Fundamentals of process design and control of Anaerobic Sequencing Batch Gas-Lift reactor regarding the mixing process

Grundlagen der Prozessauslegung und -steuerung des Anaerobic Sequencing Batch Gas-Lift Reactors hinsichtlich des Mischprozesses

  • The Anaerobic Sequencing Batch Reactor (ASBR) operates by sequential batches, has been studied as an alternative treatment for different systems because of their versatility. The ASBR is applicable for the conversion of a wide variety of organic wastewaters to methane and carbon dioxide (biogas). The main factors affecting the overall performance of the ASBR are: agitation, Substrate/Biomass ratio, geometric configuration of the reactor and the feeding strategy. In this research the strategy agitation was carried out by used of a gaslift system coupled to an ASBR. The aim of the research was the creation of bases for the design and process control of an Anaerobic Sequencing Batch Gaslift Reactor on a laboratory scale in order to find the optimal operating regime and optimize the process. The type of gaslift system to be used is an internal loop with a concentric draught tube configuration, which enables the gas may be sparged either the draught tube or the annulus. The simple design of a gas lift reactor permits less expensiveThe Anaerobic Sequencing Batch Reactor (ASBR) operates by sequential batches, has been studied as an alternative treatment for different systems because of their versatility. The ASBR is applicable for the conversion of a wide variety of organic wastewaters to methane and carbon dioxide (biogas). The main factors affecting the overall performance of the ASBR are: agitation, Substrate/Biomass ratio, geometric configuration of the reactor and the feeding strategy. In this research the strategy agitation was carried out by used of a gaslift system coupled to an ASBR. The aim of the research was the creation of bases for the design and process control of an Anaerobic Sequencing Batch Gaslift Reactor on a laboratory scale in order to find the optimal operating regime and optimize the process. The type of gaslift system to be used is an internal loop with a concentric draught tube configuration, which enables the gas may be sparged either the draught tube or the annulus. The simple design of a gas lift reactor permits less expensive operation, requires less maintenance, low investment costs, low interference and low power consumption. Scientific and technical objectives of the research include the analysis of macro geometric dimensions of the reactor, developing innovative solutions for optimization of mixing process (gaslift mixing), analysis of the hydrodynamics and the homogenization inside of the reactor. This study also includes the flow determination in the riser, the evaluation of the liquid circulation velocity in the downcomer and the influence of the vertical draft tube and the effect of top and bottom clearance. Also, the goal was to find an adequate mixture to not destroy microorganisms but to allow the sedimented biomass and undigested solids may rise quickly and mixed with the feed substrate.show moreshow less
  • Der Anaerobic Sequencing Batch Reactor (ASBR) arbeitet mit sequentiellen Chargen und wurde aufgrund seiner Vielseitigkeit als alternative Behandlungsmethode für verschiedene Systeme untersucht. Der ASBR ist für die Umwandlung einer Vielzahl von organischen Abwässern zu Methan und Kohlendioxid (Biogas) geeignet. Die Hauptfaktoren, die die Gesamtleistung des ASBR beeinflussen, sind: Rührwerk, Substrat/Biomasse-Verhältnis, geometrische Konfiguration des Reaktors und die Fütterungsstrategie. In dieser Forschung wurde die Strategie der Agitation durch den Einsatz eines Gasliftsystems, das an einen ASBR gekoppelt ist, durchgeführt. Ziel der Forschung war die Schaffung von Grundlagen für die Auslegung und Prozesssteuerung eines Anaerobic Sequencing Batch Gaslift Reactors im Labormaßstab, um das optimale Betriebsregime zu finden und den Prozess zu optimieren. Bei dem zu verwendenden Gasliftsystem handelt es sich um einen internen Kreislauf mit einer konzentrischen Saugrohrkonfiguration, die es ermöglicht, dass das Gas entweder in das SaugrohrDer Anaerobic Sequencing Batch Reactor (ASBR) arbeitet mit sequentiellen Chargen und wurde aufgrund seiner Vielseitigkeit als alternative Behandlungsmethode für verschiedene Systeme untersucht. Der ASBR ist für die Umwandlung einer Vielzahl von organischen Abwässern zu Methan und Kohlendioxid (Biogas) geeignet. Die Hauptfaktoren, die die Gesamtleistung des ASBR beeinflussen, sind: Rührwerk, Substrat/Biomasse-Verhältnis, geometrische Konfiguration des Reaktors und die Fütterungsstrategie. In dieser Forschung wurde die Strategie der Agitation durch den Einsatz eines Gasliftsystems, das an einen ASBR gekoppelt ist, durchgeführt. Ziel der Forschung war die Schaffung von Grundlagen für die Auslegung und Prozesssteuerung eines Anaerobic Sequencing Batch Gaslift Reactors im Labormaßstab, um das optimale Betriebsregime zu finden und den Prozess zu optimieren. Bei dem zu verwendenden Gasliftsystem handelt es sich um einen internen Kreislauf mit einer konzentrischen Saugrohrkonfiguration, die es ermöglicht, dass das Gas entweder in das Saugrohr oder in den Ringraum eingespannt werden kann. Der einfache Aufbau eines Gaslift-Reaktors ermöglicht einen kostengünstigen Betrieb, erfordert weniger Wartung, niedrige Investitionskosten, geringe Störungen und einen geringen Stromverbrauch. Zu den wissenschaftlichen und technischen Zielen der Forschung gehören die Analyse der makrogeometrischen Dimensionen des Reaktors, die Entwicklung innovativer Lösungen zur Optimierung des Mischprozesses (Gaslift-Mischen), die Analyse der Hydrodynamik und der Homogenisierung im Inneren des Reaktors. Diese Studie umfasst auch die Strömungsbestimmung im Steigrohr, die Bewertung der Flüssigkeitsumlaufgeschwindigkeit im Fallrohr und den Einfluss des vertikalen Zugrohrs sowie die Auswirkung des oberen und unteren Abstands. Außerdem war es das Ziel, eine geeignete Mischung zu finden, um die Mikroorganismen nicht zu zerstören, sondern es der sedimentierten Biomasse und den unverdauten Feststoffen zu ermöglichen, schnell aufzusteigen und sich mit dem Futtersubstrat zu vermischen.show moreshow less

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Metadaten
Author: Isabel Cristina Pulgarin Monsalve
URN:urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-55693
Referee / Advisor:Prof. Dr. Marion Martienssen
Document Type:Doctoral thesis
Language:English
Year of Completion:2021
Date of final exam:2021/04/23
Release Date:2021/07/29
Tag:Anaerobic Sequencing Batch Reactor; Bioenergie; Biogas; Gas-Lift Reactor; Mischverfahren
Anaerobic Sequencing Batch Reactor; Bioenergy; Biogas; Gas-Lift Reactor; Mixing Process
GND Keyword:Abwasserreinigung; Bioenergieerzeugung; Biogas; SBR-Verfahren; Mischen
Institutes:Fakultät 2 Umwelt und Naturwissenschaften / FG Abfallwirtschaft (ehemals)
Licence (German):Keine Lizenz vergeben. Es gilt das deutsche Urheberrecht.
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