FI70694C - Foerfarande foer behandling av avfallsvatten - Google Patents

Description

TRI ,11 KUULUTUSJULKAISU

UTLÄGGNINGSSKRIFT /0^94 C ,.,-v Pätene ui ir.yotiii'-'Lt/

' ' P?. tent r-I^ht CC 10 1D3C

(51) Kv.lk.*/lnt.CI.* C 02 F 3/12 SUOMI —FINLAND (21) Patenttihakemus - Patentansökning 780339 (22) Hakemispäivä - Ansöknlngsdag 02 02 78 (23) Alkupäivä — Gilcighetsdag 02 02 78 (41) Tullut julkiseksi — Blivit offentlig 05 08 78

Patentti- ja rekisterihallitus Nähtäväksipanon ja kuul.julk.isun pvm. - ,, n, ’

Patent- och registerstyrelsen v ' Ansökan utlagd och utl.skriften publicerad . 0b .ob (86) Kv. hakemus — Int. ansökan (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus — Begärd prioritet Oi) Q2 77 16.02.77, 17.03.77, 12.09.77 Iso-Britannia-’ -Storbritannien(GB) 4699/77, 6490/77 11365/77 37978/77 Toteennäytetty-Styrkt * ’ (71) B0C Limited, Hammersmith House, London W6 9DX, Iso-Britannia-Storbri-tannien(GB) (72) Michael Ernest Garrett, Woking, Surrey, Iso-Britannia-Storbritannien(GB) (74) Berggren Oy Ab (54) Menetelmä jäteveden käsittelemiseksi - Förfarande för behandling av avfal1svatten Tämä keksintö koskee menetelmää vesipitoisen jäteaineen, erityisesti jäteveden käsittelemiseksi, jolla jäteaineella on biokemiallinen hapen tarve.

Monissa tunnetuissa jäteveden käsittelyprosesseissa käytetään useita käsittelyvaiheita, joihin kuuluu ilmastusvaihe, primäärinen ja joskus yksi tai useampia sekundäärisiä käsittelyvaiheita, joissa jäteveden biologinen hajoaminen tapahtuu ja saostumisvaihe, jossa käsitelty jätevesi jaetaan selkeytetyksi nesteeksi ja konsentroiduksi lietteeksi. Kukin vaihe toteutetaan usein yhdessä tai useammassa käsittelytankissa, joissa saostusaika on huomattava. Lisäksi erottumisesta erilliseksi bakteerilietteeksi ja käsitellyksi nesteeksi voi olla seurauksena huomattavia ilmattomuus-jaksoja, joissa tapahtuu vähän käsittelyä, mistä on seurauksena suhteellisen pitkä kokonaiskäsittelyjakso.

Joissakin viimeaikaisissa ehdotuksissa on suositeltu hapen käyttöä ilman sijasta hapettamiseen sekundäärisessä käsittelyvaiheessa tai -vaiheissa jäteveden käsittelylaitoksissa. Tämä saattaa Luoda mukanaan tLättyjä etuja nopeuttamalla kokonaiskä- 2 70694 sittelyjaksoa ja lisäämällä sitä biokemiallista kuormitusta, jonka käsittelyyn laitos pystyy. Toiselta puolen ilman korvaaminen hapella voi johtaa ei-toivottuun käsiteltävän jäteveden happamuuden lisääntymiseen, mikä johtuu lisääntyneestä nopeudesta bakteerisen hiilidioksidin muodostuksessa, joka on seuraus liuenneen hapen konsentraation lisääntymisestä, mikä voidaan saada aikaan. Lisäksi joistakin aikaisemmista ehdotuksista hapen käyttämiseksi on tuloksena ollut liian nopea lietteen muodostuminen. Lisäksi joissakin happea käyttävissä laitoksissa tarvitaan suljettuja eikä päältä avoimia käsittelytankkeja, mikä lisää laitoksen pääomakustannuksia.

FI-patenttijulkaisusta 37238 tunnetaan puhdistamo jäteveden puhdistamiseksi aktiivilietemenetelmällä. Tämä puhdistamo käsittää selkeytysaltaan ja sitä ympäröivän ilmastusaltaan, johon puhdistettava vesi johdetaan ja josta se poistuu selkeytysaltaaseen. Ilmastus- ja selkeytysaltaan välinen seinä on siten konstruoitu, että vesi joutuu ilmastusaltaassa eteenpäin liikkuessaan poikittaiseen kiertoliikkeeseen, etenemään siis ruuvimaisesti. Selkeytysaltaan pohjalta otettua aktiivilietettä kierrätetään mammuttipumpulla takaisin ilmastusvaiheeseen.

FI-patenttihakemuksista 121/70 ja 752 256 ja US-patenttijulkaisusta 3 804 255 tunnetaan eräitä toisentyyppisiä vedenpuhdistus-laitteita.

DE-hakemusjulkaisusta 2 303 396 ja US-patenttijulkaisusta 4 000 227 tunnetaan menetelmiä kaasun liuottamiseksi nesteeseen.

Näissä tunnetuissa vedenpuhdistamolaitteissa, niissä tapauksissa että lietettä kierrätetään, samoinkuin tavanomaisissa aktiivi-lieteprosesseissa lietteen kierrätysnopeus on suunnilleen yhtä suuri kuin käsiteltävän jäteveden syöttönopeus. Tämä saattaa johtaa suureen liuenneen typen kokonaispitoisuuteen nesteessä ja tästä johtuen ei voida saavuttaa korkeita liuenneen hapen pitoisuuksia. Myöskin haitallisen hiilidioksidin pitoisuus saattaa nousta korkeaksi.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on saada aikaan menetelmä

II

3 70694 sellaisen vesipitoisen jäteaineen käsittelemiseksi, jolla on biokemiallinen hapen tarve, joka menetelmä vaatii vain yhden käsittelytankin ja joka menetelmä on vailla edellä mainittuja epäkohtia.

Tämä keksintö koskee näin ollen menetelmää vesipitoisen jäteaineen käsittelemiseksi, jolla on biokemiallinen hapen tarve, jossa menetelmässä: a) jatkuvasti etenevä, bakteerilietettä sisältävän, vesipitoisen nesteen virtaus yhdistetään jatkuvasti etenevään vesipitoisen jäteaineen virtaukseen; b) happea viedään yhdistettyyn virtaukseen, niin että siihen muodostuu erillisiä happikaasukuplia, mikä edistää hapen liukenemista ; c) virtaukset viedään vesipitoisen jäteaineen tilavuuteen, johon kuuluu ylempi suhteellisen tyyni kerros selkeytettyä vesipitoista jäteainetta ja alempi kerros vesipitoista jäteainetta, jossa jäteaineen biologinen käsittely tapahtuu ja joka sisältää bakteerilietettä, jolloin virtaukset viedään tyyntymisvyöhykkee-seen, joka on rajoitettu ylemmän kerroksen sisään siten, että sisäänviedyn nesteen liikemäärä on olennaisesti alentunut ennen kuin neste menee alempaan kerrokseen; d) selkeytetty neste ylemmästä kerroksesta poistetaan tai pannaan virtaamaan pois; ja e) bakteerilietettä sisältävää vesipitoista ainetta kierrätetään poistamalla tätä ainetta alemman kerroksen pohjasta tai sen läheisyydestä, jolloin se muodostaa mainitun jatkuvasti etenevän, bakteerilietettä sisältävän, vesipitoisen nesteen virtauksen, jolle menetelmälle on tunnusomaista, että bakteeri-lietettä sisältävän vesipitoisen aineen kierrätysnopeus on vähintään viisi kertaa suurempi kuin vesipitoisen aineen syöttönopeus.

Esillä olevan keksinnön mukaisen menetelmän poikkeuksellisen korkealla kierrätysnopeudella saavutetaan siten seuraavat edut: 1. Suuren kierrätysnopeuden ansiosta on mahdollista tyydyttää suuret biokemiallisen hapen tarpeet.

2. Suuri kierrätysnopeus pienentää liuenneen typen kokonaispitoisuutta yhdistetyssä nesteessä ja tästä johtuen voidaan saa- 4 70694 vuttaa korkeita liuenneen hapen pitoisuuksia.

3. Koska yhdistettyyn nesteeseen voidaan liuottaa suhteellisen suuria määriä happea, niin haitallinen hiilidioksidi voidaan syrjäyttää nesteestä.

Virtauksen hapettamisella viemällä siihen happikuplia vältetään ennestään tunnetuissa järjestelmissä käytetyn erillisen ilmastus-tankin tarve ja lisäksi laskeutuneen lietteen sekundäärinen käsittely vielä erillisessä prosessivaiheessa myös tulee tarpeettomaksi. Keksinnön mukaisen menetelmän etuna on, että saavutetaan suhteellisen tyyni, hapetetulla nesteellä syötetty käsittelyvyöhyke järjestelmässä, jonka koko käsittelyjakso tapahtuu yhdessä käsittely-astiassa. Lisäksi, koska hapettaminen ja saostuminen tapahtuvat yhdessä astiassa, ei saostuminen aiheuta ilmatonta olotilaa ja denitrifikaatiosta johtuva lietteen kelluvien kiinteiden aineiden riski saadaan minimoiduksi.

Vesipitoisen aineen virtaus, joka sisältää kuplia (happi), johdetaan edullisesti alaspäin läpi laajenemiskammion, jossa neste-virtauksen nopeus pienennetään arvoon, joka mahdollistaa pidennetyn kosketusajan alasvirtaavan nesteen ja kammiossa nousevien kaasu-kuplien välillä, jolloin virtaus viedään kammioon siten, että kammiossa syntyy riittävästi pyörteilyä hajottamaan suuremmat yhtyneet kuplat virtauksessa suhteellisesti pienemmiksi kupliksi. Virtaus, joka sisältää nestettä, liuennutta kaasua ja mahdollisesti suhteellisen pieniä kuplia liukenematonta kaasua, voidaan sitten johtaa käsittelyastiaan. Laajenemiskammiossa on nesteen nopeus edullisesti sellainen, että vain pienimmät kuplat tulevat siirretyiksi pois kammion pohjasta. Suuremmat kuplat, joista jotkut voivat olla muodostuneet pienemmistä, kammiossa yhtyneistä kuplista, nousevat kammiossa pyörteilyalueeseen, mistä on seurauksena näiden suurempien kuplien hajoaminen.

Joissakin suoritusmuodoissa voidaan lisää pyörteilyä synnyttää kammioon tulevan nestevirtauksen iskulla kammiossa olevan nesteen pintaan.

Tyypillisesti, alaspäin läpi laajentumiskammion virtaavalla nesteellä ei ole tasaista nopeutta. Kammion seinien lähellä oleva neste

II

5 70694 pyrkii virtaamaan hitaammin kuin kammion keskellä oleva neste. Nesteen nopeushajonta, joka aiheutuu suuttimesta tai putkesta, joka avautuu ylempään kammioon, on tyypillisesti sellainen, että vaikka keskimääräinen nopeus alaspäin voi olla suuruusluokkaa esimerkiksi 0,3 m/s, aksiaalisesta keskiosalla nestettä voi olla nopeus alaspäin 0,5-2 m/s, esimerkiksi 1-2 m/s riippuen purkauskertoimesta ja kammion ulompi alue voi jopa sisältää ylöspäin virtaavaa nestettä, joka sisältää kaasukuplia. Tällainen ylöspäin virtaava neste tulee vedetyksi suurempinopeuksiseen, keskeiseen, alaspäin virtaa-vaan nesteen osaan. Tyypillisesti valitaan nestekammioon tulevan nestevirtauksen keskimääräinen nopeus alaspäin siten, että nopeus on riittävä kuljettamaan kuplia alaspäin ja pyörteily on riittävä hajottamaan monet suuremmista kuplista. On toivottavaa, että lisätään nopeus sellaiseen arvoon, että mikään kuplista ei pysty nousemaan, koska tämä alentaisi kaasu/neste-kosketusta.

Keksinnön joissakin suoritusmuodoissa laajenemiskamniona on ontto sylinteri-mäinen elin, jolla on vakinainen poikkileikkauspinta-ala. Toinen kammio, jolla on suurempi poikkileikkausala, voi olla sijoitettu välittömästi laajenemiskammion alapuolelle toimimaan irtautumis-vyöhykkeenä, jossa esiintyy suhteellisen tyyni nestemäärä laaje-nemiskammiossa olevan suhteellisen pyörteisen kaasu/neste-kosketin-vyöhykkeen alapuolella. Irtautumisvyöhykkeessä kerääntyy suhteellisen pieniä kuplia ja nämä yhtyvät suuremmiksi kupliksi, jotka nostovoimallaan nousevat pyörteilyvyöhykkeeseen, jossa leikkaus-voimat pienentävät jotkin niistä jälleen pienemmiksi kupliksi. Tyypillisesti on nopeus alaspäin irtautumisvyöhykkeessä n. 1-2 m minuutissa.

On edullista, että kaasu viedään virtaukseen pumpun lähellä, joka on sijoitettu johtoon ylävirtaan laajenemiskammiosta aikaansaamaan paineinen nesteen virtaus johdon lävitse, vaikka kaasu voidaan viedä suoraan pumpun kierukkaan. Tällä tavoin kaasu tuodaan hyvin pyörteeseen vyöhykkeeseen nestevirtauksessa, niin että suhteellisen pieniä kaasukuplia välittömästi on nestevirtauksessa.

Keksinnön joissakin suoritusmuodoissa astian pohja voi olla alaspäin kalteva, niin että liete pyrkii painovoiman vaikutuksesta liikkumaan kohti ulosmenoa, jonka kautta se uudelleenkierrätetään edellä mainitulla tavalla, mutta toisissa suoritusmuodoissa voidaan käyttää tasaista pohjaa, vaikka näissä suoritusmuodoissa edullisesti käytetään kaapimia ja/tai muita keinoja jaksottaisesti poistamaan hapettumaton liete.

6 70694

Keksinnön mukaisesti saadaan myös aikaan menetelmä, jossa viedään vesipitoisen aineen virtaus tyyntymiskoteloon, joka väliseinällä tai muulla elimellä on jaettu ylemäpään ja alempaan vyöhykkeeseen, käytetään mekaanista härmennintä tai muita mekaanisia välineitä synnyttämään vesipitoisen aineen virtaus, aluksi pyörteinen, tyyntymiskotelon ylemmästä vyöhykkeestä väliseinässä (tai muussa elimessä) olevan tiehyen lävitse ja sitten läpi tyyntymiskotelon alemman vyöhykkeen, joka tiehyt ulosmenossaan on laajempi kuin sisäänmenossaan, niin että vesipitoinen aine menettää nopeuttaan tiehyessä, niin että muodostuu laajenemiskammio; viedään happea pyörteiseen virtaukseen, jolloin pyörteily aiheuttaa kaasukuplien muodostumisen, jotka kulkevat väliseinässä (tai muussa elimessä) olevan tiehyen lävitse suspensioksi lävitsevirtaavaan vesipitoiseen aineeseen ja johdetaan bakteerinen liete tyyntymiskotelon ylempään vyöhykkeeseen.

Laitteiston ollessa toiminnassa happikuplien nopeus hidastuu vesipitoisen aineen mukana, kun tämä kulkee tiehyen lävitse ja kun se sen jälkeen kulkee tyyntymiskotelon alemman vyöhykkeen lävitse. Nesteen virtaus tiehyen lävitse voi olla järjestetty siten, että suuremmat kuplat pyrkivät nousemaan vesipitoisen aineen virtausta vastaan läpi tyyntymiskotelon alemman vyöhykkeen. Tosiasiassa on mahdollista järjestää laitteisto siten, että vain suhteellisen pienet happikuplat tulevat kuljetetuiksi ulos tyyntymiskotelosta vesipitoisen aineen mukana. Tällaiset kuplat liukenevat nopeasti vesipitoiseen jäteaineeseen johtuen niiden pienestä koosta.

Suuremmat kuplat tulevat pidätetyiksi pitemmän aikaa tyyntymiskotelon alemmassa vyöhykkeessä, mikä mahdollistaa myös näiden kuplien liukenemisen.

Voi olla pyrkimys suhteellisen suurien kaasutaskujen kokoontumiseen välittömästi väliseinän tai muun elimen alle. Sen vuoksi on edullista, että sen lisäksi, että laitteistossa on sisääntulo happea varten, yhteydessä alempaan vyöhykkeeseen tyyntymiskotelossa on tiehyen ulkopuolella lisäsisäänmeno tai -sisäänmenoja liukenemattomia happikuplia varten, jolloin tämä sisäänmeno tai nämä sisäänmenot on edullisesti sijoi-

II

70694 tettu siten, että happikuplat tulevat uudelleenviedyiksi pyörteiseen virtaukseen.

Mekaanisena hämmentimenä on edullisesti siivikko. Mekaanista hämmen-nintä voidaan käyttää synnyttämään tehokas imu vetämään bakteerista lietettä tankin pohjaosasta ensimmäisen johdon kautta tyyntymiskote-lon ylempään vyöhykkeeseen.

Sen vuoksi voi laitteisto olla varustettu johdolla, joka ulottuu väliseinän lävitse ja jonka toinen pää sijaitsee kohti tankin pohjaa ja toinen pää on tyyntymiskotelon ylemmässä vyöhykkeessä. Haluttaessa voidaan kuitenkin erillistä pumppua käyttää aikaansaamaan haluttu kiinteiden aineiden virtaus tankkiin.

Tuleva vesipitoinen aine viedään edullisesti toisen johdon kautta siihen bakteeriseen lietteeseen, joka palautetaan tyyntymiskotelon ylempään vyöhykkeeseen. Vaihtoehtoisesti voidaan vesipitoinen jäteaine tuoda tyyntymiskotelon ylempään osaan erillisenä mainituista kiinteistä aineista.

Väliseinä on edullisesti lamina. Siinä on edullisesti aukko ja tämän yläpuolelle ja alapuolelle on asennettu kapeampi (yläpuolelle) ja laveampi (alapuolelle) päistään avoin elin, jotka yhteistoiminnassa määrittävät tiehyen. Siivikko sijaitsee edullisesti kapeammassa päistään avoimessa elimessä. Vesipitoinen jäteaine, joka kulkee tyyntymiskotelon ylemmästä vyöhykkeestä alempaan vyöhykkeeseen, kokee sen vuoksi ensin nopeuden alenemisen, kun se kulkee tiehyen kapeammasta osasta laveampaan osaan ja edelleen nopeuden alenemisen, kun se kulkee tiehyestä tyyntymiskotelon alempaan vyöhykkeeseen.

Laitteisto on edullisesti varustettu välineillä saasteiden kuormi-seksi selkeytetyn nesteen pinnalta.

On edullista, että vesipitoinen aine tehokkaasti uudelleenkierräte-tään useita kertoja. Toisin sanoen, vesipitoisen aineen uudelleen-kiertonopeus käsittelyastiaan vähintään viisi kertaa suurempi kuin nopeus, jolla vesipitoista jäteainetta vastaanotetaan astiaan käsittelyä varten. Tämä on riittävä siihen, että tapahtuu orgaanisen saasteen asianmukainen poistaminen. Kertojen lukumäärä on tyypillisesti alueella 5-20, vaikka se voi olla suurempikin, 8 70694 riippuen tulevan jäteveden (tai muun vesipitoisen jäteaineen) biokemiallisesta hapen tarpeesta. Esimerkiksi jos hapettamislaite pystyy liuottamaan 30 mg/1 happea, bakteerista lietettä sisältävän vesipitoisen aineen uudelleenkiertonopeus suhteessa uuden vesipitoisen jäteaineen tuontiin täytyy olla 8 suhde 1 biokemiallisen happi-tarpeen 270 mg/1 poistamiseksi.

Tuleva vesipitoinen jäteaine sisältää luonnollisesti bakteerit, jotka ovat tarpeen biologista (tai biokemiallista) käsittelyä varten. Käsittelyastiassa tapahtuu luonnollisesti nesteen netto-ylös-päinliikettä. Vesipitoinen aine asettuu itsestään luonnollisesti vesipitoisen aineen alemmaksi vyöhykkeeksi, joka sisältää bakteerista lietettä ja ylemmäksi kerrokseksi selkeytettyä vesipitoista nestettä. Selkeytetty neste virtaa ylemmän kerroksen pinnasta ulos astiasta, tyypillisesti yli ulosjohtamis-ylisyöksyn, joka on muodostettu astiaan. Täten on olemassa jatkuva virtaus selkeytettyä, käsiteltyä nestettä ulos käsittelyastiasta.

On toivottavaa, että saadaan aikaan suhteellisen suuri konsentraa-tio liuennutta happea siinä vesipitoisessa aineessa, joka kulkee läpi tyyntymisvyöhykkeen, jotta edistettäisiin orgaanisten saasteiden nopeaa hapettumista. Käytännössä on mahdollista saavuttaa liuenneen hapen konsentraatio, joka on jopa 25 ppm tai ylikin (esimerkiksi 30 ppm) nesteessä, joka kulkee läpi tyyntymisvyöhykkeen, riippuen muun muassa niistä suhteellisista nopeuksista, joilla bakteerista lietettä sisältävä neste uudelleenkierrätetään ja käsiteltävää uutta vesipitoista ainetta vastaanotetaan prosessiin.

Kun uudelleenkiertonopeus on suurempi kuin nopeus, jolla uutta vesipitoista ainetta tulee käsittelyprosessiin, tulee mahdolliseksi saada aikaan suotuisat olosuhteet hapettamiselle. Kun käytetään laajenemiskammiota ja irtautumiskammiota, kuten edellä mainittiin, on mahdollista toteuttaa hapettaminen siten, että käytännöllisesti katsoen ei ole mitään kosketusta ulkoilman ja hapettavan nesteen välillä. Täten se typpi, joka on liuenneena tulevaan vesipitoiseen jäteaineeseen, on olennaisesti ainoa typpi joka tulee käsiteltävään nesteeseen. Täten mitä suurempi on uudelleenkiertonopeuden suhde siihen nopeuteen, jolla uusi aine virtaa prosessiin, sen alhaisempi on liuonneen typen konsentraatio hapetettavassa nesteessä ja tästä johtuen sitä suurempi on se pysyvästi liuenneen hapen konsentraatio (erotettuna siitä liuenneesta hapesta, joka melkein 9 70694 välittömästi tulee ulos liuoksesta), joka voidaan saavuttaa.

Bakteerit tarvitsevat happea hengitykseen. Ne antavat hiilidioksidia, joka liukenee nesteeseen. Hapen tai happea sisältävän kaasu-seoksen liuottaminen uudelleenkierrätettävään nesteeseen syrjäyttää ainakin osan liuenneesta hiilidioksidista. Olemme havainneet, että kaasu välittömästi tyyntymiskammioon tulevan nesteen yläpuolella on rikasta hiilidioksidista, mikä osoittaa, että hiilidioksidi on tullut korvatuksi hapella, joka on liuennut nesteeseen, joka kulkee läpi hapettamislaitteen. Täten olemme havainneet, että liian happa-met olosuhteet käsittelyastiassa tulevat vältetyiksi. Tyypillisesti voi pH käsittelyastiassa olevassa nesteessä olla suuruusluokkaa 6,5. Kun uudelleenkiertonopeuden suhde uuden vesipitoisen jäteaineen sisäänvirtaukseen on suhteellisen suuri, niin tämä edistää sellaisten suhteellisen korkeiden pH-tasojen saavuttamista ilman että tarvitaan erillisiä välineitä hiilidioksidin poistamiseksi nesteestä.

Tyypillisesti voi liuenneen hapen konsentraatio alemmassa vyöhykkeessä olla suuruusluokkaa 3 osaa miljoonasta pohjalla ja tämän vyöhykkeen yläpäässä noin 0,5 osaa miljoonasta. Hapetettava neste voi tyypillisesti sisältää 2000 - 5000 mg/1 suspensoituneita kiinteitä aineita. Bakteeriravinnon painosuhde biomassaan (so. tässä nesteessä olevaan bakteeripainoon) voi tyypillisesti olla luokkaa 0,5-3.

Uskomme, että tämä kokonaisalue suosii suhteellisen hidasta bakteeri-populaation kasvua käsittelyastiassa, mikä tekee mahdolliseksi pitää alhaisena se liikaliete, joka aika ajoin täytyy poistaa prosessista .

Vesipitoinen jäteaine voi olla asumis- tai kunnallista jätevettä, teollisuusjätevettä tai jotakin muuta teollisuuden poistoainetta, kuten esimerkiksi paperimassatehtaan jätettä.

Seuraavassa selitetään keksinnön mukaista menetelmää ja käytettyä laitteistoa viittaamalla oheisiin piirustuksiin.

Kuvio 1 on kaaviollinen esitys jäteveden käsittelylaitteistosta, jossa esillä olevan keksintö on toteutettu.

Kuvio 2 on kaaviollinen esitys toisesta keksinnön mukaisen menetelmän toteuttamiseksi käytetystä laitteistoista.

Kuvio 3 on kaaviollinen esitys kolmannesta keksinnön mukaisen menetelmän toteuttamiseksi käytetystä laitteistosta.

10 70694

Kuvio 4 on kaaviollinen esitys keksinnön mukaisen menetelmän toteuttamiseksi käytetyn laitteiston osasta.

Kuvio 5 on kaaviollinen esitys keksinnön mukaisen menetelmän toteuttamiseksi käytetyn laitteiston osasta.

Kuvio 6 on kaaviollinen esitys keksinnön mukaisen menetelmän toteuttamiseksi käytetyn laitteiston osasta.

Kuviossa 1 kuvattuun jäteveden käsittelylaitteistoon kuuluu käsitte-lytankki 110, jossa on ulosmenoa 111 kohti kalteva pohja. Päistään avoin putkimainen tyyntymiskotelo (tai -kammio) 112 on ripustettu tankin 110 ylempään vyöhykkeeseen 124. Uudelleenkiertoneste-putkijohto 113 johtaa ulosmenosta 111 ja pumpusta 114 johtoon 113, vetää höytyistä lietettä, joka sisältää bakteerista lietettä, joka laskeutuu kohti tankin 110 pohjaa ja kierrättää tätä lietettä paineisena, n. 1-6 m vesipatsasta, läpi kaasu/neste-kosketuslaitteen 115, josta se kulkee tankissa 110 olevaan jäteveteen tyyntymiskote-lon 112 sisällä olevassa kohdassa. Happea johdetaan läpi johdon 113 virtaavaan nesteeseen hapen syöttöjohdon 116 kautta. Lisäbakteerisyöttö sisäänvirtaavan nesteen muodossa johdetaan nestejohtoon 113 johdon 120 kautta, joka on yhdistetty tällaisen syöttönesteen lähteeseen.

Hapen syöttöjohto 116 voi johtaa painelähteestä tai happi voi yksinkertaisesti tulla vedetyksi sillä tyhjövaikutuksella, jonka aikaansaa venturin sijoittaminen johtoon 133 siihen kohtaan, jossa johto 116 liittyy johtoon 113. Tämä kohta voi olla pumpun 114 lähellä, niin että nestevirrassa synnytetty suuri pyörteily aiheuttaa suhteellisen pienien kaasukuplien muodostumisen virtaukseen. On myös mahdollista suihkuttaa happikaasu suoraan pumpun kierukkaan.

Tätä kaasua tuodaan sellaisella nopeudella, että nestevirtaukseen liuennut määrä on 25 osaa miljoonasta tai enemmän.

Kosketuslaitteeseen 115 kuuluu ylempi kammio 17 ja alempi laajempi kammio 118. Näiden poikkileikkausmuoto voi olla pyöreä, suorakulmainen, neliömäinen, tai monikulmion muotoinen. Nesteen nopeuden ylemmässä kammiossa 117 määrää tuleva virtaus ja kammion poikkileikkauspinta-ala. Kuitenkin, kuten edellä jo mainittiin, kammion 117 keskiosassa nesteellä on suurempi nopeus alaspäin kuin nesteellä kammion • i 1» 11 11 70694 seinien vieressä, jolla Viimeksimainitulla nesteellä voi olla jopa pieni positiivinen nopeus ylöspäin. Täten vaikka voidaan valita keskimääräinen nopeus kammion 117 lävitse 0,3 m/s, tämä tyypillisesti antaa keskeiselle alaspäin suunnatulle nestevirtaukselle nopeuden 1-2 m/s, esimerkiksi 1,5 m/s. Tämä suhteellisen nopeasti alaspäin liikkuva keskeinen nestevirtaus kuljettaa siinä olevat kaasukuplat mukanaan alempaan kammioon 118. Nesteen nopeus kammion 118 lävitse on tyypillisesti luokkaa 1,9 m/min. Kammioiden välillä tapahtuva nopeuden alennus voidaan järjestää aiheuttamaan kaikkien paitsi pienimpien kuplien jääminen kammioon 118. Kuplat yhtyvät kammiossa 118 suuremmiksi kupliksi, jotka nousevat nesteen alaspäin suunnattua virtausta vastaan ja tulevat ylempään kammioon 117. Jotkut kuplat jatkavat nousuaan, mahdollisesti kammion 117 seinien lähellä olevan nesteen mukana, ja tulevat uudelleen pyörteiseen vyöhykkeeseen, jonka aiheuttaa kammioon 117 tuleva neste. Tämä pyörteily synnyttää leikkausvoimia, jotka rikkovat kuplat pienemmiksi, jotka tulevat kuljetetuiksi alaspäin kammiosta 117 alaspäin virtaavan nesteen mukana.

Tyypillisesti kestää nesteen kulku kosketuslaitteen 115 lävitse noin 1 minuutin.

Nestevirtaus, joka sisältää liuennutta happea noin 25 osaa miljoonasta ja pieniä kuplia liukenematonta kaasua, siirtyy tankkiin 110.

Hapetettu nestevirtaus tulee tankissa 110 olevaan jätevesimäärään tyyntymiskotelon 112 sisällä ja sen liikemäärän olennaisesti hävittää tämän kotelon sisältämä nestemäärä. Suhteellisen tyyni virtaus hapetettua bakteerista lietettä, hieman tiheämpää kuin kirkas neste, virtaa alaspäin ulos kotelosta 112 tankin 110 alempaan käsittely-vyöhykkeeseen 122 aiheuttamatta olennaista hämmennystä tässä vyöhykkeessä. Vyöhykkeen 122 lietteen sisältämät bakteerit käyttävät happea käyttääkseen aineenvaihduntaansa niitä liukenevia orgaanisia aineita, joita sisältyy nesteeseen. Jokin osa käsitellystä nesteestä nousee lietteen lävitse vyöhykkeeseen 124, kun tapahtuu lisää erottumista bakteereista ja kiinteistä aineksista. Vyöhyke 124 sisältää selkeätä nestettä. Raja 126 vyöhykkeiden 124 ja 122 välillä on suhteellisen selvä.

Kun hapetettu neste tulee tyyntymiskoteloon 112, niin hiilidioksi- 12 70694 dirikas kaasu pyrkii irtaantumaan siitä kuplien muodossa, jotka nousevat tankissa 110 olevan nesteen pinnalle.

Selkeytetty neste virtaa pois tankin vyöhykkeestä, joka ympäröi tyyntymiskoteloa 112, ulosmenoylisyöksyn 128 ylitse. Laskeutunut liete tankin pohjalta uudelleenkierrätetään nestejohdon 113 kautta edelleen hapettamista varten, jolloin tehokkaiden uudelleenkierto-jaksojen lukumäärä on riittävä, että tapahtuu asianmukainen orgaanisten saasteiden poistaminen. Täten aineen poisto ulosmenon 111 kautta voi olla viisi tai kuusi kertaa suurempi kuin sisäänvirtaus johdon 120 kautta.

Aika-ajoittain voidaan liika liete poistaa tankista 110 ulosmenon 111 kautta.

Sellainen aine kuin rasva ja lanoliini voi nousta selkeytetyn nesteen pinnalle vyöhykkeessä 124.

Sen vuoksi on toivottavaa, että tällaiset aineet mahdollisesti jaksottaisesti kuoritaan selkeytetyn nesteen pinnalta. Järjestely tämän suorittamiseksi on esitetty kuviossa 2. Välilevy 130, pystysuoran levyn muodossa, on sijoitettu pysäyttämään saastuttava aine selkeytetyn nesteen pinnalla ja estämään sen virtaus yli poistoyli-syöksyn 131.

Tämä kuoriminen voidaan toteuttaa jatkuvasti tai jaksottaisesti sen mukaan kuin tarvitaan. Laitteeseen 132 kuuluu yleismuodoltaan U-muotoinen osa 133, joka ympäröi tankin 110 yläreunaa. Osan 133 ulkoreunassa on hammaspyörä, joka on hammastuneena hampaisiin, jotka on muodostettu perifeerisen kiskon 134 alasivuun mainitun yläreunan ulkopinnalla. Laitteessa 132 on sauvamainen osa 135, joka ulkonee osasta 133 ja ulottuu ylöspäin, kääntyy sisäänpäin tankkiin 110 yli välilevyn 130 ja sitten alaspäin päättyäkseen kanavanmuotoi-seen osaan 136, joka pistää tankissa 110 olevan nesteen pinnan alapuolelle.

Kun laite 132 liikkuu ympäri pitkin kiskoa 134, osa 136 kuljettaa konsentroidut saasteet kokoamis- ja poistokaukaloihin, jotka on muodostettu tankin yläpäähän.

li 13 70694

Kuvion 3 mukaisesti on laskeutumistankissa 2 ylempi sylinterimäinen osa 4 ja alempi ylösalaisen kartion muotoinen osa 6. Koaksiaalises-ti saostustankin 2 pystysuoran akselin kanssa on saostustankin 2 yläosaan asennettu tyyntymiskotelo 8. Tyyntymiskotelon 8 muodostaa päistään avoin putkimainen elin. Tyyntymiskotelossa 8 sijaitseva lamina 10 jakaa kotelon ylempään ja alempaan vyöhykkeeseen 12 ja 14. Laminassa 10 on ensimmäinen aukko 16. Pystysuoraan laminasta 10 ylöspäin ulottuu ensimmäinen putki 18 ja pystysuoraan alaspäin siitä ulottuu toinen putki 20, jonka halkaisija on suurempi kuin ensimmäisen putken halkaisija. Yhdessä putket 18 ja 20 ovat yhteistoiminnassa aukon 16 kanssa määrittäen tiehyen 22. Putkien sijasta voidaan käyttää jonkin muun poikkileikkausmuodon omaavia elimiä. Siivikko 24 on sijoitettu juuri aukon 16 yläpuolelle. Sitä käytetään moottorilla 26. Tiehyessä 22 on sisäänmeno 28 happea tai happirikasta ilmaa varten. Sisäänmeno 28 päättyy putkeen 20 juuri laminan 10 ala-puoella. Toinen aukko 32 on muodostettu laminaan 10. Tähän aukkoon on asennettu pystysuora putki 34.

Putken 34 alapää (sisäänmenopää) on lähellä tankin 2 pohjaa. Sen yläpää sijaitsee tyyntymiskotelon 8 ylemmässä vyöhykkeessä 12. Toinen putki 36 yhtyy putkeen 34 lähellä tämän pohjaa olevalla alueella. Putki 36 kulkee läpi saostustankin seinän 4.

Laitteiston ollessa toiminnassa siivikkoa pyöritetään, mikä aiheuttaa jäteveden virtauksen tyyntymiskotelon 8 ylemmästä vyöhykkeestä 12 alempaan vyöhykkeeseen 14. Tämä vuorostaan aiheuttaa imun saostuneen lietteen imemiseksi tankin 2 pöhjavyöhykkeestä ylöspäin putken 34 kautta tyyntymiskotelon 8 ylempään vyöhykkeeseen 12. Lisäksi käsittelyyn tulevaa jätevettä johdetaan putkeen 34 putkesta 36.

Happea tuodaan tiehyeeseen 22 sisääntulon 28 kautta.

Siivikko voi vetää nestettä tiehyen 22 yläosan muodostavaan putkeen 18 nopeudella esimerkiksi n. 1,5 m sekunnissa. Siivikko aiheuttaa myös pyörteilyä välittömästi sen alapuolella. Täten happi, joka tulee tiehyeeseen 22 putken 20 yläpäässä, johtaa pyörteisen nesteen. Sen kohtaamat leikkausvoimat aiheuttavat sen, että happi muodostaa pieniä kuplia. Nämä tulevat vedetyiksi mukaan nesteeseen, joka kulkee tiehyen 22 putkesta 18 putkeen 20. Koska putken 20 halkaisija on suurempi kuin putken 18, tapahtuu vastaava aleneminen tiehyen 16 läpi kulkevan nesteen nopeudessa. Tyypillisesti tämä nopeus voi 14 70694 alentua keskimäärään 0,3 m/s, kun neste virtaa putkesta 18 putkeen 20. Nopeuden edelleen alentuminen tapahtuu kun neste virtaa ulos tiehyestä 22. Tyypillisesti nopeus voi alentua arvoon n. 1,9 m minuutissa. Täsmälliset nopeudet riippuvat tiehyen 22 mitoista ja nopeudesta, jolla siivikkoa 24 pyöritetään. Lopullisen nopeuden, luokkaa 1,9 m/min tulisi olla sellainen, että suhteellisen suuret kuplat pyrkivät nousemaan virtausta vastaan. Täten on tehty mahdolliseksi kuplien suhteellisen pieni viipymisaika tyyntymiskotelon 8 alemmassa vyöhykkeessä. Yleensä suhteelliset nopeudet voidaan järjestää sellaisiksi, että vain hyvin pienet kuplat (joiden halkaisija on esimerkiksi alle 0,1 mm) tulevat kuljetetuiksi ulos tyyntymiskotelon 8 alemmasta vyöhykkeestä. Nämä kuplat voivat sitten liueta veteen tyyntymiskotelon 8 ulkopuolella ennen kuin niillä on ollut aikaa nousta pinnalle. Toiset kuplat pysyvät aluksi tyyntymiskotelon 8 alemmassa osassa 12, mutta liukenevat sitten osittain ja tuloksena olevat pienemmät kuplat kulkevat ulos tyyntymiskotelosta 8. Kuitenkin muita kuplia nousee ylöspäin kohti laminaa 10. Jotta estettäisiin suurien kaasutaskujen syntyminen tyyntymiskotelon 8 alempaan vyöhykkeeseen 14, on putkeen 20 lähelle sitä aluetta, missä on pyörteistä virtausta, muodostettu aukkoja 40 (joista vain yksi on esitetty) , niin että nämä kuplat voivat tulla vedetyiksi takaisin tie-hyeeseen 22 ja mahdollisesti tulla kooltaan pienennetyiksi niillä leikkausvoimilla, joita esiintyy pyörteilyvyöhykkeessä.

Tyyntymiskotelon 8 jättävä jätevesi on suhteellisen tyyntä ja siten sen sisältämät kiinteät aineet voivat saostua kohti tankin pohjaa. Nämä kiinteät aineet sisältävät pieniä mikro-organismeja, mitä nimitetään bakteeriseksi lietteeksi tai "aktivoiduksi lietteeksi".

Haluttaessa, kun aloitetaan jäteveden käsittelyprosessi (joka yleensä käy jatkuvasti), sopiva virtaus aktivoitua lietettä voidaan viedä tankkiin. Aktivoitu liete tarvitsee happea, jotta se pystyisi pysymään elossa ja toteuttamaan olennaisen tehtävänsä auttaen hajottamaan pahanhajuiset komponentit jätevedessä. Täten kohti astian pohjaa tapahtuu jäteveden täydellinen käsittely.

Neste saostustankin 2 yläosassa tyyntymiskotelon 8 ulkopulella on suhteellisen selkeätä. Kun enemmän jätevettä virtaa tyyntymiskote-loon 8, niin nestepinnan korkeus saostustankissa 2 pyrkii nousemaan. Sen vuoksi voi laitteisto olla varustettu ulosmenolla 42, jonka

II

15 70694 ylitse suhteellisen selkeä, käsitelty vesipitoinen neste voidaan poistaa.

Kuviossa 3 kuvatun laitteiston ollessa toiminnassa voi esiintyä pyrkimystä liukenemattoman typen ja hiilidioksidin kasaantumiseksi tiehyeeseen 22. Tämä voidaan jaksottaisesti päästää ulos pysäyttämällä siivikko tai hidastamalla sen pyörintää.

Kuviossa 4 on kuvattu yleensä samanlainen järjestely kuin kuviossa 3 paitsi että tiehyen järjestely’ tyyntymiskotelon ylemmästä vyöhykkeestä alempaan vyöhykkeeseen on erilainen ja että paksumpaa väliseinää on käytetty jakamaan tyyntymiskotelo ylempään ja alempaan vyöhykkeeseen.

Kuviossa 4 suhteellisen paksu levy 50 jakaa tyyntymiskotelon 8 ylempään vyöhykkeeseen 12 ja alempaan vyöhykkeeseen 14.

Tiehyen 22 määrittää kokonaan levy 50. Siinä on ylempi osa 52, jonka muodostaa pienempi sylinterimäinen reikä ja alempi osa 54, jonka muodostaa suurempi sylinterimäinen reikä. Siivikko 24 on asennettu tiehyen ylempään vyöhykkeeseen 52. Happijohto 28 päättyy poikittaiseen reikään 56, joka ulottuu läpi levyn 50 ja muodostaa yhteyden tiehyen 22 alemman alueen 54 yläosaan. Lisäksi on muodostettu tiehyt 60 mahdollistamaan suhteellisen suurien kuplien uudelleenkierto tiehyen 22 pyörteiseen vyöhykkeeseen.

Käytössä kuviossa 4 esitetty laitteisto toimii samalla tavoin kuin kuviossa 3 esitetty. Muita vaihtoehtoisia laitteiston suoritusmuotoja on esitetty kuvioissa 5 ja 6. Kuvion 5 esittämässä suoritusmuodossa tiehyen 22 sisäänmeno on samalla tasolla kuin lamina 10. Tiehyen määrittää putkimainen elin 70, jossa on ylempi kapeampi osa 72 ja laajempi alempi osa 74.

Kuviossa 6 tiehyen 22 ulosmeno on samassa tasossa kuin lamina 10. Tiehyt on muodostettu päistään avoimesta putkimaisesta elimestä, jossa on ylempi osa 82, jonka halkaisja on pienmpi kuin alemman osan 84 halkaisija.

Kuvioissa 5 ja 6 esitettyjen suoritusmuotojen toiminta on sama kuin kuviossa 3 esitetyn laitteiston, paitsi että kuviossa 6 esitetyssä suoritusmuodossa ei ole mitään tiehyttä 40 liukenemattomien kuplien paluuta varten.

16 70694

Kuviossa 1 kuvattuun laitteistoon viedään putkijohtoon 120 koti-talousjätevettä, jonka biokemiallinen hapen tarve on 300 osaa miljoonasta, nopeudella 10 kuutiometriä tunnissa. Bakteerista lietettä sisältävää vesipitoista nestettä uudelleenkierrätetään alueelta 122 pumpun 114 kautta nopeudella 90 kuutiometriä tunnissa.

Hapettamislaitetta 115 käytetään edellä mainituilla nopeuksilla sen lävitse ja 27 g happea liuotetaan jokaiseen sen lävitse kulkevaan kuutiometriin. Hapetettu neste johdetaan sitten tankin 110 tyyntymiskoteloon 112. Tankin 110 yläpään halkaisija on 6 m ja sen korkeus 4 m. Se sisältää 43 kuutiometriä höytyistä bakteerista lietettä vyöhykkeessä 122 ja tämän lietteen yläpuolella 2 metrin syvyisen kerroksen selkeytettyä nestettä. Ylöspäin virtausnopeus vyöhykkeen 122 nesteestä yläpuolella olevaan selkeytetyn nesteen kerrokseen on 1/2 kuutiometriä tunnissa. Selkeä neste virtaa jatkuvasti yli ulosmenon 128.

Tyypillisesti neste, joka kulkee läpi hapettamislaitteen 115, sisältää 3000 mg/1 suspensoituneita kiinteitä aineksia ja siinä on ravinnon suhde biomassaan 0,5.

Il

Claims (7)

1 7 70694

1. Menetelmä vesipitoisen jäteaineen käsittelemiseksi, jolla on biokemiallinen hapen tarve, jossa menetelmässä: a) jatkuvasti etenevä, bakteerilietettä sisältävän, vesipitoisen nesteen virtaus yhdistetään jatkuvasti etenevään vesipitoisen jäteaineen virtaukseen; b) happea viedään yhdistettyyn virtaukseen, niin että siihen muodostuu erillisiä happikaasukuplia, mikä edistää hapen liukenemista ; c) virtaukset viedään vesipitoisen jäteaineen tilavuuteen, johon kuuluu ylempi suhteellisen tyyni kerros (124) selkeytettyä vesipitoista jäteainetta ja alempi kerros (122) vesipitoista jäteainetta, jossa jäteaineen biologinen käsittely tapahtuu ja joka sisältää bakteerilietettä, jolloin virtaukset viedään tyyntymisvyöhykkeeseen (112, 8), joka on rajoitettu ylemmän kerroksen (124) sisään siten, että sisäänviedyn nesteen liikemäärä on olennaisesti alentunut ennen kuin neste menee alempaan kerrokseen; d) selkeytetty neste ylemmästä kerroksesta poistetaan tai pannaan virtaamaan pois; ja e) bakteerilietettä sisältävää vesipitoista ainetta kierrätetään poistamalla tätä ainetta alemman kerroksen pohjasta tai sen läheisyydestä, jolloin se muodostaa mainitun jatkuvasti etenevän, bakteerilietettä sisältävän, vesipitoisen nesteen virtauksen, tunnettu siitä, että bakteerilietettä sisältävän vesipitoisen aineen kierrätysnopeus on vähintään viisi kertaa suurempi kuin vesipitoisen aineen syöttönopeus.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että yhdistetyt virtaukset, jotka sisältävät aktivoitua lietettä ja happikuplia, johdetaan alaspäin vyöhykkeen lävitse, jossa synnytetään nesteen pyörteinen liike ja virtauksiin aiheutetaan ainakin yksi nopeuden alentaminen, mikä auttaa kaasukuplien yhtymistä ja nousemista nestevirtausta vastaan pyörteilyvyöhykkeeseen, missä ne pienentyvät pienemmiksi kupliksi, jotka alaspäin virtaava neste kuljettaa mukanaan, jolloin tapahtuu toistunutta kuplien yhtymistä ja rikkoutumista ja täten edistetään hapen liukenemista nesteeseen. 18 70694

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että happi viedään nesteiden yhdistettyyn virtaukseen tyyntymisvyöhykkeessä.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ainakin 25 mg/1 (pnra) happea liuotetaan yhdistettyyn virtaukseen.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että saasteet kuoritaan vesipitoisen aineen tilavuuden ylemmän kerroksen pinnalta.

1. Förfarande för behandling av vattenhaltigt avfallsmaterial med biokemiskt syrebehov, vid vilket förfarande: a) en kontinuerligt framskridande Ström av vattenhaltig, bakterieslam innehällande vätska sammanföres med en kontinuerligt framskridande Ström av det vattenhaltiqa avfallsmateri-alet; b) syre införes i den förenade strömmen, sä att diskreta syrgasbubblor bildas i denna, varigenom lösningen av syre under-lättas; c) strömmarna införes i en volym av det vattenhaltiga avfalls-materialet, vilken volym innefattar ett Övre, relativt lugnt skikt (124) av klarat vattenhaltigt avfallsmaterial och ett undre skikt (122) av vattenhaltigt avfallsmaterial, i vilket den biologiska behandlingen av avfallsmaterialet sker och som innehäller bakterieslam, varvid strömmarna införes i en lugnings-zon (112, 8), som är avgränsad i det övre skiktet (124), pä sä-dant sätt att den tillförda vätskans rörelsemängd är väsentligt reducerad innan vätskan kommer in i det nedre skiktet; d) klarad vätska avlägsnas eller fär avrinna frän det övre skiktet; och e) vattenhaltigt material innehällande bakterieslam recirku-leras, genom att det tages ut frän en position vid eller närä bottnet av det nedre skiktet tili att bilda nämnda kontinuerligt framskridande ström av vattenhaltig, bakterieslam innehällande vätska, kännetecknat av att recirkulerings-hastigheten för det vattenhaltiga materialet, som innehäller bakterieslam, är minst fem gänger större än tillförselhastig-heten för det vattenhaltiga materialet. Il