DE3536057A1 - Verfahren und vorrichtung zur aufrechterhaltung einer fluessigkeits-gas-dispersion - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufrechterhaltung einer Flüssigkeits-Gas-Dispersion in einem vertikalen Behälter, der vorzugsweise als Reaktor für biochemische Verfahren, ins­ besondere zur Behandlung von Abwässern oder Klärschlamm od. dgl. mit Gas, insbesondere Luft, Sauerstoff usw. dient und Eintritts­ öffnungen für die Flüssigkeits-Gas-Dispersion sowie eine obere Öffnung zum Abführen des verbrauchten und aus der Flüssigkeit ausgetretenen Gases hat, wobei die Flüssigkeits-Gas-Dispersion die Füllung des Reaktors durchströmt.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Aufrecht­ erhaltung einer Gas-Flüssigkeits-Dispersion insbesondere zur Durchführung biochemischer Reaktionen, z. B. zur Behandlung von Abwässern oder Klärschlamm od. dgl. mit einem insbe­ sondere zylindrischen oder annähernd zylindrischen vertikalen Behälter als Reaktor, welcher mit dem zu behandelnden Substrat gefüllt ist und wenigstens einen Eintritt für die Gas-Flüssig­ keits-Dispersion aufweist.

Aus der europäischen Offenlegungsschrift 01 02 435 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufrechterhaltung einer Dispersion von Gasen in Flüssigkeiten bekannt, bei welcher die Gase im oberen Bereich einer vertikal angeordneten Umlaufrichtung unter gleichzeitigem mechanischen Um­ wälzen eingebracht werden und die dabei entstandenen Mikro­ bläschen entgegen ihrer Antriebskraft in den unteren horizontalen Teil der Vorrichtung befördert werden, von wo sie in einen sich anschließenden aufwärts führenden Teil der Vorrichtung gelangen und dort Pulsationen ausgesetzt und in Mikrowirbel versetzt werden, wonach dann anschließend eine Entgasung der Flüssigkeit erfolgt. Es handelt sich somit um ein Verfahren und eine Vorrichtung anderer Gattung.

Es sind auch beispielsweise aus der CH-PS 5 27 773 und der DE-OS 25 54 440 vergleichbare Verfahren und Vorrichtungen der eingangs genannten Art bekannt.

In der CH-PS 5 27 773 ist eine zentrale Welle mit Rührwerk­ zeugen in dem Behälter angeordnet, der außerdem zusätzliche Einbauten enthält, um über die Höhe verteilt mehrere torus­ förmige Flüssigkeitsströmungen zu erzeugen. Es sind somit Strömungsumlenkmittel erforderlich, an denen zwar die Flüssig­ keit umgelenkt wird, das in der Dispersion befindliche Gas jedoch durch Reibungsverluste und dgl. aus der Flüssigkeit frei werden kann. Darüber hinaus sind die Einbauten in dem Behälter, nämlich die Rührvorrichtungen und Strömungsumlenk­ mittel aufwendig.

Auch bei der DE-OS 25 54 440 sind in einem vertikalen Be­ hälter aufwendige Einbauten vorgesehen, um Steig- und Fall­ räume zu erzeugen, wobei in die Flüssigkeit lediglich Gas ein­ gespeist wird, so daß die Gas-Flüssigkeits-Dispersion erst im Behälter entstehen soll.

Abgesehen von den aufwendigen Einbauten ist damit zu rechnen, daß ein Teil des eingespeisten Gases keine Dis­ persion bildet, so daß ein Gasüberschuß notwendig wird.

Ein generelles Problem bei den vorbeschriebenen sowie vielen anderen Verfahren und Vorrichtungen besteht dabei da­ rin, die Verweilzeit des Gases im Substrat so lang wie möglich zu machen, um das Gas bestmöglich ausnutzen zu können und ge­ nügend Reaktionszeit zu gewinnen.

Somit werden bei den bekannten Vorrichtungen aufgrund der Steiggeschwindigkeit der an der Reaktion beteiligten Gas­ blasen häufig sehr hohe Behälter verwendet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei welchen der apparative Aufwand vermindert ist, die Reaktions­ zeit bzw. die Verweilzeit des Gases aber möglichst groß ist, so daß es bestmöglich ausgenutzt werden kann, wobei aber dennoch der Platzbedarf und insbesondere auch die erforderliche Höhe der Vorrichtung möglichst gering gehalten werden können soll.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das erfindungsgemäße Ver­ fahren dadurch gekennzeichnet, daß in dem Behälter eine von unten nach oben gerichtete etwa schraubenförmige turbulente Strömung der Flüssigkeits-Gas-Dispersion erzeugt wird, deren Umfangsgeschwindigkeit zumindest bereichsweise größer als die Steiggeschwindigkeit der Gasblasen in der Dispersion und kleiner als die Zentrifugalgeschwindigkeit für eine Trennung des Gas-Flüssigkeitsgeschmisches oder des Gas-Flüssigkeits- Feststoffgemisches ist.

Durch diese Maßnahme wird innerhalb eines Behälters der Weg der Flüssigkeits-Gas-Dispersion und somit der Gasbläschen erheblich gegenüber einer aufwärts- und/oder abwärts ge­ richteten Strömung verringert, so daß die Höhe eines Be­ hälters wesentlich besser ausgenutzt bzw. reduziert werden kann und dennoch einen großen Strömungsweg und somit eine lange Verweilzeit erlaubt.

Auf besonders einfache Weise kann dieses Verfahren verwirk­ licht werden, wenn die Flüssigkeits-Gas-Dispersion im unteren Teil des Behälters vorzugsweise nahe seinem Boden außermittig eingetragen wird. Allein schon durch die außermittige Ein­ strömung ist vorgegeben, daß die Strömung innerhalb des Behälters in eine kreisende Bewegung versetzt wird, wobei die ständig nachströmende Flüssigkeits-Gas-Dispersion gleichzeitig für eine gewisse Verdrängung dieser Flüssigkeit nach oben sorgt, so daß dann die etwa schraubenlinien­ förmige Strömung entsteht. Die Flüssigkeits-Gas-Dispersion kann also etwa parallel zu einem Durchmesser des Behälters seitlich versetzt eingebracht werden. Dabei ist es vorteil­ haft, wenn die Flüssigkeits-Gas-Dispersion nahe der Wandung des Behälters und nahe dem Boden etwa tangential zu einer Parallelen zur Wandung des Behälters eingetragen wird. Dadurch wird eine bestmögliche Vergrößerung des Strömungs­ weges für die Gasblasen im Inneren des Behälters erzielt.

Der flüssige oder aus einer Flüssigkeits-Feststoff-Mischung bestehende Behälterinhalt kann in eine um seine Achse ver­ laufende ellipsen- bis kreisförmige Strömungsbewegung ver­ setzt werden und die Geschwindigkeit der Flüssigkeits-Gas- Dispersion beim Eintritt in den Behälter kann gleich oder größer der Umfangsgeschwindigkeit des Reaktorinhaltes im Bereich des Eintrittes sein. Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Eintrittsgeschwindigkeit der Gas-Flüssigkeits-Dispersion so hoch bemessen wird, daß die über die Höhe des Behälters abnehmende Umfangsgeschwindigkeit auch im oberen Behälter­ bereich über der Steiggeschwindigkeit der Gasblasen in der Dispersion liegt, so daß auch dort vorzeitiges Aufsteigen der Gasblasen und somit ein vorzeitiges Unwirksam­ werden vermieden ist.

Der Inhalt des Behälters kann durch die Einbringung der Gas-Flüssigkeits-Dispersion in Umlaufrichtung in die er­ wähnte ellipsen- bis kreisförmige Bewegung versetzt werden, es ist aber auch möglich, den Behälterinhalt maschinell und/oder mechanisch in eine solche ellipsen- bis kreisförmige Umlaufbewegung zu versetzen insbesondere dann, wenn ein relativ großer Behälterquerschnitt vorliegt.

Zur Beseitigung des Gasanteiles nach Durchströmen des Be­ hälters kann im oberen Bereich die Strömungsgeschwindigkeit beispielsweise durch eine Querschnittserweiterung unter die Steiggeschwindigkeit des Gases vermindert werden, so daß dieses dann in erwünschter Weise und an der gewünschten Stelle aus der Flüssigkeit austritt, wenn es verbraucht ist.

Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand weiterer An­ sprüche.

Die zur Lösung der Aufgabe dienende Vorrichtung der eingangs erwähnten Art ist dadurch gekennzeichnet, daß der/die Ein­ tritte für die Gas-Flüssigkeits-Dispersion im unteren Be­ hälterbereich nahe seinem Boden außermittig angeordnet ist/ sind. Gegenüber bekannten Behältern mit zentraler Eintritts­ öffnung oder im oberen Bereich befindlichen Eintritten wird somit die Gas-Flüssigkeits-Dispersion etwa an der tiefsten Stelle und gleichzeitig so vorgesehen, daß durch den Ein­ tritt eine etwa schraubenförmige Strömung entsteht, deren Weg gegenüber der Behälterhöhe also erhelblich länger ist, so daß die gewünschte verlängerte Verweilzeit und die ge­ wünschte verlängerte Aufrechterhaltung der Flüssigkeits- Gas-Dispersion auf einfache Weise und ohne das Erfordernis von Einbauten erzielt wird, obwohl der Erfindungsgedanke nicht dadurch verlassen wird, daß die etwa schraubenlinien­ förmige Strömung durch Leitvorrichtungen oder mechanische Mittel zur Vergrößerung der Strömungsgeschwindigkeit unter­ stützt wird.

Der Eintritt kann dabei etwa horizontal, gegebenenfalls schräg ansteigend verlaufen. Die horizontale Einbringung- Flüssigkeits-Dispersion ergibt dabei die bestmögliche Ausnutzung der Behälterhöhe, weil ein so gerichteter Ein­ tritt sehr tief unmittelbar über dem Boden des Behälters vorgesehen werden kann und auch zur Erzeugung des schrauben­ förmigen Strömungswirbels die besten Voraussetzungen und den größten Abstand zur Behältermitte ermöglicht. Ein etwas schräger Anstieg des Eintrittes kann jedoch unter Umständen zur Vergrößerung der Geschwindigkeit benutzt werden, falls das zu behandelnde Substrat in dem Behälter dies zweck­ mäßig erscheinen läßt.

Besonders zweckmäßig ist es dabei, wenn der Eintritt für die Gas-Flüssigkeits-Dispersion nahe der Wandung des Behälters in etwa tangentialer Richtung zu einer parallel zur Behälter­ wandung verlaufenden Linie angeordnet ist. Dadurch wird die gewünschte ellipsen- bis kreisförmige Strömung innerhalb des Behälters auf einfachste Weise erzeugt oder unterstützt.

In Sonderfällen kann der Querschnitt des Behälters über seine Höhe abnehmen, wodurch die schraubenförmige Strömung im Bereich verminderten Behälterquerschnittes beschleunigt wird, womit man der natürlichen Abnahme dieser Geschwindig­ keit im Verlaufe der Strömung nach oben entgegen­ wirken könnte.

In jedem Fall ist es möglich, daß der Behälter frei von strömungsleitenden Einbauten ist, wobei er einen vieleckigen bis runden, vorzugsweise kreisrunden Quer­ schnitt hat. Dies kommt der gewünschten etwa schrauben­ linienförmigen Strömung und kreisenden Bewegung des gesamten Behälterinhaltes um dessen Mittelachse am meisten entgegen.

Es hat sich gezeigt, daß es bei Verwendung der vorbe­ schriebenen Merkmale und Maßnahmen ausreichen kann, wenn die Höhe des Behälters unter 10 m, vorzugsweise 8 m oder gar noch weniger beträgt. Somit kann ein solcher Behälter sehr platzsparend und in geringer Höhe ausgeführt und eventuell ganz oder teilweise im Boden versenkt werden. Auch der Durch­ messer bzw. die größte Querschnittsausdehnung dieses Be­ hälters braucht nur etwa 5 m oder weniger zu betragen.

Für Behälter von mehr als 8 m Höhe und/oder mehr als 5 m Durchmesser kann es zweckmäßig sein, wenn im Inneren eine flüssigkeitsfördernde Vorrichtung zur Erzeugung einer um die Mitte des Behälters gerichteten etwa ellipsen- bis kreis­ förmigen Strömung angeordnet ist, weil dann möglicherweise die Einström-Energie der Gas-Flüssigkeits-Dispersion zur Erzeugung dieser Strömung nicht mehr voll ausreicht.

Außerhalb des Behälters können an der Eintragleitung oder den Eintragleitungen Vorrichtungen zum Dispergieren einer Flüssigkeit mit Gas vorgesehen sein, die einen eigenen Flüssigkeitseintritt und/oder eine Rückführleitung vom oberen Ende des Behälters zur Zuführung von Behälter­ flüssigkeit haben. Entweder kann somit die Behälterflüssig­ keit mehrmals mit Gas versetzt in den Behälter eingebracht und dort behandelt werden oder es kann zusätzlich oder statt­ dessen jeweils frische Flüssigkeit mit Gas versetzt zur Be­ arbeitung eines Behälterinhaltes benutzt werden. Im oberen Bereich kann der Behälter zur Entgasung der Flüssigkeit eine Querschnittserweiterung haben, die zur Verminderung der Strömungsgeschwindigkeit seines Inhaltes dient, und ober­ halb der Querschnittserweiterung kann der Behälter wenig­ stens eine Gas-Austrittsöffnung haben.

Bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens sei noch da­ rauf hingewiesen, daß die Strömungsgeschwindigkeit oder die Verweilzeit der an der Reaktion beteiligten Komponenten im aufsteigenden Behälter durch die Mengensteuerung des außer­ mittig zugeführten Stromes der Flüssigkeits-Gas-Dispersion gesteuert werden kann, so daß eine Anpassung an die Reaktions­ geschwindigkeit der jeweiligen Reaktionsbestandteile mög­ lich ist.

Vor allem bei Kombination einzelner oder mehrerer der vorbeschriebenen Verfahrensschritte und Vorrichtungsmerk­ male ergibt sich auf sehr einfachem Wege eine effektive Aufrechterhaltung einer Flüssigkeits-Gas-Dispersion bei der Behandlung beispielsweise von Abwässern oder Klär­ schlamm, so daß entsprechend lange Verweilzeiten des Gases erzielt werden, ohne daß sehr hohe Reaktionsbehälter oder aufwendige Einbauten und maschinelle Vorrichtungen im Inneren des Behälters erforderlich sind.

Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel noch näher beschrieben.

Die einzige Figur zeigt in schematisierter Darstellung einen vertikalen Schnitt durch einen Behälter mit Zuleitungen für eine Gas-Flüssigkeits-Dispersion und den Vorrichtungen, die diese Dispersion herstellen.

Eine im ganzen mit 1 bezeichnete, in der einzigen Figur schematisch dargestellte Vorrichtung dient zur Aufrecht­ erhaltung einer Gas-Flüssigkeits-Dispersion beispiels­ weise bei der Behandlung von Abwässern oder Klärschlamm, so daß das Gas eine möglichst hohe Verweilzeit in dem zu be­ handelnden Substrat erhält und bestmöglich auf kleinst­ möglichem Raum ausgenutzt werden kann.

Hauptteil der Vorrichtung 1 ist ein etwa vertikal angeordneter, im Querschnitt kreisrunder oder gegebenenfalls vieleckiger Behälter 2 als Reaktor, der mit dem zu behandelnden Substrat 3 gefüllt ist und im Ausführungsbeispiel zwei Eintritt 4 und 5 für die Gas-Flüssigkeits-Dispersion aufweist, deren Erzeugung außerhalb des Behälters 2 erfolgt.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Eintritte 4 und 5 für die Gas-Flüssigkeits-Dispersion im unteren Behälterbe­ reich nahe dem Behälterboden 6 außermittig angeordnet sind. Dabei verlaufen die Eintritte 4 und 5 beide etwa horizontal. Sie sind nahe der Wandung 7 des Behälters 2 angeordnet und haben eine etwa tangentiale Richtung zu einer parallel zur Behälterwandung 7 verlaufenden Linie. Anders ausgedrückt sind die Eintritte 4 und 5 praktisch parallel zu einem Durch­ messer des Behälters 2 seitlich versetzt.

Dies erlaubt ein Verfahren zur Aufrechterhaltung einer Flüssig­ keits-Gas-Dispersion in dem vertikalen Behälter 2 beispiels­ weise bei der Behandlung von Abwässern oder Klärschlamm, wobei das Gas der Gas-Flüssigkeits-Dispersion möglichst lange einwirken soll, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß in dem Behälter 2 eine von unten nach oben gerichtete etwa schraubenförmige turbulente Strömung der Gas-Flüssig­ keits-Dispersion erzeugt wird, wobei dafür gesorgt werden kann, daß deren Umfangsgeschwindigkeit zumindest bereichs­ weise größer als die Steiggeschwindigkeit der Gasblasen in der Dispersion und kleiner als die Zentrifugalgeschwindig­ keit für eine Trennung des Gas-Flüssigkeitsgemisches oder des Gas-Flüssigkeits-Feststoff-Gemisches ist. Somit wird die Wegstrecke für das Gas gegenüber der Höhe des Be­ hälters 2 beträchtlich vergrößert, so daß die gewünschte lange Einwirkzeit gegeben ist. Dies wird praktisch allein dadurch erreicht, daß die Flüssigkeits-Gas-Dispersion im unteren Be­ reich des Behälters 2 nahe seinem Boden 6 außermittig und, wie erwähnt, etwa parallel zu einem Durchmesser seitlich versetzt eingetragen wird.

In vorteilhafter Weise ist dabei der Behälter 2 frei von strömungsleitenden Einbauten und hat bevorzugt einen kreis­ runden Querschnitt der aber auch vieleckig oder abweichend von einer Kreislinie gekrümmt sein kann.

Dadurch wird der apparative Aufwand sehr klein ge­ halten, obwohl eine hohe Verweilzeit für das Glas er­ zielt wird. Die Höhe des Behälters 2 kann dabei unter 10 m gehalten werden und beispielsweise 8 m oder weniger be­ tragen. Dennoch ist der Weg der Gasblasen im Inneren des Behälters trotz fehlender Strömungsleit-Vorrichtung ganz erheblich länger, so daß eine entsprechende Verweilzeit und Einwirkzeit auf das Substrat erzielt wird. Der Durchmesser bzw. die größte Querschnittsausdehnung des Behälters 2 beträgt dabei etwa 5 m oder sogar weniger, so daß auch die benötigte Grundfläche relativ klein ist.

Es sei erwähnt, daß für Behälter 2 von mehr als 8 m Höhe und/oder mehr als 5 m Durchmesser, die also für eine größere Menge von Substrat geeignet sind, im Inneren eine im Aus­ führungsbeispiels nicht vorgesehene flüssigkeits­ fördernde Vorrichtung zur Erzeugung einer um die Mitte des Behälters 2 gerichteten etwa ellipsen- bis kreisförmige Strömung angeordnet sein kann.

Bei dem Verfahren, welches mit der Vorrichtung des Aus­ führungsbeispieles durchgeführt wird, wird die ellipsen- bis kreisförmige Strömungsbewegung der Füllung des Behälters 2 durch die Einbringung der Gas-Flüssigkeits-Dispersion erzeugt. Dadurch wird dann gleichzeitig erreicht, daß die Geschwindig­ keit der Flüssigkeits-Gas-Dispersion beim Eintritt in den Be­ hälter 2 etwa gleich oder größer der Umfangsgeschwindigkeit des Reaktorinhaltes 3 im Bereich des Eintrittes ist. Dabei kann die Eintrittsgeschwindigkeit so hoch bemessen werden, daß die über die Höhe des Behälters 2 abnehmende Umfangsge­ schwindigkeit auch in dessen oberem Bereich noch über der Steiggeschwindigkeit der Gasblasen in der Dispersion liegt, so daß ein vorzeitiges Entweichen des Gases in diesem oberen Bereich ebenfalls vermieden wird.

Die Strömungsgeschwindigkeit oder die Verweilzeit der an der Reaktion beteiligten Komponenten wird dabei im aufsteigenden Behälter 2 durch eine Mengensteuerung des außermittig zuge­ führten Stromes der Flüssigkeits-Gas-Dispersion gesteuert, was ebenfalls sehr einfach ist und den maschinellen Auf­ wand gering hält.

In diesem Zusammenhang erkennt man außerhalb des Behälters 2 an den Eintragleitungen 8 Vorrichtungen 9 zum Dispergieren einer Flüssigkeit mit Gas. Dabei ist es möglich, daß eine solche Vorrichtung 9 einen eigenen Flüssigkeitseintritt 10 hat oder aber über eine Rückführleitung 11 vom oberen Ende des Behälters 2 her zur Zuführung von Behältersflüssigkeit versehen ist. Im Ausführungsbeispiel sind beide Möglichkeiten vorgesehen, wobei eine weitere Rückführleitung 12 in den Eintritt 10 vor der einen Dispergiervorrichtung 9 geführt ist, um auch auf diesem Wege über eine einzige Vorrichtung 9 sowohl Behälterflüssigkeit 3 als auch frische Flüssig­ keit mischen und mit Gas versetzen zu können. Dieser Kreislauf kann durch eine Flüssigkeitsfördervorrichtung 13 unterstützt werden. Ferner kann das fertig behandelte Substrat 3 über

Der Behälter 2 hat im oberen Bereich zur Entgasung der Flüssig­ keit 3 eine Querschnittserweiterung 14, durch welche die ellipsen- bis kreisförmige Strömung im Inneren des Behälters verlangsamt wird, so daß das Gas hier austritt. Oberhalb der Querschnittserweiterung 14 erkennt man wenigstens eine Gas- Austrittsöffnung 15, durch welche das verbrauchte Gas abge­ zogen werden kann. Ferner kann das fertig behandelte Substrat 3 über eine seitliche Leitung 16 an der Oberseite des Behälters abgezogen werden.

Zur Beseitigung des Gasanteiles nach Durchströmen des Be­ hälters 2 wird also im oberen Bereich die Strömungsgeschwindig­ keit durch die erwähnte Querschnittserweiterung unter die Steiggeschwindigkeit des Gases vermindert, so daß das Gas dann nach oben entweichen kann.

Für die Durchführung des Verfahrens ist es günstig, wenn die etwa ellipsen- bis kreisförmige Strömungsgeschwindigkeit in dem Behälters 2 an der außermittigen Einführstelle 4 oder 5 für die Flüssigkeits-Gas-Dispersion etwa 0,5 m/sek. bis 4 m/sek., vorzugsweise etwa 0,8 m/sek. bis 3 m/sek. gewählt wird. Vor­ teilhaft ist ferner, daß die Flüssigkeits-Gas-Dispersion - mit Hilfe der Vorrichtung 9 - außerhalb des Behälters 2 erzeugt und ihr dabei sogar Flüssigkeit aus dem Behälter 2 selbst zugeführt und teilweise zugemischt werden kann. Dies trägt dazu bei, die Höhe des Behälters zu begrenzen, weil nicht ein Teil der Behälterhöhe zur Herstellung dieser Dispersion benutzt werden muß. Im oberen Behälterbereich wird die Flüssigkeitsmischung des Behälters 2 über die schon erwähnte Leitung 11 oder 12 abgezweigt und in den Vorrichtungen 9 mit frischem Gas versehen und als Flüssigkeits-Gas-Dispersion wieder in den Behälter 2 eingespeist, falls die Behandlung des Substrates 3 in dem Behälter mehrfach wiederholt werden muß. Auch dies trägt dazu bei, die Behälterhöhe begrenzen zu können, weil dadurch die in dem Behälter befindliche Flüssig­ keit mehrfach der Reaktion mit dem Gas ausgesetzt werden kann.

Insgesamt ergibt sich ein einfaches Verfahren und auch eine maschinell wenig aufwendige Vorrichtung, mit welcher ohne aufwendige Einbauten und dgl. dennoch eine ausreichende Ver­ weilzeit der Gas-Flüssigkeits-Dispersion innerhalb eines Substrates dadurch erzielt werden kann, daß deren Weg etwa auf eine Schraubenlinie oder Schraubenfläche verlegt wird, die wesentlich länger als die Behälterhöhe ist. So kann je nach gewählter Umlaufmenge und Menge des eingeführten Frischmateriales die Verweilzeit der Dispersion ohne Entmischung gewählt werden, wobei eine Verweilzeit je nach Aufgabenstellung, Reaktions­ geschwindigkeit und Frischmaterial-Zusammensetzung von 900 sek. bis 180 sek. pro Reaktor-Passage als besonders zweckmäßig er­ mittelt wurde.

Längere oder kürzere Verweilzeiten lassen sich jedoch bei Bedarf einstellen. Die genannten bevorzugten Verweilzeiten entsprechen einer Umwälzung des Reaktorinhaltes von 4 bis 20 Vol/Vol Reaktornutzinhalt × Stunde.

Durch die Möglichkeit der weitgehend freien Wahl der Ver­ weilzeit in dem Reaktorbehälter 2 kann also die Gasausnutzung des eingetragenen Gases so gesteuert werden, daß seine best­ mögliche Ausnutzung erfolgt, wobei gleichzeitig in vorteilhafter Weise mit beliebigen Konzentrationen an reaktionsfähigem Gas gearbeitet werden kann. Es ist also möglich, Luft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft oder reinen Sauerstoff als Gas einzutragen und durch Wahl der Reaktionsbedingungen und -zeiten über die Mengensteuerung und die daraus resultierenden unter­ schiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten eine weitest gehende Ausnutzung zu erzielen. Die Verringerung der Umfangs­ geschwindigkeit im Behälter nach oben hin aufgrund von Strömungsverlusten, die von der Reaktorhöhe, der Viskosität und der Verweilzeit sowie der unteren Umfangsgeschwindigkeit abhängt, kann durch eine entsprechend hohe Eintrittsgeschwindig­ keit im unteren Reaktorbereich so gewählt werden, daß sie dennoch im oberen Endbereich des Behälters über der Steiggeschwindig­ keit der Gasblasen liegt. Gegebenenfalls kann zur Unter­ stützung eine flüssigkeitsfördernde Einrichtung eingebaut werden und/oder der Querschnitt des Behälters kann sich nach oben hin verjüngen.

Alle in der Beschreibung, den Ansprüchen, der Zusammenfassung und der Zeichnung dargestellten Merkmale und Konstruktions­ details können sowohl einzel als auch in beliebiger Kombi­ nation miteinander erfindungswesentlich sein.

Claims (24)

1. Verfahren zur Aufrechterhaltung einer Flüssigkeits-Gas- Dispersion in einem vertikalen Behälter, der vorzugsweise als Reaktor für biochemische Verfahren, insbesondere zur Behandlung von Abwässern oder Klärschlamm od. dgl. mit Gas, insbesondere Luft, Sauerstoff usw. dient und Eintritts­ öffnungen für die Flüssigkeits-Gas-Dispersion sowie eine obere Öffnung zum Abführen des verbrauchten und aus der Flüssigkeit ausgetretenen Gases hat, wobei die Flüssigkeits- Gas-Dispersion die Füllung des Reaktors durchströmt, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Behälter (2) eine von unten nach oben gerichtete etwa schraubenförmige turbulente Strömung der Flüssigkeits- Gas-Dispersion erzeugt wird, deren Umfangsgeschwindigkeit zumindest bereichsweise größer als die Steiggeschwindig­ keit der Gasblasen in der Dispersion und kleiner als die Zentrifugalgeschwindigkeit für eine Trennung des Gas-Flüssig­ keitsgemisches oder des Gas-Flüssigkeits-Feststoffgemisches ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeits-Gas-Dispersion im unteren Teil des Be­ hälters (2) vorzugsweise nahe seinem Boden (6) außer­ mittig eingetragen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeits-Gas-Dispersion etwa parallel zu einem Durchmesser seitlich versetzt eingebracht wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Flüssigkeits-Gas-Dispersion nahe der Wandung (7) des Behälters (2) und nahe dem Boden (6) etwa tangential zu einer Parallelen zur Wandung des Be­ hälters eingetragen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Behälterinhalt in eine um seine Achse verlaufende ellipsen- bis kreisförmige Strömungsbewegung versetzt wird und die Geschwindigkeit der Flüssigkeits- Gas-Dispersion beim Eintritt in den Behälter gleich oder größer der Umfangsgeschwindigkeit des Reaktorinhaltes im Bereich des Eintrittes ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Eintrittsgeschwindigkeit der Gas- Flüssigkeits-Dispersion so hoch bemessen wird, daß die über die Höhe des Behälters (2) abnehmbare Umfangsge­ schwindigkeit auch im oberen Bereich über der Steigge­ schwindigkeit der Gasblasen in der Dispersion liegt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Inhalt des Behälters (2) durch die Einbringung der Gas-Flüssigkeits-Dispersion in Umlauf­ richtung in eine etwa ellipsen- bis kreisförmige Bewegung versetzt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Behälterinhalt maschinell und/oder mechanisch in eine ellipsen- bis kreisförmige Umlaufbe­ wegung versetzt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Beseitigung der Gasanteile nach Durchströmen des Behälters (2) im oberen Bereich die Strömungsgeschwindigkeit durch eine Querschnittserweite­ rung (14) unter die Steiggeschwindigkeit des Gases ver­ mindert wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die etwa ellipsen- bis kreisförmige Strömungsgeschwindigkeit in dem Behälter (2) an der außen­ mittigen Einführstelle (4, 5) für die Flüssigkeits-Gas- Dispersion etwa 0,5 m/sek. bis 4 m/sek., vorzugsweise etwa 0,8 m/sek. bis 3 m/sek. gewählt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Flüssigkeits-Gas-Dispersion außer­ halb des Behälters (2) erzeugt und ihr gegebenenfalls dabei Flüssigkeit aus dem Behälter (2) selbst zugeführt oder teilweise zugemischt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Flüssigkeitsmischung des Behälters (2) im oberen Behälterbereich abgezweigt und mit frischem Gas versehen und als Gas-Flüssigkeits-Dispersion in den Behälter (2) wieder eingespeist wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in den Behälter (2) sowohl eine Flüssig­ keits-Gas-Dispersion mit aus dem Behälter (2) stammender Flüssigkeit als auch mit frischer Flüssigkeit zugeführt werden.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Strömungsgeschwindigkeit oder die Verweilzeit der an der Reaktion beteiligten Komponenten im aufsteigenden Behälter durch eine Mengensteuerung des außermittig zugeführten Stromes der Flüssigkeits-Gas- Dispersion gesteuert wird.

15. Vorrichtung zur Aufrechterhaltung einer Gas-Flüssigkeits-Dispersion insbesondere zur Durchführung biochemischer Reaktionen, z. B. zur Be­ handlung von Abwässern oder Klärschlamm od. dgl. mit einem insbesondere zylindrischen oder annähernd vertikalen Behälter als Reaktor, welcher mit dem zu behandelnden Substrat gefüllt ist und wenig­ stens einen Eintritt für die Gas-Flüssigkeits-Dispersion aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der/die Eintritte (4, 5) für die Gas-Flüssigkeits- Dispersion im unteren Behälterbereich nahe seinem Boden (6) außermittig angeordnet ist/sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Eintritt (4, 5) etwa horizontal, gegebenenfalls schräg ansteigend, verläuft.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Eintritt (4, 5) für die Gas-Flüssigkeits- Dispersion nahe der Wandung (7) des Behälters in etwa tangentialer Richtung zu einer parallel zur Behälter­ wandung (7) verlaufenden Linie angeordnet ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Behälters (2) über seine Höhe abnimmt.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (2) frei von strömungs­ leitenden Einbauten ist und einen vieleckigen bis runden bzw. kreisrunden Querschnitt hat.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Behälters (2) unter 10 m vorzugsweise 8 m oder weniger beträgt.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser bzw. die größte Quer­ schnittsausdehnung des Behälters (2) etwa 5 m oder weniger beträgt.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß für Behälter (2) von mehr als 8 m Höhe und/oder mehr als 5 m Durchmesser im Inneren eine flüssigkeitsfördernde Vorrichtung zur Erzeugung einer um die Mitte des Behälters (2) gerichteten etwa ellipsen- bis kreisförmige Strömung angeordnet ist.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb des Behälters (2) an der Eintragleitung oder den Eintragleitungen Vorrichtungen zum Dispergieren einer Flüssigkeit mit Gas vorgesehen sind, die einen eigenen Flüssigkeitseintritt und/oder eine Rück­ führleitung vom oberen Ende des Behälters (2) zur Zu­ führung von Behälterflüssigkeit haben.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (2) im oberen Bereich zur Entgasung der Flüssigkeit (3) eine Querschnittser­ weiterung (14) zur Verminderung der Strömungsgeschwindig­ keit seines Inhaltes und oberhalb der Querschnitts­ erweiterung (14) wenigstens eine Gas-Austrittsöffnung (15) hat.