DE4307672A1 - Vorrichtung zur Bioreaktion von Gasstrom und Biomasse - Google Patents
Vorrichtung zur Bioreaktion von Gasstrom und BiomasseInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bioreaktion, bei
der ein Gasstrom eine Aufbereitungseinrichtung, ein Bio
massebett und eine Nachbehandlungseinrichtung passiert, bei
der die Aufbereitungseinrichtung und die Nachbehandlungsein
richtung zur Beeinflussung des Feuchtigkeits/Nährstoffgehal
tes des Gasstromes ausgelegt sind, bei der das Biomassebett
in einem Gehäusemantel untergebracht ist, der beiderendes von
einer Gehäusestirnwand begrenzt ist, und bei der eine Zufuhr
einrichtung für den Gasstrom durch die eine Gehäusestirnwand
geführt ist.
Die Vorrichtung dient z. B. der biologischen Abgasreinigung,
der Feststoff-Fermentierung oder der Reinigung von Massen wie
z. B. Abfallstoffen oder Erden. Die Vorrichtung arbeitet in
drei Phasen und ist von drei Stufen bzw. Hauptbaugruppen ge
bildet. Die Aufbereitungseinrichtung dient z. B. der Anrei
cherung des Gases mit Feuchtigkeit oder Nährstoff. Die Nach
behandlungseinrichtung ist unbeabsichtigt durch die Drossel
wirkung des engen Ablaßrohres gegeben und bewirkt ein Aus
scheiden von Feuchtigkeit aus dem Gas. Das Biomassebett ist
z. B. ein Festbett und ist entweder einstufig oder mehrstufig
ausgebildet, wobei zwei benachbarte Teil-Betten Abstand von
einander aufweisen. Die Durchströmrichtung des Gasstromes ist
in der Regel von unten nach oben.
Bei einer durch die Praxis bekannten Vorrichtung dieser Art
ist die Aufbereitungseinrichtung in einem Zufuhrrohr zu dem
das Biomasse-Festbett aufnehmenden Gehäuse angeordnet. Wenn
die Vorrichtung in Betrieb genommen wird, werden die Aufbe
reitungseinrichtung und die Nachbehandlungseinrichtung einge
schaltet, wonach sie fortlaufend in einem gleichbleibenden
Betriebszustand arbeiten. Die Bioreaktion zwischen dem Gas
und der Biomasse ist vom jeweiligen Feuchtigkeits/Nährstoff
gehalt der Biomasse abhängig, wobei über die, in Durchström
richtung gesehene Höhe der Biomasse gleiche Verhältnisse er
wünscht sind. Es zeigt sich, daß die angestrebte Bioreaktion
bei der bekannten Vorrichtung nur unvollständig erfolgt, wes
halb z. B. Biomasse überdimensioniert vorgesehen sein muß, um
einen bestimmten Abgasstrom ausreichend zu reinigen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs
genannten Art zu schaffen, bei der die Feuchtigkeits/Nähr
stoffverhältnisse der Biomasse über deren Höhe einem er
wünschten Zustand in verbesserter Weise und mit einfachen
Mitteln angenähert sind. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
ist, diese Aufgabe lösend, dadurch gekennzeichnet, daß die
Aufbereitungseinrichtung im Gehäusemantel in einem Gehäuse
raum vor dem Biomassebett angeordnet steuerbar ausgebildet
ist sowie die Nachbehandlungseinrichtung steuerbar ausgebil
det ist und daß eine Einrichtung zur Feststellung des
Feuchtigkeits/Nährstoffzustandes der Biomasse über deren, in
Durchströmrichtung gesehene, Höhe vorgesehen ist, wobei das
Biomassebett ein Festbett oder ein gasfluidisiertes Bett ist.
Auf diese Weise werden die in der Biomasse immobilisierten
Mikroorganismen verbessert mit Feuchtigkeit/Nährstoff ver
sorgt, d. h. die Austrocknungserscheinungen bzw. Nährstoff
mangelerscheinungen in der Biomasse sind vermieden. Da die
Feuchtigkeits/Nährstoffverhältnisse des Gases innerhalb des
Gehäuses eingestellt werden, können sich die Druckverhältnis
se und die davon abhängigen Feuchtigkeits/Nährstoffverhältnis
se nicht deshalb ändern, weil das Gas von einer engen
Rohrleitung in das weite Gehäuse strömt. Der Feuchtigkeits/Nähr
stoffzustand der Biomasse wird also von der Gaszufuhrsei
te der Biomasse her beeinflußt. Der Feuchtigkeits/Nährstoff
zustand der Biomasse wird über deren Durchtritts-Höhe beob
achtet und die Aufbereitungs- sowie die Nachbehandlungsein
richtung werden entsprechend dem Ergebnis der Beobachtung ge
steuert bzw. eingestellt. Durch geeignete Steuerung und Di
mensionierung der den Gas-Feuchtigkeits/Nährstoffgehalt be
einflussenden Aufbereitungs- und Nachbehandlungseinrichtung
innerhalb des einen Gehäuses werden verbesserte Feuchtig
keits/Nährstoffverhältnisse in der Biomasse erreicht. Dabei
wird die Steuerung und Dimensionierung der Nachbehandlungs
einrichtung in Abhängigkeit von der Leistung und der Funktion
der Aufbereitungseinrichtung erfolgen, da eine Nachbehandlung
im Gehäuse nur insoweit nötig ist, als die Biomasse nicht
über ihre gesamte Höhe optimal mit Feuchtigkeit/Nährstoff
versorgt wird.
Die Nachbehandlungseinrichtung ist z. B. außerhalb des
Gehäusemantels angeordnet, wobei z. B. ausgeschiedene Flüs
sigkeit über eine Rohrleitung zur Zufuhreinrichtung oder zur
Aufbereitungseinrichtung geführt wird. In der Regel ist vor
gesehen, daß die Nachbehandlungseinrichtung im Gehäusemantel
in einem Gehäuseraum nach dem Biomassebett angeordnet ist.
Soweit bei der Nachbehandlung Feuchtigkeit/Nährstoff aus dem
Gas ausgeschieden wird, wird sie/er im Gehäuse ausgeschieden
und gelangt unmittelbar wieder an die Biomasse. Der Feuchtig
keits/Nährstoffzustand der Biomasse wird also auch von der
Gasaustrittsseite der Biomasse her beeinflußt.
Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es, wenn die Zufuhr
einrichtung mit einer steuerbaren Stellventileinrichtung ver
sehen ist. Es läßt sich nämlich der Feuchtigkeits/Nährstoff
zustand der Biomasse durch Wechseln der Gasdurchtrittsmenge/Zeit
einheit beeinflussen. Aufgrund der Kenntnis des
Einflusses des Joule-Thomson-Effektes auf das Verhalten des
Gases bei der Durchströmung der Biomasse ist gefunden, daß
durch wechselnde Gasstromvolumina eine Verschiebung der Kon
densationsfronten in der Biomasse erreichbar ist. Durch Aus
nutzung dieses Effektes läßt sich eine Vergleichmäßigung des
Feuchtigkeits/Nährstoffzustandes in der Biomasse erreichen.
Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es auch, wenn der
Gehäusemantel beim Gehäuseraum vor dem Bett und beim Bio
massebett quer zur Durchströmrichtung gleichbleibenden Innen
raum-Querschnitt aufweist. Da Änderungen des von dem Gasstrom
durchsetzten und vom Gehäusemantel begrenzten Querschnittes
auf den Druck und damit auf den Feuchtigkeits/Nährstoffgehalt
des Gases Einfluß haben, ist es von Vorteil, wenn durch Quer
schnittsänderungen bedingte Zustandsänderungen vermieden
sind, um die erwünschte Vergleichmäßigung einfacher zu er
reichen.
Hinsichtlich der Steuerbarkeit der Gasdurchtrittsmenge/Zeit
einheit ist es besonders zweckmäßig und vorteilhaft, wenn das
Gehäuse durch von der zufuhrseitigen Gehäusestirnwand ausge
hende Trennwände im Bereich des Gehäuseraumes vor dem Bett
und im Bereich des Biomassebettes in zwei oder mehr Kammern
unterteilt ist und wenn die Zufuhreinrichtung und die Stell
einrichtung zu jeder Kammer mit einer Zufuhrrohrleitung mit
einem Stellventil führen. Es lassen sich nun die in den ein
zelnen Kammern befindlichen Teil-Biomassen mit hinsichtlich
der Menge/Zeiteinheit unterschiedlichen Teil-Gasströmen
durchströmen bzw. beaufschlagen und damit in ihrem Feuchtig
keits/Nährstoffzustand gesondert beeinflussen. Dies ist von
besonderem Vorteil bei im Durchström-Querschnitt großflächi
gen Biomassen, deren Konsistenz sich über den Querschnitt hin
ändert. Der ankommende Gasstrom läßt sich ohne Abzweigung
insgesamt durch die Biomasse leiten, da sich die Summe der
Teil-Gasströme konstant halten läßt.
Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es sodann, wenn der
Gehäusemantel mit einem sich über die Höhe der Biomasse er
streckenden Sichtfenster versehen ist. Auf diese Weise sind
über die Biomasse verteilte Feuchtigkeits/Nährstoffmesser
vermieden. Es zeigt sich, daß sich durch unmittelbare visuel
le Beobachtung der Biomasse deren Feuchtigkeits/Nährstoffzu
stand ausreichend brauchbar erkennen und entsprechend steuern
läßt.
Die Aufbereitungseinrichtung ist z. B. ein Verdampfer, z. B.
ein Blasen- oder Filmverdampfer, der Flüssigkeit/Nährstoff
dem Gas in dem zufuhrseitigen Gehäuseraum in Form von Dampf
zuführt. Die Nachbehandlungseinrichtung ist z. B. ein Konden
sator, d. h. eine Kühlschlange, die aus dem Gas in dem abfuhr
seitigen Gehäuseraum Flüssigkeit ausfällt.
Um die Vorrichtung geeignet zu steuern, ist z. B. ein Refe
renzreaktor aus durchsichtigem Material wie Glas vorgesehen,
z. B. in den Gehäusemantel eingebaut, der den gleichen An
ström- und Druckverhältnissen wie die eigentliche Vorrichtung
unterliegt. Es kann durch geeignete Probenahme und Meßtechni
ken die Änderung der Gasvolumenströme gesteuert werden.
Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es ebenfalls, wenn
die Zufuhreinrichtung für den Gasstrom eine Rohrleitung für
ein Reaktionsgas aufweist, über die über einen Zumischer eine
Rohrleitung für Druckluft angeschlossen ist. Durch das Zumi
schen von Druckluft lassen sich der Feuchtigkeits/Nährstoff
gehalt und die Durchströmgeschwindigkeit des Gasstromes än
dern. Der Zumischer ist z. B. ein Mischventil. Wenn die Un
terteilung in Kammern vorgesehen ist, kann die Druckluft all
gemein einer gemeinsamen Rohrleitung oder aufgeteilt Zweig
leitungen, die je einer Kammer zugeordnet sind, zugeführt
werden.
In der Zeichnung sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfin
dung dargestellt und zeigt
Fig. 1 in einem Schnitt eine erste Vorrichtung zur Bioreak
tion von Gasstrom und Biomasse und
Fig. 2 in einem Schnitt eine zweite Vorrichtung zur Bioreak
tion von Gasstrom und Biomasse.
Die Vorrichtung gemäß Fig. 1 umfaßt ein Gehäuse 1 mit einem
Gehäusemantel 2, der einen Innenraum begrenzt, dessen Quer
schnitt rund und konstant ist. Zu dem Gehäuse gehören zwei
Gehäusestirnwände 3, die an den beiden Enden des Gehäuse
mantels 2 vorgesehen sind. Im Mittenbereich des Gehäuses 1
trägt der Gehäusemantel 2 ein querverlaufendes Gitterrost 4,
auf dem ein Festbett 5 von Biomasse vorgesehen ist. Der Ge
häusemantel 2 ist in Höhe der Biomasse mit Sichtfenstern 6
versehen. Angrenzend an das Gitterrost 4 befindet sich ein
eingangsseitiger Gehäuseraum 7 und angrenzend an die Biomasse
befindet sich ein ausgangsseitiger Gehäuseraum 8. Der zufuhr
seitigen Gehäusestirnwand 3 ist eine Zufuhreinrichtung 9 mit
einer steuerbaren Stellventileinrichtung 10 zugeordnet und
der abfuhrseitigen Gehäusestirnwand ist ein Ablaßrohr 11 zu
geordnet. Dem zufuhrseitigen Gehäuseraum 7 ist eine steuerba
re Aufbereitungseinrichtung 12 zugeordnet, die im wesentli
chen aus einer Rohrleitung zum Versprühen von Flüssigkeit be
steht, die über ein verstellbares Ventil 13 zufließt. Dem ab
fuhrseitigen Gehäuseraum 8 ist eine steuerbare Nachbehand
lungseinrichtung 14 zugeordnet.
Gemäß Fig. 1 ist der Innenraum des Gehäusemantels 2 quer zur
Durchströmrichtung 15 nicht unterteilt. Die Zufuhreinrichtung
9 besteht aus einer Rohrleitung und die Stellventileinrich
tung 10 besteht aus einem Stellventil, das ankommendes Gas
mehr oder weniger vollständig in den zufuhrseitigen Gehäuse
raum 8 weiterleitet und den jeweiligen Rest über eine Neben
leitung 16 abläßt. Die Aufbereitungseinrichtung 12 erstreckt
sich einheitlich über den gesamten zufuhrseitigen Gehäuseraum
7. Die Nachbehandlungseinrichtung 14 besteht in einer Dros
sel, die in der abfuhrseitigen Gehäusestirnwand am Beginn des
Ablaßrohres sitzt.
Gemäß Fig. 2 ist der Innenraum des Gehäusemantels 2 quer zur
Durchströmrichtung 15 durch Trennwände 17 in Kammern 18 un
terteilt, wobei auch der zufuhrseitige Gehäuseraum 7 unter
teilt ist. Die Zufuhreinrichtung 9 umfaßt Zweigleitungen, die
vom einer gemeinsamen Rohrleitung zu je einer der Kammern
führen, und die Stellventileinrichtung besteht aus je einem
Stellventil pro Zweigleitung, wobei das ankommende Gas stets
insgesamt über die mehreren Stellventile in den zufuhrseiti
gen Gehäuseraum weitergeleitet wird. Die Aufbereitungsein
richtung 12 ist in Teile pro Kammer 18 unterteilt, wobei jede
Teileinrichtung mit einem eigenen verstellbaren Ventil 13
versehen ist. Die Nachbehandlungseinrichtung 14 besteht aus
einem im abfuhrseitigen Gehäuseraum 8 vorgesehenen Querboden,
der mit einer Vielzahl verteilter Drosselöffnungen versehen
ist, deren Öffnungsweite mittels eines Schiebers veränderbar
ist.
Bei einer Ausführungsform sind der Gehäusemantel und die Ge
häusestirnwände aus Glasbauteilen montiert. Die als Verdamp
fer ausgebildete Aufbereitungseinrichtung ist so ausgelegt
und betrieben, daß ein zu reinigendes Gas im zugangsseitigen
Gehäuseraum eine Feuchtigkeit von 100% relative Feuchtigkeit
aufweist. Die Biomasse weist eine Schichthöhe von einem Meter
auf und besitzt als Trägermaterial ein Torf-Holzspäne-Ge
misch. Das Trägermaterial ist bei verschiedenen Versuchsaus
führungen mit verschiedenen Dichten bzw. Porösitäten vorge
sehen. Dem Gehäuse wird ein Gasstrom mit einem zwischen 55
und 75 l/h oder zwischen 500 und 1500 l/h wechselnden Volumen
zugeführt. Durch sich ändernde Druckverhältnisse werden un
terschiedliche Kondensationszonen in der Biomasse und damit
ein gleichmäßiger Wassergehalt des Trägermaterials der Bio
masse erreicht. Der Gehäusemantel weist durchgehend einen
Leerrohrquerschnitt mit einem Durchmesser von 150 mm auf.
Bei einer Ausführungsform sind der Gehäusemantel bzw. die
Gehäusestirnwände aus durchsichtigem Material montiert. Die
als Verdampfer ausgebildete Aufbereitungseinrichtung ist so
ausgelegt und betrieben, daß ein zu reinigendes Gas im zu
gangsseitigen Gehäuseraum eine Feuchtigkeit von 100% rela
tiver Feuchte aufweist. Die Mikroorganismen sind auf Mischun
gen von verschiedenen Trägermaterialien wie: Torf, Sägespäne
mit z. B. Polyurethan- oder Polystyrolschaum immobilisiert.
Dem Gehäuse wird ein Gasstrom mit einem zwischen 55 und 75 l/h
oder zwischen 500 und 1500 l/h wechselnden Volumen Zuge
führt. Durch die sich ändernden Druckverhältnisse werden un
terschiedliche Kondensationszonen in der Biomasse und damit
ein gleichmäßiger Wassergehalt des Trägermaterials in der
Biomasse erreicht.
Durch den Einsatz von auf PUR- oder Polystyrol-Schaum immobi
lisierten Mikroorganismen oder Pilzen ist ein fluidisiertes
bzw. partiell fluidisiertes Bett (also Wirbel- bzw. Sprudel
schicht) realisiert. Der Gehäusemantel weist dabei einen
durchgehenden Leerrohrquerschnitt mit einem Durchmesser von
150 mm auf. Bei einem Mehrkammer-Biofilter mit drei Kammern
sind z. B. zwei Kammern als Festbett und eine Kammer als
fluidisiertes bzw. partiell fluidisiertes Bett betrieben.
Claims (6)
1. Vorrichtung zur Bioreaktion,
bei der ein Gasstrom eine Aufbereitungseinrichtung, ein Biomassebett und eine Nachbehandlungseinrichtung passiert,
bei der die Aufbereitungseinrichtung und die Nachbehand lungseinrichtung zur Beeinflussung des Feuchtigkeits/Nähr stoffgehaltes des Gasstromes ausgelegt sind,
bei der das Biomassebett in einem Gehäusemantel unterge bracht ist, der beiderends von einer Gehäusestirnwand be grenzt ist, und
bei der eine Zufuhreinrichtung für den Gasstrom durch die eine Gehäusestirnwand geführt ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Aufbereitungseinrichtung (12) im Gehäusemantel (2) in einem Gehäuseraum (7) vor dem Biomassebett (5) angeord net steuerbar ausgebildet ist sowie die Nachbehandlungs einrichtung (14) steuerbar ausgebildet ist und
daß eine Einrichtung (6) zur Feststellung des Feuchtig keits/Nährstoffzustandes der Biomasse über deren, in Durchströmrichtung (15) gesehene, Höhe vorgesehen ist, wobei das Biomassebett ein Festbett oder ein gasfluidi siertes Bett ist.
bei der ein Gasstrom eine Aufbereitungseinrichtung, ein Biomassebett und eine Nachbehandlungseinrichtung passiert,
bei der die Aufbereitungseinrichtung und die Nachbehand lungseinrichtung zur Beeinflussung des Feuchtigkeits/Nähr stoffgehaltes des Gasstromes ausgelegt sind,
bei der das Biomassebett in einem Gehäusemantel unterge bracht ist, der beiderends von einer Gehäusestirnwand be grenzt ist, und
bei der eine Zufuhreinrichtung für den Gasstrom durch die eine Gehäusestirnwand geführt ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Aufbereitungseinrichtung (12) im Gehäusemantel (2) in einem Gehäuseraum (7) vor dem Biomassebett (5) angeord net steuerbar ausgebildet ist sowie die Nachbehandlungs einrichtung (14) steuerbar ausgebildet ist und
daß eine Einrichtung (6) zur Feststellung des Feuchtig keits/Nährstoffzustandes der Biomasse über deren, in Durchströmrichtung (15) gesehene, Höhe vorgesehen ist, wobei das Biomassebett ein Festbett oder ein gasfluidi siertes Bett ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Zufuhreinrichtung (6) mit einer steuerbaren Stellven
tileinrichtung (10) versehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß der Gehäusemantel (2) beim Gehäuseraum (7) vor
dem Festbett (5) und beim Biomassebett (5) quer zur Durch
strömrichtung (15) gleichbleibenden Innenraum-Querschnitt
aufweist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich
net, daß das Gehäuse (1) durch von der zufuhrseitigen Ge
häusestirnwand (3) ausgehende Trennwände (17) im Bereich
des zufuhrseitigen Gehäuseraumes (7) vor dem Bett und im
Bereich des Biomassebettes (5) in zwei oder mehr Kammern
(18) unterteilt ist und daß die Zufuhreinrichtung (9) und
die Stellventileinrichtung (10) zu jeder Kammer (18) mit
einer Zufuhrrohrleitung mit einem Stellventil führen.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß der Gehäusemantel (2) mit einem
sich über die Höhe der Biomasse erstreckenden Sichtfenster
versehen ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß die Zufuhreinrichtung für den
Gasstrom eine Rohrleitung für ein Reaktionsgas aufweist,
an die über einen Zumischer eine Rohrleitung für Druckluft
angeschlossen ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4307672A DE4307672A1 (de) | 1992-04-08 | 1993-03-11 | Vorrichtung zur Bioreaktion von Gasstrom und Biomasse |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE4211720 | 1992-04-08 | ||
DE4307672A DE4307672A1 (de) | 1992-04-08 | 1993-03-11 | Vorrichtung zur Bioreaktion von Gasstrom und Biomasse |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4307672A1 true DE4307672A1 (de) | 1993-10-14 |
Family
ID=25913759
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4307672A Ceased DE4307672A1 (de) | 1992-04-08 | 1993-03-11 | Vorrichtung zur Bioreaktion von Gasstrom und Biomasse |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8131 | Rejection |