NO157134B - Anordning for rensing av avloepsvann ved hjelp av anaerobisk fermentering. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en anordning for rensing av avløpsvann ved hjelp avanaerobisk fermentering.

Oppfinnelsen vedrører således anordning for rensing av avløps-vann inneholdende biologisk råtnende, organisk material ved hjelp av anaerobisk fermentering. Forråtning av organisk material i anaerobiske forhold utføres av både fakultative og obligatorisk anaerobiske bakterier. Først hydrolyseres kull-hydrater, proteiner og lipider, og deretter forråtnes disse hydrolyseprodukter videre, hovedsaklig til eddiksyre, hydro-gen og karbondioksyd. Definitiv forråtning utføres ved hjelp av metanbakterier. Minst to bakterietyper må således anvendes for å nå best mulig resultat, idet syrebakteriene virker best på det lave pH-området på ca. 5,0-6,0, og metanbakteriene best i pH-området på 7,0-7,5. Foruten at syrebakteriene fungerer best på det lavere pH-området enn metanbakteriene, er de heller ikke like følsomme mot variasjoner av forråtnings-forhold som metanbakteriene.

Biologisk nedbrytbart, organisk material i avløpsvann har hit-til blitt renset, bl.a. i såkalt totalt blandede reaktorer, hvori syre- og metanreaksjoner finner sted i samme blande-kammer. Mens metanbakteriene er meget mer følsomme mot variasjoner i forråtningsprosessen enn syrebakteriene, må forhold-ene i de totalt blandede reaktorer defineres i henhold til de krav metanbakteriene stiller, og derfor har syrereaksjonens hastigheter naturligvis ikke vært de best mulig i de totalt blandede reaktorer.

Det er tidligere kjent å forråtne anaerobisk avløpsvannslam

som inneholder biologisk nedbrytbart, organisk material i en totrinns forråtnelsesreaktor, idet begge trinn har blitt innpasset innen hverandre. F.eks. fra finsk patent 57579 er det således kjent en anordning for forråtning av avløpsvannslam i to etter hverandre koblede trinn som er innpasset innenfor hverandre, idet slamvannet og forråtnet slam, hvorav en del føres tilbake til første trinn, fjernes fra det annet trinn.

I denne type av reaktorer kan forråtningen allikevel ikke ut-føres separat ved hjelp av to bakteriekulturer av forskjellig type, da disse automatisk ville innblandes med hverandre, når en del av slammet fra det andre trinn føres til det første trinn som podningsslam. I seg selv er denne anordning således en totalt blandet reaktor enskjønt den er delt i to innen hverandre plasserte trinn.

Det er klart at ulempene ved de totalt blandede reaktorene

kan elimineres ved å anvende to separate reaktorer som er koblet til en serie, idet den første av reaktorene skulle fungere som syretrinn og den andre som metantrinn.

En slik anordning er kjent fra bl.a. EP-A-28050, som spesielt har en syrefermenteringsreaktor, hvori syrefermenteringen er oppdelt i to partier, idet avfallsvannets pH i det andre parti reguleres således at det er egnet for det egentlige metanfermenteringstrinn som skjer i en separat beholder.

En slik anordning skulle allikevel være relativt dyr og kompli-sert sammenlignet med en totalt blandet reaktor, og dertil vil den kreve mer plass.

Formålet med oppfinnelsen er således å tilveiebringe en anordning for rensing av avløpsvann ved hjelp av anaerobisk fermentering, hvor syre- og metanreaksjoner kan utføres under forhold som egner seg best for disse reaksjoner uten at syre-og metanbakteriene vesentlig skulle blandes med hverandre og hvilke anordning allikevel i stor grad er like billig og enkel som en totalt blandet reaktor.

De hovedsaklige trekk ved oppfinnelsen fremgår av krav 1.

En anordning i henhold til oppfinnelsen er meget enkel og økonomisk, da både syre- og metanreaksjoner utføres sammen og i samme kar. Både syre- og metanreaksjoner kan i anordningen ifølge oppfinnelsen utføres under omtrent optimale forhold og uten vesentlig innblanding av henholdsvis metan-

og syrebakterier, da karet er oppdelt i to deler ovenfor

hverandre ved hjelp av anaerobisk filter omfattende et fyllmiddelsjikt inneholdende et eller flere sjikt eller porøse fyllmidler som fungerer som festningsunderlag for metanbakteriene, idet hvert fyllmiddelsjikt kan være enten inert eller aktivt avhengig av egenskapene av andre mulige fyllmidler. Syrereaksjonen finner da sted i en rørerdel under et filter, hvori avløpsvannet som.skal renses innmates og hvorfra avløps-vannet etter syrereaksjonen sammen med gass som dannes under syrereaksjonen stiger til en del ovenfor filteret og reagerer med det samme med metanbakteriene som befinner seg både på overflaten av filterets fyllmidler og i filterets øvre del.

En del av slammet som fjernes fra trinnet nedenfor filteret kan resirkuleres tilbake til reaktoren, men da til samme trinn, idet det ikke omblandes med slam i det andre trinn som i løsningen ifølge det finske patent 57579.

Direkte under filteret befinner det seg hensiktsmessig en i og for seg kjent lamellutskiller for å fordele vannet, som strømmer nedenifra og opp gjennom filteret og utover hele filteret for å forstørre gassboblene i vannet samt for av-skylling og resirkulasjon av slampartiklene til trinnet under filteret.

Grus, lettgrus (Leca-grus), plastpartikler samt forskjellig porøst material som koks, stenkull, slag og aktivkull kan anvendes som fyllmiddel for det anaerobiske filteret. Hensiktsmessig anvendes også lettgrus og slagg, ved hvilkets overflate metanbakteriene festner seg. Et stort totalareal av nevnte material øker metanbakterienes festningsmuligheter.

Ovenfor det anaerobiske filteret opprettholdes et relativt tykt flytmaterialsjikt som dannes av slam som muligens av filter- og/eller flytmaterial som aktivkull, aske, spesielt flyveaske, sand eller lignende.

Når aktivkull- blir anvendt som filter- og flytmaterial i henhold til oppfinnelsen, ble det gjort den overraskende iakttagelse at aktivkull ble regenerert av seg selv. Aktivkull har tidligere blitt anvendt som fyllmiddel for det anaerobiske filteret i henhold til det tyske utlegningsskrift 2 531 598.

I henhold til denne metode har avløpsvann blitt renset ved hjelp av det anaerobiske filteret, hvori aktivkull har blitt anvendt som fyllegeme, og deretter også ved hjelp av anaerobisk behandling. Denne metode har blitt undersøkt under for-skjellige forhold, og man har kunnet rense avløpsvann og slam ved hjelp av den, men gassproduksjonen har vært relativt liten og dertil måtte aktivkull utbyttes ofte, ved hvilket har vanskeliggjort behandlingen og forårsaket avbrudd i produksjonen. I anordningen ifølge oppfinnelsen er det ikke nødvendig å regenerere aktivkull som er blitt anvendt som flytmaterial, hvilket var en meget overraskende iakttagelse. Grunnen til denne effekt er ikke kjent. Det er således ikke nødvendig å regenerere aktivkull som er anvendt som flytmaterial i anordningen ifølge oppfinnelsen, fordi dets filterevne skulle svekkes. Under syretrinnet kan det også anvendes toksisitetsfjernende material som aktivkull.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere under henvisning til tegningen, hvor

fig. 1 skjematisk viser i tverrsnitt foretrukket utførelses-form av oppfinnelsen i vertikalsnitt, og

fig. 2 viser en likeledes alternativ utførelsesform av oppfinnelsen i vertikalsnitt.

På tegningen refererer tallet 1 generelt til en vertikal sylindrisk reaktor. I den på fig. 1 viste utførelsesform er det på den indre side av reaktoren 1 sentralt innpasset en vertikal sylinder 10 som-:er åpen ved sin øvre og nedre ende. På indre side av øvre ende av denne vertikale sylinder 10 er det likeledes innpasset et vertikalt fra begge ender åpent rør 12, hvori en omrører 11 strekker seg fra den øvre delen av reaktoren 1 og til hvilken et matningsrør 2 for avløpsvannet som skal renses munner innefor reaktoren 1.

Reaktoren 1 er dertil oppdelt i to trinn ovenfor hverandre ved hjelp av et filter 8, hvorigjennom den vertikale sylinder 10 strekker seg således at det gjennom matningsrøret 2 til sylinderen 10 førte avløpsvann som skal renses og omrøres ved hjelp av omrøreren 11, synker til en del under filteret 8, hvori det enda omrøres ved hjelp av omrøreren 4 for å hindre det syredannende bakterieslam å synke til bunnen av reaktoren 1. I den nedre del av reaktoren 1 befinner det seg dertil for forminskelse av slammengden et avløpsrør 3, hvorfra det forgrener seg et rør 13, hvori det befinner seg en pumpe 14 for innmating av slam som fjernes fra syrefasen av reaktoren 1 sammen med avløpsvannet som skal renses fra innmatnings-røret 2 til det i den vertikale sylinder 10 befinnende omrør-ingsrør 12. I den vertikale sylinder 10 og i kardelen under filteret 8 reagerer syredannende bakterier med avløpsvannet som inneholder organisk material og danner slam og gass.

Direkte under filteret 8 befinner det seg en lamelladskiller 15, hvori vannet tvinges til å strømme nedenifra mellom skråttstilte lameller oppad for oppdeling av vannet jevnt over hele tverrsnittsoverflaten av filteret 8 for å for-større gassboblene i vann samt for å adskille og returnere i vannet befinnende slampartikler til delen under filteret 8.

Det anaerobiske filteret 8 inneholder inerte fyllegemer som lettgrus og/eller slagg som virker som fast underlag for metanbakteriene og som har en stor overflate for å hindre de lang-somtvoksende metanbakterier til å spyles bort. På filteret 8 befinner det seg et relativt tykt slam- og flytmaterialsjikt 9 for å effektivisere egentlig fermentering, idet det for dette reaksjonstrinn fåes en større og jevnere oppdelt mikro-kultur. Som flytmaterial anvendes aktivkull som samtidig virker som filter.

I trinnet over filteret 8 dannes ytterligere metangass og gassen adskilles fra vann- og slamblandingen med skrå over-flater av en bobleutskiller 7 innpasset i den øvre del av reaksjonskaret 1. Det rensede avløpsvann og det deri befinnende slam føres til slutt ut fra reaksjonskaret 1 ved hjelp av avløpsrøret 5 ovenfor bobleutskilleren 7, og gassene som adskilles i bobleutskilleren 7 fjernes gjennom avløpsrøret 6 i øvre del av reaksjonskaret 1.

På fig. 2 har det blitt vist en noe enklere utførelsesform av anordningen i henhold til oppfinnelsen, hvori avløpsvannet som skal renses føres direkte ved hjelp av røret 2 til den nedre del av reaktoren 1 som er adskilt fra den øvre del ved hjelp av det anaerobiske filteret 8. Overskuddslam fjernes fra nedre del av reaktoren 1 ved hjelp av avløpsrøret 3. I øvre delen av reaktoren 1 befinner det seg derimot organ 7

for adskillelse av gass fra blandingen av det rensede avløps-vann og slam før vannet fjernes ved hjelp av avløpsrøret 5. Med avløpsvann med spesielt vanskelig rensing kan gassboblenes adskillelse forbedres ved hjelp av omrøreren 12 som innpasses i reaktorens øvre del. Gassene fjernes via et rør 6 som stilles sentralt på den øvre del av reaktoren 1.

Ved hjelp av anordningen i henhold til oppfinnelsen oppnås bedre rensningsresultat og større toleranse for toksiskt material, da aktivkull anvendes som filter- og flytmaterial, mens dette overraskende bibeholder sin vanlige filterevne,

med andre ord, regenereres av seg selv, idet det ikke be-høver å fornyes. Anordningen i henhold til oppfinnelsen er videre meget enkel og billig, da investeringer og andre biomkostninger er små og driftsomkostningene lave.

Eksemrjel_

En fleretrinns reaktor ifølge oppfinnelsen er sammenlignet

med den tidligere kjente totalt blandede reaktor med hensyn til rensingsresultat. Med fleretrinnsreaktoren ifølge oppfinnelsen omfattende et syrefermenteringstrinn, lamelladskiller samt derover en filter- og fluidiserende del innen metanfermentasjonstrinnet, har det blitt oppnådd et merkbart

jevnere rensingsresultat enn med den totalt blandede reaktor, hvori både syre- og metanfermentasjon finner sted under samme reaksjonsrom.

Leca-grus og aktivkull anvendes som fyllegeme i flertrinnsreaktoren ifølge oppfinnelsen. Reaktorens væskevolum var 30,8 1 og temperaturen under prøven 34 + 1°C. pH-verdien av avløpsvannet som ble renset ble regulert til nøytral, dvs. pH 7.

Man anvendte den totalt blandede reaktoren av samme størrelse og samme prøvearrangement som i ovennevnte flertrinnsreaktor.

I nedenstående tabell er det vist de resultat som er blitt oppnådd med ovennevnte reaktortyper. Tabellen viser at flertrinnsreaktoren har en merkbar bedre BS^-reduksjon (gjennomsnittlig 80%) enn den totalt blandede reaktoren (gjennomsnittlig 50%). Flertrinnsreaktoren har en bedre COD^^-reduksjon, likeledes gassproduksjon.

TABELL

De som sammenligningsparametre anvendte størrelser mellom flertrinns- og de totalt blandede reaktorene:

Gassproduksjons-ogBS^-reduksjonsnivåene har blitt variert

i begge reaktorene i henhold til egenskapene i avløpsvannet.

Da innvirkning av toksisk avløpsvann ble undersøkt, var BS^-reduksjonene høyere enn gjennomsnitt, mens kvaliteten av anvendt avløpsvann var jevn under undersøkelsene. Innvirkningen av toksisk vann på reaktorens funksjon fremgikk da klart fra vanlig resultat i reaktorens funksjon. Flertrinnsreaktorens BS7~reduksjon som i begynnelsen av denne prøve var ca. 90% sank, når toksisk avløpsvann ble behandlet til et nivå på

ca. 70% og tilbakestilte seg til reduksjonsnivået på ca. 90% når avløpsvannets toksisitet opphørte. Den totalt blandede reaktors BS^-reduksjon sank fra det tilsvarende utgangsnivå på 80% til nivå på ca. 30% og tilbakestilte seg deretter bare til reduksjonsnivået på ca. 70%. Dette viser at toksisk avløpsvann innvirker kraftigere på den totalt blandede reaktors funksjon. Flertrinnsreaktorens funksjon i henhold til oppfinnelsen varJhele tidenmerkbart jevnere. Herav fremgår

flertrinnsreaktorens merkbart bedre evne til å tåle toksisk avløpsvann.

På tross av flertrinnsreaktorens lange drift (150 dager) forandret rensingsresultatet seg ikke, enskjønt den hydrau-liske oppholdstiden ble forkortet suksessivt. Aktivkull behøvde ikke fornyes for å forbedre rensingseffekten slik det tidligere har vært nødvendig.

Claims (8)

1. Anordning for rensing av avløpsvann ved hjelp av anaerobisk fermentering, omfattende et syre- og et metanfermenteringstrinn og omfattende et lukket kar (1), et matningsrør (2) og en sylinder (10) for innmating av avløpsvann som skal renses i karet, avløpsrør (5,6,3) for fjerning av renset vann, gass samt slam fra karet, en omrører (4) for omrøring av karets innhold, samt bobleutskiller (7) for adskillelse av gass i karets øvre del, karakterisert ved at karet (1) er, for å holde syre- og metanfermenteringstrinnet vesentlig adskilt fra hverandre, oppdelt i to ovenfor hverandre plasserte deler ved hjelp av et filter (8) omfattende et fyllmiddelsjikt inneholdende i det minste et fyllmiddel som virker som fast underlag for metanbakterier og over filteret et slam- og flytmaterialsjikt, således at i karets nedre del, under filteret, befinner det seg den første del hvori omrøreren (4) er plassert og hvori matningsrøret (2) og sylinderen (10) munner, idet syre-fermenteringstrinnet finner vesentlig sted i den første del, og i karets øvre del befinner det seg den andre del, hvori det munner avløpsrørene (5,6) for renset vann og gass, og hvortil hører filteret (8), idet metanfermenteringstrinnet finner vesentlig sted i den andre del.

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at under filteret (8) er det montert en lamelladskiller (15),

3. Anordning ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at sylinderen (10) er sentralt plassert i karet (1), er åpen i sin øvre og nedre ende, og den strekker seg fra over bobleutskilleren (7) og nedad gjennom filteret (8).

4. Anordning ifølge krav 3, karakterisert ved at i sylinderens (10) øvre del og i senteret av denne befinner det seg en rører (11) som er omgitt av et vertikalt og ved sine to ender åpent rør (12), hvormed matningsrøret (2) er forenet.

5. Anordning ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at avløpsrøret (3) befinner seg i første kardel under filteret (8).

6. Anordning ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at filterets (8) fyllmiddelsjikt inneholder grus, spesielt lettgrus.

7. Anordning ifølge et av kravene 1-5, karakterisert ved at filterets (8) fyllmiddelsjikt inneholder slagg.

8. Anordning ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at flytmaterialet er aktivkull som også virker som filtermaterial.