NL9201693A

NL9201693A - System and process to purify waste water containing nitrogen compounds

Info

Publication number: NL9201693A
Application number: NL9201693A
Authority: NL
Inventors: Sjoerd Hubertus Jozef Vellinga; Ronald Mulder
Original assignee: Pacques Bv
Priority date: 1992-09-30
Filing date: 1992-09-30
Publication date: 1994-04-18

Abstract

The invention relates to a system and a process to purify (treat) nitrogen-containing waste water by biological nitrification and denitrification. The system consists of at least two largely separated reactor compartments, a liquid inlet and a liquid outlet, the first, aerated reactor compartment being provided at the top with an overflow to the second, low-oxygen (oxygen-depleted) reactor compartment. The low-oxygen reactor compartment is divided, at the top, into a gas-freeing chamber and a settling chamber with an overflow to the liquid outlet. The first reactor compartment is provided with an air inlet and an air outlet situated above it. The first reactor compartment is optionally divided into two reactor compartments connected to one another, with feed lines from the second reactor compartment to one of said interconnected compartments. In accordance with the process, waste water together with sewage sludge circulates on a support alternately through the low- oxygen and the aerated reactor compartments, after which the water is separated from the sludge and the sludge is returned to the reactor.

Description

Inrichting en werkwijze voor het zuiveren van afvalwater dat stikstofverbindingen bevatApparatus and method for purifying waste water containing nitrogen compounds

De uitvinding ligt op het gebied van de afvalwaterzuivering. Meer in het bijzonder heeft de uitvinding betrekking op een inrichting voor het zuiveren van afvalwater, bestaande uit ten minste twee door een verticale wand gescheiden reactorruimten, een vloeistof toevoer en een vloeistofafvoer, waarin stikstofhoudend afvalwater genitrificeerd en gedenitrificeerd wordt, en op een werkwijze voor het zuiveren van stikstofhoudend afvalwater, waarbij men het water beurtelings in een zuurstof arme ruimte en een zuurstofrijke ruimte met microörganismen behandelt en vervolgens van de microörganismen scheidt.The invention is in the field of wastewater treatment. More particularly, the invention relates to an apparatus for the purification of waste water, consisting of at least two reactor spaces separated by a vertical wall, a liquid supply and a liquid discharge, in which nitrogen-containing waste water is nitrified and denitrified, and a method for purification of nitrogenous waste water, in which the water is alternately treated with microorganisms in an oxygen-poor space and an oxygen-rich space and subsequently separated from the microorganisms.

Uit EP-A-233^66 zijn een inrichting en een werkwijze voor de biologische zuivering van afvalwater bekend, waarbij BOD-afbraak, nitri-ficatie en denitrificatie gelijktijdig worden uitgevoerd in een reactor waarin zich aan een drager gehechte microörganismen bevinden. De aard van de drager is zodanig dat de biomassa vrij door het afvalwater kan bewegen. Het gezuiverde water en het slib worden vervolgens in een nabezink-tank gescheiden, waarna het slib naar de reactor wordt teruggevoerd.EP-A-233-666 discloses an apparatus and a method for the biological purification of waste water, in which BOD degradation, nitrification and denitrification are carried out simultaneously in a reactor containing micro-organisms attached to a support. The nature of the carrier is such that the biomass can move freely through the waste water. The purified water and sludge are then separated in a settling tank, after which the sludge is returned to the reactor.

Uit EP-A-24758 zijn een werkwijze en een inrichting bekend voor de oxidatieve biologische zuivering van afvalwater, waarbij het afvalwater opwaarts door een oxidatieruimte wordt geleid, waarin zich aan een onoplosbare drager gehechte microörganismen bevinden. De scheiding van het gezuiverde afvalwater en het actieve slib vindt plaats aan de bovenzijde van de oxidatieruimte, waarbij het slib volledig naar de oxidatieruimte wordt teruggeleid. Er vindt hierbij zowel COD-reiniging als nitrificatie plaats.EP-A-24758 discloses a method and an apparatus for the oxidative biological purification of waste water, wherein the waste water is led upwards through an oxidation space, in which microorganisms are attached to an insoluble carrier. The separation of the purified wastewater and the activated sludge takes place at the top of the oxidation space, whereby the sludge is completely returned to the oxidation space. Both COD cleaning and nitrification take place here.

Uit EP-A-28846 is een werkwijze voor het bereiden van aan een drager gehechte biomassa bekend, waarbij de drager, bijvoorbeeld zand, onder beluchting met een voldoende hoeveelheid mechanische energie in contact wordt gebracht met een vloeistof die de benodigde microörganismen en voedingsstoffen bevat.EP-A-28846 discloses a method for preparing biomass adhered to a carrier, wherein the carrier, for example sand, is contacted with a sufficient amount of mechanical energy under aeration with a liquid containing the necessary microorganisms and nutrients.

Doel van de uitvinding is het verschaffen van een verbeterde inrichting en een verbeterde werkwijze voor de biologische zuivering van stikstofhoudend afvalwater, waarbij de stikstofhoudende componenten zoveel mogelijk worden genitrificeerd en vervolgens gedenitrificeerd, d.w.z. in stikstofgas worden omgezet, en waarmee een grotere efficiëntie wordt bereikt dan met de bekende inrichtingen en werkwijzen, terwijl het zuiveringsslib continu en volledig van het gezuiverde afvalwater wordt gescheiden en wordt gerecirculeerd.The object of the invention is to provide an improved device and an improved method for the biological purification of nitrogenous waste water, in which the nitrogen-containing components are nitrified as much as possible and subsequently denitrified, ie converted into nitrogen gas, and with which a greater efficiency is achieved than with the known devices and methods, while the sewage sludge is continuously and completely separated from the treated wastewater and recycled.

De inrichting volgens de uitvinding bestaat uit ten minste twee door een verticale wand (3) hoofdzakelijk gescheiden reactorruimten (1) en (2), een vloeistoftoevoer (k) en een vloeistofafvoer (5), waarbij de eerste reactorruimte (1) aan de bovenzijde is voorzien van een overloop (6) naar de tweede reactorruimte (2), de tweede reactorruimte (2) aan de bovenzijde is verdeeld in een ontgassingsruimte (7) en een bezinkruimte (8) welke bezinkruimte is voorzien van een overloop (9) naar de vloeistofafvoer (5). de tweede reactorruimte (2) aan de benedenzijde is voorzien van een of meer terugvoerleidingen (17) voor de terugvoer van een water-slib-suspensie van de tweede reactorruimte (2) naar de eerste reactorruimte (1), en de eerste reactorruimte (1) van een gastoevoer (11) en een daarboven gelegen gasafvoer (12) is voorzien.The device according to the invention consists of at least two reactor spaces (1) and (2), which are mainly separated by a vertical wall (3), a liquid supply (k) and a liquid discharge (5), the first reactor space (1) at the top is provided with an overflow (6) to the second reactor space (2), the second reactor space (2) is divided at the top into a degassing space (7) and a settling space (8), which settling space is provided with an overflow (9) to the fluid drain (5). the second reactor space (2) at the bottom is provided with one or more return pipes (17) for the return of a water-sludge suspension from the second reactor space (2) to the first reactor space (1), and the first reactor space (1 ) is provided with a gas supply (11) and a gas discharge (12) located above it.

Een voorbeeld van de inrichting volgens de uitvinding is weergegeven in figuur 1. De reactorruimte (1) kan door middel van de gastoe-voer (11) van een zuurs tof houdend gas worden voorzien, en vormt bijgevolg een zuurstofrijke ruimte. De reactorruimte (2) vormt als gevolg van de ontgassing in gasafvoer (12) en ontgassingsruimte (7) een zuurstofarme ruimte. Bij gebruik van de inrichting zal als gevolg van de gasstroom een circulatie plaats vinden, waarbij in de eerste reactorruimte een opwaartse stroom en in de tweede reactorruimte een neerwaartse stroom heerst. De inrichting volgens de uitvinding verschilt van de uit EP-A-24758 bekende inrichting hoofdzakelijk door de aanwezigheid van de tweede, voor denitrificatie geschikte, reactorruimte.An example of the device according to the invention is shown in figure 1. The reactor space (1) can be supplied with an oxygen-containing gas by means of the gas supply (11), and thus forms an oxygen-rich space. As a result of the degassing in the gas discharge (12) and the degassing space (7), the reactor space (2) forms a low-oxygen space. When the device is used, a circulation will take place as a result of the gas flow, with an upward flow in the first reactor space and a downward flow in the second reactor space. The device according to the invention differs from the device known from EP-A-24758 mainly in the presence of the second reactor space suitable for denitrification.

Bij voorkeur is de eerste reactorruimte (1) door een verticale wand (13) verdeeld in een reactorruimte (14) en een reactorruimte (15). waarbij de reactorruimten (14) en (15) aan de bovenzijde en de onderzijde met elkaar zijn verbonden, en waarbij de gastoevoer (11) zich aan een zijde van de wand (13) bevindt, zodat toegevoerd gas in hoofdzaak slechts aan een zijde van de wand omhoog stroomt. Door de onderlinge plaatsing van de gas toevoer (11) en de wand (13) zal bij gebruik van de inrichting een circulatie binnen de eerste reactorruimte optreden.Preferably, the first reactor space (1) is divided by a vertical wall (13) into a reactor space (14) and a reactor space (15). the reactor spaces (14) and (15) being connected at the top and the bottom, and the gas supply (11) being on one side of the wall (13), so that the gas supplied is substantially only on one side the wall flows upwards. Due to the mutual arrangement of the gas supply (11) and the wall (13), circulation will occur within the first reactor space when the device is used.

Bij een meer doelmatige uitvoeringsvorm is de vloeistof toevoer (4) verbonden met het bovenste gedeelte van de tweede reactorruimte (2), en wel onder de bezinkruimte (8).In a more efficient embodiment, the liquid supply (4) is connected to the upper part of the second reactor space (2), namely under the settling space (8).

Verder zijn de terugvoerleidingen (17) bij voorkeur voorzien van een of meer spuitmonden (18) voor het inspuiten van lucht of een ander gas. De terugvoersnelheid door leiding(en) (17) kan worden geregeld door regeling van het debiet van het gas door spuitmond(en) (18). Aldus is de inrichting uitgerust met een pomp waarmee de circulatiesnelheid kan worden verhoogd, met een capaciteit die vergelijkbaar is met de capaciteit van de inrichting (mammoetpomp). De leidingen (17) dienen een voldoende lengte voor een pompwerking te hebben. Deze pompwerking laat een circulerende biomassa intact; bij gebruik van een mechanische pomp zouden bij voorbeeld biofilms op drager worden aangetast.Furthermore, the return pipes (17) are preferably provided with one or more nozzles (18) for injecting air or another gas. The return rate through line (s) (17) can be controlled by controlling the flow of the gas through nozzle (s) (18). The device is thus equipped with a pump with which the circulation speed can be increased, with a capacity comparable to the capacity of the device (mammoth pump). The pipes (17) must have a sufficient length for a pumping action. This pumping action leaves a circulating biomass intact; if a mechanical pump is used, biofilms on a carrier would be attacked, for example.

Bij voorkeur zijn de reactorruimten cilindrisch, en in hoofdzaak concentrisch, d.w.z. dat de ruimten (1) en (2), dan wel de ruimten (14), (15) en (2) elkaar omhullen. Met de meeste voorkeur vormt de reactorruim-te (14) het centrale compartiment van de buisvormige reactor, waarin zich tevens de gastoevoer (11) bevindt, welke wordt omringd door de reactor-ruimte (15) terwijl de reactorruimte (2) het buitenste gedeelte van de buisvormige reactor vormt. In deze opstelling kunnen zowel dé vloeistof-toevoer (4) als de vloeistofafvoer (5) rondom de reactor geplaatst zijn.Preferably, the reactor spaces are cylindrical, and substantially concentric, i.e. the spaces (1) and (2) or the spaces (14), (15) and (2) envelop each other. Most preferably, the reactor space (14) forms the central compartment of the tubular reactor, which also contains the gas supply (11), which is surrounded by the reactor space (15), while the reactor space (2) is the outer part. of the tubular reactor. In this arrangement, both the liquid supply (4) and the liquid discharge (5) can be placed around the reactor.

De werkwijze voor het zuiveren van afvalwater, waarbij men het water beurtelings in een zuurstofarme ruimte en een zuurstofrijke ruimte met microörganismen behandelt en vervolgens van de microörganismen scheidt, wordt gekenmerkt doordat de microörganismen met een drager door de zuurstofarme ruimte en de zuurstofrijke ruimte circuleren. De circulatie bestaat bij voorkeur uit een opwaartse stroom in de zuurstofrijke ruimte en een neerwaartse stroom in de zuurstofarme ruimte, waarbij zowel het afvalwater als de aan de drager gehechte microörganismen worden gecirculeerd. De circulatie wordt bij voorkeur ten minste gedeeltelijk in stand gehouden door terugvoer met behulp van lucht, van onder uit de anoxische ruimte naar bij voorbeeld het bovenste gedeelte van de neerwaartse circulatiestroom in de zuurstofrijke ruimte (mammoetpompwerking). Aldus wordt de slibsuspensie afwisselend door een oxische (beluchte) en anoxische (zuurstofarme) reactorruimte gevoerd. In de anoxische ruimte vindt denitrificatie van in het beluchte deel gevormd nitriet en nitraat plaats. Als dragermateriaal kan bijvoorbeeld zand, lava, basalt, puimsteen of actieve kool worden gebruikt. De op de drager gehechte micro-organismen worden bij voorkeur homogeen met het water in de zuurstofrijke ruimte vermengd. Dit geschiedt met voordeel door een secundaire verticale circulatie binnen de zuurstofrijke ruimte.The method of purifying waste water, in which the water is alternately treated in an oxygen-poor space and an oxygen-rich space with micro-organisms and subsequently separated from the micro-organisms, is characterized in that the micro-organisms with a carrier circulate through the oxygen-poor space and the oxygen-rich space. The circulation preferably consists of an upward flow in the oxygen-rich space and a downward flow in the oxygen-poor space, circulating both the waste water and the microorganisms attached to the support. The circulation is preferably maintained at least in part by air recirculation from the bottom of the anoxic space to, for example, the upper part of the downward flow in the oxygen-rich space (mammoth pumping action). Thus, the sludge slurry is passed alternately through an oxic (aerated) and anoxic (oxygen-depleted) reactor space. In the anoxic space, denitrification of nitrite and nitrate formed in the aerated part takes place. As carrier material, for example, sand, lava, basalt, pumice or activated carbon can be used. The microorganisms adhered to the support are preferably homogeneously mixed with the water in the oxygen-rich space. This is advantageously done by a secondary vertical circulation within the oxygen-rich space.

De mate van denitrificatie wordt bepaald door de verhouding van het terugvoerdebiet tot het afvalwaterdebiet. Het terugvoerdebiet wordt geregeld door middel van het gasdebiet in de terugvoerpijpen (17)· Het afvalwaterdebiet wordt geregeld door middel van een klep in de toevoer (4). Bij een verhouding terugvoer : toevoer van 3 : 1 is er bij voorbeeld een maximale denitrificatie van 75?· mogelijk.The degree of denitrification is determined by the ratio of the return flow to the waste water flow. The return flow rate is controlled by the gas flow rate in the return pipes (17) · The waste water flow rate is controlled by a valve in the inlet (4). For example, with a feed: feed ratio of 3: 1, a maximum denitrification of 75? Is possible.

De werkwijze en de inrichting volgens de uitvinding worden nader geïllustreerd aan de hand van de bijgaande figuur.The method and the device according to the invention are further illustrated with reference to the accompanying figure.

In een verticale cilindrische reactor wordt in een stijgbuis (14) in het beluchte reactordeel (1) lucht via een toevoer (11) toegevoerd. In de stijgbuis is er retentie van lucht, waardoor er een dichtheidsver-schil tussen de suspensie in de stijgbuis en de suspensie in de daalhuis (15) ontstaat. Als gevolg van dit dichtheidsverschil vindt er een circu-latiestroming van de water/slib-suspensie rond de stijgbuis plaats. Deze circulatiestroming zorgt voor een optimale menging en suspendering van het slib op drager in het beluchte reactordeel. De lucht verlaat de reactorruimte (1) via de luchtafvoer (12). De water/slib-suspensie loopt via overloop (6) via een ontgassingsruimte (7) in de perifere anoxische reactorruimte (2). In de ontgassingsruimte wordt de water/slib-suspensie anoxisch. Het gezuiverde afvalwater verlaat de reactor via de bezink-ruimte (8) en de overloop (9). Het bezonken slib wordt teruggevoerd naar de anoxische reactorruimte (2). Boven in de anoxische reactorruimte wordt het zuurstof behoevende afvalwater via de toevoer (4) toegevoerd en gemengd met het in het beluchte reactordeel gevormde nitriet- en nitraat-houdende water. In de anoxische reactorruimte vindt denitrificatie plaats. Het daarbij geproduceerde stikstofgas verlaat de anoxische reactorruimte via de ontgassingsruimte (7)· Door de pompwerking van de beluchte terugvoerleiding(en) ontstaat een terugstroming van het water/-slib-mengsel van de anoxische reactorruimte (2) naar de beluchte reactorruimte (1). Het terugvoerdebiet wordt geregeld door het luchtdebiet door de terugvoerpijp(en) (17)·In a vertical cylindrical reactor, air is supplied in a riser (14) in the aerated reactor part (1) via a supply (11). In the riser there is retention of air, which creates a density difference between the suspension in the riser and the suspension in the lower housing (15). As a result of this density difference, a circulation flow of the water / sludge suspension around the riser takes place. This circulation flow ensures optimum mixing and suspension of the suspended sludge in the aerated reactor section. The air leaves the reactor space (1) via the air outlet (12). The water / sludge suspension flows via overflow (6) through a degassing space (7) into the peripheral anoxic reactor space (2). In the degassing space, the water / sludge suspension becomes anoxic. The purified waste water leaves the reactor via the settling space (8) and the overflow (9). The settled sludge is returned to the anoxic reactor space (2). At the top of the anoxic reactor space, the oxygen-requiring waste water is supplied via the feed (4) and mixed with the nitrite and nitrate-containing water formed in the aerated reactor section. Denitrification takes place in the anoxic reactor space. The nitrogen gas produced thereby leaves the anoxic reactor space via the degassing space (7) .The pumping action of the aerated return line (s) results in a backflow of the water / sludge mixture from the anoxic reactor space (2) to the aerated reactor space (1). . The return flow is controlled by the air flow through the return pipe (s) (17)

De maatvoering van de inrichting volgens de uitvinding is onder meer afhankelijk van de hoeveelheid en de samenstelling van het te behandelen afvalwater. De inrichting kan worden ontworpen voor de verwerking van bijvoorbeeld 10 - 300 m3 afvalwater per uur met een omzetbare CZV-belasting van 2-8 kg/m3.dag en een omzetbare ammonium-stikstof belasting van 0-2,5 kg N/m3.dag. Het totale reactorvolume kan 5"300 m3 bedragen. Bij een cilindervormige uitvoering van de inrichting heeft deze bij voorkeur een diameter van 1-5 m en een hoogte van 5"25 m. De volume-verhouding tussen het beluchte en het anoxische reactordeel is mede afhankelijk van de verhouding tussen de hoeveelheden organische stof en stikstofhoudend materiaal in het afvalwater. Bij voorbeeld ligt de verhouding belucht volume : anoxisch volume tussen 4 : 1 en 1 : 4, in het bijzonder tussen 2 : 1 en 1 : 1.The dimensions of the device according to the invention depend, inter alia, on the amount and composition of the waste water to be treated. The installation can be designed for the processing of, for example, 10 - 300 m3 waste water per hour with a convertible COD load of 2-8 kg / m3.day and a convertible ammonium-nitrogen load of 0-2.5 kg N / m3. day. The total reactor volume can be 5 "300 m3. In a cylindrical design of the device it preferably has a diameter of 1-5 m and a height of 5" -25 m. The volume ratio between the aerated and the anoxic reactor part is partly depending on the ratio between the amounts of organic matter and nitrogenous material in the wastewater. For example, the ratio of aerated volume: anoxic volume is between 4: 1 and 1: 4, in particular between 2: 1 and 1: 1.

Claims

1. An apparatus for the purification of waste water, consisting of at least two reactor spaces (1) and (2) mainly separated by a vertical wall (3), a liquid supply (4) and a liquid discharge (5), the first reactor space (1) being provided at the top with an overflow (6) to the second reactor space (2), the second reactor space (2) being divided at the top into a degassing space (7) and a settling space (8) which settling space is provided with an overflow (9) to the liquid discharge (5), the second reactor space (2) at the bottom is provided with one or more return pipes (17) for the return of liquid from the second reactor space (2) to the first reactor space (1), and the first reactor space (1) is provided with a gas supply (11) and / or (18) and a gas discharge (12) located above it.

Apparatus according to claim 1, wherein the first reactor space (1) is divided by a vertical wall (13) into a reactor space (14) and a reactor space (15), the reactor spaces (14) and (15) at the top and the bottom side are connected to each other, and the gas supply (11) is located on one side of the wall (13), so that the supplied gas flows upwards only on one side of the wall.

Device according to claim 1 or 2, wherein the return pipes (17) are provided with one or more gas nozzles (18).

An apparatus according to any one of claims 1-3, wherein the liquid supply (4) is connected to the upper part of the second reactor space (2) below the settling space (8).

Apparatus according to any one of claims 1-4, wherein the reactor spaces are substantially concentric.

6. Method for the purification of waste water, in which the water is alternately treated with micro-organisms in an oxygen-depleted space and an oxygen-rich room and subsequently separated from the micro-organisms, characterized in that the micro-organisms with a carrier are passed through the oxygen-depleted space and the oxygen-rich space circulates.

A method according to claim 6, wherein the microorganisms are homogeneously mixed with the carrier in the oxygen-rich space with the water.

8. Process according to claim 6 or 7, wherein an upward flow is applied in the oxygen-rich space and a downward flow in the oxygen-poor space, by water from the bottom with the microorganisms and the carrier using an oxygen-containing gas. deoxygenated space leads to the oxygenated space,

A method according to any one of claims 6-8, wherein the waste water is introduced into the oxygen-depleted space.

A method according to any one of claims 6-9. whereby the treated waste water is discharged from above the oxygen-depleted space.

A method according to any one of claims 6-10, wherein a flow rate of return of water from the oxygen-poor space to the oxygen-rich space is used of at least twice the flow rate of supply of the waste water.