NO773230L - Anordning for behandling av et vandig medium - Google Patents

Description

En ytterligere hensikt med oppfinnelsen er å tilveiebringe en vannbehandlingsprosess hvor forskjellige organiske suspenderte bestanddeler, nitrogeninneholdende forbindelser og fosforinneholdende forbindelser fjernes fra avfallsvannet ved samvirkende biologiske og kjemiske reaksjoner.

En ytterligere hensikt med oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte for rensing av forurenset vann, som kan arbeide uten tilsyn og som lett kan tilpasses anvendelse i store by-avfallsvannsbehandlingssystemer, leiegårdsbehandlingssystemer, villabehandlingssystemer, vannbehandlingssystemer på båter, skip, lystbåter o.l., i kjøpesentra, flyhavner, friluftsarealer, såsom teltplasser o.l., avfallsbehandlingssystemer i nærings-middelindustrier, fiskeforedlingsbedrifter, masse-og papir-industrier, koksbehandlingstrinnene i et stålverk, malings-industrien og i enhver annen type industri, eller fra bebodde områder hvor det er ønskelig å foreta en vannrensing hvor helt eller delvis biodegraderbare forurensninger og ikke-biodegraderbare forurensninger skal fjernes.

Det er en ytterligere hensikt med oppfinnelsen å tilveiebringe en renseprosess for avfallsvann, som sammenlignet med eksisterende systemer behandler vannet på en mere effektiv måte og derved reduserer den fysikalske størrelse av behandlingssystemet.

En ytterligere hensikt med oppfinnelsen er å tilveiebringe

en fremgangsmåte for behandling av avfallsvann ved hvilken avfallsvannet på en effektiv måte bringes i kontakt med et høykonsentrert, aktivt slam inneholdende den blandede aktive mikrobielle populasjon for nedbrytning av forurensningene.

En ytterligere hensikt med oppfinnelsen er å tilveiebringe

et behandlingssystemapparat som lett kan tilpasses miniatyr-isering for anvendelse på steder med begrenset plass, slik som i en enkel familievilla, båter, friluftsfremkomstmidler o.l..

Disse hensikter, fordeler og trekk ved oppfinnelsen oppnås

ved å kontakte forurenset vann med aktive media som innbefatter, bl.a., aktive mikroorganismer i et aktivert slam og ett eller flere pulveriserte eller finfordelte mineraler. Tilstedevæ-relsen av mineralet i de aktive media fremmer konsentrasjonen og fordelingen av de aktive mikroorganismer i reaksjonssystemet og bevirker en effektiv mikrobiell degradering av biodegraderbare forurensninger og presipitering av bestanddeler som er tilstede i ioneform i vannet som behandles. Det valgte pulveriserte mineral eller mineraler bør i det vesentlige være uoppløselige i avfallsvannet og ikke-toksisk overfor de aktive mikroorganismer.

Selv om det pulveriserte mineralet eller mineraler har en begrenset oppløselighet eller i det vesentlige er uoppløselig

i det behandlede avfallsvann, vil det imidlertid dissosiere

i en viss grad å frigjøre metallioner. De frigjorte metallioner vil virke behjelpelig med å kontrollere det behandlede avløpsvanns pH, samt også kombinere med andre ionetyper i avfallsvannet, såsom fosfater og danne uoppløselige presipitater og derved være behjelpelig med å fjerne fosfater fra avfallsvannet. Som følge av mineralenes i det vesetnlige uoppløselige natur så kan fornyelse av mineralene holdes ved et minimum.

For å forbedre klarheten av avløpet kan pulverisert eller •granulert aktivt karbon tilsettes til de ■■ aktive media. i tillegg kan forskjellige behandlingskjemikalier, såsom alun og flokkuleringsmidler tilsettes for å forbedre kvaliteten av avløpet, i henhold til standard avløpsbehandlingsteknikk.

Anvendelse av en eller flere pulveriserte mineraler i avfallsbehandlingssystemer vil spesielt fremme effektiviteten i fluidiserte sjiktreaksjonssystemer. Mineralene kombinerer med eller oppsamler på deres overflater de aktive mikroorganismer slik at de suspenderte mineralpartikler i det fluidiserte sjikt fremmer fordeling av mikroorganismene i avfallsvann når dette passerer gjennom det fluidiserte sjikt. Som følge av deres relativt høye densitet vil mineralene bidra til å bibeholde en høy konsentrasjon av den blandede mikrobielle populasjon i det fluidiserte sjikt, samt også tillate behandling ved høyere strømningshastigheter av avfallsvannet enn det som var mulig ved kjente behandlingsprosesser.

Konsentrasjonen av det pulveriserte mineral i et fluidisert sjikt kan variere betydelig, avhengig av densiteten for det valgte mineral og strømningshastighetene for avfallsvannet gjennom det fluidiserte sjikt. Mineralkonsentrasjonen bør være tilstrekkelig til a øke densiteten av det aktiverte slam ved kombinasjonen av mineralet med dette, slik at det er en effektiv netto forøkelse av konsentrasjonen av de aktive mikroorganismer i det fluidiserte sjikt. Mineralet er vanligvis finfordelt og det har en partikkelstørrelse på 50

mesh eller mindre (United States Standard Screens).

Forskjellige typer avfallsbehandlingssystemapparater kan anvendes, eksempelvis et standard aktivert slamavfallsbe-handlingssystem hvori mineralpulveret kan innføres i avfallsvannet for å oppnå fordelene ifølge foreliggende' oppfinnelse. Vanligvis omfatter avfallsbehandlingssystemapparatet kommuni-serende kamre i det minste omfattende et luftningskammer,

et slamseparasjonskammer og et klaringskammer.

I henhold til et trekk ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen så innarbeides et fluidisert sjikt i et slik apparat for å oppnå de ovenfornevnte trekk ved oppfinnelsen. Et slikt fluidisert sjikt kan tilveiebringes i forskjellige trinn i behandlingsapparatet, eksempelvis i slamseparasjonskammeret eller i klargjørinskammeret.

I den hensikt å fremme de forskjellige biologiske prosesser som finner sted under den mikrobielle degradering av forurensningene bør forskjellige konsentrasjoner av oppløst oksygen bibeholdes i behandlingssystemet for å sikre bio-oksydering av suspendert organisk materiale, nitrifisering av ammoniakk-forbindelser og respirerende denitrifisering av nitritter og nitrater. Ytterligere vil blandingen i det fluidiserte sjikt fremme presipitering av fosforinneholdende forbindelser ved metallioner som dissosieres fra mineralene, fremme flok-kulering og koagulering av suspenderte faststoffer og bibeholde en pH i væskefasen som er gunstig for dannelse av fosfationer o.l..

Apparatet i henhold til foreliggende oppfinnelse for behandling av avfallsvann kan konstrueres i tilstrekkelig liten skala for installasjon i enkelte familievillaer eller i tilstrekkelig stor skala for å håndtere avfallsvann fra byer, industrier og andre store konsern. Apparatet kan innbefatte et lukket rom hvori en hellende plate er anordnet for å definere og separere et luftekammer fra et slamseparasjonskammer. Den hellende plate definerer i kammeret to triangu-lært formede seksjoner hvor den smaleste del av luftekammeret er under den smaleste del av slamseparasjonskammeret. I henhold til et trekk ved oppfinnelsen kan den nedre ende av den hellende sperreplate være anordnet på en slik måte at det dannes en innsnevring for strømmen av avfallsvannet fra luftekammeret og inn i slamseparasjonskammeret, slik at strømnings-hastigheten for vannet stiger når det føres inn i .slamsepa-ras jonskammeret. Den forøkede oppadrettede strøm av avfallsvannet danner et fluidisert sjikt av aktivt media i slamse-paras jonskammeret . Følgelig bør høyden av slamseparasjonskammeret være tilstrekkelig til å dempe den oppadrettede strøm av vannet i dette, slik at et rolig område dannes i den øvre del av slamseparasjonskammeret, slik at det oppnås en effektiv separasjon av en vesentlig bestanddel av det aktiverte slam fra det behandlede avfallsvann.

Hydraulikken for klaringskammeret kan konstrueres for å tilveiebringe et fluidisert sjiktområde i dette for å oppnå fordelene og trekkene ved foreliggende oppfinnelse. Dette kan oppnås ved forskjellige arrangementer av nedstrøms-og opp-strøms-kanaler. Skillevegger separerer nedstrøms- og opp-strøms-kanalene hvor et fluidisert sjikt kan dannes i opp-strøms-kanaldelene. Skilleanordninger kan også anvendes for å separere oppstrøms-kanalene fra slamavsetningskamre, hvor høyden av skilleanordningene som separerer slamseparasjonskamrene fra oppstrøms-kanalene er slik at det sikres et tilstrekkelig volum for å holde det fluidiserte sjikt av aktive media for den spesielle strømningshastighet for det behandlede avfallsvann derigjennom.

De nevnte og andre hensikter, fordeler og trekk ved oppfinnelsen vil fremgå av den etterfølgende detaljerte beskrivelse av foretrukne utførelsesformer, slik som vist i tegningene, hvor: fig. 1 er et skjematisk snitt av et apparat som kan anvendes for utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen,

fig. 2 er et delvis gjennomskåret perspektivsnitt av utlig-nings- og luftningskammeret i henhold til en foretrukket ut-førelse av oppfinnelsen for anvendelse av behandling av avfallsvann,

fig. 3 er et gjennomskåret perspektivsnitt av klaringskammeret i apparatet, hvilket kammer kommuniserer med reaktorkammeret vist i fig. 2,

fig. 4 viser et snitt tatt langs linjen 4 - 4 i fig. 3, og

fig. 5 er en grafisk fremstilling som viser fellingshastig-heter for forskjellige former av aktive media.

Det er ikke fullt ut forstått hvorledes det pulveriserte mineral kombineres med de aktive mikroorganismer og påvirker samtidig de biologisk-kjemisk reaksjoner som finner sted, imidlertid, er det antatt at de pulveriserte mineraler tilveiebringer overflater på hvilke de aktive mikroorganismer ansamles og derved forøker densiteten for det dannede aktive slam,og at aktiviteten av faststoffets overflater på

en eller annen måte påvirker den kjemiske reaksjonen. Dette fremmer separasjonen av slammet fra avfallsvannet og fremmer fordelingen av mikroorganismene i det aktive slam når avfallsvannet strømmer gjennom slammet og forbedrer utbyttet av de kjemiske og biologiske reaksjoner som samtidig finner sted. Når populasjonen av mikroorganismene øker vil mineralet tjene til å bibeholde mikroorganismene i slammet, og dette vil være behjelpelig til å bibeholde en høy konsentra-

sjon av mikroorganismer i reaksjonssystemet. Det finnes flere forskjellige typer mineraler som kan anvendes forutsatt at de er ikke-toksiske overfor mikroorganismene, finfordelt og er i det vesentlige uoppløselige i avfallsvannet. Eksempler på mineraler som kan anvendes i prosessen er: Calcitt, Cerussitt, Clinoptilolitt, Korundum, Diaspor, Gibbsitt, Halloysitt, Hematitt, Kyanitt, Milleritt, samt blandinger derav o.l..

Flesteparten av disse mineraler er uoppløselige eller i det vesentlige uoppløselige i vann, f.eks. Gibbsitt og Hematitt er i det vesentlige uoppløselige, mens Cacitt og Korundum ut-viser en svak oppløselighetsgrad i vann. Det vil naturligvis forstås at selv om mineralene i det vesentlige er uoppløselige i vann vil de utvise en tendens til dissosiering og frigjøre metallioner i avfallsvannet som behandles. Disse frigjorte metallioner kan kombinere med fosfater eller andre ionetyper i•avfallsvannet og danne uoppløselige presipitater. De frigjorte metallioner vil også bidra til å kontrollere pH i systemet, hvor det ønskede området ligger mellom 6 og 8.

De pulveriserte mineraler er fortrinnsvis malte slik at de passerer en 50 mesh sikt eller opp til en 300 mesh sikt

(United States Standard Screen Mesh). Jo mere finfordelt mineralet er desto større vil overflatearealet bli, på hvilket mikroorganismene og suspendert faststoff kan ansamle seg og absorberes derpå.

Avfallsvannet som behandles i henhold til foreliggende fremgangsmåte bringes i kontakt med en blanding av aktive mikroorganismer, ett eller flere pulveriserte mineraler, presipitater og andre additiver. Denne kombinasjonen omtales som de aktive media.

Med fremgangsmåtens iboende fordeler kan avfallsbehandlingssystemer fremstilles i forskjellige størrelseområder fra de som kan installeres i kjelleren i en enkel familiebolig til størrelser som er i stand til å håndtere avfallsvann fra større byer, industrielt avfallsvann og fra andre kil-der med stort volum av avfalls- eller råvann. Fremgangsmåten i henhold til•oppfinnelsen kan lett anvendes i eksisterende avfallsvannsbehandlingssystemer, såsom i de aktiverte slam-prosesser hvori behandles byavfallsvann og industrielt avfallsvann. I henhold til en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen, viser fig. 1 skjematisk et

reaktorsystem i hvilket trekkene ifølge oppfinnelsen kan ut-føres.

Reaktorsystemet 10 omfatter et utligningskammer 12, et luftekammer 14, et slamseparasjonskammer 16 og et klaringskar 18. Luft tilføres til de forskjellige luftpumper i reaktorsystemet 10 ved hjelp av lufttilførselsrørledningen 20. Avfallsvann føres inn i reaktorsystemet 10 ved hjelp av rørledningen 22 som munner ut i utligningskammeret 12. Utligningskammeret 12 demper effekten av store variasjoner i strømningshastig-heten for det innkommende avfallsvann og stabiliserer de hydrauliske forhold og væskenivåene i resten av systemet.

Nivået av avfallsvannet i utligningskammeret 12 kan variere fra nivå 24 og opp til nivå 26 uten i vesentlig grad å påvirke nivåene i luftekammeret 14 og i slamseparasjonskammeret 16. En luftdiffusør 28 er anordnet mellom platen 30 og veg-gen av kammeret 12 for å fremme blanding i pilene 32's retning.. Blandingen av det rå innkommende avfallsvann med materialet som allerede finnes i utligningskammeret har tendens til å nivellere ut konsentrasjonstopper av forskjellige typer foru-rensende bestanddeler.

Materialet i utligningskammeret 12 pumpes inn i luftekammeret 14 ved hjelp av luftpumpen 34. Det hydrostatiske trykk kan påvirke, avhengig av den anvendte luftpumpetype, strømnings-hastigheten gjennom pumpen. For høyere nivåer av væske i utligningskammeret vil pumpen overføre væsken med en høyere strømningshastighet enn når væsken er ved et lavere nivå. Strømningshastigheten for avfallsvæsken gjennom pumpen 34 bestemmer strømningshastigheteneav avfallsvannet til klare-kammeret og på sin side strømningshastigheten av avløpet fordi resten av systemet er i hydrostatisk balanse. Det vil forstås at hvis en konstant strømningshastighet av det innkommende avfallsvann kan oppnås og at denne hastighet er slik at den ikke forstyrrer de hydrauliske forhold i resten av systemet så kan utligningskammeret 12 elimineres.

Luftekammeret 14 er i det vesentlige isolert fra slamseparasjonskammeret 16 ved hjelp av en hellende skilleanordning 36. Luftdiffusører 38 er anordnet bak skilleanordningen 40 for å trekke de aktive media og det behandlede avfallsvann fra slam-separas jonskammeret og løfte det opp gjennom luftekanalen 42. Det luftede vann strømmer ut av kanalen 4 2 og inn i luftekam-?-meret 14 i retningen vist med pilen 44. Den hellende plate 36 isolerer vannet fra slamseparasjonskammeret 16 slik at dette vann strømmer nedover mot innsnevringen 4 6 ved bunnen av luftekammeret 14. Som følge av at luftdiffusørene 38 trekker væske fra slamseparasjonskammeret 16 så vil strømnings-hastigheten av væsken tilta når den passerer gjennom innsnevringen 4 6 fordi denne virker som en begrensning i strømmen. Væsken strømmer deretter oppover i retningen vist med pilene 48 for å ekspandere sjiktet av aktive media avsatt i bunnen av kammeret 16, og med en tilstrekkelig oppadrettet strømnings-hastighet for væsken vil sjiktet av aktive media ekspanderes ytterligere og danne et fluidisert sjikt i dette området av slamseparasjonskammeret 16. I tillegg vil den oppadrettede strøm av væsken løfte det aktive media som avsetter seg på bunnen i slamseparasjonskammeret opp i det fluidiserte sjiktarealet og bibeholde en høy konsentrasjon av aktive mikroorganismer i det fluidiserte sjikt av aktive media.

De aktive mikroorganismer i de aktive media fluidiseres derfor i dette området for en spesiell strømningshastighet av avfallsvannet, slik som bestemt av strømingshastigheten med hvilken luftdiffusørene38 pumper væske opp gjennom kanalen 42, samt også påvirket av strømningshastigheten med hvilken pumpen 34 overfører væske fra utligningskammeret 12 og inn i luftekammeret 14.

En mindre del av det luftede avfallsvann vil når det forlater kanalen 4 2 strømme over toppen av reaktorkammeret 14 og tøm-mes tilbake i utligningskammeret 12 gjennom åpn i.ngen 50, anordnet i skilleanordningen 52 i reaktorsystemet. På denne måte vil de aktive media innbefattende mikroorganismene inn- føres i utligningskammeret i den hensikt å påbegynne den biologiske og kjemiske degradering av forurensningene i avfallsvannet, samt også utligne variasjoner i konsentrasjoner av forurensningene i det innkommende avfallsvann.

Konsentrasjonsnivåene av oppløst oksygen i luftekammeret 14 og

i slamseparasjonskammeret 16 varierer i vesentlig grad for å tilveiebringe et aerobt miljø/i hvilket den blandede populasjon av mikroorganismer oksyderer de organiske bestanddeler og nitrifiserer ammoniumforbindelser til å gi metallnitrater og nitritter og for å tilveiebringe et i det vesentlige ikke-oksyderende miljø i det samme system, hvorved den blandede mikrobielle populasjon denitrifiserer nitratene og nitrittene under dannelse av fritt nitrogen. Nivåene av oppløst oksygen i den øvre del av luftekammeret 14 er høyest som følge av gjennom-gangen av avfallsvann gjennom luftekammeret 42. Oksygennivå-ene ligger vanligvis i området 1 — 2 mg/l. Når avfallsvannet og de aktive media strømmer nedover i reaksjonskammeret 14

vil nivået av oppløst oksygen avta som følge av oksygenopp-

tak i den biologiske oksydasjon av degraderbare organiske bestanddeler og nitrifisering av ammoniumforbindelser. Oppløst oksygen har et lavere nivå i det innsnevrede området 4 6 av reaktoren og kan være mindre'enn 0,5 mg/l.

Miljøet i kammeret 16 vil derfor nærme seg ikke-oksyderende betingelser og som et resultat derav,vil den blandede mikrobielle populasjon påbegynne en respirerende denitrifisering av nitrater og nitritter for å fjerne oksygenmolekyler fra disse forbindelser og frigjøre fritt nitrogen fra systemet. De-nitrif iseringen av nitrater og nitritter fortsettes i det fluidiserte sjiktarelaet ved pilen 48. En del av de aktive media i det fluidiserte sjiktarealet trekkes ut som vist ved pilen 54 og føres tilbake til luftekanalen 42. Over det fluidiserte sjiktområdet 48 vil de aktive mikroorganismer, presipitater og annet faststoff separere fra den behandlede avfallsvæske i den rolige sone 57. Det behandlede avfalls-

vann strømmer inn i klargjøringskaret 18 via kanalen 56.

Konsentrasjonen av mikroorganismer i de aktive media kan bli høy, spesielt i det fluidiserte sjiktområdet i slamseparasjonskammeret som følge av den iboværende effektivitet av et fluidisert sjikt. Det er funnet at konsentrasjonen av aktive media i den blandede væske overstiger 20 g/l. Som følge av egen-skapene for det fluidiserte sjikt vil de aktive media ikke strømme opp gjennom kanalen 56 til klaringskammeret 18 hvis der ikke finnes et overskudd forårsaket av en vekst.i den mikrobielle populasjon.

Biokjemiske reaksjoner skjer også i klargjøringskammeret 18. For å sikre at aktive mikroorganismer finnes i klargjørings-kammeret, uten å basere seg på at et overskudd overføres via kanalen 56.. så er det anordnet en luftpumpe 58 for å pumpe det aktive media som inneholder mikroorganismene inn i klargjø-ringskammeret 18 via kanalen 60. Kjemikalier såsom alun og flokkuleringsmidler kan innføres i klargjøringskammeret i henhold til standard avfallsbehandlingsprosedyrer.

Klaringskammeret tjener for å skille suspendert faststoff

fra avfallsvannet og ytterligere for å redusere nivået av forurensninger i slikt vann for å tilveiebringe en klar, luktfri effluent med konsentrasjon av fosfater, nitrater, nitritter,amrøniakk og BOD, som er sikker for omgivelsene og resipienten.

I klaringskammeret 18 dannes et fluidisert sjikt generelt

i området 62 ved å sikre strømninger slik som vist i tegningene i pilenes retninger. Luftpumper 64 trekker væske fra det fluidiserte sjiktområdet i pilenes 66 retning og løfter væsken oppover i en ringformet kanal 68.. Materia-

let strømmer over inn og nedover i kanalen 70 når det kombineres med avløpet som kommer fra slamseparasjonskammeret 16. Mengden av oppløst oksygen i det behandlede avfallsvann i kanalen 70 fra klargjøreren er vanligvis under 1 mg/l slik at den blandede mikrobielle populasjon i virkeligheten befinner seg i et ikke-oksyderende miljø. Den respirerende denitrifisering av nitritter og nitrater fortsettes hvor den gjenværende del av organiske bestanddeler absorberer på

overflaten av det pulverformige materialet og tjener som en karbonkilde for å opprettholde de biologiske reaksjoner. Når dette materialet løper ut av kanalen 70 så strømmer det oppover i pilenes 71 retning. Som følge av kammeret 18's utforming med de oppadrettede hellende sidevegger vil strømningshastig-heten av væsken være høyest ved bunnen og avta når væsken strømmer oppad og vil derved på en effektiv måte danne et fluidisert sjikt av de aktive media i området 62. Over de aktive media dannes et lag 72 av lettere partikler eller slam fra hvilket en del av faststoffet ekstraheres av en skimme-.anordning 74 og enten føres tilbake til luftekammeret 14 via kanalen'76 eller en del utføres via kanalen 78.

Flokkuleringsmidler og koaguleringsmidler kari tilsettes for en fullstendig fjerning av fosfater og annet uønsket suspendert faststoff, i henhold til standard avfallsbehandlingsteknikker, for å tilveiebringe et klargjort avfallsvann i den øvre del 80 av klargjøringskammeret. Eventuelt faststoff som flyter på vannoverflaten kan fjernes av en skimmeanordning 82 og føres tilbake til luftekammeret 14 via kanalen 84. Avløpet forlater klargjøringskammeret via kanalen 86 hvor flytende faststoff .fraskilles fra avløpet ved hjelp av en felle 88.

Det pulveriserte mineral eller mineraler kan tilsettes luftekammeret eller klargjøringskammeret. Mineralene blir da sir-kulert blant de gjenværende kamre via strømningene i systemet. En vesentlig del av mineralet sirkulerer i klargjørings-kammeret som følge av dets større størrelse. Som ovenfor omtalt vil i det fluidiserte sjiktarealet 62 topplagre 72

av dette inneholde i det vesentlige de biologiske faststoffer blandet med presipitater og noen mineraler. Den nedre del av det fluidiserte sjikt inneholder hoveddelen av de pulveriserte materialer. Således består overskuddet av slammet som fjernes av skimmeanordningen 72 i det vesent-'' lige av ikke-degraderbart faststoff, overskudd av biologisk faststoff, dannede presipitater og visse mineraler som resirkuleres. Oksygenet som er nødvendig for å bibeholde bio-oksydering av det gjenværende organiske materialet og ammo-niakk i det fluidiserte sjikt 62 innføres ved hjelp av luft-diffusører 64. En mindre mengde av de aktive media resirkuleres

til klargjøringstanken via rørledningene 60 og 61 for å supple-raentere de aktive mikroorganismer i klargjøringskaret. I

kaldt vær kan aktiviteten av mikroorganismene i det fluidiserte sjikt i klargjøringskaret forøkes ved tilsetning av metanol eller andre akseptable karbonkilder i tillegg til det organiske materialet som allerede er tilstede i vannet for å tilfredsstille mikroorganismenes diett.

Som det vil forstås vil avfallsvannet som kontaktes med de aktive media behandles i forskjellige kammere i behandlingssystemet for å tilveiebringe et klargjort avløp som etter desinfisering ved ozonbehandling e.l. er sikkert for utfør-

sel til en resipient. Behandlingssystemet tilveiebringer ved hjelp av et valgt strømningssystem et fluidisert sjikt,

som fremmer fjernelse av forurensninger fra avfallsvann på

en effektiv måte. Et slikt system kan i betydelig grad mini-atyriseres for anvendelse i begrensede områder, såsom for behandling av husholdningsavfall i leiligheter, bygårder, enkelte famielboliger o.l.. Det vil imidlertid også forstås at systemet kan forstørres i vesentlig grad for å håndtere meget store volumer av byavfallsvann. Fig. 2-4 viser foretrukne utførelsesformer av det foreliggende apparat for behandling av husholdningsavfallsvann.

Fig. 2 viser utligningskammeret 90, luftekammeret 92 og slamseparasjonskammeret 94. Klaringskammeret er anord-

net ved baksiden som vist skygget ved 96. Dette system er derfor analogt ved å fungere på samme måte som systemet skjematisk vist i fig. 1. Råavfallsvann innføres i utligningskammeret 90 hvor nivået i utligningskammeret kan gå

så høyt som til nivået ved linjen 98. Utligningskammeret 90 er adskilt fra luftekammeret 94 ved skilleanordningen 100. Det behandlede avfallsvann i luftekammeret 92 føres tilbake til utligningskammeret 90 ved hjelp av en V-formet åpning 102 anordnet i skilleanordningen 100. Blandingen av de aktive media .og rå.avf allsvann i utligningskammeret løftes inn i luftekammeret 92 ved hjelp av luftpumpen 104 og ut-føres i pilens 106 retning.

Hastigheten med hvilken luftpumpen 104 pumper avfallsvannet inn i luftekammeret 92 varierer avhengig av det hydrostatiske trykk av avfallsvæsken i utligningskammeret. Hvis det er en stor innstrømning av avfallsvann som hever nivået i kammeret 90 vil luftpumpen 104 pumpe med en større hastighet. Strømningshastigheten i luftekammeret og de gjenværende kamre er avhengig av strømningshastigheten av avfallsvann gjennom luftpumpen 104. Utligningskammeret 90 vil derfor dempe top^-per i strømningshastigheter for det innkommende rå avfallsvann .

De aktive media sirkuleres gjennom luftekammeret 92 og slam-separas jonskammeret 94 ved hjelp av luftdiffusører 108 som er anordnet bak skilleveggen 110. Et inntak 112 er anordnet ved bunnen av reaktoren, slik som tydeligere vist i fig.

4. En luftekanal 114 er definert mellom skilleveggen 110 og bakveggen 116 i luftekammeret. Avfallsvann og de aktive media løftes opp gjennom kanalen 114 av luftdiffusører 108

og renner over ved toppen av skilleveggen 110 og inn i luftekammeret 92. Avfallsvannet og de aktive media beveges nedover i luftekammeret 92 og bringes til å strømme mot fronten av kammeret i pilen 117's retning ved hjelp av den hellende skilleplate 118. Skilleveggen utstrekker seg hele veien over kammeret 92 til dets sidevegger 100 og 101 og isolerer kammeret 92 fra kammeret 94. Avfallsvannet føres inn i slam-<:>separasjonskammeret 94 gjennom gapet 120 ved bunnen av skilleveggen 118. Gapet 120 utgjør en innsnevring i væskestrøm-men slik at strømningshastigheten forøkes når strømmen stiger i pilen 121's retning og danner derved et fluidisert sjikt i skillekammeret 94. Mineralet som er tilstede i de aktive media bevirker en tilbakeholdelse av de aktive mikroorganismer i det fluidiserte sjikt slik at i den øvre del av kammeret 94 vil skimmeanordningen 122 fjerne behandlet avfallsvann og overføre dette ved hjelp av luftpumpen 124 gjennom kanalen 132 i pilen 126's retning. En liten del av det aktive media kan kontinuerlig sirkuleres fra luftekammeret 92 til klaringskammeret 96 ved hjelp av luftpum-

pen 128 via kanalen 134 i pilen 130's retning.

I henhold til fig. 3 innføres det aktive media og behandlet avfallsvann inn i klaringskammeret 96 via en traktformet nedstrømningskanal 13 6.Bunnen 13 8 av den trakteformede kanal ligger over bunnen 140 i klaringskammeret og definerer et gap 142 slik som vist i fig. 4. Fra dette punkt vil materialet strømme oppover i pilen 146's retning og danne et fluidisert sjikt av de aktive media i området 144.Hellende pla-ter 148 og 150 definerer et kammer 145 rundt den traktformede kanal 136. Platene 148 og 150 utstrekker seg oppover i en tilstrekkelig lengde til å tilveiebringe et passende volum for å sikre dannelse og bibeholdelse av et fluidisert sjikt i kammeret 14 5. Luftpumper 152 og 154 er anordnet mellom platene 148 og 150 og de respektive yttervegger 149 og 151

i klaringskammeret. Luftpumpene har inntakene 156 og 158

for uttrekning av materialet fra bunnen av slamavsetnings-kamrene 160 og 162 og løfter dette materialet oppover og i retning inn i det traktformede kammer 13 6. Plasseringen av inntakene 156 og 158 bidrar til avsetning av slam i kamrene 160 og 162. Åpningene 164 og 166 er rettet på en slik måte at materialet i den traktformede kanal 136 danner en virvel i det traktformede kammer for å fremme blanding av materialet. Luftpumpene 152 og 154 tilfører noe oksygen til de aktive media slik at den biologiske oksydasjon av forurensningene kan fortsette mens de aktive media og avfallsvannet synker ned i kammeret 13 6'.

De aktive media og avfallsvannet fra det fluidiserte sjikt 144 heves direkte fra det fluidiserte sjikt ved hjelp av luftpumpen 168 og føres rett inn i kammeret 136 for å

sikre et nivå av de aktive media i nedstrømsdelen i det traktformede kammer 13 6.

Flytende faststoff skimmes av på overflaten ved hjelp av skimmere 170 og 172 og føres tilbake til luftekammeret og til utjevningskammeret ved hjelp av kanalene 174 og 176.

En del av det avsatte slam ekstraheres fra slamavsetningskammeret 160 ved hjelp av en luftpumpe 178 og føres til-

bake til utjevningskammeret ved hjelp av røret 180. Noe av det tilbakeførte slam kan kastes via en T-forbindelse 181 i

rørledningen 180.

Det klarede avløp som ligger over.det fluidiserte sjiktareal 146 og slamavsetningskammeret 148 er adskilt fra klargjørings-kammeret ved en separator 182. En skilleplate 184 er anordnet under separatoren 182 for å avbøye den oppadrettede strøm av lettere, suspenderte faststoff i det fluidiserte sjikt bort fra separatoren 182.

Det valgte mineral eller mineraler kan tilsettes klargjørings-kammeret, idet, som følge av resirkuleringen av de aktive media mellom klargjøringskammeret og luftekammeret, systemet vil komme i likevekt med en hovedbestanddel av materialene sirkulerende i klargjøringskammeret og en mindre del vil sirkulere i lufte- og slamseparasjonskamrene.

Avløpet fra separatoren 182 kan oppsamles i en sump og peri-odisk pumpes fra denne til avløp. Som tidligere diskutert kan flokkuleringsmidler.rog kjemikalier som forårsaker presipitering av forskjellige ioner i avfallsvannet tilsettes til klargjøringskammeret. Tilsetningen av disse behandlings-materialene kan skje ved hjelp av en målepumpehvor- den tilsatte mengde er,basert på mengden av avløpet. Det følger at ved anvendelse av en sump for å oppsamle avløpet kan,

hver gang sumppumpen aktiveres for å utføre en forhånds-bestemt mengde av avløpet, målepumpen også aktiveres for å avgi den ønskede mengde av behandlingskjemikaler.

En fagmann vil forstå at forskjellige typer flokkuleringsmidler kan anvendes i henhold til standard avløpsbehandlings-teknikker. Spesielt nyttige midler er kationiskepolyelek-trolytter såsom "CATFLOC" (Calgon Corporation).

Fig. 5 viser den effekt tilsetningen av mineraler har på fellingshastigheten for de aktive media. Kurve 1 viser fellingstiden for standard aktivert slam, kurve 2 viser fellingstiden for kombinasjonen av standard aktivert slam med a"ktivert karbon og kurve 3 viser f ellingstiden for kombinasjonen av mineralet, aktivert karbon og aktive mikroorganismer.

Kurve 3 ligger vesentlig under kurve 1. Det er derfor klart at tilsetning av mineraler til de aktive mikroorganismer i vesetnlig grad forøker densiteten til de aktive media og slik bidrar til felling av slammet.

Eksempel 1

Reaktorsystemet vist i fig. 2, 3 og 4 ble anvendt for å behandle husholdningsavfallsvann fra en leiegård i Toronto, Canada. Totalvolumet av avfallsvann som ble behandlet lå

i området 450 - 1640 l/døgn på basis av en satsvis strøm.

For sammenligningsformål ble to forsøk utført. I forsøk 1 ble Gibbsite-mineralet tilsatt de aktive mikroorganismer sammen med pulverisert, aktivert karbon, koaguleringsmiddel og alun. I forsøk 2 ble tilsatt de samme ingredienser som angitt i forsøk 1 og ytterligere ble det tilsatt metanol til klargjøringskaret. Flokkuleringsmidlet og alun ble tilsatt for å oppnå maksimal klaring av avløpet.

Driftsparametrene for prosessen er vist i tabell 1 og de kvantitative resultater av forsøkene er vist i tabell 2. Middelverdien er notert for de uttatte prøver.

I

Under henvisning til tabell 2 kan det sees at ammoniakken i

forsøk 1 i det vesentlige var fjernet, imidlertid var det fremdeles et høyt nivå av nitrater i systemet. Tilsetningen av metanol til klaringskammeret i forsøk 2 tilveiebrakte en ytterligere karbonkilde som var nødvendig for å tilfredsstille mikroorganismenes diett for å fremme den respirerende denitrifisering av nitrater og nitritter, hvilket fremgår av den betydelige reduksjon av nivået for nitrater til 1,5 mg/l. Anvendelse av mineraler i fluidiserte sjikt i avfålls-vannbehandlingssystemet av den beskrevne type fremskaffer en effektiv fjernelse av forurensninger fra avfallsvæske slik som vist i tabellene 1 og 2.

Claims (15)

1. Fremgangsmåte ved rensing av avløpsvann for å fjerne biodegraderbart, suspendert og oppløst organisk faststoff og nitrogenhoIdige forbindelser, samt fosfater fra forurenset vann ved biologiske og kjemiske reaksjoner, karakterisert ved at disse reaksjoner utføres samtidig i nærvær av et aktivt medium innbefattende en blandet mikrobiell populasjon og pulveriserte mineraler, og som omfatter: i) tilsette systemet i det vesentlige på en tidsbasis et finfordelt mineral med en partikkelstørrelse mindre enn 50 mesh til å gi en konsentrasjon av mineralet i de£ aktive media i området 1 - 200 g/l, og hvor det tilsatte mineral har de følgende egenskaper: a) det er ikke-toksisk overfor mikroorganismene, b) har en overflate som tiltrekker mikroorganismene og absorberer organiske bestanddeler, nitrogenholdige forbindelser og fosfater og fremmer de samtidige biologiske og kjemiske reaksjoner som finner sted, og c) har en begrenset oppløselighét i avfallsvannet som behandles/ og hvor metallioner som frigjøres ved mineralets dissosiasjon i vannet omsettes med tilstedeværende fosfater under dannelse av uoppløselige metallfosfater, ii) oppbygge en blandet mikrobiell populasjon ved å holde tilbake og dyrke forskjellige mikroorganismer som er tilstede i vannet på overflatene av mineralpartiklene som holdes tilbake i forskjellige soner i reaksjonssystemet, iii) sirkulere det aktive medium som innbefatter den blandede mikrobielle populasjon og pulveriserte mineraler gjennom et reaksjonssystem som omfatter 3 soner i hvilke biologisk oksydasjon og biologiskedenitrifiseringsreaksjoner finner sted samtidig med kjemiske reaksjoner i systemet, iv) føre det forurensede vann gjennom den førtse biologiske oksydasjonssone for å kontakte vannet med det aktive medium, hvor denne prosess omfatter: a) bibeholde konsentrasjonen av oppløst oksygen i sonens oppstrømsende ved ca. 1-2 mg/l for å underholde den biologiske oksydasjon av biodegraderbare organiske faststoffer til karbondioksyd og den biologiske oksydasjon av nitrogenholdige forbindelser til nitritter og nitrater, idet det pulverformige mineral fremmer de biologiske oksydasjonsreaksjoner ved konsentrering av mikroorganismene og de organiske, nitrogenholdige forbindelser på partiklenes overflate, b) kontrollere styretidsrommet som det forurensede vann holdes i den første sone ved dets strøm gjennom denne slik at det holdes en konsentrasjon av oppløst oksygen i nedstrøms-enden av den første sone på under 1 mg/l for derved å påskynde biologiske denitrifiseringsreaksjoner ved at mengden av oppløst oksygen senkes ved de biologiske og kjemiske reaksjoner, og samtidig 1 ; i c) felle fosfationer ved omsetning av metallionene som fri-gjøres ved dissosiasjon av mineralet ved at fosfationene danner uoppløselige presipitater og derved senker konsentrasjonen av fosfationer i den første sone av systemet, v) føre dette vann og deler av det aktive medium fra den første sone oppover gjennom den andre sone som er en slamfel^ lingssone, hvori biologiske denitrifiseringsreaksjoner fort-setter, og hvori denne andre sone konsentrasjonen av oppløst oksygen senkes ytterligere til mindre enn 0,5 mg/l og hvor de biologiske denitrifiseringsreaksjoner senker konsentrasjonen av nitritter og nitrater, idet det pulverformige mineral i det aktive medium fremmer de biologiske respirasjons-denitrifiseringsreaksjoner som følge av at det organiske materialet hefter til mineralpartiklene og samtidig presipi-terer mere gjenværende fosfationer ved frigjørelse av metallioner fra mineralet og derved ytterligere reduserer konsentrasjonen av fosfationer i det behandlede vann, vi) kontrollere den oppadrettede strøm av vann i den andre sone for å tilveiebringe et rolig område som tillater at det meste av det aktive medium skilles fra vannet, vii) føre vannet og en mindre andel av det aktive medium fra den andre sone til den tredje sone som er en klaringssone, bibeholde konsentrasjonen av oppløst oksygen i den tredje sone på under 1 mg/l slik at de biologiske denitrifiseringsreaksjoner fortsettes, idet det gjenværende organiske materialet absorbert på det pulverformige materia-lets overflater understøtter aktiviteten av denitrifiserings-organismene,og hvor presipiteringen av fosfationer fort-setter som følge av den konstante frigjørelse av.metallioner fra mineralet slik at konsentrasjonen av fosfationer i det behandlede vann senkes ytterligere, og separere det behandlede vann fra det aktive medium for å tilveiebringe et klargjort avløp med i det vesentlige nedsatte konsentrasjoner av suspendert faststoff, organiske bestanddeler, nitrogenholdige forbindelser og fosfater, viii) resirkulere en del av det aktive medium fra den tredje sone til den første biologiske oksydasjonssone, og ix) uttrekke en del av det aktive medium fra den tredje, sone som er klaringssonen, lufte denne del og resirkulere det luftede aktive medium tilbake til klaringssonen, hvori mengden av oppløst oksygen holdes ved under 1 mg/l.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved • at oppstrømningshastigheten i den andre slamfellingssonen kontrolleres slik at det i sonens nedre del dannes et fluidisert sjikt av det aktive medium for ef-. fektivt å fjerne suspenderte partikler fra det oppadstrøm-mende, behandlede vann for å tilveiebringe en effektiv reak-sjonssone for de biologiske og kjemiske presipiteringsreak-sjoner som samtidig finner sted.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at et fluidisert sjikt av aktivt medium etablerers i det nedre området av den tredje klaringssone for å forøke konsentrasjonen av aktive mikroorganismer i denne sone for å fremme kontakt mellom mikroorganismene og vann som strømmer opp i denne sone, og for å tilveiebringe en effektiv separasjon av suspendert faststoff fra det behandlede vann ved hjelp av det fluidiserte aktive medium, idet høyden av det fluidiserte sjikt som etableres i den tredje klaringssone er tilstrekkelig for å tillate separasjon av det aktive media fra det behandlede vann for å tilveiebringe et klart avløp.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det før den første biologiske oksydasjonssone anordnes en utligningssone, innføre det forurensede vann som skal behandles . i utligningssonen,, blande innholdet i denne sone med luft/ overføre kontinuerlig en del av slikt vann fra utligningssonen til den første biologiske oksydasjonssone, resirkulere en del av det aktive medium fra den første biologiske oksydasjonssone til utligningssonen for å påbegynne de forskjellige I biologiske og kjemiske reaksjonssoner i utligningssonen, samt å bibeholde en konsentrasjon av oppløst oksygen i utligningssonen under 1 mg/l.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at en del av det aktive medium fra den første biologiske oksydasjonssone konstant overføres til den tredje klaringssone for å etablere og bibeholde et nivå av aktivt medium deri.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at mineralet som tilsettes omfatter Calcitt, Cerussitt, Clinoptilolitt,K orundum-, Diaspor, Gibbsitt, Halloysitt, Hematitt, Kyanitt, Milleritt eller blandinger derav.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakteris, sert ved at aktivt karbon tilsettes vannet i et forhold av aktivt karbon til mineralet ligger i området 1:10 - 1:3, og at det aktiverte karbon tilsettes i form av et pulver eller granulat.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at det fluidiserte sjikt av aktivert slam tilsettes alun for å tilveiebringe fjernelse av fosfater fra det forurensede vann, og hvor alunet tilsettes i en mengde tilsvarende 20 - 200 mg/l.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at et flokkuleringsmiddel tilsettes det fluidiserte sjikt av aktivt slam for å fjerne suspendert' faststoff fra det forurensede vann.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at en karbonkilde tilsettes klaringskammeret for å bevirke respirerende denitrifisering av nitrater og nitritter. og hvor karbonkilden assimileres av mikroorganismene i det aktive medium.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at slam uttrekkes fra klaringskammeret ved det øvre nivå av det fluidiserte sjikt, og at en del av dette føres tilbake til luftekammeret og at resten kastes.

12. Apparat for rensing av forurenset vann for utførelse av fremgangsmåten i henhold til kravene 1-11, karakterisert ved at det omfatter et utligningskammer, et luftekammeret et slamseparasjonskammer og et klaringskammer, og hvori forurenset vann overføres fra utligningskammeret til luftekammeret, og hvor en hellende plate skiller luftekammeret fra slamseparasjonskammeret hvor den smaleste del av luftekammeret ligger under den smaleste del av slam-separas jonskammeret , den nedre ende av den hellende plate danner en innsnevring for vannstrø mmen fira luf tekammeret til slamseparasjonsakammeret, slik at strømningshastigheten for vannet forøkes når det føres inn i slamseparasjonskammeret, hvori det strømmer oppover og danner et fluidisert sjikt av aktivt slam, og hvor høyden av slamseparasjonskammeret er tilstrekkelig til å dempe den oppadrettede strøm av slikt vann deri, slik at det dannes en rolig sone i den øvre del av slamseparasjonskammeret over den fluidiserte sjiktregion, for å fremme en effektiv separasjon av en vesentlig del av det aktiverte slam fra det behandlede, forurensede vann.

13. Apparat ifølge krav 12, karakterisert ved at det er anordnet en iuftekanal i luftekammeret, og hvor luftekanalen kommuniserer med slamseparasjonskammeret for å muliggjøre uttrekning av det aktive medium innbefattende aktivt slam og forurensninger fra den øvre del av det fluidiserte sjikt og resirkulere dette til luftekammeret.

14. Apparat ifølge krav 12, karakterisert ved et klaringskammer for fjerning av suspendert faststoff og presipitater fra det behandlede vann, idet klaringskammeret omfatter en nedstrømskanal til hvilken det behandlede vann innføres, en skilleanordning som utrekker seg oppover fra bunnen av kammeret og som sammen med nedstrømska- nalen danner et oppstrømningskammer,og hvor skilleanordningenj er adskilt fra sideveggen i klaringskammeret for å definere et nedstrøms slamfellingskammer, en pumpe med inntak i bunnen av slamfellingskammeret for pumping av avsatt slam oppover og inn i nedstrømskanalen, og hvor pumping av slammet danner en strøm av behandlet vann gjennom klaringskammeret med en tilstrekkelig hastighet for å fluidisere det aktive slam i området av oppstrømskammeret.

15. Apparat ifølge krav 14, karakterisert ved at skilleanordningen utstrekker seg i en tilstrekkelig lengde og er adskilt fra nedstrømskanalen i en tilstrekkelig avstand for å tilveiebringe et oppstrømskammer med et volum som kan holde det fluidiserte sjikt av aktivert slam for en spesiell strømningshastighet av behandlet vann gjennom dette.