| JP3051649 | DEVICE AND METHOD OF UNPOLLUTED PROCESSING OF CHAIN REACTION |
| JP2007040821 | CHEMICAL REACTION CHIP |
| JP2000300244 | PHOTOSYNTHETIC CULTURING DEVICE |
| 1. | Biogasreaktor, dessen Reaktorgehäuse (5) ganz oder teilweise mit aktiver Biomasse gefüllt ist, in dem mittels eines oder mehrerer säulenartig übereinander angeordneter Trennelemente (12, 13, 14, 15, 38, 39, 49) mit jeweils einer Überströmkante (8) für auf¬ steigendes Gas in deren Reaktorabschnitten jeweils ein Gassammeiraum (7) zum Sammeln der aus der Gärsuspen¬ sion aufsteigenden Gase und ein gasblasenarmer Sedi mentationsraum zur Sedimentation aktiver Bio¬ masseSchlammteilchen ausgebildet ist, in den eine Leitung (10) mit einem als Ventil (11) ausgebildeten Drosselorgan zur Gasabführung geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Trennelement (12, 13, 14, 15, 38, 39, 49) als von Gärflüssigkeit nicht durch¬ strömbarer nach oben geschlossener Gassammeiraum (7) ausgebildet ist, daß die Trennelemente (12, 13, 14, 15, 38, 39, 49) in der einen horizontalen Trennelementebene (53) in der vertikalen Achse seit lieh jeweils versetzt zu den Trennelementen in der jeweils unmittelbar darüber und darunter befindlichen horizontalen Trennelementebene (53) angeordnet sind, und daß durch Einstellung eines jeden der als Ventil (11) ausgebildeten Drosselorgane der mit den Gas sammelräumen (7) in den Trennelementen (12, 13, 14, 15, 38, 39, 49) verbundenen Leitungen (10) über die jeweilige Überströmkante (8) eines jeden Trennelements (12, 13, 14, 15, 38, 39, 49) volumengeregelt Biogas so in die Reaktorzone (6) einströmt, die zwischen diesem Trennelement (12, 13, 14, 15, 38, 39, 49) und dem unmittelbar darüber angeordneten mindestens einem wei¬ teren Trennelement (12, 13, 14, 15, 38, 39, 49) ausge¬ bildet ist, daß in dieser Reaktorzone (6) eine definierte Zirkulationsströmung (16) der HRSAT2BL.ÄTT Gärflüssigkeit entsteht, die keine der horizontalen Trennelementebenen (53) durchdringt. |
| 2. | Biogasreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennelement (12) als einseitig an der Reak torwand angeordnete und zu dieser schiefwinklig nach unten geneigte Platte (9) ausgebildet ist. |
| 3. | Biogasreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennelement (13) als trichterförmiger Körper mit nach oben gerichteter geschlossener Spitze ausge¬ bildet ist. |
| 4. | Biogasreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennelement (14) als einseitig an der Reak torwand angeordneter und zu dieser schiefwinklig nach unten geneigter Kreisring (48) ausgebildet ist. |
| 5. | Biogasreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennelement (15) als kreisringförmiger Körper mit trichterförmigem Querschnitt ausgebildet ist, des¬ sen verschlossene Spitze nach oben gerichtet ist. |
| 6. | Biogasreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennelement (38) aus einer horizontalen Platte (40) besteht, an der randseitig ein umlaufender nach unten gerichteter Seitensteg (41) angeformt ist. |
| 7. | Biogasreaktor nach Anspruch lr dadurch gekennzeichnet, daß das Trennelement (39) aus einem mit der Spitze nach unten gerichteten trichterförmigen Grundkörper (43) besteht, an dem randseitig ein umlaufender nach unten gerichteter Seitensteg (41) angeformt und in dessen Spitze eine Durchbrechung (44) ausgebildet ist. ERSATZBLATT . |
| 8. | Biogasreaktor nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die horizontale Platte (40) und der trichterförmige Grundkörper (43) in einer horizontalen Ebene kreisringförmig ausgebildet sind. |
| 9. | Biogasreaktor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Abstand von der Spitze des trichterförmigen Grundkörpers (43) ein Abweiser (45) angeordnet ist. |
| 10. | Biogasreaktor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Abweiser (45) im Querschnitt kegelförmig mit nach oben gerichteter Spitze ausgebildet ist. |
| 11. | Biogasreaktor nach Anspruch 8 bis 10, dadurch gekenn zeichnet, daß der Abweiser (45) in einer horizontalen Ebene kreisringförmig ausgebildet ist. |
| 12. | Biogasreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennelement (49) aus einer einseitig an der Reaktorwand angeordneten und zu dieser schiefwinklig nach oben geneigten Platte (9) besteht, an deren freiem Endabschnitt ein nach unten gerichteter Seiten¬ steg (41) und an deren tiefster Stelle an der Reaktor¬ wand eine Durchbrechung (44) ausgebildet ist. |
| 13. | Biogasreaktor nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß in dem Reaktorgehäuse (5) zur Ausbildung vertikal übereinander befindlicher Reaktorzonen (6) eine Kombination von Trennelementen (12) und/oder (13) und/oder (14) und/oder (15) und/oder (38) und/oder (39) und/oder (49) angeordnet ist. |
| 14. | Biogasreaktor nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Reaktorkopf (27) von einer als Sedimentationsraum dienenden Ringkammer (28) umgeben ERSATZBLATT ist, die über in der Kamme innenwand (31) oberhalb und unterhalb des obersten Trennelements ausgebildete Öff¬ nungen (29, 30) mit dem oberhalb des obersten Trenn¬ elements befindlichen Innenraum (35) des Reaktorkopfes (27) und der unterhalb des obersten Trennelements befindlichen Reaktorzone (6) verbunden ist. |
| 15. | Biogasreaktor nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß in den als Sedimentationsraum (23) aus¬ gebildeten unteren Abschnitt (34) des Reaktorgehäuses (5) dosiert ein Gas zur Durchmischung der Biomasse einleitbar ist. |
| 16. | Biogasreaktor nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß in mindestens einer Reaktorzone (6) eine vertikale Leitfläche (17) für die Zirkulationsströmung (16) angeordnet ist. |
| 17. | Biogasreaktor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeich¬ net, daß die mindestens eine vertikale Leitfläche (17) zylinderförmig ausgebildet ist. |
| 18. | Biogasreaktor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich¬ net, daß an der in der untersten Reaktorzone (6) angeordneten zylinderförmigen Leitfläche (17) ein Ein laufstutzen (22) ausgebildet ist. |
| 19. | Biogasreaktor nach Anspruch 1, bei dem jeder Gassam¬ meiraum (7) mit einer Gasentnahmevorrichtung (50) mit einem der Leitung (10) zur Gasentnahme zugeordneten Schwimmerventil (46) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß an die Leitung (10) eine Spüllei¬ tung (47) angeschlossen ist, über die Spülflüssigkeit dem Ventil (11) und dem Schwimmerventil (46) zuführbar ist. . ERSATZBLATT. |
Die Erfindung betrifft einen Biogasreaktor, dessen Reak¬ torgehäuse ganz oder teilweise mit aktiver Biomasse gefüllt ist, in dem mittels eines oder mehrerer säulenar¬ tig übereinander angeordneter Trennelemente mit jeweils einer Überströmkante für aufsteigendes Gas in deren Reak¬ torabschnitten jeweils ein Gassammeiraum zum Sammeln der aus der Gärsuspension aufsteigenden Gase und ein gasblase- narmer Sedimentationsraum zur Sedimentation aktiver Bio¬ masse-Schlammteilchen ausgebildet ist, in den eine Leitung mit einem als Ventil ausgebildeten Drosselorgan zur Gasab¬ führung geführt ist.
In Biogasreaktoren werden Substanzen durch die Einwirkung von Mikroorganismen in C0 2 und Methan als Biogas umge¬ setzt. Die vorliegende Erfindung betrifft speziell Bio¬ reaktoren, bei denen die beteiligten Mikroorganismen in flüssigem Medium frei suspendiert vorliegen oder auf klei- nen Feststoffpartikeln immobilisiert sind. Voraussetzung für eine Anreicherung der Mikroorganismen innerhalb des Reaktors ist in beiden Fällen, daß diese in einer Form existieren, die die Sedimentation innerhalb der Gärsuspen¬ sion zuläßt. Im ersten Fall ist dies durch eine mehr oder weniger starke Bildung von sedimentationsfähigen, i- krobiellen Agglomeraten gegeben, im zweiten Fall wird ein gegenüber Wasser höheres spezifisches Gewicht durch den Feststoff erreicht, der als Aufwuchsfläche dient, bei¬ spielsweise Sand mit einem Partikeldurchmesser kleiner 0,5mm.
Bei hochbauenden Reaktoren, die aufgrund ihres geringen
Bedarfs an Grundfläche technisch anzustreben sind, akkumu¬ liert mit zunehmender Höhe das aufsteigende Biogas. Infolge des dabei entstehenden hohen Gasvolumenstroms wird durch Flotation aktive Biomasse in die oberen Reaktorzonen transportiert und aus dem Reaktor ausgetragen. Um die Abscheideleistung des Reaktors zu erhalten, ist es deshalb notwendig, den Gasvolumenstrom zu begrenzen und Biogas schon in tieferen Reaktorzonen zu entnehmen. Gleichzeitig ist die Strömung so zu führen, daß in den verschiedenen Reaktorhöhen Sedimentatiόnszonen entstehen, andererseits aber eine gewisse Durchmischung des Reaktorinhalts gewähr¬ leistet ist. Da eine geeignete Balance zwischen diesen an sich einander entgegengesetzten Forderungen auch von der Art und der Konzentration des zu vergärenden Substrates sowie von der jeweiligen Position innerhalb des Reaktors abhängt, wäre es wünschenswert, daß der Strömungszustand von außen, am besten getrennt für die einzelnen Reaktorab¬ schnitte gesteuert werden kann.
Ein solcher Reaktor ist bekannt durch die EP 0 300 348 Bl. Nachteilig ist bei den bekannten Anordnungen jedoch der relativ hohe konstruktive Aufwand. Ein Element der modular angeordneten Reaktoreinbauten besteht im einfachsten Fall aus einem Trichter, einem Rohr und an den Wänden ange¬ brachten Abweiseelementen, die den Zugang von Gasblasen in die Sedimentationszonen vermeiden. Es wird eine Zirkulati- onsströraung erzeugt, die durch die Trennelemente geführt ist. Eine eindeutige Trennung der Strömung zwischen den Trennelementen wird somit nicht erzielt. Bei einer derar¬ tigen Ausbildung werden ferner in das Trennelement ein- dringende Gasblasen zum Teil mit der durch das Trennele¬ ment geführten Strömung mitgerissen und können daher in den Gassammeiräumen nicht aufgefangen und als Biogas abge¬ führt werden. Zusätzlich ist daher in manchen Fällen ein weiteres Abweiseelement notwendig, um den direkten Zugang
von aus dem Reaktorabschnitt eines tiefer liegenden Trennelementes aufsteigenden Gasblasen in den Rohrab¬ schnitt des darüber liegenden Trennelements zu vermeiden. Dies ist besonders dann notwendig, wenn die Querschnitts- fläche des Rohrabschnitts im Vergleich zur gesamten Reak¬ torquerschnittsfläche groß ist, wenn also beispielsweise die Querschnittsfläche des Rohrabschnitts 50% der Quer¬ schnittsfläche des gesamten Reaktors beträgt. In diesem Fall ist, betrachtet man die sich um ein Trennelement ein- stellende Zirkulationsströmung, der Strömungsquerschnitt der nach oben und der nach unten gerichteten Strömung in etwa gleich. Der Strömungswiderstand ist insgesamt gering. Bei einer solchen Dimensionierung der Trennelemente, die wegen der sich einstellenden günstigen Rührwirkung in manchen Fällen erwünscht ist, besteht nun die Gefahr, daß trotz einer direkten Versperrung des Blasenweges von unten zum oberen Trennelement Gasblasen durch die Ansaugwirkung der Zirkulationsströmung direkt in den oberen Rohrab¬ schnitt gelangen und die Abscheideleistung des Trennele- ents damit verringert wird. Dieser ungünstige Zustand tritt ein in Fällen hoher örtlicher Biogasproduktion und gleichzeitig niederer Gasentnahme am Trennelement, mit der Folge einer starken Zirkulationsströmung. In diesem Fall ist die Steuerfähigkeit der Zirkulationsströmung einge- schränkt, da eine Gasentnahme nur den Anteil des Gases betrifft, der durch das Trennelement zurückgehalten wird.
In der DE-A- 37 23 851 ist ferner auch die Ausbildung eines Biogasreaktors mit trichterförmigen Trennelementen zur Behandlung von aktiver Biomasse beschrieben. Bei die¬ sen Trennelementen ist die Spitze des Trichters nach unten gerichtet und weist eine Durchbrechung im Bereich der Trichterspitze auf. Der Trichter ist von einem zylinder- förmigen Mantel derart umgeben, daß zwischen diesem Mantel und der Reaktorwand ein Ringkanal und zwischen dem Mantel
und dem Trichter ein Gassammeiraum ausgebildet ist', aus dem Gas über eine Gasabführleitung abgeführt wird. Bei diesem Trennelement besteht ebenfalls der Nachteil, daß durch die Ansaugwirkung der Zirkulationsströmung auf dem Weg von der Trichterspitze zum außenliegenden Ringkanal die aufsteigenden Gasblasen abgefangen und direkt in den äußeren Ringkanal geleitet werden. Auf diese Weise wird auch bei diesem Trennelement die Abscheideleistung im Fall einer starken Zirkulationsströmung verringert und die Steuerfähigkeit der Zirkulationsströmung eingeschränkt. Eine starke Drosselung der Zirkulationsströmung, etwa durch eine entsprechend kleine Dimensionierung der Durch¬ brechung an der Spitze, würde zwar die Abscheideleistung des Trennelementes sicherstellen aber die ebenfalls erwünschte, durch die Zirkulationsströmung bewirkte Durch¬ mischung des Reaktorinhalts vermindern. Die angegebenen bekannten Reaktoren haben also bezüglich ihrer Steuerungs- fähigkeit Nachteile, insbesondere in Fällen hoher Gaspro¬ duktionsleistung, die technisch jedoch besonders erwünscht ist.
Durch die WO 86/03 691 ist ferner ein turmförmiger, für die Biogasproduktion geeigneter Reaktor bekannt, der meh¬ rere kaskadenformig übereinander und in Strömungsrichtung hintereinander angeordnete Stromungszeilen enthält. Die einzelnen Stromungszeilen sind durch Strömungsleiteinrich¬ tungen voneinander getrennt, die schräg nach oben gerich¬ tet sind und durch die kein Gassammeiraum gebildet werden kann. Dieser bekannte Reaktor erfüllt hinsichtlich einer durch die Biogasproduktion bewirkten guten Durchmischung des Reaktorinhalts die gestellten Forderungen. Durch diese Anordnung ist jedoch keine Ausbildung eines gasblasenarmen Sedimentationsraumes zur Sedimentation aktiver Biomasse¬ schlammteilchen möglich, was aber für die Funktion eines Hochleistungs - Biogasreaktors Voraussetzung ist. Nicht
möglich ist bei dieser bekannten Anordnung ferner eine Gasentnahme in tieferen Reaktorzonen und die erwünschte Steuerung der in den einzelnen Abschnitten ablaufenden Zirkulationsströmung. Hieran ändern auch nichts alterna- tiv vorgesehene Einbauten von Leitrohren oder -blechen. Diese Leitrohre oder -bleche haben im übrigen eine weitere Aufgabe, nämlich als Heiz- oder Kühleinrichtungen zu die¬ nen oder in den Reaktor Substrat einzutragen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen hoch¬ bauenden Biogasreaktor der eingangs genannten Art so aus¬ zubilden, daß insbesondere auch bei hohen Gasproduktions¬ raten in den einzelnen Reaktorsegmenten eine Strömung so eingestellt werden kann, daß ein ausreichender Rückhalt aktiver Biomasse möglich ist bei gleichzeitiger noch aus¬ reichender guter Durchmischung.
Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Mit dem erfindungsgemäßen Biogasreaktor ist es möglich, in allen Betriebszuständen, auch bei Gasproduktionsraten, die größer als acht Kubikmeter Biogas je Kubikmeter Reaktorvolumen und Tag sind. Gas aus tiefer liegenden Reaktorzonen abzuführen. Es wirkt stets ein Satz von zwei Trennelementen zusammen, die übereinander angeordnet und in der vertikalen Achse seitlich zueinander versetzt sind. Hierdurch bewirkt das an den Überströmkanten der Trennelemente überströmende Biogas oberhalb des jeweiligen Trennelements eine Zirkulationsströmung,
die nicht in den Bereich der Gassammeiräume eindringen kann. Die Ebene der Trennelemente wird somit von der Gär¬ flüssigkeitströmung nicht durchdrungen. Durch die hier¬ durch mögliche Steuerung der jeweiligen Stromungszustände in den einzelnen Reaktorzonen kann in diesen ein optimaler Betrieb auch bei bezüglich Menge und Qualität wechselnden Abwasserzulau en erzielt werden.
Die Erfindung wird nachstehend am Beispiel der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele von Biogas¬ reaktoren näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen Biogasreaktor in einer schematischen Sei¬ tenansicht,
Fig. 2 den Biogasreaktor nach Fig. 1 mit vertikalen und 3 Leitflächen in der Seitenansicht im Ausschnitt,
Fig. 4 einen Biogasreaktor mit kreissymmetrisch ausge- bildeten Trennelementen in einer Seitenansicht im
Ausschnitt,
Fig. 5 eine im Durchmesser gegenüber dem Biogasreaktor nach Fig. 4 vergrößerte Ausbildung eines Biogas- reaktors in der Seitenansicht im Ausschnitt,
Fig. 6 einen rotationssymmetrischen Biogasreaktor mit zylinderförmigen Leitflächen in einer Seitenan¬ sicht im Schnitt,
Fig. 7a ein Trennelement mit möglichen Ausbildungen der bis 7c Überströmkante,
Fig. 8 weitere Ausbildungen eines Trennelementes in bis 10 schematischen Seitenansichten,
Fig. 11 eine Gasentnahmevorrichtung eines Trennelements in einer schematischen Seitenansicht.
Fig. 1 zeigt einen Biogasreaktor 1, in dem in unterschied- liehen Reaktorhöhen durch Trennelemente 12 Reaktorzonen 6 ausgebildet sind. Die Trennelemente 12 sind als nach unten geneigte flächige Platten 9 ausgebildet, die mit der Reaktorwand des Reaktorgehäuses 5 jeweils einen Gassammel- raum 7 bilden. In den Gassammeiräumen 7 wird das von den jeweils darunter liegenden Reaktorzonen 6 aufsteigende Biogas aufgestaut. Entnimmt man über eine Leitung 10 mit Ventil 11 aus einem Gassammeiraum 7 das gesamte aufge¬ fangene Biogas, entsteht über diesem Trennelement 12 eine gasarme Zone, die die Sedimentation von Biogas fördert. Wird das Ventil 11 geschlossen, strömt Biogas an der äuße¬ ren Überströmkante 8 des Trennelements 12 über in den darüber liegenden Raum der folgenden Reaktorzone 6. Da das überströmende Biogas einseitig nur in der einen Raum¬ hälfte aufsteigt, stellt sich eine die Durch-mischung för- dernde Zirkulationsströmung 16 ein. Die Geschwindigkeit der Zirkulationsströmung 16 erhöht sich mit steigendem Gasvolumenstrom. Durch die Entnahme von unterschiedlichen Gasstromvolumina durch Einstellung der Ventile 11 läßt sich die Zirkulationsströmung so einstellen, daß einer- seits eine noch ausreichende Durchmischung erreicht und andererseits das Austragen von aktiver Biomasse zuver¬ lässig vermieden wird. Dies wird dadurch erreicht, daß die in der jeweiligen Reaktorzone 6 erwünschte Zirkulationsströmung 16 der Gärflüssigkeit so definiert eingestellt wird, daß die Zirkulationsströmung keine der die Reaktorzone 6 begrenzenden horizontalen Trennelemente¬ benen 53 durchdringt. Wie Experimente im halbtechnischen Bereich ergeben haben, variiert der optimal zu entnehmende Gasvolumenstrom in den unterschiedlichen Reaktorhöhen. So
ist in tieferen Reaktorbereichen die Durchmischung zu fördern, während in den oberen Bereichen der Biomasserück¬ halt eher im Vordergrund steht.
Die Trennelemente 12 sind wechselnd auf jeweils gegenüber¬ liegenden Seiten der Reaktorwand angeordnet. Auf diese Weise wird erreicht, daß das von einem darunter liegenden Trennelement 12 aufsteigende Biogas in optimaler Weise im Gassammeiraum 7 des folgenden Trennelements 12 aufgefangen wird. Zusätzliche Abweiseeinrichtungen sind nicht notwendig. Eine ausreichende Gasabscheideleistung ist auch bei extrem hohen Gasproduktionsraten sowie bei vergleichs¬ weise hoher Geschwindigkeit der Zirkulationsströmung 16 gewährleistet.
Die durch die Trennelemente geschaffenen Grenzflächen zwi¬ schen Biogas und Gärsuspension haben ferner den zusätz¬ lichen Effekt, daß sich Agglomerate von Bakterien, die an von diesen produzierten Gasblasen haften, bis zu dieser Fläche aufsteigen. Diese kleinen Gasblasen werden nun von dem dort befindlichen großen Gasvolumen aufgenommen und die so vom Biogas befreiten bakteriellen Agglomerate kön¬ nen wieder in tiefere Zonen sedimentieren. Der Querschnitt des Biogasreaktors 1 kann beispielsweise eine kreisförmige oder rechteckige Form aufweisen.
Zur Führung der Zirkulationsströmung 16 in den Reaktor¬ zonen 6 können vertikale Leitflächen 17 in den Reaktorzo¬ nen 6 vorgesehen werden. Die Leitflächen 17 können mittig in den Reaktorzonen 6 angeordnet sein (Fig. 2) . Es ist aber auch möglich, die Leitflächen 17 so anzuordnen, daß der Strömungsquerschnitt 18 der nach oben weisenden Strö¬ mung größer oder kleiner ist als der Strömungsquerschnitt 19 der nach unten weisenden Strömung. Ist der Querschnitt der nach oben weisenden Strömung kleiner, so wird aus
Kontinuitätsgründen die Strömungsgeschwindigkeit in diesem Abschnitt erhöht. Auf diese Weise wird ein erhöhter Transport von Biomasse nach oben erreicht (Fig. 3) . Bei Vergrößerung dieses Strömungsquerschnittes 18 tritt der umgekehrte Effekt auf.
Fig. 4 zeigt eine Biogasreaktor 2, der kreissymmetrisch ausgebildet ist, wobei jede Reaktorzone 6 durch zwei Trennelemente 13, 14 definiert ist. Die Trennelemente 13 sind kegelförmig in der Mitte des Reaktorgehäuses 5 angeordnet und bilden somit einen mittigen Gassammeiraum 7. Die Trennelemente 14 mit nach unten geneigter Platten¬ ebene sind an der Reaktorwand des Reaktorgehäuses 5 angeordnet, so daß deren Überströmkanten 8 zur Mitte des Reaktorgehäuses 5 gerichtet sind. Die Trennelement 14 sind kreissymmetrisch ausgebildet. Die Gassammeiräume 7 der Trennelemente 13, 14 sind jeweils mittels einer Leitung 10 mit Ventil 11 an eine zentrale Gasleitung 20 angeschlos¬ sen. In den Reaktorzonen 6 bildet sich koaxial zur Mittel- achse 52 eine rotierende torusförmige Zirkulationsströmung 16 aus.
Der nutzbare Durchmesser des Biogasreaktors kann durch einen Umgruppierung der Trennelemente vergrößert werden, wobei die Querschnittsformen der Trennelemente 13, 14 erhalten bleiben. Fig. 5 zeigt hierzu schematisch einen Biogasreaktor 3, der wie der Biogasreaktor 2 kreissymme¬ trisch ausgebildet ist. Der Radius Rl ist lediglich um einen Betrag Δ R auf die Größe R2 vergrößert, wobei der Betrag ΔR dem Durchmesser des Biogasreaktors 1 ent¬ spricht. Dieser Biogasreaktor 3 weist drei unterschied¬ liche Trennelemente 13, 14, 15 auf. Das Trennelement 15 ist als kreisringförmiger Körper ausgebildet, der die Querschnittsform des Trennelements 13 aufweist. In den Reaktorzonen 6 zwischen den horizontalen Ebenen der
Trennelemente 13, 14 und 15 bilden sich konzentrisch zueinander zwei torusförmige Zirkulationsströmungen 16 mit zueinander entgegengesetzter Strömungsrichtung aus. Die umlaufenden Trennelemente 14 sowie die Trennelemente 13, 15 ergeben- im Fall einer großen Dimensionierung des Bio- gasreaktors einen großen Auftrieb. Die hierdurch entste¬ henden Kräfte müssen von der Reaktorwand aufgenommen wer¬ den. Die Kräfte können eventuell auch am Boden oder Deckel abgestützt werden.
Fig. 6 zeigt einen weiteren rotationssymmetrischen Biogas¬ reaktor 4 mit Trennelementen 13, 14, wie beim Biogasreak¬ tor 2 nach Fig. 4, wobei jedoch in jeder Reaktorzone 6 eine zylinderförmige Leitfläche 17 angeordnet ist. Der untere Abschnitt 34 des Biogasreaktors 4 ist als Sedimentationsraum 23 ausgebildet. Hier anfallende biolo¬ gisch nicht aktive Feststoffe können über die Abflußlei¬ tung 24 abgezogen werden. Eine Anschlußleitung 25 am unteren Abschnitt 34 des Biogasreaktors 4 dient zur Sub¬ stratzufuhr. Am Reaktorkopf 27 ist eine Abflußleitung 26 für gereinigtes Abwasser und eine Gasleitung 32 ange¬ schlossen, die mit einer zentralen Gasleitung 20 verbunden ist, durch die anfallendes Biogas zur weiteren Behandlung oder Verwertung abgeführt wird.
Um für das Anfahren des Biogasreaktors 4, wenn die Konzen¬ tration aktiver Biomasse noch niedrig und damit die produ¬ zierte Biogasmenge gering ist, eine ausreichende Durch¬ mischung sicherzustellen, kann über einen Kompressor 33 zusätzlich Gas in untere Bereiche des Biogasreaktors 4 eingeführt werden. Es kann sich um sauerstoffreies Fremd¬ gas wie z. B. Stickstoff oder um bereits produziertes Bio¬ gas handeln, das auf diese Weise im Kreis geführt wird. Es ist günstig, das Gas so einzuleiten, daß die aufsteigenden Gasblasen eine Einmischung des zugeführten Frischsubstra-
tes bewirken. Um dies zu erleichtern, ist der untere Abschnitt der unteren zylinderförmigen Leitfläche 17 als sich konisch erweiternder Einlaufstutzen 22 ausgebildet. Der Reaktorkopf 27 weist im oberen Bereich eine Ringkammer 28 auf, die als zusätzliche für die Endabscheidung von Biomasse dienende Sedimentationszone dient. Das oberste trichterförmige Trennelement 13 wird durch Abzug von Bio¬ gas über die zugehörige Leitung 10 mit Ventil 11 so betrieben, daß kein Biogas in die darüber liegende Zone des Biogasreaktors 4 abgegeben wird. Der Sedimentations- räum der Ringkammer 28 ist mit dem Innenraum 35 des Reak¬ torkopfes 27 durch obere Öffnungen 29 und untere Öffnungen 30 in der Kammerinnenwand 31 verbunden. Da im Innenraum 35 des Reaktorkopfes 27 mit einem zwar geringen im Vergleich zur Ringkammer 28 jedoch leicht höheren Gasanteil in der GärSuspension zu rechnen ist, wird sich über die Öffnungen 29, 30 eine langsame Zirkulationsströmung ausbilden, die in der Ringkammer 28 nach unten gerichtet ist und somit die Sedimentation unterstützt und für eine Rückführung sedimentierter Biomasse durch die Öffnung 30 in den Reak- torinnenraum sorgt. Wird die Öffnung 30 an einer Stelle angeordnet, an der auch im Reaktorinnenraum eine abwärts gerichtete Strömung auftritt, ergibt sich ein optimaler Rücktransport von Biomasse in tiefere Reaktorzonen 6.
Die beispielhafte Ausbildung der Überströmkante 8 bei einem Trennelement 12 ist in den Fig. 7b und 7c als Ansicht A-A nach Fig. 7a dargestellt. Fig. 7a zeigt die Seitenansicht auf die Überströmkante 8 eines Trennelements 12 nach Fig. 1. Um ein schwallartiges Überströmen des aufgestauten Gases zu vermeiden, kann die Überströmkante 8 Kerben 36 enthalten (Fig. 7b) . Werden nur an einem Teil der Überströmkante 8 Kerben 36 vorgesehen (Fig. 7c) , bleibt die Gasentladung auf diesen Teil der Überström¬ kante 8 des Trennelements 12 beschränkt. Als Folge wird in
einer senkrechten zur Überströmkante 8 parallelen Ebene eine Zirkulationsströmung 37 erzeugt, die den Stoffaus¬ tausch zwischen den über und unter dem Trennelement 12 befindlichen Räumen fördert. Auf diese Weise wird die gleichmäßige Substratverteilung innerhalb des Biogasreak- tors verbessert.
Fig. 8 und 9 zeigen weitere Ausbildungen von Trennelemen¬ ten 38, 39. Das Trennelement 38 besteht aus einer horizon¬ talen konzentrisch im Reaktorgehäuse 5 angeordneten Platte 40, unter der durch einen randseitig nach unten umgekante¬ ten Seitensteg 41 ein definierter Gassammeiraum 7 ausge¬ bildet ist. Das in diesem sich ansammelnde Biogas wird in bereits beschriebener Weise über eine Leitung 10 mit Ven¬ til 11 abgeführt. Durch den Ringspalt 42 zwischen Seiten- steg 41 und der Reaktorwand aufsteigendes Biogas bewirkt in der Reaktorzone 6 oberhalb des Trennelements 38 eine Zirkulationsströmung, die sich auf der Platte 40 des Trennelements 38 absetzende Mikroorganismen abspült. Bei intermittierendem Betrieb können sich die Organismen dage- gen als aktiver Schlamm absetzen. Beim Einsatz dieses Trennelements 38 wird weniger Auftrieb erzeugt, so daß geringere Kräfte auf den Biogasreaktor einwirken und der für diesen erforderliche konstruktive Aufwand vermindert wird. Diese Trennelemente 38, 39 eignen sich daher beson- ders für größer dimensionierte Biogasreaktoren.
Das Trennelement 39 ist ebenfalls konzentrisch im Reaktor¬ gehäuse 5 angeordnet und besteht aus einem mit der Spitze nach unten gerichteten trichterförmigen Grundkörper 43, der randseitig von einem ebenfalls nach unten gerichteten Seitensteg 41 umgeben ist. Durch diesen Seitensteg 41 wird ein umlaufender Gassammeiraum 7 gebildet. In der Spitze des trichterförmigen Grundkörpers 43 ist eine Durch¬ brechung 44 ausgebildet, die so gestaltet ist, daß der
oberhalb des Trennelementes 39 sedimentierte Schlamm durch die Durchbrechung 44 in die unter dem Trennelement 39 befindliche Reaktorzone 6 eintreten kann. Die Durch¬ brechung 44 wird hierbei möglichst klein dimensioniert jedoch andererseits ausreichend groß, so daß der Quer¬ schnitt durch den hindurchfließenden Schlamm nicht ver¬ stopft werden kann. Die Zirkulationsströmung 16, die sich bereits oberhalb des Trennelementes 39 schließt, wird von der Dimensionierung der Durchbrechung 44 nicht betroffen. Vor der Durchbrechung 44 befindet sich ein kegelförmiger Abweiser 45. Durch den Abweiser 45 wird verhindert, daß aufsteigende Gasblasen durch die Durchbrechung 44 in den Trichterinnenraum dringen und hierdurch in diesem eine Störung der Schlammsedimentation bewirken. Die Trennele- ente 38 und 39 können entsprechend dem Trennelement 15 auch als kreisförmige Körper ausgebildet sein, der die Querschnittsform der Trennelemente 38 oder 39 aufweist.
Fig. 10 zeigt eine weitere Ausbildung eines Trennelements 49. Funktional ist bei diesem im Ausschnitt dargestellten Biogasreaktor die Mittelachse 52 des Biogasreaktors nach Fig. 9 durch die Reaktorwand des Reaktorgehäuses 5 ersetzt. Das Trennelement 49 ist durch eine mit der Reak¬ torwand verbundene und zu dieser aufwärts gerichtete Platte 9 gebildet, an deren freiem Endabschnitt ein nach unten gerichteter Seitensteg 41 angeordnet ist. Zwischen diesem und der Platte 9 ist ein Gassammeiraum 7 ausgebil¬ det, der über eine Leitung 10 mit Ventil 11 mit einer nicht näher dargestellten zentralen Gasleitung verbunden ist. Zwischen dem Seitensteg 41 und der Reaktorwand ist ein Überströmkanal 51 ausgebildet, durch den über die Überströmkante 8 abströmendes Biogas in die nächste obere Reaktorzone 6 strömen kann. Am tiefsten Punkt der Platte 9 ist in dieser ein Durchbrechung 44 vorhanden. Durch diese Durchbrechung 44 kann fließfähiger Schlamm von dem
Schlammraum oberhalb der Platte 9 in die unter dieser befindliche Reaktorzone 6 zurückfließen.
In Fig. 11 ist eine Ausführungsform einer einem Trennele- ment 12 zugeordneten Gasentnahmevorrichtung 50 darge¬ stellt. Um das Ventil 11 vor einer möglichen Überflutung durch Reaktorinhalt zu schützen, ist die Gasentnahme ober¬ halb eines bestimmten Flüssigkeitsstandes durch ein Schwimmerventil 46 begrenzt. Um die Funktion des Schwimmerventils 46 und/oder des Ventils 11 zur Gasent¬ nahme bei einer möglichen Verschmutzung zu erhalten, kann eine entgegen der Gasströmungsrichtung gerichtete Flüssig¬ keitspülung vorgesehen werden. Hierzu ist an die das Ven¬ til 11 aufweisende Leitung 10 eine Spülleitung 47 ange- schlössen. Eine Verschmutzung ist insbesondere beim Auftreten von Schaum im Gassammeiraum 7 zu befürchten. Als Spülflüssigkeit kann entweder frisches Leitungswasser oder unvergorenes Substrat oder bereits behandeltes Abwasser eingesetzt werden.
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