NO175675B - Fremgangsmåte for biologisk og kjemisk rensing av avlöpsvann i ett trinn - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en metode for rensing av avløpsvann fra industrianlegg, og den angår nærmere bestemt en kombinasjon av en spesifikk biologisk og en generell kjemisk renseprosess. Myndigheter og samfunnet setter stadig strengere krav til utslipp av avløpsvann i miljøet. Oppfinnelsen blir i det følgende forklart med henvisning til avløpsvann fra meieriindustrien, men den kan benyttes ved enhver aktuell renseprosess, der stoffer skal omdannes til miljøvennlige forbindelser.

Det finnes i dag to hovedprosesser for rensing av avløpsvann basert på biologiske og kjemiske teknikker. Prinsippet ved biologisk rensing er at man bruker levende mikroorganismer til å metabolisere forurensinger til ikke-skadelige forbindelser og gasser.

Et av prinsippene ved kjemisk rensing av avløpsvann fra næringsmiddelindustri er at ved senking av pH til nær proteiners isoelektriske punkt så felles disse ut. Ved tilsats av flokkulant og dispergert luft i vann vil utfelte proteiner floteres sammen med fett som pga. tettheten vil stige til overflaten i en vannløsning. Sukker og andre løselige komponenter renses ikke ved denne kjemiske metoden.

Kjemisk rensing av avløpsvann fra næringsmiddelindustri er eller har vært i bruk ved flere bedrifter. De fleste anlegg benytter mineralsyre sammen med flokkulant som f.eks. kan være jernklorid eller CMC (karboksymetylcellulose) til å justere pH og som fellingsmiddel for protein som fjernes sammen med fett ved flotasjon etter tilsats av dispergert luft. Dersom man ønsker å gjenvinne proteinet i det kjemiske slammet for bruk i dyrefor, bør man helst bruke andre fellingsmidler. Det finnes et satsvis anlegg hvor CMC brukes som flokkulant sammen med mineralsyre, f.eks. svovelsyre og hvor slammet separeres ved flotasjon. Figur 1 er et eksempel på et slikt anlegg.

Avløpsvannet Inneholder proteiner, sukker og fett. Det er ønskelig å oppnå større renseeffekt ved at også løselig sukker renses fra vannfasen.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen ved rensing av avløpsvann som inneholder sukker, protein og fett i prosesstanker der det benyttes flokkuleringsmiddel og dispergert luft i vann for å gjenvinne sukker, protein og fett ved flotasjon er kjennetegnet ved at det tilsettes biokatalysatorpartikler med immobiliserte mikroorganismer eller enzymer slik at sukker, protein eller fett omdannes til syrer som feller resterende protein isoelektrisk i et kombinert biologisk og kjemisk rensetrinn.

I fremgangsmåten som er beskrevet i oppfinnelsen unngås tilsetning av mineralsyre, ved at man istedet tilsetter bakterier f.eks. melkesyrebakterier som er immobilisert i tilnærmet monodisperse og gassfrie biokatalysatorpartikler. Med biokatalysator menes i denne forbindelse et biologisk system som omfatter mikroorganismer eller celler, samt deler av disse, f.eks. enzymer. Med biokatalysatorpartikkel menes biokatalysatorer som er fiksert (immobilisert) ved hjelp av en makroskopisk bærer, f.eks. en hydrokolloidgel slik at systemet kan utføre metabolske prosesser.

Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen skjer det en automatisk syreproduksjon når disse mikroorganismene f.eks. melkesyrebakterier, omdanner sukker til f.eks. melkesyre i avløpsvannet. pH synker til isoelektrisk punkt for pro-teinene, og disse felles ut. Etter tilsats av flokkulant og dispergert luft i vann oppnås den ønskede økte rensing av organisk materiale gjennom denne kombinerte bruk av biologisk og kjemisk rensing i ett trinn. Slik fjernes således protein, fett og sukker. En ytterligere fordel ved denne prosessen kan være at den flokkulerte massen kan inneholde biokatalysator partikler med f.eks. melkesyrebakterier som er en gunstig komponent i dyref6r.

Oppfinnelsen skal i det videre forklares nærmere ved hjelp av figurer, der

figur 1 viser et flotasjonsanlegg for rensing av industri-avløpsvann,

figur 2 viser grafisk resultater av ulike fellings- og

flokkuleringsmidler.

Prosessen blir i det videre forklart under henvisning til figur 1 som viser en prinsippskisse av et satsvis flotasjonsanlegg for rensing av avløpsvann fra næringsmiddelindustri.

Flotasjonsanlegget i figur 1 er et nedskalert industrianlegg og er et satsvis anlegg med to prosesstanker (1), som fylles opp annenhver gang. I forsøkene hadde hver prosesstank en diameter på ca. 1,4 m og de kunne behandle inntil 2,5 m^ avløpsvann pr. sats som ble tilført via ledning (2). I gjennomsnitt var det et forbruk av springvann (9) på 10-15$ av tilført mengde avløpsvann (2).

Flotasjonsanlegget var PLS-styrt (10) (Programbar logisk styrt). Det ble drevet slik at pH i prosesstanken ble justert til 4,2 ved tilsats av syre. Alternativt kan pH justeres ved omdanning av melkesukker til organisk syre, f.eks. melkesyre ved bruk av biokatalysatorpartikler. Flokkulant (ca. 8 mg/l CMC) ble tilsatt og flotasjonen startet. Anlegget var ellers utstyrt med et batteri av pumpeventiler (3), syretank (4), tank for flokkuleringsmiddel (5), kompressor (6), disper-sjonsvanntank (7), samt prøvetakingspunkter (8).

Avløpsvannets temperatur og pH ble målt kontinuerlig og skrevet ut. I produksjonsperiodene lå temperaturen i avløpsvannet stort sett mellom 10 og 50°C, med ekstremverdier fra 5 til 55°C. Normalt var pH-verdier i avløpsvannet mellom pH 5 og pH 10. Det ble imidlertid målt ekstremverdier fra pH 3,5 til pH 12. Det meste av tiden lå pH-verdien på den alkaliske siden.

Karakterisering av råvannet, basert på vannkjemiske analyser av ukeblandprøver og døgnblandprøver er vist i tabell 1. Medianverdien for total COD (Chemical Oxygen Demand) viser en konsentrasjon på 3200-3300 g/m^. Det var imidlertid relativt store variasjoner fra uke til uke, spesielt fra dag til dag. Det ble registrert døgnutslipp med konsentrasjoner opptil 2,5 ganger høyere enn medianverdiene for organisk stoff. Disse variasjonene er det svært viktig at man tar hensyn til ved dimensjonering av et renseanlegg.

Ved testing av ulike renseprosesser ble det brukt et satsvis flotasjonsanlegg i laboratorieskala. Med laboratorieanlegget er det mulig å teste flere fellingsmidler på relativt kort tid. For å få optimal renseeffekt av gitte flokkulanter er det vanlig å justere pH ved tilsetting av en mineralsyre som f.eks. svovelsyre. Man ønsket blant annet å bruke laboratorieanlegget til å teste pH-justering med melkesyre som et alternativ til svovelsyre.

Det ble i anlegget undersøkt kombinasjoner av ulike felling-og flokkuleringsmidler. Tabell 2 gir en oversikt over alternative kombinasjoner.

Tabell 2. Alternative kombinasjoner i laboratorieflotasjonsanlegget.

Forsøkene med laboratorieflotasjonsanlegget viste at bruk av Ultrazine ga dårligst resultat. Denne prosessvarianten ble derfor ansett som minst interessant. Stolpediagrammet i figur 2 oppsummerer hvilke renseeffekter som kan oppnås under optimale forhold med de fire andre kombinasjonene. Jernklorid (JKL) fjernet 2- 3% mere av totalt COD enn H2S04+CMC, som igjen fjernet 1- 2% mere av totalt COD enn melkesyre + CMC. Med biokatalysatorpartikler er det mulig å fjerne over 30% mer totalt COD enn ved de andre metodene, siden også sukker fjernes ved denne metoden. Protein ble fjernet noe mer effektivt med jernklorid enn med de andre kombinasjonene. Denne metoden er imidlertid lite ønskelig når prosesskonsen-tratet (slammet) skal anvendes til dyrefQr.

Basert på forsøksresultatene er det i tabell 3 satt opp et forslag til fellings-, koagulerings- og flotasjonsbetingelser for kjemisk rensing av meieriavløpsvann, og for kombinert biologisk og kjemisk rensing av meieriavløpsvann i et trinn.

Bruk av melkesyre direkte som et alternativ til svovelsyre for pH-justering er svært interessant. Spesielt ettersom det er en fordel med melkesyre med tanke på bruk av slammet til dyrefQr. Laboratorietestene viste at bruk av melkesyre ga renseeffekter som bare var ubetydelig lavere enn ved bruk av svovelsyre.

Ved å tilsette sfæriske biokatalysatorpartikler med f.eks.immobiliserte anaerobe eller fakultativt anaerobe mikroorganismer, f.eks. melkesyrebakterier, oppnås tilsvarende proteinfelling som ved å tilsette melkesyre når bakteriene omdannet sukkeret i avløpsvannet til organiske syrer, f.eks. melkesyre. Ved tilsetning av disse partiklene med bakterier vil man derved oppnå svært gode renseresultater ettersom ingen av de andre metodene fjernet sukker. Man unngår å tilsette syre siden bakteriene omdanner sukkeret til melkesyre, og slammet blir etter avvanning til prosesskonsentrat velegnet til bruk i fQrblandinger. Ved bruk av gassdannende mikroorganismer, f.eks. heterofermentative melkesyrebakterier, eventuelt fakultativt anaerobe mikroorganismer, vil deres gassproduksjon kunne bidra til å redusere behovet for dispergert luft som benyttes for flotasjon av proteinmaterialet.

Biokatalysatorpartiklene som skal anvendes kan fremstilles på en hvilken som helst hensiktsmessig metode, og en fremgangsmåte er f.eks. beskrevet i NO 174.589.

Oppfinnelsen er vesentlig beskrevet under henvisning til bruk av melkesyrebakterier, men prosessen er ikke innskrenket til dette. Bakterietypen kan variere avhengig av hvilke stoffer og forbindelser som man ønsker å omdanne til ikke-skadelige, miljøvennlige produkter. Det kan også istedenfor bakterier benyttes enzymer i biokatalysatorpartiklene for å metabolisere spesielle forbindelser.

Claims (5)

1. Fremgangsmåte ved rensing av avløpsvann som inneholder sukker, protein og fett i prosesstanker der det benyttes flokkuleringsmiddel og dispergert luft i vann for å gjenvinne sukker, protein og fett ved flotasjon,karakterisert vedat det tilsettes biokatalysatorpartikler med immobiliserte mikroorganismer eller enzymer, slik at sukker, protein eller fett omdannes til syrer som feller resterende protein isoelektrisk i et kombinert biologisk og kjemisk rensetrinn.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisertved at forbruk av dispergert luft i vann kan reduseres ved bruk av gassdannende mikroorganismer immobilisert i partiklene.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1-2,karakterisertved at fIotasjonen resulterer i et prosesskonsentrat som f.eks. kan anvendes til dyrefor.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1-3,karakterisertved at biokatalysatorpartikler inngår i prosesskonsen-tratet.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1-4,karakterisertved at temperaturen i prosessvannet holdes mellom 10 til 50°C.