DE3932321A1 - Hydrodynamischer tauchkammern-bioreaktor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen hydrodynamischen Tauchkammer- Bioreaktor zum mikrobiellen Abbau prinzipiell von Nitrat­ übermengen aus Landschafts-, Siedlungs-, Landwirtschafts-, Gewerbe- und Industrieabwässern, aber auch alternativer Flüssigkeitsdekontaminierung "M", da aufgrund von autarker Steuerung der zellenvermehrenden C-Quellen-Nährstoffimpli­ kation und seiner Füllkörperaktivitätskinetik "QF" op­ timale Vegetationsbedingungen für heterotrophe Bakterien kontinuierlich gesichert werden, wodurch eine maximale mikrobiologische Nitratabbauleistung in den Durchsatz­ flüssigkeiten "M" erreicht wird, bei leistungssynchroni­ sierter Durchflußmengenregelung adäquat zur Nitratbe­ lastung der zu behandelnden Wasserarten "M", wobei als Antriebs- und Steuerenergiequelle die hydrodynamische Kraft genutzt wird, die mittels ihrer kinetischen Größe beim natürlich differierendem Zu-Ablaufspotential des flüssigen Mediums "M" oder am Zwangsleitungsanfang durch Pumpenwirkung auftritt, die Zuleitung dabei als Energie­ transmitter nutzend, so daß unabhängig von einem direkten thermoenergetischen Antriebsanschluß, der Einsatzstandort gewählt werden kann, da nach Schaffung der technologischen Voraussetzung, das ist das gleichmengige Laden der Tauch­ kammern 18 mit vorgegebenem Füllkörper "QF" und Schließen der Füllkörperladelukendeckel 29 und Reaktorwannen-Ab­ dichtungsdeckel 2 sowie der Speicherung des entsprechenden Nährstoffes im Tank des Nährstoffmengenimplikators 9, das Entlüftungsventil 15 der Vakuumpumpe 14 geöffnet wird, wie auch der Zuflußabsperrhahn 5 an der Zuflußdüse 3, wonach sich die Reaktorwanne 1 bis zur Spiegelmarke mit nitratbelastetem Wasser "M" füllt und gleichzeitig mittels der Zuflußdüseneinleitung 3 die flüssigkeitsanteiligen zu Bläschen agglomerierten Luftpartikel über die Wasser­ spiegeloberfläche entweichen, bis zum Abschluß der No­ minalmengenflutung des aufzubereitenden Mediums "M" in der Reaktorwanne 1, was somit den Vorabstop des Zufluß­ schwimmers 6 bewirkt, den Nährstoffimplikator 9 ein­ schaltet, wie auch die Zuflußventile 21, 21.1 der eizelnen Tauchkammern 18 in deren zugeordnetem Sektor zyklisch öffnet, wodurch die in der Reaktorwanne 1 zeitgestaute Flüssigkeit "M" hintereinander die Tauchkammer 18 bis an den Entgasungsdom 26 nacheinander füllt, da der Stick­ stoffaustritt 11 den atmosphärischen Druckausgleich er­ möglicht, wodurch das mittels zyklischer Nachfolgeflutung auftretende Übergewicht eine periodische, längsaxige Drehbewegung des Tauchkammerblocks 17.1-25 und 29 verursacht, was solange geschieht bis alle Tauchkammern 18 durch die Flüssigkeits-Übergangsbrücken 22 entsprechend verfüllt wurden und der trommelartige Tauchkammerblock 17-25 und 29 zum Stillstand kommt, bei gleichzeitigem Schließen des Zuflußabsperrhahns 5, des Entlüfungsventils 15 und des Nährstoffimplikators 9 durch einen Impuls des Schwimmers 6 für solange bis die mit dem C-Quellen-Nähr­ stoff parallel in die zwischengestaute Flüssigkeit "M" im­ plizierten, heterotrophen Bakterien eigenzellenvermehrend sowie nitratreduzierend gewirkt haben und nach vorab ma­ nuellem effektbestätigendem Testat der Ausflußstutzen 10 geöffnet wird und das Wasser "M" der zur Zeit sich am höchsten im Auftriebssektor befindenden Tauchkammer 18 über den tieferen, mittig angebrachten und durch die Kanalblende 20 geteilten Abschnitt des Abflußkanals 19 abgeleitet wird, da das entsprechende Abflußventil 21.1 durch die Steuerwalze 12 geöffnet wurde und der Stick­ stoffaustritt 11 den atmosphärischen Druckausgleich er­ möglicht, womit eine kontinuierliche Durchfluß-Drehbe­ wegung einsetzt, deren Maschinenfunktion auf dem ständig auftretenden hydrogravitätischen Potential beruht und mit in schwachen Gleichstrom umgeformten Bremsenergie des Drehzahlreglers 7 zusammenwirkt, welche sowohl dissotia­ tive Qualitätsmessungen mit Steuerimpulsnutzung von Durch­ flußmenge, Verweilzeit und Implikation ermöglicht, als auch die Energiespeisung des UV-Strahlers 16, des Impli­ kators 9 und der Vakuumpumpe 14, die einerseits den wasserfreien Raum der Reaktorwanne 1 in eine sauerstoff­ arme Luftunterdruckzone versetzt und anderseits mit dieser abgezogenen Fracht, das aus dem Rückstandfilter 13 abfließende denitrifizierte Wasser mit nominalem Sauer­ stoffanteil wieder anreichert.

Bekannt ist, daß unter anderem Flüssigkeitsdekontami­ nierungsvorgänge die normenentsprechende Denitrifikation von Trink-, Grund- und Abwässern prinzipiell auf selektiv- differierte effektive chemisch-physikalische Methoden wie Ionenaustausch, Elektrodialyse und Umkehrosmose oder auf biotechnologischer Art und Weise mittels heterotropher Mikroorganismen in anoxischen Verhältnissen durchgeführt werden und das wiederum im statischen Prozeßablauf, wie beispielsweise von der Firma Preussag (Dinipor-Verfahren) oder im dynamischen Prozeßablauf wie es beim Hubstrahl- Bioreaktor für aerobe Abwasserreinigung von Prof. Brauer, Institut für anaerobe Abwasserreinigung der Technischen Universität Berlin, sowie beim Roto-Bioreaktor der Kern­ forschungsanlage Jülich der Fall ist.

Das gemeinsame Kennzeichen dieser Anlagen oder Maschinen ist deren hoher Material- und Betriebsenergiebedarf im Verhältnis zum erzielten Effekt und Nachteil zugleich, denn die statischen Systeme setzen ein hohes Arbeitsvo­ lumen und größere, öfter zu wechselnde Füllkörpermengen "QF" voraus, wogegen die bisher gekannten dynamischen Bioreaktoren, die zwar zum Unterschied bei gleichem Durchsatzeffekt eine kleinere Anlagenmasse von den statischen Systemen aufweisen, aber dafür einen höheren Antriebsenergiebedarf pro Leistungseinheit haben, da kon­ tinuierlich deren Füllkörpermasse "QF" in einseitig wechselnde Bewegung versetzt werden muß. Der gravierende Unterschied der erfindungstreuen Maschine zur bisher be­ kannten Konstruktion der aufwendigeren statischen Deni­ trifikation wie auch der rotierenden Ausführung, besteht in ihrer von Leistung in Zeit, Raum mittels Maschinen­ masse und Betriebskosten deren relevant vorteilhaften Kostengröße. Die konventionellen Konstruktionen weisen nämlich, außer Energie-Anschlußinstallation, Antriebsvor­ richtungen und mit diesem zusammenhängend den Bedarf von Zusatzelementen, einen wälzmassen-differierten Dauerhub des Füllkörpers auf, sowie die ausschließlich mechanische Lagerungen, deren Reibungszahl mindestens zehnmal höher ist als die Reibungszahl der erfindungstreuen Wasser­ lagerung.

Daher liegt dem hydro-dynamischen Tauchkammern-Bioreaktor vorrangig zugrunde, aufgrund seiner markanten Ausführungs­ und Betriebseffekte, wirtschaftlich äußerst vorteilhaft und in spürbarer, allgemeiner Größenordnung fast überall bei der Denitrifizierung von Trink-, Grund- und Abwässern zum landesweiten Einsatz zu gelangen, was durch dessen günstigem Verhältnis von Maschinenmasse zur Leistung eine beispiellose Begründung finden wird.

Mittels erfindungstreuer Konstruktionseigenschaften, wird alternativ zu bisher bekannten Prinzipien die hydrodyna­ mische Energie des eingeleiteten nitrathaltigen Wassers "M" genutzt um im Vergleich zu den bisher bekannten De­ nitrifikationssystemen mit größenanalogen Bio-Effekten qualitätsgesteuerten Durchsatz kostengünstiger und auf­ wandsärmer zu erzielen, denn dieser bislang nicht er­ reichte Wirkungsgrad wird im Effektverbund mit projek­ tiertem Tauchkammer-System 18, welches prinzipiell waage­ entsprechend ausbalanciert arbeitet, somit noch exerge­ tisch stark gesteigert wird, wobei die Wirksamkeiten be­ kannter Nährstoffträger und Füllkörperstrukturen "QF" der konventionellen Mikro-Biosphäre vollkommen optimiert werden mittels synchronisierter Steuerung 8 von biother­ mischen, biochemischen, mikrobiologischen, energetischen und elektro-mechanischen Verbundeffekten, was sich in öko­ logisch-medizinischer und zugleich wirtschaftlicher Hin­ sicht vorteilhaft bei der kommunalen und gewerblichen Trink- und Abwasserwirtschaft auswirken wird. Die mar­ kanten Kennzeichen und zugleich Vorzüge des solo- oder im Block arbeitenden, hydrodynamischen Tauchkammern-Biore­ aktors, welcher unabhängig von elektrischer Antriebs­ energiezuleitung überall zum prinzipiellen Denitrifi­ zierungseinsatz von Trink- und Abwässern "M" gelangen kann, um mittels Bakterienstämmen und für diese vorge­ sehene Füllkörper "QF" sowie Nährstoffträgern zu Grunde gelegter Art, die durch entsprechend gewählte mikrobi­ elle Methode vorgegeben sind, vorrangig Nitratübermengen aus Flüssigkeiten "M" abzubauen, aber auch andere Dekon­ taminierungsverfahren auf roto-dynamischer Basis aufwand­ arm und kostengünstig durchzuführen, ergeben sich aus der erfindungstreuen Konstruktion, welche im Ausführungsbei­ spiel des hydro-dynamischen Tauchkammern-Bioreaktors sich aus dem statischen Teil 1-17 und dem zugepaßten dyna­ mischen Teil 17.1-25+29 zusammensetzt, wobei der sta­ tische Teil 1-17 aus der Reaktorwanne 1 mit Abdichtungs­ deckel 2, dem Zuflußkanal 3, Anschlußstutzen 4, Zufluß­ absperrhahn 5 mit Schwimmer 6, dem Drehzahlregler 7 mit Mikro-Gleichstromgenerator 7.1 und elektro-magnetischer Gangschaltung 7.2, der elektronischen Meß- und Regelauto­ matik 8.1 mit Digitalanzeige 8.2 von Durchsatzgutmenge, Nitratbelastung beim Zufluß, Ausfluß und dem Nährstoff­ mengenimplikator 9, dem Ausflußstutzen 10 mit Stickstoff­ austritt 11, Stopfbuchsen 17 des Kanalendstücks und der Ventilsteuerwalze 12, dem mikrobiologischem Rückstand­ filter 13, der Vakuumpumpe 14 mit Sauerstoffrückspeisung 15 im Ausflußstutzen 4 mit UV-Strahler 16, den zwei stirn­ seitigen Tauchkammerblock-Gleitsitzarretierungen 17.1 be­ stehen, und der dynamische Maschinenteil 17.1-25+29, welcher in Form eines Tauchkammerblocks ausgeführt ist, der sich im wesentlichen zusammensetzt aus den längs­ achsigen mit einem Wandungsteil 18.1 aneinanderliegenden und stirnseitig abgeschlossenen Tauchkammern 18, die ringartig um den zentrisch gebildeten Gemeinschaftszu- und abflußkanal trommelförmig angeordnet sind, dessen Zu- und Abflußzone "A"+"Z" mittels einer Kanalblende 20 vonein­ ander getrennt sind, weiterhin aus den im Zu- und Abfluß­ kanal entsprechend eingesetzten Zufluß- und Abflußventilen 21.1, den beiderseits stirnwandig angesetzten Flüssig­ keits-Übergangsbrücken 22, den beiderseitigen Füllkörper­ blenden 23, den tauchkammerinneren Füllkörpermischflügeln 24, dem Entgasungsring 25 mit Entgasungsdom 26, Tauch­ kammer-Entgasungsschleusen 27 und Stickstoffaustritt 28 und den jeweils am Außenmantel 18.1 der Tauchkammern 18 dicht angebrachten Füllkörperladelukendeckel 29.

Dieser sich drehender Block 17.1-25+29, welcher ein Ver­ bundsystem aus mehreren teilseitig aneinanderliegenden Kammern 18 bildet und in Form eines längsachsigen Zylinder­ gefüges mit zentrischen Gemeinschaftsabflußkanal 19, reihenverbindenden Umleitungsbrücken 22 sowie mit äußeren Ein- und inneren Ausflußventilen 21.+21.1 ausgestattet ist, was im technologie- und maschineneffektiven Leistungsverbund mit der den statischen Hauptteil bildenden Wanne 1 und der in diese eingebaute elektro­ mechanischen Regeltechnik 7 die erfindungsgemäße Funk­ tionstüchtigkeit bewirkt, indem dieser vertikal in dem flexibel arretierten Block 17.1-25+29 im zugeleiteten Medium "M" zum horizontal-drehbaren Schwimmen kommt, da die in der Reaktorwanne 1,2 zeitgestaute Durchsatzflüssig­ keit "M" dort durchsatzkompensiert wird, um periodisch die flüssigkeitsentleerten Tauchkammern 18 durch das gra­ vitätische Druckpotential nachzufüllen, welches zwischen dem höheren Flüssigkeits "M"-Spiegelbereich und dem tieferen Niveau des zentrischen Gemeinschaftskanals 19 kontinuierlich auftritt, wodurch die systematische, längs­ achsig-horizontale Drehbewegung des Kammernverbundsystems 18 mittels der Auftriebskraft der jeweils entleerten Kammern 18 bewirkt wird, wodurch die Denitrifizierungs- oder Alternativreaktionen sogar in antriebsarmen, abgelegenen oder energieversorgungsschwierigen Standorten umwelt- und gesundheitsfreundlich eingesetzt werden kann.

Da die Erfindung außer dem geringen Reibungswiderstand der Wasserbettlagerung "M" noch eine Massenausgewogenheit des rotierenden Vorrichtungsteiles 17.1-25+29+"QF" auf­ weist, der sich aus mehreren längsachsigen mit den Wandungs­ teilen 18.1 aneinanderliegenden und stirnseitig abge­ schlossenen Tauchkammern 18 zusammensetzt, die ringartig um den zentrischen mit einer Kanalblende in die Zu- und Abflußzone "Z", "A" geteilten Durchflußkanal 19 eine Trommelform bildend, situiert sind, welche zur waage­ rechten Rotation durch die abgestimmte mengenbeeinflußte Arbeit der Zufluß- und Abflußventile 21+21.1 gerät, wo durch die Tauchkammern 18 einzeln mit dem flüssigen Durch­ satzgut "M" gefüllt und entleert werden oder in Verbund­ anordnung mittels der Übergangsbrücken 22 aber immer so, daß keinesfalls Füllkörpereinheiten "QF" mitgetragen werden, da Füllkörper-Korbblenden 23 dieses verhindern durch deren entsprechenden Abstand zu den beiderseitigen Stirnwänden 18.1 der Tauchkammern 18 deren Kammerwandung 18.1 mit Füllkörpermischflügeln 24 und Füllkörperlade­ lukendeckel 29 inklusive Entgasungsdom 26 bestückt sind, wodurch eine Füllkörperfreizone entsteht, in welcher die Entgasungsschleuse 27 immer ungehindert schwimmend sich am Flüssigkeitsspiegel "M" bewegt, um durch ihre elastische Verbindung mit dem Entgasungsring 25 beispiels­ weise freien Stickstoffaustritt 28 zu gewähren, ohne Ver­ lust von denitrifiziertem Wasser "M" oder der nitratüber­ mengigen Input-Flüssigkeit "M", welche vorerst die mit einem Abdichtungsdeckel 2 verschlossene Reaktorwanne 1 bedarfsentsprechend füllt durch die Funktion von An­ schlußstutzen 4, Zuflußabsperrhahn 5 mit Schwimmer 6 und Zuflußdüse 3, so daß der an die Reaktorwanne 1 be­ festigte Drehzahlregler 7 des in vertikaler Gleitsitz­ arretierung 17+17.1 gehalterten trommelförmigen Tauch­ kammerblocks 17.1-25+29 zweckentsprechend effektiv werden kann und somit auch der gekoppelte Mikro-Gleich­ stromgenerator 7.1, welcher dann die elektro-magnetische Gangschaltung 7.2, die digitale Meß- und Regelautomatik 8.1 sowie den mit dieser synchronisierten Nährkraft­ träger-Mengenimplikator 9 mit Betriebsenergie versorgt, wie auch die entsprechend befestigte Vakuumpumpe 14 mit Sauerstoffrückspeisung 15 im Raum des Ausflußstutzens 4, welcher mit einem Stickstoffaustritt 11, Rückstandfilter 13, UV-Strahler 16 und Stopfbuchsen 17+17.1 ergänzt ist, in denen abgedichtet das Kanalendstück 10 des Durchfluß­ kanals 19 drehbar sitzt, wie auch die Ventilsteuerwalze 12, wobei die Bremsenergie des Drehzahlreglers 7 mittels eines Mikro-Gleichstromgenerators 7.1 umgeformt als autarke Elektrokraftquelle dient.

Die Beschreibung eines Ausführungsbeispieles ergibt weitere Einzelheiten der vorteilhaften Merkmale dieses erfindungstreuen hydrodynamischen Tauchkammern-Bioreak­ tors zur Denitrifikation von Trink-, Grund- und Abwässern, im Prinzip aber auch für andere mögliche Dekontami­ nierungsverfahren auf mikrobieller Basis sowie alter­ nativen roto-dynamischen Flüssigkeitsbehandlungsmethoden, die in der Zeichnung dargestellt sind.

Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht des schematisch dargestellten hydro-dynamischen Tauchkammern-Bioreaktors als Kon­ struktionsbeispiel.

Fig. 2 die schematisch ausgeführte rechte Querschnitts­ hälfte A-A und linke Querschnittshälfte B-B der in Fig. 1 dargestellten Seitenansicht des dynamischen Tauchkammern- Bioreaktors im Konstruktionsbeispiel.

Der dynamische Tauchkammern-Bioreaktor zur Denitrifikation von Trink-, Grund- und Abwässern aber auch für analoge Verfahren auf hydro-dynamischer Basis, dessen sich drehender Block ein Verbundsystem aus mehreren teilseitig aneinanderliegenden Kammern bildet in der Form eines längsachsigen Zylindergefüges ist mit zentrischem Gemein­ schaftsabflußkanal, reihenverbindenden Umleitungsbrücken sowie äußeren Ein- und inneren Ausflußventilen ausge­ stattet. Das bewirkt im technologie- und maschinen­ effektiven Leistungsverbund mit der den statischen Haupt­ teil bildenden Wanne sowie in diese eingebauten elektro­ mechanischen Regeltechnik die erfindungsgemäße Funktions­ tüchtigkeit der Maschine. Da dieser Block in einer Wanne vertikalflexibel und drehbar arretiert ist, kommt er im zugeleiteten und dort zeitgestauten Medium zum langsam horizental-rotierenden Schwimmen, da diese Flüssigkeit in der Reaktorwanne durchsatzkompensiert wird, um peri­ odisch die flüssigkeitsentleerten Tauchkammern nachzu­ füllen mittels des gravitätischen Druckpotentials, welches zwischen dem höheren Flüssigkeits-Spiegelbereich und dem tieferen, im zentrischen Gemeinschaftskanal kontinuier­ lich auftritt. Somit bewirkt die zügig einsetzende Auf­ triebskraft der jeweils entleerten Kammer die systema­ tische, längsachsig-horizontale Drehbewegung des Kammern­ verbundsystems.

Dadurch gelingt es, die Denitrifizierung- oder Alterna­ tivreaktionen sogar in antriebskraftarmen, abgelegenen oder energieversorgungsschwierigen Standorten umwelt- und gesundheitsfreundlich einzusetzen, wobei das - durch diese schwimmend-rotierende Konstruktion ermöglichte - Arbeits- Reibungsminimum, sogar eine notwendige, gesteuerte Dreh­ bewegungsbremsung bewirkt, deren umgeformte Energie zur Speisung der kontinuierlichen Regeltechnik und Qualitäts­ messung auf elektrolytischer Dissotiationsbasis dient.

Der gravierende Unterschied des Erfindungsgegenstandes zur bisher bekannten Konstruktion der aufwendigeren sta­ tischen Denitrifikation und solcher in rotierender Aus­ führung besteht im relevantem Leistungsvorteil von Kosten­ größen in analoger Zeit und Raum, welche nämlich in bis­ herigen Denitrifikationsvorrichtungen außer dem Aufwand von Mitteln für die Energie-Anschlußinstallation, den An­ triebsvorrichtungen und mit diesen im Zusammenhang stehen­ den Elementen, vor allen Dingen kostenaufwendig sind durch den bislang auftretenden wälzmassen-differierten Dauerhub des Füllkörpers und der ausschließlich mechanischen Lagerungen, deren Reibungszahl mindestens zehnmal höher ist als die Reibungszahl der erfindungstreuen Wasser­ lagerung.

Der bislang nicht erreichte ökologisch-ökonomische Faktor dieser Erfindung wird im Effektverbund des wassergelager­ ten Tauchkammersystems, das prinzipiell mit waagerecht ausbalancierten Füllkörpermengen arbeitet, auch noch durch Letzteres exergetisch stark gesteigert. Den bio-chemischen Prozeßablauf sichern bekannte Nährkraftträger und Füll­ körperstrukturen der entsprechenden konventionellen Mikro- Biosphäre, deren Leistungsfaktor mittels synchronisierter Steuerung ihres biothermischen-, biochemischen-, mikro­ biologischen-, energetischen- und elektro-mechanischen Verbundeffektes, einen optimalen Wirkungsgrad im Einsatz garantieren.

Dieser im Konstruktionsbeispiel in Fig. 1 und Fig. 2 er­ findungstreu schematisch gezeigte hydrodynamische Tauch­ kammern-Bioreaktor, welcher sich aus den Positionen 1-29 alternativ zusammensetzt, wo seine charakteristischen Merkmale und Vorteile zugleich in grundsätzlichen Umrissen dargestellt sind, die prinzipienentsprechend bewirken, daß technologiegerecht und nutzungsalternativ dessen Einsatz­ standort unabhängig von einem bis jetzt vorbedingten ex­ tern-elektrischen Antriebsanschluß gewählt werden kann um dann mittels Bakterienstämmen, Füllkörperarten und Nährstoffträgern bekannter mikrobieller Methoden, vor­ rangig Nitratübermengen aus Flüssigkeiten abzubauen, aber alternativ auch andere Dekontaminierungsverfahren auf roto-dynamischer Basis nach Schaffung der technologischen Voraussetzung durchführen zu können, das ist nach dem gleichmengigen Laden der Tauchkammern 18 mit vorgegebenem Füllkörper "QF" und Schließen mittels der Füllkörperlade­ lukendeckel 29 wie auch die Reaktorwanne 1 mit dem Reak­ torwannen-Abdichtungsdeckel 2, sowie dem Speichern des entsprechenden Nährstoffes im Tank des Nährstoffmengen­ implikators 9, dem Öffnen des Entlüfungsventils 15 der Vakuumpumpe 14, wie auch des Zuflußabsperrhahns 5 an der Zuflußdüse 3. Diese vorher bestimmte Ausführung bewirkt, daß die Reaktorwanne 1 mit nitratbelastetem Wasser "M" bis zur Spiegelmarke gefüllt wird, wobei die flüssigkeits­ anteiligen Luftpartikel mittels der Zuflußdüseneinleitung 3 zu Bläschen agglomeriert werden und so über die Wasser­ spiegeloberfläche konstruktionsgerecht entweichen. Nach der Nominalmengenflutung des aufzubereitenden Mediums "M" in die Reaktorwanne 1 reagiert der Zufluß-Schwimmer 6 auch auf den Nährstoffmengenimplikator 9 diesen ein­ schaltend wie auch die Zuflußventile 21 der einzelnen Tauchkammern 18 zyklisch in deren Senksektor öffnend, wodurch die in der Reaktorwanne 1 vorher zeitgestaute Flüssigkeit "M" hintereinander die Tauchkammern 18 bis an den Entgasungsdom 26 jeweils flutet, da gleichzeitig der Stickstoffaustritt 28 den atmosphärischen Druckaus­ gleich ermöglicht.

Das somit auftretende Übergewicht in einer Kammerblock­ hälfte 18 verursacht eine periodische, längsachsige Dreh­ bewegung der Tauchkammerblocks 18, was solange geschieht, bis alle Tauchkammern 18 durch die Flüssigkeits-Über­ gangsbrücken 22 entsprechend verfüllt wurden und der trommelartige Tauchkammerblock 18 zum Stillstand kommt, bei gleichzeitigem Schließen des Zuflußabsperrhahns 5, des Entlüftungsventils 15+27 sowie des Nährstoffimpli­ kators 9 mittels Impuls des Schwimmers 6.

Nachdem parallel die mit dem C-Quellen-Nährstoff in die zwischengestaute Flüssigkeit "M" implizierten, hetero­ trophen Bakterien sich zellenvermehren und entsprechend nitratreduzierend gewirkt haben, wird nach vorab manu­ eller effektbestätigender Messung, der Ausflußstutzen 10 geöffnet und das Wasser "M" der zur Zeit am höchsten im Auftriebssektor sich befindenden Tauchkammer 18 über den tieferen, mittig situierten und durch die Kanalblende 20 geteilten Abschnitt des Abflußkanals 19 abgeleitet, was durch das entsprechende Abflußventil 21.1, welches durch die Steuerwalze 12 geöffnet wurde, sowie den Stick­ stoffaustritt 11, der den Druckausgleich bewirkt, durch­ führbar ist. Dadurch setzt eine kontinuierliche Arbeits­ fluß-Drehbewegung ein, deren Maschinenfunktion auf dem ständig auftretenden hydro-gravitätischen Potential be­ ruht, im Zusammenwirken mit dem in schwachen Gleichstrom umgeformten Bremsenergieeffekt des Drehzahlreglers 7. Diese Energie gestattet sowohl die dissotiative Qualitäts­ messungen mit synchronisierter Steuerimpulsnutzung von Durchflußmenge, Verweilzeit und Implikation, wie auch das Betriebsenergiespeisen des UV-Strahlers 16, des Nährstoff­ mengenimplikators 9 und der Vakuumpumpe 14, welche einer­ seits den wasserfreien Raum der Reaktorwanne 1 in sauer­ stoffarmen Luftunterdruckbereich versetzt und anderseits mit dieser abgezogenen Fracht das aus dem Rückstandfilter 13 abfließende denitrifizierte Wasser "M" wieder mit nomi­ nalem Sauerstoffanteil dadurch anreichert.

Der mikrobielle Abbau von Nitratübermengen aus Trink­ wassern, die in die Nahrungskette gelangen, aber auch von Abwässern, welche die ökologischen Verhältnisse der Um­ welt belasten, geschieht prinzipiell mit Hilfe von hete­ rotrophen Bakterien, deren Nitrat-Abbaukapazität in Zeit und Raum von ihrer kontinuierlichen Population und somit von ihren Vegetationskriterien abhängt, so daß für diese existenzfördernde Bedingungen geschaffen sein müssen. Bestimmt werden die Voraussetzungen von den nominalen Durchsatzparametern und der Nitratfracht der Mediummenge "M", von der Füllkörpermasse "QF", von der Flüssigkeits­ temperatur, von der Kinetik des Durchsatzmediums "M" und von der C-Quellen-Nährstoffimplikation. Durch synchro­ nisiertes Zusammenwirken all dieser Parameter lassen sich leistungsoptimale Wirkungsbedingungen für eine erfindungs­ treue Effektivität erst dann erreichen. Prinzipiell er­ geben sich diese aus dem Vektor von konstanten Effekten wie der vegetativ-mikrobiellen Größe, welche von Raum, Zeit, Temperatur und C-Quellen-Nährstoffdosis festgelegt ist, und dem Vektor der flexiblen Effekte, welcher von der Flüssigkeitsdurchflußmenge und Nitratbelastung be­ stimmt wird. Da die konstanten Komponenteneffekte in der Vorrichtungskonstruktion - zwar regelbar - vorgegeben sind, muß die Steuerung der Durchflußmenge sicherstellen, daß die Verweilzeit im hydrodynamischen Tauchkammer-Bio­ reaktor von der flüssigkeitsanteiligen Nitratfracht be­ stimmt wird, unter der Voraussetzung, daß einer Aufnahme gasförmigen Sauerstoffs durch die angesetzten Mikroorga­ nismen konstruktiv vorgebeugt wird und das auch schäd­ licher UV-Einfluß auf diese ausgeschlossen werden muß. Die behandelte Flüssigkeit wird erst nach Austritt aus dem mikro-biologischen Reaktionsbereich und Durchlauf durch die UV-Schleuse mit Sauerstoff aus der internen und externen Umluft entsprechend wieder angereichert. Das volkswirtschaftliche und sanitär-relevante Ziel der Erfindung ist die sozialökologische Einführung dieses hydro-dynamischen Tauchkammer-Bioreaktors, vorrangig zum mikrobiellen Abbau von Niträtübermengen aus Landschafts-, Siedlungs-, Landwirtschafts-, Gewerbe- und Industrieab­ wässern, aber auch alternativ für prinzipienähnliche Ein­ sätze, da aufgrund der autarken Steuerung der zellenver­ mehrenden C-Quellen-Nährstoffimplikation und Füllkörper- "QF"-Aktivitätskinetik, für die heterotrophen Bakterien optimale Vegetationsbedingungen kontinuierlich gesichert werden. Dadurch wird in den Durchsatzflüssigkeiten "M" ein maximaler mikrobiologischer Nitratabbaueffekt er­ reicht, durch leistungssynchronisierter Durchflußmengen­ regelung 8.2 adäquat zur Nitratbelastung der zu behan­ delden Wasserarten "M".

Als Antriebs- und Steuerenergiequelle wird dabei die hydrodynamische Kraft genutzt, die mittels kinetischer Größe bei natürlich differierendem Potential des flüssigen Mediums "M" oder am Zwangsleitungsanfang durch Pumpen­ wirkung auftritt, wobei die Zuleitung als Energietrans­ mitter wirkt. So ein kostengünstiger und aufwandsarmer Betrieb des hydrodynamischen Tauchkammern-Bioreaktors kann also unabhängig von einem direkten thermoenerge­ tischen Antriebsanschluß am Einsatzstandort stattfinden. Somit wird durch erfindungstreue Konstruktionseigen­ schaften - alternativ zu bisher bekannten Prinzipien - die hydrodynamische Energie des eingeleiteten nitrat­ haltigen Wassers "M" sowie seines sehr niedrigen Rei­ bungskoeffizienten genutzt, um im Vergleich zu herkömm­ lichen Denitrifikationssystemen, größenanaloge Bio-Effekte im qualitätsgesteuerten Durchsatz kostengünstiger und aufwandsärmer zu erzielen.

Claims (2)

1. Der hydrodynamische Tauchkammern-Bioreaktor, dessen Ein­ satzstandort unabhängig von einem bis jetzt vorbedingten extern-elektrischen Antriebsanschluß gewählt werden kann, um mittels Bakterienstämmen, Füllkörperarten und Nähr­ stoffträgern bekannter mikrobieller Methoden, vorrangig Nitratübermengen aus Flüssigkeiten abzubauen, aber auch andere Dekontaminierungsverfahren auf roto-dynamischer Basis durchzuführen, die außer den vorrichtungsstarren Ausführungen bislang entweder in statischer Ummantelung mit beweglicher Innenausrüstung erstellt oder in dyna­ mischer Kompaktausführung, immer aber mit einem vor­ richtungseigenen elektro-mechanischen Antrieb versehen waren, der den direkten bzw. indirekten Investitionsauf­ wand und die Betriebskosten durch kontinuierlichen Elek­ tro-Energieverbrauch belastete, gekennzeich­ net durch die Merkmale und deren Gemeinsamkeit, daß

• a) im Konstruktionsbeispiel der hydro-dynamische Tauch­ kammern-Bioreaktor bestehend aus dem statischen Teil, der sich aus der Reaktorwanne (1) mit Abdichtungsdeckel (2), den Zuflußkanälen (3), Anschlußstutzen (4) und Zuflußab­ sperrhahn (5) mit Schwimmer (6), dem Drehzahlregler (7) mit Mikro-Gleichstromregler (7.1) und elektro-mag­ netischer Gangschaltung (7.2), der elektronischen Meß- und Regelautomatik (8) mit Digitalanzeige (8.1) von Durch­ satzgutmenge (8.2), Nitratbelastung bei Zufluß, Ausfluß und Nährstoffmengenimplikator (9), dem Ausflußstutzen (10) mit Stickstoffaustritt (11), Stopfbuchsengleitlager (17) von Kanalendstücken und Ventilsteuerwalze (12), sowie dem mikrobiologischen Rückstandfilter (13), der Vakuumpumpe (14) mit Sauerstoffrückspeisung (15) im Ausflußstutzen (10), UV-Strahler (16) und den zwei stirnseitigen Tauch­ kammerblock-Gleitsitzarretierungen (17.1), worin der dy­ namische Maschinenteil flexibel sitzt, welcher in Form eines Tauchkammerblocks ausgeführt ist und sich im wesent­ lichen zusammensetzt aus den längsachsigen mit einem Wan­ dungsteil (18.1) aneinanderliegenden stirnseitig abge­ schlossenen Tauchkammern (18), die ringartig um den zen­ trisch gebildeten Gemeinschaftszu- und -abflußkanal (19) trommelförmig angeordnet sind, die Zu- und Abflußzone (Z) (A) mittels einer Kanalblende (20) voneinander trennend, sowie den im Zu- und Abflußkanal (19) eingesetzten Zu- und Abflußventilen (21) (21.1), den beiderseits stirnwandig angesetzten Flüssigkeits-Übergangsbrücken (22), den beiderseitigen Füllkörperblenden (23), den tauchkammer­ inneren Füllkörpermischflügeln (24), dem Entgasungsring (25) mit Entgasungsdom (26), Tauchkammer-Entgasungs­ schleusen (27) und Stickstoffaustritt (28) und den je­ weils am Außenmantel der Tauchkammer (18) dicht ange­ brachten Füllkörperladelukendeckel (29), was nach Montage einen
• b) sich drehenden Block im Verbundsystem aus mehreren teil­ seitig aneinanderliegenden Tauchkammern (18) bildet, in Form eines längsachsigen Zylindergefüges mit zentrischen Gemeinschaftsabflußkanal (19) und reihenverbindenden Um­ leitungsbrücken (22) der mit äußeren Ein- und inneren Ausflußventilen (21) (21.1) ausgestattet ist, was im technologie- und maschineneffektiven Leistungsverbund mit der den statischen Hauptteil bildenden Wanne (1) und der in diese eingebauten elektro-mechanischen Regeltechnik (8), (8.1), (8.2) die erfindungsgemäße Funktionstüchtigkeit bewirkt, indem dieser vertikal in der Wanne (1) arretierte Block (17.1-25+29) im zugeleiteten Medium (M) zum horizontalflexibel-drehbaren Schwimmen kommt, da die in der Reaktorwanne (1) zeitgestaute Durchsatzflüssigkeit (M) dort durchsatzkompensiert wird, um periodisch die flüssigkeitsentleerten "M" Tauchkammern (18) durch das gravitätische Druckpotential nachzufüllen, welches zwischen dem höheren Flüssigkeitsspiegelbereich und dem tieferen, zentrischen Gemeinschaftskanal (10) kontinuier­ lich auftritt, was dadurch die systematische längsachsig­ horizontale Drehbewegung des Kammernverbundsystemes be­ wirkt mittels einsetzender Auftriebskraft der jeweils ent­ leerten Kammern (K), wodurch die vorgegebenen Denitrifi­ zierungs- oder Alternativreaktionen sogar in antriebs­ armen, abgelegenen oder energie-versorgungsschwierigen Standorten umwelt- und gesundheitsfreundlich zur Nutzung gelangen,
• c) da die Erfindung außer dem geringen Roto-Reibungswider­ stand der Wasserbettlagerung noch eine Massenausgewogen­ heit des sich drehenden Vorrichtungsteiles aufweist, der sich aus mehreren längsachsigen mit den Wandungsteilen (18.1) aneinanderliegenden abgeschlossenen Tauchkammern (18) zusammensetzt, die ringartig um den zentrischen mit einer Kanalblende (20) in die Zu- und Abflußzone ("Z"), ("A") geteilten Durchflußkanal (19) situiert sind, eine Trommel bildend, die waagerecht zur Rotation kommt durch die abgestimmte mengenbeeinflußte Arbeit der Zufluß- und Abflußventile (21), (21.1), welche die Tauchkammern (18) erfindungstreu einzeln mit dem Durchsatzgut "M" füllen und entleeren oder mittels Übergangsbrücken (22) in Ver­ bundanordnung aber so, daß in keinem Fall Füllkörperein­ heiten mitgetragen werden durch die Begrenzung mittels Füllkörper("QF")-Korbblenden (23), die mit entsprechendem Abstand zu den beiderseitigen Stirnwänden (18.1) der Tauchkammern (18) an deren Kammernwandung (18.1) ange­ bracht sind, wie auch die Füllkörpermischflügel (24) und Füllkörperladelukendeckel (29), inklusive Entgasungsdom (26), wodurch eine Füllkörperfreizone entsteht, in welcher die Entgasungsschleuse (27) immer ungehindert schwimmend sich am Flüssigkeitsspiegel bewegt, um durch ihre elastische Verbindung mit dem Entgasungsring (25) bei­ spielsweise freien Stickstoffaustritt zu gewähren, ohne Verlust denitrifizierten Wassers ("M") oder der nitrat­ übermengigen Input-Flüssigkeit ("M"), welche vorerst die mit einem Abdichtungsdeckel (29) verschlossene Reaktor­ wanne (1) bedarfsentsprechend füllt durch Funktion von Anschlußstutzen (4), Zuflußabsperrhahn (5) mit Schwimmer (6) und Zuflußdüse (3), wonach der an die Reaktorwanne (1) befestigte Drehzahlregler (7) des in vertikaler Gleit­ sitzarretierung (17.1) gehalterten trommelförmigen Tauch­ kammerblocks (18) zweckentsprechend effektiv wird und mit diesem der gekoppelte Mikro-Gleichstromgenerator (7.1), die elektro-magnetische Gangschaltung (7.2) mit digitaler Meß- und Regelautomatik (8), (8.1), (8.2), so wie der mit dieser synchronisierte Nährkraftträger- Mengenimplikator (9), wie auch die ähnlich befestigte Vakuumpumpe (14) mit Sauerstoffrückspeisung (15) im Raum vom Ausflußstutzen (10), wo auch der Stickstoffaustritt (11), Rückstandfilter (13), UV-Strahler (16) und das Stopfbuchsengleitlager (17) sitzt, in welchem abgedichtet das Kanalendstück (10) des Durchflußkanals (19) drehbar sitzt wie auch die Ventilsteuerwalze (12).

2. Der hydro-dynamische Tauchkammern-Bioreaktor nach An­ spruch 1, gekennzeichnet durch die Merkmale und deren Gemeinsamkeit, daß im Konstruktions­ beispiel alternativ die Drehzahlregler-Bremskraft zu autarker Energieerzeugung genutzt wird, indem der Dreh­ zahlregler (7) mit gekoppeltem Mikro-Gleichstromgenerator (7.1.), elektromagnetischer Gangschaltung (7.2), digi­ taler Meß- und Regelautomatik (8.1), (8.2) ergänzt wird, sodaß diese Elemente und der Antrieb von Vakuumpumpe (14) sowie vom Nährstoffmengenimplikator (9), auf elektro­ technischer Basis beruhen können, wie auch ein UV-Strahler (16) dabei ohne externe Stromversorgung arbeiten kann.