DK167144B1 - Anlaeg til anaerob rensning af spildevand - Google Patents

Description

i DK 167144 B1

Den foreliggende opfindelse angår et anlæg til anaerob rensning af spildevand, hvilket anlæg omfatter en beholder med et reaktorkammer til fermentering, anordninger til indføring af væske i reaktorkammeret, mindst en over-5 løbsrende til opsamling af renset vand ved overløb samt (anbragt under overløbsrendens niveau) et opsamlingssystem til opsamling og fjernelse af gas fra væsken.

Det er kendt, at spildevand, som indeholder organisk materiale, først kan underkastes en proces, hvori det orga-10 niske materiale nedbrydes til vandopløselige substanser, i særdeleshed fedtsyrer, hvorefter det på denne måde forbehandlede vand kan behandles under anaerobe betingelser gennem kontakt med slampartikler, der indeholder methan-producerende mikroorganismer, hvorved der produceres me-15 than, som separeres fra den stadig slamholdige væske.

Det behandlede vand (udløbsvandet) udtages via overløb.

Med hensyn til den anaerobe fermentering bestemmes den teoretiske opholdstid for væsken i reaktoren af den hydrauliske strømning sammenholdt med anlæggets totale ka-20 pacitet, herunder kapaciteten af bundfældningskammeret.

Den optimale opholdstid for væsken i reaktoren bestemmes, for så vidt der er en tilstrækkelig mængde slam til stede, blandt andet af spildevandets COD-koncentration. Det har vist sig, at det med en opholdstid på adskillige ti-25 mer er muligt at opnå en rensning på op til 90%. Den ud strækning, hvormed en sådan rensningseffektivitet kan opretholdes over en længere periode, afhænger også af slammets tilbageholdelse (retention). I særdeleshed er det nødvendigt at sikre, at der i gennemsnit ikke skyl-30 les mere slam ud af reaktoren, end der kan dannes i et bestemt tidsrum. Hvis der benyttes en høj hydraulisk strømning med en lav COD-koncentration i den tilførte væske, er der en betydelig risiko for, at det indre bundfældningskammer ikke vil være i stand til at forhindre, 35 at en stor mængde slam skylles ud. En faktor, som er af betydning i denne sammenhæng, er bundfældningskammerets hydrauliske overfladebelastning.

2 DK 167144 B1

Eftersom der er en forskel i massefylde imellem den bundfældede slammasse i bundfældningskammeret og blandingen af slampartikler, spildevand og små gasbobler i en reaktor, vil den bundfældede masse blive delvist hvirvlet op.

5 Som et resultat af den turbulens, som herved fremkaldes i reaktorens øverste del, vil en udnødigt stor mængde slam blive skyllet ud af reaktoren. Til dette må lægges d.et faktum, at der vil være trængt så meget methan ind i en del af slampartiklerne, at disse er blevet lettere 10 end den omgivende væske. Dette begrænser reaktorens be lastningskapacitet i betydelig grad.

Fra hollandsk patentansøgninng nr. 82.01293 er det kendt, at denne "gas-løftende recirkulation" af den udfældede masse kan kontrolleres ved at tilvejebringe et overtryk 15 i det gas-opsamlende kammer. Ifølge den ovennævnte publikation udgør det overtryk, som kræves til dette formål, højst 30¾ af det statiske tryk i reaktoren. Denne forholdsregel forhindrer derfor en del af den udfældede masse i at blive fjernet sammen med overløbet som et resul-20 tat af en ukontrolleret gasudvikling. En ulempe ved den ne metode er, at der ved den praktiske gennemførelse af metoden kræves installationer, som kan modstå trykket, hvilket medfører en betydelig forøgelse af anlæggets kostpris.

25 Det er formålet med den foreliggende opfindelse at over vinde de ovenfor beskrevne ulemper og at tilvejebringe en reaktor af den indledningsvis nævnte type, hvori der kan opnås en god kontrol med den gas-løftende virkning, uden at der frembringes overtryk i reaktoren.

30 Ifølge opfindelsen tilvejebringer man til dette formål mindst et yderligere opsamlingssystem til opsamling af gas og det slam, som føres med af gassen, i en afstand fra det førstnævnte opsamlingssystem, idet det ekstra system indeholder et hydraulisk led med mindst et stig- 3 DK 167144 B1 rør, igennem hvilket den flydende slamblanding kan hæves ved hjælp af gassens løftevirkning, hvilket stigrør munder ud i en separationsanordning til separation af gas og væske.

5 I betragtning af det faktum, at gassen og det af gassen medførte slam opsamles i en betydelig afstand fra væskeniveauet og ledes videre via stigrøret eller stigrorene, kan der tilvejebringes en i det væsentlige turbulens-fri strømning i den øverste del af reaktoren. Dette forøger 10 reaktorens belastningskapacitet. I toppen af reaktoren opnås en ren udstrømmende væske.

Det er af betydning, at det slam, som af gassen føres med til stigrøret eller stigrorene, frasepareres og recirkuleres til reaktoren. Mens en rolig hvirvelfri strøm-15 ning er påkrævet i toppen af reaktoren, kræves der en god opblanding af slam og væske i bunden af reaktoren.

Til dette formål er det nødvendigt at fluidisere det tunge slam.

I en foretrukken udførelsesform for opfindelsen kan den-20 ne fluidisering tilvejebringes i bund-afsnittet af reak toren ved hjælp af energien fra den gas, som stiger op igennem stigrøret eller stigrørene, forudsat at der fra separationskammeret udgår mindst et nedad gående rør, hvor igennem man kan lede frasepareret væske og slam til 25 bunden af reaktorkammeret.

Det er nødvendigt at befri gassen for det medførte skum.

Til dette formål kan man anvende en anordning til separation af gas og skum, hvilken anordning er forbundet til en separationsanordning og forsynet med en udløbs-30 forbindelse, hvorigennem den fraseparerede væske kan ledes til det nedad gående rør.

4 DK 167144 B1

Det foretrækkes, at det førstnævnte opsamlingssystem også forbindes med separationsanordningen.

Det andet opsamlingssystem har til formål at opsamle gassen og det medførte slam så fuldstændigt som muligt, og 5 det opsamlede materiale skal føres til stigrøret eller stigrorene, uden at den opad stigende væske bliver unødigt acceleret som følge af en indsnævring af tværsnittet. I særdeleshed vil en sådan accelation i sig selv fremkalde forstyrrelser i den øverste del af reaktoren.

10 Ifølge opfindelsen søger man at imødegå dette på grund lag af det faktum, at i det mindste det ekstra opsamlingssytem er forsynet med et antal skærmplader, som er arrangeret i lag, idet skærmene i hvert lag har en bestemt forskydning i forhold til skærmene i et efterfølgende 15 lag, og at det tværsnitsareal, som optages af skærmene i et lag, højst er 55¾ af det totale tværsnitsareal.

Inden i en relativt stor reaktor kan de forskellige rør arrangeres på pladsbesparende måde, hvis reaktoren indeholder et antal stigrør, som veksler med rørene fra op-20 samlingssystemerne til transport af den rensede væske til en overløbsrende og med mindst et nedad gående rør, idet de enkelte rør har hexagonalt tværsnit og er knyttet sammen i et bicelle-mønster.

I det følgende vil opfindelsen blive forklaret i detal-25 jer med henvisning til tegningen, som viser to eksempler på udførelsesformer i mere eller mindre skematisk udformning, og hvor fig. 1 viser et vertikalt tværsnit af den første udførelsesform, 30 fig. 2 viser (i større målestok) en detalje ved opsam lingssystemet i denne udførelsesform til opsamling af gas og medført slam, 5 DK 167144 B1

Fig. 3 viser et plant snit af opsamlingssystemet ifølge fig. 2, fig. 4 viser et vertikalt tværsnit af en anden udførelsesform, og 5 fig. 5 viser et horisontalt tværsnit langs linien V-V på fig. 4.

Udstyret til anaerob spildevandsrensning vist på fig.

1-3 består af en høj beholder 1, i hvis nederste ende der er anbragt et indløb 2 til indføring af væske. Nær 10 beholderens øverste kant er der anbragt udløbsrender 3, som er forbundet til et afløbsror 4. Inden i beholderen er anbragt to opsamlingssystemer 5 og 6, som opsamler gas og medført slam, og som hver består af skærmplader anbragt i fire niveauer, henholdsvis 3a, b, c, d og 6a, 15 b, c, d, der har en vis hældning i retning mod et cen tralt stigrør 7.

Under drift af anlægget finder der en fermentering sted, i særdeleshed i reaktorens nederste afsnit, under anaerobe betingelser som et resultat af en kontakt imellem 20 slampartikler og vandopløselige substanser, såsom fedt syrer, hvorved der dannes methan. En del af slampartiklerne absorberer så meget methan, at de bliver lettere end den omgivende væske. Med henblik på at opnå en rolig og tubulens-fri strømning i den øverste del af reaktoren 25 og med henblik på at sikre, at der praktisk talt ikke udledes noget slam sammen med den udstrømmende væske, er der på et niveau, som befinder sig i en betragtelig', afstand fra udløbsrenderne 3, anbragt et opsamlingssystem, som leder gassen og det medførte slam ind i stig-30 røret 7. I røret 7 ender gassen og slammet, som er op samlet af systemet 5, i et indsnævret tværsnit af røret 7', som er anbragt inden i det ikke-indsnævrede tværsnit af røret 7. Opsamlingssystemet 6 leder den opsamlede gas 6 DK 167144 B1 samt eventuelt skum ind i det ikke-indsnævrede tværsnit af røret 7. Begge tværsnittene 7 og 7' udmunder i et separationskammer 8, hvor væske og gas separeres fra hinanden. Væsken samler sig i bunden af separationskammeret 5 8 og strømmer via et nedadgående rør 9 til bunden af re aktoren. Et rør 12 forbinder separationskammeret 12 med en skumdæmpende anordning 11, hvori slam og væske separeres fra gassen. Væsken med et indhold af slam ledes til det nedad gående rør 9 igennem røret 10.

10 Som et resultat af det faktum, at væsken i røret 9 er blevet befriet for gas, er denne væske tungere end den omgivende væske i reaktoren 1. Dette betyder, at der frembringes en temmelig kraftig nedad gående strømning i røret 9, som vil bevirke, at det relativt tunge slam 15 på bunden af reaktoren hvirvles op. Desuden ledes det fraseparerede slam retur til bunden af reaktoren. På simpel måde opnår man derfor den virkning, at der hersker rolige forhold i toppen af reaktoren, samtidigt med, at der i bunden af reaktoren sker en grundig opblanding 20 af tungt slam og indstrømmende væske som følge af turbu lens.

Konstruktionen af opsamlingssystemerne 5 og 6 er foretaget på en sådan måde, at de accelationer af strømningen, som skyldes indsnævringer i tværsnittene, i stor 25 udstrækning begrænses. Fig. 2 og 3 viser, at der i hvert af lagene 5a, 5b, 5c og 5d er anbragt to gashætter, i-det disse to gashætter på hvert niveau optager mindre end halvdelen af tværsnitsarealet. Hætterne i de succe-sive lag overlapper hinanden, og hætterne i de fire lag 30 tilsammen dækker hele tværsnitsarealet. Det tværsnits- areal af reaktoren, som optages af gashætterne i et enkelt lag, bør ikke udgøre mere end 55¾ af det totale tværsnitsareal, og det er fortrinsvis mindre (f.eks. under 50¾). Omridset af de enkelte gashætter, som er ud-35 formet som skærmplader, er vist på fig. 3 med reference- 7 DK 167144 B1 tallet for det pågældende lag.

Det er muligt at kombinere et antal udførelsesformer i henhold til fig. 1, 2 og 3 i en større reaktorbeholder.

Fig. 4 og 3 viser en anden udførelsesform, i hvilken re-5 aktoren har et væsentligt større tværsnitsareal og er op fyldt af et stort antal hexagonale rør. Reaktorbeholderen er vist ved tallet 21, væskeindløbet er vist ved tallet 22, de ringformede udløbsrender er vist ved tallet 23, og hovedafløbet for den udstrømmende væske er vist 10 ved tallet 24. Udløbsrenderne 23 og hovedafløbet 24 er indbyrdes forbundet ved hjælp af rørene 25.

Inden i beholderen er der anbragt omkring 15 hexagonale reaktorrør 26, tre kombinerede hexagonale stigrør 27 og et centralt hexagonalt rør 28. I dette sidstnævnte rør 15 er der anbragt et nedad førende rør 29, som i modsætning til de hexagonale rør 26, 27 og 28 strækker sig omtrent ned til bunden af reaktoren 21. Rørene 26, 27 og 28 er anbragt i et bicelle-mønster.

I hver af reaktorrørene 26 findes gasopsamlende systemer 20 5 .og 6 i to niveauer. Disse systemer har den samme kon struktion og den samme indbyrdes placering som beskrevet i forbindelse med fig. 1, 2 og 3. De gasopsamlende systemer 5, som befinder sig på et relativt lavt niveau, leder den opsamlede gas og det medførte slam til et stig-25 rør 7, som via en indsnævring munder ud i forbindelses røret '30. Et eller flere forbindelsesrør 30 er forbundet med et kombineret stigrør 27. I dette kombinerede stigrør 27 er der anbragt et rør 31 med et betydeligt mindre tværsnit, som er forbundet med røret 27 via et mellem-30 stykke 32. Den øverste kant af hvert af de tre rør 31 udmunder i et separationskammer 33, og de tre kamre 33 er via forbindelsesrør 34 forbundet til en skumdæmpende anordning 35, og via forbindelsesrørene 36 er de forbun 8 DK 167144 B1 det med en tragt 37, i hvilken det centrale nedad førende rør 29 udmunder. Den skumdæmpende anordning er forsynet med en anordning 38 til udledning af gas samt et væskeafløb 39.

5 Også røret 28 er forsynet med et gasopsamlende system 40, som opsamler gasbobler og leder gassen til et stigrør.

Røret 28 er lukket oven over systemet 40.

De gasopsamlende systemer 6 er i hvert af reaktorrørene 26 lokaliseret umiddelbart under de ringformede overløbs-10 render 24, hvori den udstrømmende væske løber. Disse systemer opsamler resterende gas og skum, som derefter ledes til et stigrør 7, der udmunder i en gas-væske-separa-tor 41. Den væske, som frasepareres i denne separator, ledes via rørene 42 og et kombineret kammer 33 til det 15 nedad gående rør 29. Den opnåede gas kombineres med gas sen fra den skumdæmpende anordning 35.

I denne reaktor, som er mere kompliceret i sammenligning med udførelsesformen vist på fig. 1, 2 og 3, opnås tillige den virkning, at gassen og det medførte slam fjer-20 nes fra reaktorrørene 26 på et relativt lavt niveau via opsamlingssystemerne 5 og rørene 27, 32 og 21, således at der hersker rolige forhold i den øverste del af reaktorrørene 26, hvorved væske, der praktisk talt ikke indeholder slam, kan strømme ind i afløbsrenderne 23. Des-25 uden vil det tunge slam på bunden af reaktoren blive hvirvlet op under indvirkning af den relativt tunge væske, som strømmer nedefter fra den kombinerede tragt 37 igennem det nedad gående rør 29. Som et resultat heraf sker der en betydeligt forbedret opblanding af den ind-30 strømmende væske og slammet. Den overskydende og endog farlige kinetiske og potentielle energi af gassen i reaktorens øverste regioner benyttes således til at tilvejebringe den nødvendige opblanding og fluidisering i reaktorens nederste regioner.

9 DK 167144 B1

Det er muligt at foretage forskellige modifikationer indenfor opfindelsens rammer. De i det foregående viste og beskrevne udførelsesformer er således blot eksempler.

Alle udfør elses formerne har således det til fælles, at 5 der sker en opsamling af en signifikant del af den gas, som udvikles under fermenteringen, og det medførte slam, inden disse bestanddele kan nå op til den øverste del af reaktoren, og at den væske, som føres opefter på grund af gassens løftende virkning, separeres fra gassen. End-10 videre udnyttes den potentielle energi af den relativt tunge væske via en recirkulerende strømning til at frembringe den bevægelse, som er nødvendig for at opnå en grundig opblanding og fluidisering i bunden af reaktoren.

Den kraft, som er til stede i reaktorens top, føres til 15 reaktorens bund. Som et resultat af de rolige forhold i reaktorens top og turbulensen i reaktorens bund sker der en betydelig forøgelse af reaktorens belastningskapacitet. Desuden bevirker den specielle konstruktion af de overlappende gashætter, hvis lag er forskudt fra hinan-20 den, at der opnås en god opsamling af gas og medført slam, uden at der sker nogen væsentlig acceleration af væsken.

Claims (6)

10 DK 167144 B1 Patentkrav :

1. Anlæg til anaerob rensning af spildevand, hvilket anlæg består af en beholder med et reaktorkammer til fermentering, en anordning til indføring af væske i reak- 5 torkammeret, mindst en overløbsrende til opsamling af renset vand ved overløb samt et opsamlingssystem til opsamling og fjernelse af gas fra væsken, hvilket system er anbragt under overløbsrendens niveau, kendetegnet ved, at det omfatter mindst et yderligere opsam-10 lingssystem (5) til opsamling af gas og medført slam, hvilket system er anbragt i en vis afstand under det første opsamlingssystem (6), idet opsamlingssystemet (5) står i hydraulisk forbindelse med mindst et stigrør (7, 7', 27, 32, 31), hvorigennem blandingen af væske 13 og slam transporteres ved hjælp af gassens løftevirkning, hvilke stigrør udmunder i en separationsanordning (8,33) til separation af gas og væske.

2. Anlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der fra separationsanordningen (8, 33) udgår mindst et 20 nedad førende rør (9, 29), hvorigennem frasepareret væske og slam ledes tilbage til bunden af reaktorkammeret .

3. Anlæg ifølge krav 2, kendetegnet ved, at separationsanordningen (8, 33) er forbundet til en 25 skumdæmpende anordning (11, 35) til separation af gas og skum, hvilken skumdæmpende anordning er forsynet med et forbindelsesrør, hvorigennem den fraseparerede væske ledes til det nedad førende rør (9, 29).

4. Anlæg ifølge krav 2 eller 3, kendetegnet 30 ved, at det første opsamlingssystem (6) også er forbundet med separationsanordningen (8,.33). 11 DK 167144 B1

5. Anlæg Ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved, at i det mindste det andet opsamlingssystem (5) er forsynet med et antal gashætter arrangeret i lag, idet gashætterne i hvert lag er anbragt i 5 en bestemt forskydning i forhold til gashætterne i det efterfølgende lag, hvorhos det tværsnit, som optages af gashætterne i et lag, højst udgør 55¾ af det totale tværsnitsareal.

6. Anlæg ifølge ethvert af de foregående krav,'k e n - 10 detegnet ved, at der i beholderen (1) er anbragt et antal kombinerede stigror (27), som veksler med rørene (26) forsynet med opsamlingssystemerne (5,6) til transport af renset væske til en overløbsrende (23) og med mindst et rør (28) til nedadgående strømning, idet de 15 enkelte rør (26, 27, 28) har hexagonalt tværsnit og er indbyrdes sammensat i et bicelle-mønster.