NO310769B1 - Fremgangsmåte til rensing av sulfidholdig avlöpsvann - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte til rensing av avløpsvann som inneholder sulfid, hvor sulfidet oksideres til elementært svovel i en reaktor med sulfidoksiderende bakterier i nærvær av oksygen og avløps-vannet fraskilles fra i det minste en del av svovelet som dannes under oksidasjonen.

En slik fremgangsmåte er f.eks. kjent fra internasjonal patentsøknad WO 91/16269. Ifølge denne fremgangsmåte anvendes det et minimumsforhold mellom sulfid og biomasse .

Internasjonal patentsøknad WO 92/10270 vedrører en syklisk fremgangsmåte til fjerning av svovelforbindelser fra en gassformet effluent, hvor en vandig løsning alter-nerende bringes i kontakt med den gassformede effluent og utsettes for svoveloksiderende bakterier. Elementært svovel som dannes ved den bakterielle oksidasjon fraskilles fra den vandige løsning på en slik måte at fra 0,1 til 50 g elementært svovel per liter blir værende igjen i den resirkulerte, vandige løsning.

Alle kjente fremgangsmåter til bakteriell behandling av avfallsvann har problemet med å holde bakteriene inne i reaktoren. Dette problem løses vanligvis ved anvendelse av et bærermateriale for bakteriene. Vanligvis foreslås det to typer bærere: (1) mobile bærere, såsom pimpstein. Men en ulempe med mobile bærere er at det må opprettholdes en vigorøs turbulens eller fluidisering for å holde dem blandet med avløpsvannet som skal behandles, og dessuten vil en del av den mobile bærer innvirke på svovelet som dannes, noe som er ugunstig for kvaliteten på svovelet. (2) Stasjonære bærere, såsom strukturer av syntetisk materiale. De har den ulempe at disse stasjonære bærere hurtig blir tilstoppet. Dessuten øker både de konvensjonelle mobile bærere og de konvensjonelle stasjonære bærere kostnaden ved å drive behandlingsanlegget betydelig .

Det har vist seg at problemene som er forbundet med anvendelsen av et bærermateriale kan løses ved en fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen som kjennetegnes ved at en del av det elementære svovel som skilles fra det behand-lede avløpsvann resirkuleres inn i reaktoren slik at en konsentrasjon av elementært svovel på minst 1 g/l opprettholdes i reaktoren.

Fortrinnsvis er mengden fraskilt elementært svovel som resirkuleres til den aerobe reaktor slik at det oppnås en svovelkonsentrasjon på minst 2 g/l, spesielt minst 3 g/l og mer spesielt minst 4 g/l. Det viste seg at svovelet som dannes ved den mikrobielle oksidasjon bunnfeller hurtigere ved disse høye svovelkonsentrasjoner, slik at det kan oppnås en mer effektiv skilling av svovel og flytende effluent ved anvendelse av samme type bunnfellingsbeholder.

Det viste seg dessuten at ved den høye svovelkonsentrasjon kan de sulfidoksiderende bakterier bli festet til svovelet som dannes på en slik måte at det oppnås et effektivt biomasse-bærersystem som gjør anvendelse et separat bærermateriale unødvendig.

I fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen anvendes det derfor fortrinnsvis svovelaggregater som bærermateriale for sulfidoksiderende bakterier. Med svovelaggregater menes svovelpartikler som har en diameter som er betydelig større enn størrelsen 1 vim som forekommer i svovelsoler. Svovelaggregatene har fortrinnsvis en diameter på minst 50 Vim. Disse svovelaggregater dannes når svovelkonsentrasjonen er tilstrekkelig høy. Alternativt kan svovelaggregater tilsettes som sådanne ved begynnelsen av den bio-logiske sulfidfjerning.

Med fordel anvendes det en reaktor som er utstyrt med en intern bunnfellingsbeholder for skilling av biomassen og i det minste en del av svovelet fra den flytende effluent i reaktoren. Et eksempel på en reaktor som har en intern bunnfellingsbeholder er en såkalt luftpumpesløyfe-reaktor som er vist i fig. 1. Reaktoren i fig. 1 er delt vertikalt i to kamre 1 og 2 hvor der er henholdsvis en oppadstigende strøm og en nedadstrømmende strøm. Avløps-vann tilføres gjennom en ledning 3, og renset vann uttas gjennom en ledning 4. Luft tilføres gjennom 5 og frem-bringer den vertikale strøm i reaktoren. Svovelet tillates å bunnfelle i en bunnfellingsbeholder 6 og synke tilbake til reaktoren gjennom åpninger i dennes bunn. Det klarnete vann kan uttas gjennom en overløpsledning 7 og ledningen 4. Eventuelt overskudd av slam og/eller svovel kan fjernes gjennom en ledning 8. Benyttet luft føres ut gjennom en ventil 9.

Et annet eksempel på en reaktor hvori biomasse og (en del av) svovelet i reaktoren skilles er en reaktor med fluidisert sjikt. I slike reaktorer er bunnfellingsbe-holderen integrert i den aerobe reaktor.

Reaktoren hvori oksidasjonen av sulfid til svovel utføres er fortrinnsvis en reaktor hvor det opprettholdes en vertikal sirkulasjon ved hjelp av en oksygenholdig gasstrøm. En luftpumpesløyfereaktor som vist i fig. 1 kan også anvendes for dette formål. En reaktor hvori en vertikal sirkulasjon kan opprettholdes ved hjelp av en oksygenholdig gasstrøm er d og for seg kjent, f.eks. fra europeisk patentsøknad EP-A-24758.

Det er imidlertid også godt mulig å skille svovelet og eventuelt biomassen i en sekundær bunnfellingsbeholder nedstrøms for reaktoren og å resirkulere det fraskilte materiale helt eller delvis til reaktoren. Et slikt arrangement kan kombineres med en "stasjonær filmreaktor", hvori bakterier vokser både på det stasjonære bærermateriale og på svove1aggregatene.

Det har videre vist seg å være fordelaktig å anvende en høy slammengde i den aerobe reaktor, særlig en sulfid-volumreaktormengde på mer enn 1000 mg/l.h, mer foretrukket over 200 mg/l.h. Men sulfidmengden bør ikke være for høy, fortrinnsvis ikke høyere enn 100 mg/l.h, for å unngå en overdrevet konsentrert svovelløsning og en overdrevet høy effluentsulfidkonsentrasjon. Sulfidkonsentrasjonen i effluenten bør fortrinnsvis være under 50 mg/l, mer foretrukket under 20 mg/l.

Den ønskede sulfidkonsentrasjon kan reguleres ved eventuell tynning av influenten med helt eller delvis renset avløpsvann. Varierende tilføreselskonsentrasjoner kan oppnås ved.tilpasning av den resirkulerende strøm.

Bakterier som kan anvendes ifølge den foreliggende oppfinnelse tilhører gruppen fargeløse bakterier og omfatter Thiobacillus, Thiomicrospira, Sulfolobus og Thermothrix.

Det vil i mange tilfeller være ønskelig å regulere oksidasjonen av sulfid til svovel på en slik måte at det på den ene side blir så lite svovel som mulig igjen i effluenten og at på den annen side oksidasjon til høyere oksiderte svovelforbindelser minskes vesentlig. Oksidasjonen kan reguleres ved justering av oksygentilførselen eller ved justering av mengden bakterier i reaktoren. Når oksygentilførselen benyttes, for regulering av reaksjonen tilføres det fortrinnsvis 0,5-1,5 mol oksygen per mol sulfid inn i reaktoren. Når mengden bakteriemasse anvendes for å regulere reaksjonen 'Sørges det fortrinnsvis for at forholdet mellom sulfid og bakteriemasse er minst 10 mg S^~ per mg nitrogen i den bakterielle masse, fortrinnsvis minst 2 0 mg og mest foretrukket minst 30 mg S^~/mg N.h. Oksygenkonsentrasjonen kan varieres i et bredt område og vil fortrinnsvis være i området 0,10-9,0 mg 02 per liter av materialet i reaktoren. Mer foretrukket er oksygenkonsentrasjonen i området 0,1-1 mg per liter. Fortrinnsvis anvendes luft som oksygenholdig gass.

Det har vist seg at en høy konsentrasjon av natrium-ioner og andre enverdige kationer, såsom alkalimetall-ioner, har en ugunstig virkning på elementært svovels bunnsetningstendens og følgelig på dets anvendelighet som et bærermateriale. Derfor sørges det for at konsentrasjonen av enverdige kationer er under f.eks. 0,25 mol/l under oksidasjon av sulfid til svovel. Toverdige og flerverdige kationer, såsom magnesium, viste seg å innvirke mindre om i det hele tatt på flokkuleringen av svovel, slik at slike metallioner med fordel kan være tilstede. Dessuten synes nærværet av toverdige og flerverdige metallioner å motvirke den ugunstige virkning av enverdige ioner, og som resultat kan den nedre grense som er nevnt ovenfor for de enverdige kationer være høyere dersom av-løpsvannet som skal behandles inneholder f.eks. magnesium-ioner, f.eks. i en konsentrasjon på 1-100 mg/l.

pH i reaktoren bør fortrinnsvis ikke bli høyere enn 9,5 i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Den nedre grense for pH-verdien er ikke kritisk. Den kan være under 5 på grunn av at det er kjent at sulfidoksiderende bakterier vokser ved så lav pH som 0,5. I praksis foretrekkes pH i området fra 7,5 til 9,0.

Ved rensing av avløpsvann som inneholder en høy

konsentrasjon av sulfid kan oksidasjonen også utføres i to trinn, hvorved de kontrollerte betingelser utøves i første trinn slik som beskrevet ovenfor og gjenværende mengder av sulfid eller svovel oksideres videre sammen med eventuelt nærværende organisk materiale i en etterbehandling.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan følgelig benyttes til rensing av avløpsvann og andre vannstrømmer som inneholder sulfid eller andre svovelforbindelser som kan oksideres til elementært svovel, såsom merkaptaner, tio-fenoler, dialkylsulfider, disulfider, polysulfider, karbondisulfid og lignende. - Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan også benyttes som en del av behandlingen av avfallsstrømmer som inneholder oksiderte svovelforbindelser, såsom sulfat, sulfitt, tiosulfat, sulfonsyrer, sulfoksider og lignende. De oksiderte forbindelser kan deretter først reduseres anaerobisk, fortrinnsvis biologisk, til sulfid, som deretter omdannes til svovel ved fremgangsmåten som er beskrevet ovenfor. Spesielt kan svovel- og sulfatreduserende bakterier (SRB), såsom arter av slektene Desulfovibrio, Desulfotoma. cu. lum, Desulfomonas, Thermo-desulfobacterium, Desulfobulbus, Desulfobacter, Desulfo-coccus, Desulfonema, Desulfosarcina, Desulfobacterium og Desulfuromas anvendes i det anaerobe trinn, dvs. reduk-sjonen av svovelforbindelsene til sulfid.

Eksempel I

I en blandet reaktor med kapasitet på 8 1 ble sulfidholdig vann (sulfidtilførsel: 0,5 g/h, sulfidmengde: 12 kg/m^.dag) behandlet med sulfidoksiderende bakterier i nærvær av oksygen (2-4 mg/l) ved pH 8 og en oppholdstid på 10 timer. Sulfat ble dannet i et utbytte på noen få prosent, mens resten (> 95%) av produktet var elementært svovel.

Konsentrasjonen av elementært svovel ble variert fra 700 mg/l til 6 g/l. Det viste seg at en økt svovelkonsentrasjon resulterte i sterkt økt bunnfellingshastighet av svovel. Fig. 2 viser bunnfellingsprofilen av en prøve tatt fra reaktoren som en funksjon av svovelkonsentrasjonen.

Eksempel II

I en luftpumpesløyfereaktor (en vertikal reaktor med lufttilførsel i bunnen og en intern bunnfellingsbeholder ved toppen, slik som vist i fig. 1) med en kapasitet på 2 1 ble sulfidholdig vann (sulfidkonsentrasjonen 500 mg/l) sulfidmengde 12 kg/m^.dag) behandlet med sulfidoksiderende bakterier ved pH 8 og en oppholdstid på 1 time. Konsentrasjonen av elementært svovel ble holdt på mellom 2 og 4 g/l. Som resultat av den interne bunnfellingsbeholder ble mer enn 95% av svovelet værende i reaktoren. Fig. 3 viser bunnfellingsprofilen for en prøve som ble tatt fra reaktoren (øvre linje) sammenlignet med en tilsvarende prøve tatt fra en blandet reaktor (nedre linje). Den viser den mer effektive skilling av svovel i luftpumpesløyfereak-toren, noe som gjør det mulig å drive denne reaktor uten ytterligere bærer.

Eksempel III

I en luftpumpesløyfereaktor som vist i fig. 1 og med en kapasitet på 10 m^ ble en sulfidholdig strøm (sulfidkonsentrasjon 300 mg/l, sulfidmengde: 2,5 kg/m^.dag) behandlet med sulfidoksiderende bakterier ved pH 8,5 og en oppholdstid på 3,5 timer. Konsentrasjonen av elementært svovel ble holdt på over 3 g/l som et resultat av driften av den interne bunnfellingsbeholder. Oksygenkonsentrasjonen i reaktoren ble holdt på 0,01 og 0,5 mg/l, hvorved den varierte med variasjon i sulfidmengden i det tilførte vann. Ved å regulere tilførselen av oksidasjonsluft ble det oppnådd en virkningsgrad for sulfidfjerning på over 99%, mens mellom 90 og 100% av sulfidet som ble fjernet ble omdannet til elementært svovel.

Claims (11)

1. Fremgangsmåte til rensing av avløpsvann som inneholder sulfid, omfattende oksidasjon av sulfidet i en reaktor med sulfidoksiderende bakterier i nærvær av oksygen til elementært svovel og skilling av i det minste en del av svovelet som dannes under oksidasjonen fra av-fallasvannet, karakterisert ved at en del av det elementære svovel som skilles fra avløpsvannet resirkuleres inn i reaktoren slik at en konsentrasjon av elementært svovel på minst 1 g/l opprettholdes i reaktoren.

2. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at svovelaggregater anvendes som et bærermateriale for de sulfidoksiderende bakterier.

3. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1 eller 2, karakterisert ved at svovelet adskilles fra reaktormediet under anvendelse av en intern bunnfellingsbeholder i reaktoren.

4. Fremgangsmåte i samsvar med krav 3, karakterisert ved at oksidasjonen utføres i en reaktor hvor det opprettholdes en vertikal sirkulasjon ved hjelp av en oksygenholdig gasstrøm.

5. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1 eller 2, karakterisert ved at svovelet skilles fra den flytende effluent■under anvendelse av en ekstern bunnfellingsbeholder utenfor reaktoren.

6. Fremgangsmåte i samsvar med krav 5, karakterisert ved at bakteriene er festet til en stasjonær film.

7. Fremgangsmåte i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at en konsentrasjon av elementært svovel på minst 2 g/l opprettholdes i reaktoren.

8. Fremgangsmåte i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at en konsentrasjon av elementært svovel på minst 3 g/l opprettholdes i reaktoren.

9. Fremgangsmåte i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at sulfidvolumbelast-ningen i reaktoren er mer enn 2 00 mg/l.h.

10. Fremgangsmåte i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at i det minste en del av kationene som er tilstede i reaktoren er toverdige eller flerverdige metallioner.

11. Fremgangsmåte til rensing av avløpsvann som inneholder oksiderte svovelforbindelser, såsom sulfat eller sulfitt, hvor avløpsvannet behandles med sulfatreduserende bakterier og det resulterende sulfidholdige vann deretter behandles med sulfidoksiderende bakterier i nærvær av oksygen til dannelse av elementært svovel, karakterisert ved at det sulfidholdige vann renses ved fremgangsmåten ifølge et av de foregående krav.