DE19709235A1

DE19709235A1 - Reaktor zur Behandlung einer Flüssigkeit

Info

Publication number: DE19709235A1
Application number: DE19709235A
Authority: DE
Inventors: Richard Auger; Bernard Drouin
Original assignee: Texel Inc
Current assignee: Texel Inc
Priority date: 1996-03-07
Filing date: 1997-03-06
Publication date: 1997-10-30
Also published as: BE1010471A4; WO1997032819A1; JP2000506065A; EP0885172B1; US5980748A; EP0885172A1; FR2745727A1; FR2745727B1; CA2171279C; AU1865497A; MX9701741A; AU713263B2; CA2171279A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Reaktor zur Be handlung einer Flüssigkeit.

Mit "Reaktor" ist eine Vorrichtung gemeint, die eine Kammer einschließt, in der eine Reaktion zwischen verschiedenen Elementen stattfindet. Auf diese Weise werden nützliche Substanzen erzeugt oder schädliche Substanzen vernichtet, wobei sie ihren schädlichen Charakter verlieren.

Bei zahlreichen industriellen Prozessen werden Reaktoren verwendet. Beispielsweise werden Reaktoren in der petroche mischen, pharmazeutischen und Nahrungsmittelindustrie ver wendet.

Es gibt verschiedene Arten von Reaktoren. Jedoch können die meisten der Reaktoren in zwei Basiskategorien eingeteilt werden, die einerseits jene, die "diskontinuierliche Reak toren" genannt werden, und andererseits jene, die "kontinu ierliche Reaktoren" genannt werden, umfassen.

Die Auswahl eines Reaktors wird für gewöhnlich als Funktion des zu behandelnden Volumens, der Reaktionskinetik, der Art der Reaktanden und der Reaktionsbedingungen getroffen.

Für einen diskontinuierlichen Reaktor ist eines der wich tigen charakteristischen Merkmale die durchschnittliche Verweilzeit. Bei der Verwendung wird ein gegebenes Volumen der zu behandelnden Flüssigkeit in den Reaktor eingeführt und darin eine gegebene Zeitperiode lang behandelt. Während der Behandlung kann dieses Volumen mit einem Reaktanden und/oder Katalysator reagieren. Die Verweilzeit ist für ge wöhnlich gleich der Behandlungszeit, d. h. der Zeit, während der die Flüssigkeit mit dem Reaktanden und/oder Katalysator reagieren kann. Eine solche Zeit wird als Funktion des gewünschten Ergebnisses errechnet. Wenn das erwartete Er gebnis erreicht ist, wird die behandelte Flüssigkeit aus dem Reaktor entfernt, um Platz für ein anderes zu behan delndes Flüssigkeitsvolumen zu machen.

In einem diskontinuierlichen Reaktor können verschiedene Parameter eingestellt werden, um die erforderliche Behand lung zu erreichen. Unter diesen Parametern ist die Behand lungszeit der Flüssigkeit im Reaktor einer der am leichte sten zu kontrollierenden. Für gewöhnlich wird die in dem diskontinuierlichen Reaktor zu behandelnde Flüssigkeit durch eine Rühr-, Blasenbildungs- oder Belüftungsstufe in Kontakt mit einem Harz oder einem Reaktanden gehalten, die es gestattet, das Harz oder den Reaktanden gleichmäßig in Suspension mit der Flüssigkeit zu halten.

Die diskontinuierlichen Reaktoren sind für gewöhnlich mit einem Auslaßventil versehen, das zur Entfernung der Flüs sigkeit nach der Behandlung geöffnet werden kann. Gegen wärtig gibt es, soweit der Anmelder weiß, keinen Reaktor, bei dem die Kapillarität als Mittel zum Halten der Flüssig keit im porösen Füllkörper verwendet wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Reaktor für die Behandlung einer Flüssigkeit bereitzustellen.

Der erfindungsgemäße Reaktor weist eine Kammer, einen Flüs sigkeitseinlaß, einen Flüssigkeitsauslaß, ein Saugbett und mindestens ein Trennglied auf.

Die Kammer ist mit einem oberen Abschnitt und einem unteren Abschnitt versehen.

Der Einlaß ist im oberen Abschnitt der Kammer zum Einleiten eines vorgegebenen Volumens der in der Kammer zu behandeln den Flüssigkeit in regelmäßigen Zeitabständen gelegen. Der Auslaß ist im unteren Abschnitt der Kammer zum Entfernen der behandelten Flüssigkeit gelegen.

Das Saugbett ist in der Kammer zwischen ihrem oberen und unteren Abschnitt angebracht. Dieses Bett besteht aus einem porösen Füllkörper, der durch Kapillarität absorbieren kann und somit die in die Kammer eingeleitete Flüssigkeit zu Behandlungszwecken halten kann. Der poröse Füllkörper kann reaktiv oder nicht reaktiv sein.

Jedes Trennglied erstreckt sich in der Kammer horizontal und teilt das Saugbett in mindestens zwei übereinanderlie gende Schichten einer gegebenen Höhe. Diese Höhe wird als Funktion der Höhe der zu behandelnden Flüssigkeit errech net, die durch Kapillarität erreicht wird, wenn sie in eine mit einer kontinuierlichen Schicht desselben Saugbetts an gefüllte Säule eingefüllt wird. Jedes Trennglied ist aus einem Material gemacht, das so ausgewählt ist, daß es für die zu behandelnde Flüssigkeit permeabel ist, jedoch auch mindestens eine Unterbrechung der Kapillarität in der Kam mer bewirkt.

Die Verweil- und/oder Behandlungszeit im erfindungsgemäßen Reaktor kann beliebig lange und leicht kontrollierbar sein. Tatsächlich entspricht sie der Zeit, die zwischen zwei auf einanderfolgenden Einleitungen von Flüssigkeit in die Kam mer vergeht.

Beim erfindungsgemäßen Reaktor wird von der Kapillarität des Saugmaterials Gebrauch gemacht, um die Behandlungszeit der zu behandelnden Flüssigkeit zu kontrollieren. Die in die Kammer eingeführte Flüssigkeit bleibt so lange inner halb derselben, bis ein anderer Flüssigkeitsschub eingelei tet wird. Somit wird, wenn das Zeitintervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Einleitungen von Flüssigkeit im Ver gleich zur Füllzeit des Reaktors lange genug ist, dieser letztere als diskontinuierlicher Reaktor arbeiten. Jedoch wird der Reaktor dann, wenn die Zeit zwischen zwei aufein anderfolgenden Einleitungen von Flüssigkeit kurz ist, als kontinuierlicher Reaktor arbeiten.

Durch die Trenneinrichtungen, die das Saugbett teilen, kann der Reaktor mit einer maximalen Effizienz betrieben werden. Tatsächlich begrenzen die Trenneinrichtungen die Höhe jeder Bettschicht auf die Maximalhöhe, bei der das Saugbett durch Kapillarität die Flüssigkeit halten kann, wodurch sie jeg lichen Totraum in der Kammer eliminieren. In dem Fall, in dem mehrere Trenneinrichtungen zum Teilen des Saugbetts in Schichten verwendet werden, können diese Schichten sukzes siv aufgefüllt werden. In einem solchen Fall arbeitet der erfindungsgemäße Reaktor wie eine Vielzahl von diskontinu ierlichen Reaktoren, die der Reihe nach arbeiten.

Um für eine gegebene Behandlung die Reaktornutzung zu maxi mieren, können mehrere Arten von porösen Füllkörpern ver wendet werden. Der poröse Füllkörper kann reaktiv sein oder nicht und durch ein Trennglied oder mehrere Trennglieder in zwei oder mehr Schichten getrennt werden.

Für spezifische Behandlungen können Bakterien, Katalysa toren, Enzyme oder Antikörper an den Füllkörper gebunden oder in ihn eingepflanzt werden, um ihn reaktiv zu machen. Wenn bekannt ist, daß die Reaktionsgeschwindigkeit niedrig ist, kann der erfindungsgemäße Reaktor so ausgelegt werden, daß die Verweilzeit der Flüssigkeit in ihm angepaßt wird und somit die erwünschte Behandlung erreicht wird.

Der erfindungsgemäße Reaktor ist bei der Herstellung und Verwendung nicht teuer. Deshalb ist er insbesondere vor teilhaft, wenn die Reaktorkonstruktionskosten minimiert werden müssen.

Im Hinblick auf den dem Anmelder bekannten Stand der Tech nik war es nicht offensichtlich, einen Reaktor zu verwen den, der mit Kapillarität arbeitet, da es bekannt ist, daß jegliche Behandlung, die durch Kapillarität vollzogen wird, eine sehr geringe Ausbeute liefert. Die im erfindungsge mäßen Reaktor verwendeten Trennglieder gestatten es, diese Ausbeute zu erhöhen und dadurch den Reaktor so effizient wie jeden anderen zu machen.

Die Erfindung wird durch die folgende, nicht beschränkende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform, welche mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen gegeben wird, besser verständlich, wobei in den Zeichnungen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Reaktors gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Säule, die mit einem Füllkörperbett aufgefüllt ist, das durch Kapillarität eine Flüssigkeit über einer Höhe h hält;

Fig. 3 eine ähnliche Ansicht wie diejenige von Fig. 2 ist, die das mit einer Unterbrechung der Kapillarität er zielt Resultat zeigt;

Fig. 4 eine Kurve ist, die die Verteilung der Wassermasse zeigt, die durch Kapillarität in einer kontinuierlichen Säule und einer segmentierten Säule gehalten wird; und

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines erfindungs gemäßen Reaktors ist, der zu Vergleichszwecken mit einem konventionellen diskontinuierlichen Reaktor verwendet wurde.

Aus Gründen der Einfachheit wurden die gleichen Bezugszei chen zur Identifizierung der gleichen strukturellen Ele mente in der folgendem Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen verwendet.

In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer Reaktor 2 gezeigt. Dieser Reaktor 2 weist eine Kammer 4 auf, die einen oberen Abschnitt und einen unteren Abschnitt, einen Einlaß 10, einen Auslaß 12 und ein Saugbett 6 hat, das durch drei Trenneinrichtungen 8 in vier Schichten aufgeteilt wird.

Der Einlaß 10 ist im oberen Abschnitt der Kammer 4 gelegen. Dieser Einlaß wird zum Einleiten eines gegebenen Volumens der zu behandelnden Flüssigkeit in regelmäßigen Zeitab ständen verwendet. Der Einlaß 10 ist mit einer Verteiler düse 14 zum gleichmäßigen Verteilen der zu behandelnden Flüssigkeit im oberen Abschnitt der Kammer versehen. Der Auslaß 12 ist im unteren Abschnitt der Kammer 4 gelegen. Er wird zum Entfernen der behandelten Flüssigkeit aus dem Reaktor verwendet.

Die drei Trenneinrichtungen 8 bestehen vorzugsweise aus Gittern, die aus Kunststoffmaterial, Metall oder Harz gemacht sein können, insbesondere aus Polyvinylchlorid (PVC). Jedes Gitter hat die Form eines Netzes, das mit Öffnungen versehen ist, welche klein genug sind, um eine Unterbrechung des hydraulischen Kontakts und dementspre chend die erforderliche Unterbrechung in der Kapillarität zu erzeugen. Die Trenneinrichtungen teilen das Saugbett in vier übereinanderliegende Schichten 18 der gleichen Höhe h_S. Das Saugbett besteht aus einem porösen Füllkörper. Das Bett kann "homogen" sein, was bedeutet, daß der poröse Füllkörper aus einem einzigen Stück besteht. Alternativ dazu kann das Bett "heterogen" sein, wenn der poröse Füll körper aus mehreren Stücken besteht. Es ist erwähnenswert, daß die Kapillarwirkung, wenn der Füllkörper heterogen ist, nicht nur in der Vertikalachse sondern auch in allen anderen Richtungen erzielt wird. In einem solchen Fall kann sich die in die Kammer eingeleitete Flüssigkeit in der Kam mer von einem Stück zum anderen bewegen, ohne zwischen den Stücken zu tropfen. Somit ist es möglich, durch einen ande ren Einlaß, der vorzugsweise ebenfalls im oberen Abschnitt der Kammer gelegen ist, ein Gas, wie z. B. Luft, einzuleiten und dieses Gas in der Kammer unabhängig zwischen den Füll körperstücken zirkulieren zu lassen.

Der poröse Füllkörper kann reaktiv und an einen Kataly sator, Proteine, Mikroorganismen, wie z. B. Bakterien, oder einen Reaktanden, der mit mindestens einer der Komponenten der Lösung der zu behandelnden Flüssigkeit reagieren kann, gekoppelt sein. Vorzugsweise kann der reaktive poröse Füll körper aus Metallfasern, die mit einem Katalysator, wie z. B. Nickel oder Platin überzogen sind, Aktivkohle, Zeo lithen, ungewebten Textilfasern mit an ihre Fasern gebun denen Bakterien, Polyacrylamid- oder Alginatgelen, die Enzyme oder Antikörper enthalten, und natürlichen oder syn thetischen Fasern mit eingepflanzten Antikörpern bestehen.

Alternativ dazu kann der poröse Füllkörper nicht reaktiv sein. In einem solchen Fall besteht dieser Füllkörper vor zugsweise aus Polyurethanschäumen, Polypropylenschäumen, Glasfasern, Torfmoor, vulkanischem Gestein, Papier, poröser Keramik, natürlichen oder synthetischen Fasern oder synthe tischen, ungewebten Textilfasern.

In der in Fig. 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsform weist der Reaktor 2 außerdem eine Dekantierschale 16 auf. Es ist erwähnenswert, daß die Dekantierschale 16 sowie die vorstehend erwähnte Verteilerdüse 14 nur bevorzugte Ausfüh rungsformen der Erfindung sind. Beide sind für eine geeig nete Vorbereitung des Reaktors 2 nicht wesentlich.

Die Fig. 2 und 3 veranschaulichen die Kapillarität und den Einfluß der Trenneinrichtungen auf die Kapillarität. In Fig. 2 wird eine Kapillarsäule, die aus einer Glasröhre 20 von 1 mm Durchmesser mit einem oberen Ende 24 und einem unteren Ende 26 besteht, mit einer Flüssigkeit, wie z. B. Wasser, aufgefüllt. Um die Höhe h_S, auf der die Flüssigkeit durch Kapillarität gehalten wird, zu bestimmen, wird eine überschüssige Flüssigkeitsmenge in das obere Ende 24 der Röhre eingeleitet. Nachdem die überschüssige Flüssigkeit nach unten geflossen ist, wird eine gegebene Flüssig keitsmenge in der Röhre gehalten. Der Abstand zwischen den oberen und unteren Enden dieser Flüssigkeitssäule ist die Kapillarhöhe h_S. Das Volumen der in der Säule gehaltenen Flüssigkeit wird nachstehend mit V_r bezeichnet.

Wenn die Höhe der Röhre 20 größer ist als h_S, füllt die Flüssigkeit die Kapillarröhre nicht vollständig auf. Tat sächlich wird, wie in Fig. 2 gezeigt ist, nur ein Abschnitt der Röhre, der der Höhe h_S entspricht, verwendet. Fig. 3 veranschaulicht drei Kapillarröhren 20 der gleichen Höhe h_S, die diskontinuierlich übereinandergesetzt sind. Um dies durchzuführen und die Kapillarität jeder Röhre zu ver wenden, muß eine Unterbrechung der Kapillarität erreicht werden. Diese Unterbrechung der Kapillarität wird durch Segmentierung erhalten. Im erfindungsgemäßen Reaktor wird die Unterbrechung der Kapillarität durch die Trenneinrich tungen erreicht.

Durch die Trennung des Saugbetts, ebenso wie durch die Seg mentierung der Kapillarröhre, wird es der Kapillarkraft er möglicht, die Gravitationskraft zu überwinden, welche auf die Wassersäule, die, da sie segmentiert ist, eine gerin gere Höhe hat, ausgeübt wird. Auf diese Weise wird das ganze Saugbett der Säule verwendet, während, wenn keine Trenneinrichtung verwendet wird, nur der untere Abschnitt der Säule tatsächlich verwendet wird.

Die in Fig. 4 gezeigte Kurve veranschaulicht die Verteilun gen der durch Kapillarität gehaltenen Wassermasse als Funk tion der Höhe des Bettes im Fall einer kontinuierlichen Säule und im Fall einer segmentierten Säule, wobei beide Säulen sonst ähnlich sind. Auf dieser Kurve ist die Höhe des Bettes als Abszisse aufgetragen und als Funktion der Höhe der Säule errechnet.

Im Hinblick auf Fig. 4 ist es offensichtlich, daß für die in zwei Abschnitte von 10 cm Höhe segmentierte Säule die Verteilung der in der Säule gehaltenen Flüssigkeitsmasse über die gesamte Länge derselben konstant ist, was dadurch erreicht wird, daß die Höhe des Segments der Säule die Höhe h_S nicht übersteigt.

Im Fall der kontinuierlichen Säule enthält der untere Abschnitt der Säule eine maximale Flüssigkeitsmenge, wohin gegen der obere Abschnitt der Säule keinerlei oder viel weniger Flüssigkeit hält.

Der in Fig. 5 gezeigte Reaktor 2 ist mit den verschiedenen spezifischen Abmessungen und der Kapazität, die im nachste hend gegebenen Beispiel angegeben werden, errichtet. Die zu behandelnde Flüssigkeit wurde zum Einlaß 10 des Reaktors gebracht und in ihm durch eine Verteilungsdüse 14 verteilt. Die Flüssigkeit lief durch Trenneinrichtungen 8 und impräg nierte und sättigte einen porösen Füllkörper, der als Saugbett 6 wirkte. Der Reaktor wies drei Toträume 30 auf, die das Saugbett 6 in drei Schichten teilten. Die Toträume 30 existierten, da die Kammer 4 des Reaktors 2, die für das Experiment verwendet wurde, nicht speziell für diesen Zweck konstruiert wurde, jedoch tatsächlich derjenigen eines konventionellen Reaktors entsprach. Unter jeder Schicht des porösen Füllkörpers 6 wies der Reaktor ein Probenventil 42 auf, das das Nehmen von Proben der Flüssigkeit ermöglichte, um die Behandlung auszuwerten. Nachdem sie behandelt wurde, wurde die Flüssigkeit durch einen mit einem Ablaßventil 32 versehenen Auslaß aus der Kammer entfernt. Wiederum ist es erwähnenswert, daß dieses Ablaßventil nur optional ist, da es in einem erfindungsgemäßen Reaktor durch die Kapillari tät ermöglicht wird, die zu behandelnde Flüssigkeit auf passive Weise zu halten.

Der in Fig. 5 gezeigte Reaktor weist außerdem ein mit einem Überlaufrohr 38 versehenes Ventilationssystem 50, eine Zir kulationspumpe 34, die durch einen elektrischen Antrieb 40, der vorzugsweise mit einem Timer verbunden ist, angetrieben wird, und einer Rückflußleitung 48 auf.

In der Praxis wurde der erfindungsgemäße Reaktor, wie in Fig. 5 gezeigt, als Funktion einer Vielzahl erwünschter physikalischer charakteristischer Merkmale gebaut, wie z. B. einem gegebenen Volumen D der zu behandelnden Flüssigkeit, der zum Erreichen der erwünschten Behandlung erforderlichen Verweilzeit t_res, der Zeit t_inj, die für das Beladen des Reaktors notwendig ist, der Oberfläche S dieses Reaktors oder der Höhe h_S, die aufgrund der Kapillarität in einer gegebenen Füllkörperart von der Flüssigkeit erreicht wird, der Dichte d₁ der zu behandelnden Flüssigkeit und dem Ver hältnis R der Masse des mit der zu behandelnden Flüssigkeit gesättigten Saugbetts zur Masse desselben im trockenen Zustand. Das Verhältnis R ist ein charakteristisches Merk mal, das für den porösen Füllkörper, der als Saugbett ver wendet wird, spezifisch ist. Ein derartiges Verhältnis kann an einer Saugbettprobe mit einer Höhe, die geringer ist als h_S, und einer scheinbaren trockenen Dichte d_app gemessen werden.

Wie vorstehend angedeutet, hat jedes Saugbett seine eigenen charakteristischen Merkmale (d_app, R und h_S). Wenn diese charakteristischen Merkmale nicht bekannt sind, ist es mög lich, sie experimentell zu bestimmen.

Um R zu bestimmen, kann man in einer Säule, die identisch zu der in Fig. 2 gezeigten ist, die Masse des trockenen Bettes m₀, die eine Höhe h_i einnimmt, welche viel geringer ist als die angenommene Höhe h_S, bestimmen. Nach der Sät tigung mit der zu behandelnden Flüssigkeit kann die Masse ins desselben Bettes gemessen werden. Somit kann man das Ver hältnis R gemäß der Gleichung

bestimmen, wobei m₁ und m₀ wie vorstehend definiert sind.

Die Dichte d_app kann aus der Masse des trockenen Bettes und seinem Volumen gemäß der Gleichung:

errechnet werden, wobei s die Oberfläche der Säule ist, die für das Experiment verwendet wird, und h_i, m₀ und d_app wie vorstehend definiert sind.

Die Höhe h_S wird gemäß der Gleichung:

bestimmt, wobei h_s, m₁, S, d_app, R und h_i wie vorstehend definiert sind. Es ist erwähnenswert, daß die Werte von R, d_app und h_s für das Saugbett spezifisch und dementsprechend unabhängig von der verwendeten Reaktorart sind.

Die Anzahl an Injektionen n_inj während einer gegebenen Be handlungsperiode t_d eines Volumens D wird gemäß der Glei chung:

errechnet, wobei n_inj, t_d, t_res und t_inj wie vorstehend definiert sind.

Das Volumen V_r der zu behandelnden Flüssigkeit, die im Re aktor enthalten ist, wird gemäß der Gleichung:

errechnet, wobei V_r, D und n_inj wie vorstehend definiert sind.

Wenn man das Volumen V_r der im Reaktor enthaltenen Flüssig keit kennt, kann das Volumen V des Saugbetts, das zum Ab sorbieren des Volumens V_r der zu behandelnden Flüssigkeit notwendig ist, durch die folgende Gleichung errechnet wer den:

wobei d₁ die Dichte der zu behandelnden Flüssigkeit ist und V, V_r, R und d_app wie vorstehend definiert sind.

Die Masse M des Saugbetts, die für einen ordnungsgemäßen Betrieb des Reaktors notwendig ist, kann durch die folgende Gleichung errechnet werden:

M = V·d_app (7)

wobei M, V und d_app wie vorstehend definiert sind.

In Abhängigkeit davon, ob die Oberfläche S oder die Höhe h_t des Reaktors bekannt ist, kann der andere dieser beiden Parameter durch eine der folgenden Gleichungen errechnet werden:

oder

wobei S, V und h_t wie vorstehend definiert sind.

Zuletzt kann die Zahl n_S der im Reaktor erforderlichen Trenneinrichtungen gemäß der Gleichung:

errechnet werden, wobei n_S, h_t und h_S wie vorstehend defi niert sind und die Zahl n_S auf die nächstgrößere Zahl auf gerundet wird.

Beispiel

Der in Fig. 5 gezeigte Reaktor wurde zum Behandeln von Haushaltsabwasser errichtet und verwendet. Dieser Reaktor hatte die folgenden charakteristischen Merkmale:

- Zu behandelndes Abwasservolumen D:\|0,627 m³;
- Verweilzeit t_res:	28 Minuten
- Zum Einleiten der Flüssigkeit in den Reaktor benötigte Zeit t_inj:	0 Minuten (vernachlässigbar);
- Höhe h_t des Saugbetts:	0,3 Meter;
- Behandlungszeit t_d des Volumens D:	1440 Minuten (24 Stunden);
- Dichte d₁ des Abwassers:	1000 kg/m³;
- Poröser Füllkörper:	Schnipsel eines Textilerzeugnisses aus nicht gewebtem Polyester 2,5 × 2,5 × 6 mm, gesättigt mit einem Acrylkunstharz;
- Höhe h_S, die vom Abwasser durch Kapillarität erreicht wird:	0,112 Meter;
- Verhältnis R (Masse des gesättigten Bettes zur Masse des trockenen Bettes):	4,52;
- Dichte d_app des trockenen Bettes:	150 kg/m³

Durch Einsetzen der vorstehend gegebenen Werte in die vor stehend gegebenen Gleichungen 4 bis 8 und 10 erhält man:

Demgemäß hatte der errichtete Reaktor ein Saugbettvolumen von 0,023 m³, das es ihm ermöglichte, 0,012 m³ Abwasser zu halten, und eine Oberfläche von 0,077 m². Er umfaßte zwei Trenneinrichtungen, die das Saugbett mit einer Gesamthöhe von etwa 0,3 m in drei Schichten von jeweils 0,1 m auf teilte, wobei zu bedenken ist, daß die Höhe der Trennein richtungen vernachlässigbar war.

Das Haushaltsabwasser wurde 28 Minuten lang im Reaktor be handelt. Somit wurde der Reaktor, um während 24 Stunden am Tag betrieben zu werden, 52 mal am Tag aufgefüllt (unter Berücksichtigung , daß die Beladezeit des Reaktors vernach lässigbar ist, nämlich t_inj = 0 Minuten).

Die folgende Tabelle zeigt das Ergebnis vergleichbarer Do sierungen verschiedener Parameter, die in einem direkten Bezug zur Reinheit des Abwassers stehen. Zu Vergleichs zwecken wurde ein konventioneller Reaktor mit einem Füll körper eines Volumens, das dreimal größer als dasjenige des erfindungsgemäßen Reaktors war, verwendet. Die Oberflächen beider Reaktoren (des konventionellen Perkolationsreaktors, der zu Vergleichszwecken verwendet wurde, und des erfin dungsgemäßen Reaktors) waren identisch. Wie vorstehend er wähnt, umfaßte der erfindungsgemäße Reaktor ein Saugbett, das in drei Schichten (oder Ebenen) aufgeteilt war. Unter jeder Schicht wurde eine Messung durchgeführt, wobei die Ebene 3 der Auslaß des Reaktors war.

Es ist erwähnenswert, daß die Filtereffizienz jeder Ebene des erfindungsgemäßen Reaktors durch die wesentliche Reduk tion der Größe des Fäkaliengehalts nachgewiesen wird.

Es ist außerdem erwähnenswert, daß es keinen wesentlichen Unterschied zwischen den mit dem konventionellen Perkola tionsreaktor erzielten Ergebnissen und denjenigen, die am Auslaß des erfindungsgemäßen Reaktors erzielt wurden, mit Ausnahme einiger Stickstoff enthaltender Anteile von nach rangiger Wichtigkeit (NTK), existiert. In beiden Fällen war die Qualität der Abwasserbehandlung ausgezeichnet.

Um die Effizienz des erfindungsgemäßen Reaktors besser schätzen zu können, wurden auch Messungen am gereinigten Abwasser eines Faulbeckens durchgeführt. Wie zu erkennen ist, ist der erfindungsgemäße Reaktor sehr viel effizienter als ein konventionelles Faulbecken.

Die Überlegenheit des erfindungsgemäßen Reaktors liegt ins besondere in der Abwassermenge, die der Reaktor pro Tag be handeln kann, und der Füllkörpermenge, die zur Ausführung einer gegebenen Behandlung erforderlich ist. Der konven tionelle Perkolationsreaktor, der im vorstehend erwähnten Test verwendet wurde, konnte 200 Liter pro m² Filtrations oberfläche pro Tag bei einem Saugbettvolumen von 0,07 m³ behandeln. Der erfindungsgemäße Reaktor, wie in Fig. 5 ge zeigt, konnte 1800 Liter pro m² Filtrationsoberfläche pro Tag bei einem Saugbettvolumen von 0,023 m³ behandeln. Des halb ist es offensichtlich, daß der erfindungsgemäße Reak tor bis zu 9mal mehr Abwasser als ein konventioneller Re aktor, dessen Volumen drei mal so groß ist, behandeln kann. Mit anderen Worten ist der erfindungsgemäße Reaktor etwa 27 mal effektiver als ein konventioneller Perkolationsreaktor. Um die gleiche Ausflußmenge in einem Perkolationsreaktor zu erhalten, müßte ein derartiger Reaktor viel größer und des halb viel teurer sein.

Es ist erwähnenswert, daß zahlreiche Veränderungen in der vorliegenden Erfindung gemacht werden können, ohne den Rahmen derselben, der durch die beigefügten Ansprüche defi niert ist, zu verlassen.

Claims

1. Reaktor zur Behandlung einer Flüssigkeit, aufweisend:

- eine mit einem oberen Abschnitt und einem unteren Ab schnitt versehene Kammer;
- einen im oberen Abschnitt der Kammer befindlichen Einlaß zum Einleiten eines gegebenen Volumens der in der Kammer zu behandelnden Flüssigkeit in regelmäßigen Zeitabständen;
- einen im unteren Abschnitt der Kammer befindlichen Auslaß zum Entfernen der behandelten Flüssigkeit;
- ein Saugbett, das in der Kammer zwischen dem oberen und unteren Abschnitt angebracht ist, wobei das Bett aus einem porösen Füllkörper besteht, der durch Kapillarität die in die Kammer eingeleitete Flüssigkeit absorbieren kann; und
- mindestens ein Trennglied, das sich in der Kammer hori zontal erstreckt, um das Saugbett in mindestens zwei über einanderliegende Schichten einer gegebenen Höhe zu teilen, wobei die Höhe als Funktion der Höhe errechnet wird, die die zu behandelnde Flüssigkeit durch Kapillarität erreicht, wenn sie in eine mit einer kontinuierlichen Schicht dessel ben Saugbetts angefüllte Säule eingefüllt wird, wobei das mindestens eine Trennglied so ausgewählt ist, daß es für die zu behandelnde Flüssigkeit permeabel ist, jedoch minde stens eine Unterbrechung der Kapillarität in der Kammer bewirkt.

2. Reaktor nach Anspruch 1, wobei das mindestens eine Trennglied aus einem Gitter besteht, das Maschenöffnungen einer Größe hat, die ausreichend gering ist, um eine Unter brechung des hydraulischen Kontakts und dementsprechend die gewünschte Unterbrechung der Kapillarität zu erzeugen.

3. Reaktor nach mindestens einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der poröse Füllkörper des Saugbetts nicht reaktiv ist und aus der Gruppe, die Polyurethanschäume, Polypropylen schäume, Glasfasern, Torfmoor, vulkanischem Gestein, Pa pier, poröse Keramik, natürliche und synthetische Fasern und synthetische, ungewebte Textilfasern enthält, ausge wählt ist.

4. Reaktor nach mindestens einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der poröse Füllkörper des Saugbetts reaktiv und aus der Gruppe, die aus mit einem Katalysator überzogenen Me tallfasern, Aktivkohle, Zeolithen, ungewebten Textilfasern mit an ihre Fasern gebundenen Bakterien, Enzyme oder Anti körper enthaltende Polyacrylamid- oder Alginatgele natürli chen oder synthetischen Fasern mit eingepflanzten Antikör pern besteht, ausgewählt ist.
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5. Reaktor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Anzahl an Flüssigkeitsinjektionen n_inj in die Kammer, das im Reaktor enthaltene Flüssigkeitsvolumen V_r, das Volumen V des Saugbetts, die Masse M des Saugbetts, die Oberfläche S des Reaktors (bzw. die Höhe h_t des Saugbettes im Reaktor) und die Anzahl n_S an Trenngliedern als Funktion des während einer Behandlungsperiode t_d zu behandelnden Flüssigkeitsvolumens D, der zum Erlangen der gewünschten Behandlung erforderlichen Verweilzeit t_res, der Beladezeit des Reaktors t_inj, der von der Flüssigkeit durch Kapil larität in der Säule erreichten Höhe h_S, der Höhe h_t des Saugbettes im Reaktor (bzw. der Oberfläche S des Reaktors) und des Verhältnisses R der Masse des mit der zu be handelnden Flüssigkeit gesättigten Saugbettes zur Masse desselben Bettes im trockenen Zustand, wobei das trockene Bett eine scheinbare Dichte d_app hat, durch die Verwendung der folgenden Gleichungen errechnet werden: wobei n_inj, t_d, t_res und t_inj wie vorstehend definiert sind; wobei V_r, d und n_inj wie vorstehend definiert sind; wobei d₁ die Dichte der zu behandelnden Flüssigkeit ist und V, V_r, R und d_app wie vorstehend definiert sind; wobei M, V und d_app wie vorstehend definiert sind; wobei S, V und h_t wie vorstehend definiert sind; wobei n_S, h_t und h_S wie vorstehend definiert sind und wobei die Zahl n_S auf die nächstgrößere ganze Zahl gerundet ist.

6. Reaktor nach mindestens einem der vorstehenden An sprüche, der mindestens einen anderen im oberen Abschnitt der Kammer befindlichen Einlaß zum Einleiten von Luft auf weist.