FI104629B - Kvävereducering i avloppsvatten - Google Patents

Description

104629

Kvävereducering i avloppsvatten

Tekniskt omrade

Uppfinningen berör ett förfarande för reducering av kväve i ^ 5 avloppsvatten. Avloppsvattnet renas med hjälp av ozon, som oxiderar kväveföreningar. De resulterande kväveoxiderna omvandlas sedan av bakterier tili kvävgas, som avgär.

Teknisk bakgrund

Kraven pä rening av avloppsvatten är stränga samtidigt som 10 reningskostnaderna önskas hällas pä en rimlig hivä. Kväve- ooh fosforutsläppen utgör en avsevärd del av belastningen pä vära vattendrag. Med nuvarande teknik kan vära reningsverk eliminera det mesta av fosforn, men reduceringen av kväve är betydligt besvärligare ooh kräver Stora investeringar i speciella kvävereduceringssteg. En betydande skärpning av 15 kvävereducering kommer inom kort, nägot som kommer att innebära Stora investeringar, speciellt för mindre kommuner.

Det blir allt vanligare i reningsverk att utnyttja ozon som ett av stegen i reningen av avloppsvattnet. Ozonet reagerar med organiskt material och kväveföreningar, typ ammoniak. Det organiska materialet omvandlas tili 20 polärare föreningar, samtidigt som molekylstorleken minskar. Ammoniaken oxideras tili kväveoxider (NOx), vilka i sin tur omvandlas tili molekylärt kväve (N2) av mänga bakterier (JP 6 031 297). Ozonet reagerar ocksä med diverse illaluktande gaser tex. med svavelväte (H2S) eller merkaptaner, och har därför en lukteliminerande effekt. Ozon har ocksä använts som bakteriedödande ... 25 medel och för att förhindra korrosion i reningsverk (US 5 433 854).

!·]* Tillsvidare har reduceringen av kväveföreningar i avloppsvatten • ·« *... utförts i reningsverken, vilket kräver bäde Stora och dyra anläggningar.

' Dessutom är det svärt att pä ett reningsverk halla full effektivitet, när Stora mängder vatten kommer tili reningsverket, t.ex. vid en värflod.

: 30 Föreliggande uppfinning erbjuder nu en ekonomiskt fördelaktig • ♦ · : lösning pä de ökande krav som idag stalls pä reningsverk vad gäller utsläpp .·. r av kväve. Metoden gär ut pä att man tillför ozon redan i avloppsnätet, innan vattnet nar reningsverket. Det finns metoder beskrivna där man ute pä nätet tillför syrgas, för att öka syrehalten i avsikt att halla bakterierna vid liv fram tili 35 reningsverket och därmed motverkar uppkomsten av illaluktande gaser. Metoden att använda tillförsel av syrgas eller komprimerad luft tili 104629 2 ledningsnätet har dock en lägre effektivitet och högre kostnad än ozon vad gäller att öka syrehalten. Syrgastillförseln har dessutom endast en marginell effekt pä halten ammonium/ammoniakkväve i vattnet (Singer, P.C. och Zilli, W.B., Ozonation of Ammonia in Wastewater, Water Research, Voi. 9, 127-134 5 (1975)).

Man har ocksä utfört försök med att tillföra önskade bakterier tili avloppsnätet, för att utkonkurrera svavelreducerande bakterier, som bildar Illaluktande gaser och förorsakar korrosion. I samband med tillförseln av bakterier tili avloppsnätet har man ocksä tillfört ozon för att ytterligare 10 motverka uppkomsten av oönskade gaser (US 5 578 211). Sa vitt vi vet har man dock inte tidigare reducerat kväve i avioppsvattnet genom att tillsätta ozon direkt i avloppsiedningarna i avloppsnätet.

Sammanfattning av uppfinnlngen Föreliggande uppfinning avser ett förfarande för kvävereducering i 15 avloppsvatten genom att tillföra ozon i vattnet i avloppsiedningarna. Förfarandet kännetecknas av det som finns angivet i patentkrav 1. Fördelaktiga utföringsformer av uppfinningen finns angivna i de osjälvständiga patentkraven 2 - 8.

Genom att med hjälp av ozon starta reningsprocessen redan i 20 avloppsiedningarna ute i avloppsnätet minskas belastningen pä reningsverket avsevärt. Metoden medför att man fär en kvävereducering genom att ozonet oxiderar kväveföreningar tili NOx, vilket av mängahanda naturligt förekommande bakterier omvandlas tili kvävgas, som avgär tili atmosfären. Pä sä sätt minskas behovet av kväverening i reningsverket. Man slipper dyra 25 investeringar i speciella kvävereduceringssteg. Detta system ger en « inbesparing i kostnaden med ca 50 % per kilo kväve som renats frän avioppsvattnet.

• · ·

Metoden kommer att medföra ett flertal positiva bieffekter.

Tillsatsen av ozon i avloppsledningen medför ocksä en syresättning

Ml : 30 av vattnet, vilket förhindrar att bakterier dör, och därmed minskar belastningen :T: pä reningsverkets biorening. Metoden förbättrar säledes förhällandena för ,·' · driften av biobäddarna och minskar behovet av Stora kompressorer för att lufta ' ! dessa. I och med att det primärt är frägan om att hälia bakterierna vid liv krävs en relativt liten insats jämfört med att fä liv i en ”död” biobädd.

35 Ozoneringen och den därmed sammanhängande syresättningen av :\\ vattnet leder ocksä tili att det bildas mindre illaluktande föreningar t.ex.

104629 3 vid pumpstationerna som i reningsverken förbättras. Även miljön runt dessa förbättras.

Ozonet reagerar ocksä med övrigt organiskt material i vattnet och minskar därigenom belastningen pä reningsverket ytterligare, genom en 5 dramatisk sänking av halten organiskt material mätt som BOD7.

Förfarandet enligt uppfinningen ger ocksä möjligheter till bättre grad av rening trots onormalt Stora flöden t.ex. i samband med driftsstörningar och reparationsarbeten samt vid regn- eller snösmältningsperioder.

Det nya med föreliggande metod är saledes att man genom att 10 tillföra ozon i ledningsnätet, kan starta reningsprocessen redan innan vattnet när reningsverket och pä sä sätt siippa behovet av kostsamma kvävereningsanläggningar.

Detaljerad beskrivning av uppfinningen

Ett sedvanligt avloppssystem bestar av avloppsledningar, som 15 tillsammans bildar ett avloppsnät, som mynnar ut i ett reningsverk, varifrän det renade vattnet rinner ut i naturen. Avloppsvattnet transporters genom avioppsnatet till reningsverket med hjälp av pumpar vid s.k. pumpstationer. Med ‘avloppsledningar’ förstäs i detta sammanhang de ledningar som samlar upp avloppsvatten frän t.ex. hushall och/eller industries innan de när ett 20 eventuellt reningsverk. Naturligtvis kan den uppfunna metoden ocksä tillämpas pä avloppsledningar som inte är kopplade till ett reningsverk. Metoden lämpar sig för alia typer av avloppsvatten säsom t.ex. grätt vatten och svart vatten. Med grätt vatten förstäs avloppsvatten, som inte inkluderar avloppsvatten frän toaletter, medan svart vatten inkluderar ocksä toalettavfallet.

.·. 25 Metoden enligt föreliggande uppfinning innebär att ozon lämpligen i I"* form av ozonblandad luft eller ozonblandad syrgas leds ned i *... avloppsledningen, där den släpps ut vid botten via t.ex dysor eller i ♦ · · tryckledningen via injektor, vilka finfördelar den ozonblandade gasen för att skapa sä effektiva förhällanden som möjligt för reaktionen mellan ozonet och • · « v : 30 olika ämnen i avloppsvattnet.

: Tillförseln av ozon sker företrädesvis vid ett flertal punkter utmed : avloppsnätet, förslagsvis vid pumpstationer med ca 2 - 6 km avständ .'..I beroende pä kvaliteten pä vattnet samt avständet mellan pumpstationerna, sä att en lagom nivä syre finns i vattnet samt att man kan ta hand om tillrinnande • « \: 35 avloppsvatten. Genom att tillföra ozon vid ett flertal punkter uppnäs en stegvis 4 4 ’•.'I oxidering av kväveföreningarna, sä att det vid ozontillförselställena sker en 104629 4 kemisk ‘nitrifikation’ och en efterföljande bakteriell denitrifikation i de mellanliggande ledningsavsnitten. Nitrifikationen dvs. oxideringen av ammoniak via nitrit till nitrat sker alltsa under oxiska (syrehaltiga) förhällanden och denitrifikationen dvs. bildningen av kvävgas frän nitrat sker under 5 anoxiska (syrefattiga). Genom att astadkomma perioder av oxiska och anoxiska förhällanden i ledningsnätet, uppnäs en kemiskt initierad reducering av kvävehalten redan ute i avloppsnätet.

Mängden föroreningar, ozon och syrehalten i vattnet kan mätäs för att styra doseringen av ozon. En liten tillförsel av ozon oxiderar främst 10 ammoniaken i avloppsvattnet. En ökning av ozontillförseln oxiderar ocksa organiska kväveföreningar, varvid ammoniak bildas och en ytterligare ökning av ozontillförseln oxiderar slutligen även denna ammoniak. Tillförseln av ozon är alltsa beroende pa vattenkvaliteten. Man strävar dock efter att höja syrehalten tillfälligt eftersom anoxiska förhällanden krävs för denitrifikation. Vid 15 rätt dosering försvinner ozonet snabbt. Denna monitorering av styrningen av ozontillförseln kan ske automatiskt.

Resultatet av ozontillförseln blir en oxidering av kväveföreningar typ ammoniak via nitriter till nitrater. Nitrat kan utnyttjas av anaeroba bakterier som syrekälla med frisläppande av fritt kväve som följd. I och med att sträckorna i 20 ledningsnätet ofta är länga, finns det tid för processen at omvandla ammoniak via NOx till atmosfäriskt kväve. Ozontillförseln medför ocksä en syresättning av avloppsvattnet, vilket gör att funktionen pä reningsverket förbättras och mängden illaluktande föreningar, främst gaser typ H2S minskar. Därtill oxideras en del av det organiska materialet i vattnet.

25 För att förbättra reaktionerna och därigenom effektivera processen kan man tillsätta bromid, eftersom bromidjonerna har en katalytisk inverkan. I praktiken används främst kalium- eller natriumbromid.

• · ·

Eftersom oxideringen av ammonium/ammoniak och av organiskt material sker snabbare i alkalisk miljö (pH 8,5 - 11) kan en pH-höjande

• »I

: 30 kemikalie säsom kalk eller lut tillsättas i samband med ozoneringen. Detta • · · : kommer att minska behovet av pH-justering i reningsverket och därigenom .·, · underlätta utfällningen av föroreningar, inklusive fosforföreningar. Man kan ,' säledes underlätta reaktionen genom att justera pH tili > 8,5, företrädesvis tili mellan 8,5 och 11. pH-höjande medel behövs inte om man tillsätter bromid.

5 104629

Exempel

Avloppsvatten i ett kommunalt ledningsnät innehallande främst svart avloppsvatten frän hushall ozonerades vid tre pumpstationer utefter ledningen: 15, 13 resp. 3 km frän reningsverket. Vattenflödet var 400 - 600 6 m3/dygn. Ozonblandad luft leddes ned i vattnet i avloppsledningen vid botten via dysor. Mängden ozon tillsatt var ca 0,25 g/m3. Mängden totalkväve och BOD7 mattes fore den första ozoneringen och efter den sista, strax fore reningsverket. Under dessa förhallanden erhölls en reduktion av totalkväve frän 72 mg/l tili 51 mg/l dvs en reduktion med 29 %. BOD7 sjönk frän 350 tili 10 240, dvs med 31 %.

» · » «·1« • · • · t · · • · · I » I f » t « · « • · · « · « • « · r · · · • · · • · « « «

< t I

• · • · « · · • 1 f

Claims (8)

1. Förfarande för reducering av kväve i avloppsvatten, k ä n n e - t e c k n a t därav, att man tillför ozon i vattnet i avloppsledningama, sä att 5 man ästadkommer perioder av oxiska och anoxiska förhällanden i ledningama, varvid det sker en kemisk oxidering av kväveföreningama där man tillför ozon och en bakteriell denitrifikation därefter.

2. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat därav, att man tillför ozonet vid ett flertal punkter längsmed ledningsnätet. 10

3. Förfarande enligt patentkrav 2, kännetecknat därav, att man tillför ozonet vid ett flertal pumpstationer.

4. Förfarande enligt nägot av patentkraven 1-3, kännetecknat därav, att man tillför ozonet i form av ozonblandad luft eller ozonblandad syrgas. 15

5. Förfarande enligt patentkrav 4, kännetecknat därav, att den ozonblandade luften leds ned i avloppsledningen vid botten via dysor eller injektor som finfördelar den ozonblandade luften.

6. Förfarande enligt nägot av patentkraven 1-5, känneteck-n a t därav, att man ytterligare tillsätter bromid. 20

7. Förfarande enligt nägot av patentkraven 1-5, känneteck- n a t därav, att man justerar avloppsvattnets pH tili ett värde > 8,5.

6 104629

8. Förfarande enligt nägot av de föregäende patentkraven, kännetecknat därav, att ozontillförseln monitoreras och styrs automatiskt. • · 1 • « · · • · · · · « · · • · · • · * · · i I I • I I • « · • · · • I I • · • f • · « « · 7 104629