FI78281C - Saett vid anaerob rening av avloppsvatten. - Google Patents

Description

1 78281 Jäteveden anaerobiseen puhdistukseen liittyvä menetelmä Tämä keksintö koskee menetelmää jäteveden puhdistamiseksi, joka saadaan mekaanisen tai kemimekaanisen selluloosamassan valmistuksesta, jossa on suljetut valmistusprosessit. Puhdistus tapahtuu keksinnön mukaisesti kahdessa anaerobisessa vaiheessa, nimittäin hydrolyysi- ja happokäymisvaiheessa sekä metaanikäymis-vaiheessa.

Molemmat vaiheet suoritetaan täydellisenä sekoitettuna koske-tusreaktoriprosessina, joita kumpaakin seuraa lietteen erotus-vaihe, jolloin pääosa erotetusta lietteestä palautetaan takaisin vastaavaan kosketusreaktoriin. Keksinnön mukaisen menetelmän erään tärkeän toteutusmuodon mukaisesti jätevedestä poistetaan olennainen osa pitkistä kuiduista.

Jätevesi, joka saadaan mekaanisen ja tällöin varsinkin termomekaanisen massan, ns. TMP-massan ja kemimekaanisen massan, ns. CTMP-massan valmistuksesta, sisältää sekä pitkiä kuituja että kuitufragmentteja ja fibrillejä. Siinä työssä, joka on tämän keksinnön perustana, on osoittautunut, että hydrolyysivaiheessa : olevat bakteerit kasvavat niillä kuitufragmenteilla ja fibril- leillä ja kiinnittyvät niihin, joita jätevedessä esiintyy. Ne eivät osoittaneet taipumusta kiinnittyä niihin kokonaisiin kuituihin tai pitkiin kuituihin, joita jätevedessä esiintyy. Kun vesi sisälsi fibrillejä ja kuitufragmentteja, nämä bakteerit eivät osoittaneet mitään pyrkimystä kasvaa muilla pinnoilla reaktiovaiheessa. Tämä on havainto, joka mm. on perustana tälle keksinnölle. Osoittautui myös että fibrillien ja bakteerien kompleksit oli helppo erottaa laskeutuksella. Tämän vuoksi oli mahdollista suorittaa hydrolyysivaihe täysin sekoitetussa kos-ketusreaktorissa, jota seurasi laskeutusvaihe, jossa liete erotettiin laskeuttamalla. Liete palautettiin hydrolyysivaiheeseen. Koska tällä lietekompleksilla on erittäin hyvät laskeutusominai- suudet, on mahdollista ylläpitää suurta lieteväkevyyttä ja täten suurta bakteeritiheyttä hydrolyysivaiheessa. Täten on mahdollista saavuttaa jäteveden sisältämien hiilihydraattien pitkälle menevä hydrolyysi. Hydrolyy- 2 78281 sissä saadaan hydrolyysituotteena pienimolekyylisiä orgaanisia happoja, pääasiassa etikkahappoa.

Bakteerilietteen muodostus hydrolyysivaiheessa on merkittävä. Liika bakteeriliete voidaan poistaa hydrolyysivaiheesta ja johtaa se lietteen hävitykseen. Orgaaninen materiaali, joka tällöin välttyy metaanikäymisvaiheelta, saa aikaan tällöin kokonaisuutena katsottuna pienen metaanimuodostuksen. Toisen tärkeän toteutusmuodon mukaiseti siirretään hydrolyysivaiheen bakteeriliete metaanikäymisvaiheeseen ja käytetään metaaniksi, jolloin metaanituotto kohoaa huomattavasti.

Tämän keksinnön mukaisesti on osoittautunut, että hiilihydraattien muuttaminen yksinkertaisiksi orgaanisiksi hapoiksi hydrolyysivaiheessa voidaan viedä pitkälle ja bakteeriliete haitatta siirtää metaanikäymisvaiheeseen, jossa se suureksi osaksi muutetaan metaaniksi. On osoittautunut, että tämä voi tapahtua, mikäli hiilihydraattien muuttuminen yksinkertaisiksi orgaanisiksi hapoiksi ylittää 70 %, sopivasti 80 % ja ylittää edullisesti 85 %. Jos hiilihydraattien muuttuminen hydrolyysivaiheessa on vähäisempää, kasvaa lietteen muodostus metaanikäymisvaiheessa samanaikaisesti, kun saadaan bakteeri-liete, joka on vaikea laskeuttaa.

Tämän vaikutuksen saavuttamiseksi on osoittautunut sopivaksi, että mekaanisesta massaprosessista tuleva jätevesi saatetaan ennen puhdistuslaitosta käsittelyn alaiseksi, joka poistaa jäteveden pitkien kuitujen pitoisuuden samalla, kun jäteveden fibrilli- ja kuitufragmenttipitoisuutta ylläpidetään samalla tasolla. Tämä voidaan toteuttaa nyt tunnetulla tekniikalla esimerkiksi kaarisihdeillä, joissa on sopiva rakoleveys ja jotka poistavat pitkäkuituosan samalla, kun sopiva määrä fib-rillejä ja kuitufragmentteja päästetään läpi. Hydrolyysivaiheen tutkimukset ovat osoittaneet, että fibrillien ja kuitu-fragmenttien pitoisuuden tulee olla välillä 100-1500 mg/l, sopivasti välillä 150-700 mg/l ja edullisesti välillä 150-500 mg/l. Suorittamalla hydrolyysi ja happokäyminen tällä tavoin muutetaan jopa osa kuituaineesta metaaniksi.

Keksinnön oleelliset tunnusmerkit on esitetty patenttivaatimuksessa 1.

3 78281

Suorittamalla hydrolyysi erillisessä hydrolyysivaiheessa muutetaan pääosa hiilihydraateista etikkahapoksi. Metaanikäymis-vaiheessa saadaan tällöin metaanibakteeriviljelmä, jolla on erittäin hyvät laskeutusominaisuudet. Metaanikäymisvaihe voidaan tämän vuoksi suorittaa samalla tavoin kuin hydrolyysi-vaihe täysin sekoitetussa kosketusreaktiossa, jota seuraa laskeutusvaihe. Pääosa metaanikäymisvaiheesta saadusta bak-teerilietteestä palautetaan takaisin. Ylijäämäliete metaanikäymisvaiheesta oteaan ulos hävittämistä varten. Bakteerilie-temäärä, joka saadaan metaanikäymisvaiheesta, tulee tällä menettelyllä merkittävästi pienemmäksi kuin jos hydrolyysi tapahtuisi metaanikäymisvaiheessa tai jos vain pienehkö osa hydrolyysistä tapahtuisi hydrolyysivaiheessa. Koska bakteeri-lietteellä metaanikäymisvaiheessa on hyvät laskeutusominaisuudet, voidaan bakteeritiheys metaanikäymisvaiheessa pitää suurena ja tilavuudesta voi tällöin tulla pienempi samalla reaktioasteella.

Metaanikäymisvaiheesta tuleva vesi siirretään sitten aerobiseen puhdistusvaiheeseen, joka voidaan suorittaa aktiivisena lietevaiheena tai biotornissa, jota seuraa laskeutus. On osoittautunut, että aerobinen vaihe voidaan edullisesti suorittaa biotornissa, koska vesi anaerobisen käsittelyn jälkeen hajaantuu helposti aerobisesti. Aerobisen vaiheen jälkeen seuraa sitten jälkilaskeutusvaihe tunnetulla tavalla. Aerobisesta vaiheesta saatu liete siirretään edullisesti hydrolyy-sivaiheeseen.

Hydrolyysivaihe sisältää valinnaisesti anaerobisia bakteereja. Siirtämällä aerobinen liete entsyymisysteemeineen hydrolyysivaiheeseen voidaan näitä entsyymisysteemejä hyödyntää yhdisteiden ja myrkyllisten aineiden hajottamiseen, jotka vaativat aerobista systeemiä hajottamiseensa. Niinpä on esimerkiksi osoittautunut, että vetyperoksidi, jota toisinaan käytetään mekaanisen massan valkaisuun, on äärimmäisen myrkyllinen metaanikäymisvaiheessa. Syötettäessä vetyperoksidia metaanikäymisvaiheeseen kuolivat metaanibakteerit hyvin lyhyessä ajanjaksossa. Sijoittamalla hydrolyysivaihe ennen metaanikäymisvaihetta valkaistun mekaanisen 4 78281 massan valmistuksesta saadun jäteveden puhdistamiseksi saatiin jäteveden nopeutunut hydrolyysibakteeriviljelmä, jolla oli kyky täydellisesti hajottaa syötetyssä jätevedessä oleva vetyperoksidi. Syöttämällä hydrolyysivaiheeseen myös aerobista lietettä voitiin hydrolyysivaiheen kykyä hajottaa vetyperoksidi edelleen parantaa.

Aerobinen liete, joka saadaan aerobisessa vaiheessa, sitoo itseensä ravintosuoloja, typpeä ja fosforia ja lisäksi tiettyjä hiven-metalleja. Palauttamalla aerobinen liete nostetaan typen ja fosforin pitoisuutta hydrolyysivaiheessa ja metaanikäymisvaiheessa samalla, kun nostetaan tiettyjen olennaisten hivenaineiden pitoisuutta. Aerobisen lietteen palauttaminen hydrolyysivaiheeseen merkitsee sitäpaitsi sitä etua, että aerobinen liete hydrolysoidaan suureksi osaksi muutettavaksi metaanikäymisvaiheessa metaaniksi.

Työ vedenkulutuksen pienentämiseksi mekaanisen tai kemimekaanisen massan valmistuksessa on osoittanut, että on täysin mahdollista päästä hyvin pieniin vedenkulutuksiin edellyttäen, että prosessi suoritetaan oikealla tavalla. Aikaisemmin on havaittu, että jos prosessi varustetaan pesuvaiheella ja johdetaan tuore vesi johdonmukaisesti vastavirtaan, voidaan sallia olennaisesti pienempiä vedenkulutuksia ilman, että tämä johtaa prosessivaikeuk-siin ja valmistetun tuotteen laatuongelmiin. Prosessitekniikka, joka sallii pienen vedenkulutuksen mekaanisen tai kemimekaanisen massan valmistuksessa, esitetään kuvassa 1. Tällä tavoin on täysin mahdollista päästä vedenkulutukseen, joka on alle 10 m^/t massaa. Kokeet keskisuuressa mittakaavassa ovat osoittaneet, 3 , , että pitäisi olla mahdollista pienentää vedenkulutus 3-4 m :nn tonnia kohti massaa.

Vastaavalla tavalla voidaan vedenkulutusta mekaanisen massan valmistuksessa, joka on liitetty osana paperin, esim. sanomalehtipaperin valmistukseen, alentaa kuvan 2 esittämällä tavalla. Asentamalla pesusysteemi valmistusprosessiin, ohjaamalla veden johtamista ja pienentämällä tuoreen veden syöttöä voidaan saavuttaa hyvin konsentroituja jätevesiä. Tämä tekniikka on avannut mahdollisuuk- 78281 siä puhdistaa tämän tyyppisiä jätevesiä anaerobisella tekniikalla hyvin menestyksellisellä tavalla. Jopa integroidussa valmistuksessa on mahdollista päästä kulutukseen, joka on vain 3-5 m vettä/t massaa.

Keksintöä valaistaan seuraavassa lähemmin toteutusesimerkin avulla sekä viittaamalla oheen liitettyyn kuvaan 3, joka esittää juoksukaaviota erityisen sopivasta toteutusmuodosta.

Esimerkki

Termomekaanisen massan valmistuksesta sisään tulevaa vettä, 3 jonka määrä vastaa n. 5 m /t massaa, johdetaan puhdistuslaitokseen, jossa se ensimmäisessä vaiheessa saatetaan kuidunero-tukseen, jossa pääosa pitkistä kuiduista erotetaan, kun taas fibrillit, kuitufragmentit ja hienojakoiset aineet kulkevat erotusvaiheen läpi yhdessä veden kanssa. Erotus suoritetaan kaariseulalla, mutta voi tapahtua myös muissa kuitujen jao-tuslaitteissa. Kuitujaotuksen jälkeen on suspendoituneiden aineiden pitoisuus n. 400 mg/litra. Vesi on jatkuvasti lämmintä, o o minkä vuoksi se jäähdytetään n. 60 C:sta 35-37 C:een läm-mönvaihtimessa. Lämmönvaihtimen jälkeen veden pH säädetään niin, että pH sitä seuraavan hydrolyysi- ja happokäymisvaiheen jälkeen kohoaa arvoon 6,0 ja 6,5. Lisäksi lisätään ravinto-suoloja. Tavanomaisessa aerobisessa puhdistuksessa on tavallista lisätä ravintosuoloja niin, että ravintosuolalisäyksen jälkeen suhde BOD/n/P kohoaa arvoon n. 100:5:1. Anaerobisessa puhdistuksessa vaaditaan vain murto-osa tästä ravintosuolali-säyksestä.

Vesi johdetaan tämän jälkeen hydrolyysi- ja happokäymisvaiheeseen, joka voidaan suorittaa täydellisesti sekoitetussa kosketusreaktorissa, jota seuraa lietteen laskeutusvaihe. Ottaen huomioon prosessin stabiilisuus on toivottavaa ylläpitää mahdollisimman suurta lietepitoisuutta hydrolyysivaiheessa, minkä vuoksi pääosa laskeutetusta lietteestä palautetaan takaisin. Koska bakteeriviljelmä kasvaa happokäymisvaiheessa suhteellisen helposti laskeutuvien kuituhiukkasten pinnalla, tulee bakteeritiheydestä tässä vaiheessa suuri.

6 78281

Hydrolyysi- ja happokäymisvaiheessa muutetaan sisääntulevassa vedessä olevat hiilihydraatit pienimolekyylisiksi orgaanisiksi hapoiksi. Eräässä tapauksessa, jossa sisääntuleva vesi sisälsi 2,5 g sokerilajeja ja viipymisaika reaktorissa oli 12,5 tuntia, saatiin ulosmenevän veden sokeripitoisuudeksi 0,4 g sokeria/l. 84 % sisäänmenevistä sokerilajeista oli muuttunut pienimolekyylisiksi orgaanisiksi hapoiksi, pääasiassa etikka-hapoksi. Hydrolyysivaiheen lietteenerotusvaiheesta saatu vesi siirretään metaanikäymisvaiheeseen. Hydrolyysivaiheessa muodostuu suhteellisen suuria määriä biolietettä, joka kasvaa kuitumateriaalin pinnalla. Tämä ylijäämäliete voidaan siirtää ongelmitta metaanikäymisivaiheeseen.

Metaanivaihe koostuu periaatteessa metaanikäymisvaiheesta ja lietteen erotusvaiheesta. Koska hydrolyysivaiheesta saatavat reaktiotuotteet koostuvat pääasiassa etikkahaposta, saadaan metaanivaiheessa metaanibakteeriviljelmä sauvamaisista metaa-nibakteereista, joilla on erinomaiset höytälöitymis- ja las-keutusominaisuudet.

Metaanikäymisvaiheesta on muodostettu täydellisesti sekoitettu kosketusreaktiovaihe, jota seuraa laskeutusvaihe. Pääosa biolietteestä palautetaan erotusvaiheesta kosketusreaktoriin. Pienehkö osa ylijäämälietteestä otetaan ulos prosessista me-taanivaiheen lietteenerotusvaiheesta.

Metaanivaiheen jälkeen seuraa aerobinen vaihe, joka esimerkissä on toteutettu biotornina. Aerobinen prosessi muodostaa tietyn määrän aerobista lietettä, joka erotetaan ja siirretään hydrolyysi- ja happokäymisvaiheeseen.

Keksintöä ei ole rajoitettu esitettyyn toteutusmuotoon, vaan sitä voidaan muunnella keksintöäjatuksen puitteissa.

Claims (6)

7 78281

1. Menetelmä mekaanisen tai kemimekaanisen selluloosa-massan valmistuksesta saadun jäteveden puhdistamiseksi, jossa jätevesi puhdistetaan vähintään kahdessa anaerobisessa vaiheessa, nimittäin - hydrolyysi- ja happokäymisvaiheessa, jossa vähintään 70 %, edullisesti vähintään 80 % ja sopivasti vähintään 85 % jäteveteen joutuvista hiilihydraateista muutetaan pienimolekyylisiksi orgaanisiksi hapoiksi, ja - metaanikäymisvaiheessa, tunnettu siitä, että ennen johtamista hydrolyysi- ja happo-käymisvaiheeseen jätevesi puhdistetaan olennaiselta osalta pitkistä kuiduista niin, että suspendoituneiden aineiden pitoisuus, jotka koostuvat pääasiassa fibrilleistä ja kuitu-fragmenteista, on välillä 100-1500 mg/l, edullisesti 150-700 mg/l ja sopivasti 150-500 mg/l, ja että hydrolyysi-/happokäy-misvaiheesta (3) saatu ylijäämäliete (11) siirretään metaani-käymisvaiheeseen (5).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että puhdistus tapahtuu kolmessa vaiheessa, hydrolyysi-ja happokäymisvaiheessa (3), metaanikäymisvaiheessa (5) ja aerobisessa vaiheessa (7), jossa jäljellä oleva osa biologisesti hajoavasta materiaalista hajotetaan.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaiheiden jälkeen suoritetaan lietteen erotus (4, 6, 8).

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että aerobinen vaihe suoritetaan aktiivilietevaiheena tai biotornissa, jota seuraa laskeutus.

5. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että aerobisesta lietteen erotusvaiheesta (8) saatu ylijäämäliete siirretään hydrolyysivaiheeseen (3).

6. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että metaanivaiheen lietteenerotuksesta (6) saatu yli-jäämäliete poistetaan systeemistä (13).