FI90856B - Menetelmä jäteveden tai sentapaisen epäpuhtaan veden käsittelemiseksi sekä menetelmässä käytettävä saostuksen apuaine - Google Patents

Description

90856

Menetelmä jäteveden tai sentapaisen epäpuhtaan veden käsittelemiseksi sekä menetelmässä käytettävä saostuksen apuaine

Esillä olevan keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon mukainen menetelmä jäteveden tai sentapaisen epäpuhtaan veden käsittelemiseksi.

Tällaisen menetelmän mukaan käsiteltävään veteen lisätään sekoitusvyöhykkeessä orgaanisen aineen saostumista aikaansaavaa komponenttia, sekoituksesta saatava seos johdetaan erotusvyöhykkeeseen, jossa saostuva aine erotetaan nesteestä, minkä jälkeen käsitelty neste-effluentti poistetaan erotusvyöhykkeestä ja viedään mahdolliseen jatkokäsittelyyn.

Keksinnön mukainen menetelmä soveltuu etenkin sellu- ja paperiteollisuuden jätevesien käsittelyyn, mutta sitä voidaan myös käyttää muiden teollisten jätevesien, kuten öljyn-jalostuksesta ja muovien valmistuksesta peräisin olevien jätevesien, sekä kunnallisten jätevesien puhdistamiseen.

Keksintö koskee myös jäteveden tai sentapaisen epäpuhtaan veden käsittelyssä käytettävää saostuksen apuainetta.

Sellu- ja paperiteollisuuden jätevesien orgaanisen aineen poistossa aktiivilietemenetelmällä muodostuu 0,4 - 0,6 kg biolietettä jokaista poistettua BOD7 kg (BOD = biological oxygen demand; biologinen hapenkulutus) kohti. Tämä orgaaninen aines sisältää eläviä ja kuolleita mikrobeja. Lisäksi siinä on sellaista hienojakoista orgaanista ja epäorgaanista kiintoainetta, jota on kulkeutunut biologiseen puhdistamoon käsiteltävän jäteveden mukana. Biomassan osuus sellu- ja paperiteollisuuden aktiivilietteestä on 50 - 80 %.

Suomessa muodostuu jo nykyisellään suuria määriä aktiivilie-tettä; lietteen määrä on suuruusluokaltaan noin 30.000 - 40.000 tonnia kuiva-ainetta vuodessa. Määrän odotetaan vielä kasvavan niin, että se vuosikymmenen lopulla on suuruusluokkaa 80.000 - 100.000 t/a.

2

Biolietteelle ei ole olemassa taloudellisesti kiinnostavaa hyötykäyttöä. Nykyisellään se joko kuivataan ja poltetaan yhdessä kuitulietteen kanssa tai kuljetetaan läjitysalueelle. Myöskään aktiivilietteen mikrobiosaa ei jätevedenpuhdis-tuksessa toistaiseksi juuri ole osattu käyttää hyväksi. Eräissä tapauksissa siitä on vapautettu sitoutunutta fosforia ja typpeä, joita aineita on voitu käyttää uudelleen biologisessa puhdistuksessa.

Esillä oleva keksintö lähtee siitä ajatuksesta, että aktiivi-lietettä voitaisiin käyttää saostuksen apuaineena jäteveden puhdistuksen etuselkeytyksessä. Tällä hetkellä aktiiviliete usein poistetaan prosessista yhdessä etuselkeytyksen lietteen kanssa johtamalla bioliete tulevan veden mukana etusel-keytykseen. Tällöin kuitenkin osa biolietteestä voi nousta pintaan anaerobisen jäteveden tai muiden syiden takia. Tuloksena on useimmiten se, että myös etuselkeytyksen kiintoaineen poistoteho huononee alkuperäisestä.

Keksintömme yhteydessä tehdyissä mittauksissa ja kokeissa on nyt todettu, että hajottamalla ainakin osa biolietteen mik-robisoluista ja asettamalla lietteen pH korkeintaan arvoon 3, edullisesti pH-alueelle 2-3, saadaan etuselkeytykseen lisätyllä biolietteellä aikaan laskeutumiskelpoisia flokke-ja.

Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle menetelmälle jätevesien käsittelemiseksi on pääasiallisesti tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkki-osassa.

Kuten yllä esitettiin tarkoitetaan tämän hakemuksen puitteissa termillä "bioliete" sellaista proteiinipitoista lietettä, joka on peräisin jätevesien puhdistuslaitoksesta, kuten aktiivilietelaitoksesta tai ilmastetusta lammikosta, ja joka sisältää eläviä ja kuolleita mikrobeja.

Termeillä "saostaa" ja "saostua" tarkoitetaan puolestaan sellaista prosessia, jossa liuosfaasissa oleva aine muuttuu

II

3 90856 kiinteään muotoon, jolloin se eroaa liuoksesta. Saostuksen yhteydessä syntyvä kiinteä aine saattaa koaguloitua muodostaen hiutaleita tai flokkeja, jotka prosessiolosuhteiden mukaan joko laskeutuvat pohjaan tai - flotaatiossa eli vaahdo-tuksessa - nousevat pintaan. Niinpä "saostus"-termi kattaa myös ne prosessit, joissa tapahtuu hiutaleiden ja flokkien muodostumista ja koaguloitumista.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä voidaan pH-arvon säätöön käyttää sopivaa happoa, etenkin mineraalihappoa, kuten suola-, typpi- tai rikkihappoa. On kuitenkin myös mahdollista käyttää hapanta jätevesijaetta, kuten kemianteollisuuden ferrosulfaattipitoista jätevettä. Koska näiden pH-arvo usein on varsin alhainen, jopa < 1, sopivat ne erityisen hyvin sellun valkaisun alkalivaiheen jätevesien pH-arvon säätämiseen haluttuun arvoon.

Keksinnön mukaan pH-arvon tulee olla alle noin 3, jotta liete saostuisi. Kuten myöhemmin esitettävistä esimerkeistä käy ilmi, ei menetelmä tuota haluttua tulosta pH-arvon ollessa noin 4. Taloudellisista syistä on harvoin mielekästä laskea pH-arvo alle kahden, vaikka menetelmä kuitenkin toimii näissäkin pH-arvoissa.

Bioliete lisätään jäteveteen sekoitusvyöhykkeessä, jossa jätevettä sekoitetaan esim. peräkkäisissä sekoitussäiliöissä. Keksinnön eräässä edullisessa suoritusmuodossa lietteen ja veden muodostamaa seosta sekoitetaan kahdessa vaiheessa, ensin nopeasti ja senjälkeen hitaasti. Vaiheet suoritetaan eri sekoitusastioissa.

Jäteveteen lisättävän biolietteen sakeus on noin 0,2 %, mutta se voidaan tiivistämällä korottaa noin 2-3 %:iin. Sen mikrobisoluista ainakin osa, edullisesti ainakin noin 50 %, erityisen edullisesti ainakin noin 60 %, on murskattu sopivalla murskauskäsittelyllä. Erään edullisen suoritusmuodon mukaan biolietettä käsitellään sonikaattorilaitteessa ultraäänellä. Toisen edullisen suoritusmuodon mukaan biolietteen 4 mikrobisoluja murskataan käyttämällä korkeaa painetta ja sen nopeaa alentamista (räjäytystekniikkaa).

Saostumisen aikaansaamiseksi tarvittavan saostuskemikaalin määrä vaihtelee liuenneiden ja suspendoituneiden yhdisteiden mukaan. Tavallisesti on lisättävän biolietteen kuiva-ainemäärä noin 0,2 - 1,5 g/1 jätevettä.

Biolietteen lisäksi voidaan etuselkeytyksessä käyttää sinänsä tunnettuja saostuskemikaaleja, kuten ferro- ja ferrisulfaattia ja alumiinisulfaattia, jotka voidaan esim. lisätä sellaisen vesiliuoksen muodossa, joka sisältää ferro-, ferri- tai alumiini-ioneja, kuten edellä mainittu kemianteollisuuden rautapitoinen jätevesi.

Menetelmässä voidaan biolietteen ja mahdollisten saostuske-mikaalien ohella vielä käyttää jotain sinänsä tunnettua flokkauksen tehostamiskemikaalia, jona jäteveden koostumuksen mukaan voidaan käyttää erilaisia kationisia polymeerejä, anionisia polymeerejä sekä polyelektrolyyttejä. Flokkauksen tehostamiskemikaali tuodaan jäteveteen ennen biolietteen lisäystä, sen jälkeen tai samanaikaisesti sen kanssa.

Saostuneen aineen ja liuoksen erottamiseksi jätevesi-liete-seos johdetetaan esim. aktiivilietelaitoksen tasausaltaaseen tai ilmastusosaan, joissa saostunut aine erotetaan sinänsä tunnetuilla menetelmillä.

Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja. Niinpä menetelmällä saadaan aikaan varsin hyvä jäteveden kiintoai-nereduktio. Mikäli jätevedessä on hienojakoista, muuten laskeutumatonta kiintoainetta se saostuu samalla. Menetelmä soveltuu sekä mekaanisen että kemiallisen selluvalmistuksen jätevesien käsittelyyn. Kyseeseen tulevat esim. kuorimo- ja valkaisimovedet. Koska myös eräät orgaaniset, lähinnä suur-raolekyyliset aineet, kuten hapot ja klooratut yhdisteet, saostuvat menetelmän yhteydessä, voidaan myös öljynjalostuk-sessa ja muovien valmistuksessa syntyviä jätevesiä käsitellä. Keksinnön avulla voidaan perinteisten saostuskemikaalien

II

5 90856 määrää huomattavasti vähentää, ne voidaan jopa kokonaan korvata keksinnön mukaisella biolietteellä.

Seuraavassa keksintöä ryhdytään lähemmin tarkastelemaan oheisen piirustuksen ja muutaman suoritusesimerkin avulla. Piirustuksen kuviossa on esitetty menetelmän yksikertaistet-tu prosessikaavio.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä käytetään etuselkeytyksen saostuksen apuaineena biolietettä, joka koostuu aktiivilie-teprosessin ylijäämälietteestä, jota murskataan murskaus-laitteessa l. Murskaus suoritetaan käyttäen hyväksi esimerkiksi korkeaa painetta ja sen nopeaa alentamista (räjäytys-tekniikkaa) tai ultraääntä. Käsiteltävään jäteveteen lisätään murskattua biolietettä ensimmäisessä sekoitusastiassa 2. Lietettä syötetään käsiteltävään jäteveteen niin, että sen määrä kuiva-aineena (haihdutusjäännöksellä) mitaten on 0,2 - 1,5 g/1 selkeytykseen menevässä vedessä. Jäteveden pH säädetään lisäämällä hapanta jätevesijaetta tai mineraali-happoa (rikkihappoa tai vastaavaa) niin, että se on alueella 2-3. Ensimmäisessä sekoitusastiassa vallitsevaa pH-arvoa mitataan ja säädellään säätölaitteistolla 3, joka koostuu pH:n näyttö-, rekisteröinti- ja säätölaitteesta (QIRC) ja syötettävän happaman aineen virtaus-, rekisteröinti- ja säätölaitteesta (FIRC).

Käsiteltyä jätevettä sekoitetaan aluksi nopeasti 1-2 minuuttia ensimmäisessä sekoitusastiassa 2 ja sitten hitaasti 6-10 minuuttia toisessa sekoitusastiassa 4. Tällöin tapahtuu biolietteen koagulaatio ja liete ja jäteveden liuenneet orgaaniset aineet alkavat saostua.

Lietevesiseos syötetään selkeyttämöön tai flotaatiolaitteis-toon 6. Mikäli lietteen ja veden erotuslaitteisto sisältää betoni- tai muuta happoindusoidulle korroosiolle alttiita osia, on seoksen pH nostettava alueelle 4,0 - 5,3 esimerkiksi kalkilla (kalsiumhydroksidin vesiliuoksella), joka syötetään väliastiaan 5. Selkeyttimeen tulevan seoksen pH-arvoa säädellään edellä esitetyllä tavalla säätölaitteistolla 3.

6

Selkeytyksessä erotukseen tarvitaan tavanomaisesti sellu- ja paperiteollisuuden jätevesien selkeytykseen mitoitettu selkeytin 6 (pintakuorma 0,6 - 1,2 m3/m2 h, viipymä 3-5 tuntia) .

Flotaatiota käytettäessä pintakuorma voi olla suuruusluokkaa 3-5 m3/m2 h ja ns. dispersioveden määrä 10 - 20 % käsiteltävän veden määrästä.

Selkeytyksestä 6 jätevesi menee biologiseen puhdistusvaihee-seen. Liete ohjataan lietteenkäsittelyyn ja käsitellään muiden jätevedenkäsittelyn lietteiden kanssa tavanomaisin menetelmin.

Seuraavat esimerkit havainnollistavat keksintöä sitä mitenkään rajoittamatta esimerkkien yksityiskohtiin.

Esimerkki 1 Käsiteltävä jätevesi oli kemitermomekaanisen (CTMP) tehtaan etuselkeytykseen tulevaa jätevettä kuusiajon ajalta. Kokeessa käytetty bioliete oli saman tehtaan aktiivilietelaitoksen biolietettä.

Bioliete hajoitettiin ultraäänellä (sonikoitiin) ja jäljelle jäänyt kiintoaine poistettiin sentrifugoimalla. Sentrifugoin-nin suodosta lisättiin vakiomäärä käsiteltävään jäteveteen. pH

säädettiin laimealla rikkihapolla eri näytteissä eri suuruiseksi. Näytteitä sekoitettiin happolisäyksen jälkeen vakionopeudella noin 10 minuuttia ja näytteiden annettiin laskeutua noin 30 minuuttia. Tämän jälkeen otettiin näytteet vesiosasta ja määritettiin kiintoaine käyttäen GF/A suodinta. Tulokset on esitetty oheisessa taulukossa 1.

7

Taulukko 1 pH:n muutoksen vaikutus kiintoaineen poistoon käytettäessä saostuksen apuaineena murskattua aktiivilletettä.

90856

Lisätty pH kiinto- kiintoai- aktiivi- aine nereduktio lietemäärä 1) mg/1 % ml/1 Käsittelemätön vesi 0 5,8 1700 IA vertailu 0 2,0 540 68 IB koe 50 2,0 140 92 1C koe 100 2,0 82 95 2A koe 0 4,0 570 66 2B koe 50 4,1 650 62 2C koe 100 4,0 740 56

Kiintoainereduktio on laskettu vertaamalla sitä alkuperäisen veden kiintoainemäärään.

Esimerkki 2

Sulfaattimenetelmällä kappaan 31 keitettyä havusellua valkaistiin laboratoriomitassa käyttäen sekvenssiä C/D E1DE2D. Tavoitteena oli vaaleus ISO 90. Alkalivaiheen jätevesi (vai heesta El), hapan jätevesi (vaiheesta C/D), jossa C = kloori ja D = klooridioksidi) sekä sonikoimalla murskatun ja suodatetun biolietteen suodos sekoitettiin keskenään. Sanottu lietesuodos sekoitettiin yhtäaikaisesti happaman jäteveden kanssa alkaaliseen jäteveteen. Seosta sekoitettiin 5 minuuttia, minkä jälkeen seoksen annettiin laskeutua noin yksi tunti. Vedestä otettiin näyte, josta määritettiin väri vakio pH:ssa. Tulokset on esitetty oheisessa taulukossa 2. Määräti-lavuussuhteet olivat alkaalinen vesi:hapan vesi:bioliete = 1:2:0,2 8

Taulukko 2 Värireduktio lisättäessä murskattua biolietettä alkaalisen ja happaman jäteveden seokseen.

Väri Värireduktio mg Pt/1 %

Hapan jätevesi 320

Alkaalinen jätevesi 6600

Bioliete 1500 Käsitelty jätevesi 690 71

Tekemissämme muissa puhdistuskokeissa on todettu mm., että murskatun biolietteen lisäys etuselkeytykseen ei nosta etu-selkeytyksestä poistuvaa liuennutta orgaanista ainemäärää CODrllä mitattuna. Puhdistustulos kiintoaineen saostuksessa ei oleellisesti huonontunut, vaikka murskatusta biolietteestä ei sentrifugoimalla poistettukaan murskaantumatonta bioliete-osaa.

li

Claims (12)

90856

1. Menetelmä jäteveden tai sentapaisen epäpuhtaan veden käsittelemiseksi, jonka menetelmän mukaan - veteen lisätään sekoitusvyöhykkeessä (2, 4) orgaanisen aineen saostumista aikaansaavaa komponenttia, - saatu seos johdetaan erotusvyöhykkeeseen (7), jossa saostuva aine erotetaan nesteestä, ja - käsitelty neste-effluentti poistetaan erotusvyöhyk-keestä ja viedään mahdolliseen jatkokäsittelyyn, tunnettu siitä, että - saostumista aikaansaavana komponenttina käytetään ainakin osittain proteiinipitoista biolietettä, jonka sisältämille mikrobisoluille on suoritettu murskauskä-sittely, ja - sekoitusvyöhykkeen (2, 4) pH säädetään arvoon korkeintaan noin 3.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään aktiivilietelaitoksesta tai ilmastetusta lammikosta saatavaa biolietettä, jonka mikrobisoluista ainakin noin 50 %, edullisesti noin 60 - 90 %, ön murskattu.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pH säädetään noin arvoon 2...3.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pH-arvon säätöön käytetään hapanta jätevesijaetta tai mineraalihappoa.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sekoitusvyöhykkeessä (2, 4) lisätään kuiva-aineena laskettuna noin 0,2...1,5 g biolietet-tä/1 vettä.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lietteen ja veden muodostamaa seosta sekoitetaan kahdessa vaiheessa, ensin nopeasti ja senjälkeen hitaasti.

7. Etenkin jäteveden tai sentapaisen epäpuhtaan veden käsittelyyn tarkoitettu saostuksen apuaine käytettäväksi pH-arvoilla korkeintaan noin 3, tunnettu siitä, että se koostuu oleellisesti proteiinipitoisesta biolietteestä, jota on käsitelty siten, että ainakin osa biolietteen mikrobien soluista on murskattu.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen saostuksen apuaine, tunnettu siitä, että ainakin noin 50 %, edullisesti ainakin 60 % biolietteen mikrobisoluista on murskattu.

9. Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen saostuksen apuaine, tunnettu siitä, että bioliete on saatu aktiivilietelaitoksesta tai ilmastetusta lammikosta.

10. Jonkin patenttivaatimuksen 7-9 mukainen saostuksen apuaine, tunnettu siitä, että biolietteen sakeus on noin 0,2...3 %.

11. Jonkin patenttivaatimuksen 7-10 mukainen saostuksen apuaine, tunnettu siitä, että biolietettä on käsitelty ultraäänellä mikrobisolujen murskaamiseksi.

12. Jonkin patenttivaatimuksen 7-10 mukainen saostuksen apuaine, tunnettu siitä, että biolietteen mikrobi-soluja on murskattu alistamalla bioliete ensin korkealle paineelle, jota senjälkeen on nopeasti alennettu. Il 90856