NL1016781C2 - Reactorkamer voor de denitrificatie van afvalwater. - Google Patents

Description

Reactorkamer voor de denitrificatie van afvalwater

De uitvinding heeft betrekking op een reactorkamer voor de denitrificatie van afvalwater.

De denitrificatie, ook wel de reductie van nitraat (N03-N) tot elementaire stikstof (N2) is een reducerende werk-5 wijze, waarvoor zuurstofloze afwateromstandigheden noodzakelijk zijn. In het afvalwater mag geen opgelost zuurstof aanwezig zijn. Gelijktijdig moeten biologisch afbreekbare organische substraten als H-donor aanwezig zijn.

Vanwege een zo volledig mogelijke eliminatie van 10 stikstof uit afvalwater vindt deze in het algemeen in twee stappen plaats. In de eerste stap, de nitrificatie, wordt het in hoofdzaak als ammonium aanwezige stikstof geoxideerd tot nitraat. Daarop sluit de hiervoor beschreven denitrificatie aan.

15 Vanwege de grote behoefte aan zuurstof bij de nitri- ficatie en de noódzakelijke afwezigheid van zuurstof bij de denitrificatie worden de beide stappen in de werkwijze gescheiden van elkaar uitgevoerd.

Een uitvoeringsvorm voor de werkwijze bestaat uit 20 een voor de nitrificatie geschakelde denitrificatie. Deze variant is voor zover voordelig wanneer in het afvalwater aanwezige organische bestanddelen, zoals koolstofverbindingen (meestal methanol) simultaan worden afgebroken en daarbij behalve stikstof en water ook koolwaterstoffen worden gevormd 25 die de in de nitrificatie gevormde zuren (ΙΓ) neutraliseren wat een gunstig effect heeft op een na deze stap geschakelde nitrificatie. In ieder geval is hiervoor een recirculatie van nitraatrijk afvalwater uit de afloop van de nitrificatie naar de denitrificatie noodzakelijk.

30 In "Korrespondenz Abwasser", band 2/88, blz. 120 be schrijft Schlegel het gebruik van ondergedompelde vast bedli-chamen voor de nitrificatie. Onder het geheel door het afvalwater doorstroombare vast bed zijn beluchters geplaatst die lucht via de bodemvlakken van het vast bed verdelen, waarbij 35 de lucht vervolgens het vast bed van onderen naar boven toe doorstroomt. Met deze beluchting wordt de in het kader van de - 1 "im 2 nitrificatie op de oppervlakken van het vast bed aanwezige biomassa van zuurstof voorzien, gelijktijdig wordt de dikte van de biolaag, die ook als biologisch tapijt wordt aangeduid, geregeld en een doorstroming en vermenging van de reac-5 tor wordt zeker gesteld.

Voor de denitrificatie is deze werkwijze duidelijk niet toepasbaar, omdat de denitrificatie slechts onder uitsluiting van opgelost zuurstof kan verlopen.

Door DE-C1-43.39.630 is de vast bedwerkwijze voor de 10 simultane reductie van de biologische en chemische stikstof-behoefte bekend geworden, voor de nitrificatie en denitrifi-catie van afvalwater. Daarbij wordt tijdens een eerste tijdsduur de reactor tot aan nitrificatie belucht en tijdens een tweede tijdsduur wordt nieuw afvalwater toegediend waarbij 15 tijdens de tweede tijdsduur de beluchting ten minste gedeeltelijk en tijdelijk wordt uitgeschakeld. Concreet wordt daartoe een reactor beschreven die uit verscheidene, in stro-mingstechnische betekenis achter elkaar geschakelde deelreac-toren bestaat, die in intervallen voor de nitrificatie res-20 pectievelijk denitrificatie worden gebruikt.

Die bekende werkwijze werkt derhalve discontinu.

De uitvinding heeft nu tot doel een eenvoudige mogelijkheid voor een geoptimaliseerde denitrificatie van afvalwater in een zo continu mogelijke werkwijze te leveren.

25 Daarbij gaat de uitvinding uit van een vast bedreac- tor die aan de specifieke eisen van een denitrificatie op constructieve wijze wordt aangepast.

Het is daarbij een hoofddoel om binnen de reactorka-mer een stromingswals (een kringloop) voor het afvalwater te 30 verkrijgen. Het afvalwater dient derhalve in de kringloop door het vast bed te worden geleid. Daarmee wordt het doel verkregen om de op het vast bedoppervlak aanwezige biomassa continu van zuurstofvrij substraat te voorzien. Op deze wijze wordt enerzijds de denitrificatie versneld en anderzijds 35 wordt de dikte van het biologische tapijt (de biomassa) geregeld. Gelijktijdig worden slibafzettingen aan de bodem van de reactorkamer vanwege de circulatiestroming van het afvalwater in ieder geval gereduceerd.

- '? 3

Concreet stelt de uitvinding in de meest algemene uitvoeringsvorm een reactorkamer voor de denitrificatie van afvalwater voor, die de volgende kenmerken omvat: een toevoer voor afvalwater, 5 - een afvoer voor afvalwater, ten minste één, in alle richtingen van het coördinatensysteem door afvalwater doorstroombaar vastbedlichaam, het vast bedlichaam is zodanig uitgevoerd en in de reactorkamer geplaatst, dat deze 10 - op afstand van de bodem van de reactorkamer eindigt (der halve dat tussen de onderste uiteinden van het vast bedlichaam en de bodem van de reactorkamer het afvalwater geen vast bed doorstroomt), waarbij - binnen het vast bedlichaam, en/of 15 - tussen naast elkaar liggende vast bedlichamen, en/of tussen vast bedlichamen en de binnenwand van de reactorkamer , ten minste één vrije ruimte is gevormd, die zich over de gehele hoogte van het vast bedlichaam uitstrekt, en 20 - in deze vrije ruimte een inrichting voor het dwangmatig voeren van het afvalwater in een richting op de bodem van de reactorkamer is geplaatst.

Het vast bedlichaam wordt zodanig in de reactorkamer aangebracht dat dit geheel in het afvalwater ligt. Met andere 25 woorden: het niveau van het afvalwater ligt boven het bovenste uiteinde van het vast bedlichaam. Daarbij kan tussen het niveau van het water (de waterspiegel) en het bovenste uiteinde van het vast bedlichaam de genoemde toevoer respectievelijk afvoer worden aangebracht. De toevoer en de afvoer 30 kunnen daarbij diametraal ten opzichte van elkaar liggen.

Het vast bedlichaam kan ééndelig of meerdelig zijn. Deze kan bijvoorbeeld uit zogenaamde leidingbuizen bestaan die met elkaar zijn verankerd, bijvoorbeeld aan elkaar zijn gelast, maar zodanig dat het afvalwater niet slechts in de 35 axiale richting van de buizen, maar ook loodrecht daardoorheen kan stromen. Het vast bedlichaam kan ook uit bewegelijke dragende lichamen (ook wel vullichamen genoemd) bestaan die bijvoorbeeld door vasthoudmiddelen in hun bewegelijkheid op 101 67 4 een gedefinieerd bereik in het afvalwater worden begrensd. Voor zover zijn er in het begrip van het vast bedlichaam geen beperkingen.

Wezenlijk voor de reactorkernen is dat het vast bed 5 (onafhankelijk ervan, of deze als vast of als bewegelijk lichaam is uitgevoerd) zich niet uitstrekt over het gehele volume respectievelijk over het gehele dwarsdoorsnedeoppervlak van de reactorkamer. Veel meer wordt erin voorzien dat binnen het vast bedlichaam of tussen naast elkaar liggende vast bed-10 lichamen respectievelijk tussen een vast bedlichaam en een binnenwand van de reactor een vrije ruimte overblijft die zich overeenkomstig verticaal over de hoogte van het vast bedlichaam uitstrekt.

Met deze vrije ruimte worden voor het afvalwater in 15 hoofdzaak twee zones verschaft, één zone waarbij het afvalwater door het vast bed wordt geleid en een tweede zone waardoor heen het afvalwater overeenkomstig ongehinderd kan stromen.

Reden en doel van deze vrije ruimte is het om aan 20 het afvalwater een bepaalde beoogde stromingsrichting te verschaffen en daardoor een zogenaamde stromingswals (circula-tiestroming) in de reactorkamer te vormen.

Hiertoe is in de vrije ruimte de zogenaamde inrichting voor een dwangmatige voering van het afvalwater aange-25 bracht, die ervoor zorgt dat het afvalwater van boven naar onderen door de vrije ruimte stroomt en, zodra deze de vrije ruimte aan de onderzijde heeft verlaten eerst wordt omgekeerd en vervolgens door het vast bedlichaam weer naar boven terugstroomt voordat deze weer in de vrije ruimte wordt omgedraaid 30 en in de richting van de bodem van de reactorkamer wordt teruggeleid.

In principe is het echter ook mogelijk om de stromingsrichting om te keren.

De beoogde geleiding van het afvalwater van boven 35 naar onderen door de vrije ruimte en van onderen naar boven door het vast bedmateriaal heeft echter het voordeel, dat het afvalwater door overeenkomstige omkeerorganen aan de bodem van de reactorkamer, derhalve onder het vast bedgebied, een \ / 5 extra dwangmatige geleiding ondergaat en daardoor de circula-tiestroming geoptimaliseerd kan worden.

Voor de optimalisering van deze dwangmatige stroming zorgt één uitvoeringsvorm er voor dat de vrije ruimte aan de 5 omtrek door een voor water niet doorlaatbare mantel wordt begrensd. Op deze manier wordt een beoogde scheiding van de genoemde zones verkregen.

Daarbij kan de mantel langs ten minste één horizontaal vlak van een veelvoud van onderbrekingen zijn voorzien. 10 Hierdoor is het mogelijk om in plaats van een enkele circulatiestroming over de gehele hoogte van de reactorkamer verscheidene stromingspaden voor het afvalwater te vormen zoals aan de hand van de figuurbeschrijving hierna zal worden verduidelijkt.

15 Daarbij kunnen de onderbrekingen in hun dwarsdoor snede veranderbaar zijn, bijvoorbeeld doordat, wanneer de onderbrekingen naast elkaar ten minste van een schuiver zijn voorzien, die de onderbrekingen gedeeltelijk of geheel afsluit respectievelijk opent. Op deze manier kan de intensi-20 teit van de circulatiestromingen worden gevarieerd al naar gelang het specifieke doel.

In principe kan de reactorkamer een gewenste grootte en een gewenste dwarsdoorsnede omvatten.

De genoemde stromingswals kan op optimale wijze bij 25 een reactorkamer met een cirkelvormige dwarsdoorsnede worden verkregen, waarbij de genoemde vrije ruimte midden in de reactorkamer is geplaatst.

Het is echter net zo goed mogelijk om verscheidene vrije ruimtes bijvoorbeeld binnen in het vast bedmateriaal 30 uit te voeren en overeenkomstig een veelvoud van circulatiestromingen voor het afvalwater te verschaffen. Om dode ruimtes te vermijden zou daarbij een symmetrische plaatsing, bijvoorbeeld een rotatiesymmetrische plaatsing van de vrije ruimtes worden gekozen.

35 Om het afvalwater binnen de vrije ruimtes gedwongen te geleiden kan de inrichting als roerwerk of als een spuit-mond zijn uitgevoerd. In elk geval verkrijgt het afvalwater op deze manier een versnelling en een gedwongen stroomrich- / "w , 6 ting.

De plaatsing van de inrichting op de aan de bodem van de reactorkamer aanliggende onderste zijde van de vrije ruimte levert een extra zuigwerking voor het afvalwater in de 5 daarboven liggende doorsnede van de vrije ruimte.

Gelijktijdig heerst in dit gedeelte van de inrichting de hoogste stroomenergie, zodat slibafzettingen in het bodemgedeelte van de houder (de reactorkamer) in grote mate worden voorkomen.

10 Volgens een verdere uitvoeringsvorm kan in de ver lenging en onder de vrije ruimte ten minste één omkeerinrich-ting voor het afvalwater worden geplaatst. Deze dient ervoor om het afvalwater gedwongen in de richting onder en door het vast bedlichaam te voeren. Gelijktijdig worden wrijvingsver-15 liezen geminimaliseerd. Daartoe kan de omkeerinrichting bijvoorbeeld een hyperbolische vorm hebben. Met behulp van een kegel als omkeerorgaan kan gelijktijdig een bij stelinrichting voor opname van de mantel van de vrije ruimte worden geschapen, die daartoe aan zijn onderste uiteinde, dat voorbij het 20 vast bedlichaam naar onderen toe reikt en op de kegel staat, doorgangen omvat om de afwatercirculatie niet te verstoren.

In hoofdzaak kan de mantel van boven of vanaf de zijde tegenover de binnenwand van de reactorkamer worden gesteund. Het is echter ook mogelijk om de bodem van de reactorkamer zoda-25 nig uit te voeren dat een stromingsomkering met weinig verliezen, zoals hiervoor beschreven, zonder extra onderdelen wordt uitgevoerd.

Bij de beschreven reactorkamer is het niet uit te sluiten dat in het bijzonder in de randgebieden van het vast 30 bed, bijvoorbeeld in het overgangsgedeelte tussen het vast bed en de mantel van de vrije ruimte respectievelijk in het overgangsgedeelte tussen het vast bed en de binnenwand van de reactorkamer, een overmatige concentratie aan biomassa wordt verkregen die ongewenst is. Dit wordt verkregen doordat de 35 stroomsnelheid van het afvalwater in deze randgebieden van het vast bed geringer kan zijn dan in het centrum van het vast bed.

Hiertoe wordt een verdere uitvoeringsvorm verschaft, 10187 · · 7 waarbij aan het onderste uiteinde van het vast bedlichaam en/of onder het vast bedlichaam middelen voor het toevoeren van een fluïdum onder druk in het vast bedlichaam zijn geplaatst, waarbij deze middelen zodanig kunnen zijn aange-5 bracht dat het fluïdum tenminste in hoofdzaak slechts de genoemde randgebieden van het vast bedlichaam bewerkt.

Het fluïdum kan het afvalwater zelf of een andere vloeistof zijn; het is echter ook mogelijk om als fluïdum druklucht te kiezen. Omdat lucht (zuurstof) de denitrificatie 10 van het afvalwater in ieder geval enigszins stoort zouden bij toepassing van lucht als fluïdum de genoemde middelen onder-breekbaar moeten zijn, dat wil zeggen dat lucht slechts in bepaalde tijdsintervallen schoksgewijs wordt toegevoerd zodat de zuurstoftoevoer tot het noodzakelijke minimum wordt gere-15 duceerd.

Met betrekking tot de mogelijke plaatsing van de genoemde middelen geeft de hierna volgende beschrijving van de tekeningen een duidelijke uitleg.

Hierbij bevat de figurenbeschrijving ook kenmerken 20 van de uitvinding die naast de concrete beschrijving van de uitvoeringsvoorbeelden in het algemeen toepasbaar zijn.

De enkele figuur toont in schematische weergave een langsdoorsnede door een reactorkamer met een cirkelvormige doorsnede.

25 Overeenkomstig omvat de reactorkamer, die het ver- wijzingscijfer 1 draagt, een cilindrische wand 12 en een bodem 10.

Met verwijzingscijfer 14 wordt een niveau van het afvalwater symbolisch weergegeven.

30 Direct onder de waterspiegel 14 is een afvalwater- toevoer 16 en diametraal daar tegenover een afvalwaterafvoer 18 te herkennen.

Onder de toevoer 16 en de afvoer 18 ligt een ringvormig vast bedlichaam 20 in het afvalwater. Het vast bedli-35 chaam 20 bestaat uit een veelvoud van leidingbuizen met een kunststofoppervlak, waarbij de leidingbuizen onder elkaar puntvormig aan elkaar zijn gelast.

Door de ringvorm van het vast bedlichaam 20 wordt in I' ί 8 het midden een vrije ruimte 22 gevormd die overeenkomstig coaxiaal ten opzichte van een middenlangsas M van de reactorka-mer 1 verloopt.

De vrije ruimte 22 wordt door een cilindrische 5 staalmantel 24 aan zijn omtrek begrensd, die langs twee op afstanden van elkaar geplaatste horizontale vlakken aan zijn omtrek van sleuven 26 respectievelijk ronde gaten 28 is voorzien. De sleuven 26 respectievelijk de ronde gaten 28 zijn door middel van van elkaar gescheiden, hier niet weergegeven 10 schuivers, die aan de buitenzijde op de staalmantel 24 zijn aangebracht, in hun dwarsdoorsnede variabel instelbaar.

Onder de ronde gaten 28 is aan het onderste uiteinde 22U van de vrije ruimte 22 een roerwerk 30 geplaatst, dat door middel van een motor (niet weergegeven) wordt aangedre-15 ven.

De staalmantel 24 is via het onderste uiteinde 20U van het vast bedlichaam 20 verlengd, waarbij deze doorsnede 24U een veelvoud van onderbrekingen omvat om een doorstroom-baarheid voor het afvalwater te verschaffen.

20 Deze doorsnede 24U staat op een kegel 32 die op de bodem 10 van de reactorkamer 1 zodanig is aangebracht dat een spits in de middenlangsas M ligt.

Het vast bedlichaam 20 is op een ringvormige stalen drager 34 geplaatst.

25 Overeenkomstig wordt tussen het onderste uiteinde 2OU van het vast bedlichaam 20 en de bodem 10 van de reactor-kamer 1 een bereik 36 gevormd dat vrij is van vast bedmateri-aal.

Aan het bovenste uiteinde van de doorsnede 24U van 30 de staalmantel 24 verloopt aan zijn omtrek een ringvormige luchtleiding 38 die via een (niet weergegeven) aansluitlei-ding van druklucht kan worden voorzien.

Bovendien verloopt onder het vast bedlichaam 20 direct naast de wand 12 een ringvormige waterleiding 40, waar-35 bij de uittredeopening van de waterleiding 40 naar boven toe wij st.

Bij normaal bedrijf zijn de luchtleiding 38 en de waterleiding 40 niet geactiveerd.

9

Overeenkomstig zorgt het roerwerk 30 ervoor dat het afvalwater in de richting van de pijl PI van de vrije ruimte 22 van boven naar onderen wordt doorstroomd.

Zodra dit de vrije ruimte 22 naar onderen toe ver-5 laat stroomt het in de richting van de pijl P2 radiaal naar buiten toe, waarbij deze stroombeweging door de kegel 32 wordt ondersteund.

Het afvalwater doorstroomt vervolgens het vast bed-lichaam 20 van onderen naar boven toe in de richting van de 10 pijl P3.

Zodra het afvalwater het vast bedlichaam 20 aan de bovenzijde heeft verlaten wordt het afvalwater in de richting van de pijl P4 weer omgekeerd en opnieuw in de richting van de pijl PI door de vrije ruimte 22 gevoerd.

15 Op deze manier wordt een rotatiestroming in de reac- torkamer 1 gevormd. Op het oppervlak van het vast bedlichaam 20 groeiende biomassa wordt op deze wijze continu van stikstof bevattend substraat voorzien en, afhankelijk van de toe-voerhoeveelheid van het roerwerk 30, kan gelijktijdig de dik-20 te van het biologische tapijt (de biomassa) worden geregeld.

Op grond van de beschreven constructieve uitvoeringsvorm van de reactorkamer 1 is de circulatiestroming, indien beschouwd over de horizontale doorsnede van de reactorkamer 1, niet constant. In het bijzonder in het gedeelte van 25 de buitenwand van de staalmantel 24 respectievelijk in het gedeelte van het binnenvlak van de wand 12 is de stroming lager, zodat het hier tot een versterkte vorming en afzetting van een biologisch tapijt kan komen.

Dit kan daartoe worden verminderd doordat de sleuven 30 26 respectievelijk de ronde gaten 28 worden geopend zodat zich extra circulatiestromingen vormen die door de pijlen P5 respectievelijk P6 zijn gekenmerkt.

Alternatief of bovendien bestaat de mogelijkheid om de luchtleiding 38 respectievelijk de waterleiding 40 te ac-35 tiveren, zodat in de hiervoor genoemde delen de stroomenergie van het afvalwater wordt verhoogd wat tot een versterkte af-voer van het biologische tapijt leidt.

Ter verkrijging van een zo volledig mogelijke deni- 101 β?p. t-m 10 trificatie vindt in het bijzonder de inschakeling (activering) van de luchtleiding 38 slechts met intervallen plaats, dat wil zeggen in een bepaalde frequentie, waarbij de intervallen afhankelijk van het betreffende doel en gebruik worden 5 gekozen, om zo weinig mogelijk zuurstof in het afvalwater te voeren.

In het geval de sleuven 26 en/of de ronde gaten 28 worden geopend, wordt een beoogde horizontale deelstroming van het afvalwater in het vast bed verkregen, die weer gun-10 stig is voor de regeling van de biologische laag.

Claims (15)

1. Reactorkamer voor de denitrificatie van afvalwater, welke omvat: 1.1 een toevoer (16) voor afvalwater, 1.2 een afvoer (18) voor afvalwater, 5 1.3 ten minste één alle richtingen van het coördinatensys teem van het afvalwater doorstroombaar vast bedlichaam (20) , 1.4 waarbij het vast bedlichaam (20) zodanig is uitgevoerd en in de reactorkamer (1) is geplaatst, dat deze 10 1.5 op afstand van de bodem (10) van de reactorkamer (1) eindigt en 1.6.1 binnen het vast bedlichaam (20), en/of 1.6.2 tussen naast elkaar liggende vast bedlichamen en/of 1.6.3 tussen vast bedlichaam (20) en binnenwand van de reac- 15 torkamer (1) 1.7 ten minste één vrije ruimte (22) is gevormd, die zich over de gehele hoogte van het vast bedlichaam (20) uitstrekt, 1.8 en waarbij zich in de vrije ruimte (22) een inrichting 20 (30) bevindt voor het dwangmatig voeren van afvalwater in de richting van de bodem (10) van de reactorkamer (1) .

2. Reactorkamer volgens conclusie 1, waarbij de vrije ruimte (22) aan zijn omtrek door een voor water niet 25 doorlaatbare (24) is begrensd.

3. Reactorkamer volgens conclusie 2, waarbij de mantel (24) langs ten minste één horizontaal vlak met een veelvoud van onderbrekingen (26, 28) is uitgevoerd.

4. Reactorkamer volgens conclusie 3, waarbij de on-30 derbrekingen (26, 28) in hun doorsnede veranderbaar zijn.

5. Reactorkamer volgens conclusie 3, waarbij naast de onderbrekingen (26, 28) ten minste één schuiver is aangebracht, waarmee de onderbrekingen (26, 28) ten minste gedeeltelijk kunnen worden afgesloten.

6. Reactorkamer volgens conclusie 1, waarbij de 1 0 1 r:7 o 1 ·*«? % vrije ruimte (22) in het midden van de reactorkamer (1) is uitgevoerd.

7. Reactorkamer volgens conclusie 1, waarbij de inrichting (30) uit een roerwerk bestaat.

8. Reactorkamer volgens conclusie 1, waarbij de in richting (30) uit een spuitmond bestaat.

9. Reactorkamer volgens conclusie 1, waarbij de inrichting (30) aan de naast de bodem (10) van de reactorkamer (1) liggende onderste uiteinden van de vrije ruimte (22) is 10 geplaatst.

10. Reactorkamer volgens conclusie 1, waarbij in het verlengde van en onder de vrije ruimte (22) ten minste één omkeerinrichting (32) voor het afvalwater is aangebracht, waarlangs het afvalwater onder het vast bedlichaam (20) kan 15 worden geleid.

11. Reactorkamer volgens conclusie 1, waarbij aan het onderste uiteinde (20U) van het vast bedlichaam (20) en/of onder het vast bedlichaam (20) middelen (38, 40) voor het toevoeren van een fluïdum onder druk in het vast bedli- 20 chaam (20) zijn geplaatst.

12. Reactorkamer volgens conclusie 11, waarbij de middelen (38, 40) zodanig zijn aangebracht dat het fluïdum ten minste in hoofdzaak slechts randgebieden van het vast bedlichaam (20) bewerkt.

13. Reactorkamer volgens conclusie 12, waarbij de middelen (38, 40) zodanig zijn geplaatst dat het fluïdum de randgebieden van het vast bedlichaam (20) naar de vrije ruimte (22) en/of randgebieden van het vast bedlichaam (20) naar de binnenwand van de reactorkamer (1) bewerkt.

14. Reactorkamer volgens conclusie 11, waarbij de middelen (38) beluchters zijn.

15. Reactorkamer volgens conclusie 11, waarbij de middelen (38, 40) in intervallen bedienbaar zijn.