NO321986B1 - Fremgangsmate for regulering av luftingen i et anlegg for biologisk behandling av avvann. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for regulering av luftingen i et anlegg for biologisk behandling av avvann med sikte på å eliminere karbonholdige og nitrogenholdige forurensninger.

Det er kjent at rensing av avvann utgjør et betydelig problem. Således har EU utstedt et direktiv (nr. 91/271/CEE) vedrørende behandlingen av urbant avvann, som setter grenser for utslipp av ubehandlet avvann i det naturlige miljø. Således er det for hver behandlingsenhet gitt en nøyaktig målsetning hva angår kvaliteten av vannbehandlingen, og en manglende oppnåelse av et slikt siktemål kan føre til mulkt eller sågar fengsels-straff .

I de fleste anlegg for behandling av urbant avvann benyttes aktivslammetoden. En viktig fase ved denne fremgangsmåte består i å eliminere karbonet og nitrogenet som inneholdes i awannet gjennom en sekvensiering av lufteperiodene. Det er således kjent at hovedproblemet som man støter på i anlegg for behandling av avvann, består i å tilpasse behandlingen etter variasjonene i mengden av tilført vann som skal renses, og til innholdet av forurensninger, for derved å oppnå en konstant kvalitet på det rensede vann og den foreskrevne minimale mengde forurensende utslipp i det naturlige miljø. I denne hensikt krever elimineringen av karbonet og nitrogenet et meget streng og presis regulering av luftingen, tatt i betraktning at denne eliminering må tilfredsstille to krav. I henhold til det første krav må det sikres en total varighet av luftingen pr. døgn som er tilstrekkelig for å oppnå oksidasjon av de karbonholdige forbindelser i awannet og stabilisering av slammet. Det andre krav knytter seg mer direkte til den daglige fordeling av luftefåsene for å oppnå elimineringen av nitrogenet. På den ene side er det nødvendig med en tilstrekkelig varighet av opprettholdel-sen av aerobe betingelser til at slammet avstedkommer nitrifieringen, og på den annen side krever denitrifieringen en passende oppholdstid for avløpet i anoksidisk tilstand. I denne hensikt har man - ved aktivslammetodene med liten tilførsel utført i ett enkelt luftebasseng - innrettet seg slik at elimineringen av de nitrogenholdige forbindelser har funnet sted som følge av en streng regulering av alterneringen av luftesekvensene og sekvensene uten lufting.

Enhver feil ved reguleringen eller funksjoneringen av innretningene for oksygentilførsel gir seg til kjenne ved en mangelfull funksjonering av anleggene for rensning av avvann, med skadelig innvirkning på kvaliteten av det behandlede avvann, likevekten av den rensende biomasse og egenskapene av det dannede slam.

En manglende tilpasning av luftesekvensene har således over kort tid innvirkning på kvaliteten av det oppnådde vann, som da kan inneholde ikke-oksiderte nitrogenholdige forbindelser, dersom lufteperiodene ikke er tilstrekkelig lange, eller nitrater, dersom de periodene uten lufting er for korte. I det motsatte tilfelle, når periodene uten lufting er for lange, vil awannet som skal behandles utsettes for anaerobe betingelser som absolutt må unngås. Således vil anaerobe tilstander i behandlingsbassenget, forbundet med en underoksidering av enkelte soner, over tid føre til at det dukker opp filamentfor-mede bakterier, og disse mikroorganismer vil igangsette en modifisering av flokkulatets struktur og en minskning av dets evne til å dekanteres, hvilket selvsagt har en ugunstig innvirkning på kvaliteten av, og kostnadene knyttet til, behandlingen. En annen konsekvens av en utilstrekkelig kumulert lufting går på kvaliteten av slammet og vil spesielt påvirke dets stabilitet.

Det vil forstås at reguleringen av luftingen er én av nøkkelfaktorene ved en slik fremgangsmåte for vannbehandling. En rekke forskjellige reguleringsmetoder er blitt benyttet. Blant disse skal de følgende nevnes: 1) Den mest rudimentære metode på området lufting av biologiske bassenger er tidsskjemametoden, som utføres etter et fastlagt program og muliggjør tilsetning av oksygenet til fastsatte tider i løpet av dagen, uten noen som helst korrelering med anlegges reelle behov. 2) En noe svakt forbedret metode innebærer lufting som funksjon av en høy terskel og en lav terskel for oksidasjons-/reduksjonspotensialet (redokspotensialet) som måles i anlegget: avgjørelsen tas på grunnlag av en informasjon på tidspunktet T, hvilken informasjon kan dementeres noen sekunder senere. 3) En strengere metode er blitt utarbeidet av herværende søker (FR-A-2 724 646). Ved denne metode tas det hensyn til diverse redokspotensialer, den deriverte av variasjonene i dette redokspotensiale og rensestasjonens historikk, og metoden er således en tilnærmelse til et såkalt "ekspertsystem". 4) Andre reguleringsmetoder er basert på måling av oksygenkonsentrasjonen i vannet som skal renses. Da denne teknikk ikke er av noen praktisk nytte under fasene hvor bassengene ikke luftes, erstattes i de tilfeller målingen av oksygenkonsentrasjonen av et tidsskjema som vil bestemme en tid uten lufting (periode uten oksidering) på for eksempel fra 40 til 60 minut-ter, etterfulgt av en periode i løpet av hvilken reguleringen av oksygenbehovet vil foretas effektivt, for eksempel gjennom en progressiv avstengning av lufttilførselsturbinene, én for én. 5) Enkelte forsøk på regulering er gjort hva angår måling av konsentrasjonen av de ammoniakkalske forbindelser og nitrerte forbindelser i luftebassenget, gjennom bestemmelse av effektivi-teten av nitrifieringen og denitrifieringen og deretter renseanleggets oksygenbehov.

Erfaringene med de ovenfor omtalte tidligere kjente meto-der avslører en rekke ulemper som avspeiler deres begrensninger. Blant disse ulemper skal de følgende nevnes: 1) Ved bruk av et fast tidsskjema blir det selvfølgelig ikke tatt noe hensyn til variasjonene i mengden av forurensninger som tilføres anlegget ved uregelmessig tilførsel av vann som skal behandles. 2) Ved metoden ved hvilken det benyttes redoksterskler tas det ikke hensyn til renseanleggets historikk, som for eksempel tidvise overbelastninger, tilfeldig svikt i utstyret, osv. 3) Fremgangsmåten ifølge FR-A-2 724 646 gjør det mulig å sikre en effektiv rensing, både med hensyn til karbonholdige forurensninger, med hensyn til nitrifiering og med hensyn til

denitrifiering. Imidlertid er siktemålet med denne fremgangsmåte å sikre en tilstrekkelig lufting som tilkjennegis ved at det til enhver tid tilføres et overskudd av oksygen. Dette overskudd kan imidlertid være uønsket fra et økonomisk synspunkt. Fra et vann-behandlings synspunkt blir dessuten luftefasen påvirket, fordi

denne starter i nærvær av et relativt høyt oksygeninnhold, på fra 7 til 8 mg/l, hvilket må elimineres før man begynner å

benytte oksygenet i nitratene. For én og samme varighet av denitrifieringen vil fasen med stans i luftingen bli desto lenger, og den effektive behandlingstid reduseres til én dag. 4) Metoden som baserer seg på en enkel måling av oksygen-konsentrasjonen i vannet som skal renses, gjør det ikke mulig å regulere forløpet av denitrifieringsreaksjonene som finner sted i aktivslambassengene, fordi det er nødvendig med en oksygenkonsentrasjon som er null for å få fullført denne fase. Dessuten kan oksygenkonsentrasjonene som er nødvendige for å sikre nitrifieringen, variere innenfor et område fra 3 til 7 mg/l som funksjon spesielt av oksidasjonstUstanden av slammet som er til stede i den biologiske reaktor. 5) Metoden basert på måling av konsentrasjonen av de ammoniakkalske forbindelser og de nitrerte forbindelser i luftebassenget er anvendelig kun i store anlegg, tatt i betraktning de høy kostnader for utstyret. Dessuten blir det ved denne metode ikke tatt noe hensyn til slammets oksydasjonstilstand, mens en måling av redokspotensialet ifølge FR-A-2 724 646 muliggjør en bestemmelse av slammets fysiologiske tilstand.

Ulempene ved de ovenfor omtalte løsninger som er kjent i faget, gjør det således ønskelig å søke etter muligheter for å optimalisere de forskjellige reaksjoner i renseanleggets lufte-bassenger, samtidig som oksygentilførselen til renseanlegget styres bedre. Den foreliggende oppfinnelse løser denne oppgave.

Med oppfinnelsen tilveiebringes det således en fremgangsmåte for regulering av luftingen i et anlegg for biologisk behandling av avvann, hvor det benyttes et trinn for eliminering av karbonet, et nitrifieringstrinn og et denitrifieringstrinn. Fremgangsmåten er kjennetegnet ved at den omfatter de følgende trinn: 1) kontinuerlig måling av verdien av redokspotensialet i det behandlede miljø, hvilket gjør det mulig, når nødvendig, å aktivere lufttilførselsinnretningene, 2) måling av oksygenkonsentrasjonen under luftefåsene og utnyttelse av verdien av denne sammen med verdien for redokspotensialet, for: - opprettholdelse av luftingen, dersom oksygenkonsentrasjonen ligger innenfor et gitt settverdiområde, - minskning av luftingen, dersom oksygenkonsentrasjonen er høyere enn settverdiområdet, og - økning av luftingen dersom oksygenkonsentrasjonen er

lavere enn settverdiområdet, og

3) gjennomføring av en selvtilpasning av settverdiområdene for oksygen gjennom en sammenligning - under redokspotensialovergangen "partiell nitrifiering/total nitrifiering" - av den reelle oksygenkonsentrasjon med systemets settverdiområde og tilpasning av settverdiområdet som funksjon av systemets reelle oksygenbehov.

Når redokspotensialovergangen "partiell nitrifiering/total nitrifiering" finner sted i den nedre del av settverdiområdet for oksygenkonsentrasjonen, vil man i henhold til oppfinnelsen senke settverdiområdet.

Når verdien for redokspotensialovergangen "partiell nitrifiering/total nitrifiering" ikke nås for settverdiområdet for oksygenkonsentrasjonen, blir i henhold til oppfinnelsen settverdiområdet hevet.

Det vil forstås at fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen utgjør en kombinasjon av en fremgangsmåte som den beskrevet i FR-A-2 724 646, omfattende en overvåking av den deriverte av variasjonen i redokspotensialet og en overvåking av signalet for "oksygenkonsentrasjon", utelukkende under luftefasen. Skjematisk gjør analysen av verdiene for redokspotensialet det mulig å bestemme varigheten av anleggets sekvenser av drift og stand, og analysen av verdiene for oksygenkonsentrasjonen gjør det mulig å styre styrken av innsatsen under luftefåsene.

I henhold til oppfinnelsen tilføyes til denne kombinasjon av måling av redokspotensialet + måling av oksygenkonsentrasjonen som absolutt verdi [Q2] en kontinuerlig sammenligning av de nevnte parametere som gjør det mulig å utlede og å bekrefte sammenhengen mellom informasjonene som skaffes til veie fra anlegget. Ved hjelp av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen får man således tilgang til diverse informasjon og muligheter for å gripe inn i anleggets tilstand, som for eksempel: - å kontrollere påliteligheten av redokspotensial-målerne og oksygenkonsentrasjonmålerne, - å kontrollere påliteligheten av utstyret eller å påvise uvanlig store forurensningsmengder, - å foreta en mer nøyaktig analyse av slammets grunn-leggende biologiske tilstand, - mulighet for å omjustere settverdiområdet for oksygen-konsentrasjonen som funksjon av slammets ydeevne, - å igangsette denitrifieringsfasen med et relativt lavt restinnhold av oksygen og å sikre en hurtig oppstarting av denitrifieringsfasen.

Andre karakteristiske trekk og fordeler ved oppfinnelsen vil fremgå av den etterfølgende beskrivelse, hvor det henvises til vedlagte tegninger, hvor: - fig. 1 er et skjema som viser de ulike trinn ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, slik de er angitt ovenfor, - fig. 2 er et skjema som forklarer utførelsen av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, og - fig. 3 er en kurve som illustrerer variasjonene i oksygenkonsentrasjonsterskelen som funksjon av tiden, basert på målinger i et industrielt anlegg.

Som ovenfor nevnt kan de forskjellige trinn ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen som er vist i skjemaet på fig. 1, sammenfattes som følger: Først, under oppstartingsfasen, sikres en maksimal lufting innenfor mulighetene som anlegget gir, for derved å tilføre en stor mengde oksygen. Erfaringen viser at en slik stor tilførsel er nyttig for å oppnå god rensevirkning.

Trinn 1:

Kontinuerlig måling av verdien av redokspotensialet (EH) i det behandlede miljø, hvilket muliggjør eventuell aktivering av lufteinnretningene (luftblåser).

Trinn 2:

Undersøkelse av det målte redokspotensial: dersom verdien av dette potensial er høy, vil nitrifieringen og fjerningen av karbon forløpe tilfredsstillende; dersom verdien av redokspotensialet er lav, vil dette skyldes en utilstrekkelig nitrifiering og eliminering av karbonet, hvilket nødvendiggjør en undersøkelse av oksygenkomponenten ved reguleringen.

Trinn 3:

Det foretas en måling av oksygenkonsentrasjonen i det behandlede miljø og en undersøkelse av denne konsentrasjon (se fig. 2). De følgende muligheter kan fremstå: a) Dersom verdien av oksygenkonsentrasjonen [02] befinner seg i sonen som på fig. 2 er betegnet "settverdiområdet for

oksygen", må graden av lufting opprettholdes.

b) Dersom verdien for oksygenkonsentrasjonen [02] befinner seg i sonen angitt ved henvisningstall 2 på fig. 2 (dvs. under

settverdiområdet for [02]), må oksygeneringsgraden økes eller, i mangel av dette, luftblåserne holdes på maksimal ydelse for å oppnå tilførsel av den nødvendige mengde oksygen. c) Dersom verdien for oksygenkonsentrasjonen [02] befinner seg under sonen angitt ved henvisningstall 3 på fig. 2 (dvs.

over settverdiområdet for [02]) , kan redokspotensialet være utilstrekkelig men settverdiområdet for oksygen være passert. Luftingen reduseres, eller - om dette ikke er mulig - luftblåserne holdes på den laveste ydelse.

d) dersom verdien for oksygenkonsentrasjonen [02] befinner seg i sonen angitt ved henvisningstall 1 på fig. 2 (for lavt

redokspotensial og for lav oksygenkonsentrasjon), kan denne situasjon svare til en overbelastning av anlegget (slammet puster sterkt) eller svikt i utstyret eller målerne. I et slikt tilfelle forutsettes i henhold til oppfinnelsen utløsning av en alarm.

e) dersom verdien av for oksygenkonsentrasjonen [02] befinner seg i sonen angitt ved henvisningstall 4 på fig. 2, kan

den samtidige opptreden av et høyt oksygeninnhold og et middels høyt redokspotensial indikere en feil ved målerne eller endog en forgiftning av biomassen (slammet puster svakt). Også i dette tilfelle forutsettes det i henhold til oppfinnelsen utløsning av en alarm.

Siste trinn:

Det er påpekt ovenfor at det i henhold til oppfinnelsen gjøres bruk av et ytterligere trinn bestående i en automatisk tilpasning av settverdiområdene for oksygenkonsentrasjonen.

Når redokspotensialet går over fra sonen "partiell nitrifiering" til sonen "total nitrifiering", sørges det i henhold til oppfinnelsen for en måling av systemets oksygenkonsentrasjon i den hensikt å modifisere settverdiområdene for oksygen, hvilket gjør det mulig å foreta en ny vurdering av de reelle oksygenbehov for utførelse av nitrifieringsreaksjonene og den fullstendige oksidasjon av slammets bestanddeler.

Dersom denne redokspotensialovergang finner sted i sone 1 eller 2 (fig. 2) av verdiene av oksygenkonsentrasjonen, vil bio-massens behov for oksygen være lavt, og man vil da, i henhold til oppfinnelsen, redusere settverdiområdet for oksidasjon, hvilket gjør det mulig å spare energi i forbindelse med luftingen .

I motsatt fall, når verdien for redokspotensialovergangen ikke kan nås på regulær måte med de fastsatte settverdiområder for oksygenkonsentrasjonen, vil det foreligge et vesentlig behov for oksygen, og det vil således være nødvendig å øke settverdiområdet for [02]. Denne økning gjør det mulig å sikre fremgangsmåten og i dette tilfelle å fremme en reoksygenering av slammet.

Den vedlagte fig. 3 viser endringene i terskelen for oksygenkonsentrasjonen som funksjon av tiden. Figuren viser hvordan det ved hjelp av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er mulig å oppnå en automatisk tilpasning av tersklene for settverdiområdet

[02] . Denne figur 3 viser endringene i oksygentersklene i løpet av undersøkelsesperioden (ca. 1 år). Realverdipunktene □ angir konsentrasjonen av oppløst oksygen som var nådd når redokspotensialet indikerte en overgang fra "partiell nitrifiering" til "fullført nitrifiering" i "fase 3". Den heltrukne og mer stabile linje angir settverdien for oksygen bestemt av styringssystemet på basis av de reelle verdier. Variasjonene er her dempet i den hensikt å begrense modifikasjonene av settverdiene og dermed gjøre fremgangsmåten mer pålitelig.

Det er viktig å merke seg variasjonsområdet for settverdiene [02], som gir et uttrykk for den viktige utvikling i biomas-sens reelle behov (foryngelse av populasjoner...). Kurven på fig. 3 viser således at det biologiske system kan funksjonere meget godt ved den totale nitrifiering, med et innhold av opp-løst oksygen av størrelsesordenen 2-3 mg/l (i tilfelle av "aldret" slam), mens det i visse tilfeller (med "yngre" slam) vil vise seg utilstrekkelig med et innhold på 5-6 mg/l for å sikre total nitrifiering. Oppfinnelsen gjør det mulig å over-vinne denne vanskelighet, og den medfører en automatisk tilpasning av funksjoneringsbetingelsene.

I den nedenstående tabell er det i sammenligningsøyemed angitt resultater oppnådd i tre anlegg hvor det ble utført en fremgangsmåte for biologisk behandling av avvann, henholdsvis

(A) uten automatisk regulering, (B) med en automatisk regulering utelukkende av redokspotensialet EH, og (C) med en automatisk

regulering av redokspotensialet EH og av oksygenkonsentrasjonen i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Tabellen viser klart fordelene, spesielt de økonomiske sådanne, som oppnås ved hjelp av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

Blant fordelene som oppnås ved hjelp av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, skal spesielt de følgende nevnes: - Modulering av mengden av tilført luft som er nødvendig for utførelse av reaksjonene for behandling av de karbonholdige og nitrogenholdige forurensninger. - Mulighet for verifisering av sammenhengen mellom de mottatte informasjoner og for påvisning av hendelser som virker begrensende på renseanlegget. - Mulighet for gjennom en mer nøyaktig bedømmelse av slammets behov å foreta en automatisk tilpasning av systemets egne settverdiområder for reguleringen for å gjøre systemet mer pålitelig.

Det vil forstås at den foreliggende oppfinnelse ikke er begrenset til de ovenfor beskrevne og/eller omtalte utførelses-eksempler, men at den omfatter alle varianter som innbefattes innenfor rammen av de etterfølgende patentkrav.

Claims (5)

1. Fremgangsmåte for regulering av luftingen i et anlegg for biologisk behandling av avvann, hvor det benyttes et trinn for eliminering av karbonet, et nitrifieringstrinn og et denitrifieringstrinn, karakterisert ved at den omfatter de følgende trinn:

1) kontinuerlig måling av verdien av redokspotensialet i det behandlede miljø, hvilket gjør det mulig, når nødvendig, å aktivere lufttilførselsinnretningene,

2) måling av oksygenkonsentrasjonen under luftefåsene og utnyttelse av verdien av denne sammen med verdien for redokspotensialet, for: - opprettholdelse av luftingen, dersom oksygenkonsentrasjonen ligger innenfor et gitt settverdiområde, - minskning av luftingen, dersom oksygenkonsentrasjonen er høyere enn settverdiområdet, og - økning av luftingen dersom oksygenkonsentrasjonen er lavere enn settverdiområdet, og

3) gjennomføring av en selvtilpasning av settverdiområdene for oksygen gjennom en sammenligning - under redokspotensialovergangen "partiell nitrifiering/total nitrifiering" - av den reelle oksygenkonsentrasjon med systemets settverdiområde og tilpasning av settverdiområdet som funksjon av systemets reelle oksygenbehov.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at når redokspotensialets overgang fra sonen for partiell nitrifiering til sonen for total nitrifiering finner sted i den nedre del av settverdiområdet for oksygenkonsentrasjonen, senkes settverdiområdet.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at når verdien for redokspotensialets overgang fra sonen for partiell nitrifiering til sonen for total nitrifiering ikke nås for settverdiområdet for oksygenkonsentrasjonen, heves settverdiområdet.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at når verdien av oksygenkonsentrasjonen er for lav og likeledes redokspotensialet, utløses en alarm.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at når det samtidig opptrer et høyt oksygeninnhold og et lavt redokspotensial, utløses en alarm.