NL1030967C2

NL1030967C2 - Method and device for purifying waste water.

Info

Publication number: NL1030967C2
Application number: NL1030967A
Authority: NL
Inventors: Lambertus Martinus Maria Bruin; Martinus Wilhelmus Kraan; Merle Krista De Kreuk
Original assignee: Dhv B V
Priority date: 2006-01-20
Filing date: 2006-01-20
Publication date: 2007-07-23
Also published as: WO2007089141A1; EP1976803A1

Description

r \r \

Werkwijze en inrichting voor het zuiveren van afvalwaterMethod and device for purifying waste water

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het behandelen van organische stoffen en nutriënten bevattend afvalwater, waarbij het afvalwater in contact wordt gebracht met micro-organismen-bevattende slib-5 deeltjes, aan de slibdeeltjes een zuurstofhoudend gas wordt toegevoerd, men de slibdeeltjes laat bezinken en het aan organische stoffen en nutriënt verarmd afvalwater wordt afgevoerd. De uitvinding heeft voorts betrekking op een inrichting om afvalwater te behandelen, ten gebruike bij de werk-10 wijze volgens de uitvinding.The present invention relates to a method for treating organic substances and nutrient-containing waste water, wherein the waste water is brought into contact with microorganism-containing sludge particles, an oxygen-containing gas is supplied to the sludge particles and the sludge particles are allowed to pass settle and the waste water depleted of organic substances and nutrient is removed. The invention further relates to a device for treating waste water, for use in the method according to the invention.

Een dergelijke werkwijze is bekend uit het PCT-document PCT/NL98/00100. In dit document wordt een werkwijze beschreven voor de zuivering van afvalwater met korrelslib onder aërobe omstandigheden in een reactor. In drie opeenvol-15 gende stappen, te weten een vulfase, onder uitsluiting van zuurstof, respectievelijk een reactiefase, onder toevoer van zuurstof onder gelijktijdige fluïdisatie van het korrelslib, worden organische stoffen en nutriënten verwijderd. Volgens de bekende werkwijze wordt het aan organische stoffen en 20 nutriënten verarmd afvalwater afgevoerd tijdens de vulfase, dan wel na de tenminste gedeeltelijke bezinking van het korrelslib. Vervolgens worden in de derde stap langzamer bezinkende slibkorrels uit de reactor afgevoerd terwijl sneller bezinkende slibkorrels in de reactor achterblijven. Voorts 25 wordt in de bekende werkwijze het in het ruwe afvalwater gesuspendeerde materiaal gedeeltelijk ingevangen, resulterende in korrelvormig slib en gedeeltelijk afgevoerd in het aan de reactor onttrokken, gezuiverde afvalwater. Tevens ontstaat zowel tijdens de fase van beluchting en fluïdisatie, waarbij 30 hoge afschuifkrachten optreden, als door het uiteenvallen van slibkorrels tijdens de groei, een extra hoeveelheid gesuspendeerd materiaal of 'fines'.Such a method is known from the PCT document PCT / NL98 / 00100. This document describes a process for the purification of waste water with granular sludge under aerobic conditions in a reactor. Organic substances and nutrients are removed in three successive steps, namely a filling phase, with the exclusion of oxygen or a reaction phase, with the supply of oxygen while simultaneously fluidizing the granular sludge. According to the known method, the waste water depleted of organic substances and nutrients is discharged during the filling phase or after the at least partial settling of the granular sludge. Subsequently, slower settling sludge pellets are discharged from the reactor in the third step, while faster settling sludge pellets remain in the reactor. Furthermore, in the known method, the material suspended in the raw waste water is partially entrapped, resulting in granular sludge and partially discharged into the purified waste water extracted from the reactor. Also, both during the aeration and fluidization phase, where high shear forces occur, and as a result of the disintegration of sludge grains during growth, an additional amount of suspended material or 'fines' is created.

Hoewel de aanwas van biomassa ('surplus slib') in de hand wordt gehouden door afvoer van een deel van het gesus-35 pendeerd materiaal in het effluent van de reactor en/of door het spuien van minder goed bezinkbaar korrelslib, is een na- 1 030967 2 deel van de bekende werkwijze dat de aanwezigheid van gesuspendeerd materiaal en minder goed bezinkbaar korrelslib in het effluent van de reactor over het algemeen een 'polishing' . of nabehandeling van dit reeds grotendeels gezuiverde water 5 noodzakelijk maakt. Dit brengt extra kosten en ruimtebeslag met zich mee. Een verder nadeel van de bekende werkwijze is dat de selectie tot goed bezinkbaar aëroob korrelslib beperkt is doordat slechts minder goed bezinkbare slibkorrels worden afgevoerd en niet tevens een grotere hoeveelheid gesuspen-10 deerd materiaal.Dit gesuspendeerde materiaal, anders dan minder goed bezinkbare korrels, dat in de reactor achterblijft en dus niet met het effluent wordt afgevoerd, verstoort de vorming van goed bezinkbare korrels .Although the increase in biomass ('surplus sludge') is controlled by discharging part of the suspended material into the effluent of the reactor and / or by flushing less settable granular sludge, a Part of the known method that the presence of suspended material and less settable granular sludge in the effluent of the reactor is generally a 'polishing'. or requires after-treatment of this already largely purified water. This entails extra costs and space. A further drawback of the known method is that the selection to readily settable aerobic granular sludge is limited in that only less settlable sludge granules are discharged and not also a larger amount of suspended material. This suspended material, other than less settable granules, that remaining in the reactor and therefore not being discharged with the effluent disrupts the formation of easily settable granules.

Een doelstelling van de uitvinding is het verschaf-15 fen van een werkwijze en inrichting waarbij de boven beschreven nadelen van de bekende werkwijze en inrichting op doeltreffende wijze zijn opgeheven. In het bijzonder wordt de hoeveelheid gesuspendeerd materiaal en slecht bezinkbare korrels in het effluent drastisch verminderd. Ten slotte is de 20 werkwijze volgens de uitvinding ruimte- en kostenbesparend, omdat nabehandeling achterwege kan blijven.An object of the invention is to provide a method and device in which the above-described disadvantages of the known method and device are effectively eliminated. In particular, the amount of suspended material and poorly settable granules in the effluent is drastically reduced. Finally, the method according to the invention is space- and cost-saving, because post-treatment can be omitted.

BESCHRIJVING VAN DE UITVINDINGDESCRIPTION OF THE INVENTION

25 Hiertoe verschaft de uitvinding een werkwijze voor het zuiveren van organische stoffen en nutriënten bevattend afvalwater in een reactor, waarbij het afvalwater in contact wordt gebracht met micro-organismen-bevattende korrelvormige slibdeeltjes, aan de slibdeeltjes een zuurstof-houdend gas 30 wordt toegevoerd, men de slibdeeltjes laat bezinken en het aan organische stoffen en nutriënten verarmd afvalwater wordt afgevoerd, waarbij zowel gesuspendeerd materiaal als slecht bezinkbare korrels aan de reactor worden onttrokken via een aftappunt dat zich bevindt op een hoogte tussen de bovenste 35 rand van de reactor en de laag met goed bezonken korrels.To this end, the invention provides a method for purifying organic substances and nutrient-containing waste water in a reactor, wherein the waste water is brought into contact with microorganism-containing granular sludge particles, an oxygen-containing gas is supplied to the sludge particles, causes the sludge particles to settle and the waste water depleted of organic substances and nutrients is removed, whereby both suspended material and poorly settable granules are withdrawn from the reactor via a drain point located at a height between the upper edge of the reactor and the layer with well-settled granules.

Het is gebleken dat tijdens de bekende werkwijze zich een gestratificeerde laag van langzaam bezinkend gesuspendeerd materiaal boven de laag met goed bezinkbaar korrel- 1030967 3 vormig slib vormt, en dat niet alleen tijdens de bezinkfase maar ook tijdens de vulfase. Door deze laag nu selectief te verwijderen uit de reactor, wordt grotendeels vermeden dat dit gesuspendeerd materiaal via de effluentstroom wordt afge-5 voerd, en wordt de hoeveelheid gesuspendeerd materiaal in het effluent drastisch verminderd. Tevens draagt deze verwijdering van gesuspendeerd materiaal bij aan de noodzakelijke onttrekking van surplusslib aan de reactor.It has been found that during the known method a stratified layer of slowly settling suspended material forms above the layer with readily settable granular sludge, and that not only during the settling phase but also during the filling phase. By selectively removing this layer from the reactor, this suspended material is largely prevented from being discharged via the effluent stream, and the amount of suspended material in the effluent is drastically reduced. This removal of suspended material also contributes to the necessary extraction of surplus sludge from the reactor.

Volgens de uitvinding wordt gewoonlijk het gesuspen-10 deerde materiaal en de slecht bezinkbare korrels aan de reactor onttrokken via een aftappunt dat zich bevindt op een afstand van 50-98% van de reactorhoogte.According to the invention, the suspended material and the poorly settable granules are usually withdrawn from the reactor via a tapping point located at a distance of 50-98% of the reactor height.

Volgens een andere voorkeursuitvoeringsvorm wordt het gesuspendeerde materiaal onttrokken tijdens of direct na 15 de vulfase boven het bed met bezonken korrelvormig slib. Afhankelijk van de vulsnelheid van de reactor en het volume van het korrelvormig slib bevindt zich het aftappunt voor gesuspendeerd materiaal en slecht bezinkbare korrels op een afstand van 50 tot 98% van de hoogte van de reactor.According to another preferred embodiment, the suspended material is withdrawn during or immediately after the filling phase above the bed with settled granular sludge. Depending on the filling speed of the reactor and the volume of the granular sludge, the point of discharge for suspended material and poorly settable granules is at a distance of 50 to 98% of the height of the reactor.

20 . De reactor wordt bij gelijkmatige en langzame toevoer van afvalwater aan de onderzijde van het bed met bezonken korrels in propstroom van beneden naar boven doorstroomd. Propstroom is noodzakelijk om turbulentie en daarmee menging van influent en effluent te voorkomen en om aldus een hoge kwaliteit 25 van het effluent te behouden. Het blijkt dat indien de vulsnelheid niet te hoog wordt gekozen (kenmerkend is een maximum van 4,0 m3/m2/uur), er hierbij geen kortsluitstroming optreedt, zodat de componenten uit het ruwe afvalwater niet terechtkomen in het daarboven gelegen aftappunt voor het gesus-30 pendeerd materiaal of in het effluent dat uit de reactor wordt afgevoerd. De vulsnelheid is bij voorkeur gelegen tussen 1,5 m3/m2/uur en 4,0 m3/m2/uur, met meer voorkeur is zij gelegen tussen 2,0 m3/m2/uur en 3,0 m3/m2/uur.20. With uniform and slow feed of waste water to the bottom of the bed with settled granules, the reactor is flowed through from bottom to top. Plug flow is necessary to prevent turbulence and hence mixing of influent and effluent and thus to maintain a high quality of the effluent. It appears that if the filling speed is not chosen too high (typically a maximum of 4.0 m3 / m2 / hour), no short-circuit flow occurs here, so that the components from the raw waste water do not end up in the above-mentioned draining point for the hissing -30 spent material or in the effluent discharged from the reactor. The filling speed is preferably between 1.5 m3 / m2 / hour and 4.0 m3 / m2 / hour, more preferably it is between 2.0 m3 / m2 / hour and 3.0 m3 / m2 / hour.

Bij voorkeur vindt het afvoeren van het gesuspen-35· deerde materiaal en de slecht bezinkbare korrels plaats onder gebruikmaking van een aftappunt in de vorm van een ringleiding, teneinde het medium met gesuspendeerd materiaal en slecht bezinkbare korrels gelijkmatig aan de gehele reactor 1030967 * 4 i op één hoogte te kunnen afvoeren. De regelmatige onttrekking aan de reactor van zowel minder goed bezinkbare korrels als van gesuspendeerd materiaal heeft een gunstig effect op de vorming en op de selectie van goed bezinkbaar, korrelvormig 5 slib. Het aldus onttrokken slib voorziet tenminste voor een deel in de behoefte surplus-slib (aanwas aan slib) aan het systeem te onttrekken. Bovendien wordt aldus met verwijdering van het gesuspendeerd materiaal en de kleinste korrels bewerkstelligd dat het in biomassa opgenomen fosfaat effectief 10 aan het systeem kan worden onttrokken. Het aldus selectief verwijderen van slib uit de reactor draagt bij tot een drastische vermindering van slibdeeltjes in het effluent. Bovenstaande effecten hebben tot gevolg dat geen of slechts een zeer beperkte nazuivering nodig is. Dit levert een aanzien-15 lijke besparing op in ruimte en in tijd en in kosten voor de hiervoor benodigde apparatuur.The removal of the suspended material and the poorly settable granules preferably takes place using a drain in the form of a ring line, in order to ensure that the medium with suspended material and poorly settable granules is uniformly distributed throughout the reactor 1030967 * 4 to be able to discharge at one height. The regular withdrawal from the reactor of both less settable granules and of suspended material has a favorable effect on the formation and on the selection of easily settable granular sludge. The sludge thus extracted at least partially provides for the need to extract surplus sludge from the system. Moreover, with removal of the suspended material and the smallest grains, it is thus ensured that the phosphate contained in biomass can be effectively withdrawn from the system. The selective removal of sludge from the reactor contributes to a drastic reduction of sludge particles in the effluent. The above effects mean that no or only a very limited after-treatment is required. This provides a considerable saving in space and time and in costs for the equipment required for this.

De afvoer van het gesuspendeerde materiaal en de slecht bezinkbare korrels via het aftappunt volgens de onderhavige werkwijze zou kunnen worden gecombineerd met een ont-20 trekking van effluent, waarbij beide processen in de tijd gescheiden worden uitgevoerd.The discharge of the suspended material and the poorly settable granules via the draw-off point according to the present method could be combined with an extraction of effluent, both processes being carried out separately over time.

Bij voorkeur wordt volgens de uitvinding het onttrekken van gesuspendeerd materiaal en de slecht bezinkbare korrels uitgevoerd aan het einde van de bezinkfase.According to the invention, the extraction of suspended material and the poorly settable granules is preferably carried out at the end of the settling phase.

25 Het is voorts voordelig een extra effluentonttrek- king tussen vulfase en reactiefase in te lassen, tijdens welke onttrekking via het beschreven aftappunt een hoeveelheid medium uit de reactor kan worden onttrokken, waardoor ongewenst verlies van slib en gesuspendeerd materiaal aan de bo-30 venzijde van de reactor tijdens het fluïdiseren en/of beluchten en de daaruit volgende expansie van het medium met daarin slibkorrels kan worden voorkomen. Indien geen extra effluen-tonttrekking aan de cyclus wordt toegevoegd, zal medium met daarin slibkorrels uit de reactor spoelen en tijdens de reac-35 tiefase apart opgevangen en teruggevoerd dienen te worden tijdens de daaropvolgende bezinkfase.It is furthermore advantageous to insert an additional effluent extraction between filling phase and reaction phase, during which extraction a quantity of medium can be withdrawn from the reactor via the described draw-off point, whereby undesired loss of sludge and suspended material on the upper side of the reactor during fluidization and / or aeration and the consequent expansion of the medium with sludge grains therein can be prevented. If no additional effluent withdrawal is added to the cycle, medium containing sludge granules will flush out of the reactor and must be collected separately during the reaction phase and returned during the subsequent settling phase.

Anders' dan in de bekende werkwijze behoeft in de 1030967 5 4 nieuwe werkwijze tijdens de reactiefase de toediening van zuurstof onder gelijktijdige fluïdisatie van het bed met slibkorrels niet continu te geschieden. Zoals algemeen bekend kan het bij de behandeling van afvalwater en de nutriëntver-5 wijdering voordelig zijn.één of meerdere keren de zuurstofrijke of aërobe fase af te wisselen met één of meerdere anoxische fasen, in welke fase geen zuurstof wordt toegediend. Dit bevordert de microbiële processen die effectiever of zelfs uitsluitend zonder zuurstof kunnen plaatsvinden.Unlike in the known method, in the new method during the reaction phase the administration of oxygen while simultaneously fluidizing the bed with sludge granules need not take place continuously. As is generally known, it may be advantageous in waste water treatment and nutrient removal to alternate the oxygen-rich or aerobic phase one or more times with one or more anoxic phases, in which phase no oxygen is administered. This promotes microbial processes that can take place more effectively or even exclusively without oxygen.

10 Voor de hier beschreven vinding betekent dit dat het bed met slibkorrels tijdelijk geheel of gedeeltelijk bezinkt tijdens de reactiefase, op de momenten dat geen zuurstof wordt toegediend.For the invention described here, this means that the bed with sludge granules temporarily settles in whole or in part during the reaction phase, at the moments that no oxygen is administered.

In de nieuwe werkwijze kan het voordelig zijn juist 15 de grootste, goed bezinkbare slibkorrels aan de bodemzijde aan de reactor te onttrekken. Dit is het geval als de korrels te groot en te sterk worden en niet spontaan uit elkaar vallen, en aldus het specifieke oppervlak (oppervlakte-volume ratio) van de slibkorrels te klein wordt voor een goede om-20 zetting van af te breken verbindingen in het afvalwater. Een dergelijke werkwijze kan tevens dienen om surplus-slib aan het systeem te ontrekken. Bovendien kan via de aldus aangebrachte extra aftap in deze uitvoeringsvorm het onderin de reactor verzamelde inerte materiaal (zand e.d.) periodiek 25 worden verwijderd.In the new process, it may be advantageous to extract the largest, easily settable sludge granules from the reactor on the bottom side. This is the case if the grains become too large and too strong and do not fall apart spontaneously, and thus the specific surface area (surface-to-volume ratio) of the sludge grains becomes too small for a good conversion of compounds to be broken down into the waste water. Such a method can also serve to extract surplus sludge from the system. Moreover, via the additional drain thus provided in this embodiment, the inert material (sand and the like) collected at the bottom of the reactor can be periodically removed.

De uitvinding heeft voorts betrekking op een inrichting voor de behandeling van afvalwater, die gebruikt kan worden bij hierboven beschreven werkwijze volgens de uitvinding. Deze inrichting is weergegeven in figuur 1. De inrich-30 ting omvat een reactor (1) met aan de onderzijde een toevoer-opening (2A) voor het te zuiveren afvalwater en toevoerope-ning (2B) voor een zuurstofhoudend gas. De reactor is aan het begin van de vulfase voor circa 25-50% gevuld met goed bezonken slibkorrels (4). Het goed bezonken korrelslib wordt peri-35 odiek afgevoerd via een afvoeropening (3). De inrichting bevat verder een afvoerpunt (5) voor zowel slecht bezinkbare korrels, als voor gesuspendeerd materiaal. Dit afvoerpunt bevindt zich op een afstand van circa 50-98% van de hoogte van 1030967 6 de reactor. Het gezuiverde water verlaat als effluent de inrichting via een afvoeropening (6).The invention furthermore relates to a waste water treatment device which can be used in the method according to the invention described above. This device is shown in Figure 1. The device comprises a reactor (1) with at the bottom a supply opening (2A) for the waste water to be purified and supply opening (2B) for an oxygen-containing gas. At the start of the filling phase, the reactor is approximately 25-50% filled with well-settled sludge granules (4). The well settled granular sludge is periodically discharged via a discharge opening (3). The device further comprises a discharge point (5) for both poorly settable granules and for suspended material. This discharge point is located at a distance of approximately 50-98% from the height of 1030967 the reactor. The purified water leaves the device as an effluent via a drain opening (6).

10309671030967

Claims

Process for purifying organic substances and nutrient-containing waste water in a reactor, wherein the waste water is brought into contact with microorganism-containing granular sludge particles, an oxygen-containing gas is supplied to the sludge particles, the sludge particles are allowed to settle and the sludge particles are allowed to settle and wastewater depleted of organic substances and nutrients is discharged, characterized in that both suspended material and poorly settable granules are withdrawn from the reactor via a drain 10 located at a height between the upper edge of the reactor and the layer with well settled grains.

Process according to claim 1, characterized in that the draw-off point is at a distance of 50-98% from the reactor height.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that the tap point is designed in the form of a ring line.

4. Process according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the suspended material and the poorly settable granules are withdrawn from the reactor at the end of the settling phase.

5. Process according to any of claims 1 to 3, characterized in that the suspended material and the poorly settable granules are withdrawn from the reactor during or immediately after the filling phase.

6. A method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that an amount of medium is withdrawn from the reactor between the filling phase and the reaction phase to compensate for the expansion of the medium during the subsequent reaction phase.

A method according to any one of the preceding claims, characterized in that medium rinsed from the reactor with pellets that are poorly settable therein is collected separately and returned to the subsequent settling phase.

Process according to any one of the preceding claims, 1030967 ύ m, characterized in that the largest, easily settable sludge granules are withdrawn from the bottom of the reactor.

10. A method according to claim 1, characterized in that the oxygen-containing gas is not continuously supplied in the phases in which no feed is supplied, no settling takes place and / or medium is discharged.

A method according to any one of the preceding claims, characterized in that the filling speed of the reactor is between 1.5 m3 / m2 / h and 4.0 m3 / m2 / h.

Method according to claim 11, characterized in that the reactor filling speed is between 2.0 m3 / m2 / h and 3.0 m3 / m2 / h.

Device for the treatment of waste water for use in the method according to the preceding claims, characterized by a reactor (1) which is provided at the bottom with a waste water supply opening (2A), a supply opening (2B) for an oxygen-containing gas, a discharge opening (3) for settled granular sludge (4), a discharge point (5) for poorly settable granules and suspended material and a discharge opening (6) for purified effluent. 1030967