本发明涉及一种用于通过添加气体来以生物方式清洁液体的设备，包括：用于容纳液体的反应器容器，该反应器容器在容器下部区段具有物料运输区域并且在容器上部区段具有反应区域；液体输入口；液体排出口；汇入物料运输区域中的气体输入口和在反应区域中在垂直方向上延伸的管，其设置用于将一方面在其外侧上，另一方面在其内侧上的相对的液体流彼此分离，其中反应区域在管上端之上具有液体镇静区。
背景技术：
该设备优选是设置用于用细菌来清洁废水的反应器。该设备也可相应地称作生物反应器或者去毒反应器。
在基本的作用方式和设备构造方面，本发明尤其涉及被称作射流区环流反应器(strahl-zonenschlaufen-reaktor，szr反应器)的设计方案。
根据本发明的生物反应器形式的设备在实践中设置用于转化并且由此用于分解不同的有害物质。生物反应器可以例如利用需氧的细菌工作，为此，待清洁的液体，尤其是废水，必须尽可能优良地与空气或者其它含有氧气的气体混合。
这种设备由de19842332a1已知。该用于生物地废水清洁的设备具有物料运输区域用于将气体氧化剂，尤其空气引入至待清洁的液体中。气体和液体特别密切的混合可以通过湍流环流实现，其中将待清洁的液体包括细菌和气体输送至双物料喷嘴处。如此引导液体，使得出现湍流，其实现了密切混合。
空气、污染废水和存在于反应器中的细菌组成的混合物在密切混合后在反应区域中垂直方向延伸的管的外侧上升。当该混合物达到表面时，以小气泡的形式包含在混合物中的气体(如空气)至少部分地被重新释放，由此混合物的密度变大。在气体释放之后具有更大密度的混合物就可以通过管的内横截面重新向着双物料喷嘴方向向下回落，由此产生了循环流。该循环流也叫做环流。由于管的排布和功能，在本领域中插入管和环管的概念也很常用。
该设备优选如此设计，即待清洁的液体在物料运输区域中的停留时间相对短，而接下来密切混合有气体/空气的混合物在一个较长的时间段内在反应区域内上升，由此在混合物上升的过程中利用细菌进行有害物质的生物分解。
这种设备不仅可以用于清洁生活废水，而且在方法操作合适时也可以用于以生物的方式清洁高度污染的工业废水，例如炼焦厂废水，这种废水受到氮化合物、氰化物、酚类和硫化物等的污染。
相应的方法由wo2012/139917a2中已知。由于其阻碍硝化作用的有毒内容物的高含量，炼焦厂废水属于特别难以解决的工业废水。在利用传统生物方法的处理中，需要负荷较轻并因此大体积的混凝土池建造方式的生物反应器。敏感的生物过程，例如硝化作用总是通过有害物质如氰化物和酚类的冲击负载而受到危害。通过将处理分为第一和第二生物阶段，保护敏感的、生长缓慢的自养细菌不受来自氰化物、酚类和其它异物的损害。第一生物阶段的作用是消除毒素，这里将阻碍硝化作用的物质，例如氰化物进行分解。然后进行膜过滤，膜过滤将第一阶段的细菌与第二阶段的细菌分离，这样可以构成不同的细菌类型。在第二阶段中利用硝化作用、脱氮作用和后续通气分解氮。
已知的szr生物反应器具有圆柱形壳体，该壳体通常由钢制成。基于所说明的szr生物反应器的工作方式在设计特定的流量体积时需考虑狭窄的技术边界条件，因为必须遵守为壳体直径和高度之间的比例所预设的范围。因此，在流量体积大时会出现相应大的反应器高度，其中可以替代性地将多个单独的szr生物反应器彼此分开排布。
技术实现要素：
在此背景下，本发明的目的在于，实现用于通过通入气体对液体生物地清洁的设备的一种紧凑的建造方式，其中在设计时也应实现灵活的、对不同体积流量和可供使用的建造空间的匹配。
本发明的主体和目的的解决方案是根据权利要求1的设备。
从具有开头说明的特征的这种设备出发，根据本发明由此设定，在反应器容器中安置多个分别具有管、双物料喷嘴和气体输入口的模块。各单独模块的尺寸可以如此设计，使得实现最优运行。在本发明的框架内，将一起安置在反应器容器中的多个模块彼此并列设置，这样可以得到相比于多个单独的、彼此分离的生物反应器特别高效的设计形式。并列安置的模块形成了反应器空间束。
这些模块优选在物料运输区域和反应区域中在管的高度上被隔离壁分隔，其中反应器容器在隔离壁之上的液体镇静区中形成了所有模块共同的一个同流区段，在该同流区段上连接有液体排出口。通过分隔壁彼此分隔的模块(若只有两个模块，则唯一的一个分隔壁就已足够)的功能与现有技术中已知的用于通入气体来进行液体生物净化的设备没有不同。但这些模块共享一个共同的反应器容器，其中分隔壁仅须在反应器容器的下部区域中阻止液体的溢流并可以相应薄地实施。根据不同的设计方案可以也将简单的铁板设置为分隔壁。
根据所说明的优选的设计方案，模块向上开口，其中分隔壁之上的液体镇静区形成了所有模块共同的同流区段。也就是说在分隔壁之上上升的液体可以自由流动并根据需要分为不同的液体流。通常通过液体排出口将对应于通过液体输入口添加的废水量的已清洁液体连续引出。
如开头所述，大部分液体从液体镇静区通过模块的管重新回落并由此循环引导。
为了在物料运输区域中达到特别密切的混合，此外还有利的是，从液体镇静区抽取出液体然后与气体一起在压力下输送至双物料喷嘴处，该双物料喷嘴汇入物料运输区域并且在此将混合物往下以及向侧面喷出，由此该混合物能够以所说明的方式在管的外侧上升。
根据本发明一个优选的设计方案，由液体镇静区出发出现了三个流体份额，也即回落至管中的液体，为了与气体一起在压力下输送至双物料喷嘴处而抽取的液体和通过液体排出口所提取出的已清洁的液体。
在本发明的框架内可以将提取的部分和输送至双物料喷嘴处的部分一起引出然后分离或者从一开始就通过分离的渠道引出，其中后一个方案是优选的。
尽管模块安置在共同的反应器容器中，分隔壁也实现了仅运行一部分模块。为了维护目的或者当液体流量小时可以暂时关闭一些模块。气体输入口以及必要情况下输送至双物料喷嘴处的液体-细菌混合物的输入口就需要用合适的阀门封闭，其中为了灵活的方法操作优选使用连接至中央过程控制的调整阀，调节阀和/或可调节的泵。
在本发明的框架内，模块可以以不同的方式排布。例如可以将两个或者多个模块彼此并列地沿着直线排布。模块致密并基本对称的堆积排列可以得到特别节省空间并高效的排布。
在此背景下，根据本发明的一个优选的设计方案设置为，由分隔壁和可能情况下反应器容器的外壁所限制的模块在水平截面中分别具有正多边形的形状。模块例如可以具有对称的六边形形状，其中例如六个模块形成一个环。在这样的环中间保持有具有相同横截面的平面，这样这里可以根据选择安置其它的模块或者中心溢流道。当多于或少于六个模块以均匀的排布集合成一个环时，中心溢流道的构建自然是也是可能的。
中心溢流道既可以设定作为待引出的经过清洁的液体的液体排出口，也可以用于运输至双物料喷嘴处的液体的环流。
与具体选择的构造形式无关，可以在反应器容器中例如安置三至12个模块。
根据本发明的一个优选设计方案另外还设定，引导气体输入口分别从上方通过相应模块所对应的管，由此可以在反应器容器中不设侧面接口。这样气体输入口可以以长矛的形式设计。
如已经说明的，如果模块的气体输入口在物料运输区域中汇入双物料喷嘴中，相应的长矛形结构也可以具有用于待清洁的或者循环引导的液体以及气体的分离的横截面，其中，除气体外，包括细菌的待清洁的液体也会被输送至该双物料喷嘴处。
根据本发明的一个优选设计方案，反应器容器至少部分地由混凝土构成，外壁和分隔壁都由混凝土构成，其中与钢相比，在建造该设备时混凝土通常在本地就可获得并且相对便宜。对于至少部分由混凝土构成的反应器容器的生产并没有提出高要求，这样可以通过简单的围板构建合适的结构。
特别是当反应器容器至少部分地由混凝土构成时，先前说明的气体以及必要情况下循环引导的液体通过长矛形结构从上部的输入是尤其有利的，因为这样至少在反应器容器的下部区域中不必设置或者至少只须设置少量的接口，设置下部接口恰恰会在混凝土的设计方案中带来高花费并导致潜在的薄弱位置。
在设备运行时，通过细菌转化优选多种有害物质。例如可以在第一阶段将氰化物组分和烃类组分转化为铵离子(nh4+)。在第二阶段中将形成的铵离子以及一开始就已经存在于废水中的铵离子转化为硝酸盐(no3)。但原则上也可以在该设备中设定其它生物和/或化学反应。
通过根据本发明使用多个模块不仅实现了空间节省并且尤其实现了对设备所必需的高度的限制。此外，相比于多个彼此分离的设备，在布管方面的简化也是可能的，其中先前已经说明，可以在模块的环形排布时设置中心溢流道。此外，可以将输入口管道和排出管道相对短地进行分支。此外也可以利用共同的泵，压缩机或者类似机构来运行所有的模块。
根据另一个具有自己的创造性意义的、并且在这种已知的设备中带来改进的方面，在反应器容器上通过液体连通部连接有平衡室，其中该液体连通部安置在液体排出口之上并且其中该平衡室在该液体连通部的上方具有透过液引入口和透过液流出口。在平衡室中可以例如收集膜过滤的透过液(滤液)，该膜过滤设置在根据本发明的设备中废水清洁之后。例如可以是超滤。
通过平衡室可以极大地降低用于调节设备中液面高度的以及调节过量透过液的调节技术花费。与生物反应器结合，可以在生物的废水处理中使用膜过滤以回收细菌。但膜过滤的处理能力不能任意调节，因为总是需要特定的过量流速，由此膜不会堵塞。因此在过程不稳定时可能出现在以最小过量流速进行过滤时积累过多透过液的情况。如果将过多产生的透过液全部送至下一个处理步骤，那么在生物反应器形式的设置在前的设备中就无法产生连续的溢流量。那么会将过多的水提供给设置在后的处理步骤，这会导致满流或者溢流。此外，不稳定的反应器溢流还会导致过滤设备故障，因为可能不再能够保证最小过量流速。
通过根据本发明的该另一个方面将平衡室通过液体连通部连接至反应器容器上，反应器容器中的液面高度与透过液收集室中的液面高度持平。由此反应器中的液面高度不能下降。由此就出现了均匀的溢流，并且也不会有过多的水运输到下一个处理步骤。这里可以将透过液回流至反应器容器中。
透过液引入口和透过液流出口如此安置在平衡室上，使得避免未清洁的液体流入平衡室和透过液流出口中。
附图说明
接下来利用仅示出了一个实施例的图示对本发明进行说明。图中：
图1示出了根据本发明的用于通过添加气体以生物方式清洁液体的设备的垂直剖面图，
图2示出了根据图1的设备的水平剖面图，
图3示出了根据本发明的设备的替代性设计方案的垂直剖面图，
图4示出了根据图1的设备的沿图3的线aa的水平剖面图。
具体实施方式
图1和图2示出了根据本发明的用于通过添加气体，尤其是空气，以生物方式清洁废水的生物反应器形式的设备的第一种设计方案。基于工作方式，该设备也被称作szr生物反应器(射流区域环流反应器)，因为正如接下来要详细说明的，在该设备中会产生环形循环的流体。
该设备具有用于容纳液体2的反应器容器1，其中在容器下部区段设置有物料运输区域3并且在容器上部区段设置有反应区域4。
通过对图1和图2的对比观察可以看到，在反应器容器1内部设置有3个具有一致结构的模块5，其中每个模块5都具有长矛形式的空气和水引入管道6，其汇入双物料喷嘴7中。
组合式的空气和水引入管道6引导通过在反应区域4中在垂直方向上延伸的管8，其为插入管，该管设置用于将一方面在其外侧上，另一方面在其内侧上的相对的液体流彼此分离。
在双物料喷嘴7下方，每个模块5都在物料运输区域3中具有短的混合管9。在压缩空气以外通过空气和水管道6输送的液体可以是新加入的、待清洁的废水，循环引导的废水或者优选是两者的混合。空气和废水在双物料喷嘴7处在压力下喷出，这样形成湍流，其中在空气-水混合物由于其较小的密度而在其相应的管8的外侧上升之前，可以围绕混合管9在物料运输区域3中产生第一个循环流，其中设置在反应器容器1中的细菌可以分解有害物质，例如氰化物和酚类。
空气-水混合物上升至液体表面处的液体镇静区10，其中在这里包含在空气-水混合物中的空气泡可被一定量地释放，这样混合物的密度重新增大，并且仅还含有很少量空气的废水的一部分通过管8的内部重新朝双物料喷嘴7方向回落，由此在反应区域4中也产生了环流。
从图1中可以看到，模块5在物料运输区域3和反应区域4中在管8的高度上由隔离壁11分隔，其中反应器容器1在隔离壁11之上的液体镇静区10中形成了所有模块5共同的同流区段，在该同流区段上连接有多个液体排出口13，将至少在一定程度上得到清洁的废水从这些液体排出口中输送至后续的处理步骤。
在液体排出口13下方根据图1围绕周向设置其它的液体接口12，在这些接口处将废水从反应器容器中抽取出并在压力下输送至空气和水引入管道6。设置用于输送的泵出于直观清晰原因没有示出。
在本发明的框架内有这样的优势，即，对于各个单独的模块5来说可以调整出直径和高度的最优比例，而建造费用以及尤其是设备的总高度保持相对较小。
此外，由图2中可以看出，在反应器容器1上通过液体连通部14连接有平衡室15，其中该液体连通部14安置在液体接口12之上。该平衡室15此外具有透过液引入口16和透过液流出口17。平衡室15设置用于接收未示出的膜分离设备过量的透过液并在必要情况下将其引回至反应器容器1中。由此在方法操作方面得到了简化，因为对于膜分离设备的运行来说，通常不允许低于一定的流量，以避免膜的堵塞。当出现过少的废水输送至反应器容器1中的运行状况时，就可以通过在反应器容器1和设置在后的膜分离设备之间的平衡室15循环引导液体，以保证必需的最小流量。
在本发明的框架内，反应器容器1和分隔壁11可以由混凝土生产，由此得到了特别低的生产成本。尤其需考虑的是，混凝土通常本地可得，并且反应器容器1或者分隔壁11可以通过简单的围板来构建。
空气和水引入管道6从上方放入模块5中，这样实现了特别简单的维护。通过构建多个、在反应器容器1下部区域中分隔的模块5可以仅用模块5中的一部分来运行该设备，例如当处理量较小或需要维护时，将各个模块5关闭。
由反应器容器1的外壁和分隔壁11限制出的模块5在水平剖面中具有正多边形的形状，即六边形形状，这样可以得到几何构型简单的结构。
图3示出了用于通过添加气体以生物方式清洁液体的设备的替代性设计方案，其中模块5并不是如根据图1和2的实施方式那样成列排布，而是以环形呈束来排布。各个单独的模块5具有六边形形状并构成环，其中在该环的中间设置有溢流道18，与图1和2的设计方案相比，设置该溢流道取代流体接口13来循环输送废水。通过所述的模块5的排布实现了特别紧凑、节省空间的排布，其中各个模块5的基本工作方式与根据图1和2的设计方案并无不同。
根据图3和4的设备也配有先前所述的平衡室15。