WO2017037168A1 - Apparatus for biological liquid purification with a loop reactor - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a plant for biological fluid purification with the addition of a gas with a reactor vessel for receiving liquid, which has a reaction zone at a lower tank portion and a reaction zone at an upper tank portion, a liquid inlet, a liquid outlet, a gas feed opening in the mass transfer zone and a In the reaction zone in the vertical direction extending tube, which is intended to separate on the outside on the one hand and its inner side on the other hand opposite fluid flows from each other, wherein the reaction zone above a top end of the tube has a fluid calming.
- the plant is preferably a reactor intended for wastewater purification using bacteria.
- the plant can also be referred to as a bioreactor or detoxification reactor.
- the present invention relates in particular to a configuration referred to as a jet zone loop reactor (SZR reactor).
- SZR reactor jet zone loop reactor
- the plant according to the invention in the form of a bioreactor in practice for a reaction and thus for a degradation of various pollutants.
- the bioreactor for example, work with bacteria that need to be supplied with oxygen, including the liquid to be purified, especially wastewater, must be mixed as well as possible with air or other oxygen-containing gas.
- a generic system is known from DE 198 42 332 AI.
- the plant for biological wastewater treatment has a mass transport zone for Introducing a gaseous oxidizing agent, in particular air, into the liquid to be purified.
- a gaseous oxidizing agent in particular air
- a particularly intimate mixing of gas and liquid can be achieved by a turbulent loop flow, wherein a two-fluid nozzle, the liquid to be purified, including bacteria and the gas are supplied. The fluids are guided so that a turbulent flow results, which causes an intimate mixing.
- the mixture of air, polluted waste water and the bacteria present in the reactor rises after intimate mixing on the outside of a vertically extending tube in a reaction zone upwards.
- the gas e.g., air
- the mixture having a greater density after the delivery of gas can then sink downwards again in the direction of the two-substance nozzle through the inner cross-section of the tube, resulting in the one circulating flow.
- the circulating flow is also referred to as loop flow. Due to the arrangement and function of the tubes, the terms plug-in tube and loop tube are also common in the art.
- the system is preferably designed so that the residence time of the liquid to be purified in the mass transport zone is relatively short, while then the intimately mixed with gas / air mixture rises over a longer period in the reaction zone upwards, whereby during the rise of the mixture of biological Degradation of pollutants by bacteria takes place.
- a generic system can not only for the purification of municipal wastewater, but with a suitable process control for biological treatment of highly polluted industrial wastewater, eg.
- coke oven wastewater which is charged, inter alia, with nitrogen compounds, cyanides, phenols and sulfides.
- a corresponding method is known from WO 2012/139917 A2. Because of their high concentration of toxic ingredients that inhibit nitrification, coking plant effluents are among the most problematic industrial wastewaters. Treatment with conventional biological processes requires low-load and therefore large-volume concrete-basin bioreactors. Sensitive biological processes such as nitrification are always endangered by impact with critical substances such as cyanide and phenol.
- the first biological stage is used for detoxification, there inhibitors of nitrification, such as. As cyanides degraded. This is followed by a membrane filtration, which separates the bacteria of the first stage from those of the second stage, so that different types of bacteria can form.
- the nitrogen decomposition takes place by means of nitrification, denitrification and post-aeration.
- SZR bioreactors have a circular cylindrical housing, which is usually made of steel. Due to the above-described mode of operation of SZR bioreactors, strict technical boundary conditions must be taken into consideration when designing for a specific throughput volume, because a specified range for the ratio between the diameter and the height of the housing must be observed. For large throughput quantities, therefore, correspondingly large reactor heights result, wherein alternatively a plurality of individual SZR bioreactors can be arranged separately from one another.
- the present invention has the object to enable a compact design of a plant for biological fluid purification with the addition of a gas, during the design and a flexible adaptation to different throughputs and the available space to be made possible.
- the object of the invention and solution of the problem is a system according to claim 1.
- a plurality of modules each having a tube, a two-fluid nozzle and a gas supply are arranged in the reactor vessel.
- the individual modules can be designed in terms of their dimensions so that there is an optimal operation.
- several modules are provided side by side, which are arranged together in a reactor vessel, so that there is a particularly efficient design compared to a plurality of individual, separate bioreactors.
- the juxtaposed modules form a bundle of reactor spaces.
- the in modules in the mass transport zone and in the reaction zone at the height of the tubes are separated by partitions, wherein the reactor vessel in the fluid calming above the partitions forms a common for all modules accumulation section, to which the liquid outlet is connected.
- the separated by the partitions modules do not differ in their function from the known from the prior art systems for biological fluid purification with the addition of a gas.
- the modules share a common reactor vessel, wherein the partition walls only have to prevent overflow of the liquid in the lower region of the reactor vessel and can be made correspondingly thin.
- the modules are open at the top, wherein the fluid calming area above the partitions a forms a common accumulation section for all modules. Above the partitions, therefore, the ascended liquid can flow freely and be divided as needed into different fluid streams. Usually, the amount of purified liquid is continuously discharged via the liquid effluent, which corresponds to the amount of waste water supplied by the liquid feed.
- liquid is withdrawn from the fluid settling region and then fed together with the gas under pressure to a two-substance nozzle which opens into the mass transfer zone and there the mixture downwards and to Side so that the mixture can rise in the manner described on the outside of the tubes to the top.
- the fluid calming region there are thus three flow components, namely the sinking of the liquid in the tubes, the withdrawal of the liquid in order to be supplied together with the gas under pressure to a two-substance nozzle and the discharge of purified liquid through the liquid drain.
- the discharged portion as well as the portion, which is supplied to the two-fluid nozzle, either removed together and then separated or removed from the outset via separate ways the latter embodiment is preferred.
- the modules are arranged in a common reactor vessel, the partitions also allow operation of only a portion of the modules. For maintenance or low fluid flow temporarily individual modules can be deactivated.
- the gas supply lines and optionally also the supply lines for the liquid-bacteria mixture supplied to the two-substance nozzle are then shut off with suitable valves, wherein for a flexible process control preferably control valves, control valves and / or adjustable pumps can be used, which are connected to a central process control ,
- the modules can be arranged in different ways within the scope of the invention. For example, two or more modules may be arranged side by side along a straight line. A particularly space-saving and efficient arrangement results in a dense and substantially symmetrical packing of the modules.
- the modules bounded by the partitions and possibly also an outer wall of the reactor vessel in a horizontal section each have the shape of a uniform polygon.
- the modules may have a symmetrical hexagonal shape, with six modules forming a ring, for example. In the middle of such a ring then remains a surface with the same cross section, so that there either a further module or a central overflow channel can be arranged.
- the formation of a central overflow channel is of course also possible if more or less than six modules are joined together in a uniform arrangement to form a ring.
- the central overflow channel can be provided both as a liquid outlet for the purified liquid to be discharged and for a circulation stream of the liquid which is fed to the two-substance nozzle.
- the gas supply lines are each guided from above through the associated tube of the corresponding module, which can be dispensed with lateral connections in the reactor vessel.
- the gas feeds can then be designed in the manner of lances.
- the gas feeds of the modules in the mass transfer zone open into two-fluid nozzles, which in addition to the gas to be purified liquid including bacteria is supplied, corresponding lances can also have separate cross-sections for the liquid to be cleaned or circulated and the gas ,
- the reactor vessel is at least partially formed of concrete, both the outer wall and the partitions can be made of concrete, with concrete compared to steel in the construction of the system is often locally available and relatively cheap.
- the reactor vessel at least partially made of concrete no high demands are made, so that suitable structures can be formed by simple formwork.
- the reactor vessel is at least partially formed of concrete
- the above-described supply of the gas and the optionally circulated liquid via lances from above is advantageous, because then at least at the bottom of no or at least a few connections are provided in the reactor vessel must, which can be associated with a design of concrete with a considerable effort and leads to potential weaknesses.
- cyanide and hydrocarbon components can be converted in a first stage to ammonium ions (NH 4 + ).
- ammonium ions formed as well as already contained in the wastewater at the beginning Ammonium ions converted to nitrate (NO 3 ).
- NO 3 nitrate
- modules are used according to the invention not only saves space and in particular limits the height necessary for the installation. Furthermore, in comparison with a number of separate plants, a simplification with respect to the ramming is also possible, wherein previously described, a central overflow channel can be provided in the case of an annular arrangement of the modules. In addition, the supply and discharge lines can also be branched relatively short. Furthermore, all modules can also be operated with common pumps, compressors or the like.
- a compensation chamber is connected to the reactor vessel via a fluid connection, wherein the fluid connection is arranged above the liquid outlet and wherein the compensation chamber above the Fluid connection has a permeate and a permeate.
- the permeate (filtrate) of a membrane filtration can be collected, which is downstream of the purification of the wastewater in the system according to the invention.
- it may be an ultrafiltration.
- the compensation chamber is connected via a fluid connection to the reactor vessel, the levels in the reactor vessel and the Permeatsammelhunt on.
- the level in the reactor can not fall. There is thus a uniform overflow, and not too much water is transferred to the next process step. A backflow of permeate into the reactor vessel can be accepted.
- the permeate feed and the permeate effluent are arranged on the compensation chamber in such a way that an inflow of unpurified liquid into the compensation chamber and into the permeate discharge is avoided.
- FIG. 1 shows a plant according to the invention for biological fluid purification with the addition of a gas in a vertical section
- FIG. 2 shows the system according to FIG. 1 in a horizontal section
- FIG. 3 shows an alternative embodiment of the system according to the invention in a vertical section
- 4 shows the system according to FIG. 1 in a horizontal section along the line AA of FIG. 3.
- FIG. 1 and 2 show a first embodiment of a plant according to the invention in the form of a bioreactor for biological wastewater treatment with the addition of a gas, in particular air. Due to the functionality of the plant is also referred to as SZR bioreactor (jet zone loop reactor), because - as explained in detail below - in the system a loop-shaped circulating flow is generated.
- SZR bioreactor jet zone loop reactor
- the plant has a reactor vessel 1 for receiving liquid 2, wherein a mass transfer zone 3 is provided at a lower vessel section and a reaction zone 4 is provided at an upper vessel section.
- each module 5 has an air and water supply line 6 in the form of a lance, which opens into a two-fluid nozzle 7.
- the combined air and water supply line 6 is guided by a tube 8, the insertion tube, which extends in the vertical direction in the reaction zone 4 and is intended to separate opposite fluid flows from one another on the outside and on the inside.
- each module 5 has a short mixing tube 9 in the mass transport zone 3.
- promoted liquid may be newly added, to be cleaned wastewater, circulated wastewater or preferably a mixture of the two components.
- the air and the waste water are discharged at the two-fluid nozzle 7 under pressure, so that there is a turbulent flow, wherein the Mixing tube 9 in the mass transport zone 3, a first circulating flow can be generated before the air-water mixture rises due to its lower density on the outside of the associated tube 8 upwards, wherein provided in the reactor vessel 1 bacteria can degrade pollutants such as cyanides and phenols.
- the air-water mixture rises to a fluid calming area 10 on the fluid surface, where the air bubbles contained in the air and water mixture can be released there to some extent, so that the density of the mixture increases again and the only smaller amounts of air containing wastewater to a proportion through the interior of the tubes 8 may again fall in the direction of the two-fluid nozzle 7, whereby also in the reaction zone 4, an annular (loop-shaped) flow is generated.
- Fig. 1 From Fig. 1 it can be seen that the modules 5 are separated in the mass transport zone 3 and in the reaction zone 4 at the height of the tubes 8 of partitions 1 1, wherein the reactor vessel 1 in the fluid calming region 10 above the partitions 1 1 one for all Module 5 forms a common accumulation section, to which a plurality of liquid drains 13 are connected, of which the at least to some extent purified wastewater is fed to a subsequent process step.
- a compensating cannister 15 is connected to the reactor vessel 1 via a fluid connection 14, wherein the fluid connection 14 is arranged above the fluid connections 12.
- the compensating cannister 15 further includes a permeate feed 16 and a permeate effluent 17.
- the compensating cannister 15 is designed to receive excess permeate from a membrane separation unit, not shown, and optionally to pass it back into the reactor vessel 1.
- the reactor vessel 1 and the partitions 1 1 can be made of concrete, resulting in particularly low production costs.
- concrete is often locally available and the reactor vessel 1 and the partitions 1 1 can be formed by simple formwork.
- the air and water supply lines 6 are inserted from above into the modules 5, so that a particularly easy maintenance is possible.
- the system can also be operated only with a part of the modules 5, for example if individual modules 5 are deactivated or have to be maintained at low throughput quantities.
- the limited by an outer wall of the reactor vessel 1 and the partitions 1 1 modules 5 have in a horizontal section the shape of a uniform polygon, namely a hexagonal shape, so that results in a geometrically simple structure.
- Fig. 3 shows an alternative embodiment of the plant for biological fluid purification with the addition of a gas, wherein the modules 5 are not arranged as in the embodiment of FIGS. 1 and 2 in a row, but annularly as a bundle.
- the individual modules 5 have a hexagonal shape and form a ring, wherein in the middle of the ring an overflow channel 18 is provided, which is provided in comparison to the embodiment of Figs. 1 and 2 instead of the fluid connections 13 for the promotion of waste water in a cycle ,
- the described arrangement of the modules 5 results in a particularly compact, space-saving arrangement, wherein the basic operation of the individual modules does not differ from the embodiment according to FIGS. 1 and 2.
- the system according to FIGS. 3 and 4 is equipped with the compensation chamber 15 described above.
Abstract
The invention relates to an apparatus for biological liquid purification by addition of a gas, with a reactor vessel (1) for receiving liquid (2), which reactor vessel (1) has a gassing zone (3) at a lower portion of the vessel and a reaction zone (4) at an upper portion of the vessel, a liquid inlet, a liquid outlet (12), a gas inlet opening into the gassing zone (3), a pipe (8) which extends vertically in the reaction zone (4) and by which flows of fluid on its outer face on the one hand and on its inner face on the other hand are separated from each other, wherein the reaction zone (4) has a fluid contact area (10) above an upper end of the pipe (8). According to the invention, several modules (5), each of them with a pipe (8) and with a gas inlet, are arranged in the reactor vessel (1).
Description
ANLAGE ZUR BIOLOGISCHEN FLÜSSIGKEITSREINIGUNG MIT EINEM ANNEX TO BIOLOGICAL LIQUID CLEANING WITH ONE
SCHLAUFENREAKTO SCHLAUFENREAKTO
Beschreibung description
TECHNISCHES GEBIET TECHNICAL AREA
Die Erfindung betrifft eine Anlage zur biologischen Flüssigkeitsreinigung unter Zugabe eines Gases mit einem Reaktorbehälter zur Aufnahme von Flüssigkeit, der an einem unteren Behälterabschnitt eine Stofftransportzone und an einem oberen Behälterabschnitt eine Reaktionszone aufweist, einem Flüssigkeitszulauf, einem Flüssigkeitsablauf, einer in der Stofftransportzone mündenden Gaszuführung und einem sich in der Reaktionszone in vertikaler Richtung erstreckenden Rohr, welches dazu vorgesehen ist, an seiner Außenseite einerseits und seiner Innenseite andererseits entgegengesetzte Fluid- strömungen voneinander zu trennen, wobei die Reaktionszone oberhalb eines oberen Endes des Rohres einen Fluidberuhigungsbereich aufweist. The invention relates to a plant for biological fluid purification with the addition of a gas with a reactor vessel for receiving liquid, which has a reaction zone at a lower tank portion and a reaction zone at an upper tank portion, a liquid inlet, a liquid outlet, a gas feed opening in the mass transfer zone and a In the reaction zone in the vertical direction extending tube, which is intended to separate on the outside on the one hand and its inner side on the other hand opposite fluid flows from each other, wherein the reaction zone above a top end of the tube has a fluid calming.
HINTERGRUND BACKGROUND
Bei der Anlage handelt es sich vorzugsweise um einen Reaktor, der unter Einsatz von Bakterien für eine Abwasserreinigung vorgesehen ist. Die Anlage kann entsprechend auch als Bioreaktor oder Entgiftungsreaktor bezeichnet werden. The plant is preferably a reactor intended for wastewater purification using bacteria. The plant can also be referred to as a bioreactor or detoxification reactor.
Hinsichtlich der grundlegenden Funktionsweise und des Aufbaus der Anlage bezieht sich die vorliegende Erfindung insbesondere auf eine Ausgestaltung, die als Strahl-Zonenschlaufen-Reaktor (SZR-Reaktor) bezeichnet wird. With regard to the basic operation and structure of the plant, the present invention relates in particular to a configuration referred to as a jet zone loop reactor (SZR reactor).
Die erfindungsgemäße Anlage in Form eines Bioreaktors wird in der Praxis für eine Umsetzung und damit für einen Abbau verschiedener Schadstoffe vorgesehen. Der Bioreaktor kann beispielsweise mit Bakterien arbeiten, die mit Sauerstoff versorgt werden müssen, wozu die zu reinigenden Flüssigkeit, insbesondere Abwasser, möglichst gut mit Luft oder einem anderen sauerstoffhaltigen Gas vermischt werden muss. The plant according to the invention in the form of a bioreactor is provided in practice for a reaction and thus for a degradation of various pollutants. The bioreactor, for example, work with bacteria that need to be supplied with oxygen, including the liquid to be purified, especially wastewater, must be mixed as well as possible with air or other oxygen-containing gas.
Eine gattungsgemäße Anlage ist aus der DE 198 42 332 AI bekannt. Die Anlage zur biologischen Abwasserreinigung weist eine Stofftransportzone zum
Einbringen eines gasförmigen Oxidationsmittels, insbesondere Luft, in die zu reinigende Flüssigkeit auf. Eine besonders innige Vermischung von Gas und Flüssigkeit kann durch eine turbulente Schlaufenströmung erzielt werden, wobei einer Zweistoffdüse die zu reinigende Flüssigkeit inklusive Bakterien und das Gas zugeführt werden. Die Fluide werden so geführt, dass eine turbulente Strömung resultiert, welche eine innige Vermischung bewirkt. A generic system is known from DE 198 42 332 AI. The plant for biological wastewater treatment has a mass transport zone for Introducing a gaseous oxidizing agent, in particular air, into the liquid to be purified. A particularly intimate mixing of gas and liquid can be achieved by a turbulent loop flow, wherein a two-fluid nozzle, the liquid to be purified, including bacteria and the gas are supplied. The fluids are guided so that a turbulent flow results, which causes an intimate mixing.
Die Mischung aus Luft, dem verschmutzten Abwasser und den in dem Reaktor vorhandenen Bakterien steigt nach der innigen Vermischung an der Außenseite eines sich in vertikaler Richtung erstreckenden Rohres in einer Reaktionszone nach oben. Wenn dieses Gemisch die Oberfläche erreicht, wird das in Form von kleinen Bläschen in dem Gemisch enthaltene Gas (z. B. Luft) zumindest teilweise wieder abgegeben, wodurch die Dichte des Gemisches zunimmt. Das nach der Abgabe von Gas eine größere Dichte aufweisende Gemisch kann dann durch den Innenquerschnitt des Rohres wieder nach unten in Richtung der Zweistoffdüse absinken, wodurch sich die eine zirkulierende Strömung ergibt. Die zirkulierende Strömung wird auch als Schlaufenströmung bezeichnet. Aufgrund der Anordnung und Funktion der Rohre sind auch die Begriffe Einsteckrohr und Schlaufenrohr in der Fachwelt gebräuchlich. The mixture of air, polluted waste water and the bacteria present in the reactor rises after intimate mixing on the outside of a vertically extending tube in a reaction zone upwards. When this mixture reaches the surface, the gas (e.g., air) contained in the mixture in the form of small bubbles is at least partially released, thereby increasing the density of the mixture. The mixture having a greater density after the delivery of gas can then sink downwards again in the direction of the two-substance nozzle through the inner cross-section of the tube, resulting in the one circulating flow. The circulating flow is also referred to as loop flow. Due to the arrangement and function of the tubes, the terms plug-in tube and loop tube are also common in the art.
Die Anlage ist vorzugsweise so ausgestaltet, dass die Verweilzeit der zu reinigenden Flüssigkeit in der Stofftransportzone relativ kurz ist, während dann das innig mit Gas/Luft versetzte Gemisch über einen längeren Zeitraum in der Reaktionszone nach oben steigt, wodurch während des Aufsteigens des Gemisches der biologische Abbau der Schadstoffe mittels Bakterien erfolgt. The system is preferably designed so that the residence time of the liquid to be purified in the mass transport zone is relatively short, while then the intimately mixed with gas / air mixture rises over a longer period in the reaction zone upwards, whereby during the rise of the mixture of biological Degradation of pollutants by bacteria takes place.
Eine gattungsgemäße Anlage kann nicht nur zur Reinigung kommunaler Abwässer, sondern bei einer geeigneten Verfahrensführung auch zur biologischen Reinigung von hochbelastetem Industrieabwasser, z. B. Kokereiabwasser genutzt werden, welches unter anderem mit Stickstoffverbindungen, Cyaniden, Phenolen und Sulfiden belastet ist.
Ein entsprechendes Verfahren ist aus der WO 2012/139917 A2 bekannt. Wegen ihrer hohen Konzentration an toxischen Inhaltstoffen, welche eine Nitrifikation hemmen, zählen Kokereiabwässer zu den besonders problematischen Industrieabwässern. Bei einer Behandlung mit konventionellen biologischen Verfahren sind schwach belastete und damit großvolumige Bioreaktoren in Beton-Beckenbauweise erforderlich. Empfindliche biologische Vorgänge, wie z.B. die Nitrifikation, sind immer durch Stoßbelastungen mit kritischen Stoffen, z.B. Cyanid und Phenol, gefährdet. Durch Auftrennung der Behandlung in eine erste und eine zweite biologische Stufe bleiben empfindliche, langsam wachsende autotrophe Bakterien vor Schädigung durch Cyanid, Phenol und andere Fremdstoffe geschützt. Die erste biologische Stufe dient der Entgiftung, dort werden Hemmstoffe der Nitrifikation, wie z. B. Cyanide, abgebaut. Darauf folgt eine Membranfiltration, diese trennt die Bakterien der ersten Stufe von denen der zweiten Stufe, so dass sich unterschiedliche Bakterientypen ausbilden können. In der zweiten Stufe findet der Stickstoffabbau mittels Nitrifikation, Denitrifikation und Nachbelüftung statt. A generic system can not only for the purification of municipal wastewater, but with a suitable process control for biological treatment of highly polluted industrial wastewater, eg. As coke oven wastewater are used, which is charged, inter alia, with nitrogen compounds, cyanides, phenols and sulfides. A corresponding method is known from WO 2012/139917 A2. Because of their high concentration of toxic ingredients that inhibit nitrification, coking plant effluents are among the most problematic industrial wastewaters. Treatment with conventional biological processes requires low-load and therefore large-volume concrete-basin bioreactors. Sensitive biological processes such as nitrification are always endangered by impact with critical substances such as cyanide and phenol. By separating the treatment into a first and a second biological stage, sensitive, slow-growing autotrophic bacteria are protected from damage by cyanide, phenol and other foreign substances. The first biological stage is used for detoxification, there inhibitors of nitrification, such as. As cyanides degraded. This is followed by a membrane filtration, which separates the bacteria of the first stage from those of the second stage, so that different types of bacteria can form. In the second stage, the nitrogen decomposition takes place by means of nitrification, denitrification and post-aeration.
Bekannte SZR-Bioreaktoren weisen ein kreiszylindrisches Gehäuse auf, welches in der Regel aus Stahl besteht. Aufgrund der beschriebenen Funktionsweise von SZR-Bioreaktoren sind bei der Auslegung auf ein bestimmtes Durchsatzvolumen enge technische Randbedingungen zu berücksichtigen, weil ein vorgegebener Bereich für das Verhältnis zwischen Durchmesser und Höhe des Gehäuses eingehalten werden muss. Bei großen Durchsatzmengen ergeben sich deshalb entsprechend große Reaktorhöhen, wobei alternativ mehrere einzelne SZR-Bioreaktoren getrennt voneinander angeordnet werden können. Known SZR bioreactors have a circular cylindrical housing, which is usually made of steel. Due to the above-described mode of operation of SZR bioreactors, strict technical boundary conditions must be taken into consideration when designing for a specific throughput volume, because a specified range for the ratio between the diameter and the height of the housing must be observed. For large throughput quantities, therefore, correspondingly large reactor heights result, wherein alternatively a plurality of individual SZR bioreactors can be arranged separately from one another.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG DESCRIPTION OF THE INVENTION
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine kompakte Bauweise einer Anlage zur biologischen Flüssigkeitsreinigung unter Zugabe eines Gases zu ermöglichen, wobei während der Auslegung auch eine flexible Anpassung an unterschiedliche Durchsatzmengen und den zur Verfügung stehenden Bauraum ermöglicht werden soll.
Gegenstand der Erfindung und Lösung der Aufgabe ist eine Anlage gemäß Patentanspruch 1 . Against this background, the present invention has the object to enable a compact design of a plant for biological fluid purification with the addition of a gas, during the design and a flexible adaptation to different throughputs and the available space to be made possible. The object of the invention and solution of the problem is a system according to claim 1.
Ausgehend von einer gattungsgemäßen Anlage mit den eingangs beschriebenen Merkmalen ist demnach erfindungsgemäß vorgesehen, dass in dem Reaktorbehälter mehrere Module mit jeweils einem Rohr, einer Zweistoffdüse und einer Gaszuführung angeordnet sind. Die einzelnen Module können hinsichtlich ihrer Abmessungen so ausgelegt werden, dass sich ein optimaler Betrieb ergibt. Im Rahmen der Erfindung werden mehrere Module nebeneinander vorgesehen, welche gemeinsam in einem Reaktorbehälter angeordnet sind, so dass sich eine besonders effiziente Ausgestaltung im Vergleich zu einer Vielzahl einzelner, voneinander getrennter Bioreaktoren ergibt. Die nebeneinander angeordneten Module bilden ein Bündel von Reaktorräumen. Starting from a generic system with the features described above, it is accordingly provided according to the invention that a plurality of modules each having a tube, a two-fluid nozzle and a gas supply are arranged in the reactor vessel. The individual modules can be designed in terms of their dimensions so that there is an optimal operation. In the context of the invention several modules are provided side by side, which are arranged together in a reactor vessel, so that there is a particularly efficient design compared to a plurality of individual, separate bioreactors. The juxtaposed modules form a bundle of reactor spaces.
Vorzugsweise sind die in Module in der Stofftransportzone und in der Reaktionszone auf der Höhe der Rohre von Trennwänden getrennt, wobei der Reaktorbehälter in dem Fluidberuhigungsbereich oberhalb der Trennwände einen für sämtliche Module gemeinsamen Stauabschnitt bildet, an den der Flüssigkeitsablauf angeschlossen ist. Die durch die Trennwände voneinander getrennten Module (bei lediglich zwei Modulen kann eine einzige Trennwand ausreichend sein) unterscheiden sich in ihrer Funktion nicht von den aus dem Stand der Technik bekannten Anlagen zur biologischen Flüssigkeitsreinigung unter Zugabe eines Gases. Allerdings teilen sich die Module einen gemeinsamen Reaktorbehälter, wobei die Trennwände lediglich ein Überströmen der Flüssigkeit im unteren Bereich des Reaktorbehälters verhindern müssen und entsprechend dünn ausgeführt werden können. Je nach Ausgestaltung können auch einfache Bleche als Trennwände vorgesehen sein. Preferably, the in modules in the mass transport zone and in the reaction zone at the height of the tubes are separated by partitions, wherein the reactor vessel in the fluid calming above the partitions forms a common for all modules accumulation section, to which the liquid outlet is connected. The separated by the partitions modules (in only two modules, a single partition may be sufficient) do not differ in their function from the known from the prior art systems for biological fluid purification with the addition of a gas. However, the modules share a common reactor vessel, wherein the partition walls only have to prevent overflow of the liquid in the lower region of the reactor vessel and can be made correspondingly thin. Depending on the configuration, it is also possible to provide simple sheets as partitions.
Gemäß der beschriebenen bevorzugten Ausgestaltung sind die Module nach oben offen, wobei der Fluidberuhigungsbereich oberhalb der Trennwände einen
für sämtliche Module gemeinsamen Stauabschnitt bildet. Oberhalb der Trennwände kann also die aufgestiegene Flüssigkeit frei fließen und bedarfsgerecht in verschiedene Fluidströme aufgeteilt werden. Üblicherweise wird kontinuierlich die Menge an gereinigter Flüssigkeit über den Flüssigkeitsablauf abgeführt, welche der Menge des durch den Flüssigkeitszulauf, zugeführten Abwassers entspricht. According to the described preferred embodiment, the modules are open at the top, wherein the fluid calming area above the partitions a forms a common accumulation section for all modules. Above the partitions, therefore, the ascended liquid can flow freely and be divided as needed into different fluid streams. Usually, the amount of purified liquid is continuously discharged via the liquid effluent, which corresponds to the amount of waste water supplied by the liquid feed.
Wie eingangs beschrieben, wird ein Großteil der Flüssigkeit von dem Fluidberuhigungsbereich durch die Rohre der Module wieder absinken und so im Kreislauf geführt werden. As described above, a large part of the liquid will again sink from the fluid calming region through the tubes of the modules and thus be recirculated.
Um eine besonders innige Mischung in der Stofftransportzone zu erreichen, ist es jedoch zusätzlich zweckmäßig, wenn von dem Fluidberuhigungsbereich Flüssigkeit abgezogen wird und dann gemeinsam mit dem Gas unter Druck einer Zweistoffdüse zugeführt wird, welche in die Stofftransportzone mündet und dort das Gemisch nach unten und zur Seite ausstößt, so dass das Gemisch in beschriebener Weise an der Außenseite der Rohre nach oben steigen kann. In order to achieve a particularly intimate mixture in the mass transfer zone, however, it is additionally expedient if liquid is withdrawn from the fluid settling region and then fed together with the gas under pressure to a two-substance nozzle which opens into the mass transfer zone and there the mixture downwards and to Side so that the mixture can rise in the manner described on the outside of the tubes to the top.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ergeben sich ausgehend von dem Fluidberuhigungsbereich also drei Strömungsanteile, nämlich das Absinken der Flüssigkeit in den Rohren, das Abziehen der Flüssigkeit, um gemeinsam mit dem Gas unter Druck einer Zweistoffdüse zugeführt zu werden und die Ausschleusung von gereinigter Flüssigkeit durch den Flüssigkeitsablauf. According to a preferred embodiment of the invention, starting from the fluid calming region, there are thus three flow components, namely the sinking of the liquid in the tubes, the withdrawal of the liquid in order to be supplied together with the gas under pressure to a two-substance nozzle and the discharge of purified liquid through the liquid drain.
Im Rahmen der Erfindung können der ausgeschleuste Anteil sowie der Anteil, welcher der Zweistoffdüse zugeführt wird, entweder gemeinsam abgeführt und dann aufgetrennt oder von vornherein über getrennte Wege abgeführt werden, wobei die zuletzt genannte Ausgestaltung bevorzugt ist. In the context of the invention, the discharged portion as well as the portion, which is supplied to the two-fluid nozzle, either removed together and then separated or removed from the outset via separate ways, the latter embodiment is preferred.
Obwohl die Module in einem gemeinsamen Reaktorbehälter angeordnet sind, ermöglichen die Trennwände auch einen Betrieb lediglich eines Teils der Module. Zu Wartungszwecken oder bei einem geringen Flüssigkeitsdurchsatz
können temporär einzelne Module deaktiviert werden. Die Gaszuführungen und gegebenenfalls auch die Zuleitungen für das an der Zweistoffdüse zugeführte Flüssigkeits-Bakterien-Gemisch sind dann mit geeigneten Ventilen abzusperren, wobei für eine flexible Verfahrensführung vorzugsweise Stellventile, Regelventile und/oder verstellbare Pumpen eingesetzt werden können, die an eine zentrale Verfahrenssteuerung angeschlossen sind. Although the modules are arranged in a common reactor vessel, the partitions also allow operation of only a portion of the modules. For maintenance or low fluid flow temporarily individual modules can be deactivated. The gas supply lines and optionally also the supply lines for the liquid-bacteria mixture supplied to the two-substance nozzle are then shut off with suitable valves, wherein for a flexible process control preferably control valves, control valves and / or adjustable pumps can be used, which are connected to a central process control ,
Die Module können im Rahmen der Erfindung in unterschiedlicher Weise angeordnet werden. Beispielsweise können zwei oder mehr Module nebeneinander entlang einer geraden Linie angeordnet werden. Eine besonders platzsparende und effiziente Anordnung ergibt sich bei einer dichten und im Wesentlichen symmetrischen Packung der Module. The modules can be arranged in different ways within the scope of the invention. For example, two or more modules may be arranged side by side along a straight line. A particularly space-saving and efficient arrangement results in a dense and substantially symmetrical packing of the modules.
Vor diesem Hintergrund ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die von den Trennwänden und gegebenenfalls auch einer Außenwand des Reaktorbehälters begrenzten Module in einem horizontalen Schnitt jeweils die Form eines gleichmäßigen Vielecks aufweisen. Beispielsweise können die Module eine symmetrische Hexagonalform aufweisen, wobei beispielsweise sechs Module einen Ring bilden. In der Mitte eines solchen Rings verbleibt dann eine Fläche mit dem gleichen Querschnitt, so dass dort wahlweise ein weiteres Modul oder auch ein mittiger Überlaufkanal angeordnet werden können. Die Ausbildung eines mittigen Überlaufkanals ist selbstverständlich auch möglich, wenn mehr oder weniger als sechs Module in einer gleichmäßigen Anordnung zu einem Ring zusammengefügt sind. Against this background, it is provided according to a preferred embodiment of the invention that the modules bounded by the partitions and possibly also an outer wall of the reactor vessel in a horizontal section each have the shape of a uniform polygon. For example, the modules may have a symmetrical hexagonal shape, with six modules forming a ring, for example. In the middle of such a ring then remains a surface with the same cross section, so that there either a further module or a central overflow channel can be arranged. The formation of a central overflow channel is of course also possible if more or less than six modules are joined together in a uniform arrangement to form a ring.
Der mittige Überlaufkanal kann sowohl als Flüssigkeitsablauf für die abzuführende gereinigte Flüssigkeit als auch für einen Kreislaufstrom der Flüssigkeit, die der Zweistoffdüse zugeführt wird, vorgesehen sein. The central overflow channel can be provided both as a liquid outlet for the purified liquid to be discharged and for a circulation stream of the liquid which is fed to the two-substance nozzle.
Unabhängig von der konkret ausgewählten Bauform können in dem Reaktorbehälter beispielsweise zwischen drei und zwölf Module angeordnet sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist des Weiteren vorgesehen, dass die Gaszuführungen jeweils von oben durch das zugeordnete Rohr des entsprechenden Moduls geführt sind, wodurch auf seitliche Anschlüsse in dem Reaktorbehälter verzichtet werden kann. Die Gaszuführungen können dann nach Art von Lanzen ausgestaltet sein. Regardless of the concretely selected design, for example, between three and twelve modules can be arranged in the reactor vessel. According to a preferred embodiment of the invention is further provided that the gas supply lines are each guided from above through the associated tube of the corresponding module, which can be dispensed with lateral connections in the reactor vessel. The gas feeds can then be designed in the manner of lances.
Wenn - wie zuvor beschrieben - die Gaszuführungen der Module in der Stofftransportzone in Zweistoffdüsen münden, denen neben dem Gas auch zu reinigende Flüssigkeit inklusive Bakterien zugeführt wird, können entsprechende Lanzen auch getrennte Querschnitte für die zu reinigende bzw. im Kreislauf geführte Flüssigkeit sowie das Gas aufweisen. If - as described above - the gas feeds of the modules in the mass transfer zone open into two-fluid nozzles, which in addition to the gas to be purified liquid including bacteria is supplied, corresponding lances can also have separate cross-sections for the liquid to be cleaned or circulated and the gas ,
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Reaktorbehälter zumindest teilweise aus Beton gebildet, sowohl die Außenwand als auch die Trennwände können aus Beton hergestellt werden, wobei Beton im Vergleich zu Stahl bei dem Bau der Anlage häufig lokal verfügbar und relativ günstig ist. An die Herstellung des Reaktorbehälters zumindest teilweise aus Beton sind keine hohen Anforderungen zu stellen, so dass geeignete Strukturen durch einfache Verschalungen gebildet werden können. According to a preferred embodiment of the invention, the reactor vessel is at least partially formed of concrete, both the outer wall and the partitions can be made of concrete, with concrete compared to steel in the construction of the system is often locally available and relatively cheap. At the manufacture of the reactor vessel at least partially made of concrete, no high demands are made, so that suitable structures can be formed by simple formwork.
Insbesondere, wenn der Reaktorbehälter zumindest teilweise aus Beton gebildet ist, ist die zuvor beschriebene Zuführung des Gases und der gegebenenfalls in einem Kreislauf geführten Flüssigkeit über Lanzen von oben von Vorteil, weil dann zumindest im unteren Bereich keine oder zumindest wenige Anschlüsse in dem Reaktorbehälter vorgesehen werden müssen, was gerade bei einer Ausgestaltung aus Beton mit einem erheblichen Aufwand verbunden sein kann und zu potentiellen Schwachstellen führt. In particular, if the reactor vessel is at least partially formed of concrete, the above-described supply of the gas and the optionally circulated liquid via lances from above is advantageous, because then at least at the bottom of no or at least a few connections are provided in the reactor vessel must, which can be associated with a design of concrete with a considerable effort and leads to potential weaknesses.
Bei dem Betrieb der Anlage werden vorzugsweise verschiedene Schadstoffe durch Bakterien umgesetzt. Beispielsweise können Cyanid- und Kohlenwasserstoffkomponenten in einer ersten Stufe zu Ammonium-Ionen (NH4 +) umgesetzt werden. In einer zweiten Stufe werden die gebildeten Ammonium-Ionen sowie bereits zu Beginn in dem Abwasser enthaltene
Ammonium-Ionen zu Nitrat (NO3) umgesetzt. Grundsätzlich können jedoch auch andere biologische und/oder chemische Reaktionen in der Anlage vorgesehen sein. In the operation of the system preferably various pollutants are converted by bacteria. For example, cyanide and hydrocarbon components can be converted in a first stage to ammonium ions (NH 4 + ). In a second stage, the ammonium ions formed as well as already contained in the wastewater at the beginning Ammonium ions converted to nitrate (NO 3 ). In principle, however, other biological and / or chemical reactions can be provided in the system.
Dadurch, dass erfindungsgemäß mehrere Module eingesetzt werden, ergeben sich nicht nur eine Platzersparnis und insbesondere eine Begrenzung der für die Anlage notwendigen Höhe. Des Weiteren ist im Vergleich zu mehreren, voneinander getrennten Anlagen auch eine Vereinfachung hinsichtlich der Verrohung möglich, wobei zuvor beschrieben, bei einer ringförmigen Anordnung der Module ein mittiger Überlaufkanal vorgesehen werden kann. Darüber hinaus können die Zu- und Ableitungen auch relativ kurz verzweigt werden. Des Weiteren können sämtliche Module auch mit gemeinsamen Pumpen, Verdichtern oder dergleichen betrieben werden. The fact that several modules are used according to the invention not only saves space and in particular limits the height necessary for the installation. Furthermore, in comparison with a number of separate plants, a simplification with respect to the ramming is also possible, wherein previously described, a central overflow channel can be provided in the case of an annular arrangement of the modules. In addition, the supply and discharge lines can also be branched relatively short. Furthermore, all modules can also be operated with common pumps, compressors or the like.
Gemäß einem weiteren Aspekt, dem eine eigenständige erfinderische Bedeutung zukommt und der auch bei gattungsgemäßen, bekannten Anlagen zu einer weiteren Verbesserung führt, ist an dem Reaktorbehälter über eine Fluidverbindung eine Ausgleichskammer angeschlossen, wobei die Fluidverbindung oberhalb des Flüssigkeitsablaufs angeordnet ist und wobei die Ausgleichskammer oberhalb der Fluidverbindung eine Permeatzuführung und einen Permeatabfluß aufweist. In der Ausgleichskammer kann beispielsweise das Permeat (Filtrat) einer Membranfiltration gesammelt werden, die der Reinigung des Abwassers in der erfindungsgemäßen Anlage nachgelagert ist. Beispielsweise kann es sich um eine Ultrafiltration handeln. According to a further aspect, which has an independent inventive significance and which also leads to a further improvement in the known systems of the prior art, a compensation chamber is connected to the reactor vessel via a fluid connection, wherein the fluid connection is arranged above the liquid outlet and wherein the compensation chamber above the Fluid connection has a permeate and a permeate. In the compensation chamber, for example, the permeate (filtrate) of a membrane filtration can be collected, which is downstream of the purification of the wastewater in the system according to the invention. For example, it may be an ultrafiltration.
Durch die Ausgleichskammer kann der regelungstechnische Aufwand zur Regulierung des Füllstandes in der Anlage sowie für die Regelung einer Überschußpermeatmenge stark reduziert werden. In Kombination mit einem Bioreaktor können in der biologischen Abwasserbehandlung Membranfiltrationen zum Bakterienrückhalt eingesetzt werden. Die Durchsatzleistung einer Membranfiltration lässt sich jedoch nicht beliebig regeln, da immer eine bestimmte Überströmgeschwindigkeit erforderlich ist, damit die Membranen nicht verblocken. Bei Prozessschwankungen kann es also dazu kommen, dass
bei Filtration mit der Mindestüberströmgeschwindigkeit zu viel Permeat anfällt. Wird das zu viel produzierte Permeat dann komplett zum nächsten Prozessschritt weitergeleitet, ergibt sich bei der vorgeschalteten Anlage in Form des Bioreaktors keine kontinuierliche Überlaufmenge. Der nachgeschaltete Prozessschritt würde mit zu viel Wasser versorgt, was zu einem Voll- bzw. Überlaufen führen würde. Darüber hinaus kann ein schwankender Reaktorüberlauf zu einem Ausfall der Filtrationsanlage führen, weil dann unter Umständen nicht mehr die Mindestüberströmgeschwindigkeit gewährleistet ist. Through the compensation chamber, the control engineering effort to regulate the level in the system and for the regulation of excess permeate can be greatly reduced. In combination with a bioreactor, membrane filtrations for bacterial retention can be used in biological wastewater treatment. However, the throughput of a membrane filtration can not be controlled arbitrarily, as always a certain overflow velocity is required so that the membranes do not block. With process fluctuations, it can happen that Filtration with the Mindestströmströmgeschwindigkeit too much permeate is obtained. If the over-produced permeate is then forwarded completely to the next process step, there is no continuous overflow in the upstream system in the form of the bioreactor. The downstream process step would be supplied with too much water, which would lead to a full or overflow. In addition, a fluctuating reactor overflow can lead to a failure of the filtration system, because then under certain circumstances, the Mindestüberströmgeschwindigkeit is no longer guaranteed.
Dadurch, dass gemäß dem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung die Ausgleichskammer über eine Fluidverbindung an den Reaktorbehälter angeschlossen ist, gleichen sich die Füllstände in dem Reaktorbehälter und der Permeatsammelkammer an. Somit kann der Füllstand im Reaktor nicht absinken. Es ist damit ein gleichmäßiger Überlauf vorhanden, und es wird nicht zu viel Wasser zum nächsten Prozessschritt übergeben. Ein Zurückfließen von Permeat in den Reaktorbehälter kann dabei hingenommen werden. Characterized in that according to the further aspect of the present invention, the compensation chamber is connected via a fluid connection to the reactor vessel, the levels in the reactor vessel and the Permeatsammelkammer on. Thus, the level in the reactor can not fall. There is thus a uniform overflow, and not too much water is transferred to the next process step. A backflow of permeate into the reactor vessel can be accepted.
Die Permeatzuführung und der Permeatabfluß sind derart an der Ausgleichskammer angeordnet, dass ein Einströmen von ungereinigter Flüssigkeit in die Ausgleichskammer und in den Permeatabfluß vermieden wird. The permeate feed and the permeate effluent are arranged on the compensation chamber in such a way that an inflow of unpurified liquid into the compensation chamber and into the permeate discharge is avoided.
FIGURENBESCHREIBUNG DESCRIPTION OF THE FIGURES
Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert. Es zeigen: The invention will be explained in the following with reference to a drawing showing only one exemplary embodiment. Show it:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Anlage zur biologischen Flüssigkeitsreinigung unter Zugabe eines Gases in einem Vertikalschnitt, 1 shows a plant according to the invention for biological fluid purification with the addition of a gas in a vertical section,
Fig. 2 die Anlage gemäß der Fig. 1 in einem Horizontalschnitt, 2 shows the system according to FIG. 1 in a horizontal section,
Fig. 3 eine alternative Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anlage in einem Vertikalschnitt,
Fig. 4 die Anlage gemäß der Fig. 1 in einem Horizontalschnitt entlang der Linie A-A der Fig. 3. 3 shows an alternative embodiment of the system according to the invention in a vertical section, 4 shows the system according to FIG. 1 in a horizontal section along the line AA of FIG. 3.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER FIGUREN DETAILED DESCRIPTION OF THE FIGURES
Die Fig. 1 und 2 zeigen eine erste Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Anlage in Form eines Bioreaktors zur biologischen Abwasserreinigung unter Zugabe eines Gases, insbesondere Luft. Aufgrund der Funktionsweise wird die Anlage auch als SZR-Bioreaktor (Strahl-Zonenschlaufen-Reaktor) bezeichnet, weil - wie nachfolgend im Detail erläutert - in der Anlage eine schlaufenförmig zirkulierende Strömung erzeugt wird. 1 and 2 show a first embodiment of a plant according to the invention in the form of a bioreactor for biological wastewater treatment with the addition of a gas, in particular air. Due to the functionality of the plant is also referred to as SZR bioreactor (jet zone loop reactor), because - as explained in detail below - in the system a loop-shaped circulating flow is generated.
Die Anlage weist einen Reaktorbehälter 1 zur Aufnahme von Flüssigkeit 2 auf, wobei an einem unteren Behälterabschnitt eine Stofftransportzone 3 und an einem oberen Behälterabschnitt eine Reaktionszone 4 vorgesehen ist. The plant has a reactor vessel 1 for receiving liquid 2, wherein a mass transfer zone 3 is provided at a lower vessel section and a reaction zone 4 is provided at an upper vessel section.
Aus einer vergleichenden Betrachtung der Figuren 1 und 2 ist ersichtlich, dass innerhalb des Reaktorbehälters 1 drei Module 5 mit übereinstimmend Aufbau vorgesehen sind, wobei jedes Modul 5 eine Luft-und Wasserzuleitung 6 in Form einer Lanze aufweist, welche in eine Zweistoffdüse 7 mündet. From a comparative examination of Figures 1 and 2 it can be seen that within the reactor vessel 1, three modules 5 are provided with matching structure, each module 5 has an air and water supply line 6 in the form of a lance, which opens into a two-fluid nozzle 7.
Die kombinierte Luft- und Wasserzuleitung 6 ist durch ein sich in der Reaktionszone 4 in vertikaler Richtung erstreckendes Rohr 8, dem Einsteckrohr, geführt, welches dazu vorgesehen ist, an seiner Außenseite einerseits und seiner Innenseite andererseits entgegengesetzte Fluidströmungen voneinander zu trennen. The combined air and water supply line 6 is guided by a tube 8, the insertion tube, which extends in the vertical direction in the reaction zone 4 and is intended to separate opposite fluid flows from one another on the outside and on the inside.
Unterhalb der Zweistoffdüse 7 weist jedes Modul 5 in der Stofftransportzone 3 ein kurzes Mischrohr 9 auf. Bei der neben komprimierter Luft durch die Luft- und Wasserleitung 6 geförderten Flüssigkeit kann es sich um neu hinzugeführtes, zu reinigendes Abwasser, in einem Kreislauf geführtes Abwasser oder vorzugsweise eine Mischung der beiden Komponenten handeln. Die Luft und das Abwasser werden an der Zweistoffdüse 7 unter Druck ausgestoßen, so dass sich eine turbulente Strömung ergibt, wobei um das
Mischrohr 9 in der Stofftransportzone 3 eine erste zirkulierende Strömung erzeugt werden kann, bevor das Luft- Wassergemisch aufgrund seiner geringeren Dichte an der Außenseite des zugeordneten Rohres 8 nach oben steigt, wobei in dem Reaktorbehälter 1 vorgesehene Bakterien Schadstoffe wie beispielsweise Cyanide und Phenole abbauen können. Below the two-fluid nozzle 7, each module 5 has a short mixing tube 9 in the mass transport zone 3. In addition to compressed air through the air and water pipe 6 promoted liquid may be newly added, to be cleaned wastewater, circulated wastewater or preferably a mixture of the two components. The air and the waste water are discharged at the two-fluid nozzle 7 under pressure, so that there is a turbulent flow, wherein the Mixing tube 9 in the mass transport zone 3, a first circulating flow can be generated before the air-water mixture rises due to its lower density on the outside of the associated tube 8 upwards, wherein provided in the reactor vessel 1 bacteria can degrade pollutants such as cyanides and phenols.
Das Luft-Wassergemisch steigt bis zu einem Fluidberuhigungsbereich 10 an der Fluidoberfläche auf, wobei dort die in dem Luft- und Wassergemisch enthaltenen Luftblasen in einem gewissen Maße abgegeben werden können, so dass die Dichte des Gemisches wieder zunimmt und das nur noch geringere Mengen an Luft enthaltende Abwasser zu einem Anteil durch das Innere der Rohre 8 wieder in Richtung der Zweistoffdüse 7 absinken kann, wodurch auch in der Reaktionszone 4 eine ringförmige (schlaufenförmige) Strömung erzeugt wird. The air-water mixture rises to a fluid calming area 10 on the fluid surface, where the air bubbles contained in the air and water mixture can be released there to some extent, so that the density of the mixture increases again and the only smaller amounts of air containing wastewater to a proportion through the interior of the tubes 8 may again fall in the direction of the two-fluid nozzle 7, whereby also in the reaction zone 4, an annular (loop-shaped) flow is generated.
Aus der Fig. 1 ist ersichtlich, dass die Module 5 in der Stofftransportzone 3 und in der Reaktionszone 4 auf der Höhe der Rohre 8 von Trennwänden 1 1 getrennt sind, wobei der Reaktorbehälter 1 in dem Fluidberuhigungsbereich 10 oberhalb der Trennwände 1 1 einen für sämtliche Module 5 gemeinsamen Stauabschnitt bildet, an dem mehrere Flüssigkeitsabläufe 13 angeschlossen sind, von denen das zumindest in einem gewissen Maße gereinigte Abwasser einem nachfolgenden Prozessschritt zugeführt wird. From Fig. 1 it can be seen that the modules 5 are separated in the mass transport zone 3 and in the reaction zone 4 at the height of the tubes 8 of partitions 1 1, wherein the reactor vessel 1 in the fluid calming region 10 above the partitions 1 1 one for all Module 5 forms a common accumulation section, to which a plurality of liquid drains 13 are connected, of which the at least to some extent purified wastewater is fed to a subsequent process step.
Unterhalb der Flüssigkeitsabläufe 13 sind gemäß der Fig. 1 um den Umfang weitere Fluidanschlüsse 12 vorgesehen, an denen Abwasser aus dem Reaktorbehälter abgezogen und den Luft- und Wasserzuleitungen 6 unter Druck zugegeben wird. Eine zur Förderung vorgesehene Pumpe ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Below the liquid drains 13, according to FIG. 1, further fluid connections 12 are provided around the periphery, at which wastewater is withdrawn from the reactor vessel and added to the air and water supply lines 6 under pressure. A pump provided for the promotion is not shown for reasons of clarity.
Im Rahmen der Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass für die einzelnen Module 5 ein optimales Verhältnis von Durchmesser und Höhe eingestellt werden kann, während der konstruktive Aufwand und insbesondere die Gesamthöhe der Anlage vergleichsweise gering bleiben.
Aus der Fig. 2 ist des Weiteren ersichtlich, dass an den Reaktorbehälter 1 über eine Fluidverbindung 14 eine Ausgleichskannnner 15 angeschlossen ist, wobei die Fluidverbindung 14 oberhalb der Fluidanschlüsse 12 angeordnet ist. Die Ausgleichskannnner 15 weist des Weiteren eine Permeatzuführung 16 und einen Permeatabfluß 17 auf. Die Ausgleichskannnner 15 ist dafür vorgesehen, um überschüssiges Permeat einer nicht dargestellten Membrantrennanlage aufzunehmen und gegebenenfalls zurück in den Reaktorbehälter 1 zu leiten. Es ergeben sich dadurch Vereinfachungen hinsichtlich der Verfahrensführung, weil für den Betrieb einer Membrantrennanlage häufig gewisse Strömungsmengen nicht unterschritten werden dürfen, um ein Verblocken der Membranen zu vermeiden. Wenn sich ein Betriebszustand ergibt, bei dem dem Reaktorbehälter 1 zu wenig Abwasser zugeführt wird, kann dann Flüssigkeit über die Ausgleichskammer 15 zwischen dem Reaktorbehälter 1 und einer nachgelagerten Membrantrennanlage in einem Kreislauf geführt werden, um den notwendigen Mindestdurchsatz zu gewährleisten. In the context of the invention there is the advantage that for the individual modules 5, an optimal ratio of diameter and height can be adjusted, while the design effort and in particular the overall height of the system remain relatively low. It is further apparent from FIG. 2 that a compensating cannister 15 is connected to the reactor vessel 1 via a fluid connection 14, wherein the fluid connection 14 is arranged above the fluid connections 12. The compensating cannister 15 further includes a permeate feed 16 and a permeate effluent 17. The compensating cannister 15 is designed to receive excess permeate from a membrane separation unit, not shown, and optionally to pass it back into the reactor vessel 1. This results in simplifications in terms of process management, because for the operation of a membrane separation plant often certain flow rates must not be exceeded, in order to avoid blocking of the membranes. If an operating condition results in which too little wastewater is supplied to the reactor vessel 1, then liquid can be circulated through the equalization chamber 15 between the reactor vessel 1 and a downstream membrane separation plant in order to ensure the necessary minimum throughput.
Im Rahmen der Erfindung können der Reaktorbehälter 1 und auch die Trennwände 1 1 aus Beton hergestellt werden, wodurch sich besonders geringe Herstellungskosten ergeben. Insbesondere ist auch zu berücksichtigen, dass Beton häufig lokal verfügbar ist und der Reaktorbehälter 1 bzw. die Trennwände 1 1 durch einfache Verschalungen gebildet werden können. In the context of the invention, the reactor vessel 1 and the partitions 1 1 can be made of concrete, resulting in particularly low production costs. In particular, it should also be considered that concrete is often locally available and the reactor vessel 1 and the partitions 1 1 can be formed by simple formwork.
Die Luft- und Wasserzuleitungen 6 sind von oben in die Module 5 eingesetzt, so dass eine besonders leichte Wartung möglich ist. Durch den Aufbau mehrerer, in dem unteren Bereich des Reaktorbehälters 1 getrennter Module 5 kann die Anlage auch lediglich mit einem Teil der Module 5 betrieben werden, beispielsweise wenn bei geringen Durchsatzmengen einzelne Module 5 deaktiviert sind oder gewartet werden müssen. The air and water supply lines 6 are inserted from above into the modules 5, so that a particularly easy maintenance is possible. As a result of the construction of a plurality of modules 5, which are separate in the lower region of the reactor vessel 1, the system can also be operated only with a part of the modules 5, for example if individual modules 5 are deactivated or have to be maintained at low throughput quantities.
Die von einer Außenwand des Reaktorbehälters 1 und den Trennwänden 1 1 begrenzten Module 5 weisen in einem horizontalen Schnitt die Form eines
gleichmäßigen Vielecks, nämlich eine Hexagonalform auf, so dass sich eine geometrisch einfache Struktur ergibt. The limited by an outer wall of the reactor vessel 1 and the partitions 1 1 modules 5 have in a horizontal section the shape of a uniform polygon, namely a hexagonal shape, so that results in a geometrically simple structure.
Die Fig. 3 zeigt eine alternative Ausgestaltung der Anlage zur biologischen Flüssigkeitsreinigung unter Zugabe eines Gases, wobei die Module 5 nicht wie bei der Ausführungsform gemäß der Fig. 1 und 2 in einer Reihe, sondern ringförmig als Bündel angeordnet sind. Die einzelnen Module 5 weisen eine Hexagonalform auf und bilden einen Ring, wobei in der Mitte des Ringes ein Überlaufkanal 18 vorgesehen ist, der im Vergleich zu der Ausgestaltung der Fig. 1 und 2 anstelle der Fluidanschlüsse 13 zur Förderung von Abwasser in einem Kreislauf vorgesehen ist. Durch die beschriebene Anordnung der Module 5 ergibt sich eine besonders kompakte, platzsparende Anordnung, wobei die grundlegende Funktionsweise der einzelnen Module sich nicht von der Ausgestaltung gemäß der Fig. 1 und 2 unterscheidet. Fig. 3 shows an alternative embodiment of the plant for biological fluid purification with the addition of a gas, wherein the modules 5 are not arranged as in the embodiment of FIGS. 1 and 2 in a row, but annularly as a bundle. The individual modules 5 have a hexagonal shape and form a ring, wherein in the middle of the ring an overflow channel 18 is provided, which is provided in comparison to the embodiment of Figs. 1 and 2 instead of the fluid connections 13 for the promotion of waste water in a cycle , The described arrangement of the modules 5 results in a particularly compact, space-saving arrangement, wherein the basic operation of the individual modules does not differ from the embodiment according to FIGS. 1 and 2.
Auch die Anlage gemäß der Fig. 3 und 4 ist mit der zuvor beschriebenen Ausgleichskammer 15 ausgerüstet.
The system according to FIGS. 3 and 4 is equipped with the compensation chamber 15 described above.
Claims
1 . Anlage zur biologischen Flüssigkeitsreinigung unter Zugabe eines Gases mit einem Reaktorbehälter (1 ) zur Aufnahme von Flüssigkeit (2), der an einem unteren Behälterabschnitt eine Stofftransportzone (3) und an einem oberen Behälterabschnitt eine Reaktionszone (4) aufweist, einem Flüssigkeitszulauf, einem Flüssigkeitsablauf (12), einer in der Stofftransportzone (3) mündenden Gaszuführung, einem sich in der Reaktionszone (4) in vertikaler Richtung erstreckenden Rohr (8), welches dazu vorgesehen ist, an seiner Außenseite einerseits und seiner Innenseite andererseits entgegengesetzte Fluid- strömungen voneinander zu trennen, wobei die Reaktionszone (4) oberhalb eines oberen Endes des Rohres (8) einen Fluidberuhigungsbereich (10) aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass in dem Reaktorbehälter (1 ) mehrere Module (5) mit jeweils einem Rohr (8) und einer Gaszuführung angeordnet sind. 1 . Plant for biological fluid purification with the addition of a gas with a reactor vessel (1) for receiving liquid (2) having a mass transport zone (3) at a lower vessel section and a reaction zone (4) at an upper vessel section, a liquid feed, a liquid effluent ( 12), in the mass transfer zone (3) opening gas supply, in the reaction zone (4) in the vertical direction extending tube (8), which is intended to separate on its outer side on the one hand and its inner side opposite fluid flows from each other in that the reaction zone (4) has a fluid calming region (10) above an upper end of the tube (8), characterized in that a plurality of modules (5) each having a tube (8) and a gas feed are arranged in the reactor container (1).
2. Anlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Module (5) in der Stofftransportzone (3) und in der Reaktionszone (4) auf der Höhe der Rohre (8) von Trennwänden (1 1 ) getrennt sind, wobei der Reaktorbehälter (1 ) in dem Fluidberuhigungsbereich (10) oberhalb der Trennwände (1 1 ) einen für sämtliche Module (5) gemeinsamen Stauabschnitt bildet, an den der Flüssigkeitsablauf (12) angeschlossen ist. 2. Plant according to claim 1, characterized in that the modules (5) in the mass transfer zone (3) and in the reaction zone (4) at the height of the tubes (8) of partitions (1 1) are separated, wherein the reactor vessel ( 1) in the Fluidberuhigungsbereich (10) above the partitions (1 1) for all modules (5) common accumulation section, to which the liquid outlet (12) is connected.
3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Reaktorbehälter zwischen (1 ) drei und zwölf Module (5) oder mehr Module angeordnet sind. 3. Plant according to claim 1 or 2, characterized in that in the reactor vessel between (1) three and twelve modules (5) or more modules are arranged.
4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Module (5) ringförmig um einen mittigen Überlaufkanal (18) angeordnet sind. 4. Installation according to one of claims 1 to 3, characterized in that the modules (5) are arranged in a ring around a central overflow channel (18).
5. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Trennwänden (1 1 ) und gegebenenfalls auch einer Außenwand des Reaktorbehälters (1 ) begrenzten Module in einem horizontalen Schnitt jeweils
die Form eines gleichmäßigen Vielecks, insbesondere eine Hexagonalform aufweisen. 5. Plant according to one of claims 1 to 4, characterized in that the of the partitions (1 1) and optionally also an outer wall of the reactor vessel (1) limited modules in a horizontal section respectively have the shape of a uniform polygon, in particular a hexagonal shape.
6. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaszuführungen jeweils von oben durch das zugeordnete Rohr (8) geführt sind. 6. Installation according to one of claims 1 to 5, characterized in that the gas supply lines are each guided from above through the associated pipe (8).
7. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaszuführungen der Module (5) in der Stofftransportzone (3) in Zweistoffdüsen (7) münden, denen neben dem Gas auch die zu reinigende Flüssigkeit inklusive Bakterien zuführbar ist. 7. Installation according to one of claims 1 to 6, characterized in that the gas supply of the modules (5) in the mass transfer zone (3) in two-fluid nozzles (7) open, which in addition to the gas and the liquid to be purified including bacteria can be fed.
8. Anlage nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Module (5) jeweils eine von oben eingesetzte Lanze aufweisen, durch welche die zu reinigende Flüssigkeit inklusive Bakterien sowie das Gas voneinander getrennt zuführbar sind. 8. Plant according to claim 6 or 7, characterized in that the modules (5) each have a lance inserted from above, through which the liquid to be purified including bacteria and the gas are fed separately from each other.
9. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktorbehälter (1 ) zumindest teilweise aus Beton gebildet ist. 9. Plant according to one of claims 1 to 8, characterized in that the reactor vessel (1) is at least partially made of concrete.
10. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass an den Reaktorbehälter (1 ) über eine Fluidverbindung (14) eine Ausgleichskammer (15) angeschlossen ist, wobei die Fluidverbindung (14) vorzugsweise oberhalb des Flüssigkeitsablaufs (12) angeordnet ist und wobei die Ausgleichskammer (15) oberhalb der Fluidverbindung (14) eine Permeat- zuführung (16) und einen Permeatabfluß (17) aufweist.
10. Installation according to one of claims 1 to 9, characterized in that the reactor vessel (1) via a fluid connection (14) a compensation chamber (15) is connected, wherein the fluid connection (14) preferably above the liquid outlet (12) is arranged and wherein the compensation chamber (15) has a permeate feed (16) and a permeate discharge (17) above the fluid connection (14).
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