DE3502272A1

DE3502272A1 - Fuellkoerper-reaktor

Info

Publication number: DE3502272A1
Application number: DE19853502272
Authority: DE
Inventors: Holm 8208 Kolbermoor Schubert-Klempnauer
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1985-01-24
Filing date: 1985-01-24
Publication date: 1986-07-24

Description

Füllkörper-Reaktor
Die Erfindung bezieht sich auf einen Reaktor mit einer Füllkörperschicht nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Derartige Reaktoren sind bekannt. Die Füllkörper sind dabei im wesentlichen inerte Feststoffe, die für eine gleichmäßige Verteilung, große Verweilzeit und intensive Berührung durch Vergrößerung der Oberfläche bei Prozessen sorgen, die mit chemischen Reaktionen oder Stoff- oder/und Wärmeaustauschvorgängen ablaufen, z. B. Verteilen und Mischen, Absorption und Adsorption sowie Extraktion.
Die bekannten Füllkörper, die z. B. aus keramischem Material, Glas oder Kunststoff bestehen, bilden dabei ein Festbett, d. h. die Füllkörper liegen als ruhende Schicht vor.
Reaktoren mit Füllkörpern werden u. a. für biochemische Verfahren verwendet, beispielsweise zur Abw#sserreigung, wobei der Reaktor mit Füllkörperbrocken aus porösem Material, z. B. Koks, Schlacke oder Lava, gefüllt wird, die eine große Oberfläche für die Ansiedelung von Mikroorganismen bieten.
Bei den bekannten Reaktoren werden die Zwischenräume zwischen den Füllkörpern mit der Zeit zum Teil ver- stopft, beispielsweise durch in der Flüssigkeit dispergierte Stoffe, die durch Koagulation zu Flocken zusammentreten oder sich durch adsorptive-absorptive Bindungskräfte an den Füllkörpern anlagern und diese verkrusten. Dadurch wird der hydraulische Querschnitt der Füllkörperschicht, d. h. die Zahl der einzelnen Kanäle oder Stromfäden, die die Füllkörperschicht durchziehen, verringert und darüber hinaus die Länge der Stromfäden und deren Strömungsgeschwindigkeit starken Veränderungen unterworfen. Dies hat eine entsprechende Herabsetzung der Leistung des Reaktors zur Folge.
Das Zusetzen der Zwischenräume zwischen den Füllkörpern kann bei solchen biochemischen Reaktoren besonders problematisch sein, bei welchen sich die Oberfläche der Füllkörper mit Mikroorganismen oder Stoffwechselprodukten derselben überzieht, was wegen der Erhöhung aktiver Biomasse im Reaktor (Fermenter) im allgemeinen angestrebt wird. Durch das Zusetzen der Zwischenräume kommt es nämlich dann zu einem ungleichmäßigen Aufwuchs der Mikroorganismen. Weiterhin steht dann durch die Verringerung des hydraulischen Querschnitts nur noch ein Teil der Oberfläche der Füllkörper für die Umsetzung der in der Flüssigkeit dispergierten Stoffe zur Verfügung, wodurch sich zusätzlich die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit erhöht und damit die Verweilzeit in der Füllkörperschicht herabgesetzt wird. All dies hat eine Verringerung der Aktivität des Bioreaktors zur Folge.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Zusetzen der Zwischenräume zwischen den Füllkörpern beim Betrieb derartiger Reaktoren zu verhindern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß die Füllkörper ein solches spezifisches Gewicht aufweisen, daß sie in der Flüssigkeitsströmung in Schwebe gehalten werden. D. h. erfindungsgemäß wird das spezifische Gewicht der Füllkörper auf die Flüssigkeitsströmung, d. h. insbesondere deren spezifisches Gewicht und Strömungsgeschwindigkeit, so abgestimmt, daß die Füllkörper in dieser Schicht schwimmen oder flotieren Unter dem Einfluß des Flüssigkeitsstroms ändert sich dann die räumliche Position der einzelnen Füllkörper in der Schicht ständig, d. h. die Füllkörper sind in ständiger Bewegung und Durchmischung. Dadurch wird die Durchströmung der Füllkörperschicht und das Mischungs-/ Stoffaustauschvermögen der Füllkörper verbessert.
Dem Zusetzen der Zwischenräume zwischen den Füllkörpern oder dem Zusammenbacken von Füllkörpern durch in der Flüssigkeit dispergierte Stoffe oder durch Aufwachsen von Biomasse wird damit entgegengewirkt. Auch ändert sich durch die Anlagerung von in der Flüssigkeit dispergierten Stoffen oder durch das Aufwachsen von Biomasse das spezifische Gewicht der Füllkörper in Strömungsrichtung nicht gleichmäßig, so daß ein Aufsteigen und Absinken leichter bzw. schwerer werdender Füllkörper in der Füllkörperschicht stattfindet.
Da weiterhin diese Anlagerung oder dieses Aufwachsen auf der Oberfläche der einzelnen Füllkörper häufig nicht gleichmäßig sein wird, also z. B. die Anlagerung bzw. der Aufwuchs bevorzugt an der Unterseite der Füllkörper erfolgen kann, kann es, falls die Anlagerung bzw. der Aufwuchs ein geringeres spezifisches Gewicht aufweisen als das Füllkörpermaterial, zu einer Dreh- oder Taumelbewegung der einzelnen Füllkörper in eine neue, quasi-stabile Endlage kommen, bis dieselbe durch neuerliche Anlagerung oder Aufwuchs geändert wird, was zur weiteren Bewegung und durch Mischung beiträgt.
Auf diese Weise wird die Oberfläche der Füllkörper gleichmäßig mit den in der Flüssigkeit dispergierten, sich daran ablagernden Stoffen überzogen. Ist die Verwendung des Reaktors auf eine Beseitigung dieser Stoffe ausgerichtet, z. B. auf die Beseitigung von Öl oder Metallen aus Wasser durch Adsorption oder Absorption an den Füllkörpern, so wird damit eine Erhöhung der Standzeit des Reaktors erzielt. Bei biochemischen Reaktoren führt der gleichmäßige Aufwuchs von Mikroorganismen an der Füllkörperoberfläche zu einer weiteren Steigerung ihrer Leistung.
Die Form und Größe der Füllkörper des erfindungsgemäßen Reaktors kann derjenigen üblicher Füllkörper entsprechen. Die Füllkörper können aus organischen oder anorganischen Materialien bestehen, vorausgesetzt, dieselben sind durch die Flüssigkeit leicht benetzbar.
Als anorganische Materialien kommen z. B. zur Behandlung wässriger Flüssigkeiten hydrophile Kunststoffe, Holz oder Kork in Frage, und als anorganische Materialen Bimsstein oder Tuffite.
Bei biochemischen Reaktoren, bei denen ein Aufwachsen von Mikroorganismen auf der Oberfläche der Füllkörper angestrebt wird, werden Füllkörper mit möglichst bakteriophiler, d. h. insbesondere großer spezifischer Oberfläche und Oberflächenrauhigkeit bevorzugt.
Die Strömungsrichtung der Flüssigkeit durch die Füll- körper schicht oder das Diffusionsgefälle kann von unten nach oben oder von oben nach unten verlaufen.
Dies hängt beispielsweise davon ab, ob das Gewicht der Füllkörper während des Betriebs des Reaktors zu-oder abnimmt. Im ersten Fall kann eine Strömungsrichtung von unten nach oben, im zweiten Fall von oben nach unten sinnvoller sein.
Bei biochemischen Reaktoren, bei denen Biomasse auf den Füllkörpern aufwächst, kann eine Strömungsführung von unten nach oben vorzuziehen sein.
Durch ihre ständige Bewegung reiben die einzelnen Füllkörper aneinander. Diese Reibung führt zu einer Ablösung von Biomasse, die dann nach oben zu den weniger bewachsenen Füllkörpern steigt.
Falls bei dem biochemischen Verfahren ein Gas gebildet wird, wird die Bewegung der Füllkörper noch dadurch erhöht, daß die gebildeten Gasbläschen an den Füllkörpern zumindest vorübergehend haften.
Die Füllkörper eines biochemischen, erfindungsgemäß ausgebildeten Reaktors lassen sich in einfacher Weise dadurch regenerieren, daß dem Reaktor eine Flüssigkeit ohne Nährstoffe zugeführt wird, wodurch sich der Mikroorganismen-Rasen von den Füllkörpern ablöst und diese ihr ursprüngliches spezifisches Gewicht wieder erlangen. Die Strömungsgeschwindigkeit bei biochemischen Reaktoren liegt wie üblich im allgemeinen zwischen l0 3m/h bis 10 m/h.
Die Füllkörperschicht kann in einer bestimmten Zone des Reaktors durch eine flüssigkeitsdurchlässige Einrichtung gehalten werden, z. B. durch Siebplatten oder Lochböden. Da die strömungsdurchlässige Einrichtung keine besonders großen Kräfte aufzunehmen hat, braucht sie auch nicht sonderlich stabil ausgebildet zu sein.
Dabei können mehrere solcher Lochböden oder Siebplatten gegebenenfalls in Form von Kolonnenböden im Reaktor vorgesehen sein.
Der erfindungsgemäße Reaktor ist insbesondere zur Behandlung von Abwässern oder Produktwässern geeignet, die mit biologisch abbaubaren Stoffen belastet sind, wobei die Füllkörper dann als Träger von Mikroorganismen ausgebildet sind, die diese Stoffe umsetzen. Der erfindungsgemäße Reaktor ist auch als Biogasfermenter einsetzbar, wobei auf den Füllkörpern die betreffenden Organismen, insbesondere Bakterien, angesiedelt werden und dem Reaktor die nährstoffhaltige Flüssigkeit gegebenenfalls im Kreislauf zugeführt wird. Das Biogas wird dabei vom oberen Bereich des Fermentors abgezogen.

Claims

Füllkörper-Reaktor Ansprüche 1. Reaktor mit einer Schicht aus Füllkörpern zur Behandlung einer durch die Schicht nach oben oder unten strömenden Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllkörper ein solches spezifisches Gewicht aufweisen, daß sie in der Flüssigkeitsströmung in Schwebe gehalten werden.
2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des spezifischen Gewichts der Flüssigkeit zu dem spezifischen Gewicht der Füllkörper bei aufwärtsströmender Flüssigkeit 0,8:1 bis 1:1 beträgt und bei abwärtsströmender Flüssigkeit 1:1 bis 1,2:1.
3. Reaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllkörper aus organischem Material, insbesondere Kunststoff, Holz oder Kork, oder aus anorganischem Material, insbesondere Bimsstein oder Tuffiten, bestehen.
4. Reaktor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllkörper in der Schicht im Reaktor durch eine flüssigkeitsströmungsdurchlässige Einrichtung gehalten werden, deren Öffnungen einen kleineren Durchmesser aufweisen als der Durchmesser der Füllkörper.
5. Verwendung des Reaktors nach einem der vorstehenden Ansprüche für biochemische Verfahren, bei denen die Füllkörper als Träger von Mikroorganismen dienen.
6. Verwendung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Flüssigkeit, die dem biochemischen Verfahren unterworfen wird, um mit biologisch abbaubaren Stoffen belastete Abwässer handelt.