PL81803B1 - - Google Patents

Description

Uprawniony z patentu: Knapsack Aktiengesellschaft, Knapsack (Republika FederalnaNiemiec) ' Sposób i urzadzenie do ciaglej aerobowej fermentacji substratów Przedmiotem wynalazku jest sposób i urzadze¬ nie do ciaglej aerobowej fermentacja substratów w obecnosci drobnoustrojów w strefie reakcji bioche¬ micznej, zwlaszcza dla oczyszczania silnie zanie¬ czyszczonych scieków, pochodzacych z zakladów produkcji chemicznej organicznej, przez mieszanie z gazami, zawierajacymi tlen.Fermentacje substratów, zwlaszcza oczyszczania scieków, wykonywano dotychczas w róznego rodzaju zbiornikach lub basenach, napowietrzajac zawar¬ tosc tych zbiorników, krazaca w obiegu zamknie¬ tym. Urzadzenia tego typu posiadaja jednak tylko niewielka wydajnosc na jednostke pojemnosci zbior¬ nika lub basenu w zakresie przemiany substancji lub rozkladu biologicznego. Przyczynami tego sa zlozone zjawiska, które polegaja przede wszystkim na niewystarczajacym zaopatrzeniu drobnoustro¬ jów w tlen, ograniczajacym w glównej mierze wy¬ dajnosc procesu.Celem wynalazku jest unikniecie niedogodnosci znanych rozwiazan przez opracowanie sposobu umo¬ zliwiajacego znaczne zwiekszenie stopnia przemia¬ ny substancji przy przerobie substratów, zwlaszcza zwiekszenie wydajnosci rozkladu przy oczyszczaniu scieków za pomoca drobnoustrojów, na jednostke pojemnosci strefy reakcji, oraz opracowanie urza¬ dzenia do stosowania tego sposobu, umozliwiajace¬ go ciagla przemiane substratów, zwlaszcza rozklad zanieczyszczen, wystepujacych w silnie zanieczysz- 10 15 20 25 30 czonych sciekach przy niewielkich nakladach na cele techniczne i malym zuzyciu energii.Sposób wedlug wynalazku charakteryzuje sie tym, ze gaz, zawierajacy tlen, który wprowadza sie do strefy reakcji biochemicznej, przeksztalca sie na swojej drodze przez faze ciekla mozliwie najczesciej w pecherzyki gazowe o odnawianej powierzchni, celem skrócenia czasu zetkniecia trwalych peche¬ rzyków gazowych z faza ciekla.Sposób wedlug wynalazku charakteryzuje sie po¬ nadto tym, ze mieszanine gazu, zawierajacego tlen i fazy cieklej przeciska sie przez szereg stref scina¬ jacych i/lub tym, ze strumieniowi mieszaniny gazu zawierajacego tlen i fazy cieklej nadaje sie wielo¬ krotnie wymuszony ruch w ustalonym kierunku.Urzadzenie do stosowania sposobu wedlug wy¬ nalazku stanowi reaktor, wyposazony w rure do doprowadzania gazu oraz w wieloramienne miesza¬ dlo i przeslony dziurkowane, umieszczone na wy¬ sokosci elementów mieszajacych i otaczajace te ele¬ menty, przy czym stosunek srednicy reaktora do srednicy elementów mieszajacych wynosi co naj¬ mniej 2 :1, korzystnie 4,5 :1.W urzadzeniu bedacym przedmiotem wynalazku korzystnie wieloramienne mieszadlo jest miesza¬ dlem o charakterze wielostopniowej pompy. Odle¬ glosc pomiedzy ramionami elementów -mieszajacych odpowiada w przyblizeniu ich srednicy. W reaktorze kazdemu stopniowi doprowadzania gazu przypo- 8180311803 3 rzadkowane sa blachy kierujace i urzadzenie kie¬ rujace strumieniem.Stosowane dotychczas srodki, na przyklad mie¬ szanie substratów z duzymi ilosciami gazów zawie¬ rajacych tlen i rozbitymi na bardzo drobne peche¬ rzyki, powodowanie duzej burzliwosci ruchu pod¬ czas mieszania substratu z gazem lub wydluzania czasu zetkniecia pecherzyków gazu z substratem, oraz stosowanie tlenu, który ogranicza wydajnosc reakcji powodowanej przez drobnoustroje, mogly byc tylko nieznacznie ulepszone.Rozwiazanie wedlug wynalazku umozliwia znacz¬ ne zwiekszenie wydajnosci reakcji wykonywanej przez drobnoustroje, co osiagnieto dzieki temu, ze dla uzyskania duzej wydajnosci jednostkowej pro¬ cesów biochemicznych stworzono korzystne warun¬ ki zycia i wzrostu drobnoustrojów, zwiekszono szybkosci wprowadzania tlenu do fazy cieklej, przy czym pecherzyki gazu z zawartoscia tlenu wprowa¬ dzanego do strefy reakcji biochemicznej, podczas swej drogi przebywanej przez faze ciekla przeksztal¬ cane sa czesto w pecherzyki o nowej powierzchni, dzieki czemu skraca sie czas zetkniecia miedzy sta¬ bilnymi pecherzykami gazu a faza ciekla.Ciagle odnawianie powierzchni pecherzyków ga¬ zowych jest konieczne, gdyz w przeciwnym razie wytwarza sie trwala warstwa graniczna miedzy pe¬ cherzykami i faza ciekla, hamujaca przenikanie tle¬ nu i uniemozliwiajaca zaopatrywanie drobnoustro¬ jów w wystarczajaca ilosc tlenu, co jest decyduja¬ cym warunkiem wysokiej wydajnosci jednostkowej biologicznego procesu aerobowego.Oprócz zwiekszonego poboru tlenu przez faze cie¬ kla, wymagane jest przyspieszenie transportu tlenu we wnetrzu fazy cieklej, zwlaszcza transportu tle¬ nu do zywych komórek drobnoustrojów co osiaga sie w ten sposób, ze mieszanine gazu zawierajacego tlen i fazy cieklej przesyla sie przez szereg stref scinajacych, dzieki czemu wytwarza sie pecherzy¬ ki o -ciagle odnawianej powierzchni i równoczesnie odbywa sie intensywne mieszanie fazy cieklej.Dla zmniejszenia do minimum zuzycia energii oraz odnawiania w mozliwie krótkich odstepach czasu powierzchni pecherzyków gazu i powodowa¬ nia intensywnego mieszania fazy cieklej, nadaje sie strumieniowi mieszaniny gazu zawierajacego tlen i fazy cieklej wielokrotnie wymuszony ruch w usta¬ lonym kierunku.Urzadzenie do gazowania wedlug niniejszego wy¬ nalazku stanowi reaktor, posiadajacy mala pojem¬ nosc w porównaniu z pojemnoscia zbiorników, sto¬ sowanych dotychczas do aerobowej fermentacji sub- stratów, zwlaszcza w porównaniu z pojemnoscia wielkich basenów uzywanych w instalacjach do oczyszczania scieków. W reaktorze tym zastosowa¬ ne jest mieszadlo o malej srednicy elementu mie¬ szajacego w celu ograniczenia zuzycia energii, nato¬ miast zwiekszana jest liczba obrotów mieszadla w celu osiagniecia równowaznej szybkosci liniowej na obwodzie.Urzadzenie wedlug wynalazku jest przedstawione w przykladzie wykonania na rysunku przedstawia¬ jacym schematycznie przekrój podluzny urzadzenia.W reaktorze do gazowania 1, którego widoczna jest czesc cylindryczna, znajduje sie rura do do- 4 prowadzania gazu 2 oraz umieszczono centralny wal napedowy 3. Na wale zamocowane sa w równych odstepach elementy mieszajace 4. W przypadku uzy¬ cia zwyklego mieszadla, cyfra 4 oznaczono ramiona 5 mieszadla, a w przypadku zastosowania mieszadla o charakterze pompy — wirniki tej pompy. Ele¬ menty mieszajace 4 obracaja sie wewnatrz przeslon dziurkowanych 5. W przypadku uzycia zwyklego mieszadla cyfra 5 oznaczono cylinder z blachy per- 10 forowanej, a w przypadku zastosowania mieszadla o charakterze pompy — dziurkowana obudowe pompy. Do przeslon dziurkowanych 5 przymocowa¬ ne sa pod katem prostym od strony walu napedo¬ wego 3 blachy kierujace 6. Na sciance reaktora 7 15 znajduja sie wystepy 8, kierujace strumien fazy cieklej w kierunku wskazywanym strzalkami. Wy¬ stepy 8 usytuowane sa na sciance jednakowo w stosunku do poszczególnych stopni doprowadzania gazu. 20 Dla porównania sposobu znanego ze sposobem wedlug wynalazku przedstawiono przyklady po¬ równawcze.Przyklad I. Zastosowano znany sposób, pole¬ gajacy na tym, ze do scieków z zakladów produk- 25 cji chemicznej organicznej o wartosci BZT5 3900 mg/l dodano sole, stanowiace pozywke i za¬ chowujac dokladnie wlasciwa wartosc pH poddano je w sposób ciagly napowietrzaniu w zbiorniku, stosujac równoczesnie mieszanie. 30 Osiagnieto wydajnosc wlasciwa rozkladu biolo¬ gicznego w wysokosci 7,5 kg BZT6 na 1 m8 efek¬ tywnej pojemnosci zbiornika i dobe. Stopien roz¬ kladu wynosil 87%. Zapotrzebowanie energii wy¬ nosilo 0,4 kWh na 1 kg wprowadzonego tlenu.» Przyklad II. Zastosowano sposób wedlug wy¬ nalazku zgodnie z którym do scieków z zakladów produkcji chemicznej organicznej o wartosci BZT6 8000—12 000 mg/1 i znacznej zawartosci substancji trudno ulegajacych rozkladowi dodano sole, stano- 40 wiace pozywke i zachowujac dokladnie wlasciwa wartosc pH poddano je w sposób ciagly intensyw¬ nemu napowietrzaniu i mieszaniu w reaktorze sta¬ nowiacym urzadzenie wedlug wynalazku. Osiagnie¬ to przy ciaglym ruchu wydajnosc wlasciwa rozkla- 45 du biologicznego powyzej 70 kg BZT5 na 1 m* efek¬ tywnej pojemnosci zbiornika i dobe. Stopien rozkla¬ du wynosil stale powyzej 96%.Zapotrzebowanie wlasciwe energii wynosilo okolo 1,3 kWh/kg rozlozonego BZT5, co odpowiada ilosci 50 okolo 1,1 kWh na 1 kg wprowadzonego tlenu. Wy¬ korzystanie tlenu z wprowadzanego powietrza wy¬ nosilo powyzej 50%. PL PL PL PL

Claims (7)

1. Zastrzezenia patentowe 55 1. Sposób ciaglej aerobowej fermentacji substra- tów w obecnosci drobnoustrojów w strefie reakcji biochemicznej, zwlaszcza dla oczyszczania silnie za¬ nieczyszczonych scieków, pochodzacych z zakladów produkcji chemicznej organicznej przez mieszanie 60 z gazami zawierajacymi tlen, znamienny tym, ze gaz zawierajacy tlen, wprowadzany do strefy reak¬ cji biochemicznej, przeksztalca sie na swojej drodze przez faze ciekla w pecherzyki gazowe o odnawia¬ nej powierzchni, celem skrócenia czasu zetkniecia 65 trwalych pecherzyków gazowych z faza ciekla.81 803

2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze mieszanine gazu zawierajacego tlen i fazy cieklej przeciska sie przez szereg stref scinajacych.

3. Sposób wedlug zastrz. 1 lub 2, znamienny tym, ze strumieniowi mieszaniny gazu zawierajacego tlen i fazy cieklej nadaje sie wielokrotnie wymuszony ruch w ustalonym kierunku.

4. Urzadzenie do stosowania sposobu wedlug zastrz. 1 lub 2 lub 3, znamienne tym, ze stanowi je reaktor (1), wyposazony w rure do doprowadzania gazu (2) oraz w wieloramienne mieszadlo i prze¬ slony dziurkowane (5) umieszczone na wysokosci elementów mieszajacych (4) i otaczajace te elemen¬ ty, przy czym stosunek srednicy reaktora (1) do 10 srednicy elementów mieszajacych (4) wynosi co naj¬ mniej 2:1, korzystnie okolo 4,5 :1.

5. Urzadzenie wedlug zastrz. 4, znamienne tym, ze wieloramiennym mieszadlem jest mieszadlo typu wielostopniowej pompy.

6. Urzadzenie wedlug zastrz. 4 lub 5, znamienne tym, ze odleglosc pomiedzy ramionami elementów mieszajacych odpowiada w przyblizeniu ich sred¬ nicy.

7. Urzadzenie wedlug jednego z zastrz. 4—6, zna¬ mienne tym, ze kazdemu stopniowi doprowadza¬ nia gazu przyporzadkowane sa blachy kierujace i urzadzenia kierujace strumieniem. h-7 PL PL PL PL