FI80070B - Anordning foer rening av vatten, speciellt avfallsvatten medelst ett biologiskt oxidationsfoerfarande. - Google Patents

Description

1 80070

Laite veden, erityisesti jäteveden puhdistamiseksi biologisella hapetusmenetelmällä ja laitteen käyttö kaasujen puhdistukseen 5

Keksinnön kohteena on laite veden, erityisesti jäteveden puhdistamiseksi biologisella hapetusmenetelmällä, joka laite käsittää puhdistettavaan veteen osaksi upotettavan bioroottorin, jonka sisälle on sijoitettu rakeis-10 ta väliainetta biomassan kasvualustaksi ja joka pyöriessään upottaa rakeisen väliaineen vuoron perään veteen ja nostaa sen ylös ilmaan aktiivisen biomassan toiminnan tehostamiseksi ja lisäksi laitteen käyttö kaasujen puhdistukseen. Biologisessa jäteveden puhdistuksessa on periaat-15 teenä tehostaa luonnollista bakteerien toimintaa sekoittamalla ja johtamalla jäteveteen happea, tavallisesti ilmastuksella sekä järjestämällä hapetusta suorittaville bakteereille sopiva kasvualusta.

Bioroottori on hitaasti pyörivä sylinteri, joka on 20 vaakasuorassa upotettuna osaksi puhdistettavaan veteen. Roottorin pyöriessä hitaasti kennosto uppoaa vuoron perään veteen tai jäteveteen, jolloin bakteeristo kostuu ja nousee sitten vuorostaan ilmaan, jossa happea on runsaasti saatavilla bakteeriston tehokkaalle toiminnalle ohuessa 25 vesikalvossa. Näin veden- ja ilmanvaihto tehostuu hapetusta suorittavaan biomassaan, joka suorittaa luonnossa muutenkin tapahtuvaa eloperäisten jätteiden hajotusta. Sylinterin sisäisellä rakenteella pyritään aikaansaamaan mahdollisimman suuri pinta-ala bakteerien kiinnittymiselle. 30 Tunnetuissa bioroottoreissa biomassan kasvualusta on kennomainen ja se on valmistettu muovista tai metallista. Kennoston valmistaminen edellyttää kalliita valmistusmenetelmiä. Koska kennosto toimii myös kantavana rakenteena, rajoittaa se biomassan kasvualusta-alan lisäämistä, 35 mikä edellyttäisi erittäin hienojakoista kennostoa. Root- 2 80070 tori on tavallisesti laakeroitu päistään ja pyöritys tapahtuu päästä ketju- tai hammasvaihdetta käyttäen. Roottorin tarvitsema pyöritysteho on suuri ja se edellyttää raskaita käyttökoneistoja. Tuenta päistä edellyttää tuke-5 vaa keskiakselia ja rajoittaa roottorin koon suurentamista .

Lisäksi on tunnettua käyttää ilmapuhallusta bio-roottorin alla olevaan veteen, jolloin aikaansaadaan jäte-vesimassan kiertoliike ja sitä kautta myös roottorin pyö-10 ritys. Käytännössä tätä on tehostettu roottorissa olevilla ilmakupeilla, jotka aikaansaavat 1 i s ä vääntömoment in bioroottoriin. IlmapuhaUuskäytön haittana on kuitenkin ilman pumppauksessa tarvittava suuri energian tarve.

Esimerkkeinä tunnetuista ratkaisuista voidaan mai-15 nita SE-julkaisuissa 100517, 8005865 ja 8103449, US-jul-kaisuissa 3540589 ja 4160736, GB-julkaisussa 2072647, JP-julkaisuissa 55-20604 ja 56-79596 sekä DE-julkaisussa 3238366 esitetyt ratkaisut.

Ehkä suurin haitta olemassa olevissa bioroottoreis-20 sa on biomassan kasaantuminen täysin staattiseen kennos-toon. Seurauksena on tehollisen pinta-alan pienentyminen, mikä alentaa puhdistustehoa, sekä itse roottorin kantavien rakenteiden ylikuormittuminen ylös nostettavan massan jatkuvasti lisääntyessä. Käytännössä on usein esiintynyt ken-25 noston romahtamisia. Probleeman poistaminen edellyttää lujien ja kalliiden kennostorakenteiden valmistamista tai mekaanisen kennostopuhdistuksen järjestämistä tai kennos-ton vaihtoa suhteellisen lyhyin väliajoin.

Keksinnön kohteena olevassa bioroottorissa elimi-30 noidaan olemassa olevien bioroottoreiden epäkohtia ja samalla parannetaan puhdistustehoa. Tähän on päästy keksinnön mukaisen laitteen avulla, joka on tunnettu siitä, että bioroottorin keskellä on rakeista väliainetta sisältävään bioroottorin osaan yhteydessä oleva keskitunneli, joka on 35 tarkoitettu rakeista väliainetta sisältävästä bioroottorin 3 80070 osasta virtaavan puhdistetun veden poistamiseksi bioroot-torista, ja että rakeinen väliaine muodostaa hydraulisen laakerin, joka kannattaa koko bioroottorirakennetta sekä aktiivista biomassaa. Keksinnön kohteena on myös laitteen 5 käyttö savukaasujen tai muiden kaasujen puhdistukseen ja/tai hajunpoistoon johtamalla kaasut keskitunneliin 8, josta ne kulkeutuvat rakeisen väliaineen 11 läpi ja reagoivat rakeisen väliaineen nestekalvossa joko biologisesti hapettumalla tai kemiallisesti.

10 Keksinnön tärkeimpänä etuna on yksinkertainen ra kenne, jossa kennosto on korvattu kevyellä, rakeisella materiaalilla. Tämä muodostaa niin sanotun hydrostaattisen laakerin, mikä poistaa keskiakselin taipuman ja mahdollistaa nykyistä suurempihalkaisijäisten ja pitempien rootto-15 reiden valmistuksen. Samalla aikaansaadaan nykyisiin tunnettuihin ratkaisuihin verraten moninkertainen biomassan kasvualusta yksikkötilavuutta kohti. Rakeiden hiertyessä toisiaan vasten estyy biomassakerroksen liiallinen pak-suuskasvu ja siitä aiheutuvat haitat. Jäteveden ja puhdis-20 tuneen veden yksinkertainen kiertokulku roottori rummun läpi ja kiintoaineiden erottaminen aktiivisen biomassan ulkopuolelle aikaansaadaan seulamaista roottorin pintamateriaalia käyttäen. Rummun pyöritys tulovettä käyttäen — säästää käyttöenergiaa.

25 Oleellista on, että moduulirakenteinen roottori voidaan tehdä helposti erikokoiseksi. Rakeinen materiaali eli inertti väliaine voidaan valita raekooltaan kuhunkin käyttösovellutukseen sopivimmaksi, ja tarvittaessa muuttaa sitä yksinkertaisesti, mikä ei ole mahdollista nykyisin 30 tunnetuilla ratkaisuilla. Rakeisella materiaalilla toteutettu biomassan kasvualusta korvaa myös pienissä vedenpuh-distusyksiköissä käytetyt biosuodatinalustat (biobed).

Keksintöä selostetaan seuraavassa erään suoritus-muotoesimerkin avulla viitaten piirustukseen, jossa 35 kuvio 1 esittää bioroottoria yleiskuvana, 4 80070 kuvio 2 esittää keksinnön mukaista laitetta poikit-taisleikkauksena ja kuvio 3 esittää keksinnön mukaisen laitteen sek-torimodulia.

5 Kuvio 1 esittää yleiskuvana vedenpuhdistamon allas ta 1, jossa keksinnön mukainen bioroottori 2 kelluu roottorin sisällä olevan irtonaisen väliaineen kannattamana. Puhdistettava vesi johdetaan syöttöputken 3 suulakkeista 4 bioroottorin hammaskehälle 5, jolloin vesi aikaansaa 10 roottoria pyörittävän vääntömomentin. Tämä periaate on entuudestaan tunnettu vesimyllyistä, mutta nyt erona on veden samanaikainen johtaminen bioroottorin seulamaisen ulkovaipan 6 läpi roottorin sisälle. Bioroottorin läpäissyt vesi johdetaan keskitunnelin 8 kautta roottorin toi-15 seen päähän 7, josta se voidaan johtaa jatkokäsittelyyn seuraavaan bioroottoriin tai täysin puhdistuneena pois prosessista.

Kuviossa 2 esitetty keksinnön mukaisen bioroottorin poikittaisleikkaus havainnollistaa roottorin koostumisen 20 sektorimoduleista 20, jotka on tarkemmin esitetty kuviossa 3. Seulamainen ulkovaippa 6 voi olla reititettyä levyä, viiramateriaalia, tai vastaavaa. Oleellista on, että seu-lamaisella vaipalla saadaan aikaan esiseulonta ja esimerkiksi kuitumaisten partikkelien erottaminen biologista 25 hapettamista tehostavan bioroottorin ulkopuolelle. Näin esimerkiksi paperitehtaiden jätevesissä olevat ns. nolla-kuidut voidaan kerätä talteen. Käytännössä tämä voidaan toteuttaa esimerkiksi joustavilla harjamaisilla kaapimilla 19, jotka kuviossa 2 on sijoitettu ylimääräistä vettä 30 pois johtavan kourun 12 yläpuolelle.

Kuvion 2 mukaisesti syöttöputkien 3 ja suulakkeiden 4 kautta roottorin kehälle syötetty vesi valuu hammaskehän 5 vaipan 6 läpi irtorakeiden 11 päälle, josta se edelleen valuu hitaasti alaspäin. Irtorakeet voivat olla esim.

35 korkkia tai muovia. Koska syöttökorkeus on altaan 1 veden- il 5 80070 pintaa korkeammalla, syntyy roottoria pyörittävä vääntö-momentti. Painuessaan puhdistettavaan veteen irtorakeet kostuvat täysin vedellä ja noustessaan vastakkaiselta puolelta ylös ylimääräinen vesi valuu pois rakeiden välistä, 5 jolloin rakeiden pinnassa oleva kostunut biomassa joutuu koko pinta-alaltaan kosketuksiin ilman kanssa. Kullakin roottorin kierroksella syntyy täydellinen puhdistettavan veden ja ilman vaihto koko biomassassa, mikä takaa parhaan mahdollisen toimintatehon. Lisäksi roottori pyöriessään 10 sekoittaa alla olevaa puhdistettavaa vettä.

Koska sektorit 20 eivät ole täysin täynnä irtonaista väliainetta 11, syntyy siellä roottorin pyöriessä liikettä ja rakeiden hiertymistä toisiaan vasten, mikä aikaansaa itsepuhdistusta, jonka seurauksena biomassa ei 15 pääse kasvamaan liian paksuksi ja järjestelmä tukkeutumaan. Rakeisen materiaalin ollessa vettä kevyempää syntyy noste, joka kannattaa sekä rakeisen materiaalin 11 että bioroottorin koko rakenteen. Näin irtonainen väliaine 11 toimii bioroottorin hydraulisena laakerina koko järjestel-20 mälle aikaansaaden tasaisen tuennan koko roottorin pituudelle. Bioroottorin rakenne voidaan täten tehdä hyvin ke-veäksi ja rummut suurihalkaisijäisiksi ja kuinka pitkiksi hyvänsä.

Kuviosta 2 ilmenee myös keskitunnelin 8 rakenne ja 25 sinne sijoitettujen kourujen 9 toiminta. Asentamalla kourut 9 vinoon roottorin pituusakselin suhteen syntyy spiraalimainen rakenne, mikä siirtää keskelle valuvaa vettä kohden bioroottorin ulostulopäätä 7 (kuvio 1). Toinen tapa järjestää puhdistettavan veden jatkuva kierto on tehdä 30 keskitunneli 8 molemmista päistään umpinaiseksi ja pumppaamalla vettä ulostulopäästä 7 seuraavaan prosessin vaiheeseen. Roottorin keskitunnelin seinämä 10 voi olla samanlaista seulamaista materiaalia kuin ulkovaippa 6.

Rakeisen materiaalin 11 raekokoa vaihtelemalla voi-35 daan tehokkaasti säätää aktiivisen biomassan määrää tila- 6 80070 vuusyksikössä aina kulloisenkin tarpeen mukaan. Esimerkiksi käyttämällä keskimäärin 8 mm halkaisi jäistä raekokoa saadaan jo yli 500 m^/m^ aktiivista biomassapinta-alaa, mikä on yli kolminkertainen nykyisin tunnettuihin bioroot-5 toreiden kennorakenteisiin verrattuna. Pienentämällä raekokoa voidaan tehollista pinta-alaa kasvattaa vieläkin suuremmaksi. Näin bioroottori saadaan toimimaan tarvittaessa hyvinkin pienikokoisissa vedenpuhdistusrakennuksis-sa. Toisaalta suurta kapasiteettia omaaviin laitoksiin 10 voidaan rakentaa suuria ja tehokkaita bioroottoreita.

Kuvio 3 esittää keksinnön mukaisen bioroottorin sektorimodulia 20. Tämä koostuu päätyseinistä 14, nurkka-tuista 13, hammastuista 15, pohjatuista 18, vaipasta 6, väliseinistä 17 ja pöhjaseinästä 10. Päätyseinät 14, vä-15 liseinät 17 ja pohjaseinä 10 voivat olla vettä läpäisevää materiaalia, kuten esimerkiksi viirakangasta, tai haluttaessa väliseinät 17 ja päätyseinät 14 voivat olla umpinaisia. Irtonainen väliaine 11 täyttää suurimmaksi osaksi koko sektorin, mutta vapaata tilaa 21 (kuvio 1) tulee jät-20 tää, jotta irtorakeet pääsevät liikkumaan ja hiertymään toisiaan vasten. Irtorakeiden hiertymistä ja keskinäistä sekoittumista voi tehostaa tarvittaessa sektoreiden sisään kiinnitetyillä sekoituslevyillä 16. Irroittamalla sektorin päätyseinät 14 nurkkatuista 13 voidaan koko sektori ir-25 rottaa huoltoa varten tai esimerkiksi irtonaisen väliaineen 11 vaihtoa varten. Luonnollisesti keksinnön mukainen bioroottori voidaan rakentaa muutenkin kuin moduleja käyttäen. Koska ei ole mitään kiinteätä kennostoa, sektorimo-dulit tai vastaavat rakenteet voidaan tehdä helposti eri-30 kokoisiksi tai erimuotoisiksi aina tilanteen niin vaatiessa. Irtonainen väliaine biomassan kasvualustana sopeutuu minkälaiseen bioroottorin poikkileikkausmuotoon tahansa.

Keksinnön mukaista bioroottoria voi käyttää myös savu- tai muiden kaasujen puhdistukseen tai hajunpoistoon 35 joko biologista tai kemiallista menetelmää käyttäen. Savu- 7 80070 kaasut tai muu puhdistettava kaasu johdetaan roottorin keskitunneliin 8, josta se kulkeutuu irtonaisen väliaineen 11 läpi ja reagoi tällöin väliaineen nestekalvon kanssa. Biologisessa menetelmässä tapahtuu biologinen hapetus ir-5 tönäisen väliaineen pintakalvossa ja neste, esimerkiksi lipeäliuos, jonka varassa roottori kelluu, neutraloi pH-arvoltaan sellaiseksi, että biologinen prosessi ei tukahdu. Kemiallisessa menetelmässä savukaasut reagoivat kemiallisesti irtonaisen väliaineen pintakalvossa olevan 10 nesteen kanssa. Kummassakin tapauksessa käytetään hyväksi irtonaisella väliaineella aikaansaatua suurta pinta-alaa, jossa reaktio tapahtuu, sekä roottorin itsepuhdistusta irtonaisten rakeiden hiertyessä toisiaan vasten.

On selvää, että keksinnön mukaista bioroottoria ja 15 siinä olevaa irtonaista väliainetta voi soveltaa myös muihin veden tai kaasun puhdistustarpeisiin, kuin mitä edellä on esitetty.

Claims (6)

8 80070

1. Laite veden, erityisesti jäteveden puhdis tamiseksi biologisella hapetusmenetelmällä, joka laite käsittää puhdistettavaan veteen osaksi upotettavan bio-roottorin (2), jonka sisälle on sijoitettu rakeista väliainetta (11) biomassan kasvualustaksi ja joka pyö-10 riessään upottaa rakeisen väliaineen vuoron perään veteen ja nostaa sen ylös ilmaan aktiivisen biomassan toiminnan tehostamiseksi, tunnettu siitä, että bioroottorin (2) keskellä on rakeista väliainetta (11) sisältävään bioroottorin osaan yhteydessä oleva keskitunneli (8), joka 15 on tarkoitettu rakeista väliainetta sisältävästä bioroottorin osasta virtaavan puhdistetun veden poistamiseksi bioroottorista, ja että rakeinen väliaine (11) muodostaa hydraulisen laakerin, joka kannattaa koko bioroottorira-kennetta sekä aktiivista biomassaa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tun nettu siitä, että rakeista väliainetta sisältävä bioroottorin osa koostuu sektorimoduleista (20).

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että bioroottorin (2) pyörittä- 25 miseksi on järjestetty suulakkeet (4), joiden kautta vesi johdetaan roottorin hammaskehälle (5).

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen laite, tunnettu siitä, että puhdistetun veden poistamiseksi on roottorin (2) keskitunneliin (8) sovitettu ruu- 30 viviivan muodostavat kourut (9).

5. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että rakeinen väliaine (11) on edullisesti korkkia, muovia tai vastaavaa.

6. Patenttivaatimuksen 1-5 mukaisen laitteen 35 käyttö savukaasujen tai muiden kaasujen puhdistukseen tl 9 80070 ja/tai hajunpoistoon johtamalla kaasut keskitunneliin (8), josta ne kulkeutuvat rakeisen väliaineen (11) läpi ja reagoivat rakeisen väliaineen nestekalvossa joko biologisesti hapettumalla tai kemiallisesti. 10 80070