NO130002B - - Google Patents

Description

Anvendelse av en porøs filtermaterialfylling

for biologisk filter til rensing av vann

forurenset med organiske stoffer.

Oppfinnelsen vedrører anvendelse av en porøs filter-materialfyIling for biologisk filter (trickling filter) til rensing av vann forurenset med organiske stoffer.

Fourensningen av d e naturlige vannløp, sjøer og hav er som kjent forbundet med det ubegrensede avløp av husholdnings- og byavvann såvel som industriavvann. Et av hovedproblemene ved for-urensningene er dog de organiske stoffer i avvannet, hvilke be-gunstiger en energisk mikrobiologisk aktivitet i det mottagende vann, noe som fører til et raskt forbruk av det i vannet oppløste oksygen, hvorved det inntrer anaerobe forhold og forråtnelses-fenomener. Det raske oksygenforbruket er spesielt grunn til det nesten fullstendige tapet av den såkalte "regenereringsevne" av vannløpet som følge av den drastiske reduksjon av vannfloraen, såvel som den ytterst ringe evne til å møte etterfølgende forurensninger. Ytterligere vel så tungtveiende og viktige fenomener er umuligheten for noen som helst annen livsform å overleve, såvel som den sterke og ubehagelige lukt, som fremfor alt utvikler seg gjennom bakterier som reduserer svovelforbindelser.

Det er derfor innlysende at fjerning av de organiske stoffer, hvis innhold i vann angis gjennom den såkalte BOB^-verdi (biologisk oksygenbehov etter 5 dager), er av grunnleggende be-tydning i kampen mot vannforurensningene.

Det er naturligvis verken mulig eller nødvendig her å overprøve alle hittil forsøkte og til nå anvendte forskjellige systemer til avvannrensning av forurensende organiske stoffer. Det er tilstrekkelig å nevnte noen av de mest utbredte systemer slik som sedimentasjon, eventuelt utløst med hjelp av flokkuleringsmidler, kloring, behandling med aktivslam, oksydasjon på perkulasjons-filtere osv.

Spesielt med henblikk på behandling med aktivslam er å bemerke at denne metode krever en forholdsmessig lang oppholdstid av avvannet i en sterkt gjennomluftet beholder i nær kontakt med et slam som består av kolonier av aerobe mikroorganismer. I denne forbindelse er det viktig å henvise til at vannet må forbli i beholderen hele den tiden det er nødvendig, for at bakteriefaunaen fullstendig skal kunne utøve sin rensende virkning. Dette fører til betydelige ulemper, det være seg på grunn av nødvendigheten av å disponere over et betydelig antall beholdere, på grunn av plass-behovet til beholderne, eller endelig på grunn av problemene i sammenheng med å fjerne de aktive slam.

Den anvendte fremgangsmåte til behandling av vann med en forholdsmessig lav BOB^-verdi ved oksydasjon på perkulasjons-.filtere, består deri at væskestrømmen som skal behandles, ledes gjennom et filtersjikt som består av stenmel, koks, knust antra-sitt eller av kunstharpiksnettverk (polyetylen eller polypropylen) mens den oksyderende luft strømmer gjennom filtersjiktet ved naturlig konveksjon i motstrøm i forhold til vannet. Oksydasjons-virkningen begunstiges av et planteslimlag, kalt Zoogloa, som består av forskjellige mikroorganismer, og som samler seg på de utsatte overflater i perkulasjonsfilterfyIlingen. Med henblikk på dette er blant ulempene ved dette system den ting å fremheve at filtersjiktet har en meget grov porøsitet og at oksydasjons-virkningen foregår ukontrollert og fremfor alt er begrenset til de utsatte overflater i filterfyllingen. Dette er også grunnen til hvorfor disse systemer bare er begrenset, til de tilfeller hvor vannet har en meget lav BOB^-verdi, dvs. en meget liten andel av forurensende organiske stoffer.

Betrakter man nærmere teknikkens stand, er å bemerke

at det i fransk patent nr. 715.509 er beskrevet en vannrensnings-fremgangsmåte til fjerning av forurensninger av organisk opprin-nelse, hvor vannet som skal renses, ledes gjennom et filtersjikt som inneholder en aerob bakteriefauna og et materiale med stor aktiv overflate, for eksempel aktivkull (alt kull som vanligvis betegnes som aktivkull har en aktiv overfæate i størrelsesorden minst 1000 m<2>/g).

Oksygenet tilføres filtersjiktet samtidig med vannet

som skal renses eller før dette har nådd filtersjiktet. Også i US-patent nr. 3.232.434 og i tysk patent nr. 1.250.372 nevnes tilførsel av oksygen til vannet som skal renses før dette har nådd filtersjiktet. Ifølge US-patentskriftet består filtersjiktet av lavaslagg, dvs. av et stoff hvis porøsitet tilsvarer det til grus og sand.

En biologisk rensemetode under anvendelse av en blanding av vann og mikroorganismer og med luftning av blandingen for å

skaffe en gunstig omgivelse for levende mikroorganismer er beskrevet i tysk patent nr. 1.279.561. Endelig er muligheten til anvendelse av forkullingsprodukter av bituminøse kull fra torv til biologisk vannrensning nevnt i fransk patent nr. 333.406 (fra året 1903) i ytterst allmen form.

I alle disse publikasjoner og i allminnelighet i den tekniske faglitteratur er dermed i det vesentlige henvist til den normale samtidige anvendelse av en bakteriefauna og av oksygen til biologisk vannrensning, hvorved forskningen hovedsakelig har konsentrert seg om oksygentilførselen til bakteriesjiktet og/eller til vann som skal renses.

Som allerede nevnt er anvendelsen av perkulasjonssjikt av inert materiale, som grus og sand, dvs. av et materiale hvis aktive overflate er mindre enn 10 m 2/g, begrenset til .det tilfellet hvor vannet har en meget lav BOB^-verdi. Med henblikk på dette kan nevnes US-patent nr. 2.760.643, som angår en videreutvikling av slike perkulasjonsfiltre.

Det er hensiktsmessig å henvise til at teknikken med den kjemiske flokkulering har utviklet seg parallelt med den biologiske rensning av industri- og byavvann. I norsk patent nr. 120.362 beskrives en kjemisk flokkuleringsfremgangsmåte, med hvilken det er mulig - slik det, kan påvises ved hjelp av forsøks-data - å fjerne den største de-len av de stoffer som er tilstede i henholdvis i kolloidal form suspendert i vannet som skal behandles, og å nedsette de i vannet oppløste fosfater (orto- og polyfos fater) til ytterst små andeler. Disse fosfater er nemlig hovedansvarlig for eutrofiseringen av sjøene. Videre er i norsk patent nr. 122.240 beskrevet en filtermasse som består av et spesielt aktivkull (nedenfor betegnet som "makroporøs harpiksaktig kull"), som under hensiktsmessige betingelser er fremstilt ved forkulling av sagflis fra harpiksholdige treslag, impregnert med en liten mengde av en meget fortynnet svovelsyreoppløsning. Som det fremgår av beskrivelsen og eksemplene i det nevnte patent nr. 122.240 har disse makroporøse harpiksaktige kull vist utmerkede egenskaper til filtrering av avvann, ettersom de ikke bare gir et utmerket klart filtrert vann, men også gjør det mulig så å si helt, i alle fall i tilfredsstillende målestokk, å fjerne det bestandige skum, også hvis dette stammer fra biologisk ikke nedbrytbare vaskemidler, og å redusere vannets BOB^-verdi.

Oppfinnelsen er vendt mot resultatet av filtreringen med henblikk på reduksjon av BOB^-verdien.

Ettersom de nevnte harpiksaktige kull har en temmelig makroskopisk porøsitet,- dvs. i gjennomsnitt en aktiv overflate i størrelsesorden 150-200 m /g, og etter at det først ble antatt at det dreide seg om et overflateadsorpsjonsfenomen, ble de samme forsøk gjentatt med handelsvanlig aktivert kull, som har en ennå mye større aktiv overflate, nemlig en aktiv overflate av størrel-sesorden 1000 og mer m 9/g, hvorved dog fullstendig utilfreds-stillende resultater ble oppnådd.

Det faktum at det ikke dreier seg om overflateadsorp-sjons fenomener, ble bekreftet ved at, i de forsøk som ble gjennom-ført med det makroporøse harpiksaktige kull, var kullet i stand til å fjerne en mengde forurensende organiske stoffer fra vannet, idet mengden av nevnte stoffer var langt større enn det som var forenelig med kullenes aktive overflate, hvis det dreide seg om overflateadsorpsj on.

I løpet av ytterligere forsøk med det samme makroporøse harpiksaktige kull ble det fastslått en tilvekst av nitritinnholdet i det avløpende vann på bekostning av nitratene. Ved den derpå følgende motstrømsvasking av kullene etter en viss filtreringstid, ble så tilstedeværelsen av en sterk bakterieandel i vaskevannet fastslått. På grunn av disse forsøksresultatene ble derpå forskningen utvidet til andre filterstoffer som kull fremstilt av torv og bituminøse kull, prøse kunstharpikser o.l.

Oppfinnelsen vedrører en anvendelse av en porøs filtermaterialfylling for biologiske filtre (trickling filtre), hvis aktive overflate utgjør høyst 400 m 2 /g og minst 10 m 2/g, fortrinnsvis en aktiv overflate på 150-200 m o/g som filtersjikt ved nærvær av en aerob bakteriefauna, ved rensning av vann forurenset av organiske stoffer, hvor vannet under rensningen tilføres oksygen.

Hensikten og fordelene med foreliggende oppfinnelse fremgår tydeligere av den følgende eksempelvise og ikke begrensende beskrivelse under henvisning til tegningene. Fig. 1 viser et filter i henhold til foreliggende oppfinnelse i vertikalsnitt. Fig. 2 viser et lignende vertikalsnitt som fig. 1 gjennom en annen utførings form av filteret. Fig. 3 viser to filtere i henhold til foreliggende oppfinnelse koplet i serie. Fig. 4 er et skjematisk riss av det totale renseanlegg i henhold til foreliggende oppfinnelse, og Fig. 5 er et lignende skjematisk riss av som fig. 4 over en annen utførelses form av anlegget.

Det i fig. 1 viste filter som anvendes i henhold til foreliggende oppfinnelse omfatter en beholder 10, i hvilken er anbragt et filtermaterialsjikt 11, hvorved den aktive overflate til filtermaterialet ligger innen de ovenfor angitte grenser og fortrinnsvis av størrelsesorden 150-200 m 2/g. Sjiktet 11 ligger på en bærerist 12.

Som allerede nevnt består sjiktet 11 fortrinnsvis av et makroporøst harpiksaktig kull av den ovenfor angitte type. Tilfredsstillende resultater ble forsøksvis dog også oppnådd med andre forkullingsprodukter med utgangspunkt i torv og i bituminøse kull, såvel som med prløse kunstharpikser, for eksempel de som anvendes til ioneveksling, såfremt de angitte betingelser med lav porøsitet henholdsvis aktiv overflate holderholdes.

De utmerkede resultater som ble oppnådd ved rensing av vann forurenset med organiske stoffer lar seg mest sannsynlig forklare ved at porestørrelsen i det makroporøse harpiksaktige kull er tilstrekkelig stor til å tillate bakteriefaunaen å sette seg fast og å utvikle seg ikke bare på de utsatte overflater av kullene, men også fremfor alt i det indre av de enkelte kullkorn. På denne måte deltar totalmassen av kull aktivt i den biologiske nedbrytningsvirkning av de organiske stoffer. Videre er.det nærliggende å tro at også poreformen som gir seg av harpikskanalene i harpiksveden, av hvilken de makroporøse harpiksaktige kull frem-stilles, innvirker på filtreringsmekanismen. Det ble også virkelig fastslått at de oppnådde avlange porer har en diameter i størrelses-orden på omtrent lOO^u. For fagmannen er det klart at virksomheten av bakteriefaunaen er bundet til at en tilstrekkelig oksygen-mengde er forhånden for å skaffe aerobe betingelser, og dette for-klarer den andre viktige betingelse for fremgangsmåten i henhold til foreliggende oppfinnelse. Oksygentilførselen foretas fortrinnsvis og mest økonomisk ved hjelp av luft, selv om det forstås at foreliggende oppfinnelse.ikke er begrenset til anvendelse av luft.

Sammenligningsforsøk som ble gjennomført med et filtersjikt anvendt i henhold til foreliggende oppfinnelse (dvs. med et materiale hvis virksomme overflate lå mellom 10 og 400 m 2/g) og et filtersjikt som besto av vanlige aktivkull, har vist at ved det førstnevnte filtersjikt var en enkel motstrømsvaskning tilstrekkelig for å gjenopprette virksomheten til filtersjiktet, spesielt i det tilfellet hvor det ble anvendt de før nevnte makro-porøse harpiksaktige kull. Ved anvendelse av et filtersjikt bestående av et vanlig aktivkull opphører rensevirksomheten etter kort tid, og for regenerering er det nødvendig å fjerne aktivkullene fra filteret og underkaste dem en hensiktsmessig og kjent varmeregenereringsbehandling.

Såvel den større virksomhet som oppnås i henhold til foreliggende oppfinnelse som også den raske og enkle regenererings-muligheten kan tilskrives den omstendighet, at rensing med et porøst materiale hvis aktive overflater ligger mellom 10 og 400 m /g forløper over en fysikalsk adsorpsjonsmekanisme, hvor bakteriefaunaen som sitter i porene i filtersjiktet deltar. I tilfelle med et filtersjikt som består av vanlige aktivkull dreier det seg i motsetning til dette i det vesentlige om en kjemisk adsorpsjonsmekanisme hvor. de såkalte aktive sentra raskt forbrukes.

Tilbakevendende til det i fig. 1 viste filter sees at dette er tilsluttet en tilførselsrørledning 13, utstyrt med en reguler- og/eller lukkeventil 14, for vannet som skal renses. Det rensede vann flyter av gjennom en rørledning 15, som likeledes er utstyrt med en reguler- og/eller lukkeventil"16.

Lufttilførselen skjer gjennom en rørledning 17 med en lukkeventil 18, til hvilket hensiktsmessige diffusører 19 er tilsluttet inne i beholderen 10. Disse i og for seg vel kjente diffu-sører sikrer at luften trer inn i det foruensede vann i sjiktet 20 over filtersjiktet 11 i form av tallrike og ytterst små blærer, og at den kommer i kontakt med alt vannet som skal behandles. Oksygentilførselen til filtermassen 11, som inneholder bakteriefaunaen, skjer dermed gjennom vann som er underkastet rensning.

Metaboliseringen av de forurensende organiske stoffer gjennom virkningen av bakteriefaunaen trenger, selv om den f.eks. i forhold til behandlingen med aktivslam er meget raskere, allike-vel en viss tid som er avhengig av filtreringshastigheten og av høyden på filtersjiktet. De beste resultater oppnås med filtersjikt av makroporøse harpiksaktige kull som har en høyde- på 1-2 m og hvor vannet strømmer gjennom disse med en hastighet i størrelses-orden 4-10 m 3 /time pr. m 2 filtersjiktoverflate.

Etter en viss tid, i allminnelighet etter 12-24 timer alt etter vannets forurensningsgrad, gjorde en forringelse av filterets virksomhet seg merkbar, men som lett kunne motvirkes ved regenerering av filtermassen ved hjelp av motstrømsvasking med ikke forurenset vann. Det har vist seg at det er tilstrekkelig med en vannmengde på 3-5% i et tidsrom av en time. Til dette formål er i innretningen etter fig. 1 anordnet en rørledning 23 med ventil 24 til inntak av vaskevann, hvilket trer ut gjennom en øvre led-ning 25 med ventil 26. Under vaskingen har det vist seg hensiktsmessig å slippe inn trykkluft gjennom en rørledning 21 med ventil 22, hvor nevnte trykkluft medvirker til bortskaffelse av de ansam-lede avleiringer i massen 11.

Det forstås at mengden og trykket av luften som ledes inn for oksygentilførsel er avhengig av forskjellige parametere som mengden og hastigheten av vannet som skal behandles, bakteriefaunaen som skal forsynes med oksygen og dermed høyden av det makro-porøse harpiksaktige kullsjikt osv. Til slutt er dét å bemerke at bakteriefaunaen som er nødvendig for virksomheten i filtersjiktet i allminndelighet inneholdes i det forurensede vann selv, slik at det første vann som går igjennom massen av rensematerialet fører bakteriekoloniene inn i porene i det makroporøse harpiksaktige kull. HVis ikke må bakteriefaunaen føres direkte inn i vannet som skal renses eller filtersjiktet, når filteret begynner en driftsperiode. Til dette blir fortrinnsvis filterets vaskevann benyttet, hvoretter dette føres tilbake og mates til vannet som skal renses.

I fig. 2 og 3 er de samme henvisningstall benyttet som for de tilsvarende deler i fig. 1.

Ved den i fig. 2 viste utførings form er i tillegg til de allerede i fig. 1 viste deler anordnet en avgreningsrørledning 40 med en sperreventil 41, hvorigjennom en del av det rensede vann kan føres tilbake til det forurensede vann gjennom tilførselsrørled-ning 13. Denne tilbakeføringsrørledning kan være nødvendig i det tilfelle hvor andelen av forurensninger er ytterst høy slik at oksygeneringen i bakteriefaunaen ikke ville være tilstrekkelig til å garantere drift av filteret under aerobe betingelser, og for å oppnå en tilstrekkelig rensing av vannet.

Problemet med en ytterst høy andel av organiske forurensninger i vannet som skal renses, kan også løses som angitt i fig. 3, idet to filtere koples i serie, hvorved uttaket 15 fra det første filteret fører til en pumpe 50 som pumper vannet som skal renses , over til filtersjiktet 11 i det andre filteret. På denne måte blir ulempen ved for høye filtersjikt 11 unngått, noe som ville bringe tungtveiende problemer med seg med henblikk på driften og vedlike-

holdet av innretningene.

I fig. 4 vises skjematisk et fullstendig anlegg til rensning av vann, spesielt av avvann, for. å fjerne forurensende organiske stoffer. Det viste anlegg omfatter en gitterrist 60, egnet til å holde tilbake fremmedlegemer og/eller store deler. Vannet som forlater gitterristen 60 gjennom en rørledning 61 føres til et dekanteringsbasseng 62 hvor de suspenderte deler avsetter seg, og som'så føres bort gjennom en rørledning 63. Det klarede vann kommer så inn i filtrerings- og rensnings innretning 64, laget i henhold til en av de i fig. 1-3 viste utføringsformer, hvorved naturligvis valget av den spesielle innretning er avhengig av sted-lige faktorer og hovedsakelig av forurensningsgraden i vannet. Luft-tilførselen til innretningen 64 er antydet ved pilen 69.

Det rensede vann føres bort gjennom rørledningen 65, mens tilbakeløpsrørledningen for det rensede vann er vist med 66. Dekanteringsbassenget til vaskevannet er vist ved 67, fra hvilket vannet føres tilbake gjennom rørledningen 68 til tilførselsrørled-ningen 61 til vannet som skal renses, mens slammet som avsetter seg i dekanteringsbassenget 67 sammen med slammet som kommer fra dekanteringsbassenget 62 føres bort gjennom rørledningen 63. Det i fig. 5 skjematisk fremstilte anlegg forutsetter en mekanisk rist 70 til fraskilling av fremmedlegemer og/eller store deler fra vannet som skal renses, såvel som en i og for seg kjent knusningsinnret-ning 71, hvor forholdsmessig store forurensninger ikke holdt tilbake i risten 70 knuses. Vannet som forlater knusningsinnretningen 71, kommer gjennom en rørledning 72 til et flokkulerings- og dekanteringsbasseng 73, hvor det - som antydet ved pilen 74 - tilsettes kjemiske flokkuleringsmidler fortrinnsvis av den i norsk patent nr. 120.362 beskrevne type. På denne måte oppnår man som allerede nevnt, ikke bare bunnfelling av de suspenderte stoffer, men også i det alt vesentlige en fjerning av fosfatene i vannet som skal renses. De sedimenterte stoffer føres bort gjennom rørledningen 75, mens vannet føres til filteret 76, bestående av makroporøse harpiksaktige kull, hvorved også i dette tilfellet alt etter de eventuelle forhold kan velges ett av de i fig. 1-3 viste filtere. Lufttilførselen til filteret er vist ved pilen 80. Det rensede

vann trer ut av filteret 76 gjennom rørledningen 77 , mens renset vann til vasking av filteret kan føres tilbake gjennom rørledning 78.

Fordi de kjemiske flokkuleringsmidler som allerede nevnt også kan ha en hemmende virkning på bakteriefaunaen som kan være i det forurensede vann, er det hensiktsmessig å tilsette en mikrobiologisk charge til filtermassen som består av makroporøse harpiksaktige kull, noe som kan skje på forskjellige vel kjente måter. Også ved dette anlegg er det forutsatt et dekanteringsbasseng 79 for vaskevannet, hvilket deretter føres tilbake til tilførsels-rørledningen 72 til vannet som skal behandles, mens de sedimenterte stoffene føres bort gjennom .rørledning 75.

Til slutt kan sies at den vesentlige fordel som oppnås med anvendelsen i henhold til foreliggende oppfinnelse og det tilsvarende anlegg består i at det muliggjøres en øyeblikkelig rensing av vann som er forurenset medi organiske stoffer uten at lange- behandlinger i biologiske rensestasjoner er nødvendig. Blir behandlingen med filteret av makroporøse harpiksaktige kull kombinert

med flokkuleringsbehandling av den ovenfor nevnte type, oppnår man en fullstendig rensing av vannet, hvor nevnte rensing er langt raskere gjennomførbar i sammenlikning med vanlige behandlinger.

Claims (1)

1. Anvendelse av en porøs filtermaterialfylling for biologisk filter (trickling filter), hvis aktive overflate utgjør høyst 400 m 2 /g og minst 10 m 2/g, fortrinnsvis en aktiv overflate pa 150-200 m 2/g, som filtersjikt ved nærvær av en aerob bakteriefauna, ved rensing av vann forurenset av organiske stoffer hvor vannet under rensingen tilføres oksygen.