NO168761B - Fremgangsmaate ved vannrensing ved fjerning av nitrogenholdig materiale ved denitrifikasjon - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte til vannrensing med fjerning av nitrogenholdig materiale ved denitri-faksjon.

Vannrenseanleggene er i dag oppbygget på forskjellige måter avhengig av den type. og den grad av rensing som kreves. Mange renseanlegg omfatter et mekanisk, et biologisk og et kjemisk rensetrinn. I det mekaniske rensetrinn fraskilles faste forurensninger ved forbehandling i form av siling og filtrering og deretter sedimentering. I det biologiske trinn utsettes det mekanisk rensede avløpsvann for innvirkning av mikroorganismer i aerobt og eventuelt anaerobt miljø. Det kjemiske rensetrinn omfatter utfellingsreaksjoner for fjerning av f.eks. fosfatholdig materiale og desinfeksjon f.eks. ved klorering. I hvert rensetrinn sedimenteres det uønskede, fraskilte materiale og føres som slam til det etterfølgende behandlingstrinn.

Et av dagens store miljøproblemer er utslippene, f.eks. med avløpsvannet, av oppløst nitrogen i vassdrag, såsom sjøer og hav. Det altfor høye nitrogeninnhold fører til oksygenmangel i vannet med påfølgende død av bunnvegetasjonen. Idet denne bunndød i det siste er blitt stadig mer utbredt har man besluttet omgående å ta forholdsregler for å løse dette alvorlige problem. En av disse forholdsregler innebærer at vannrenseanleggene innrettes for nitrogenreduksjon, og en reduksjon på minst 80% har vært disku-tert .

Nitrogenreduksjon utføres i det biologiske trinn i et renseanlegg. I avløpsvannet forekommer det allerede fra be-gynnelsen rikelige mengder bakterier, såsom f.eks. nitrifikasjonsbakterier og denitrifikasjonsbakterier. I en aerob sone i det biologiske rensetrinn opprettholdes det egnede betingelser for å fremme nitrifikasjonsbakterienes virkning. Disse omdanner nitrogen i ammoniumform til nitrogen i nitratform via en mellom-liggende nitrittform. Deretter tillates denitrifikasjonsbakterier å innvirke på avløpsvannet i en anaerob sone, hvorved nitrogenet i nitratform omdannes til nitrogengass, som deretter lettvint kan fjernes til atmosfæren. Denitrifikasjonstrinnet er til forskjell fra nitrifikasjonstrinnet sterkt avhengig av karbon som substrat-kilde for denitrifikasjonsbakteriene. Et problem i denne forbindelse er at det karbonholdige materiale i avløpsvannet ikke er tilstrekkelig til å denitrifisere nitrogen i nitratform i tilstrekkelig stort omfang. Dette innebærer at en ekstern karbonkilde må tilsettes som substrat for denitrifikasjonsbakteriene. Forsøk er blitt utført med karbonkilder som metanol, aceton med flere, men disse har vist seg å være altfor kostbare, giftige og langsomt biologisk nedbrytbare til å være riktig anvendbare. Istedenfor å anvende kostbare, syntetiske substrater ville det være av stor interesse å finne et billig, ufarlig, lett tilgjengelig og biologisk nedbrytbart produkt for anvendelse som karbonholdig substrat.

Et stort problem på et helt annet område er vanskeligheten med å finne lønnsom avsetning for stivelsen fra den overskudds-produksjon som for tiden hersker innen stivelsesindustrien. Det vil derfor være meget gunstig å kunne anvende dette stivelses-overskudd som karbonholdig substrat for denitrifikasjonsbak-teriene med det formål å minske avløpsvannets nitrogeninnhold i et biologisk rensetrinn. Forsøk med naturlig stivelse har imidlertid vist at den mangler tilfredsstillende tilgjengelighet som karbonkilde for denitrifikasjonsbakterier.

Ifølge den foreliggende oppfinnelse har man nå lykkes i å eliminere ovennevnte ulemper med som karbonholdig substrat for denitrifikasjonsbakterier, å tilsette modifisert stivelse, dvs. stivelse med en annen struktur enn naturlig stivelse. Slik modifisert stivelse har vist seg å være meget egnet som karbonholdig substrat for denitrifikasjonsbakterier, idet det har en høy bakteriologisk tilgjengelighet, er ufarlig fra miljøsynspunkt samt er billig og lett tilgjengelig.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kjennetegnes ved at naturlig stivelse modifiseres kjemisk ved syrehydrolyse, fysi-kalsk ved forklistring eller enzymatisk ved behandling med enzymet amylase og/eller amyloglykosidase, eller ved en kombi-nasjon av disse modifiseringsmetoder, og at den modifiserte stivelse tilsettes i en mengde som gir et vektforhold mellom karbon og nitrogen på minst 1,3:1 som karbonholdig substrat for de-nitrif ikas jonsbakterier i en anaerob sone i et biologisk rensetrinn .

Ved den kjemiske modifisering er foretrukne syrer saltsyre, svovelsyre, saltpetersyre med flere. Syrehydrolysen utføres ved en temperatur på 100-170°C, et trykk på 1-50 bar og ved en pH på 0-6.

I en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen utføres syrehydrolyse ved en temperatur på 130-150°C, et trykk på 25-35 bar og ved pH på 1-2.

Forklistring av stivelse er en velkjent behandling av stivelse, som det ikke skulle være nødvendig å beskrive nærmere her. Som eksempel kan nevnes behandling av naturlig stivelse i nærvær av vann ved en temperatur på 50-200°C i et tidsrom på 0-60 minutter ved et trykk på 1-10 bar. En foretrukket forklistrings-metode som foretrekkes i forbindelse med den foreliggende oppfinnelse innebærer at forklistring foregår på en varm valsetrommel, hvoretter den forklistrede stivelse inndampes og deretter skrapes av valsetrommelen.

Ved den enzymatiske modifisering behandles den naturlige stivelse med amylase og/eller amyloglykosidase, hvorved stivelsens karbonkjeder klippes opp.

Etter å ha blitt modifisert tilføres den modifiserte stivelse til den anaerobiske sone i det biologiske rensetrinn. Ved tilsetningen av den modifiserte stivelse bør en tilstrekkelig stor mengde modifisert stivelse tilsettes for å være tilstrekkelig som substrat for denitrifikasjonsbakteriene. Innholdet gjen-værende nitrat måles ved rutinemessige metoder.

Beskrivelse av tegningen

Figuren viser et skjematisk riss av et avløpsrenseanlegg, som omfatter et mekanisk, et biologisk og et kjemisk rensetrinn.

Ifølge figuren føres ubehandlet avløpsvann 1 inri i et mekanisk rensetrinn 2. Herfra skilles faste forurensninger og fjernes som slam 3. Det mekanisk rensede vann føres deretter til et biologisk rensetrinn 4. Vannet føres først inn i en anaerob sone 5 hvor nitrifikasjonsbakterier omdanner nitrogen i ammoniumform til nitrogen i nitratform. Det nitratholdige avløpsvannet ledes deretter inn i en anaerob sone 6 hvortil modifisert stivelse 7 i form av et pulver, en oppslemming eller en løsning tilsettes som karbonholdig substrat. I den anaerobe sone omdanner denitrifikasjonsbakterier nitrogen i nitratform til nitrogengass 8 som ledes ut i atmosfæren. Uønsket fast materiale fjernes som slammet 3, avløpsvannet føres deretter videre til et kjemisk rensetrinn 9, hvor f.eks. fosfor fjernes ved utfellingsreaksjoner. Uønsket materiale fjernes i form av slam 3, mens renset vann 10 forlater det kjemiske rensetrinn.

For å belyse oppfinnelsen ytterligere følger det nedenfor et utførelseseksempel hvor forskjellige karbonkilder prøves som substrat for denitrifikasjonsbakterier ved nitrogenreduksjon.

Eksempel

Undersøkelse vedrørende karbonkilders innvirkning på denitrifi-kasjonshastigheten

I et renseanlegg ble det utført forsøk med forskjellige karbonkilder ved denitrifikasjon. I et 5 liters beger med omrører ble det tilsatt normalt avløpsvann, som deretter ble gjort anaerobt, enten ved tilsetning av bisulfitt eller ved omrøring. Til denne anaerobe væske ble det tilsatt et antall karbonkilder hvoretter nitratinnholdet ble analysert umiddelbart og etter 12 timer. Følgende verdier ble målt:

Resultatene viser at Lygel F 60, en modifisert, kaldtvanns-løselig form av stivelse, funksjonerer like godt som sukker når det gjelder den bakterielle tilgjengelighet. Glukose, stivelses-sirup, har like stor bakteriell tilgjengelighet som metanol, som er en vanlig karbonkilde i forskjellige denitrifikasjonsforsøk. Potetmel (naturlig stivelse) funksjonerte ikke som karbonkilde.

Claims (5)

1. Fremgangsmåte ved vannrensing ved fjerning av nitrogenholdig materiale ved denitrifikasjon, karakterisert ved at naturlig stivelse modifiseres kjemisk ved syrehydrolyse, fysikalsk ved forklistring eller enzymatisk ved behandling med enzymet amylase og/eller amyloglykosidase, eller ved en kom-binasjon av disse modifiseringsmetoder, og at den modifiserte stivelse tilsettes i en mengde som gir et vektforhold mellom karbon og nitrogen på minst 1,3:1 som karbonholdig substrat for de-nitrif ikas jonsbakterier i en anaerob sone i et biologisk rensetrinn.

2. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at syrehydrolysen utføres med saltsyre, svovelsyre eller salpetersyre.

3. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1 eller 2, karakterisert ved at syrehydrolysen utføres ved en temperatur på 100-170°C, fortrinnsvis 130-150°C, et trykk på 1-50 bar, fortrinnsvis 25-35 bar, og pH på 0-6, fortrinnsvis 1-2.

4. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at den fysikalske modifisering utføres ved en temperatur på 50-200°C, fortrinnsvis 120-140°C, og i et tidsrom på opp til 60 minutter, fortrinnsvis 1-2 minutter.

5. Fremgangsmåte i samsvar med krav 4, karakterisert ved at den fysikalske modifisering omfatter forklistring av stivelsen på en varm valsetrommel, inndampning av den forklistrede stivelse og avskraping av det forklistrede pulver fra valsetrommelen.