FI103275B - Menetelmä ja laitteisto jätevesien puhdistamiseksi biologisesti - Google Patents

Description

103275

Menetelmä ja laitteisto jätevesien puhdistamiseksi biologisesti - Förfarande och apparatur för biologisk rening av avloppsvatten 5 Tämä keksintö koskee jätevesien, kuten etenkin kunnallisten jätevesien, teollisuuden jätevesien sekä juomakelpoisiksi tehtävien jakeluvesien puhdistamista biologisesti. Se koskee erityisesti puhdistusmenetelmää, jossa käsiteltävä vesi ja happikaasu ohjataan yhdensuuntaisvirtauksena ylöspäin yhteen ainoaan reaktoriin tai biologiseen suotimeen, jonka suodatusmateriaalina on paisutettuja muovi- tai mineraaliaineita, 10 joiden tiheys on alhaisempi kuin veden.

Tiedetään, että esimerkiksi veden biologisessa käsittelyssä orgaaniset epäpuhtaudet hajotetaan puhdistavan biomassan, joka on vapaana tai kiinteästi paikallaan ja sisältää erilaisia mikro-organismeja: bakteereja, hiivoja, alkueläimiä, monisoluisia eläi- 15 miä, jne, avulla. Menetelmässä, jossa biomassa on vapaasti liikkuvana aktiivilietteen vaikutuksesta, ei ole mahdollista konsentroida suurina määrinä erilaisia mikro-organismeja, jotka eivät juurikaan dekantoidu, mikäli biomassan konsentrointi tapahtuu dekantoinnin avulla; menetelmä on siis rajallinen käytettävissä olevan BHK:n (biologisen hapen kulutus) ja KHK:n (kemiallisen hapen kulutus) osalta.

20 Systeemissä, jossa biomassa kiinnittyy, biomassan konsentrointi (bakteereineen) ta-: ‘ ·. pahtuu kiinnittymällä johonkin substraattiin. Dekantoituvuus ei ole silloin enää ensi- : : : sijainen kriteeri ja tämän tekniikan puhdistuspotentiaali on paljon suurempi kuin : konventionaalisten menetelmien.

> I · I

• I I t I

25 Tehokkaimmista menetelmistä, jotka perustuvat kiinnittyvän biomassan puhdistus- « ... periaatteeseen, voidaan mainita etenkin hakijan patentoimat ja kehittämät menetel mät, joista eräs on niin sanottu "Biocarbone" (tavaramerkki) ja tekniikka, jossa käytetään yhdessä ainoassa reaktorissa, jossa veden virtaus tapahtuu ylöspäin, rakeista : patjaa, joka muodostuu kahdesta vyöhykkeestä, joiden partikkelikoko ja biologiset

IM

v : 30 ominaisuudet ovat erilaiset (FR-patenttijulkaisut 76 21246, julkaistu molla 2 358 362; n:o 78 30282 julkaistu molla 2 439 749; m.o 86 13675, julkaistu molla J···. 2 604 990).

• · · : Niin sanotuista vapaan biomassan tekniikoista tässä viitataan erityisesti leijupetime- I I » 35 netelmiin, joissa käytetään biosuotimen materiaalina aineita, joiden tiheys on pienempi kuin 1, kuten esimerkiksi paisutettuja polymeerejä, menettelytapojen mukaisesti, jotka nyt ovat yleisiä (FR-patenttijulkaisu 1 363 510 vuodelta 1963; GB-patenttijulkaisu 1 034 076 vuodelta 1962), joiden monet toteutusmuunnelmat ovat 2 103275 johtaneet moniin patentteihin (FR-patenttijulkaisut 330 652, 2 406 664, 2 538 800; US-patenttijulkaisu 4 256 573; JP-patenttijulkaisu 58-153 590, jne.)

Leijuvien materiaalien ja partikkelimaisten leijupetien käyttö on sinänsä mielenkiin-5 toista, mutta se tuo mukanaan tiettyjä vaikeuksia ja siihen liittyy usein haittoja. Esimerkiksi jos leijutetaan vettä raskaampia materiaaleja (hiekkaa tai senkaltaisia), tarvitaan nesteen pumppaamiseen huomattavasti lisäenergiaa ja aineen pitäminen reaktorin sisällä on vaikeasti hallittavissa. Mainitun energian kulutusta koskevan haitan korjaamiseksi on ehdotettu kevyistä aineista, joiden tiheys on alhaisempi kuin 10 veden, muodostuvan leijupetin käyttöä ja ilman puhaltamista petin alaosaan, mutta veden syöttämistä alaspäin (jo mainitut US-patenttijulkaisu 4 256 573 ja JP-patentti-julkaisu 58 153 590). Kuitenkin veden virratessa tietyllä nopeudella alaspäin ilma-kuplat jäävät ansaan materiaalin sisään tai sitten joutuvat nestevirran mukaan eikä reaktoria saada kunnolla ilmastetuksi.

15

Hakijan FR-patentissa 2 632 947 on kuvattu menetelmä, jossa käsiteltävä vesi ja hapetettu kaasu kulkevat ylävirtaan yhdessä reaktorissa tai biologisessa suodattimessa, joka on varustettu vettä kevyemmillä paisutetuilla muovi- tai mineraalipartikkeleilla. Suodin muodostuu kahdesta kerroksesta. Alempi kerros on vettä kevyemmistä par-20 tikkeleista muodostunut leijupeti, ja ylempi kerros on kiinteä kerros, joka koostuu ' pienemmistä ja keveämmistä partikkeleista kuin alemman petin partikkelit, mutta jonka partikkeleiden tiheys on myöskin alle 1. Kahdesta erillisestä kerroksesta ai-•, j · heutuu kuitenkin käyttöongelmia sekä kustannuksia.

• · ♦;·· 25 Edellä mainittujen haittojen korjaamiseksi on hakija tehnyt lukuisia kokeita leijupe- tin kaikkien etujen hyödyntämiseksi pyrkien eliminoimaan kuplien jäämiseen pin- taan, leijupetin tukkeutumiseen, energian kulutukseen, suodinpetin pesuongelmiin, ..... jne. liittyvät seikat.

• · · 3 103275 partikkelikoko on 2-6 mm ja irtotiheys vähintään 35 kg/m3. Käytännössä irtotiheys-alue on mielellään 35-65 kg/m3.

Keksinnön oleelliset tunnusmerkit on esitetty oheisissa patenttivaatimuksissa.

Γ 5

Monissa hakijan suorittamissa kokeissa voitiin todeta, että yksinomaan valitsemalla tarkasti edellä mainittu haluttu irtotiheysalue voitiin päästä erittäin tehokkaaseen ja ajan mittaan muuttumattomaan puhdistukseen. Todettiin nimittäin, että käytettäessä polystyreenikuulia, joiden irtotiheys on alle 35 kg/m , materiaali johti siihen, että 10 aines murskautui ja kasaantui pidätinkattoon, mistä aiheutui huomattavaa hydraulista hävikkiä ja petin voimakasta tukkiutumista.

Toisaalta polystyreenikuulien, joiden irtotiheys on suurempi kuin 65 kg/m3, käyttäminen aiheuttaa toteutukseen liittyvien teknisten vaikeuksien lisäksi sen, että mate-15 riaalia joutuu väärällä hetkellä mukaan petiä vastavirtaperiaatteella pestäessä, ja siis merkittävää hävikkiä.

Menetelmän muita tunnusmerkkejä selvitetään seuraavassa selityksessä.

20 Keksinnön kohteena on myös reaktori tai biosuodin, joka käsittää alhaalta ylöspäin : ’ mentäessä: puhdistuslietteen paksuntamis- ja poistovyöhykkeen, vähintään yhden ‘: kaasunsuihkutuslaitteen, suodattavaa ainetta olevan vyöhykkeen, joka muodostuu ,' · edellä mainituista kevyistä partikkeleista, betonia tai muuta materiaalia olevan rei'i- :": tetyn katon ja lopuksi reaktorin yläosassa pesuvesivarastovyöhykkeen, jonka päällä ·;·< 25 on käsitellyn jäteveden poisto vyöhyke. Keksinnön mukaisen reaktorin tai biosuoti- men oleelliset tunnusmerkit on esitetty patenttivaatimuksen 2 tunnusmerkkiosassa.

Eräs käsittelylaitteiston keksintöä rajoittamaton toteutusesimerkki on esitetty liittee- » · · nä olevissa piirustuksissa, joissa: V 30 : kuvio 1 on osiinsa hajotettu perspektiivikuva käsittely-yksiköstä, joka käsittää kaksi rinnakkaista reaktoria tai biosuodinta; • · · . kuvio 2 on osittainen leikkauskuva reaktorista kuvion 1 viivan AA kohdalta ja ';;,' kuvio 3 esittää samaa reaktoria kuvion 1 viivan BB kohdalta.

f I

'···' 35 Näiden kuvioiden mukaan reaktorin 1 alaosassa on tila 2 lietteiden paksuntamista ja poistoa varten, sitten nestemäisen hapen suihkutussysteemi 3, kiinteä peti 4, jota pi- 4 103275 dättää kattona toimiva rei'itetty levy 7, ja lopuksi avoin ylävyöhyke 8, joka toimii pesuvarastona, josta käsitelty jätevesi poistetaan poistojohdon 9 kautta.

Käsiteltävä neste tulee putkijohdon 11 kautta ja menee vyöhykkeeseen 2, happikaa-5 sun suihkutuslaitteen 3 alapuolelle, joka voi sijaita petin 4 alapuolella, kuten kuviossa on osoitettu, tai tämän petin sisällä (viitenumero 3').

Kun ilmaa (tai happikaasua) syötetään alaosaan laitteesta 3, saadaan aikaan voima-: kas vaihto kaasun, käsiteltävän veden ja partikkeleihin kiinnittyvän biofilmin välillä.

| 10 Tämän vaiheen aikana petissä 4 ei esiinny pyörteitä (mistä johtuu tässä selityksessä käytetty nimitys kiinteä peti).

Suspendoituneen aineksen kasaantumisen ja biologisen kasvun vuoksi suodinpetin sisällä materiaali tiivistyy vähitellen. Suodinvastuksen lisääntymistä voidaan seurata j 15 mittaamalla sitä manometrillä tai nesteen pinnan nousun avulla panostus- tai suo- I dinvastuksen mittauspylväässä 11. Partikkeleiden retentiota voidaan parantaa lisää- j mällä jotakin flokkulointiainetta.

Kun ennalta määrätty suodinvastuksen arvo on saavutettu, käynnistetään petin pesu. [ 20 Tätä varten avataan päästöventtiiliä 13, kunnes saadaan haluttu pesunopeus. Nopean i käsiteltyyn ja reaktorin yläosaan 8 varastoituun nesteeseen nähden vastavirtaan ta- 1 :, , pahtuvan virtauksen vaikutuksesta saadaan materiaali paisumaan. Kun materiaalin ® ; partikkelikoko ja tiheys ovat edellä määritellyt, valitaan pesunopeudeksi 30-80 m/h.

i ·;·>· 25 Nopeasti tapahtuvan vastavirtavirtauksen avulla saadaan partikkeleiden väleihin jää- ^ .·:·. neet ainekset liikkumaan ja materiaalin pintaan liiaksi kasaantunut biomassa irtoa- = ’ maan siitä, mutta edellä mainitulla nopeusalueella saadaan kuitenkin aktiivinen bio- - ... filmi säilymään materiaalin pinnalla. Kun varasto 8 on tyhjennettyjä venttiili 13 " suljettu, voidaan käynnistää syöttö uudelleen samalla kuormituksella kuin ennen pe- I ’·| * 30 sua.

_ · · · i · · · — · — · i = Kierrättämällä puhdistettu vesi uudelleen pumpulla voidaan mahdollisesti vielä pa-

• I I

” . rantaa jakautumista tai lisätä nitraatteja esisuodatusvyöhykkeessä.

35 Pesuvälien pidentämiseksi voidaan ajoittain suorittaa erittäin lyhyitä vedenpäästöjä avaamalla venttiiliä 13 aineksen kasaantumisen estämiseksi ja epäpuhtauksien saamiseksi tunkeutumaan syvemmälle suodinpetiin. Nämä minipesut aukaisevat enem- 5 103275 män suotimen alaosaa, jossa on enemmän suspendoitunutta ainesta. Nopeat päästöt voidaan käynnistää siten, että saadaan tasainen suodinvastus suodatuspetin koko korkeudelle. Tällä tavoin voidaan jättää pois säätöelimet, joita tarvitaan happikaasun ja veden tasaisen jakautumisen turvaamiseksi.

5

Jotta petiin ei kohdistu liian suurta painetta jatkuvan puhalluksen vaikutuksesta, voidaan järjestää ilman ja happikaasun sykkeinen syöttö. Joko sykkeistä tai ei sykkeistä ilman puhallusta voidaan jatkaa pesun aikana petin avaamisen edistämiseksi.

10 Menetelmän erään edullisen toteutusmuodon mukaan yhdistetään useita suotimia yksiköksi, kuten kuviossa 1 on esitetty. Kunkin suotimen erillisiä syöttöpylväitä syötetään samasta vesialtaasta. Syöttöpylväät estävät ylipaineen, joka saattaa syntyä mahdollisen satunnaisen tukkiutumisen yhteydessä, sen kompensoidessa tukkiutu-misen jatkuvatoimisesti. Syötön tapahtuessa tällä tavoin painovoiman vaikutuksesta 15 on virtausmäärä helppo mitata ja säätää sitä ylivirtauskouruilla.

Suodinyksikön pesuveden varasto-osastot on liitetty toisiinsa hydraulisesti. Niinpä toimivien suotimien puhdistama vesi syöttää tukkiutuneen suotimen pesuvirtaa, jolloin suodinpetin yläpuolella olevat varasto-osastot voidaan tehdä riittävän korkeiksi 20 ja tilaviksi, jolloin niiden koko voidaan laskea suotimien syöttönopeuden ja luku-: '· määrän mukaan.

Toteutusesimerkki > · « I f *;*·: 25 Käytettiin kunnallisen viemäriveden käsittelylaitteistoa, joka sisälsi 5 rinnakkain sovitettua suodinkennoa (kukin kenno vastaa yhtä edellä kuvatun tyyppistä reaktoria 1), joiden kunkin pinta-ala oli 16 m2. Jokaisen kennon tai reaktorin korkeus oli noin ..... 5,70 m ja solumateriaalin (tässä tapauksessa polystyreenikuulia, joiden läpimitta oli noin 3,5 mm ja tiheys 45 kg/m3) korkeus oli noin 3 metriä.

*'·;: 3o { Käsitellyn veden virtaama oli 2300 m3/vuorokausi ja likaantumisominaisuudet olivat seuraavat: NTK: 40 mg (Kjehldahl-kokonaistyppi), KHK (kemiallisen hapen kulu-. \ tus): 400 mg, SA (suspendoituneet ainekset): 100 mg/1.

*”·' 35 Ulosvirtaavalla käsitellyllä vedellä oli seuraavat erittäin hyvät ominaisuudet: KHK: 50 mg, SA: 10 mg/1, kokonaistyppi (N): 8 mg, josta 1 mg oli NH^n N, 5 mg N03:n N ja 2 mg orgaanista typpeä.

Claims (3)

1. Menetelmä jäteveden puhdistamiseksi biologisesti ohjaamalla käsiteltävää vettä ja hapetettua kaasua yhdensuuntaisvirtauksena ylöspäin reaktoriin tai biosuo- 5 dattimeen, jossa bakteerialustana on kiinteä peti, joka muodostuu partikkeleista, joiden tiheys on pienempi kuin veden, tunnettu siitä, että alustaksi valitaan paisutettua polystyreeniä olevia partikkeleita, joiden partikkelikoko on 2-6 mm ja irtotiheys 35-65 kg/m3, että mainittua petiä jaksottaisesti vastavirtahuuhdellaan ohjaamalla käsiteltyä vettä 10 vastavirtaan petiin nopeudella 30-80 m/h, ja hyvin lyhyitä huuhtelutoimenpiteitä suoritetaan vastavirtahuuhteluiden välillä materiaalin möyhentämiseksi, ja että menetelmä käsittää vaiheen, jossa osa käsitellystä vedestä palautetaan kiertoon.

2. Reaktori tai biosuodatin patenttivaatimuksen 1 mukaisen menetelmän toteut-15 tamiseksi, jossa on alhaalta ylöspäin mentäessä: säiliö (2) lietteen paksuntamiseksi ja välineet sen poistamiseksi; vähintään yksi hapetetun kaasun suihkutuslaite (3); suodatusaine; katto tai pidätinlaite (7), tunnettu siitä, että se lisäksi käsittää: välineet käsiteltävän veden ohjaamiseksi reaktorin (1) pohjalle, reaktorin yläosassa varastosäiliön (8) käsitellylle vedelle, jota käytetään maini-20 tun suodatusaineen vastavirtahuuhteluun, jonka säiliön päällä on käsitellyn poisto-: ‘ · veden poistovyöhyke (9), huuhteluveden päästöventtiilin (13), . : : - välineet käsitellyn veden palauttamiseksi kiertoon, : - vähintään yhden syöttöpylvään (11), joka mahdollistaa suodatusmateriaalin sa- 25 tunnaisesta tukkeutumisesta johtuvan ylipaineen ehkäisemisen sen samalla kompen-j soidessa tukkeutumisen jatkuvatoimisesti, ja siitä, että mainittu suodatusmateriaali koostuu paisutettua polystyreeniä olevista partikkeleista, joiden partikkelikoko on 2-6 mm ja irtotiheys 35-65 kg/m3. « * « * · * * · V ' 30

3. Vedenpuhdistuslaitteisto, tunnettu siitä, että se käsittää useita patenttivaati- muksen 2 mukaisia reaktoreita/suodattimia, jotka on sovitettu rinnakkain yhteisen :* *: vesialtaan lähelle ja joiden pesuosastot on liitetty toisiinsa hydraulisesti huuhteluve- ; I I f . '. den syöttämiseksi suodattimiin käytön aikana. 7 103275