NO149841B - Fremgangsmaate og anordning for aerob, biologisk behandling av slamholdig kloakkvann - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og en anordning for aerob, biologisk behandling av slamholdig kloakkvann, av den art som angitt i innledningen til henholdsvis patentkrav 1 og 3. Kloakkvannet kan inneholde alle typer biologisk nedbryt-bare avfallsstoffer fra husholdning, sanitæranlegg, industri, utslipp fra jordbruksanlegg, matfabrikker og andre.

Fremgangsmåter som vanligvis benyttes ved behandling

av kloakkvann eller avløpsvann omfatter i det vesentlige en for-behandling med fysiske metoder, såsom siling, filtrering og sedi-mentering for fjernelse av store opphengte faste stoffer med et-terfølgende sekundærbehandling med biologiske metoder for å fjer-ne oppløste og mindre suspenderte stoffer. Denne oppfinnelse an-går den sekundære behandling.

Flotasjon benyttes under den sekundære behandling av avløpsvann for fjernelse av suspenderte faste stoffer fra avløps-vannet og for separering og konsentrering av biologisk flokkula-sjonsslam. Under vanlig flotasjon består hovedkomponentene i et fIotasjonssystem av en trykkpumpe, utstyr for luftinnsprøytning, en oppholdstank og en fIotasjonsenhet. Avløpsvannet eller en del av klarnet utslipp utsettes for trykk i nærvær av tilstrekkelig luftmengde for oppnåelse av overmetning i forhold til atmosfæriske forhold. Når trykket på denne overmettede væske oppheves, hvilket kan kombineres med omrøring eller blanding med avløpsvæske ved at-mosfærisk trykk, dannes små luftbobler i væsken. Suspenderte faste stoffer fløtes ved hjelp av disse små luftbobler som kan være festet eller bli festet til og "innmasket" i de faste partikler. Blandingen av luft og faste stoffer stiger opp til overflaten

hvor den skummes av. Den klarnede væske fjernes nedenunder.

For oppnåelse av god virkningsgrad for fIotasjonspro-sessen, dvs. en i det vesentlige fullstendig utseparering av de faste stoffer fra væsken , må sterk turbulens og skjærstrømning unngås i fIotasjonskammeret for å hindre dispergering av faststoff-flokker til finpartikler som er vanskelige å utseparere. Eksklu-sjon av på forhånd dannede gassbobler med utilbørlig store dimen-sjoner fra fIotasjonskammeret utføres med dette for øyet. Også for å unngå turbulens og skjærkrefter holdes hastigheten av væs-kestrømmen oppover i fIotasjonskammeret passende lav, fortrinnsvis ikke over 0,3 m/sek. og mer spesielt ikke over 0,1 m/sek.

Flotasjonskammerets dybde er fortrinnsvis mellom 20

og 4 0 meter. Med de foretrukne hastigheter er oppholdstiden for oppstigende væske i fIotasjonskammeret i det minste 60 sekunder og kan være så lang som 100 0 sekunder. En slik lang oppholdstid bidrar til dannelse av sterke flokker med vedheftede luftbobler.

I norsk patentsøknad 74 1755 er det beskrevet et apparat for sirkulering av væsker omfattende et kammer med nedadgåen-de strøm og et kammer for oppadgående strøm som er i forbindelse med hverandre ved sine øvre og nedre ender, og hvor innretninger er tilveiebrakt for tilførsel av en gass til væske i synkekamme-ret. Fra denne søknad er det således kjent å oppløse oksygenholdig gass i sirkulerende, slamholdig kloakkvann under hydrostatisk trykk for å øke løseligheten av oksygen i vannet og dermed reak-sjonshastigheten under den biologiske nedbrytning.

Det er i og for seg kjent å bruke flotasjon for fjer-ning av faste partikler fra vann. Her blir vannet mettet med gass i trykkammer, og ved avspenning av trykket blir gassen frigjort som små bobler som fester seg på partiklene og får dem til å sti-ge opp til overflaten. Effektiv flotasjon kan imidlertid ikke fremkomme ved enkel innblåsing av gass, da dette gir gassbobler som gjennomgående er for<1>store til at de kan feste seg på partiklene. Dessuten vil turbulensen under innblåsingen rive løs de gassbobler som måtte ha festet seg på partiklene.

Hensikten med oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte hvor turbulens fra uoppløst gass unngåes, slik at rolige laminære strømningsbetingelser oppnås i fIotasjonskammeret og dermed også effektiv atskillelse av slammet ved flotasjon. Det sær-egne ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er at en del av det kloakkvann som strømmer oppover gjennom oppstrømssjakten, og som inneholder oppløst gass, avledes til et fIotasjonskammer på en slik måte at store gassbobler som finnes i vannet i oppstrømssjak-ten, hindres i å følge med til dette kammer, hvorved turbulent strømning i alt vesentlig unngås i fIotasjonskammeret, og en effektiv fraskilling av slammet ved flotasjon oppnås ved at gassbobler, dannet ved at gass frigjøres fra oppløsningen, hefter seg til de faste slampartikler i kloakkvannet og bærer dem oppover i fIotasjonskammeret.

Anordningen til utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen utmerker seg i det vesentlige ved at innretningene for separering av slammet fra kloakkvannet omfatter anordninger til avledning av en del av vannet som inneholder oppløst gass, fra oppstrømssjakten til bunnen av et fIotasjonskammer, uten at store gassbobler følger med. Flotasjonskammeret kan være forbundet med oppstrømssjakten gjennom i det minste en avledningsåpning i sjaktens vegg, hvor en felle for store gassbobler er anordnet ved av-ledningsåpningen.

Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan i det minste en del av de utseparerte slampartikler resirkuleres tilbake til sirkulasjonssystemet, og anordningen kan derfor omfatte innretninger som fører de fraseparerte slampartikler tilbake til det nevnte sirkulasjonssystem. En slik resirkulasjon av slam uten sedimente-ring og lengre oppholdstid i anaerobe tanker har til følge at be-handlingen av avløpsvannet blir mer intens. Rotasjon oppnås uten at det er nødvendig med et spesielt kompresjonskammer og et spesielt trykkopphevingssystem.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere nedenfor ved hjelp av eksempler og under henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 viser et stort sett vertikalt snitt gjennom et apparat ifølge oppfinnelsen, hvor væskesirkulasjon oppnås ved inn-sprøytning av<1>en oksygenholdig gass, fig. 2 viser et lignende snitt gjennom en annen apparatutførelse, men hvor væsken sirkuleres ved hjelp av mekaniske innretninger, fig. 3 viser et vertikal-snitt gjennom en modifisert utførelse av apparatet ifølge fig. 2, men hvor væsken sirkuleres ved innsprøytning i samme av en oksygenholdig gass (som på fig. 1) og hvor fIotasjonskammeret forlø-per på skrå oppover i sjakten og fig. 3A viser et horisontalsnitt av en del av apparatet ifølge fig. 3 hvor snittet er tatt langs linjen C-C på fig. 3.

Apparatet som er vist på fig. 1, har en gassfrigjø-ringstank 1 med en dyp sjakt 2 som strekker seg ned i bak-

I

ken og inneholder en stigekanal 3 og en synkekanal 4 som er skilt fra hverandre ved hjelp av en skillevegg 5. Stigekanalen 3 og synkekanalen 4 er i forbindelse med hverandre ved sine øvre ender i tanken 1 og ved sjaktens 2 nedre ende under skilleveggen 5.

For oppnåelse av et hensiktsmessig strømningsmønster i tanken 1 strekker den øvre ende 6 av synkekanalen 4 (dannet ved en forlen-gelse av sjaktens 2 vegg. og skilleveggen 5) seg over tankens bunn og er utstyrt med strømledeinnretninger 7. Stigekanalen 3 er gjennom en åpning 8 forbundet med et flotasjonskammer 9 med mindre dybde enn sjakten 2. Flatasjonskammerets 9 øvre endeparti går over i en fIotasjonstank 10 anordnet innved gassfrigjø-ringstanken 1. Åpningen:8 er utstyrt med en felle 11. Oksygenholdig gass kan innsprøytes i stigekanalen 3 og synkekanalen 4 gjennom sprededyser 12 hhv. 13.

Apparatet som er vist på fig. 2, har i likhet med apparatet ifølge fig. 1 en,gassfrigjøringstank 1 med en dyp sjakt 2 som strekker seg ned i bakken under tanken og inneholder en stigekanal 3 og en synkekanal 4 som er skilt fra hverandre ved hjelp av en skillevegg 5. Stigekanalen 3 er gjennom en åpning 8, som er forsynt med en felle 11, forbundet med et flo tasjonskammer 9 hvis øvre ende munner ut,i en f lo.tas jonstank 10 anordnet ved gassfrigjøringstanken 1. Stigekanalen 3 og synkekanalen 4 er forbundet med hverandre ved sine øvre ender i tanken 1 og ved sjak-tens 2 nedre ende. I apparatet ifølge fig. 2 er imidlertid synkekanalen 4 anordnet i det vesentlige koaksialt i stigekanalen 3 og forløper oppover over ;tanken 1, idet skilleveggens 5 øvre en-de er bøyd over for dannelse av en kanal 14 og en avgrening 15, dvs. at den øvre ende av, .skilleveggen 5, kanalen 14 og avgreningen 15 sammen danner en omvendt U. Væsken sirkuleres mekanisk i apparatet ved hjelp av en propell 16 i avgreningen 15 og en oksygenholdig gass innsprøytes i væsken gjennom spredere 17 anordnet i synkekanalens 4 øvre endeparti.

Apparatet ifølge oppfinnelsen kan benyttes under et lufte- og fermenteringstrinn under den sekundære behandling av av-løpsvæsken. Bruken av apparatet under luftetrinnet skal be-skrives. Virkemåten i et aerobisk fermenteringstrinn er lignende.

Når apparatet benyttes i et- luftetrinn føres av-løpsvannet etter forutgående behandling for fjernelse av større eller tette og uhåndterlige faste gjenstander med eventuelt etter-i følgende primær bunnfelling gjennom en innløpskanal (ikke vist på tegningen) til gassfrigjøringstanken 1, f.eks. på et sted i nærhe-ten av den åpne ende av avgreningen 15 i apparatet på fig. 2. Av-løpsvæsken forlater apparatet gjennom en kanal 18 (bare vist på fig. 3) som går ut av fIotasjonstanken 10 under væskenivået B-B i denne tank.

Apparatet ifølge fig. 1 settes i drift ved innsprøyt-ning av luft fra en kompressor gjennom spredere 12 i stigekanalen 3. Dette tvinger den øvre del' av stigekanalen 3 til å arbeide som en luftløftepumpe og avløpsvæsken begynner å sirkulere i apparatet i den retning som er vist med piler på fig. 1. Når strøm-ningshastigheten har nådd en forutbestemt minste verdi, påbegynnes innsprøytningen av luft i synkekanalen, nemlig gjennom sprederen 13, og denne innsprøytning økes gradvis. Fortrinnsvis gjøres dette trinnvis ettersom hastigheten av væsken i synkekanalen øker. Når systemet arbeider stabilt, innsprøytes det meste av luften i synkekanalen 4.

I apparatet som er vist på fig. 2, frembringes sirku-lasjon mekanisk ved hjelp av propellen 16 og luft føres inn i synkekanalens øvre del ved hjelp av sprederen 17.

Ved begge utførelser av apparatet både ifølge fig. 1 og 2 vil gassbobler som sprøytes inn i synkekanalen, bæres raskt nedover av den sirkulerende avløpsvæske til nivåer med høyere trykk og boblenes størrelse vil avta. Til slutt vil mange av boblene som befinner seg i apparatets lavere nivåer, absorberes helt av væsken. Ettersom væsken stiger opp i stigekanalen, vil boblene først dannes på ny og siden øke i størrelse. Endel av avløpsvæs-ken som beveger seg oppover i stigekanalen 3, går gjennom åpningen 8 til fIotasjonskammeret 9. Fellen 11 forhindrer at store luftbobler som allerede finnes når væsken når åpningen 8, følger med inn i fIotasjonskammeret 9 og forstyrrer strømningen i kamme-ret 9. I fIotasjonskammeret 9 dannes små luftbobler i avløpsvæs-ken og boblene hefter til faste partikler i væsken og stiger opp til væskeoverflaten i fIotasjonstanken 10 mens de bærer de faste partikler med seg. Således transporteres fast materiale i avløps-væsken til overflaten av væsken i fIotasjonstanken 10 som følge av denne luftfIotasjon..' Væsken forlater flo-tasjonstanken 10 (gjennom en kanal 18 som er vist på fig. 3) mens fast materiale skrapes av overflaten og føres tilbake til gassfrigjøringstanken 1 (ved hjelp av skrapeinnretningen 19 som er vist på fig. 3).

Apparatet som er vist på fig. 3 og 3A omfatter noen av trekkene fra apparatet ifølge fig. 1 og noen av trekkene fra apparatet ifølge fig. 2. Likheten ved utførelsen ifølge fig. 1 er at væsken sirkuleres i systemet ved innsprøytning av oksygenholdig gass ved hjelp av sprededysene 12 og 13. På den annen side er synkekanalen 4 som på fig. 2 omgitt av den rørformede skillevegg 5 og er anordnet koaksial i stigekanalen 3 som er omgitt av den dype, rørformede sjakt 2. Stort sett virker apparatet som appa-ratene ifølge fig. 1 og 2, men hovedforskjellen er at flatasjonskammeret 9 er anordnet på skrå oppover og utover , dvs. bort fra stigekanalen 3 istedenfor vertikalt som på de andre figurer. Flo tasjonskammerets 9 øvre endeparti munner ut i en . flotasjons-tank 10, fra hvis bunn klarnet væskeutslipp føres til en bunnfel-lingstank (ikke vist) gjennom en utløpskanal 18, mens faste stoffer fjernes fra toppen av væsken i tanken ved hjelp av skrapeinnretningen 19 og føres tilbake til gassfrigjøringstanken 1. Selv om skrapeinnretningen 19 for enkelthets skyld bare er vist slik at den dekker området mellom tankene 1 og 10, er det å forstå at i praksis vil skraperen strekke seg stort sett over hele den del av tanken 10 hvor faste stoffer finnes og i det minste over en del av tanken 1.

Åpningen 8 fra stigekanalen 3 til flotasjonskammeret

9 er utstyrt med en felle 11 og er dessuten forsynt med sjalusi-spjeld 20 som heller nedover bort fra stigekanalen 3 og ned i . fIotasjonskammeret 9 for. å sikre at strømmen gjennom åpningen 8 til å begynne med følger retningen nedover. Overføringen fra fIotasjonskammeret 9 til; fIotasjonstanken 10 skjer gjennom en åpning 21, hvorav halvparten munner ut i et halvsylindrisk rør 22 som gjør det mulig for fast materiale å flyte direkte opp til toppen av flatasjonstanken 10, mens den andre halvpart 23 av rø-ret tillater klarnet væske fra flatasjonskammeret 9 å passere direkte til flatasjonstahkens 10 bunn, slik at den derfra kan slippes ut gjennom utløpskanalen 18 for væskeformig utslipp.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte for aerob, biologisk behandling av slamholdig kloakkvann i et system som omfatter et basseng (1) med en nedstrøms-sjakt (2) og en oppstrømssjakt (3), hvilke sjakter er forbundet med hverandre ved sine øvre og nedre ender, hvor fremgangsmåten omfatter kontinuerlig sirkulering av kloakkvannet nedover gjennom nedstrømssjakten (2) og oppover gjennom oppstrømssjakten (3) til vannet har fått tilstrekkelig behandling, og oksygenholdig gass tilføres til kloakkvannet i nedstrømssjakten slik at gassen oppfanges i og strømmer sammen med vannet nedover gjennom nedstrøms-sjakten og oppover gjennom oppstrømssjakten, idet i det minste en del av gassen oppløses i vannet når dette strømmer nedover, og fri-gjøres fra oppløsningen når vannet strømmer oppover i oppstrøms-sjakten (3), karakterisert ved at en del av det kloakkvann som strømmer oppover gjennom oppstrømssjakten (3), og som inneholder oppløst gass, avledes til et fIotasjonskammer (9) på en slik måte at store gassbobler som finnes i vannet i oppstrøms-sjakten (3), hindres i å følge med til dette kammer (9), hvorved turbulent strømning i alt vesentlig unngås i fIotasjonskammeret, og en effektiv fraskilling av slammet ved flotasjon oppnås ved at gassbobler, dannet ved at gass frigjøres fra oppløsningen, hefter seg til de faste slampartikler i kloakkvannet og bærer dem oppover i fIotasjonskammeret.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at i det minste en del av de utseparerte slampartikler resirkuleres tilbake til sirkulasjonssystemet.

3. Anordning for aerob, biologisk behandling av slamholdig kloakkvann, omfattende et sirkulasjonssystem med en nedstrømssjakt (2) og en oppstrømssjakt (3) som er forbundet med hverandre ved sine øvre og nedre ender, innretninger som tvinger kloakkvannet til å sirkulere gjennom sirkulasjonssystemet, innretninger (13) for til-førsel av oksygenholdig gass til vannet i nedstrømssjakten (2), slik at gassen oppfanges av og strømmer sammen med vannet nedover nedstrømssjakten (2) og i det minste noe av gassen løses opp i vannet mens det strømmer nedover, innretninger for matning av kloakkvann til sirkulasjonssystemet, innretninger (18) for bortfø-ing av effluent/avløpsvæske fra sirkulasjonssystemet, og innretninger til å separere slammet fra kloakkvannet, karakterisert ved at innretningene for separering av slammet fra kloakkvannet omfatter anordninger (8) til avledning av en del av vannet som inneholder oppløst gass, fra oppstrømssjakten (3) til bunnen av et fIotasjonskammer (9,10), uten at store gassbobler følger med.

4. Anordning ifølge krav 3, karak"terisert ved at fIotasjonskammeret (9) er forbundet med oppstrømssjakten (3) gjennom i det minste en avledningsåpning (8) i sjaktens vegg og at en felle (11;11,20) for store gassbobler er anordnet ved avlednings-åpningen (8).

5. Anordning ifølge krav 4, karakterisert ved at fellen omfatter innretninger (11;20) som tvinger kloakkvannet til å strømme til å begynne med nedover mellom oppstrømssjakten (3) og fIotasjonskammeret (9).

6. Anordning ifølge krav 3,4 eller 5, karakterisert ved at den omfatter innretninger (19) som fører fraseparerte slampartikler tilbake til sirkulasjonssystemet (1,3,4;1,3,4,15) .