NO300838B1 - Fremgangsmåte og anlegg for biologisk behandling omfattende nitrifisering og denitrifisering av avlöpsvann - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår biologisk behandling av avløpsvann så vel som fra vanlige husstander som industri-anlegg, og av vann som skal opparbeides til drikkevann.

Det er velkjent at kloakkvann og enkelte ganger også vann som skal bearbeides til drikkevann, kan inneholde forskjellige materialer i suspensjon, ikke bare mineralske stoffer, men også organiske og nitrifiserte stoffer. Slike vanntyper inneholder dessuten oppløste materialer og kolloidale partikler (dvs. partikler med en diameter på mindre enn en mikron).

Det er utviklet forskjellige biologiske behandlingsprosesser hvor man fremstiller en biomasse som inneholder bakteriekolonier som skal bryte ned det tilstedeværende organiske materialet eller det nitrifiserte materialet.

Biologiske behandlingsprosesser kan deles i to grupper.

I den første gruppen inngår biologiske behandlingsprosesser hvor man anvender aktivert slam etter en forbehandling. I en såkalt "aktivert slamtank" hvor man tilfører ubehandlet vann, opprettholder man gunstige gjennomluftnings-betingelser, noe som tilfører oksygen til de tilstedeværende mikroorganismer. Man opprettholder også slammet i en utvidet tilstand på grunn av passende gjennomluftningsanordninger, f.eks. gjennomhullet rør i bunnen av tanken, eller en gjennomluftningsturbin som er plassert på overflaten.

Vannet fra en slik tank føres så over til en klarings-tank, og i bunnen av denne tar man ut litt slam som resirkuleres til den første tanken for å opprettholde et biologisk miljø. Overskuddet av slammet tas ut av systemet. Hvis v. betegner biomasseinnholdet i vannet, vil denne mengden vanligvis i den aktiverte slamtanken holdes på mellom 2 og 6 g/liter, f.eks. ca. 5 g/liter.

Vanligvis vil fortykningen av slammet oppnås uten at man tilsetter granulært materiale. I den såkalte "aktiverte slam"-prosessen vil man i alt vesentlig bare operere med frie bakterier eller andre mikroorganismer.

Det er imidlertid foreslått en variasjon hvor man tilsetter pulverisert aktivert trekull som et ekstra rense-middel. Denne fremgangsmåten er bl.a. beskrevet i patent CH-545.254 og i artikkelsen "PAC Process" av John A. Meidl i Water/Engineering and Management, juni 1982, s. 33-36. Man bruker trekull p.g.a. dette materialets høye absorpsjons-kapasitet, noe som gjør at man vil få absorbert ikke-bionedbrytbare giftstoffer. Hvis man tar hensyn til den høye prisen på aktivert trekull, er det viktig å kunne utvikle den mest effektive regenereringssyklus som er mulig, noe som i praksis er komplekst og energiforbrukende (spesielt hvis man skal ta hensyn til at det aktiverte trekullet mellom hver syklus må oppvarmes til 200°C).

I en annen variasjon er det foreslått å bruke kalsiumkar-bonat som et slamtilsetningsmiddel, eller man kan bruke sot som angis å gå tapt i overskuddet av slam som tas ut av prosessen.

Driften av en slik prosess ved hjelp av aktivert slam er avhengig av forholdet mellom masseinnholdet i det tilførte vannet (målt som kg/liter) uttrykt som det biologiske oksygen-behovet i en gitt periode, i forhold til den biomassen som er tilstede i den aktiverte slamtanken (vanligvis er en bare interessert i parameteren B.0.D.5, som tilsvarer det biologiske" oksygenbehovet for en gitt vekt av biomasse i 5 døgn). Dette forholdet som sier noe om næringstilførselen i forhold til nedbrytningskapasiteten i biomassen, måles i kg/kg pr. døgn. Jo høyere forholdet er, jo større mengder vann kan behandles i et gitt tidsrom, og jo lavere investeringsbehov er nødvendig. I praksis vil forholdet variere mellom 0,1 og 1.

Fremgangsmåter, som anvender aktivert slam tar også sikte på behandling av nitrifiserte forurensninger, og den viktige parameteren er i dette tilfelle vekten av behandlet nitrogen pr. kg biomasse pr. døgn, og denne parameteren har samme dimensjon som nevnt ovenfor.

Den aktiverte slamteknikken er begrenset av hvorvidt det aktiverte slammet kan dekanteres, enten i belastet eller ubelastet tilstand, og denne egenskapen er vanligvis karakterisert ved den såkale MOHLMANN-indeksen, som tilsvarer det volum som opptas av ett gram slam, og jo lavere indeks, jo bedre vil dekanteringen kunne utføres. I praksis vil indekser variere mellom en verdi på 1000 (meget dårlig) og en verdi på 100 (meget god). Det er underforstått av behandlingsprosessen kan opprettholdes når innholdet y_ av biomasse er så høy som den tilsvarende MOHLMANN-indeksen er lav.

For å øke effektiviteten på anlegget, prøver man på forhånd å holde biomasseinnholdet i en stabil tilstand, dvs. så høyt som mulig, og hvis mulig å nå opp til eller overstige 10 g/liter, men i praksis er det ikke kjent prosesser som overstiger 5 til 6 g/liter. På forhånd prøver man også å redusere MOHLMANN-indeksen så mye som mulig.

En annen type behandlingsprosesser anvender faste bakterier, f.eks. på et granulært materiale i et fluidisert sjikt gjennom hvilket man fører det forurensede vannet fra bunn til topp. Oppretholdelse av sjiktet i fluidisert tilstand uten at materialet fra sjiktet strømmer ut, krever meget strenge forholdsregler med hensyn til tilførsel av væske, og dette viser seg ofte å være uforenelig med de variasjoner man har av det daglige tilførte vannvolum. I tillegg til disse har gjerne slike fluidiserte sjiktprosesser startvanskeligheter. Videre vil en regenerering av det granulære materialet i sjiktet kreve en delvis resirkulering mellom to nivåer i sjiktet, og dette er energikrevende. Eksempler på slike prosesser er beskrevet i US-patent 3.855.120 eller i en artikkel av OXITRON-system som er publisert av Cheming-Tech, vol. 51, nr. 6, juni 1979, pp 549-559 utgitt på Verlag Chemie Gmbh Weinheim, Tyskland.

Det er en hensikt ved foreliggende oppfinnelse å unngå de forannevnte ulemper og bedre behandlingen av forurenset vann, særlig i de tilfeller hvor vannet inneholder nitrerte forbindelser såsom ammoniumhydroksyd, og hvor man reduserer det rombehov som er nødvendig for å ha en fleksibilitet som er forenelig med variasjoner i tilførselsen av det forurensede vann, og hvor investeringsomkostningene og driftsomkostningene er lavere enn det man tidligere har hatt for tilsvarende anlegg.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer således en fremgangsmåte for biologisk bekjempelse av avfallsvann inneholdende nitrogenholdig forurensning, hvori avløpsvannet tilføres en blandesone inneholdende minst et rom, hvor det ved hjelp av turbulent mekanisk røring fremstilles en homogen suspensjon av nevnte avløpsvann og et i seg selv lite konsumerbart og lite løselig granulært materiale som er tilført biomasse, og suspensjonen holdes på en i det vesentlige konstant massekonsentrasjon,

nevnte homogene suspensjon av vannet og granulært materiale sirkuleres til en separasjonssone, hvorfra på den ene side renset vann tas ut, og på den annen side granulært materiale inneholdende aktiv biomasse tas ut, og og i det vesentlige hele den aktive biomassen som er festet til det granulære materialet resirkuleres til blandesonen.

Det skal bemerkes at i blandesonen får man en indre røring som frembringes på en helt annen måte enn det som gjøres i fremgangsmåter hvor man anvender fluidiserte sjikt.

I tillegg til dette blir alt granulært materiale ført over i en separasjonssone.

Man unngår således de strenge operasjonsbegrensninger som er forbundet med fluidiserte sjikt, samtidig som man oppnår en rensning som er langt bedre enn det man finner for ekvivalente massebelastninger i fravær av granulært materiale (aktivert slam), og hvor foreliggende fremgangsmåte medfører en moderat investering og moderate driftsomkostninger. Videre kan man som granulært materiale bruke billig mineralsk materiale, f.eks. sand som lett lar seg gjenvinne uten for meget energi-forbruk.

I en foretrukket utførelse når den nitrogenholdige forurensningen innbefatter ammoniumhydroksyd, tilfører man oksygen til blandesonen, f.eks. i form av luft i passende mengder, slik at man får utviklet en nitrifiserende biomasse som er festet på det granulære materialet,

og i det tilfelle at den nitrogenholdige forurensningen er i form av nitrater, idet man da tilfører en kilde for organisk karbon inn i blandesonen, hvori det er et anaerobt

miljø (dvs. uten injeksjon av fritt oksygen),

og i det tilfelle at den nitrogenholdige forurensningen er i form av en eller flere orgniske forbindelser eller ammoniumhydroksyd, så består blandesonen av to soner, en nitrifiserende sone (aerob), og en denitrifiserende (anaerob), eller motsatt med resirkulering av slammet og det granulære materialet mellom disse to sonene,

og hvor det granulære materialet som forefinnes i homogen suspensjon er av mineralsk type, fortrinnsvis fin sand,

og hvor det granulære materialet som forefinnes i en ikke-resirkulert restdel av slammet blir innvunnet i et separasjonstrinn enten av en fysisk eller biokjemisk type (ikke-termisk), og re-injisert sammen med aktiv biomasse som er festet på det granulære materialet, mens dårlig tilfestet slam skilles ut fra dette granulære materialet og tas ut av systemet,

og hvor konsentrasjonen av granulært materiale i blandesonen holdes på mellom 5 og 100 g/liter, fortrinnsvis mellom 5 og 50 g/liter,

og hvis det granulære materialet er fin sand, så holdes konsentrasjonen på mellom 5 og 50 g/liter, fortrinnsvis ca. 20 g/liter-,

og hvor den turbulente røringen induserer en indre resirkulering på mellom 5 og 100 ganger den innkommende tilførselen av avfallsvann, fortrinnsvis 10 til 50, og mellom 10 og 3 0 ganger den tilførte vannmengden,

og hvor det granulære materialet som bærer den faste massen returneres til blandesonen ved forsert resirkulering i en mengde som er mellom 10 og 500% av den tilførte vannmengden,

og hvor nesten hele det biomasseholdige granulære materialet tilføres til et punkt foran blandesonen eller direkte til sistnevnte,

og hvor den homogene suspensjonen hensettes for avgassing før den føres til separasjonssonen.

Det skal bemerkes at i det tilfelle hvor vannet inneholder en nitrogenholdig forurensnig i form av ammoniumhydroksyd, og hvor man helt eller delvis fremstiller en restdel av slammet som skal evakueres, så beholder man alle nitrifiserende bakterier som utvikler seg langsomt, men som fester seg sterkt til det granulære materialet, og som derved ikke skilles ut under separasjonstrinnet, selv når dette består av hydrosykloner.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer også et anlegg for biologisk behandling av forbehandlet avløpsvann som inneholder en nitrogenholdig forurensning, omfattende: en blandesone, med minst ett rom, hvori et rør med avløpsvann som skal behandles munner ut, og som inneholder et granulært materiale som er lite konsumerbart og lite løselig, fyllt med tilknyttet biomasse, og hvilken sone har mekaniske anordinger for turbulent blanding og er istand til å holde avløpsvannet og det granulære materialet i homogen suspensjon ned til en nedstrøms separasjonssone;

hvilken separasjonssone nedstrøms for blandesonen har en kanal for uttak av renset vann og en kanal for uttak av det fyllte granulære materialet; og

et resirkulasjonsrør med pumpeanordninger som starter fra uttakskanalen for slammene og det granulære materialet fyllt med biomasse og slutter ved blandesonen eller oppstrøms for denne.

Ifølge en foretrukket utførelsesform består anlegget av følgende: en blandesone som inneholder minst en blandereaktor (eller avdeling) som også har anordninger for tilførsel av oksygen,

hvor nevnte anordninger for tilførsel av oksygen er dannet som en luft- eller oksygenholdig tilførselsmanifold, hvor blandesonen i serie består av en aerob nitrifiseringsreaktor inneholdende en anordning for tilførsel av oksygen, og en anaerob denitrifiseringsreaktor som inneholder en anordning for tilførsel av organisk karbon,

hvor blandesonen i serie inneholder en anaerob denitrifiseringsreaktor, og deretter en aerob nitrifiseringsreaktor utstyrt med anordninger for tilførsel av oksygen, og hvor et

resirkulasjonsrør er forbundet mellom utløpet av den aerobe nitrifiseringsreaktoren og den anarobe denitrifiserings-reaktoren,

hvor de mekaniske anordninger for røring er en vanlig rører,

hvor nevnte rører har blader som står langs en drevet akse og formet på en slik måte at de frembringer strømmer i motsatte retninger langs denne aksen,

hvor denne røreren er anordnet vertikalt,

hvor det granulære materialet er av mineralsk type, f.eks. fin sand,

hvor det granulære materialet i blandesonen har en konsentrasjon på mellom 5 og 100 g/liter, fortrinnsvis mellom 5 og 50 g/liter,

hvor det granulære materialet har en størrelse på mellom

20 og 500 fira,

hvor det granulære materialet er sand med en størrelse på mellom 80 og 200 [ xm,

hvor anlegget ombefatter en rørledning for fysisk separasjon, og hvor rørledningen starter fra dreneringskanalen for det belastede granulære materialet, og hvor nevnte rørledn"lng går parallelt med resirkuleringsrøret og ender i et reinjeksjonsrør for biomasseholdig granulært materiale i blandesonen eller foran denne,

hvor anlegget innbefatter en avgassingssone mellom blandesonen og separasjonssonen,

hvor separasjonssonen er et avhelningsanlegg som kan inneholde laminære avhelningselementer, og hvor separasjonen dessuten kan utføres ved hjelp av andre passende anordninger så som sentrifugering, siling eller filtrering over en membran.

Egenskaper og fordeler ved foreliggende oppfinnelse vil fremgå av den etterfølgende beskrivelse med henvisning til de vedlagte tegninger hvor: figur 1 er en forenklet tegning av et biologisk behandlingsanlegg ifølge foreliggende oppfinnelse;

figur 2 er et delvis skjematisk snitt av en variant av

nevnte anlegg;

figur 3 er et forenklet snitt av en annen utførelse ifølge foreliggende oppfinnelse, hvor man har en kombinert nitrifiserings/denitrifiseringsbehandling; og hvor figur 4 er en utførelse av anlegget på figur 1 og som på samme måte som vist på figur 3, har anordninger for en nitri-fiserings/denitrifiseringsbehandling.

Det biologiske behandlingsanlegget som er vist på figur 1 inneholder prinsipielt en blandesone'A og en separasjonssone

B.

Blandesonen A inneholder minst en blandereaktor 1 (her på tegningen er det vist 1) som inneholder et granulært materiale blandet med biomasse, og hvor der er tilførselsrør 2 for vann som skal behandles, og et resirkuleringsrør 3 for tilførsel av nesten alt biomasseholdig granulært materiale, mens separasjonssone B består av et kammer 4 som står i kommunikasjon med blandereaktoren 1, et vertikalt avgasningskammer 5, og hvor kammer 4 er utstyrt med oppsamlingsanordninger 6 som ender i et avløpsrør 7 for renset vann, så vel som anordninger 8 for uttak av granulært materiale blandet med biomasse, noe som skjer gjennom et avløpsrør 9. På nevnte rør er det plassert en kontrollventil hvorfra man starter ovennevnte resirkuler-ingskanal 3. Anlegget er videre utstyrt med pumpeanordninger 11.

I en foretrukken utførelse hvor den nitrogenholdige forurensningen er ammoniumhydroksyd, er det plassert gjennom-luf tingsanordninger i blandereaktoren 1, på tegningen vist som en gjennomluftingsmanifold bestående av gjennomhullede rør 12 plassert i bunnen av reaktoren, og hvor nevnte rør er forbundet med en luft- eller oksygentilførsel. Gjennomluftings-anordningene kan også være i form av en gjennomluftingsturbin. Selve lufttilføreselen velges fortrinnsvis slik at man til vannet overfører melom 4 og 5 kg oksygen pr. kg (N-NH4) for nitrifisering, og mellom 0,5 og 1,5 kg oksygen pr. kg (B.O.D.) for eliminasjon av sistnevnte.

I en foretrukken utførelse er det tilveiebragt et rør 14 for injeksjon av granulært materiale til reaktoren, og hvor dette granulære materialet oppnås ved å ta ut en del granulært materiale blandet med biomasse og tatt ut fra en ikke-resirkulert del av det materiale som forlater separasjonskammer 4 ved hjelp av rør 9. Denne ikke-resirkulerte delen sirkulerer via ventil 10 i et utvinnings/separasjonsanlegg som består av en beholder C for mottak av biomasseholdig granulært materiale, og som er utstyrt med en rører 15 og en utvinnings/separasjonsanlegg D. Et rør 16 fra beholderen C er utstyrt med pumpeanordninger 17, og fører inn i anordning D.

I praksis vil disse anordninger være hydrosykloner 18, hvorfra hvilke slam uten granulært materiale tas ut via rør 19, mens biomasseholdig materiale tas ut via rør 14 i en passende fysisk tilstand slik at det kan re-injiseres i blandereaktoren 1. Som en ikke vist variant, kan utvinningen utføres ved avsiling eller ved ultralyd, ved sentrifugering eller på annen kjemisk eller biologisk måte (ved f.eks. å la det granulære materialet hvile i et visst tidsrom uten næring og/eller oksygentilførsel).

Blandereaktoren 1 er utstyrt med mekaniske anordninger 2 0 for kraftig røring, på tegningen vist i form av en rører bestående av en vertikal aksel 21 med bladene 22, og som drives -av motoren 23 .

Separasjonskammer 4 er utstyrt med separasjonsanordninger 25, på tegningen vist iform av et statisk anlegg, f.eks. av laminære avhelningsblokker 26.

På figur 1 er tilførselsrøret 2 plassert halvveis oppe på veggen i reaktoren. På grunn av den kraftige røringen i reaktoren, kan imidlertid tilførselsrøret plasseres hvor som helst i reaktoren.

Som et eksempel er det også på tegningen vist hvordan vannet eller suspensjonen fra reaktoren føres inn i den øvre del av avgasningskammeret 5 og.faller ned til den nedre delen av dette, mens man selvsagt også kan føre strømmen inn i dette kammeret fra bunn til topp eller horisontalt fra siden av reaktoren 1 og inn i kammer 4. Kammer 5 kan eventuelt også utelates helt.

Det vann som skal behandles biokjemisk og som tilføres via rør 2, har i praksis gått gjennom en standard fysisk forbehandling for å fjerne større partikler (dvs. > 1 mm) som forefinnes i suspensjon (i praksis vil størrelsen være større eller lik den man har for det granulære materialet). Denne forbehandlingen vil vanligvis være en form for siling, og en avsanding utføres fortrinnsvis fullstendig ved en olje-behandling eller ved en primær dekantering. Bortsett fra i visse tilfeller (dette gjelder spesielt fjerning av fosfor) vil denne forbehandlingen ikke innbefatte en fullstendig kjemisk behandling før vannet kommer inn i reaktoren, men det kan imidlertid være nødvendig med en tilsetning av additiver like før innløpet i reaktoren.

I en foretrukken utførelse vil det granulære materialet i blandereaktoren ha en kornstørrelse på mellom 20 og 500 fim. Materialet er fortrinnsvis fin sand som er relativt billig, og som er et egnet underlag for fiksering og fremstilling av en biomasse, og kornstørrelsen er fortrinnsvis slik at den ligger mellom 80 og 200 fim.

Konsentrasjonen av det granulære materialet i reaktoren holdes på et forutbestemt nivå, f.eks. mellom 5 og 100 g/liter, fortrinnsvis mellom 5 og 50 g/liter (f.eks. ca. 20 g/liter4 når man anvender sand.

Den kraftige røringen som utføres ved hjelp av røreren 20, vil holde det granulære materialet i en homogen suspensjon.

Bladene 22 på røreren er fortrinnsvis plassert slik at de befinner seg å flere nivåer, og er fortrinnsvis formet slik at de frembringer vertikale strømmer i motsatte retninger langs akselen 21.

Den kraftige røringen vil i praksis inne i reaktoren gi en indre resirkulering på fra 5 til 100 ganger i forhold til tilførselen av vannet.

Den biomassen som utvikler seg på det granulære materialet vil være avhengig av innholdet av organisk materiale i det vann som skal behandles, og hvorvidt man i reaktoren har en oksygentilførsel eller ikke. I det tilfelle hvor det skjer en tilførsel av oksygen (se figur 1), vil nærværet av en større organisk belastning (B.O.D.) i det tilførte vannet fremme en utvikling av bakterier som forbruker organiske partikler fremfor bakterier som er i stand til å forbruke ammoniumhydroksyd. Hvis på den annen side innholdet av organiske forbindelser er lavt, vil det utvikle seg bakterier som riktignok utvikler seg langsomt, men som er sterkt festet til materialet, og som kan omdanne ammoniumhydroksyd til nitrater.

Hvis innholdet av organisk materiale er null, og det ikke skjer noen oksygentilførsel, vil det utvikle seg en tredje type bakterier som omdanner nitratene til nitrogen. Når man tar hensyn til de ulemper som er forbundet med dannelsen av nitrater, kan det være fordelaktig å tilveiebringe to suksessive blandereaktorer som nedbryter ammoniumhydroksydet til nitrogen. Man kan i virkeligheten foreta et valg med hensyn til bakterier ved passende tilsetning, og man kan dessuten forbedre nitrifiseringen ved å injisere ammoniumhydroksyd i vannet. Det skal bemerkes at nitrifiserings-bakteriene forblir festet på det granulære materialet under utvinning/separasjon.

På grunn av den kraftige røringen og fordi alt vann føres L~separasjonskammeret, vil det ikke være noen akkumu-lering av granulært materiale i reaktoren, slik at konsentrasjonen av dette forblir mer eller mindre konstant. Dette betyr at det også er en omtrentlig konstant konsentrasjon av biomasse, fordi alt granulært materiale som forlater separasjonskammeret via rør 9 re-injiseres i reaktoren igjen via rør 3, mens rør 14 bare bringer en første startinjeksjon.

I praksis vil man re-injisere minst 3/4, hvis ikke 90% (eller endog mer) av det granulære materialet som forlater kammer 4 via rør 9. På grunn av at dette "slammet" er meget godt egnet for pumping, er det nødvendig å re-injisere dette materialet i en mengde som utgjør mellom 10 og 500% i forhold til tilført vannmengde, fordi hvis resirkuleringshastigheten er lavere, vil man få en konsentrering av granulært materiale. I praksis vil resirkuleringshastigheten være definert som en funksjon av maksimal konsentrasjon som kan opprettholdes i kammeret.

Istedetfor å ende i reaktoren kan resirkuleringsrøret som en variant som ikke er vist, gå inn på rør 2 like utenfor reaktoren 1.

Ved å bruke et avgassningskammer 5, vil man befri blandingen for luftbobler som kunne være innfanget under røringen og som ville påvirke separasjonen i kammer 8, selv om det granulære materialet er tyngre enn vannet.

Tabell 1 inneholder data som eksemplifiserer to systemer for nitrifisering av ammoniumhydroksyd (etter eliminering av B.O.D.) som ble suksessivt oppnådd i et prøveanlegg av den typen som er vist på figur 1, og hvor

blandereaktoren var av en sylindrisk form med en kapasitet på 3 0 liter og en høyde på 1 m,

tilførselen av ubehandlet vann til reaktoren ble kontrollert ved hjelp av en pumpe som tilførte mellom 10 og 3 0 liter/time, og hvor tilførselen varierte med tiden som en funksjon av det vannvolum som skulle behandles,

og det var en tilførsel av ca. 20 og 150 liter/time av vann via resirkuleringspumpe 11, dvs. mellom 100 og 500% av det tilførte vannet,

og hvor avhelningsflaten 25 var skråttstilt med 60°

(simule"f ende en laminær avhelning), og hvor vannet var tilført via bunnen, mens det behandlede vannet rant ut via et overløp.

Det innløpende vannet har et såkalt "E"-nivå som ifølge fransk standard betyr at det har et maksimalt innhold av suspendert materiale på 3 0 mg/liter og et kjemisk oksygenbehov (C.O.D.) på 90 mg/liter. I prøvene var innholdet av ammoniumhydroksyd i vannet mellom 30 og 90 mg/liter N-NH4.

Figurene på tabell 1 tilsvarer et system hvor man hadde et innhold av 0,8 kg N-NH4 pr. m<3> av reaktoren pr. døgn. To serier med tall er gitt for hvert system, og hver serie inneholder både innløp og utløpsverdiene henholdsvis.

I begge de to systemer er innholdet av granulært materiale i suspensjonen 40 g/liter, biomasseinnholdet er 0,7 g/liter - merket VMS (flyktig materiale i suspensjon) - for en total lufttilførsel på 0,5 m<3>/time som i et virkelig anlegg kan reduseres til ca. 0,1 m<3>/time.

I det første systemet ble det tilført 11 liter vann pr.time, og dette vannet har høyt innhold av ammoniumhydroksyd (mellom 83 og 89 mg nitrogen pr. liter), og et C.O.D. på 42 til 50 mg/liter, mindre enn 10 mg/liter av MIS og et N03-innhold på 24 til 26 mg/liter uttrykt som N-N03. Systemet hadde en resirkuleringshastighet på 400 til 500%, og en oppholdstid i reaktoren på 3 timer, en hastighet på 20 m/time i avhelningsanlegget og en HAZEN-hastighet (karakteristisk egenskap for avhelningsprosessen) på 0,26 m/time. Man fikk redusert innholdet av ammoniumhydroksyd med mellom 66 og 72%.

I det andre systemet var vanntilførselen høyere (28 l/time), innholdet av ammoniumhydroksyd var bare 40 til 56 mg nitrogen pr. liter, mens innholdet av C.O.D. og MIS var det samme. Resirkuleringshastigheten var mindre (200%) foruten at oppholdstiden var kortere (en time). Reduksjonen av ammoniumhydroksyd var også bedre (75 til 85%) enn i første system.

Det fremgår av resultatene fra disse to systemene at man ifølge foreliggende oppfinnelse oppnår en sterk grad av fjerning av nitrogenholdig forurensning pr. volumenhet av reaktoren (0,7 til 1 kg (N-NH4)/m3) . Som en sammenligning kan man angi av en installasjon basert på et prinsipp med aktivert slam resulterer i verdier som tilsvarer ca. 0,2 kg (N-NH4)/m<3>), (og på bakgrunn av dette skal man heller ikke glemme at prinsippet med fluidiserte sjikt har mer kostbare og strenge driftsbetingelser).

Det er viktig å bemerke at foreliggende fremgangsmåte oppnår disse resultater ved at man ikke følger vanlig praksis hvor man har høyt biomasseinnhold for å oppnå høy effektivi-tet. I foreliggende oppfinnelse blir dette innholdet lavere enn 1 g/liter, og dette er lavere enn de kjente fremgangsmåter.

Videre er MOHLMANN-indeksen her lavere enn 50, noe som gir utmerkede resultater.

Figur 2 viser et biologisk behandlingsanlegg som er en variant av det som er vist på figur 1 (utvinningssekvensen er ikke vist her fordi den ikke er nødvendig når man har en forurensning som bare er av den nitrerte typen (N-NH4 spesielt)). Dette anlegget skiller seg fra det på figur 1 ved at blandesonen A' står i direkte kommunikasjon med separasjonssonen B' uten et avgasningskammer, og dessuten utføres resirkuleringen internt.

Blandesonen A' er lik den på figur 1 (selve tallene på figuren refererer seg til samme tall som på figur 1). Tilførselen av vann som skal behandles finner sted i den øvre del av reaktoren 1', mens kommunikasjonen med separasjonssonen utføres i den nedre delen ved en understrøm. Separasjonen av vann og granulært materiale skjer her ved enkel gravitasjon. Bunnen av separasjonskammer 4 ' er skråttsatt mot reaktoren og utstyrt med rakeanordninger 8' som gjør at man presser det granulerte materialet inn i en utvinningstrakt 9' som er plassert under kommunikasjonssonen ved hjelp av en understrøm mellom sonene A' og B'. Denne trakten 9' er utstyrt med en ekstraksjonsdyse 9'A som via en ventil 9'B står i kommunikasjon med en ledning 3' for resirkulering av granulert materiale, på vanlig måte utstyrt med en pumpeanordning 11'. På tegningen er det ikke vist en eventuell injeksjon 13' av granulært startmateriale, og denne rørledningen for uttak av slikt resirkulerende materiale kan enten plasseres foran eller etter forannevnte pumpe.

Dette anleget kan brukes for å bryte ned det organiske materialet i vannet, og det dannes store mengder slam som lett kan tas ut for gjenvinning av granulært materiale og avhelning av overskudd av biomasse.

Anlegget på figur 2 har den fordel at det er meget kompakt.

Det skal bemerkes at på dette anlegget er resirkulerings-dysen ikke festet til reaktor 1', men til rør 2 hvor man tilfører det vann som skal behandles.

Figur 3 er en variant hvor man har flere reaktorer i serie, og hvor reaktoranlegget er godt egnet for en nitri-fiserings/denitrifiseringsbehandling av vannet kombinert med en BOD-behandling.

Dette anlegget består av en første reaktor 1''A som er lik den som er vist på figurene 1 og 2, og innbefatter en oksygeneringsmanifold 12'', og dette gjør det mulig å etablere et aerobt system som gjør at bakterier lettere kan omdanne ammoniumhydroksydet til nitrater (dette kan bedres ved en første tilsetning av bakterier). Reaktoren 1''A står ved hjelp av et overløp i forbindelse med en annen blandereaktor 1''B som skiller seg fra den som er vist på figurene 1 og 2, ved et fravær av en oksygentilførselskilde (anaerobt miljø). En kilde for organisk karbon (f.eks. i form av metanol, melasse, eddiksyre etc), injiseres inn i denne reaktoren ved posisjon 30. Det er denne injeksjonen av substrat som gir en god utvikling av bakterier som omdanner de nitrater som er dannet i blandereaktor 1''A, til gassformet nitrogen. Denne andre reaktoren står i forbindelse ved hjelp av et underløp med et avgassningskammer 5 ' ' som fører inn i separasjonssonen 4''. Som tidligere vil mesteparten av det fylte granulære materialet som oppsamles i avhelningssonen B'' bli resirkulert .

Ifølge en annen utførelse som ikke er vist, og hvor man bare utfører en denitrifisering, vil første reaktor 1''A mangle.

Figur 4 viser et anlegg som er en variant av anlegget på figur 1~ og som omfatter to blandereaktorer 1'''A og 1' ' 'B som tilsvarer reaktorene 1''A og 1 "B på figur 3, men den væske som skal behandles, føres gjennom disse reaktorene i motsatt rekkefølge av den som er vist på figur 3. Dette betyr at den væske som skal behandles, først føres gjennom reaktoren 1 ' ''B, hvor det er anaerobe forhold, og deretter gjennom reaktor 1'''A hvor det er aerobe forhold. Det er anordnet et rør 40 med pumpeanordninger, som ikke er vist, som gjør at den væsken som inneholder granulært materiale kan resirkuleres fra reaktoren 1'''A til reaktoren l'''B. Dette betyr at de nitrater som dannes i reaktoren 1'''A, blir re-injisert i reaktoren l'''B, hvor de omdannes til gassformet nitrogen ved hjelp av de bakterier som lever av det organiske karbon som forefinnes i den behandlede væsken. Resirkuleringsmengden som passerer fra reaktor 1'''A til reaktor 1'''B velges slik at den er mellom 1 og 6 ganger (fortrinnsvis mellom 2 og 4

ganger) den vannmengden som tilføres.

Som tidligere foregår resirkuleringen av granulært materiale fra separasjonssone 4''' til blandesonen (fortrinnsvis reaktor 1 ' ''B og ikke til reaktor 1'''A) gjennom rør 2 ' ' '

Det anlegg av den type som er vist på figur 4, kan i visse tilfeller være foretrukket for en behandling av avløpsvann, mens anlegget på figur 3 kan enkelte ganger være foretrukket for fremstilling av drikkevann.

De ovennevnte beskrivelser er kun angitt som eksempler og er således ikke ment å være en begrensning av oppfinnelsen.

F.eks. kan det nevnes at det granulære materialet som er beskrevet fortrinnsvis er naturlig sand, så kan man istedenfor bruke materialer som leire, pimpestein, kaolinitt etc.

Claims (39)

1. Fremgangsmåte for biologisk behandling av avløpsvann inneholdende nitrogenholdig forurensning, karakterisert ved at avløpsvannet tilføres en blandesone inneholdende minst et rom (A, A', A''), hvor det ved hjelp av turbulent mekanisk røring fremstilles en homogen suspensjon av nevnte avløpsvann og et i seg selv lite konsumerbart og lite løselig granulært materiale som er tilført biomasse, og suspensjonen holdes på en i det vesentlige konstant massekonsentrasjon, nevnte homogene suspensjon av vannet og granulært materiale sirkuleres til en separasjonssone (B, B', B''), hvorfra på den ene side renset vann tas ut, og på den annen side granulært materiale inneholdende aktiv biomasse tas ut, og og i det vesentlige hele den aktive biomassen som er festet til det granulære materialet resirkuleres til blandesonen (A, A', A'').

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den nitrogenholdige forurensningen foreligger i ammoniumform, og ved at oksygen injiseres inn i blandesonen i en så stor mengde at man utvikler en biomasse som forbruker den forurensning som forefinnes i avløpsvannet.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at dette oksygen injiseres i form av luft.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den nitrogenholdige forurensningen er i nitratform, og ved at en organisk karbonkilde injiseres inn i blandesonen hvor man opprettholder et anaerbot miljø.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det vann som skal behandles inneholder en nitrogenholdig forurensning i organisk form eller i form av ammoniumhydroksyd, og ved at blandesonen består av en aerob nitrifiseringssone (l''A) hvori man injiserer oksygen, og en anaerob denitrifiseringssone (l''B), hvori man injiserer en organisk karbonkilde.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det vann som skal behandles inneholder nitrogenholdig forurensning i organisk form eller i ammoniumform, og at blandesonen består av en anaerob denitrifiseringssone (l'''B) og så en aerob nitrifiseringssone (l'''A), hvori man injiserer oksygen og væske inneholdende granulært materiale fra den aerobe nitrifiseringssonen blir resirkulert mot den anaerobe denitrifiseringssonen i en mengde som er minst lik den opprinnelige tilførselen av avløpsvann.

7. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1 til 6, karakterisert ved at det granulære materialet som forefinnes i den homogene suspensjonen, er fin sand.

8. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1 til 7, karakterisert ved at det granulære maerialet som forefinnes i den ikke-resirkulerte restdelen av slammet, utvinnes ved separasjon og re-injiseres sammen med fast biomasse til blandesonen, mens slam utskilt fra dette granulære materialet siles vekk.

9. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1 til 8, karakterisert ved at konsentrasjonen av granulært materiale i blandesonen holdes på mellom 5 og 100 g/liter.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert ved at konsentrasjonen av granulært materiale når dette er fin. sand, holdes på mellom 5 og 50 g/liter.

11. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1 til 10, karakterisert ved at den turbulente røringen gjør at man får en indre resirkulering på mellom 5 og 100 ganger i forhold til den opprinnelige tilførselen av avløpsvann.

12. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1 til 11, karakterisert ved at suspensjonen returneres til blandesonen ved en forsert resirkulering i en mengde på mellom 10 og 500% i forhold til den opprinnelige tilførselen av avløpsvann.

13. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1 til 12, karakterisert ved at mesteparten av det biomasseholdige granulære materialet i det tilførte avløpsvannet returneres til et punkt foran blandesonen.

14. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1 til 13, karakterisert ved at den homogene suspensjonen blir avgasset (5, 5'') før den føres til separasjonssonen.

15. Anlegg for biologisk behandling av forbehandlet avløpsvann inneholdende nitrogenholdig forurensning, kara k—t erisert ved at den omfatter en blandesone (A, A', A", A"'), med minst ett rom, hvori et rør (2, 2', 2") med avløpsvann som skal behandles munner ut, og som inneholder et granulært materiale som er lite konsumerbart og lite løselig, fyllt med tilknyttet biomasse, og hvilken sone har mekaniske anordinger (20) for turbulent blanding og er istand til å holde avløpsvannet og det granulære materialet i homogen suspensjon ned til en nedstrøms separasjonssone; hvilken separasjonssone (B, B', B") nedstrøms for blandesonen har en kanal (7, 7', 7") for uttak av renset vann og en kanal (9, 9'A, 9'B, 9") for uttak av det fyllte granulære materialet; og et resirkulasjonsrør (3, 3', 3"A) med pumpeanordninger (11) som starter fra uttakskanalen for slammene og det granulære materialet fyllt med biomasse og slutter ved blandesonen eller oppstrøms for denne.

16. Anlegg ifølge krav 15, karakterisert ved at blandesonen (A, A', A' ') innbefatter en blandereaktor (1, 1', 1'') inneholdende anordninger for tilførsel av oksygen (12).

17. Anlegg ifølge krav 16, karakterisert ved at anordningene for tilføsel av oksygen er utformet som en oksygeneringsmanifold.

18. Anlegg ifølge krav 15, karakterisert ved at blandesonen består av en aerob nitifiseringsreaktor (l''A) med et tilførselsrør for oksygen (12'') og en anaerob denitrifiseringsreaktor (l''B) som innbefatter en tilførsel (30) for organisk karbon.

19. Anlegg ifølge krav 15, karakterisert ved at blandesonen består av en anaerob denitrifiseringsreaktor (l'''B), og deretter en aerob nitrifiseringsreaktor (l'''A) utstyrt med et tilførselsrør for oksyen, og hvor et resirkuleringsør (40) går mellom utløpet av den aerobe nitrifiseringsreaktoren (1' ' 'A) og den anaerobe denitrif is-ringsreaktoren (1 ' ' 'B) .

20. Anlegg ifølge ethvert av kravene 15 til 19, karakterisert ved at de mekaniske anordninger for turbulent røring er en vanlig rører.

21. Anlegg ifølge krav 20, karakterisert ved at denne røreren består av blader (22) i en viss avstand langs en drivaksel (21) og formet på en slik måte at man frembringer strømmer i motsatte retninger langs nevnte aksel.

22. Anlegg ifølge krav 20 eller 21, karakterisert ved at denne røreren er plassert vertikalt.

23. Anlegg ifølge ethvert av kravene 15 til 22, karakterisert ved at det granulære materialet er fin sand.

24. Anlegg ifølge ethvert av kravene 15 til 23, karakterisert ved at konsentrasjonen av granulært materiale i blandesonen ligger mellom 5 og 100 g/liter.

25. Anlegg ifølge krav 24, karakterisert ved at konsentrasjonen er mellom 5 og 50 g/Lj.ter.

26. Anlegg ifølge ethvert av kravene 15 til 25, karakterisert ved at det granulære materialet har en kornstørrelse på mellom 20 og 500 /xm.

27. Anlegg ifølge krav 26, karakterisert ved at det granulære materialet er sand med en kornstørrelse på mellom 80 og 200 ptm.

28. Anlegg ifølge ethvert av kravene 15 til 27, kara k~t erisert ved å innbefatte en utvinnings/- separasjonssekvens (C, D) som starter fra avtappingskanalen for biomasseholdig granulært materiale, plassert etter resirkuler-ingsrøruttaket og ender i et reinjeksjonsrør for biomasseladet granulært materiale, og hvor sistnevnte rør føres inn i blandesonen eller like foran denne.

29. Anlegg ifølge krav 28, karakterisert ved at utvinningsrøret innbefatter minst en hydrosyklon (D).

30. Anlegg ifølge krav 28, karakterisert ved at utvinningsrøret innbefatter anordninger for en separasjon ved hjelp av ultralyd ved et moderat energinivå.

31. Anlegg ifølge krav 28, karakterisert ved at utvinningsrøret innbefatter anordninger for separasjon ved hjelp av siling.

32. Anlegg ifølge krav 28, karakterisert ved at utvinningsrøret innbefatter anordninger for separasjon ved hjelp av sentrifugering.

33. Anlegg ifølge krav 28, karakterisert ved at utvinningsrøret innbefatter anordninger for separasjon ved hjelp av kjemiske eller biologiske måter.

34. Anlegg ifølge ethvert av kravene 15 til 33, karakterisert ved at det er plassert en avgasningssone mellom blandesonen og separasjonssonen.

35. Anlegg ifølge ethvert av kravene 15 til 34, karakterisert ved at separasjonssonen innbefatter avhelningsanordninger.

36. Anlegg ifølge krav 35, karakterisert ved at separasjonssonen innbefatter laminære avhelnings- eller overløpselementer (26).

37. Anlegg ifølge ethvert av kravene 15 til 34, karakterisert ved at separasjonssonen innbefatter sentrifugeringsanordninger.

38. Anlegg ifølge ethvert av kravene 15 til 34, karakterisert ved at separasjonssonen innbefatter sileanordninger.

39. Anlegg ifølge ethvert av kravene 15 til 34, karakterisert ved at separasjonssonen innbefatter anordninger for filtrering over en membran.