DE69305856T2

DE69305856T2 - Reakter zur biologischer wasseraufbereitung

Info

Publication number: DE69305856T2
Application number: DE69305856T
Authority: DE
Inventors: Sjoerd Vellinga
Original assignee: PACQUES BV; Paques BV
Current assignee: PACQUES BV; Paques BV
Priority date: 1992-06-03
Filing date: 1993-06-03
Publication date: 1997-05-22
Anticipated expiration: 2013-06-04
Also published as: NL9200975A; BR9306462A; ATE144967T1; WO1993024417A1; EP0648191A1; JP3376560B2; EP0648191B1; TW265324B; ES2093442T3; DE69305856D1; US5565098A; AU4514993A; JPH07507233A; DK0648191T3

Description

Die Erfindung betrifft einen Reaktor zur biologischen Wasserbehandlung, der ein Reaktorgefäß, eine in das Gefäß eingebundene Fermentationskammer, Mittel zum Einführen von Zufluß in die Fermentationskammer, eine Absetzkammer über der oberen Begrenzung der Fermentationskammer zum Abtrennen von Schlamm aus dem behandelten Wasser, wobei die Absetzkammer eine äußere Begrenzung in Form eines Rotationskörpers, wenigstens eine Versorgungsleitung für Flüssigkeit und/oder Gas, die sich in die Absetzkammer öffnet, ein sich von der Absetzkammer durch die Fermentationskammer nach unten erstreckendes Fallrohr für die Rückführung abgetrennten Schlamms in die Fermentationskammer und Mittel zum Ableiten von Ablauf aus der Absetzkammer besitzt, umfaßt.
Ein solcher Reaktor ist in EP-A-0213012 offenbart. Er kann für aerobe oder anaerobe Wasserbehandlung verwendet werden.
Eine treibende Kraft für den Fluß rezirkulierenden Wassers und Schlamm nach unten wird dadurch erhalten, daß in einer solchen Behandlung ein Gasauftriebseffekt erzeugt wird (in welchem Fall die gasenthaltende Flüssigkeit außerhalb des Fallrohrs leichter ist als die nicht gasenthaltende Flüssigkeit in dem Fallrohr).
Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen einfachen Weg zur Verbesserung der Abtrennung von Schlamm aus dem Ablauf und ebenso der Zirkulation in dem Reaktor zur Verfügung zu stellen.
Gemäß der Erfindung ist der Reaktor zu diesem Zweck dadurch gekennzeichnet, daß das Ablaufende der Versorgungsleitung für Flüssigkeit und/oder Gas tangential ausgerichtet ist, senkrecht auf den Radius, wenn dieser in einer senkrecht auf die Achse der Absetzkammer liegenden Ebene gesehen wird, um in der Absetzkammer einen Kolk zu erzeugen.
Der Wirbelstromeffekt, der sich durch die tangentiale Zuführung von Gas in die Absetzkammer ergibt, ergibt eine zusätzliche treibende Kraft für den abwärts gerichteten Strom von abgetrenntem Schlamm und rezirkulierendem Wasser. Die Schlammabtrennung selbst wird verbessert.
Wenn der Reaktor für die anaerobe Wasserreinigung vorgesehen ist, ist die Versorgungsleitung, die sich tangential in die Absetzkammer öffnet, eine Rohr für Flüssigkeit und Biogas. In dem Falle ist es mit der Fermentationskammer verbunden.
Wenn der Reaktor für die aerobe Wasserreinigung vorgesehen ist, ist die Versorgungsleitung, die sich in die Absetzkammer hinein tangential öffnet, ein Luft- oder Sauerstoffrohr.
Die Gaseinlaßleitung, die sich in die Absetzkammer hinein öffnet, kann mit ihrem Auslaßende in einem Zwischenraum angeordnet sein, der durch eine zylindrische Abtrennung von dem tangentialen Einlaß der Ablauf-Ableitmittel getrennt ist.
Eine zusätzliche Verbesserung des abwärts gerichteten Stroms in dem Fallrohr kann auch erreicht werden, wenn die Mittel zum Einführen des Zuflusses wenigstens teilweise aus ein oder mehreren Rohren bestehen, die sich tangential abwärts in den unteren Teil des Fallrohres öffnen.
Um kleine Kreisströme im Bodenbereich des Reaktors zu vermeiden und um das Bett am Grund des Bodens zu fluidisieren, können sich ein Anzahl von Gaseinlaßrohren gerade oberhalb des Bodens der Fermentationskammer öffnen. In diesem Fall können der Wirbelstromeffekt und die Rezirkulation in gewissem Umfang auch mit der Einführung des Zuflusses eingestellt werden.
Im Falle einer anaeroben Reinigung kann das Absetzen in der Absetzkammer durch Gasbläschen behindert werden, die im Falle einer Übersättigung mit (Kohlendioxid)-Gas in der die Fermentationskammer verlassenden Flüssigkeitsschlammischung vorkommen, behindert werden. Um dieses Problem zu lösen, kann der Reaktor mit einem Entgaser in Form einer oder mehrerer Kaskadenkammern ausgerüstet sein, in welche die der Absetzkammer zuzuführende Flüssigkeits- Schlammischung eingeführt wird und aus welcher die Flüssigkeitsschlammischung durch einen tangentialen Auslaß in die Absetzkammer abfließt.
Die Kaskadenkammern sind vorzugsweise eingepaßt in den ringförmigen Zwischenraum zwischen der zylindrischen Reaktorwand und einer zylindrischen Begrenzungswand der Absetzkammer. Ein Zyklon kann in Flußrichtung aufwärts von den Kaskadenkammern angeschlossen sein, um das Gas im groben abzutrennen.
Natürlich muß die Stelle, an der der Abfluß abgeleitet wird, in gutem Abstand von der Stelle liegen, wo die Flüssigkeits-Schlammischung der Absetzkammer tangential zugeführt wird.
In der inneren Wandung des ringförmigen Zwischenraums ist eine Öffnung angebracht, die Auslauf aus dem Absetzer in eine Kammer unterhalb des Bodens der ersten Kaskadenkammer einläßt, wobei die Kammer in Verbindung mit dem Ablauf-Auslaß steht und der tangentiale Auslaß der Kaskadenkammer und die Öffnung in einem Winkelabstand von weniger als 360º in Wirbelstromrichtung betrachtet liegen.
Die Erfindung wird nun genauer mit bezug auf die Figuren erklärt, in welchen Beispiele für einen Reaktor zur anaeroben Reinigung des Ablaufs gezeigt sind.
Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch den Reaktor (siehe I-I in Figur 2).
Figur 2 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie II-II in Figur 1.
Figur 3 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie III-III in Figur 1.
Figur 4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des Wirbelstromreaktors nach der Erfindung, bei welchem ein Teil der zylindrischen Reaktorwand weggeschnitten ist.
Figur 5 zeigt einen Querschnitt nahe der Oberkante des Reaktors gemäß Figur 4.
Figur 6 zeigt einen Längsschnitt durch die Kaskadenkammern der Vorrichtung gemäß Figuren 4 und 5.
Der gezeigte Reaktor umfaßt ein relativ hohes zylindrisches Reaktorgefäß 1, das durch eine konische Wand 2 in eine Fermentationskammer 3 und einer Absetzkammer 4 unterteilt ist. Ein Fallrohr 5 erstreckt sich von der nach unten gerichteten Spitze der konischen Wand 2 durch die Fermentationskammer 3 und endet offen in einigem Abstand oberhalb des Bodens der genannten Kammer.
In der Absetzkammer 4 ist eine zylindrische Abtrennung 6 angeordnet, die zusammen mit der Außenwand des Gefäßes 1 einen zylindrischen Zwischenraum 7 bildet, in welchen sich die Rohre 8 und 9 mit einem tangentialen Ablaufende 8a bzw. 9a öffnen. Jedes der Rohre 8 und 9 steht durch eine Öffnung in der konischen Wand 2 in Verbindung mit der Fermentationskammer 3.
Rohre 10 für die Zufuhr von zu behandelndem Wasser (Zulauf) laufen offen in den unteren Bereich des Fallrohres 5 aus, wobei die Ablaufenden 10a der Rohre 10 in bezug auf das Fallrohr tangential und leicht nach unten gerichtet sind.
Von einem Einlaß 11a aus, der tangential innerhalb des durch die Abtrennung 6 und das Äußere des Gefäßes 1 gebildeten Zwischenraums verläuft, erstreckt sich ein Rohr 11 zum Ablauf des behandelten Wassers (Auslauf).
Die Vorrichtung arbeitet wie folgt:
Während der Zeit, in der sich das zu behandelnde Wasser in der Fermentationskammer 3 befindet, wird Biogas (insbesondere Methan) gebildet. Infolge der kontinuierlichen oder chargenweisen Zuführung von Zufluß durch die Rohre 10 strömt Flüssigkeit und Biogas durch die Rohre 8 und 9 in die Absetzkammer 4, wo Schlamm und Wasser getrennt werden und wo sich Biogas von der Flüssigkeit trennt.
Eine Mischung aus umlaufendem Wasser und Schlamm fließt durch das Fallrohr 5 zum Boden der Fermentationskammer 3 zurück. Wegen der Abwesenheit von Gas ist diese Mischung schwerer als die gashaltige Mischung aus Schlamm und Wasser, die sich außerhalb des Fallrohres 5 befindet. Der Gasauftriebseffekt, der aus dieser Gewichtsdifferenz folgt, treibt die Zirkulation in dem Reaktor an.
Da die Rohre 8 und 9 tangentiale Auslaßöffnungen 8a und 9a besitzen, wird in der Fermentationskammer ein Kolk erzeugt, der die Abtrennung von Schlamm und die Zirkulation in dem Reaktor weiter beschleunigt und verstärkt.
Infolge der Reibung ist die Strömungsgeschwindigkeit in der Nähe der oberen Oberfläche der Wand 2 geringer als im Abstand über dieser Oberfläche. Zusätzlich zu der in horizontalen Ebenen verlaufenden Wirbelströmung (siehe die oberen zwei gebogenen Pfeile in Figur 1) erzeugt dies Kreisströmungen in vertikalen Ebenen (siehe die unteren zwei gebogenen Pfeile in Figur 2), was die Absetzung in der Nähe des oberen Endes des Fallrohres 5 fördert.
Der abwärts gerichtete Fluß von Schlamm und rezirkulierendem Wasser in dem Fallrohr wird auch durch die tangential nach unten gerichtete Ausrichtung der Auslaßöffnung 10a der Einlaßrohre 10 verstärkt.
Das gereinigte Wasser (Ablauf) läuft durch den tangentialen Einlaß 11a in das Rohr 11 und wird durch dieses Rohr abgeführt.
Infolge der Gaseinspeisung (im Falle eines anaeroben Reaktors: Biogas) in den Bodensatz am Boden des Reaktors durch die Rohre 12 wird das Schlammbett fluidisiert und kurze Kreisströmungen werden verhindert.
Die Erfindung ist nicht auf den beschriebenen anaeroben Reaktor beschränkt, sondern kann auch auf aerobe Reaktoren angewendet werden. In dem Fall wird der Wirbelstromeffekt durch Luft oder Sauerstoff erzeugt, der durch die Rohre 8 und 9 in die Absetzkammer geleitet wird.
Die Erfindung führt zu einer verbesserten und beschleunigten Abtrennung von Schlamm.
Das alternative Ausführungsbeispiel gemäß Figuren 4, 5 und 6 gibt eine Lösung des Problems an, daß kleine Gasbläschen, die durch Übersättigung mit Kohlendioxid in der Flüssigkeit in der Absetzkammer entstehen und den Schlamm abzusetzen drohen. Zu diesem Zweck wird dieses Kohlendioxid zum größten Teil aus der Flüssigkeit entfernt bevor die Flüssigkeit tangential in die Absetzkammer eingeführt wird.
In dem ringförmigen Zwischenraum 7 sind zwei Kaskadenkammern 13a, 13b durch Wände 14 von dem restlichen Teil des ringförmigen Zwischenraums 7 abgetrennt. Ein Zyklon 15 ist stromaufwärts dieser Kaskadenkammern angeschlossen. Die Überlaufwand 16 ist zwischen den Kammern 13a und 13b angeordnet. Ein Rohr 17 erstreckt sich tangential von der nach innen weisenden Seitenwand der Kaskadenkammer 13b für die tangentiale Zufuhr von Flüssigkeit in die Absetzkammer 4, wobei die Flüssigkeit von Kohlendioxid befreit ist. Eine Öffnung 18 in der Innenwand des ringförmigen Zwischenraums 7 läßt Auslauf aus dem Absetzer 2 in eine Kammer 19 unterhalb des Bodens 20 der ersten Kaskadenkammer 13a ein. Ein Ablauf-Auslaufrohr 24 (vergleichbar zu dem Rohr 11 in Figuren 1 und 2) erstreckt sich abwärts vom Boden der Kammer 19. Das obere Ende 21 des Zyklons ist das Auslaßende für Grobgas oberhalb der Flüssigkeit in dem ringförmigen Zwischenraum 7. Der Flüssigkeits-Ablauf-Auslaß 22 am unteren Ende des Zyklons ist mit einem Rohr 23 verbunden, welches sich in die erste Kaskadenkammer 13a nach oben erstreckt und dessen Auslaß sich über die Oberfläche der Flüssigkeit in der Kammer 13a erstreckt, so daß sich eine Flüssigkeitskaskade in die Kaskadenkammer 13a ergießen kann.
Die Mischung aus Flüssigkeit, Schlamm und Gas, die in den ringförmigen Zwischenraum geflossen ist, strömt durch den Einlaß 15a in den Zyklon 15, wo das Grobgas von der Flüssigkeit getrennt wird und den Zyklon am oberen Ende 21 verläßt. Die Flüssigkeits-Schlammischung mit darin übersättigt gelöstem Kohlendioxid verläßt den Zyklon bei 22 und strömt durch das obere Ende des Rohres 23 in die erste Kaskadenkammer 13a und dann über das obere Ende der Wand 16 in die zweite Kaskadenkammer 13b. Das übersättigte Kohlendioxid wird infolge der Kaskadenanordnung freigesetzt und in die Luft oberhalb der Oberfläche der Flüssigkeit in dem ringförmigen Zwischenraum 7 abgegeben, wo es zusammen mit dem vom Zyklon abgesonderten Kohlendioxid durch ein Gasauslaßrohr 25 abgezogen wird.
Die Flüssigkeit, die den Absetzer 2 durch das tangentiale Rohr 17 ereicht hat, ist von dem größten Teil des gelösten Kohlendioxids befreit und wird in der Art und Weise wie mit bezug auf das Ausführungsbeispiel nach Figuren 1 und 2 beschrieben in eine Wirbelströmung überführt, ohne daß Kohlendioxidbläschen einen störenden Effekt hätten. Die Absetzung von Schlamm in der Nähe des Einlasses von Fallrohr 5 wird gefördert, und die Flüssigkeit, die reich an Schlamm und arm an Gas ist, strömt durch das Fallrohr zum unteren Teil der Fermentationskammer 3.
Auf dem Reaktionsgefäß ist eine (nicht gezeigte) Abdeckung angeordnet.
Infolge der Tatsache, daß die Öffnung 18 - in Rotationsrichtung des Wirbelstroms gesehen - etwas weniger als 360º vom tangentialen Auslaß 17 entfernt ist, hat der Schlamm genügend Gelegenheit, sich abzusetzen bevor der Ablauf durch Öffnung 18, Kammer 19 und Rohr 5 abgeleitet wird.

Claims

1. Reaktor zur biologischen Wasserbehandlung, umfassend ein Reaktorgefäß (1), eine in das Gefäß eingebundene Fermentationskammer (3), Mittel (10) zum Einführen zulaufender Flüssigkeit in die Fermentationskammer, eine Absetzkammer (4) über der oberen Begrenzung der Fermentationskammer zum Abtrennen von Schlamm aus dem behandelten Wasser, wobei die Absetzkammer eine äußere Begrenzung in Form eines Rotationskörpers, wenigstens eine Versorgungsleitung für Flüssigkeit und/oder Gas, die sich in die Absetzkammer öffnet, ein sich von der Absetzkammer durch die Fermentationskammer nach unten erstreckendes Fallrohr (5) für die Rückführung abgetrennten Schlamms in die Fermentationskammer (3) und Mittel (11) zum Ableiten von Ablauf aus der Absetzkammer besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablaufende (8a, 9a, 17) der Versorgungsleitung für Flüssigkeit und/oder Gas tangential ausgerichtet ist, senkrecht auf den Radius gesehen in einer senkrecht auf die Achse der Absetzkammer liegenden Ebene, um in der Absetzkammer einen Kolk zu erzeugen.

2. Reaktor nach Anspruch 1 für die anaerobe Wasseraufbereitung, dadurch gekennzeichnet, daß die sich tangential in die Absetzkammer öffnende Versorgungsleitung ein Rohr für Flüssigkeit und Biogas ist.

3. Reaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsleitung in Verbindung mit der Fermentationskammer (3) steht.

4. Reaktor nach Anspruch 1 für die aerobe Wasseraufbereitung, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsleitung (8, 9), die sich mittels eines tangentialen Auslaßendes (8a, 9a) in die Absetzkammer öffnet, ein Luft- oder Sauerstoffrohr ist.

5. Reaktor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gaseinlaßrohr (8, 9), das sich in die Absetzkammer öffnet, mit seinem tangentialen Auslaßende (8a, 9a) in einem Zwischenraum (7) angeordnet ist, der durch eine zylindrische Abtrennung (6) von dem tangentialen Einlaß (11a) der Ablauf- Ableitmittel (11) getrennt ist.

6. Reaktor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Einführen zulaufender Flüssigkeit wenigstens teilweise aus einem oder mehreren Rohren (10), die sich in den unteren Teil des Fallrohres (5) hinein öffnen und ein tangential nach unten laufendes Auslaßende haben, bestehen.

7. Reaktor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von Gaseinlaßrohren (12) sich gerade oberhalb des Bodens der Fermentationskammer öffnen.

8. Reaktor nach Anspruch 1, für die anaerobe Wasseraufbereitung, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor mit einem Entgaser in Form einer oder mehrerer Kaskadenkammern (13a, 13b) ausgerüstet ist, in welche die der Absetzkammer (4) zuzuführende Flüssigkeits-Schlamm- Mischung eingeführt wird und aus welcher die Flüssigkeits-Schlamm- Mischung durch einen tangentialen Auslaß (17) in die Absetzkammer strömt.

9. Reaktor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaskadenkammern (13a, 13b) innerhalb des ringförmigen Zwischenraums (7) zwischen der zylindrischen Wand des Reaktorgefäßes (1) und der zylindrischen Wand der Absetzkammer (4) vorgesehen sind.

10. Reaktor nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zyklon (15) in Flußrichtung aufwärts von den Kaskadenkammern (13a, 13b) angeschlossen ist, um im groben Gas aus der Flüssigkeits-Schlamm-Mischung abzutrennen.