DK146004B - Fremgangsmaade til biologisk rensning af spildevand ved hjaelp af aktiveret slam - Google Patents

Description

/¾4¾ (19) DANMARK I ^ 1 \R%/

If® (12) FREMLÆGGELSESSKRIFT ud 14600¾ B

DIREKTORATET FOR PATENT- OG VAREMÆRKEVÆSENET

(21) Ansøgning nr. 6565/74 (51) IntCI.3 C 02 F 3/20 (22) Indleveringsdag 1 7 · dec. 1 974 (24) Løbedag 17. dec. 197^ (41) Aim. tilgængelig 31 · jul. 1975 (44) Fremlagt 16. maj 1983 (86) International ansøgning nr.

(86) International indleveringsdag (85) Videreførelsesdag - (62) Stamansøgning nr. -

(30) Prioritet 30. jan. 1974, 2404289, DE

(71) Ansøger BASF AKTIENGESELLSCHAFT, 67ΟΟ Ludwigshafen, DE.

(72) Opfinder Klaus Hess, DE: Richard Stickel, DE: Otto Nagel, DE:

Richard £3inn, DE: Hans Daucher, DE.

(74) Fuldmægtig ingeniørfirmaet Hofman-Bang & Bout ard.

(54) Fremgangsmåde til biologisk rensning af spildevand ved hjælp af aktiveret slam.

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til rensning af spildevand i biologisk aktive volumina ved hjælp af en eller flere gasningsdyser, fortrinsvis gas/væskedyser eller stråledyser.

Ved fremgangsmåder af denne art fjernes fra spildevandet biologisk nedbrydelig substans ved hjælp af mikroorganismer (aktivslam). Smudsstofferne nedbrydes dels til C02 og omdannes dels i udfælde-® lig substans. I dette øjemed blandes spildevandet med biologisk 3 aktivslam i et bestemt mængdeforhold. Til opretholdelse af mikro-

^ organismernes stofskifte i et aerobt miljø, d.v.s. et miljø, U

t hvilket der findes opløst oxygen, skal oxygenet tilføres ved tek niske foranstaltninger. Spildevand/aktivslam-blandingen skal hol- t 3 2 146004 des i bevægelse således, at slammet ikke aflejres på bunden, fordi sedimenteret slam kun i meget ringe grad deltager i det aerobe stofskifte og tilmed kan rådne og derved medføre driftsforstyrrelser. Da mikroorganismerne kan reagere på ændringer i spildevandets koncentration og sammensætning ved hæmmet (mindsket) aktivitet, skal det friske spildevand tilføres således, at det så hurtigt som muligt fordeles på spildevand/aktivslam-blandingens samlede volumen. Det skum, der under visse omstændigheder dannes ved nævnte blandings luftning, skal behandles således, at det ved flotation i skummet -svævende aktivslam atter føres tilbage til selve blandingen af spildevand og aktivslam, fordi floteret aktivslam bliver mere tyktflydende ved overfladen og kan medføre driftsforstyrrelser, når det er gået over i forrådnelse. Fra det biologisk aktive volumen strømmer spildevand/aktivslam-blandingen ind i et sedimentationsbassin, hvor den skilles i klaret spildevand og aktivslam. Det biologisk aktive slam føres tilbage til det aktive volumen. Dannet overskudsslam fjernes fra processen.

Det er kendt at opfylde disse betingelser på følgende måde dels i biologisk aktive grøfter og dels i biologisk aktive bassiner:

Som biologisk aktive grøfter betegnes sådanne biologisk aktive volumina, hvor spildevand/aktivslam-blandingen strømmer i foroven åbne kanaler med en defineret middelhastighed. I reaktorteknisk henseende er biologisk aktive grøfter sløjfereaktorer.

Oxygenet indføres i spildevand/aktivslam-blandingen, .enten fra overfladen ved hjælp af såkaldte overfladeluftere (delvis neddykkere børster eller valser), der ophvirvler overfladen til forøgelse af stofoverføringsfladearealet, eller under blandingens overflade gennem injektordyser til tilførsel af en oxygenholdig luftart, der fordeles fint ved hjælp af en vandstråle til forøgelse af stofovergangsfladearealet.

Ved omrørevirkningen fra overfladelufterne og ved hjælp af omstyringsorganer frembringes der i strømningen turbulens. Den strømningsimpuls, der bibringes blandingen af spildevand og aktivslam ved hjælp af overfladeluftere, har en vertikal komponent. Begge foranstaltninger - vertikal impuls og turbulens - skal forhindre slammets sedimentation.

3 146004

Injektordyserne er rettet i blandingens strømningsretning, så at impulsen fra den fra dyserne udgående massestrøm understøtter cirkulationsstrømningen i den biologisk aktive grøft. Dyserne er placeret ved grøftens bund parallelt side om side og er jævnt fordelt over grøftens samlede bredde. Som oftest er dyserne anbragt før en krumning i grøften. Da der i det krummede parti induceres en proptrækkerformet strømning, er der på dette sted i den her opad stigende blæresøjles område sørget for, at volumenelementer med et stort oxygenindhold hyppigt erstattes med oxygenfattig spildevand/aktivslam-blanding. På denne måde absorberes der fra gassen mere oxygen end ved gasning i en retliniet del af grøften, hvor grøftindholdets translatoriske bevægelse ikke er overlejret ved nogen rotation.

Blandingen af spildevand og aktivslam fremføres i et lukket kredsløb i en ringformet, oval eller mæanderformet aktiveringsgrøft i form af en lukket sløjfe, hvor blandingen med en defineret hastighed strømmer forbi mundingerne af tilførselsledningerne for spildevand og returslam. På denne måde opnås en fortynding af det frisk tilførte spildevand i forholdet tilført volumen til cirkulerende volumen.

Overfladelufterne bevæger fortrinsvis spildevand-aktivslam-blandingens overflade, der passerer gennem de roterende lufteelemen-ters virkningsområde. Herved blandes floteret slam atter med blandingsvoluminet. Skummets højde begrænses om fornødent ved overrisling med vand og/eller ved tilførsel af skumhæmmende kemikalier. Ved injektorgasning fås ved tilstedeværelse af overfladeaktive stoffer et meget finblæret skum indeholdende floteret aktivslam. Dette skum skal behandles på særlig måde.

Som aktivbassiner betegnes sådanne aktive volumina, gennem hvilke spildevand-aktivslam-blandingen passerer uden nogen rettet strømning. I reaktorteknisk henseende er aktivbassiner omrørekedler.

Oxygenet tilføres enten ved hjælp af overfladeluftere som i aktiv-grøfter eller ved luftning med trykluft. Herved øges grænsefladearealet mellem den indblæste luftart og spildevand-aktivslam-blandingen ved indblæsning af oxygenholdig gas gennem hullede rør 4 166004 eller gennem fritter, der er placeret i nærheden af bassinets bund, eller ved indblæsning af oxygenholdig gas under neddykkede omrøreelementer, der mekanisk sønderdeler gasblærerne, eller gennem ejektorer, i hvilke der ved hjælp af væskestråler tilføres supplerende energi til sønderdeling af den indblæste, oxygenholdi-ge gas. Disse ejektorer er som oftest anbragt i flere bundter symmetrisk i forhold til en vertikal akse og blæser horisontalt til skråt nedad.

Ved andre kendte metoder indføres i blandingen af spildevand og aktivslam i stedet for luft oxygen eller en med oxygen beriget gas.

Aktivslammet vil ikke sedimentere ud, når der bibringes slamfnuggene strømningsimpulser, der virker modsat sedimentationsbevægelsens retning:

Under overfladeluftere opstår vertikalt opad rettede strømninger, i hvilke der fra omgivelsen indsuges spildevand-aktivslam-blanding. Den blanding, der slynges bort fra de roterende overfladelufteele-menter, regner i en vis afstand fra disse ned på overfladen af spildevandet med aktivslam og strømmer dernæst bort til alle sider. Ved overfladeluftere med vertikal rotationsakse bibringes der blandingen af spildevand og aktivslam en drejningsimpuls, som ved passende placering af overfladelufteren kan udnyttes til sammenblanding af spildevandet og aktivslammet.

Ved luftning ved hjælp af trykluft dannes en opad stigende blæresøjle, i hvilken også spildevand med aktivslam transporteres opad ved impulsudveksling. Bassinerne er således udformet, at det ned-synkende slam atter kommer ind i blæresøjlens transportområde.

Denne virkning kan også opnås ved horisontal bevægelse af blære-søjlen.

Ved indføring af luften gennem ejektordyser udgår fra dysemundingen en mod bunden rettet fri stråle, der ophvirvler allerede sedimenteret slam. Den frie stråle tilsuger fra omgivelserne spildevand-aktivslam- blanding og forstærker den opstigende blæresøjles transportvirkning.

5 14 G Ο Ο Λ

Til forebyggelse af intoxikationer indfører man det friske, ubehandlede spildevand samtidigt på flere steder i bassinet, så at der fås en hurtig fortynding af dette tilførte spildevand med den forhåndenværende blanding.

Ved ejektorluftning kan ejektordyserne tjene til at tilvejebringe den hurtige fordeling af det ubehandlede spildevand.

I overfladelufteres virkeområde behandles skummet ved overrisling af dette med den opadslyngede spildevand-aktivslam-blanding.

Ved luftning med trykluft overrisles væskeoverfladen i bassinet fra særskilte overrislingsdyser.

Opfyldelsen af disse betingelser ved de kendte metoder medfører følgende ulemper:

Ved forøgelsen af væskeoverfladen (overfladeluftning) ved udslyngning af spildevand-aktivslam-blanding dannes aerosoler, der indeholder visse lugtstoffer, som er til gene for omgivelserne, og som kan indeholde patogene kim, der kan medføre en alvorlig risiko for omgivelserne.

Da oxygenet kun tilføres ved overfladen, er der sat grænser for det biologisk aktive volumens højdedimension, så at det aktive volumen, der af reaktionskinetiske grunde skal have en vis mindste størrelse, kræver forholdsvis store flader.

De omløbende lufteorganers mekaniske drivmekanisme og den opad slyngede væske, der atter falder ned på det biologisk aktive væskevolumen, medfører betydelig støj, der er vanskelig at dæmpe.

Da der - især ved overfladeluftere med vertikal rotationsakse -under tilsugningen og bortslyngningen af væske ikke bibringes den omgivende væskeblanding nogen strømningsimpuls med en bestemt retning, opnås den tilsigtede blandingseffekt i et diffust område omkring lufteren.

En ændring af klareprocessen til begasning med oxygen eller med luftarter, der er beriget med oxygen, er ikke mulige uden at anlægget forsynes med et tag.

6 ueooA

Bølgedannelsen ved overfladen kan medføre kraftige skiftevise påvirkninger af rotordrevet, så at drivmekanismen skal være stærkt- overdimensioneret.

På hvert luftested skal der findes et maskinfundament for den pågældende overfladelufter.

Da især ved anvendelse af overfladeluftere med lodret akse under tilsugningen og bortslyngningen af væskeblandingen i aktiveringsgrøfter kun en del af strømningsimpulsen overføres i cirkulationsstrømningens retning, opstår der betydelige strømningstab.

Rektorgasning medfører ved tilstedeværelse af overfladeaktive stoffer en kraftig skumdannelse. Er gasningen jævnt fordelt over bassinets bredde, danner der sig på overfladen af spildevand-aktivslam-blandingen et højt blærelag, som strækker sig fra bassinets ene kant til den anden. Den væske, der strømmer bort fra dette blærelag, udgør en uovervindelig spærring for det tilstrømmende skum. På dette sted fortykkes det floterede biologisk aktive slam, hvorefter dette går over i forrådnelse.

Da den i krummede partier inducerede rotation udnyttes til intensivering af turbulensen i ejektorernes blæresøjle, bør grøfterne have en sådan form, at strømningen omstyres på så mange gasningssteder som muligt. Da imidlertid strømningsmodstanden i sådanne partier af grøften, hvor strømningen omstyres, er mindst én størrelsesorden større end i retliniede kanaler, kræves der til opretholdelse af en cirkulationsstrømning med tilstrækkelig stor hastighed en -uøkonomisk stor drivimpuls.

Biologisk aktive bassiner skal være forsynet med bekostelige bro- eller platformkonstruktioner over bassinet, fra hvilke maskineriet kan vedligeholdes og som tillige er nødvendige ved udskiftning af drivmotorer.

Lufternes begrænsede virkningsområde kan betinge bekostelige bassinformer, f.eks. sådanne, hvor det biologisk aktive bassin er opdelt i celler med kvadratisk horisontalt tværsnit, hvor der centralt i hver celle findes en overfladelufter.

7 U6004

Ved luftning ved hjælp af trykluft gennem fritter og hullede rør frembringer den opad stigende blæresøjle kun en strømning i vertikal retning. Til sikring af en hurtig gennemblanding af det samlede biologisk aktive volumen mangler den vandrette strømningskomponent, der kun kan tilvejebringes ved hjælp af supplerende foranstaltninger.

De opadstigende gasblærers hastighed og dermed strømningsimpulsen er mindst i nærheden af bunden, men da det biologisk aktive slam trænger til ophvirvling netop ved bunden, for at holdes svævende, er risikoen for slamaflejring på bunden meget stor.

Luftudstrømningsåbningerne skal være mindre end eller svare til diameteren af en luftblære i ligevægtstilstanden, der er bestemt ved trykket og overfladespændingen. Disse små åbninger med en diameter på højst nogle få millimeter tilstoppes imidlertid let af sedimenterende slam.

Ved simpel indblæsning af luften begrænses størrelsen af stofovergangsfladen ved blærestørrelsen i ligevægtstilstanden.

Skummet skal på grund af den manglende cirkulationsstrømning behandles på bassinindholdets samlede overflade. Også ved udnyttelse af den fra blærebjerget bortstrømmende overflade, der transporterer skum i retning mod bassinets kant, skal skummet behandles langs med bassinets samlede kant. Det er en ulempe, at denne skum-behandling medfører omkostninger til overrisling af væsken, og at der på grund af denne overrisling dannes aerosoler, hvorved der opstår lugtgener eller endog alvorlig sundhedsrisiko for omgivelserne, såfremt spildevandet indeholder patogene kim.

Ved gasning af indholdet i biologisk aktive bassiner ved hjælp af ejektorer efter de kendte metoder bibringes der overfladen af spildevand-aktivslam-blandingen i bassinet ikke nogen bevægelse med bestemt retning. Dette er grunden til, at det ved luftningen dannede skum dækker den samlede overflade og skal behandles på denne samlede, store overflade ved overrisling til eliminering af skummet. De herved dannede aerosoler indeholder som nævnt lugtstoffer og eventuelt patogene kim, der er til gene eller fare for omgivelserne. En anden ulempe er den til skummets overrisling nødvendige væskemængde, som er proportional med det fladeareal, der skal overrisles.

8 146004

Opfindelsen har til formål at undgå de ovennævnte ulemper ved biologisk behandling af spildevand og ved hjælp af dyser at gasse et biologisk aktiveret volumen med en rettet strømning således, at den ved dyseluftningen frembragte impuls fremad overlejes således af gassens opdrifteffekt, at der opstår en proptrækkeragtig strømning. Dette opnås ved de i krav l's kendetegnende del angivne foranstaltninger .

Ved det i krav 2 angivne forbedres den biokemiske aktivitet og det biologisk aktive slams udfældningsegenskaber derved, at oxygenkoncentrationen i slammet øges udover den mætningsgrad, der kan opnås alene ved luftning med luft.

Den i krav 3 kendetegnede foranstaltning er særlig hensigtsmæssig til at forhindre sedimentation af slammet i de tilfælde, hvor spildevandet opholder sig i lang tid i det biologisk aktiverede volumen, og hvor oxygenet kun forbruges langsomt.

Ved det i krav 4 angivne opnås en hurtig udskiftning af den dyserne omgivende blanding af spildevand og biologisk aktiveret slam.

Ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen opnås følgende fordele: 1) Til overførsel af oxygenet til blandingen af spildevand og biologisk aktiveret slam står et maksimalt partialtrykfald til disposition, fordi der på grund af den rettede strømning tilføres dyserne spildevand-slam-blanding med minimalt oxygenindhold.

2) Det biologisk aktiverede slam holdes svævende, selv når afstanden mellem dyserne er stor, fordi spildevand-slam-blandingen roteres skruelinieformet om en horisontal akse.

3) De store afstande mellem dyserne muliggør store gas- og driv-strålemængdestrømme og dermed store strømningstværsnit i dyserne, der således ikke tilstoppes.

4) Der kan arbejdes med dybe bassiner med et lille bundfladeareal, fordi gassen kan tilføres voluminet ved bianden.

9 146004 5) Da gassens opdrifteffekt udnyttes til at rotere strømningen, undgås sedimentation af det aktive slam og alle heraf hidrørende skadelige følger, uden at turbulensen i strømningen skal forøges ved supplerende energitilførsel.

6) Eventuelt dannet skum kan behandles på få steder i voluminet og på små fladearealer, der let kan overdækkes, fordi skummet bevæges af den i en defineret retning strømmende spildevand-slamoverflade .

7) På grund af stråledy segasningen opstår kun minimal lugt, fordi dysegasningens høje absorptionsgrad har til følge, at kun en minimal mængde gas skal bringes i kontakt med spildevand-slamblandingen.

8) På grund af stråledysegasningens høje absorptionsgrad kan der under driften luftes med rent oxygen.eller med luftarter, der er beriget med oxygen, uden at det behandlede volumen skal overdækkes.

9) Ved luftningen gennem stråledyser undgås dannelsen af aerosoler.

I det følgende forklares opfindelsen nærmere ved hjælp af nogle i fig. 1 til 5 anskueliggjorte udførelseseksempler for fremgangsmåden ifølge opfindelsen.

EKSEMPEL 1

Fig. 1 viser set fra oven en grøft til biologisk rensning af spildevand, fig. 2 et lodret længdesnit gennem grøften, og fig. 3 et lodret tværsnit i grøften.

Den i fig. 1-3 viste grøft rummer et volumen 1 bestående af spildevand og biologisk aktiveret slam med en længde på 37 m, en bredde på 6 m og en dybde på 2 m. En skillevæg 2 opdeler voluminet 1 i to parallelle grøfter, der ved deres to ender står i forbindelse med hinanden via omstyringspartier la og lb til dannelse af en sløjfe- 10 146004 reaktor. Blandingen af spildevand og biologisk aktiveret slam passerer gennem en åbning 3 fra et reaktionsvolumen 4 ind i grøften og strømmer ud af denne gennem en åbning 5· Reaktionsvoluminet 4 er nødvendigt til anerob denitrifikation. Der findes fire hver især af et gas/væske-dysehoved 6 og et impulsudvekslingsrør 7 bestående stråledyser, der er fordelt langs grøftens bund 14, jævnfør fig. 2.

En kompressor 8 forsyner gennem en rørledning 9 dyserne 6 med luft.

En centrifugalpumpe 10 tilsuger fra grøften gennem et rør 11 spildevand- slam-blanding og trykker denne gennem en rørledning 12 til dyserne 6. Kompressoren 8 og pumpen 10 drives af elektromotorer 13. Stråledyserne 6, 7 har følgende hoveddimensioner:

Dysernes væskedel 15: 32 mm indre diameter

Impulsudvekslingsrør 7: 360 mm indre diameter og 2650 mm længde

Dyseaksen er beliggende parallelt med skillevæggen 2 og grøftens bund 14. Afstanden mellem dyseaksen og skillevæggen 2 er 0,6 m, medens afstanden mellem dyseaksen og bunden 14 er 0,25 m.

Den fra impulsrøret 7 udstrømmende blæresøjle, der er betegnet med 16 i fig. 2 og 3, bibringer spildevand-aktivslam-blandingen en lodret acceleration. Da stråledyseme 6, 7 er asymmetrisk anbragt i strømningstværsnittet, strømmer blandingen opad langs med skillevæggen 2 og dernæst i grøftens øvre del, især ved overfladen 17, i sideretningen. Af hensyn til kontinuiteten skal i dette strømningstværsnit den samme massestrøm passere nedad langs med bassinets ydervæg 2a og tværs hen over bunden 14 i retning mod blæresøjlen 16. På denne måde overlejres den translatoriske strømning i grøften af en rotation, der effektivt forhindrer aflejring af biologisk aktiveret slam på grøftens bund« På grund af sidelæns-strømningen ved overfladen 17 skydes det på overfladen dannede skum og sammen med spildevand-slam-blandingen cirkulerende skum sammen i form af striber, så at man kan nøjes med at behandle dette skum på nogle få steder 18 ved overrisling fra overrislingsdyser.

11 146004 EKSEMPEL 2

Fig. 4 viser set fra siden et bassin til biologisk rensning af spildevand i et forsøgsklareanlæg. Bassinet har cylindrisk form med vertikal cylinderakse, en diameter på 2 m og en højde på 1,8 m. Bassinet er fyldt med en blanding af spildevand og biologisk aktiveret slam. 0,2 m over bassinets bund 14 er horisontalt anbragt to stråledyser hver især med et dysehoved 6 og et impulsudvekslingsrør 7.

Dyserne har følgende hoveddimensioner: Væskedyse 15 : 5,2 mm indre diameter

Impulsudvekslingsrør 7: 50 mm indre diameter og 400 mm længde

Mundingen af dyserne 6’s væskedyser 15 er beliggende symmetrisk over for hinanden på en cirkel med en diameter på 1,2 m omkring bassinets lodrette akse. Stråledyserne 6,7 er i horisontalplanet drejet 60° omkring væskedysemundingen 15 mod tangenten til bassinets kant, så at de fra stråledyserne 6, 7 udgående massestrømme er rettet mod en mindre koncentrisk cirkel. Blandingen af spildevand og biologisk aktiveret slam strømmer gennem et rør 3 ind i bassinet og forlader dette gennem et rør 5» In centrifugalpumpe tilsuger gennem et rør 11 væskeblanding og transporterer denne gennem en ringledning 12 til dyserne 6. Der findes en overrislingsdyse 18, som ligeledes forsynes med væske fra ringledningen 12.

Dyserne 6 forsynes med trykluft fra en anden ringledning. Bassinet er lufttæt lukket ved hjælp af et dæksel 19. Spildgas undviger gennem et rør 20.

Et anlæg som beskrevet i eksempel 2 har arbejdet fejlfrit i kontinuerlig drift i 2 år. Målinger af gasmængderne og af oxygenkoncentrationen i rørledningerne 9 og 20 har ved gasning med luft vist, at der ved 1,0 mg opløst oxygen pr. liter spildevand-slamblanding fås en oxygenabsorption på 50% og mere. BOD^, d.v.s. reduktionen af det biokemiske oxygenbehov over fem dage var bedre end 90% ved slambelastninger på 0,4 til 0,8 kg BOD^ pr. kg biokemisk aktiv tørsubstans og pr. dag. Rumbelastningen er 1,3 til 3,2 kg BOD^ pr. m aktivt slamvolumen pr. dag.

12 14 6 Ο Ο Λ EKSEMPEL 5

Fig. 5 viser set fra oven to biologisk aktive volumina 21 og 22. Voluminet 21 er beliggende koncentrisk inden for voluminet 22 og er adskilt fra dette ved hjælp af en lodret væg 23. De to volumina kan være lige store eller have forskellig størrelse. På en central bærestolpe 24 er drejeligt lejret en bro 25 med et kørestel 26, der kører på bassinets ydre rand 27. Broen drejes med uret. Køre-stellet 26 er drevet ved hjælp af en ikke vist motor. På broen 25 findes for hvert af de to biologisk aktive volumina 21, 22 en stråledyse bestående af et dysehoved 6 og et impulsudvekslingsrør 7. De fra dyserne udgående mas se strømme bibringer blandingen af spildevand og biologisk aktiveret slam i de to volumina 21 og 22 en cirkulerende strømning mod uret.

Den i fig. 5 viste bassintype er ved parallel drift af de to volumina 21 og 22 særlig velegnet til behandling af kun svagt forurenet spildevand, f.eks. spildevand af kommunal oprindelse.

I tilfælde af stærkere forurenet spildevand kan de to volumina· 21 og 22 drives i serie til tilvejebringelse af en flertrinsrens-ning. Der kan findes flere koncentriske trin. I stedet for kun én bro kan der findes flere broer 25. Antallet af rensetrin og antallet af dyser og broer er afhængigt af koncentrationen og arten af spildsubstansen i spildevandet og af det biologisk aktiverede slams beskaffenhed.