FI119730B

FI119730B - Process for removing nitrogen and other undesirable components from waste water and apparatus for use in the process

Info

Publication number: FI119730B
Application number: FI20075493A
Authority: FI
Inventors: Harry Granlund
Original assignee: Konva Ct Oy Ab
Priority date: 2007-06-27
Filing date: 2007-06-27
Publication date: 2009-02-27
Also published as: FI20075493A0; WO2009000970A1; EP2160361A1; FI20075493A; EP2160361A4

Description

Menetelmä typen ja muiden ei-toivottujen komponenttien poistamiseksi jätevesistä ja menetelmässä käytettävä laiteA method for removing nitrogen and other unwanted components from waste water and a device for use in the method

Keksinnön alaField of the Invention

Keksintö koskee menetelmää typen ja muiden ympäristön kannalta 5 ei-toivottujen komponenttien, kuten fosforin ja kiintoaineiden, poistamiseksi jätevesistä, erityisesti ns. harmaasta vedestä. Keksintö koskee lisäksi menetelmässä käytettävää laitetta.The invention relates to a process for the removal of nitrogen and other environmentally undesirable components, such as phosphorus and solids, from waste water, in particular so-called. gray water. The invention further relates to a device for use in the process.

Keksinnön tausta Tänä päivänä keskustellaan paljon ympäristönsuojelusta, jonka 10 olennaisena osana on jätevesien puhdistus. Viime aikoina on ryhdytty yhä enemmän kiinnittämään huomiota haja-asutusalueiden kiinteistöjen, esim. loma-asuntojen, jätevesien käsittelyyn. Tällaisten jätevesien puhdistaminen on erityisen tärkeää sen vuoksi, että kyseiset kiinteistöt, joista jätevedet ovat peräisin, ovat usein vesihuoltolaitosten yleisten viemäriverkostojen ulkopuolella. 15 Tällöin tarvitaan jätevesien puhdistamiseen kunkin kiinteistön omaa yksilöllistä ratkaisua.BACKGROUND OF THE INVENTION Environmental protection, of which wastewater treatment is an essential part, is widely discussed today. Recently, more and more attention has been paid to the treatment of wastewater in sparsely populated buildings, such as holiday homes. The treatment of such wastewater is particularly important because the properties from which the wastewater originates are often outside the public sewerage networks of water supply companies. 15 In this case, a tailor-made solution for each property is required for waste water treatment.

Haja-asutuksen kiinteistöjen jätevedellä tarkoitetaan asumisjätevettä, joka muodostuu pääosin peseytymiseen, ruoanlaittoon, astian- ja pyykinpesuun käytetystä vedestä eli ns. harmaasta vedestä sekä vesikäymälän 20 huuhteluvedestä. Tällaisten jätevesien puutteellinen käsittelyjä niiden johtaminen väärään paikkaan voivat vaarantaa pohjaveden laatua ja saastuttaa talousvesi ka ivoja. Huonosti käsitelty jätevesi kuormittaa myös vesistöjä. Eräs merkittävä, jätevesien puhdistukseen liittyvä ongelma on ollut typen poistaminen yksinkertaisella ja taloudellisesti edullisella tavalla. Typen poistossa on lähinnä 25 käytetty biologisia menetelmiä, jotka edellyttävät monimutkaista laitteistoa ja joiden toteuttaminen yksittäisillä kiinteistöillä on hankalaa.Waste water from sparsely populated buildings refers to residential waste water, which consists mainly of water used for washing, cooking, dishwashing and laundry. gray water as well as the flush water of the water toilet 20. Inadequate treatment of such wastewater can lead to a risk to groundwater quality and contamination of household waterways. Poorly treated wastewater also puts a strain on waterways. One major problem with wastewater treatment has been the removal of nitrogen in a simple and economically advantageous way. Nitrogen removal has mainly used biological methods that require complex equipment and are difficult to implement on individual properties.

Näin ollen on ollut tarve kehittää menetelmä, jonka avulla typpi ja muut ei-toivotut komponentit, kuten fosfori, saataisiin poistettua helposti ja pienin kustannuksin.Thus, there has been a need to develop a process for removing nitrogen and other unwanted components such as phosphorus easily and at low cost.

30 Esillä olevan keksinnön tavoitteena oli siten saada aikaan menetel mä ja menetelmän toteuttamiseksi käytettävä laite, jotka ratkaisevat em. ongelmat. Nyt on yllättäen havaittu, että kyseiseen tavoitteeseen päästään esillä olevan keksinnön mukaisesti suodattamalla typpipitoinen jätevesi käyttämällä suodatusaineena hienojakoista puuainesta.It was therefore an object of the present invention to provide a method and a device for carrying out the method which solve the above problems. It has now surprisingly been found that this object is achieved in accordance with the present invention by filtration of nitrogenous wastewater using fine wood as a filtering agent.

22

Keksinnön yhteenvetoSummary of the Invention

Esillä oleva keksintö koskee menetelmää typen ja fosforin sekä muiden ei-toivottujen komponenttien poistamiseksi harmaasta vedestä siten, että harmaan veden typpipitoisuus alenee 70 - 90 % ja fosforipitoisuus alenee 60 -5 80 %. Menetelmälle on tunnusomaista, että harmaa vesi suodatetaan käyttä mällä suodatusaineena mäntypuun ja kuusipuun hienojakoista seosta.The present invention relates to a process for removing nitrogen and phosphorus and other unwanted components from gray water such that the nitrogen content of the gray water is reduced by 70 to 90% and the phosphorus content is reduced by 60 to 80%. The process is characterized in that the gray water is filtered using a fine mixture of pine and spruce as a filtering agent.

Keksintö koskee myös mainitun menetelmän toteuttamiseksi käytettävää suodatuslaitetta, jolle on tunnusomaista, että se käsittää rungon, jonka sisään on siirrettävästi asennettu pussi, jonka pohjaosa on perforoitu ja joka 10 sisältää mäntypuun ja kuusipuun hienojakoista seosta käsittävää suoda-tusainetta, jolloin runko on varustettu avattavissa olevalla kannella ja rungon yläosassa on jäteveden tuloaukko harmaan veden johtamiseksi rungon sisään, johon tuloaukkoon on kytketty putkella varustettu harmaan veden jakaja veden jakamiseksi tasaisesti suodatusaineen päälle, ja jolloin rungon alaosaan on 15 sovitettu pohjakappale, joka on tarkoitettu toimimaan suodatusainetta sisältävän pussin alustana ja jossa on poistoaukko (-aukkoja) suodatuksessa muodostuneen suodoksen poistamiseksi.The invention also relates to a filtration device for carrying out said process, characterized in that it comprises a body having a removably mounted pouch with a perforated bottom and containing a filter material comprising a fine mixture of pine wood and spruce, the body being provided with an opening lid and at the top of the body there is a waste water inlet for directing gray water into the body to which is connected a pipe gray water distributor for evenly distributing the water over the filter medium, wherein the bottom body is provided with a bottom to serve as a filter pouch base openings) to remove filtrate formed during filtration.

Kuvioiden lyhyt kuvausBrief description of the figures

Kuvio 1 esittää keksinnön mukaista, kannella ja pohjakappaleella 20 varustettua suodatuslaitteen runkoa sekä vaihtoehtoista pohjakappaletta.Figure 1 shows a filter apparatus body according to the invention with a lid and a base member 20 and an alternative base member.

Kuvio 2 esittää liittämisputkella varustettua veden jakajaa.Figure 2 shows a water dispenser with a connecting pipe.

Keksinnön yksityiskohtainen kuvausDetailed Description of the Invention

Esillä olevassa keksinnössä termillä ’’jätevesi” tarkoitetaan kiinteistöiltä, erityisesti haja-asutusalueiden kiinteistöiltä, esim. loma-asuntojen kiin-25 teistöiltä, tulevia jätevesiä. Tällaisia jätevesiä ovat mm. edellä mainitut asumisjätevedet eli ns. harmaat vedet ja vesikäymälöiden huuhteluvedet. Kyseisiin jätevesiin voivat kuulua myös maa-ja karjataloudesta peräisin olevat jätevedet.For the purposes of the present invention, the term '' waste water '' refers to waste water coming from real estates, particularly those in sparsely populated areas, eg holiday homes. Such wastewaters include e.g. the aforementioned residential waste water, or so-called. gray waters and flushing waters for water closets. Such waste waters may also include waste from agriculture and livestock farming.

Termillä ’’hienojakoinen puuaines” tarkoitetaan mänty- tai kuusipuusta, peräisin olevaa hienonnettua, puumateriaalin työstön yhteydessä syn-30 tyvää ainesta, kuten puulastuja, sahanpurua, hioketta ja sahajauhoa ja niiden seoksia. Edullisia puuaineksia ovat sahajauho ja puulastujen seos, erityisesti kutterilastu ja sahajauho. Suodatusaine voi myös olla puristettujen pellettien muodossa.The term "" finely divided wood "refers to pine or spruce-derived material produced during processing of wood material, such as wood chips, sawdust, groundwood, and sawdust and mixtures thereof. Preferred wood materials are sawdust and a mixture of wood chips, especially cutter chips and sawdust. The filter medium may also be in the form of compressed pellets.

Suodatusaine voi hienojakoisen puuaineksen lisäksi käsittää kalkkia 35 tai kalkkiyhdistelmiä, joko sekoitettuna puuainekseen tai erillisenä kerroksena.In addition to the finely divided wood, the filter medium may comprise lime 35 or combinations of lime, either mixed with the wood or as a separate layer.

33

Kalkin käytön etu on mm. siinä, että sen lisäksi, että se edistää esim. fosforin sitoutumista, se myös estää mikro-organismien kasvua, mikä on erityisen tärkeää jatkuvatoimisessa prosessissa.The advantage of using lime is e.g. In addition to promoting, for example, the binding of phosphorus, it also inhibits the growth of microorganisms, which is particularly important in a continuous process.

Esimerkkejä muista ei-toivutuista komponenteista, jotka typen lisäk-5 si voidaan poistaa jätevedestä keksinnön mukaisella menetelmällä, ovat fosfori, orgaaninen aines, tärkkelys ja veden sisältämät kiintoaineet.Examples of other undesirable components that can be removed from waste water by the process of the invention in addition to nitrogen are phosphorus, organic matter, starch and water solids.

Keksinnön mukainen menetelmä toteutetaan edullisesti siten, että suodatuslaitteen muodostamaan säiliöön sisällytetään hienojakoista puuainesta olevaa suodatusainetta, joka on edullisesti pakattu ylhäältä avautuvaan 10 pussiin, esim. tekstiilipussiin, kuten kangaspussin, tai muovipussiin, jonka alaosassa on pieniä reikiä, joiden läpi vesi pääsee valumaan. Pussin käyttö mahdollistaa sen, että suodatusaine on helposti poistettavissa käytön jälkeen. Puhdistettava jätevesi johdetaan suodatuslaitteessa ja mahdollisesti pussissa olevan suodatusaineen läpi ja puhdistettu vesi poistetaan laitteen pohjakappa-15 leessa olevan aukon (olevien aukkojen) kautta. Käytetty suodatusaine voidaan kuivauksen jälkeen joko hävittää esim. polttamalla tai kompostoimalla tai suo-datusaineeseen sidotut komponentit voidaan vapauttaa, minkä jälkeen niitä mahdollisesti voidaan käyttää uudelleen erilaisissa teollisissa prosesseissa.The method according to the invention is preferably carried out by including in the container formed by the filtering device a filter material of fine wood material, preferably packaged in a top-opening bag, e.g. a textile bag such as a cloth bag or a plastic bag with small holes at the bottom. The use of the bag allows the filter media to be easily removed after use. The waste water to be treated is passed through the filter medium in the filtration device and possibly in the bag and the purified water is discharged through the opening (s) in the bottom cap of the device. After drying, the spent filter material can be either disposed of, for example by incineration or composting, or the components bound to the filter media can be released, after which they can be reused in various industrial processes.

Keksinnön mukaisella menetelmällä jäteveden sisältämän typen ja 20 fosforin määriä voidaan oleellisesti alentaa. Esimerkiksi typen vähenemä on noin 70 - 90 % ja fosforin vähenemä on noin 60 - 80 % riippuen ajoajasta ja lä-pivirtausmäärästä. Kiintoaineet voidaan poistaa lähes kokonaan (yli 98 %). Sama koskee tärkkelystä (yli 95 %), joka voi olla peräisin esim. perunan kuo-rintavesistä. BOD- ja COD-arvojen vähenemä on noin 70 - 90 %.By the process of the invention, the amounts of nitrogen and phosphorus in the waste water can be substantially reduced. For example, nitrogen reduction is about 70-90% and phosphorus reduction is about 60-80% depending on run time and flow rate. Solids can be almost completely removed (over 98%). The same applies to starch (over 95%), which may be derived, for example, from potato chamomile water. The decrease in BOD and COD is about 70-90%.

25 Seuraavassa viitataan kuvioihin 1 ja 2, jotka kuvaavat edullisia esi merkkejä keksinnön mukaisesta laitteesta. Alan ammattimiehelle on selvää, että toteutuksessa voidaan soveltaa muitakin muunnelmia poikkeamatta keksinnön perusajatuksesta.Referring now to Figures 1 and 2, preferred embodiments of the device of the invention are illustrated. It will be apparent to one skilled in the art that other variations may be employed without departing from the spirit of the invention.

Kuviossa 1 on esitetty suodatuslaitteen runko 1, joka edullisesti on 30 sylinterimäinen, mutta se voi myös olla monitahokas, esim. kuutio. Runko 1 on varustettu avattavalla, esim. saranoidulla kannella 3. Rungon alaosaan on sovitettu pohjakappale 2, jossa on poistoaukko 4, esim. poistoputki. Vaihtoehtoisena pohjakappaleena voidaan käyttää kuviossa 1 esitettyä pohjakappaletta 2’, jossa on useita aukkoja 5. Kyseistä vaihtoehtoista 2’ pohjakappaletta käy-35 tetään erityisesti silloin, kun laite on upotettu maaperään. Rungon 1 yläosassa, kannen alapuolella, on lisäksi jäteveden tuloaukko (ei esitetty kuviossa).Figure 1 shows the body 1 of the filtration device, which is preferably 30 cylindrical, but may also be multifaceted, e.g., a cube. The body 1 is provided with an opening, e.g. a hinged lid 3. A bottom piece 2 is provided at the lower part of the body with an outlet 4, e.g. an outlet pipe. An alternative base piece 2 'having a plurality of openings 5 as shown in Figure 1 may be used as an alternative base piece. This alternative base base 2' is used particularly when the device is embedded in the ground. Further, the upper part of the body 1, below the lid, has a waste water inlet (not shown in the figure).

44

Kuviossa 2 on esitetty esimerkki keksinnön mukaisessa suodatus-laitteessa käytettävästä jäteveden jakajasta 7 (ylhäältä viistoon katsottuna). Kyseinen jakaja 7 on sopivasti rei’itetty pyöreä, levymäinen, alaspäin kalteva osa, edullisesti alaspäin avautuva katkaistu kartio, johon on kytketty putki 6 lii-5 tettäväksi jäteveden tuloaukkoon. Jäteveden jakaja 7 yhdessä putken 6 kanssa ovat irrotettavissa jäteveden tuloaukosta ja poistettavissa suodatuslaitteen rungosta, mikä helpottaa suodatusaineen vaihtoa. Keksinnön mukainen suo-datuslaite voidaan haluttaessa varustaa sähkövastuksella, esim. lämmityskaa-pelilla, joka erityisesti talviolosuhteissa helpottaa laitteen käyttöä.Fig. 2 shows an example of a wastewater divider 7 (viewed from top to bottom) used in a filtration device according to the invention. The distributor 7 in question is a suitably perforated round, plate-like, downwardly sloping portion, preferably a downwardly opening truncated cone, to which is connected a pipe 6 for connection to a waste water inlet. The waste water distributor 7 together with the pipe 6 are removable from the waste water inlet and can be removed from the body of the filtration device, which facilitates the exchange of the filtrate. If desired, the filtering device according to the invention may be provided with an electric resistor, e.g. a heating cable, which, in particular in winter conditions, facilitates the use of the device.

10 Keksinnön mukaista suodatuslaitetta käytettäessä puhdistamatonta jätevettä, erityisesti harmaata vettä, johdetaan tuloaukon, putken 6 ja jakajan 7 kautta runkoon 1, joka sisältää mäntypuun ja kuusipuun hienojakoista seosta olevaa suodatusainetta pakattuna alaosaltaan perforoituun pussiin, esim. kangas- tai muovipussiin, jota tukee pohjakappale 2 tai 2’. Jätevesi valuu suoda-15 tusaineen ja perforoidun pussin läpi ja poistuu puhdistettuna pohjakappaleen aukon 4, esim. putken, tai aukkojen 5 kautta. Keksinnön mukainen suodatus-laite voidaan asentaa joko maanpinnalle, esim. kalliolle, jolloin laitteessa on edullisesti pohjakappale 2, tai maanpinnan alle, jolloin laitteessa on edullisesti pohjakappale 2’, jossa tapauksessa useampi aukko 5 edistää veden imeyty-20 mistä maaperään.When a filtration device according to the invention is used, untreated waste water, in particular gray water, is led through an inlet, a pipe 6 and a divider 7 to a body 1 containing a fine mixture of pine and spruce wood packed in a bottom perforated bag, e.g. 2 '. The waste water flows through the leachate and the perforated bag and exits cleaned through an opening 4, e.g. a pipe, or openings 5 in the base. The filtration device according to the invention can be mounted either on the ground, e.g. on a rock, preferably having a base 2, or under the surface, preferably having a base 2 ', in which case a plurality of openings 5 promote water absorption into the soil.

Keksinnön mukainen menetelmä ja laite antavat huomattavia etuja verrattuna tunnettuihin järjestelmiin, esim. biologisiin järjestelmiin, joilla on pyritty poistamaan typpi jätevesistä, erityisesti harmaasta vedestä. Nyt kuvattu menetelmä ja sen toteuttamiseksi käytettävä laite eivät vaadi suuria investoin-25 tikustannuksia. Menetelmässä ei tarvita sähköä, erityiskemikaaleja eikä erityistä imeytyskenttää. Käytettävä suodatusmateriaali, so. mäntypuun ja kuusipuun hienojakoinen seos, on helposti saatavissa. Puhdistusprosessissa ei synny hajua, joten keksinnön mukainen, kooltaan pieni suodatuslaite voidaan asentaa myös sisätiloihin. Suodatuslaitteen asentaminen ei vaadi monimutkaisia toi-30 menpiteitä riippumatta siitä, mihin se asennetaan. Käytetty suodatusaine on helposti vaihdettavissa uuteen, erityisesti silloin, kun suodatusainetta käytetään pussiin pakattuna. Suodatusaine voidaan käytön jälkeen helposti hävittää.The method and apparatus according to the invention provide considerable advantages over known systems, e.g. biological systems, which have been designed to remove nitrogen from waste water, especially gray water. The method described and the device used to implement it do not require high investment costs. The method does not require electricity, special chemicals or a special absorption field. The filter material to be used, i.e. a fine mixture of pine and spruce, is readily available. There is no odor in the cleaning process, so a small filtration device according to the invention can also be installed indoors. Installing a filtering device does not require complicated procedures, no matter where it is installed. The filter medium used is easily replaceable, especially when used in a bag. After use, the filter material can be easily discarded.

Seuraava esimerkki valaisee keksintöä.The following example illustrates the invention.

Esimerkki 35 Suodatuskokeissa käytettiin harmaata vettä, joka kerättiin asuntoyh tiön harmaan veden viemäriputkesta. Vesi kerättiin noin 10 litran erissä joka 5 toinen tunti klo 7.00 ja 19.00 välisenä aikana 3 vuorokauden ajan. Kaiken kaikkiaan kerättiin 200 litraa harmaata vettä. Mainittu vesimäärä laimennettiin 1 500 litralla hanavettä niin, että määrä vastaisi 6 henkilön talouden keskimääräistä päästöä. Puhdistamattomasta vedestä otettiin näytteet, minkä jälkeen loppu-5 osa vedestä johdettiin keksinnön mukaisen suodatuslaitteen läpi, joka sisälsi hakkeen ja sahanpurun seosta.Example 35 Gray water collected from a housing company's gray water drain pipe was used for filtration tests. Water was collected in batches of about 10 liters every 5 second hours between 7am and 7pm for 3 days. All in all, 200 liters of gray water were collected. This amount of water was diluted with 1,500 liters of tap water so that it corresponds to the average discharge of a 6 person household. Untreated water was sampled, after which the remainder of the water was passed through a filtration apparatus of the invention containing a mixture of chips and sawdust.

Seuraavassa taulukossa 1 on esitetty harmaan veden suodatusko-keissa saadut keskimääräiset tulokset.The following Table 1 shows the average results obtained in the gray water filtration tests.

Taulukko 1table 1

Tutkittu___Lähtötilanne Tulos__Vähenemä_ _____%__mg pH___6J53__7\36___Investigated ___ Baseline Result__Diminished_ _____% __ mg pH ___ 6J53__7 \ 36 ___

Fosfori__mg/l__29,40__9,84__67 %__19,56 mg Tärkkelys g/l__7\24__O01__99 % 7,23 g BOD7 mg/l__1990__278__86% 1712 mg COD__mg/l__871__104__88 % 767 mgPhosphorus__mg / l__29,40__9.84__67% __ 19.56 mg Starch g / l__7 \ 24__O01__99% 7.23 g BOD7 mg / l__1990__278__86% 1712 mg COD__mg / l__871__104__88% 767 mg

Kalium__g/l__5,86__0,02__99 %__5,84 gPotassium__g / l__5,86__0,02__99% __ 5.84g

Typpi__mg/l__133,0__31,8__76 % 101,2 mg 10Typpi__mg / l__133,0__31,8__76% 101.2 mg 10

Tulokset osoittavat, että keksinnön mukaisella menetelmällä ja suo-datuslaitteella voidaan huomattavasti vähentää typen määrää ja myös muiden ei-toivottujen komponenttien, kuten fosforin, tärkkelyksen ja orgaanisten ainesten määriä harmaassa vedessä.The results show that the process and filtering device of the invention can significantly reduce the amount of nitrogen and also the amount of other undesirable components such as phosphorus, starch and organic matter in gray water.

Claims

1. A process for removing nitrogen and phosphorus and other undesirable components from the excavation water, such that the nitrogen content of the excavator drops by 70-90% and the phosphorus content decreases by 60-80%, characterized in that the excavator is filtered using a finely divided mixture of pine and spruce as a filter agent.

Process according to Claim 1, characterized in that the finely divided mixture is selected from the group of chips, wood buckets, sawdust, sawdust, abrasive pulp and mixtures thereof.

3. A process according to claim 2, characterized in that the finely divided mixture is a mixture of chips and sawdust.

4. A process according to any of the preceding claims, characterized in that the filtering agent also contains lime or lime combinations. 15

5. A process according to claim 4, characterized in that the whey is mixed in the mixture of pine and spruce.

6. A method according to claim 4, characterized in that the whey is present as a separate layer.

7. A method according to any of the preceding claims, characterized in that the filter means is incorporated in a bag with a perforated base.

8. A method according to claim 7, characterized in that the bag is a textile bag.

9. A process according to any of the preceding claims, characterized in that said undesirable components are selected from the group of starch, organic matter and solids.

Filter device for carrying out the method according to any of claims 1 to 9, characterized in that it comprises a body (1), in which movably a bag is provided with a perforated bottom part and containing a filter means comprising a finely divided mixture of pine and spruce, the body being provided with a lid (3) which can be opened, the upper part having an inlet opening for conducting the excavating water into the body (1), to which the inlet opening is coupled to a digging distributor (6) provided with a pipe (6). (7) for distributing the water evenly on the filter means, and wherein a bottom body (2, 2 ') is provided for the lower part of the body (1), which is intended to serve as a support for the bag containing the filter means and having an outlet opening ( openings) (4, 5) to remove the filtrate formed during filtration.

11. A filter device according to claim 10, characterized in that it is provided with an electrical resistor.

12. Filter device according to claim 10 or 11, characterized in that the bottom body has an opening (4) which is tubular.

Filter device according to claim 10 or 11, characterized in that the bottom body has several openings (5).

Device according to any of claims 10 - 13, characterized in that it is made of steel.