Luft, einem oder mehreren Saugrohren, die an beiden Enden offen sind, von dem Boden des Kessels weg weisend angebracht sind und deren Höhe tiefer als der Wasserspiegel im Kessel liegt, und einem Feststoffbett mit einem mikrobischen Film, um Feststoffe aus dem Abwasser zu entfernen.
Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung im Folgenden als "Umgekehrter Fließbett-Kreislaufreaktor" (RFLR) bezeichnet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner ein trichterförmiges Unterteil, einen Auslass/Düse zur Entnahme von abgesetzten Substanzen, einen Deckel mit einem oder mehreren Auslässen/Düsen zum Auslass von Abgasen, einen Mechanismus zur Erhaltung eines konstanten Flüssigkeitsstandes in dem Reaktor, eine Pumpe zur Rezirkulation des Abgases und eine oder mehrere Einbauten zur Verbesserung der Trennung von Feststoffen auf den flüssigen Abwässern aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Mechanismus zur Aufrechterhaltung des Flüssigkeitsspiegels im Reaktor ein Ventil oder ein erhöhtes Auslassrohr ist, das auf der Höhe des Flüssigkeitsspiegels im Reaktor angebracht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassdüsen entweder direkt unterhalb des unteren offenen Endes des Saugrohres oder innerhalb des unteren Endes des Saugrohres enden.
Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom des Gases/Luft aus der Düse in Aufwärtsrichtung ist.
Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom des Gases/Luft aus der Düse nur auf das Saugrohr begrenzt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas/Luft wenigstens eine Reaktantenkomponente enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktantengas aus einer Gruppe gewählt ist, die Sauerstoff und Wasserstoff enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikroben aus einer Gruppe ausgewählt sind, die Sulfide oxidierende Bakterien, Eisen oxidierende Bakterien, Mangan oxidierende Bakterien und Schwefel reduzierende Bakterien umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den genannten Mikroben um Sulfide oxidierende Bakterien handelt und das genannte Gas enthält Sauerstoff.
Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den genannten Mikroben um Eisen oxidierende Bakterien handelt und das genannte Gas enthält Sauerstoff.
Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den genannten Mikroben um Mangan oxidierende Bakterien handelt und das genannte Gas enthält Sauerstoff.
Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den genannten Mikroben um Schwefel reduzierende Bakterien handelt und das genannte Gas enthält Wasserstoff und das genannte feste Produkt enthält Metallsulfide.
Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Feststoffbett aus Materialien mit einer spezifischen Dichte geringer als die des zu behandelnden Abwassers aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Feststoffbett eine spezifische Dichte zwischen 0,90 und 0,99 aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Feststoffbett aus Polyethylen mit geringer Dichte (LDPE) besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Feststoffbett Filtermaterial enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Filtermaterial um Kaolin handelt.
Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Feststoffbett aus Polyethylen mit geringer Dichte besteht, das Kaolin als Filtermaterial enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Feststoffbett aus Partikeln einer Größe zwischen 1 mm und 10 mm gebildet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Feststoffbett eingetaucht in die Flüssigkeit in dem Kessel ist.
Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass das schwebende Feststoffbett verteilt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel durch aus den Düsen strömende Luft in vertikalen Kreisläufen innerhalb des Reaktors zirkuliert werden.
Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Feststoffbett von den festen Reaktionsprodukten durch die Wirkung von Auftrieb abgelöst wird.
Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass es den festen Reaktionsprodukten erlaubt ist, sich abzusetzen und sie werden von der Düse entfernt.
Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass überschüssige Mikroben, Feststoffe oder inerte Materialien schwerer als Wasser durch wirkende Scherkräfte abgelöst werden.
Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Vorrichtung in einen schwebenden Bioträger-Feststoff-Bereich, einen Gewinnungsbereich und einen Absetzbereich aufgeteilt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des behandelten Wassers, das durch das Bett mit dem Feststoffträger getreten ist, zu dem Reaktionskessel zurückgeführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass sich unter dem unteren Niveau des Saugrohres und unter dem Niveau, auf dem Luft in den unteren Bereich des Reaktionskessels eingeführt wird, eine turbulenzfreie Zone befindet, die ein Setzen der Feststoffe des Reinigungsprozesses oder inerter Materialien, die schwerer als Wasser sind, ermöglicht oder die es ermöglicht, dass ein Übermaß an Mikroben an dem Träger durch die Scherkräfte auf dem mit Mikroben beladenen Träger abgelöst wird, wobei gleichzeitig das Feststoffbett durch Auftrieb induzierte Flotation abgesondert wird.