FI117382B - Menetelmä sulfidia sisältävän jäteveden puhdistamiseksi - Google Patents

Description

1 117382

Menetelmä sulfldia sisältävän jäteveden puhdistamiseksi Tämän keksinnön kohteena on menetelmä jäteveden puhdistamiseksi, joka sisältää sulfidia, jossa menetelmäs-5 sä hapetetaan sulfidi alkuainerikiksi reaktorissa sulfidia hapettavien bakteerien avulla hapen läsnä ollessa ja ainakin osa hapetuksen aikana muodostuneesta rikistä erotetaan.

Tällaista prosessia on kuvattu esimerkiksi kansain-10 välisessä patenttihakemuksessa WO 91/16 269. Kyseisen menetelmän mukaisesti käytetään minimisuhdetta sulfidin ja biomassan välillä.

Kansainvälinen patenttihakemus WO 92/10 270 kuvaa syklistä menetelmää rikkiyhdisteiden poistamiseksi kaasu-15 maisista virtauksista, jossa menetelmässä vesipitoinen liuos saatetaan vuorottain kosketukseen kaasumaisen virtauksen ja rikiksi hapettavien bakteerien kanssa. Baktee-rihapetuksessa muodostunut alkuainerikki erotetaan vesipi-. toisesta liuoksesta niin, että 0,1 - 50 g alkuainerikkiä/1 *** ; 20 jää kierrätettävään vesipitoiseen liuokseen.

Kaikki tunnetut prosessit jäteveden käsittelemisek- * * * [·* ' si bakteereilla johtavat ongelmaan, joka liittyy baktee- : rien pitämiseen reaktorin sisällä. Tämä ongelma ratkais- • * : taan tavallisesti käyttämällä kantoainetta bakteereja var- * » » V : 25 ten. Tavallisesti käytetään kahdentyyppisiä kantoaineita: (1) liikkuvia kantoaineita, kuten hohkakiveä; kuitenkin : liikkuvien kantoaineiden haittana on, että on ylläpidettä- * * · vä voimakas turbulenssi tai nestevirtaus, jotta ne pysyi- ..· sivät sekoitettuina käsiteltävän jäteveden kanssa ja li- • * : ** 30 säksi osa kantoaineesta sekoittuu muodostuneeseen rikkiin, * * *·..* mikä on haitallista muodostuneen rikin laadulle; (2) kiin- m • ·’· teitä kantoaineita, kuten synteettisen aineen rakenteita; *#· » näillä kiinteillä kantoaineilla on se haitta, että ne tuk- * t * • · · keutuvat nopeasti. Lisäksi sekä tavalliset liikkuvat kan- 2 117382 toaineet että tavalliset kiinteät kantoaineet nostavat huomattavasti käsittelylaitoksen toimintakustannuksia.

Nyt on havaittu, että ongelmat, jotka liittyvät kantoaineen käyttöön, voidaan ratkaista prosessin avulla, 5 jossa osa käsitellystä jätevedestä erotetusta alkuaineri-kistä kierrätetään reaktoriin, niin että alkuainerikin pitoisuus reaktorissa ylläpidetään vähintään 1 g:na/l.

Edullisesti aerobiseen reaktioon kierrätettävän erotetun alkuainerikin määrä on sellainen, että rikkipi-10 toisuus on ainakin 2 g/1, erityisesti ainakin 3 g/1 ja edullisemmin ainakin 4 g/1. On havaittu, että mikrobisella hapettamisella muodostunut rikki selkeytyy nopeammin näissä korkeissa rikkipitoisuuksissa, niin että tehokkaampi rikin ja nestemäisen virtauksen erottaminen voidaan to-15 teuttaa käyttäen samantyyppistä selkeytintä.

Lisäksi on havaittu, että korkeassa rikkipitoisuudessa sulfidia hapettava bakteeri voi liittyä muodostuneeseen rikkiin niin, että aikaansaadaan tehokas biomassa- • β·β kantoainejärjestelmä, joka tekee erillisen kantoaineen e · » ** I 20 käytön tarpeettomaksi.

Keksinnön mukaisessa prosessissa rikkiaggregaatteja * * * *·*β* käytetään edullisesti kantoaineina sulfidia hapettavia : bakteereja varten. Rikkiaggregaateilla ymmärretään rikki- * * : partikkeita, joilla on läpimitta, joka on huomattavasti V : 25 suurempi kuin n. 1 pm ja joita esiintyy rikkidispersiois- sa. Rikkiaggregaateilla on edullisesti ainakin 50 pm:n : läpimitta. Näitä rikkiaggregaatteja muodostuu, kun rikki- • · · ;***: pitoisuus on riittävän korkea; vaihtoehtoisesti rikkiagg- • tt regaatteja voidaan lisätä sellaisinaan biologisen sulfidin • » 30 poiston alussa.

*·*·* Edullisesti käytetään reaktoria, jossa on sisäinen : selkeyttäjä, niin että voidaan erottaa biomassa ja vähin- M# « .**·. tään osa rikistä nestemäisestä virtauksesta reaktorissa.

• t·

Esimerkkireaktori, jossa on sisäinen selkeyttäjä, on niin 35 kutsuttu airlift-loop-reaktori, joka on kuvattu kuviossa 3 117382 1. Kuvion 1 mukainen reaktori on jaettu pystysuorasti kahteen kammioon 1 ja 2, joissa on ylöspäin suuntautuva virtaus ja alaspäin suuntautuva virtaus, vastaavasti. Jätevettä lisätään putken 3 kautta ja puhdistettu vesi pois-5 tetaan putken 4 kautta. Ilmaa lisätään putken 5 kautta ja tämä aiheuttaa pystysuoran virtauksen reaktorissa. Rikin annetaan selkeytyä selkeyttäjässä 6 ja laskeutua takaisin reaktoriin sen pohjassa olevien aukkojen läpi. Puhdistettu vesi voidaan poistaa ylivirtauksena 7 ja putken 4 kautta. 10 Mikä tahansa lieteylimäärä ja/tai rikkiylimäärä voidaan poistaa putken 8 kautta. Käytetty ilma poistuu aukon 9 kautta.

Toinen esimerkki reaktorista, jossa biomassa ja (osa) rikistä reaktorissa erotetaan, on leijukerrosreakto-15 ri. Tällaisissa reaktoreissa selkeytin on osa aerobista reaktoria.

Reaktori, jossa hapetus sulfidistä rikiksi toteutetaan, on edullisesti reaktori, jossa pystysuoraa kierrä- : tystä ylläpidetään happea sisältävän kaasuvirtauksen avul- • · * I 20 la. Airlift-loop-reaktoria, jota on kuvattu kuviossa 1, voidaan myös käyttää tätä tarkoitusta varten. Reaktori, • * · *·* * jossa pystysuoraa kierrätystä voidaan ylläpitää happea • · * ϊ.ί : sisältävän kaasuvirtauksen avulla, on sinänsä tunnettu, * * · esimerkiksi EP-patenttihakemuksesta 24 758.

V * 25 On kuitenkin myös melko käyttökelpoista erottaa rikki ja valinnaisesti biomassa toisessa selkeyttäjässä :reaktorista alaspäin ja kierrättää erotettu aines kokonaan ;***. tai osittain takaisin reaktoriin. Tällainen järjestelmä «·♦ .,· voidaan yhdistää "kiinteään kalvoreaktoriin", jossa bak- • * •30 teeri kasvaa sekä kiinteällä kantoaineella että rikkiagg-*.·.* regaateilla.

• Lisäksi on havaittu edulliseksi käyttää kasvavaa * * * i lietemäärää anaerobisessa reaktorissa, erityisesti sulfi-di-reaktoritilavuuskuorma on enemmän kuin 100 mg/l.h, eri-35 tyisemmin enemmän kuin 200 mg/l.h. Kuitenkaan sulfidikuor- . 117382 4 man ei tulisi olla liian suuri, edullisesti ei suurempi kuin 1 000 mg/1.h, jotta vältyttäisiin liian konsentroidusta rikkiliuoksesta ja liian korkeasta virtauksen sulfi-dipitoisuudesta. Sulfidipitoisuuden virtauksessa tulisi 5 edullisesti olla alle 50 mg/1, edulisemmin alle 20 mg/1.

Haluttua sulfidipitoisuutta voidaan säätää valinnaisesti laimentamalla virtausta kokonaan tai osittain puhdistetulla jätevedellä. Vaihtelevia syöttöpitoisuuksia voidaan aikaansaada kierrätysvirtauksen avulla.

10 Bakteerit, joita voidaan käyttää tämän keksinnön mukaisesti, kuuluvat värittömien rikkibakteerien ryhmään, mukaan lukien Thiobacillus, Thiomicrospira, Sulfolobus ja Thermothrix.

On toivottavaa monissa tapauksissa kontrolloida 15 sulfidin hapetusta rikiksi niin, että toisaalta virtaukseen jää mahdollisimman vähän rikkiä ja toisaalta, että hapettumista korkeamman hapetusasteen rikkiyhdisteiksi on olennaisesti alennettu. Hapetusta voidaan kontrolloida . . säätämällä happisyöttöä tai säätämällä bakteerien määrää **' ; 20 reaktorissa. Kun käytetään happisyöttöä reaktion kontrol- loimiseksi, reaktoriin syötetään edullisesti 0,5 - 1,5 * i < ‘ moolia happea / mooli sulfidia. Kun bakteerimassan määrää : käytetään reaktion kontrolloimiseen, sulfidi/bakteerimas- • a : sasuhde on edullisesti vähintäin 10 mg S2" / mg typpeä bak- :.· · 25 teerimassassa, edullisesti vähintäin 20 mg ja edullisemmin vähintäin 30 mg S2- / mg N.h. Happipitoisuus voi vaihdella : laajalla alueella ja on edullisesti alueella 0,01 - 9,0 mg • · 02/l läsnä olevaa ainetta reaktorissa. Edullisemmin happipitoisuus on alueella 0,01 - 1,0 mg/1. Edullisesti käyte- * 30 tään ilmaa happea sisältävänä kaasuna.

a · a '·*.· On myös havaittu, että korkeilla pitoisuuksilla * natriumioneja ja muita yksiarvoisia kationeja, kuten muita »*i a .**. alkalimetalli-ioneja, on haitallinen vaikutus alkuaineri- * * * kin selkeytyrnisominaisuuteen ja tästä johtuen sen hyödyl-35 lisyyteen kantoaineena. Täten ehtona on, että yksiarvois- 5 117382 ten kationien pitoisuus on alle esimerkiksi 0,25 mol/1 sulfidin hapettumisen aikana rikiksi* Kaksiarvoisten ja moniarvoisten kationien, kuten magnesiumin, havaittiin vaikuttavan vähemmän, mikäli yhtään, rikin flokkulaatioon, 5 joten tällaisia metalli-ioneja voi edullisesti olla läsnä. Lisäksi kaksiarvoisten ja moniarvoisten metalli-ionien läsnäolo vaikuttaa vastustavan yksiarvoisten ionien haitallista vaikutusta ja tästä johtuen edellä mainittu yksiarvoisten kationien alaraj a voi olla korkeampi, mikäli 10 käsiteltävä jätevesi sisältää esim* magnesiumioneja, edullisesti pitoisuutena 1 - 100 mg/1.

pH:n reaktorissa ei tulisi olla edullisesti yli 9,5 keksinnön mukaisessa prosessissa. pH:n alaraja ei ole tärkeä; se voi olla alle 5, koska sulfidia hapettavan baktee-15 rin tiedetään kasvavan niinkin alhaisessa pH:ssa kuin 0,5. Käytännössä pH alueella 7,5 - 9,0 on edullinen.

Kun puhdistetaan jätevettä, joka sisältää suuria pitoisuuksia sulfidia, hapettaminen voidaan toteuttaa myös • kahdessa vaiheessa, joissa käytetään kontrolloituja olo- ; 20 suhteita ensimmäisessä vaiheessa, kuten edellä on kuvattu, ja jäljelle jääneet määrät sulfidia ja rikkiä hapetetaan • "t *·’* edelleen yhdessä mahdollisten läsnä olevien orgaanisten i aineiden kanssa jälkikäsittelyssä.

• * : Keksinnön mukaista prosessia voidaan täten käyttää : 25 jäteveden tai muiden jätevirtausten puhdistamiseen, jotka sisältävät sulfidia tai muita rikkiyhdisteitä, jotka voi- : ·*· daan hapettaa alkuainerikiksi, kuten merkaptaaneja, tio- ··* .···, fenoleja, dialkyylisulfideja, disulfideja, polysulfideja, ]·* hiilidisulfideja ja vastaavia.

* ·' 30 Tätä prosessia voidaan käyttää myös osana jätevir- tausten käsittelyä, jotka sisältävät hapetettuja rikkiyh- J disteitä, kuten sulfaattia, sulfiittia, tiosulfaattia, * * * « ,·*. sulfonihappoja, sulf oksideja ja vastaavia. Hapetetut yh- disteet voidaan ensin pelkistää anaerobisesta, edullisesti 35 biologisesti, sulfidiksi, joka tämän jälkeen muutetaan ri- 6 117382 kiksi edellä kuvatun prosessin avulla. Erityisesti voidaan käyttää rikki- ja sulfaatti-pelkistysbakteereita (SRB), kuten kantoja Desulfovibrio, Desulfomaculum, Desulfomonas, Thermodesulfobacterium, Desulfobulbus, Desulfobacter, De-5 sulfococcus, Desulfonema, Desulfosarcina, Desulfobacterium ja Desulfuromas anaerobisessa vaiheessa, ts. rikkiyhdisteiden pelkistyksessä sulfidiksi.

Esimerkki 1

Sekoitusreaktorissa, jonka tilavuus oli 8 1, kä-10 siteltiin sulfidia sisältävää vettä (sulfidisyöttö: 0,5 g/tunti; sulfidikuorma: 12 kg/m3 päivä) sulfidia hapettavilla bakteereilla hapen läsnä ollessa (2-4 mg/1) pH-arvossa 8 käyttäen 10 tunnin viipymäaikaa. Sulfaattia saostui muutaman prosentin saantona, kun jäljelle jäänyt 15 osa (> 95 %) tuotetta oli alkuainerikkiä.

Alkuainerikin pitoisuus vaihteli alueella 700 mg/1 - 6 g/1. Havaittiin, että kasvavat rikkipitoisuudet johtavat kasvaviin rikin selkeytymisnopeuksiin. Kuviossa . . 2 nähdään näytteen selkeytymisprofiili reaktorista rikki- * * * ; 20 pitoisuuden funktiona.

Esimerkki II

V : Airlift-loop-reaktorissa (pystysuora reaktori, jos- * < ; sa oli ilmasyöttö pohjassa ja sisäinen selkeytin yläosas- sa, kuten nähdään kuviosta 1), jonka tilavuus oli 2 1, kä- :T: 25 siteltiin sulfidia sisältävää vettä (sulfidipitoisuus 500 mg/1; sulfidikuorma 12 kg/m3 päivä) sulfidia hapettavilla . bakteereilla pH-arvossa 8 käyttäen yhden tunnin viipymäai- .*··, kaa. Alkuainerikin pitoisuus pidettiin alueella 2-4 g/1.

jy Sisäisen selkeyttäjän ansiosta enemmän kuin 95 % rikistä J *· 30 jäi reaktoriin. Kuviosta 3 nähdään näytteen selkeytymis- profiili tästä reaktorista (ylempi käyrä) verrattuna sa- : manlaiseen näytteeseen, joka otettiin sekoitusreaktorista ,·**. (alempi käyrä). Nähdään, että rikin erottuminen on tehok- ♦ » kaampaa airlift-loop-reaktorissa mahdollistaen tämän reak-35 torin toiminnan ilman lisäkantoainetta.

Esimerkki III

7 117382

Airlift-loop-reaktorissa, joka on esitetty kuviossa 1 ja jonka tilavuus oli 10 m3, käsiteltiin sulfidia sisältävää virtausta (sulfidipitoisuus 300 mg/1; sulfidikuorma 5 2,5 kg/m3 päivä) sulfidia hapettavilla bakteereilla pH-ar- vossa 8,5 käyttäen 3 1/3 tunnin viipymäaikaa. Alkuaineri-kin pitoisuus pidettiin yli 3 g:na/l sisäisen selkeyttäjän avulla. Happipitoisuus kautta reaktorin oli 0,01 - 0,5 mg/1 vaihdellen vesisyötön rikkikuorman mukaan. Kontrol-10 loimalla hapettavan ilman syöttöä saavutettiin sulfidin poistotehokkuus, joka oli korkeampi kuin 99 %, kun taas 90 - 100 % poistetusta sulfidistä muuttui alkuainerikiksi.

« i

• · I

• I * *·· · * * • * « • I · • ·

« · I

• · I

• M · • i • · « « i · • l« ♦ ··· • st • · · • · * • t

Ml • · * • » • S# ··

♦ I

• »« • « 9

* I

• *

Ml • ·

III

III

IM « ·*

» I • I

Ml

Claims (11)

1. Prosessi jäteveden puhdistamiseksi, joka sisältää sulfidia, jossa prosessissa hapetetaan sulfidi reakto- 5 rissa sulfidia hapettavilla bakteereilla hapen läsnä ollessa alkuainerikiksi ja ainakin osa hapetuksen aikana muodostuneesta rikistä erotetaan jätevedestä, tunnettu siitä, että osa jätevedestä erotetusta alkuainerikistä kierrätetään reaktoriin niin, että alkuainerikin pitoisuus 10 ylläpidetään vähintäin 1 g:na/l reaktorissa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen prosessi, tunnettu siitä, että käytetään rikkiaggregaatteja kanto-aineina sulfidia hapettavia bakteereita varten.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen prosessi, 15 tunnettu siitä, että rikki erotetaan reaktorin väliaineesta käyttäen sisäistä selkeyttäjää reaktorissa.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen prosessi, tunnettu siitä, että hapettaminen toteutetaan reaktoris- . ^ sa, jossa pystysuora virtaus ylläpidetään happea sisältä- ·1· | 20 väliä kaasuvirtauksella.

5. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen prosessi, • · · V1 tunnettu siitä, että rikki erotetaan nestemäisestä « « :J : virtauksesta käyttäen ulkoista selkeyttäjää reaktorin ulko- • · ·.· · puolella. ··» : 25

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen prosessi, tun nettu siitä, että bakteerit ovat kiinnittyneet kiinte- • ·1. ään kalvoon. *·· .1··.

7. Minkä tahansa edeltävän patenttivaatimuksen mu- kainen prosessi, tunnettu siitä, että alkuaineri- • 1 • ·· 30 kin pitoisuus ylläpidetään vähintään 2 g:na/l reaktorissa. *..1· 8. Minkä tahansa edeltävän patenttivaatimuksen mu- t kainen prosessi, tunnettu siitä, että alkuaineri- • · ····. kin pitoisuus ylläpidetään vähintään 3 g:na/l reaktorissa.

8 117382

9. Minkä tahansa edeltävän patenttivaatimuksen mu-35 kainen prosessi, tunnettu siitä, että sulfiditila-vuuskuormitus reaktorissa on suurempi kuin 200 mg/l.h. 117382

10. Minkä tahansa edeltävän patenttivaatimuksen mukainen prosessi, tunnettu siitä, että vähintään osa läsnä olevista kationeista reaktorissa on kaksiarvoisia tai moniarvoisia metalli-ioneja.

11. Prosessi jäteveden puhdistamiseksi, joka sisäl tää hapetettuja rikkiyhdisteitä, kuten sulfaattia tai sul-fiittia, jossa prosessissa jätevettä käsitellään sulfaattia pelkistävillä bakteereilla ja tämän jälkeen käsitellään saatua sulfidia sisältävää vettä sulfidia hapettavilla bak-10 teereilla hapen läsnä ollessa muodostamaan alkuainerikki, tunnettu siitä, että sulfidia sisältävä vesi puhdistetaan käyttäen minkä tahansa edeltävän patenttivaatimuksen mukaista prosessia. • i • * » « · •M * • ··· ' I » I ··· • · t ♦ * » « « » « « : : .\ • » t t«* * « « · « · » « I · · « » * ··· • « ··· #» • · • ·· « · · * · iB t « I I I • · · #M * «H • t • I Hl 117382 ίο