NO783461L

NO783461L - Aerob/anaerob slamfermenteringsprosess.

Info

Publication number: NO783461L
Application number: NO783461A
Authority: NO
Inventors: Michael Stephen Gould; Ladislas Charles Matsch
Original assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1977-10-13
Filing date: 1978-10-12
Publication date: 1979-04-18
Also published as: HU180967B; PL210269A1

Abstract

Aerob/anaerob slamfermenteringsprosess.

Description

Foreliggende oppfinnelse angår generelt en fremgangsmåte for varmfermentering av slam, utført under aerobe og anaerobe betingelser.

Med fortsatt vekst i industri og befolkning øker problemene i forbindelse med avvannsdisponering på tilsvarende måte. Selv om fysikalske, kjemiske og biologiske behandlings-systemer er utviklet slik at de effektivt kan behandle foru-renset vann for å oppnå et avløp egnet for utslipp til natur-lige resipienter, blir ifølge så og si alle de prinsipiellé avvanssysterner som i dag benyttes, heri inkludert klaring, kjemisk utfelling, biologisk filtrering og aktivert slam, det forurensede vann. omdannet til en konsentrert form kalt slam. Spesielt når det gjelder slamaktiveringsprosessen som hører tilden mest populære av de som i dag benyttes, er det vanligvis en betydelig nettoproduksjon av flyktig suspenderte faststoffer (MLVSS), dvs. at hastigheten for cellesyntese overskrider hastigheten for celledestruksjon. Derfor bygges det opp enøkende mengde slam, og overskuddet av aktivert slam må kasseres fra prosessen, enten kontinuerlig eller periodisk.

Da de totale volumer avvann som krever behandling, øker, spesielt under påvirkning av økende strenge krav fra myndig-hetene, blir mengden av spillslam som fremstilles ved de ovenfor angitte avvannsbehandlingsprosesser tilsvarende øket. I henhold til dette er det meget ønskelig å behandle dette slam på en slik måte at det lett og økonomisk kan disponeres uten å skape ytterligere forurensningsproblemer i økosfæren. Mange forsøk er gjort på å utvikle eller å forbedre slambehandlings-teknologien og også er det forsøkt å forbedre foreliggende slambehandlingsprosesser, men alikevel foreligger det et stort behov for bedre og mer effektive slambehandlingssysterner..

Hovedformålet ved alle slambehandlingsprosesser er økonomisk og effektivt å redusere og å stabilisere slamfaststoffene. I tillegg til dette bør slambehandlingssystemet også gi et sluttprodukt som helt ut er egnet for sluttdisponering uten ytterlige fysikalsk eller kjemisk behandling. I konvensjonell praksis blir slamdisponering vanligvis utført ved enten å dumpe det hele i havet, forbrenne.det, fylle opp landforsenk-ninger eller spre det ut over land. I mange tilfelle benyttes landdisponering, og dette er spesielt attraktivt på grunn av minimale langsiktige omgivelsesvirkninger. Således kan landut-spredning av slam være meget fordelaktig i forbindelse med å fremme rekondisjonering av jordsmonnet. Imidlertid krever bruken av landspredning som et siste slamdisponeringstrinn, et godt pasteurisert sluttprodukt slik at konsentrasjonen av patogene organismer i slammet er tilstrekkelig lav til å unngå

en potensiell helserisiko ved disponeringen av slammet i Tradisjonel er tre distinkte prosesser benyttet for behandling av slam, biologisk.dam, anaerob fermentering og aerob fermentering.

Biologiske dammer benyttes génerelt i form av forholdsvis hule utgravde bassenger i jorden som strekker seg over et visst landareal, og som holder tilbake avvannet før den endelige disponering. Slike dammer tillater biologisk oksydasjon av organisk materiale ved naturlig eller kunstig aksellerert overføring av oksygen til vannet fra omgivende luft. Under bio-oksydasjonsprosessen blir faststoffene i avvannet biologisk ned-brudt i en viss grad og setter seg til slutt på bunnen av dammen, hvor det kan bli anaerobt og stabiliseres ytterligere. Periodisk kan dammen dreneres og det avsatte slam fjernes for å fornye den volumetriske kapasitet for ytterligere avvannsbehandling, mens avtrukket slam benyttes f.eks. for landoppfylling. Biologiske dammer representerer således et funksjonelt enkeltsystem for avvann- og slambehandling. Bruken av bilogiske dammer har imidlertid begrenset anvendlighet fordi en slik drift krever relativt store arealer. Videre vil nivået av patogene bakterier i slammet ikke reduseres vesentlig ved denne behandlings-

og disponeringsmetode.

Anaerob fermentering har generelt vært den oftest brukte fermenteringsprosess for stabilisering av konsentrerte organiske

/

faststoffer slik de fjernes fra avsetningstanker, biologiske filt-ere og aktivt slamanlegg. I vanlig praksis blir overskuddet av slam akkumulert i store overbygde fermentere der slammet fermenteres anaerobt i 20-30 dager. Hovedgrunnen for kommersiell god-kjennelse av anaerob slamfermentering er at denne metode er i stand til å stabilisere store volumer av fortynnede organiske oppslemminger, resulterer i en lav biomasseproduksjon, gir et relativt lett avvannbart slam og gir metangass. I tillegg menes det at anaerob fermentering gir et pasteurisert slam. Selv. om denne pasteuriseringskapasitet ved den anaerobe fermentering er usikker, blir anaerob fermentering hyppig brukt i praksis fordi den resulterer i en fast rest i rimelig fast form som kan kasseres som landfyllmiddel uten å skape noen vesentlig misnøye. Denne anaerobe fermentering blir karakteristisk gjennomført i store tanker som vanligvis er mer eller mindre blandet, enten mekanisk eller ved tilbakeføring av komprimert fermenteringsgass. Slik blandingøker hurtig slamstabiliseringsreaksjonene ved å danne en stor sone aktiv dekomponering.

Som antydet ovenfor er anaerob fermentering som oftest gjennomført med lange oppholdstider i størrelsesorden 20-30 dager uten varmetilførsel til systemet. Det er funnet i den kjente teknikk at forhøyede temperaturer i det mesofile område av 30-40°C muliggjør en reduksjon av kravet til retensjonstid til ca. 12-20 dager. En slik reduksjon av behandlingstiden er en konsekvens av det faktum at aktiviseringsgraden av organismene som er ansvar-lige for fermenteringen, sterkt påvirkes av temperaturen og at i sterkt aktive mesofile mikroorganismer er den dominante mikrobielle stamme i temperaturområdet 30-40°C. De beste temperaturer for mesofil fermentering ligger innen området 35-38°C med minimale oppholdstider i størrelsesorden 12-15 dager. Temperaturer opptil 35°C øker fermenteringshastigheten og kan tillate kortere oppholdstider, men på bekostning av systemdriftsstabiliteten mens temperaturer under 35°C krever lengere oppholdstider.

Metangass fremstilles ved den anerobe fermentering og benyttes karakteristisk ved forbrenningsvarmere for å kompensere for varmetap ved den anerobe fermentering ved forhøyet temperatur. Imidlertid har sessongbetingede temperaturvariasjoner og -flukt-ueringer en betydelig virkning både på metangass fremstillingen og mengden oppvarming som er nødvendig for å holde fermenterings sonen ved det ønskede nivå under drift. Hvis betingelser med forhøyet temperatur skal opprettholdes året rundt, i den anaerobe fermenteringssone, er som et resultat derav, en ytterligere varme-kilde generelt en vesentlig del av slamfermenteringssysternet.

Fordi hastigheten for anaerob fermentering og den derav resulterende metangassdannelse sterkt påvirkes av innholdet av suspenderte faststoffer i slammet som behandles og av temperatur-nivået i•fermenteringssonen, er det generelt ønskelig å mate til et så konsentrert slam som mulig til fermenteren for derved å minimalisere varmetap i den stabiliserte avløpsslamstrøm som slipper ut fra den anaerobe fermenter, mens man samtidig maksimaliserer metanproduksjonen i fermenteren. Imidlertid er det vanskelig å opprettholde disse forhøyede temperaturer i den anaerobe fermenter på økonomisk måte, spesielt i løpet av vinteren. Videre kan selv forholdsvis små temperaturfluktueringer i den anaerobe fermenteringssone resultere i uforholdsmessig alvorlige prosessforsinkelser og også surgjøring av fermenterinnholdet slik fag-folk kjenner til.

Ved den anaerobe fermenteringsprosess underkastes slam-fåststoffene som behandles i det vesentlige tre distinkte etterhverandre følgende behandlingsfaser: først gjennomføres en opp-løseliggjøringspériode, deretter en periode med intens syreproduk-sjon (surgjøring) og tilslutt en periode med intens fermentering og stabilisering (gassdannelse). Hvert av disse trinn karakteriseres ved produksjon av forskjellige mellomprodukter og slutt-produkter i.fermenteringssonen. Under vanlige driftsbetingelser skjer alle tre faser samtidig. De primære gasser som fremstilles, under den siste gassdannelse er metan og karbondioksyd som vanligvis utgjør mér enn 95% av den utviklede gass hvorved 65-70% omfatter metan. Produksjonen av metangass ved anaerob fermentering stammer fra nedbrytning av mange forbindelser ved tallrike uavhengige biokjemiske reaksjoner som skjer.på nøyak-tig og integrert måte. De komplekse organiske forekomster i . slammet omdannes ved et antall vanlige bakterier kalt syredann-ere til flyktige syrer og alkoholer uten fremstilling av metan. Disse produkter fra syredannelsesfasen blir deretter omdannet

til metan ved hjelp av et annet spektrum av bakterier kjent som metandannere.

De fakultative syredannende bakterier som benyttes ved anaerob fermentering er sterke og meget resistente overfor prosessforandringer i omgivelsene. Metandannelsesbakteriene krever på den annen side anaerobe betingelser og er ekstremt følsomme overfor prosessforandringer i omgivelsene. Av slike grunner bør oksygen ikke være tilstede i den anaerobe fermenteringssone. Enhver tilførsel av luft til fermenteren vil ugunstig påvirke metanfermenteringen såvel som at det dannes en potensielt farlig situasjon på grunn av en kombinering av brennbar metangass med oksygen. I tillegg er de metandannende bakterier følsomme overfor slike prosessbetingelser som pH-variasjoner og nærværet av detergentsier, ammoniakk og sulfider. I denne henseende er temperaturstabiliteten i den anaerobe fermenteringssone spesielt viktig. Metandannerne som er nødvendige ved fermenterings-prosessen er sterkt følsomme overfor temperaturfluktueringer, noe som reduserer deres aktivitet og leveevne og resulterer i uforholdsmessig sterk vekst av syredannerne. Dette resulterer i utilstrekkelig stabilisert slam og et slamprodukt som er uegnet uten ytterligere behandling for landoppfylling eller lignende disponering. Videre har disse metandannere en relativt lav veksthastighet, og en slik faktor nødvendiggjør lenger oppholdstid i den anaerobe fermentering selv ved mesofile temperaturer. På grunn "av denne lave veksthastighet er det en fare for vasking av de metandannende organismer ut av fermenteren hvis slamfaststoff-oppholdstiden reduseres til under de tidligere nevnte nedre grenser for denne. Idet den anaerobe fermenter således krever lange oppholdstider for. å sikre nærværet av adekvat mengde metandannere og den innløpende slamstrømnings-hastighet til fermenteringssonen vanligvis er relativt lav, er tankkravene for fermenteren meget store. Drift ved forhøyet temperatur er således vanskelig, noe som krever store tilførsler av varme til fermenteren sammen med en nøye kontroll av fermen-tertemperaturnivået. Som tidligere nevnt har den kjente teknikk vis a vis disse betraktninger benyttet metan som ble fremstilt ved anaerob forbrenning som oppvarmingsbrensel for fermenteren for således å opprettholde konstante forhøyede temperaturnivåer selv under ekstreme omgivelsestemperaturfluktueringer. Slik bruk av metan har vist seg effektiv idet man minimaliserer de store varmeenergikrav ved prosessen.

Som et alternativ til de tidligere angitte metoder, kan bionedbrytbart slam fermenteres aerobt. Luft har vanligvis blitt benyttet i praksis som oksydant for dette formål. Det er kjent at aerob fermentering skjer hurtigere ved forhøyede temperaturer. Etterhvert som temperaturen stiger fra 35°C, reduserer populasjonen av mesofile mikroorganismer mens den termofile formøker. Temperaturområdet fra 45-75°C angis ofte som det termofile område der termofile organismer dominerer og der de fleste mesofile .... former er borte. Over dette område reduseres populasjonen av termofile organismer og ved 90°C blir systemet i det vesentlige, sterilt. På grunn av den hurtigere oksydasjon av slam, oppnår man ved termofil fermentering en mer komplett fjerning av bionedbrytbare flyktig suspenderte faststoffer enn den samme fer-menteringsperiode ved omgivelsestemperatur. Man oppnår en mer stabil rest som kan disponeres uten sjenanse. Det er også fast-slått at termofil fermentering effektiv, kan redusere eller eliminere populasjonen av patogene bakterier i slammet, hvorved man unngår den potensielle helserisiko i forbindelse med disponeringen .

Når man benytter systemer med difundert luft for å tilføre oksygen til fermenteringen, mens luften føres gjennom slamlegemet i en fermenteringstank og fritt luftes ut til atmosfæren, kan varmetapet fra slammet til luften som føres gjennom fermenteren, bli ganske vesentlig. Som et resultat har aerob fermentering med luft tidligere typisk medført fermentering med mesofile mikroorganismer. Luftsystemer generelt benyttes ikke for å utføre termofil fermentering, hvis ikke vesentlige mengder varmeenergi lett er tilgjengelig for å opprettholde temperaturen i slammet i fermenteren innen det termofile område. En slik situasjon kan f.eks. foreligge hvis fermenteringssystemet be-finner seg nær et kraftanlegg som produserer store mengder spillvarme, slik at en slik energi, i det. vesentlige er ledig for bruk i fermenteringsanlegget. Luft inneholder kun 21% oksygen

og kun 5-10% av oksygeninnholdet er oppløst. Som et resultat,

må en stor mengde luft tilføres for å dekke oksygenkravene, og den følbare varme i den "brukte" luft og den latente varme som er nødvendig for å mette den brukte luft med vanndamp,, er vesentlig. Som et resultat av disse varmetap ved luftfermentering, er de autotermiske varmevirkninger generelt små, og meget store mengder ekstern varme er nødvendig for å holde temperaturene på fordelaktige nivåer.

Det er kjent at varmetapene ved aerob fermentering sterkt kan reduseres ved å bruke oksygenanriket gass i stedet for luft. Hvis oksygen benyttes effektivt, er mengden av gass som må mates til og luftes av fra fermenteren, betydelig mindre sammenlignet med luft, fordi mer eller alt nitrogen på forhånd er fjernet. Varmetap på grunn av følbar oppvarming av gassen og på grunn av vannfordamping til gassen reduseres. Disse reduksjoner i varmetap er tilstrekkelige til at autotermisk varme alene kan holde temperaturen på nivåer som ligger tildels betydelig over omgiv-elsestemperaturene, slik at f ermenteringssonen er i stand til å arbeide effektivt i det termofile temperaturområdet under liten eller ingen tilførsel av ekstern varme til prosessen. Fordi termofil stabilisering er hurtigere enn mesofil stabilisering, er den nødvendige oppholdstid i den aerobe fermenteringssone sterkt redusert når man arbeider i det termofile område. Dette tillater igjen bruken av mindre bassenger, noe som ytterligere reduserer varmetapene til omgivelsene. På grunn av den hurtigere oksydasjonshastighet for slammet, kan termofil aerob fermentering oppnå en vesentlig sterkere reduksjon av bionedbrytbart flyktig faststoff, slik som f.eks. reduksjonsnivåer på 80-90%

i sammenligningsvis korte slamoppholdsperioder i størrelsesorden 3-10 dager.

På tross av sine vesentlige attraktivitet har termofil aerob fermentering flere medfølgende mangler i forhold til anaerob fermentering. Fordi for det første termofil aerob fermentering er av oksydativ karakter, gir prosessen en produktgass som inneholder karbondioksyd og vanndamp og som ikke har noen sluttanvendelse, men heller kun avluftes til atmosfæren. I mot-setning til dette produserer anaerob fermentering metangass og et reaksjonsbiprodukt som kan transporteres bort fra behandlings-anlegget, og som også kan brukes som brenngass for å tilfredsstille oppvarmingsenergikravene i forbindelse med. fermenteringen ved forhøyde temperaturer. I tillegg krever aerob fermentering en meget større energitilførsel for blanding og å bringe gass og oppslemming i kontakt, enn det som er nødvendig ved anaerob fermentering for blanding av fermenterinnholdet.

I henhold til dette, er det en gjenstand for foreliggende oppfinnelse å frembringe en forbedret fremgangsmåte for fermentering av slam.

Kort sagt. omfatter slamfermenteringsprosessen ifølge oppfinnelsen å tilføre slammet og beluftningsmategass, inneholdende minst 20 volum-% oksygen, til en første fermenteringssone og å blande disse i tilstrekkelig mengde og hastighet til aerob fermentering av slammet, mens man holder det.totale innhold av suspenderte faststoffer, MLSS, i slammet på minst 20.000 mg/l og temperaturen i slammet innen området 35-75°C i den første fermenteringssone.

Denne aerobe fermentering fortsettes i slamretensjonstider på fra 4-48 timer for partielt å redusere bionedbrytbare flyktig suspenderte faststoffer i slammet som tilføres til den første fermenteringssone, hvorved partielt stabilisert slam slippes ut fra den første sone. Dette partielt stabiliserte slam blir deretter fermentert anaerobt i en dekket andre fermenteringssone, mens man holder temperaturen i slammet innen området 25-60°C i en slamretensjonstid tilstrekkelig til ytterligere å redusere innholdet av bionedbrytbare flyktig suspenderte faststoffer til mindre enn ca. 40% av innholdet av bionedbrytbare flyktig suspenderte faststoffer i det slam som tilføres til den første fermenteringssone, og å danne metangass. Ytterligere stabilisert slam og metangassen slippes ut fra den andre fermenteringssone.

Som brukt heri, angir uttrykket "slam" en blanding av faststoffer og væske og som karakteriseres ved en fast fase og en dermed forbundet flytende fase, hvori faststoffene i det minste er partielt bionedbrytbare, dvs. i stand til nedbrytning under påvirkning av levende mikroorganismer. Bionedbrytbare slam karakteriseres generelt i overensstemmelse med deres innhold av bionedbrytbare flyktig suspenderte faststoffer, BVSS, og også ved innholdet av flyktig suspenderte faststoffer, VSS, der den siste parameter inkluderer både bionedbrytbare og ikke-bionedbrytbare flyktig suspenderte faststoffer. -.Som det er benyttet heri, angir uttrykket "innhold av bionedbrytbare flyktig suspenderte faststoffer" i det vesentlige den maksimale reduksjon av faststoffer som kan oppnås, ved aerob fermentering av slammet utført ved beluftning av slammet med oksygenholdig gass ved omgivelsestemperatur, f.eks. 20'°C. Maksimal reduksjon av faststoffene 'antas å oppnås etter 30 dagers beluftning. spesifikasjoner for slike bestemmelser er angitt i "Water

Pollution Control", W.W. Eckenfelder og D.L. Ford, utgitt av

The Pemberton Press i 19 70, side 152. Ved bestemmelse av VSS-nivåene for fersk-slammet og igjen etter 30 dagers beluftning, kan den bionedbrytbare fraksjon av det totale VSS-innhold beregnes som:

Slik det- er benyttet heri angir uttrykket "innhold av flyktig suspenderte faststoffer" i et slam det flyktige innhold i slamfaststoffene bestemt i henhold til prøve 224A og 224B i "Standard Methods for Examination of Water and Waste-water", 13. utgave 1971, utgitt av American Public Health Association, American Water Works Association og Water Pollution Control Federation, side 235-236. Uttrykket "stabilisert slam" henviser til slam med et redusert innhold av bionedbrytbare flyktig suspenderte faststoffer etter og som et resultat av fermenteringsbehandling. "Slamretensjonstid" eller "slamopp-holdstid" slik det heri benyttes, betyr en gjennomsnittlig tid slammet inneholdes i en gitt fermenteringssone, beregnet ved følgende formel:

der

x = slamretensjonstiden (dager eller timer);

V^ = volumet av det slam som underkastes behandling i

f ermenteringssonen (m-^) ; og

Qg = den volumetriske strømningshastighet for slamtil^ matningen til fermenteringssonen (m^/dag eller m /

time).

Slik det benyttes heri angir uttrykket "aerob fermentering" den bionedbrytning av slamfaststoffer som utføres under påvirkning av aerobe mikroorganismer. En slik fermenterings-metode krever at oksygen oppløses i væskefasen i slammet for således å være tilgjengelig for mikroorganismene i slammet, i en mengde tilstrekkelig til og i en hastighet stor nok til at oksygenkravene .for bionedbrytningen oppfylles. Slik det heri benyttes angir uttrykket "blanding av slam og beluftningsmategass i tilstrekkelig mengde og hastighet for aerob fermen tering av slammet" enten oksygenering av slammet i en hastighet som er lik minst 10% av verdien av den empirisk bestemte spesifikke oksygenopptakshastighet (SOUR), bestemt ved den nedenfor angitte fremgangsmåte, eller slamoksygenering med relative mengder av beluftningsmategass og slam, og beluftningshastighet tilstrekkelig til å oppnå utnyttelse av minst 0,03 kg oksygen pr. kg flyktig suspenderte faststoffer i slammet som tilføres til den første fermenteringssone, eller en hvilken som helst egnet alternativ dosering i slam/luftegass-kontakttrinnet som er tilstrekkelig til å sikre at det foreligger aerob fermentering i den første fermenteringssone, i henhold til den definisjon av aerob fermentering som er angitt nedenfor.

Uttrykt ved den spesifikke oksygenopptakshastighet kan slamoksygeneringsbehovet som er nødvendig for aerob fermentering, hensiktsmessig fastslås i henhold til følgende.fremgangsmåte som lett kan tilpasses laboratorieforsøk for identifisering av slamoksygenbehovet. Slammet som skal behandles, føres gjennom en prøvebeholder i liten målestokk med tilstrekkelig volum-etrisk strømningshastighet til å oppnå den på forhånd bestemte slamretensjonstid som er valgt for det aerobe fermenteringstrinn, og som for det aerobe fermenteringstrinn ifølge oppfinnelsen ligger innen området 4-4 8 timer, mens man bringer slammet i kontakt med en beluftningsgass som inneholder minst 50 volum-% oksygen. Beluftningen skjer slik at man opprettholder en konsentrasjon av oppløst oksygen (D.O.) på minst 2 mg/l i slammet, målt ved en hvilken som helst egnet D.0.-prøvemetode av konvensjonell type. Under beluftningen blir slammet i prøve-beholderen holdt ved den på forhånd valgte temperatur for den aerobe fermentering og som for foreliggende oppfinnelse ligger innen området 35-75°C. Den foregående prøvebehandling av slammet som kan kreve fortynning av innløpende slam til prøve-beholderen med vanlig springvann for å oppnå det ønskede D.O.-nivå på minst 2 mg/l, gjennomføres inntil det. er oppnådd stabil drift, noe som kan kreve en utstrakt driftsperiode for prøve-systemet, slik som f.eks. i størrelsesorden 5-7 dager.

Når man har nådd stabil drift i prøvesystemet, blir et utmålt prøvevolum av slammet trukket av fra prøvebeholderen, og mens det holdes ved den samme temperatur som allerede foreligger i prøvebeholderen, blir det hurtig beluftet ved f.eks. intens omrøring av slammet under samtidig beluftning med en gass som inneholder minst 50 volum-% oksygen for å heve D.O.-nivået i det beluftede slam til ca. 7,0 mg/l. I det øyeblikk D.O.-nivået er ca. 7,0 mg/l blir beluftningen av prøvevolumet av slam avsluttet. Under den etterfølgende periode der D.O.-verdien i slammet synker fra ca. 7,0 mg/l ved slutten av beluftningen og ned til i det vesentlige neglisjerbare D.O.-nivåer, blir den tid målt som går med for at D.O.-verdien skal synke fra 6,0 mg/l

til 1,5 mg/l målt. Oksygenopptakshastigheten (OUR) i prøvevol-umet av slam blir deretter beregnet ved å dividere forandringen i D.O.-nivået under måleperioden, f.eks. 4,5 mg/l (= 6,0 mg/l 1,5 mg/l) med den tid som var nødvendig for at D.O.-nivået skulle synke fra 6,0 mg/l til 1,5 mg/l. Fra den resulterende OUR-verdi blir den spesifikke oksygenopptakshastighet, SOUR, beregnet ved å dividere OUR-verdien i mg/l/time.med faststoffkonsentrasjonen i prøvevolumet av slam i mg/l. SOUR-verdien, slik den således beregnes, har således som enhet mg oksygen pr. time pr. mg faststoffer.

Basert på de foregående beregninger av SOUR-parametre for slammet som skal behandles, kan mengden og hastigheten for oksygenoverføring fra oksygenholdig beluftningsgass til slammet i det aerobe fermenteringstrinn fastslås. For å tilfredsstille respirasjonskravene (oksygenforbruket) i slammet for aerob fermentering, basert på det ønske om å oppnå tilstrekkelig stabilisering av slammet i det aerobe fermenteringstrinn før det etterfølgende anaerobe fermenteringstrinn, bør oksygener-ingen av slammet i den første fermenteringssone i den foreliggende fremgangsmåte gjennomføres med en hastighet som er lik minst 10% av den empirisk fastslåtte SOUR^-verdi. Ved en foretrukket utførelse blir en slik oksygenering av slammet utført i en hastighet som er lik minst 50% av den empirisk beregnede SOUR-verdi.....

Alternativt kan, basert på betraktninger om mengden oksygen som er nødvendig for å bionedbryte en mengdeenhet flyktig suspenderte faststoffer i et gitt slam, bestemt for slam med forskjellige karakteristika, blandingen av slam og oksygenholdig beluftningsmategass for å utføre aerob fermentering i den første fermenteringssone i foreliggende fremgangsmåte, gjennomføres med relative mengder av beluftningsgass og slam og beluftningsgrad tilstrekkelig til å oppnå utnyttelse, dvs. opptak av slammet, av minst 0,0 3 kg oksygen pr. kg flyktig suspenderte faststoffer i det slam som tilføres til den aerobe fermenteringssone. Den minimale verdi av et slikt kontaktforhold står i forbindelse med en terskelverdi for aerob fermentering

som er nødvendig for å sikre adekvat stabilisering av slammet

i dét første fermenteringstrinn ifølge foreliggende fremgangsmåte før det etterfølgende anaerobe fermenteringstrinn. I praksis er det generelt ønskelig å gjennomføre slamoksygeneringen slik at de relative andeler av slam og beluftningsmategass og beluftningshastighet er tilstrekkelig til å oppnå utnytting av slammet av fra 0,1-0,35 kg oksygen pr. kg flyktig suspenderte faststoffer i det slam som tilføres til det aerobe fermenteringstrinn. Slike gass/slam-kontaktforhold tillater generelt at inneholdet av flyktig suspenderte faststoffer i slammet som til-føres til den første fermenteringssone i foreliggende fremgangsmåte, aerobt reduseres fra 5-20% i den første sone. Generelt reduseres innholdet av flyktig suspenderte faststoffer i slammet som kommer til den første sone med minst 5% for å oppnå et tilstrekkelig partielt stabilisert slam for føring til det etterfølgende anaerobe fermenteringstrinn. Et slikt minimums-nivå for partiell'stabilisering er spesielt ønskelig slik at det anaerobe fermenteringstrinn er tilstrekkelig "bufret" av det aerobe fermenteringstrinn mot prosessforsinkelser som stammer fra forandringen i karakteren av det slam som kommer til det totale prosess-system. På den annen side blir reduksjonen av innholdet av flyktig suspenderte faststoffer av mateslam som føres til den aerobe fermenteringssone i løpet av behandlingen i denne, ønskelig holdt på et nivå på ca. 20% eller mindre for helt ut å kunne utnytte de synergistiske fordeler ved oppfinnelsen. Slike fordeler diskuteres nærmere nedenfor og omfatter .også en uventet høy nettoproduksjon av metangass fra det anaerobe fermenteringstrinn i forhold til et konvensjonelt anaerobt fermenteringssystem. Som et resultat og som en konklusjon av de foregående betraktninger, gjennomføres blandingen av beluftningsmategass og slam i. den første sone allerhelst med relative mengder av mategass og slam og beluftningshastighet, slik at man oppnår en utnyttelse av slammet på fra 0,15-0,25 kg oksygen pr. kg flyktig suspenderte faststoffer i slammet som tilføres til den første fermenteringssone.

Slik det er benyttet heri angir uttrykket "anaerob fermentering" bionedbrytning av slamfaststoffer slik den utføres i fravær av fritt oksygen.

Foreliggende oppfinnelse er basert på den overraskende oppdagelse at en aerob fermenteringssone som arbeider i det termofile eller noe nær termofile temperaturområde fordelaktig kan integreres med en nedstrøms anaerob fermenteringssone for å oppnå partiell fermentering av slam i hver av de etterhverandre følgende soner, qg at en slik integrering gir vesentlige prosessforbedringer ut over det som skulle kunne forventes basert på betraktninger av de respektive fermenteringstrinn i prosessen sett separat slik det skal vises nedenfor.

Den kjente teknikk har ikke prøvet å kombinere høy-temperatur aerob og anaerob fermentering av slam på den måte som er beskrevet ifølge foreliggende søknad, og dette også av div-erse grunner. For det første er tankbehovet forbundet med anaerob fermentering slik det er diskutert tidligere, ekstremt stort, og det har vært funnet nødvendig å produsere store mengder metan som oppvarmingsbrensel for å sikre økonomisk drift av de store fermenteringstanker. Kombinasjonen av en anaerob fermenter med et aerobt fermenteringstrinn ville således synes uønsket basert på totale tankkravbetraktninger for den kombinerte prosess, noe man skulle forvente å være større enn tankbehovet forbundet med hver av fermenteringsprosessene alene. En slik kombinasjon synes således på overflaten kun å duplisere de funksjoner som vanligvis forbindes med hver av de to fermenteringsprosesser,

ved økende utstyrsomkostninger. uten forventet fordel i behand-lingseffektiviteten.

Videre ville en kombinasjon av en anaerob fermenter med et aerobt fermenteringstrinn synes uønsket på grunn av den for-ventede manglende evne for det anaerobe fermenteringstrinn til å gi kun partiell fermenteringsbehandling av slammet i det kombinerte system ved nivåer for slamretensjonstiden som er mindre enn de lange retensjonstider som er karakteristiske for konvensjonelle anaerobe fermentere som arbeider alene. Som nevnt tidligere er lange retensjonstider nødvendig ved anaerob fermentering for å oppnå effektiv metanproduksjon og slamstabilisering. Hvis den anaerobe retensjonstid blir redusert til under det normale fullbehandlingsnivå i en kombinert aerob/anaerob fermenteringsprosess for å sikre kun partiell fermentering i det .anaerobe trinn, skulle man forvente en utstrakt forarming av metandannere i det anaerobe trinn med kort retensjonstid ved tap av disse langsomtvoksende arter i avløpet fra fermenteren med resulterende utilstrekkelig slamstabilisering i den kombinerte prosess.

I tillegg til de foregående grunner ville det kombinerte aerobe/anaerobe fermenteringssystem synes ufordelaktig ut fra et driftsstabilitetssynspunkt fordi hver av de to trinn alene krever omhyggelig driftstemperaturkontroll når man arbeider ved forhøyede temperaturnivåer, slik at en kobling av de to prosesser ville synes å kreve ennå nøyaktigere temperaturkontroll med en mulighet forøkende ugunstig påvirkning på grunn av temperatur-ustabilitet og fluktuering.

Til slutt ville et kombinert aerobt/anaerobt fermenteringssystem synes å være ufordelaktig basert på en betraktning med henblikk på potensiell overføring av gjenværende oppløst oksygen fra den oppstrømsbeliggende aerobe fermentering til den nedstrømsbeliggende anaerobe fermentering. Som antydet ovenfor er de metandannende bakterier som er til stede i den anaerobe fermenteringssone sterkt anaerobe av karakter og er ekstremt følsomme overfor forandringer i omgivelsene. Det er godt fast-slått at enhver betydelig tilførsel av oksygen til den anerobe fermenteringssone ugunstig vil påvirke slamstabilisering ved metandannelse og skape en fare for utvikling av oksygen fra væsken til den metanholdige gassfase og dannelse av en brennbar gassblanding i fermenteren.

Tvert imot det ovenfor anførte er det uventet funnet

at anvendelsen av en termofil eller nær termofil aerob fermenteringssone oppstrøms en mesofil eller termofil anaerob sone og drift av disse respektive soner i henhold til fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse, ikke bare gir en drivbar og økonomisk slambehandling, men resulterer i et fermenteringssystem med unike totale prosessforbedringer i forhold til tidligere kjente prosesser på grunn av den synergisme som oppnås mellom den aerobe og den anaerobe fermentering i foreliggende fremgangsmåte. For eksempel er fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse i stand til å gi en termisk driftsstabilitet

i det totale slamfermenteringssystem som ikke er mulig å oppnå

i noen av de to prosesskomponenter alene. Videre gir det integrerte fermenteringssystem ifølge oppfinnelsen et meget stabilisert slam på tross av en markert reduksjon i slamretensjonstiden for den totale prosess, langt ut over det .som skulle forventes basert på en beregnet additiv retensjonstid for de partielle fermenteringstrinn. Spesielt overraskende i denne henseende er det at man har funnet at den anaerobe fermenteringssone ifølge prosessen er i stand til å arbeide ved slamretensjonstider som er vesentlig mindre enn det som er nødvendig for full stabili-seringsbehandling av slam i konvensjonelle anaerobe fermentere som arbeider alene, og at slik drift oppnås uten tap av brukbar-het eller behandlingseffektivitet slik man skulle forvente. Som et eksempel på retensjonstider som hensiktsmessig kan benyttes

ifølge oppfinnelsen, er et prøveanlegg-system som arbeidet etter foreliggende oppfinnelse, kjørt tilfredsstillende med slamretensjonstider i det aerobe første trinn på 24-48 timer og en retensjonstid i det anerobe andre trinn helt ned til 4-5 dager. De foregående fordeler oppnås med foreliggende oppfinnelse sammen med en vesentlig reduksjon av tankkravet i forhold til konvensjonelle aerobe fermenteringssysterner, men med bibeholdelse av en uventet stor andel av metanproduksjonskapasiteten for den konvensjonelle anaerobe fermenter sett alene, slik det skal vises nærmere nedenfor. Eksempelvis kan imidlertid systemet ifølge oppfinnelsen benytte ca. 60% av det tankbehov som er nød-vendig ved en tidligere•kjent anaerob fermenter og alikevel opprettholde 75% av metanproduksjonskapasiteten for den sistnevnte. Foreliggende fremgangsmåte gir i det vesentlige større produksjon åv metan enn det som er nødvendig for brenselsbehovene for oppvarming, dette har til resultat at en vesentlig større mengde av avgass med høyt metaninnhold kan anvendes på annen måte enn det som tidligere var mulig. Til slutt har man ikke funnet noen vesentlig overføring av oksygen fra den første, fermenteringssone til gassfasen i den andre fermenteringssone.

Grunnene for de uventede fordeler ifølge oppfinnelsen

slik de er beskrevet ovenfor, er ikke helt ut forstått. Det er imidlertid sannsynlig at fraværet av vesentlig overføring av oksygen fra den første fermenteringssone til den andre, skyldes de uventet høye oksygenopptakshastigheter i slammet i den første sone, noe som tjener til hurtig og grundig å forringe innholdet

av ethvert oppløst oksygen i slammet som føres fra den første til den andre sone før noen vesentlig utvikling av oppløst oksygen, til gassfasen i den andre sone kan inntre. De slående lave slamretensjonstider ved foreliggende fremgangsmåte, spesielt i det anaerobe fermenteringstrinn, sammen med den termiske stabili-tet og den uventet høye metanproduksjonskapasitet for det anaerobe trinn, kan være en konsekvens av en kjemisk eller biologisk akklimatisering av slammet og mikroorganismene i den aerobe fermenteringssone som gir en ekkfektivitetsøkning for det etter-følgende anaerobe behandlingstrinn. Ikke desto mindre ønsker søkeren ikke å være bundet av noen spesiell teori for å forklare det som oppnås ifølge oppfinnelsen, og i henhold til dette er det foregående ikke ment å begrense oppfinnelsen på noen måte.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere under henvisning til de ledsagende tegninger.

Fig. 1 er et skjematisk flytskjema av en fermenteringsprosess ifølge en utførelsesform av oppfinnelsen, .hvori varme gjenvinnes fra avløpsstrømmene fra hver av de to fermenteringssoner,

fig. 2 er et skjematisk flytskjema i henhold til en annen utførelsesform hvori oksygenutarmet fermenteringsgass slippes ut fra en tildekket første fermenteringssone og benyttes i sekundær behandlingsoksygenering av BOD-holdig vann,

fig. 3 er et skjematisk flytskjema ifølge ytterligere

en utførelsesform av oppfinnelsen der slam fra primære og sekundære avvannsbehandlingstrinn føres til slamfermenteringssoner,

fig. 4 er et diagram for den temperatur i innløpende slam til den første sone som er nødvendig for opprettholde en 50°C driftstemerpatur i den første fermenteringssone, ført som funksjon av innholdet av totale suspenderte faststoffer, MLSS, i

det innløpende slam til den første sone,

fig. 5 er et skjematisk flytskjema av ytterligere en utførelsesform av oppfinnelen hvori en mindre andel av det inn-løpende slam til prosess-systemet avdeles til den andre fer-ment er ings sone ,

Under henvisning til fig. 1 vises der et sjematisk ■ flytskjema av en prosess ifølge en utførelsesform i henhold til oppfinnelsen, egnet til slambehandling med et termofilt eller nær termofilt aerobt første fermenteringstrinn fulgt av en meso fil anaerob fermentering. Slammet som kan stamme fra en kilde slik som en primær sedimentasjonstank, klareren i et aktivslam-anlegg eller et sildrefilter, eller fra et annet slamproduser-ende system, kommer inn i prosessen i rørledning 8 og blir i sekvenser oppvarmet i varmevekslere 22 og 15, f.eks. til en temperatur på 30-35°C, før tilførsel til den første fermenteringssone 10, for å holde temperaturen i sonen innen området .35-75°C og fortrinnsvis innen det termofile område 45-75°C. Slammet med omgivelsestemperatur i rørledning 8 blir først oppvarmet i varmeveksleren 22 ved føring av slammet i indirekte varmeveksling motstrøms ytterligere stabilisert slam som kommer fra den tildekkede andre fermenteringssone 20 i rørledningen 24. På denne måte blir varme gjenvunnet fra det ytterligere stabiliserte slam, og det resulterende avkjølte stabiliserte slam slippes ut fra varmeveksleren 22 og føres ut av systemet i rørledning 25 til endelig disponering eller annen sluttanvendelse. Det ytterligere stabiliserte slam som kommer inn i varmeveksleren 22 i rørledning 24, kan hensiktsmessig holde en temperatur på 35-40°C slik at det innflytende slam trer ut av varmeveksleren i rørledning 9 med en temperatur av 28-30°C. Fra rørledning 9 blir et partielt oppvarmet innløpende slam ytterligere oppvarmet i varmeveksleren 15 til en temperatur av 30-35°C ved indirekte motstrøms varmeveksling med det partielt stabiliserte slam fra den første fermenteringssone. 10 i rørledning 14, bg ført fra varmeveksleren i rørledning 16 til den andre fermenteringssone 20.

Som et alternativ til den ovenfor beskrevne varmeveksling med siamproduktstrømmene fra de respektive fermenteringssoner, kan det innløpende slam oppvarmes før tilførsel til den første fermenteringssone ved indirekte varmeveksling med et egnet eksternt oppvarmingsmedium, slik som damp eller varmt vann, selv ora varmegjenvinning fra de varme produktstrømmer- er foretrukket fordi man på denne måte effektivt bidrar til å beholde varme innen prosessen for således å minimalisere oppvarmingsenergikravene i denne. Selv om oppvarming av innløpende slam før tilførsel til den første fermenteringssone ikke er vesentlig ved den generelle gjennomføring av foreliggende oppfinnelse, kan det være ønskelig å gjennomføre denne for å maksimalisere den termiske effektivitet for høytemperaturprosessen. Ønskelig- heten av en slik oppvarming av slammet slik det skal beskrives nedenfor, avhenger av faststoffinnholdet i innkommende slam, slamretensjonstiden i den aerobe fermenteringssone og andre' prosessparametre.

Det ytterligere oppvarmede slam fra varmeveksleren 15 i rørledningen 11 tilføres til en første.fermenteringssone 10 sammen med en beluftningsmategass fra rørledning 17 som prosess-fluidene for det første fermenteringstrinn. Beluftningsmategassen i rørledning 17 omfatter minimalt minst 20% oksygen, og det er foretrukket med minst 50 volum-% og allerhelst 80 volum-% oksygen i mategassen for å gi egnet høy drivkraft for masse-overføringen og oksygenoppløsningshastighet i slammet ved de høye slamtemperaturer i den første fermenteringssone som er ønsket ifølge oppfinnelsen. Rørledningen 18 er forbundet med en ikke-vist kilde for oksygenholdig beluftningsmategass som f.eks. kan omfatte en kompressor eller, hvis beluftningsmategassen slik det er foretrukket har høyt. oksygeninnhold, et kryogent oksygenanlegg eller en tilførselsbeholder eller en svingadsorbsjons-luftsepareringsenhet som arbeider under adia-batisk trykk, alt avhengig av hva som er tilgjengelig som til-førselskilde for anriket oksygenholdig gass. Som vist kan den oksygenholdige beluftningsmategass i rørledningen 17 også oppvarmes ved en varmeinnretning for å understøtte opprettholdelse av temperaturen i fermenteringssonen 10 på det ønskede prosess-nivå. Ved den generelle gjennomføring av foreliggende oppfinnelse, kan luft eller andre beluftningsmategasser med lavt oksygeninnhold, dvs. 20-50 volum-% oksygen, hensiktsmessig benyttes når autotermisk oppvarming av slammet i den aerobe fermenteringssone ikke er nødvendig, for å opprettholde temperaturen i slammet på det ønskede nivå fra 35-75°C, slik som når en stor kilde av eksternt tilført varmeenergi er tilgjengelig for slamoppvarmingen for å opprettholde den høye temperatur i den aerobe fermenteringssone. Som nevnt tidligere, har varmetap med luft (eller annen gass) en tendens til å bli meget store slik at beluftningsmategassen med.minst 50 volum-% og fortrinnsvis minst 80 volum-% oksygen, er foretrukket for å fremme autotermisk slamoppvarming i den aerobe fermenteringssone, mens man minimaliserer mengden av oksygenutarmet fermenteringsgass som slippes ut fra fermenteringssonen og som ellers bærer med varmeenergi ut av prosessystemet. I tillegg er beluf tningsmategass med høyt oksygeninnhold, dvs. minst 50 volum-% oksygen, foretrukket for å øke graden av oksygenmasseoverføring fra beluftningsmategassen til slammet under den aerobe fermentering for derved å lette en mer intens aerob fermenteringsvirkning enn det som oppnås med gass med lavt oksygeninnhold. Uavhengig av hvorvidt det anvendes gass med høyt eller lavt oksygeninnhold som beluftningsgass, er det generelt foretrukket å utstyre den aerobe f ermenteringssone med e.t deksel for å danne et gassrom som ligger over slammet hvorfra oksygenutarmet fermenteringsav-gass kan luftes ut. Slike arranengementer tillater en kontrol^-lert utlufting av avgass, slik som f.eks. med en liten lufte-ledning som føres gjennom dekslet og forener gassrommet med den ytre gassomgivelse, og derved fremmer varmeretensjon i den°aerobe fermenteringssone i forhold til en ikke-tildekket.sone der oksygenutarmet beluftningsgass tillates fritt å bevege seg fra slammet som behandles, til den ytre gassomgivelse, dvs. den omgivende atmosfære. I tillegg kan det der beluftningsmategass med høyt oksygeninnhold benyttes i den aerobe fermenteringssone, være ønskelig å anordne et deksel for fermenteringssonen for å danne et gassrom hvorfra oksygenholdig beluftningsgass kan resirkuleres mot slammet, f.eks. ved resirkulering av gass fra rommet over slammet til en neddykket'bobleinnretning, eller der slammet kan resirkuleres mot beluftningsgassen f.eks. ved hjelp av en overflatebeluftningsinnretning. Slik resirkulering av beluftningsgass eller slam, tillater at det aerobe fermenteringstrinn oppnår høy utnyttelse av oksygeninnholdet i beluftningsgassen som tilføres den aerobe fermenteringssone.

I den aerobe fermenteringssone 10 blir slam og beluftningsgass blandet. Hvis fermenteringssonen 10 er utstyrt med et deksel og det benyttes beluftningsmategass med høyt oksygeninnhold, kan enten slammet eller beluftningsgassen fortrinnsvis som antydet ovenfor, samtidig med blandingen resirkuleres mot det andre fluid i fermenteringssonen i tilstrekkelig mengde og hastighet for aerob fermentering av slammet, mens man opprettholder det totale innhold av suspenderte faststoffer, MLSS, i slammet på minst 20.000 mg/l. En slik blanding og fluidresirkulering gjennomføres hensiktsmessig ved kontaktinnretninger 12, som i praksis kan omfatte en neddykket turbinbobler og en gass- kompressor der den sistnevnte er forbundet med gassen over slammet i fermenteringssonen og til gassbobleren for resirkulering av oksygenholdig beluftningsgass mot slammet, eller alter-. nativt,'kan kontaktinnretningene omfatte en overflatebeluftningsinnretning for resirkulering av slam mot beluftningsgass i gassrommet i fermenteringssonen 10. Resirkulering av enten slam eller beluftningsgass mot det andre fluid i den aerobe fermenteringssone kan som antydet ovenfor, være ønskelig i praksis der det benyttes beluftningsmategass med høyt oksygeninnhold for å oppnå høye nivåer av oksygenoppløsning i slammet og høy utnyttelse av oksygenet, i beluf tningsmategassen. Ikke desto mindre er slik resirkulering ikke vesentlig i den generelle gjennomføring av foreliggende oppfinnelse, og i enkelte tilfeller kan det være mulig å oppnå adekvat oppløsning av oksygen i slammet og høy utnyttelse av oksygenet i beluftningsmategassen med et en-gangsgjennomløp med beluftningsmategass gjennom den aerobe fermenteringssone. De relative andeler av beluftningsmategass

og slam som skal bringes i kontakt i den første fermenteringssone for aerob fermentering, kan hensiktsmessig fastslås på

den måte som er beskrevet ovenfor, f.eks. basert på en empirisk bestemmelse av den spesifikke oksygenopptakshastighet, SOUR,

for slammet som skal behandles, eller på basis av mengden oksygen som er nødvendig for å bionedbryte en mengdeenhet av flyktig suspenderte faststoffer i et slikt slam. I enkelte systemer kan det være ønskelig å sikre nærværet av intens aerob fermenteringsvirkning i den første fermenteringssone ved å opprettholde høye nivåer for oppløst oksygen, D.O., i slammet, f.eks. minst 2 mg/l, men generelt er oksygenopptakshastigheten for slammet i den første fermenteringssone i foreliggende prosess tilstrekkelig høy slik at opprettholdelse av et vesentlig D.O.-nivå i slammet som oksygeneres ikke er nødvendig for effektiv aerob fermentering.'

I den aerobe fermenteringssone holdes verdien for MLSS

i slammet ved minst 20.000 mg/l for å lette opprettholdelse av en høy slamtemperatur i den første fermenteringssone, noe som er nødvendig for å oppnå en tilfredsstillendé grad av partiell slamstabilisering i den aerobe fermenteringssone ved korte retensjonstider.

Under de foregående prosessbetingelser blir slammet

holdt i den første fermenteringssone for fermentering ved en temperatur innen området 35-75°C og fortrinnsvis i det termofile område fra 45-75°C for hurtig bionedbrytning av det flyktig suspenderte faststoffinnhold i slammet. I denne henseende skal det påpekes at aerob fermentering i det nær termofile temperaturområde av 35-45°C hensiktsmessig kan benyttes i den generelle gjennomføring av oppfinnelsen for å oppnå faststoffnedbrytnings-hastigheter som, mens de ikke er så hurtige som de verdier som karakteriserer termofil drift, er tilstrekkelig høye til å oppnå adekvat slamstabilisering ved de lave slamretensjonstider som er. karakteristisk for det første fermenteringstrinn i foreliggende prosess.

Det aerobe fermenteringstrinn fortsettes i den første fermenteringssone for slamretensjonstider fra 4-48 timer for partielt å redusere det bionedbrytbare innhold av flyktig suspenderte faststoffer i slammet som tilføres til den første fermenteringssone. Som antydet ovenfor, blir den aerobe fermentering fortrinnsvis gjennomført for å redusere innholdet', av flyktig suspenderte faststoffer i slammet som tilføres til fermenteringssonen med fra 5-20% av de ovenfor angitte grunner. I det aerobe fermenteringstrinn bør slamretensjonstiden være minst 4 timer for å oppnå en tilstrekkelig grad av partiell stabilisering i den første fermenteringssone, ved retensjonstider under 4 timer blir graden av slamstabilisering som er nødvendig i det etterfølgende anaerobe behandlingstrinn, uforholdsmessig stort i forhold til stabiliseringsnivået i det aerobe første trinn, og den totale systemretensjonstid og tankbehovene begynner å nærme seg de for konvensjonell anaerob-fermentering med økende tap av den uventede forbedring av disse prosessvariable (dvs. den totale systemretensjonstid og tankbehovet) som er karakteristisk for drift ved retensjonstider i aerobe fermenteringstrinn på fra 4-48 timer. -Av tilsvarende grunner bør slamretensjonstiden i det aerobe fermenteringstrinn ikke overskride 48' timer. Over denne verdi blir graden av slamstabilisering .i den aerobe fermenteringssone utilbørlig stor med henblikk på den gjenværende stabilisering i den nedstrøms beliggende anaerobe fermentering, slik at metanproduksjonen i det sistnevnte trinn har en tendens til a bli alvorlig og ugunstig redusert, og igjen er det et økende tap av de uventede forbedringer i den totale systemretensjonstid og hva angår tankbehovet som kan oppnås i forbindelse med den aerobe fermenteringslamretensjonstid innen området 4-48 timer.

Fortrinnsvis ligger retensjonstiden innen området 12-30 timer

og allerhelst fra 12-24 timer, beregnet på de foregående betraktninger.

Ved å følge den ovenfor beskrevne aerobe fermenteringsbehandling, blir partielt stabilsert slam sluppet ut fra den aerobe fermenteringssone i rørledning 14 og oksygenutarmet fermenteringsgass separat sluppet ut fra den aerobe sone i rørled-ning 18. I de tilfelle der en beluftningsmategass inneholdende minst 50 volum-% oksygen tilføres til en første fermenteringssone, inneholder den oksygenutarmede fermenteringsgass som slippes ut, fortrinnsvis minst 21 volum-% oksygen for å oppnå hensiktsmessig høy utnyttelse av oksygenet i beluftningsmategassen, mens man samtidig holder utgiftene for energi for beluftningsgass og slamkontakt på hensiktsmessig lavt nivå for økonomisk drift.

For å sikre høy oksygenutnyttelse, spesielt når man benytter beluftningsmategass med høyt oksygeninnhold, kan.oksygenrenhets-nivået i fermenteringssoneluftegassen i rørledning 18. lett opprettholdes på et hensiktsmessig nivå ved egnet regulering av de relative mengder"av beluftningsgasstilførsel via rørledning 17

og utlufting i rørledning 18, f.eks. ved en gasstrømregulerings-ventil i enten innløpsrørledningen eller lufteledningen, forbundet på regulerende måte med en ikke-vist oksygenrenhetsana-lysator anordnet i lufterørledningen 18 på i og for seg kjent måte.

Det er funnet at ved å holde slammet i den aerobe fermenteringssone ifølge oppfinnelsen ved en termofil temperatur på minst 50-52°C, oppnås det en i det vesentlige total pasteurisering av slammet. Ved generell gjennomføring av foreliggende oppfinnelse, slippes partiell stabilisert slam ut fra den aerobe sone 10 i rørledningen 14 ved en temperatur i området 35-75°C. Sålangt denne spesifikke utførelsesform av oppfinnelsen benytter mesofil anaerob fermentering i den tildekkede andre fermenteringssone 20, kan varme hensiktsmessig fjernes fra det partielt stabiliserte slam i rørledning 14 <

for.å sikre effektiv drift i det anaerobe slambehandlingstrinn ved en lavere temperatur enn den som benyttes i den første

fermenteringssone 10. I henhold til dette føres slammet i rørledning 14 gjennom en varmeveksler 15 i indirekte varmeveks-lingskontakt med det partielt oppvarmede innløpsslam som kommer til varmeveksleren 15 i rørledning 9. Det avkjølte partielt stabiliserte anaerobt behandlede slam strømmer deretter gjennom rørledning 16 for tilførsel til den tildekkede andre fermenteringssone 20. Alternativt kan det partielt stabiliserte slam i rørledning 14 avkjøles ved eksternt tilført kjølemedium slik som det klarede avløp fra et avvannsbehandlingsanlegg. Ut over dette kan det ved vinterdrift være unødvendig å benytte et varmevekslingstrinn slik det er utført ved varmeveksleren 15

for avkjøling av den partielt stabilserte slamstrøm, fordi varmetapene til omgivelsen fra den andre fermenteringssone og slamstrømmen fra den første til den andre fermenteringssone i tilfredsstillende grad kan kompensere for fraværet av en slik varmeveksler.

Det partielt stabiliserte slam som tilføres til den andre fermenteringssone fra rørledning 16, holdes i denne under anaerobe betingelser ved en temperatur fra 25-45°C i en tilstrekkelig slamretensjonstid til ytterlig å redusere innholdet av bionedbrytbare flyktige faststoffer i slammet til mindre enn ca. 40% og fortrinnsvis mindre 20% av innholdet av bionedbrytbare flyktig suspenderte faststoffer i slammet som tilføres til den første fermenteringssone, og til å danne metangass.

Ved generell gjennomføring av oppfinnelsen, holdes temperaturen i slammet i den tildekkede andre fermenteringssone innen området 25-60°C, noe som inkluderer både drift i mesofilt område fra 25-45°C og drift i termofilt område fra 45-60°C.

For høyt effektiv drift, blir den anaerobe sone i mesofil drift holdt ved:en slambehandlingstemperatur mellom 35 og 40°C og fortrinnsvis.mellom 37 og 38°C. En foretrukket driftstemperatur for anaerob termofil fermentering er fra 45-5.0 °C. Drift i de ovenfor nevnte foretrukne temperaturområder gir spesielt hurtig nedbrytende virkning av bionedbrytbare flyktige faststoffer Ved hjelp av de mikrobielle stammer som er involvert.

I drift av den anaerobe fermenteringssone 20 blir innholdet i fermenteringssonen fordelaktig kontinuerlig blandet ved røreinnretninger 21, for derved å skape en stor sone av aktiv dekomponering og betydelig økning av hastigheten av stabil- seringsreaksjonene. Retensjonstider for slammet i den andre fermenteringssone kan hensiktsmessig ligge innen området 4-12 dager og fortrinnsvis i området 5-9 dager. Slamretensjonstider i den andre fermenteringssone på mindre enn 4 dager, kan være uønsket fordi under slike verdier har retensjonstiden en tendens til å bliøkende utilstrekkelig til å gi en stor levedyktig populasjon av metandannere i det anaerobe trinn, med derav følg-ende ugunstige virkninger på den totale slamstabilisering i fermenteringssystemet. På den annen side blir ved slamretensjonstider i det anaerobe fermenteringstrinn på over 12 dager, retensjonstiden for den andre fermenteringssone overflødig lang, og' fordelene ved den synergistiske retensjonstid og tankbehovene som oppnås ved den integrerte prosess ifølge oppfinnelsen med henblikk på den generelle retensjonstid på 4-12 dager, blir stadig vanskeligere og oppnå.

Etter at den anaerobe behandling av slammet i den andre fermenteringssone 20 er ferdig, blir det ytterligere stabiliserte slam sluppet ut fra den andre fermenteringssone i rørledning 24 og brakt til varmeveksling for gjenvinning av varmeinnholdet mot innløpende mateslam i varmeveksleren 22 før endelig utslipp fra prosessen i rørledning 25. Metangassen som er dannet i den andre fermenteringssone 20 som et resultat av den biokjemiske reaksjon, slippes ut fra det anaerobe behandlingstrinn i rørled-ning 23 hvori det er anordnet en strømningsreguleringsventil 26.

Som tidligere beskrevet, er kontinuerlig drift av en høyhastighetsanaerob fermenter ved optimale temperaturer over de omgivende, vært vanskelig å opprettholde ved konvensjonell drift. Fluktuteringer av omgivelsestemperaturen forårsaker typisk variasjoner både i temperaturen i innløpende slam og varmelekasje fra fermenteringstanken, noe som igjen resulterer i uønskede temperaturfluktueringer i fermenteringstanken. Slike variasjoner av temperaturen påvirker som nevnt de realtive veksthastigheter for de syredannende og de metandannende bakterier. De syredannende bakterier er typisk meget hårdføre, og moderate temperaturfluktueringer forandrer ikke deres metabolske virkning i noen vesentlig grad. De metandannende bakterier er på den annen side ekstremt følsomme overfor de omgivende betingelser. Hvis opprettholdelse av konstant temperatur i den anaerobe fermenteringssone hindres av sågar mindre temperaturfluktueringer, vil resultatet sannsynligvis være ustabil aktivitet og vekst av de metandannende bakterier. Som et resultat vil virkningen av de syredannende bakterier dominere med en derav følgende akkumulering av sure mellomprodukter fra nedbrytningen og en reduksjon av pH-nivået i fermenteringssonen. Etterhvert som pH-verdien synker,.vil aktiviteten av de metandannende bakterier ytterligere reduseres, og således bringes prosessen i alvorlig fare.

Den løsning man tilstreber for de ovenfor beskrevne prosesshindrende betingelser i den konvensjonelle anaerobe fermenteringssone, medfører generelt tilsetning av store mengder kalk til fermenteren for å øke buffervirkningen og derved heve pH-nivået i fermenteren. Ved å øke pH-verdien og å redusere innløpsmatehastigheten, er det noen ganger mulig å bringe fermenteren tilbake i drift. Disse korrigerende forholdsregler er imidlertid generelt kun egnet ved korttidsfluktueringer eller hindringer, og er vanligvis ikke fordelaktige når det gjelder langtidsfluktueringer.

Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, oppnås regulering og opprettholdelse av forhøyede driftstemperaturer i fermenteringssonen, med minimale temperaturfluktueringer uavhengig av de klimatiske betingelser på grunn av integrering av et termofilt eller nær termofilt aerobt fermenteringstrinn med et etterfølgende anaerobt slambehandlingstrinn..

Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, er det termofile eller nær termofile aerobe fermenteringstrinn generelt i stand til å gi mer.enn nok varme for termisk å stabilisere det anaerobe trinn, i lys av varmeinnholdet i den partielt stabiliserte slamstrøm som føres fra den aerobe fermenteringssone til det anaerobe trinn. Som et resultat kan ugunstig temperatur-påvirkning i den anaerobe sone i foreliggende fremgangsmåte så og si helt elimineres ved å variere slike prosessparametre som slamretensjonstiden i den aerobe sone, faststoffinnholdet i slamråstoffet til den aerobe sone samt mengden varmeveksling for oppvarming av mateslammet før tilføring til den aerobe sone.

En annen vesentlig fordel som oppnås ved den integrerte prosess ifølge oppfinnelsen ut over det som oppnås ved drifts- temperaturstabiliteten, er evnen til å tilpasse seg en sporadisk, forstyrrelse slik som en sjokkbelastning uten tap av prosess-effektivitet. I en konvensjonell anaerob fermenteringssone skjer ikke bare den initiale oppløseliggjøringsfase i fermenter-ingsprosessen, men også den mikrobielle virkning av fakulative syredannende bakterier ved høy hastighet. I tilfelle en plutse-lig høy faststoffbelastning på et konvensjonelt anaerobt fermen-terings systeitv skjer oppløseliggjøring og surgjøring med en høy-ere hastighet enn de metandannende bakterier kan benytte i sure mellomprodukter. Som et resultat, vil en akkumulering av sure bestanddeler opptre i fermenteringssonen, pH-verdien i fermenteringssonen synker og det skjer en surgjøring av fermenterinnholdet. I foreliggende fremgangsmåte gir imidlertid den oppstrøms beliggende termofile eller, nær termofile aerobe sone hurtig oppløselig-gjøring av bionedbrytbare stoffer i slammet, slik at ved sjokkbelastning på den aerobe sone, vil en hurtig resulterende opp-løseliggjøring skje ved den aerobe fermentering såvel som en stabilisering av de mest flyktige deler av slammet, for derved

å jevne ut sjokket, og sterkt å redusere dettes virkninger på

den nedstrømsbeliggende anaerobe sone. I det ytterligere behandlingstrinn mottar den anaerobe sone et partielt stabilisert slam på hvilket de syredannende bakterier og de metandannende bakterier kan vokse i balanse.

Idet dét aerobe fermenteringstrinn i slambehandlings-prosessen ifølge foreliggende oppfinnelse fortrinnsvis benytter en termofil fermenteringssone, kan den prosess som er beskrevet i US-patent nr. 3.926.794, fordelaktig benyttes i forbindelse med fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen for behandling av avvann for BOD-fjerning fra dette, ved aktivslamprosessen og behandling av det resulterende aktiverte slam ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

I denne forbindelse blir sekundær aktiv siambehandling

av avvann konvensjonelt utført på følgende måte. BOD-holdig avvann, f.eks. kommunal kloakk, kan først underkastes behandlingstrinn, slik som primær-sedimentering for å separere et primærslam omfattende bionedbrytbare suspenderte faststoffer fra avvannet og for derved å danne et faststoffutarmet primær-avløp som deretter trer inn i sekundærbehandlingssysternet.

Ved den sekundære behandling, blir primæravløpet og tilbakeført slam blandet og beluftet i tilstrekkelig grad og i et tilstrekkelig tidsrom til å danne en blandet væske med redusert BOD-inn-.hold. Deretter blir den blandede væske separert i renset væske og aktivert slam, og i det minste en hovedandel av det akti-_ verte slam tilbakeføres for blanding med primæravløp, som det ovenfor anførte tilbakeføringsslam. Denne avvannsbehandling kan hensiktsmessig benyttes i forbindelse med fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse der primærslammet og ikke-tilbake-ført aktivert slam tilføres til den første fermenteringssone ifølge foreliggende prosess, som slamråstoff.

Som beskrevet i det ovenfor angitte patent, benyttes oksygengass for termofil-fermentering av aktivert slam i en varm tildekket fermenteringssone, og luftegassen fra fermenteringssonen benyttes som i det minste hovedandelen av beluftningsgassen i en kjøligere tildekket sone for sekundær aktiv slambehandling av avvann. Dette patent beskriver at for å oppnå den høye masseoverføringsdrivkraft som er nødvendig for effektiv oksygenoppløsning ved aerob fermentering ved forhøyet temperatur, bør relativt meget ren oksygengass benyttes som luftegass for fermenteringstrinnet. Ved forhøyede temperaturer, gir den økende grad av biokjemisk nedbrytende virkning på slammet i den aerobe fermenteringssone, vesentlige mengder karbondioksyd som gassform-ig reaksjonsprodukt.• Fordi oppløseligheten for karbondioksyd sammenligningsvis er lav ved de høye temperaturer som er karakteristisk for aerob termofil fermentering, utvikles det en vesentlig mengde karbondioksyd til gassfasen i den aerobe fermenter, noe som reduserer den,effektive konsentrasjon av oksygen i beluftningsgassen. Videre blir ved høye termofile temperaturer, oksygengassfasekonsentrasjonen i fermenteringssonen ytterligere redusert av vanndamp som er tilstede i beluftningsgassen på

grunn av de relativt høye damptrykk for vann ved slike temperaturnivåer....

De foregående virkninger reduserer vesentlig drivkraften for oksygenmasseoverføring fra gassfasen til slammet i den termofile fermenteringssone. Drivkraften for oksygenmasseover-føring til den flytende slamfase reduseres også som et resultat av lavere oksygenoppløselighet ved forhøyede termofile temperaturnivåer. Av disse grunner beskriver patentet at oksygenholdig gass som tilføres til den termofile fermenteringssone, hen siktsmessig har en oksygenkonsentrasjon på minst 80 volum-%. Under slike driftsbetingelser kan den brukte beluftningsgass fra den termofile fermenteringssone fordelaktig benyttes som oksydantgass i en aktivert sekundær slambehandlingsprosess.- Fig. 2 er et skjematisk diagram ifølge en annen utførelsesform av oppfinnelsen som illustrerende viser en måte på hvilken læren ifølge det ovenfor angitte patent, fordelaktig kan benyttes i forbindelse med gjennomføring av foreliggende oppfinnelse.

Under henvisning til fig. 2, kommer BOD-holdig vann slik som f.eks. kloakkvann, til beluftningssonen 102 gjennom rørledningen 101. En første gass omfattende minst 40 volum-% oksygen kommer inn i sonen 102 gjennom rørledningen 118, angitt i stiplet linje, og tilbakeført aktivert slam kommer også til sonen 102 gjennom rørledningen 108 hvori det er anordnet en pumpe 109. Overstående væske fra slamfortykkeren 151 tilføres også til den tildekkede beluftningssone 102 gjennom rørledning 150. I denne figur er væske- og slamrørledninger vist i hel-trukne linjer, mens gassrørledninger er vist ved stiplede linjer. For enkelhetens skyld er ventiler ikke vist, men den riktige bruk av disse i praksis vil være åpenbar for fagmannen. De forannevnte strømmer blir grundig blandet i beluftningssonen

102 ved mekaniske røreinnretninger 103. De sistnevnte kan omfatte motordrevne impeller anordnet nær væskeoverflaten, eller anordnet under overflaten, og oksygengassen kan tilføres gjennom rørledningen 118 enten over eller under væskeoverflaten.

En slik apparatur vil være velkjent for fagmannen og bør velges for å oppnå et høyt kontaktareal mellom fluidene under minimalt arbeidsoppbud. Hvis oksygengassen bobles eller diffunderes inn i væsken, bør boblene være små slik at disses totale overflate-areal er stort og oppdriften er lav.. Oppløsning av oksygen understøttes også ved neddykkede gassdispergeringsinnretninger til et/dyp i væsken der den hydrostatiske virkning er betydelig.

I en foretrukket utførelse er det anordnet innretninger for kontinuerlig resirkulering av et fluid mot de andre fluider i beluftningssonen 102. For eksempel kan en ikke-vist kompressor være forbundet med gassrommet i beluftningssonen ved egnede rørledninger for tilbakeføring av beluftningsgass til den lavere del av sonen for frigjøring som små gassbobler gjennom konvensjonelle gassblærehoder. Alternativt kan de ovenfor angitte blandeinnretninger også benyttes for fluidresirkulering når det gjelder overflatebeluftningsimpellere. Beluftningsinnretninger bedømmes hyppig ved den såkalte "luftstandardoverføringseffek-tivitet" som angir evnen for innretningen til å oppløse oksygen fra luft til null - DO-sprinvann ved en atmosfærestrykk og 20°C. Egnede innretninger er slike som har en luftstandardover-føringseffektivitet på minst 750 g 02pr. hestekraft-time og fortrinnsvis minst 1500 g. For disse formål er deri kraft som benyttes ved bedømmelsen av innretningen, den totale kraft som forbrukes både for omrøring av væsken og for væske-gasskontakten.

Den ovenfor angitte oksygen tilføres og bringes i kontakt med den blandede væske i tilstrekkelig mengde og hastighet til å opprettholde et DO-innhold i den blandede væske på minst 0,5 mg/l. Væsketemperaturen holdes også fortrinnsvis på minst'15°C, slik at innretninger kan være nødvendige i kaldt vær for å forhindre lavere temperaturer i beluftningssonen 102, slik som f.eks. innretninger for oppvarming av innstrømmende avvann i rørledning 101. Konstruksjon og drift av avvannsbeluftnings-sonen 102 kan være beskrevet i et hvilket som helst av de ameri-kanske patenter nr. 3.547.811, 3.547.812 eller 3.547.815.

Den oksygenerte blandede væske slippes ut fra den tildekkede beluftningssone 102 og føres gjennom rørledningen 104 for separering i renset overstående væske og aktivert slam i klareren 105. Ikke-forbrukt oksygenholdig gass slippes ut fra beluftningssonen 102 gjennom rørledningen 119 og kan f.eks. luftes ut til atmosfæren. Denne gass slippes ut fra beluftningssonen i en mengde som er regulert slik at oksygeninnholdet ikke er mer enn 40% av det totale oksygen som ble tilført til den tildekkede aerobe fermenteringssone, slik det beskrives nedenfor. Hva angår klareren 105, blir overstående renset væske sluppet

ut gjennom rørledningen 106, og aktivert slam trekkes av gjennom rørledningen 10 7 inneholdende .konsentrerte mikroorganismer i konsentrasjoner på 10.000-40.000 mg/l MLSS. Hovedandelen av det aktiverte slam, f.eks. minst 85%, tilbakeføres gjennom rør-ledningen 108 og pumpen 109 til beluftningssonen, fortrinnsvis ved en strømningshastighet i forhold til det BOD-holdige avvann, slik at volumforholdet mellom tilbakeført slam og BOD-holdig avvann er 0,1-0,5. Strømningshastighetene til den tildekkede beluftningssone .102 er fortrinnsvis slik at MLSS-innholdet er

4.000-12.000 mg/l og MLVSS er 3.000-10.000 mg/l. Kontakttiden mellom væske og faststoff i beluftningssonen 102 for organisk næringsmiddelabsorpsjon-assimilasjon er mellom 30 min og 24 timer. Denne tid varierer avhengig av styrken (BOD-innholdet)

i avvannet, typen forurensende stoffer, faststoffnivået ved beluftningen og temperaturen, alt ting som er åpenbare for fagmannen .

Ikke alt. slam som separeres i klareren 105 blir tilbake-ført til beluftningsovnen 10 2, og dette av to grunner. For det første gir den aktiverte slamprosess et nettoutbytte av mikroorganismer fordi massen av nye celler som syntetiseres fra urenhetene i avvannet, er større enn massen av celler som auto-oksyderes under behandlingen. For det andre inneholder avvannet vanligvis ikke bionedbrytbare faststoffer som avsettes og akku-muleres med biomassen. Derfor må en liten fraksjon av det .aktiverte slam føres bort for å holde i balanse mikroorganisme-populasjonen og BOD-tilførselen og for å undertrykke akkumulering av inerte faststoffer i systemet. Slamkassering vil vanligvis omfatte mindre enn 3% av det totalt separerte slam og sjelden mer enn 15%.

Mens spillslammet er en liten fraksjon av de totale faststoffer som separeres i klareren, er det ofte ikke desto mindre en stor absolutt mengde. Uansett mengde representerer disponeringen av dette en vesentlig del av omkostningene ved avvannsbehandling, og i tillegg representerer denne disponering et seriøst økologisk problem. Slammet er bedervelig og meget aktivt rent biologisk sett' og inneholder ofte patogene bakterier. Potensielt er slammet brukbart som gjødningsstoff og/eller landoppfyllingsmiddel, men før en slik bruk, må det stabiliseres godt for å unngå sjenanse og helserisiki, og det høye vanninnhold, f.eks. 96-98%, må reduseres.

Spillslammet fra klareren 103 trekkes av-vfra slamre-sirkuleringssløyfen i rørledningen 111 og inneholder vanligvis 10.000-40.000 mg/l MLSS, og har til å begynne med omtrent den samme temperatur som avvannet i beluftningssonen 102, dvs. 15-25°C, og slammet føres til en fortykningstank 151. Fortyknings-tanken 151 konsentrerer slammet til mellom 20.000 og 60.000 mg/l MLSS og fører det fortykkede slamunderløp via rørledningen 152 til slamfermentersysternet.

I enkelte tilfelle, f.eks. ved avvannsbehandling ved høye omgivelsestemperaturer, og ved høye faststoffkonsentrasjons-nivåer i:.underløpet som trekkes av fra klareren, behøver fortyk-ning, av slammet fra klareren ikke å være nødvendig, og slammet i rørledningen 111 kan hensiktsmessig føres forbi tanken 151 gjennom rørledningen 15 3 og deretter føres til rørledning 152 for føring til slamfermenteringssystemet. Fortykkeroverløpet (overstående væske) føres via rørledningen 150 til beluftningssonen 102 som beskrevet ovenfor.

Det fortykkede slam i rørledningen 152 kan oppvarmes, hvis nødvendig, før tilførsel til den aerobe fermenteringssone 110 ved en metallkoker 130. Alternativt kan slammet bringes i varmeveksling med stabilisert slamavløp fra den anaerobe fermenteringssone 120b på en måte tilsvarende den som illustrerende er beskrevet tidligere i forbindelse med utførelsesformen som er vist i fig. 1. Avvslam tilføres til en tildekket første fermenteringssone 110, enten kontinuerlig eller satsvis, fra rørledning 152. Den aerobe fermenteringssone 110 holdes ved et temperaturnivå innen området 35-75°C og fortrinnsvis i det termofile område fra 45-75°C. Et foretrukket område for autotermisk drift i den aerobe fermenteringssone er fra 50-65°C. Den for-høyede temperatur i den tildekkede første fermenteringssone kan også opprettholdes ved å tilføre ekstern varme, f.eks. ved et egnet oppvarmet fluid som sirkulerer i ikke-viste varme-vekslingsinnretninger anordnet internt i fermenteringssonen.

På grunn av.tendensen til belegning og tilstoppning, bør varme-overføringsoverflåtene som anordnes i fermenteren ikke være kompliserte eller trange og bør fortrinnsvis være innleiret i eller festet til veggen i tanken.

En andre oksygengass inneholdende minst 80 volum-% oksygen, tilføres til den tildekkede første fermenteringssone 110 gjennom rørledningen 117. Som diskutert ovenfor, er denne gass tilstrekkelig i mengde til å gi en del av den første oksygengass som tilføres til beluftningssonen 110 gjennom rørledn-ingen 118.

Fortrinnsvis oppnås den forhøyede temperatur i den tildekkede første fermenteringssone 110 autotermisk uten behov' for varmevekslere slik som 130. Det konsentrerte slam som karakteristisk oppnås ved den oksygenbeluftningsprosess som er beskrevet i US-patent nr. 3.547.813 , er meget gunstig for autotermisk drift på grunn av det reduserte vanninnhold i forhold til det bionedbrytbare "brensels"-innhold. Videre reduserer høye fast-stof fkonsentras joner fermenterstørrelsen og reduserer således de konduktive varmetap gjennom veggene i fermentertanken. Som antydet tidligere, bør MLSS-innholdet i fermenteringssonen være minst 20.0 00 mg/l, basert på slike betraktninger.

Øvre grenser for faststoffkonsentrasjonen i aerobe fermentere er generelt gitt ved.to faktorer. Generelt avhenger den maksimale konsentrasjon av evnen for konvensjonelle sedimen-terings- og fortykkerinnretninger til å redusere vanninnholdet. Flotasjonsinnretninger, centrifugalseparatorer og tyngdekraft-fortykkere gir ofte konsentrasjoner på 60.000 mg/l totalt suspenderte faststoffer. Faststoffnivået kan ytterligere økes ved iblanding av primærslam eller konsentrert avfall fra en annen kilde enn avvannet. Den andre faktor som begrenser faststoffkonsentrasjonen er den økede vanskelighet i å oppløse oksygen og å blande faststoffer i fermenteren. En foretrukket øvre grense er 80.000 mg/l og aller helst 60.000 mg/l, for å sikre at adekvat oksygenering av slammet kan gjennomføres uten overdrevet kraftforbruk ved blandingen av beluftningsgass" og slam.

Fermentertankkonstruksjonen påvirker også oppretthold-elsen av forhøyede temperaturnivåer, og betongvegger er foretrukket overfor metall på grunn av de lavere konduktive varmetap gjennom betong. Varmetap kan ytterligere reduseres ved å legge tanken under jordnivået og å bygge opp jord rundt alle ekspo-nerte vertikale tankvegger. Termisk isolering slik som lav-tetthetsbetong eller skummet plast kan legges over et metall-deksel, hvis nødvendig.

Det er også'foretrukket å gjennomføre oppfinnelsen i aerobe og anaerobe fermentere med et forhold mellom overflate og volum på mindre enn 2,62 m 2 /m 3. I denne' henseende angir "overflate" det totale veggoverflateareal i den tildekkede fermenter inkludert topp, bunn og sidevegger. Forhold mellom overflate og volum på over 2,62 m 2 /m 3resulterer i større varmeledningstap gjennom veggene i forhold til mengden varme som er nødvendig i fermenteren. Slike varmetap nødvendiggjør vanligvis termisk isolasjon på veggene som eksponeres til den omgivende atmosfæré.

Retensjonstiden for slammet i den aerobe fermenter påvirker også det forhøyede temperaturnivå, spesielt når det gjelder autotermiske :temperaturnivåer. som kan opprettholdes. Det vil innsees at tallrike faktorer kommer inn i forholdet mellom slamretensjonstiden og temperaturen slik som slammets nedbrytbarhet og faststoffinnhold. Ved den generelle gjennom-føring av foreliggende oppfinnelse, er slamretensjonstiden i den første fermenteringssone 4-48 timer. Fortrinnsvis ligger retensjonstiden i den første fermenteringssone innen området 12-30 timer og hensiktsmessig fra 12-24 timer.

Den første fermenteringssone 110 er utstyrt med mekaniske røreinnretninger 112 som kan være av den samme type som er benyttet ved 103 i beluftningssonen 102, sammen med innretninger for kontinuerlig tilbakeføring av enten den andre gass eller . det aktiverte slam mot de andre fluider i fermenteringssonen.

Den andre gass omfatter minst 80% oksygen og tilføres til den tildekkede aerobe fermenteringssone 110 og blandes i denne med slam i en tilstrekkelig grad og hastighet til aerob fermentering av slammet, mens man opprettholder et innhold av totalt suspenderte faststoffer i slammet på minst 20.000 mg/l.

Oksygenutarmet fermenteringsgass med minst 40%. oksygenrenhet slippes ut fra den tildekkede fermenteringssone 110 gjennom.rørledningen 118 i en hastighet slik at oksygeninnholdet er minst 35% av oksygeninnholdet i mategassen som går gjennom rørledningen 117. Gassen i rørledningen 118 tilføres til den tildekkede beluftningssone 102 som minst hovedandelen av den tidligere nevnte første gass, for å oppfylle oksygenkravet for biokjemisk oksygenering av avvann. Hvis nødvendig, kan en supplementær ekstern kilde for oksygenholdig gass kobles til for å øke den oksygenholdige gasstrøm. i rørledningen 118.

Etter at den ønskede grad av aerob fermenteringsbehandling er fullført i sonen 110, blir partielt stabilisert slam sluppet ut fra den første tildekkede fermenteringssone 110 i i rørledning 114 og ført til den anaerobe behandlingsdei i det integrerte system. I denne utførelsesform omfatter den andre anaerobe fermenteringssone en surgjøringsundersone 120a og en metanf ermenteringsundersone ..120b. Det partielt stabiliserte slam i rørledningen 114 fra den første fermenteringssone 110, tilføres til surgjøringsundersonen 120a og holdes i denne i en slamretensjonstid fra 24-60 timer, alt etter som det er nødvendig for surgjøring av slammet. Innholdet fra undersonen 120a blandes kontinuerlig ved røreverk 121a for å opprettholde en enhetlig hastighet for nedbrytningen av karbohydrater, fett og proteiner til lavere fettsyrer. Etter at den nødvendige retensjonstid i undersonen 120a er ferdig, blir det surgjorte slam sluppet iit i rørledning 126. Hvis temperaturen i sonen 120a eir en forhøyet temperatur over optimale metandannelsesnivåer, er det hensiktsmessig å redusere sonen for det surgjorte slam for å sikre tilfredsstillende drift i metandanningsundersonen 120b. I henhold til dette føres slammet i rørledning 126 gjennom varmevekslere

115 mot et kjølemiddel som føres gjennom varmeveksleren i rør-ledning 160. Det resulterende partielt avkjølte og partielt stabiliserte slam som slippes ut fra varmeveksleren 115, strøm-mer deretter gjennom rørledningen 127 til metanfermenteringsundersonen 120b. Kjølemiddelmediet i rørledning 160 kan hensiktsmessig omfatte en kjølevanns'strøm, slik som f.eks. en del av avløpet fra den sekundære klarer fra rørledningen 106 eller, slik som beskrevet tidligere, mate-.slam til fermenteringssysternet.

Den anaerobe fermenteringsundersone 120b omfatter metan-danningsfermenteringstrinnet i prosessen. For optimal drift holdes slammet i metanfermenteringsundersonen ved en temperatur fra 35-40°C og fortrinnsvis fra 37-38°C. Innholdet i undersonen 120b blandes kontinuerlig ved hjelp av røreinnretninger 121b for derved å skape en stor sone for aktiv dekomponering og en vesentlig økning av stabiliseringshastighetsreaksjonene. Slamretens jons tiden i metanfermenteringsundersonen er fortrinnsvis mellom 4 dager og 8 dager under de ovenfor diskuterte betrakt-, ninger som styrer varigheten av retensjonstiden i den anaerobe fermenteringssone. Metangass som fremstilles ved biokjemisk reaksjon som opptrer i undersonen 120b, slippes ut av- denne i rørledning 128 hvori det er anordnet en strømningsregulerings-ventil 129. En andel av denne utsluppede metangass kan føres til kokeren 130 via rørledning 132, mens restandelen trekkes av fra prosessen i rørledning 131 for ytterligere behandling og/eller annen bruk. Det ytterligere stabiliserte slam som ikke inneholder mer enn 40% av de opprinnelige bionedbrytbare flyktig suspenderte faststoffer fra det inngående slam og helst ikke mer enn 20%, slippes ut fra prosessen i rørledning 1-33.

Fig. 3 er et skjematisk flytskjema av en annen utførel-sesform av oppfinnelsen, hvori slammet fra primære og sekundære avvannsbehandlingssystemer føres til slamfermenteringssystemet. Denne utførelsesform illustrerer en prosess-sekvens som ligger innenfor rammen av foreliggende oppfinnelse, hvori et termofilt aerobt første fermenteringssystem er integrert med et termofilt anaerobt andre fermenteringstrinn. Tidligere er termofil anaerob fermentering ikke vært brukt i vesentlig grad kommersielt. Grunnen for denne begrensede bjruk er at problemene i forbindelse med konvensjonell mesofil anaerob drift med henblikk på den inherente termiske ustabilitet og den ekstreme følsomhet for forandringer i prosessbetingelsen slik det er diskutert tidligere, er tilstede ved termofil anaerob fermentering i ennå større grad. Således er det på grunn av den uberegnelige driftsstabilitet ved termofil anaerob fermentering som gjør at denne slambehandlings-prosess har nydt godt av liten oppmerksom opp til idag ved kommersiell slamfermentering. Disse problemer i forbindelse med ustabilitet i driften og utilbørlig følsomhet overfor prosess-fluktueringer, overvinnes i den termofile aerobe/anaerobe utfør-elsesform av oppfinnelsen på samme måte som beskrevet ovenfor

i forbindelse med utførelsesformer av oppfinnelsen, som benytter et anaerobt mesofilt andre fermenteringstrinn.

I systemet i fig. 3 blir råavvann bestående f.eks. av kommunal kloakk, industrielt avvann og overvann ført gjennom rørledningen 240 til primærsedimenteringssonen 241. Sedimenteringssonen 241 kan hensiktsmessig bestå av en gravitetsklarer av konvensjonell kjent type. I sedimenteringssonen blir inn-løpsavvannet separert til et primæravløp med redusert BOD-innhold som via rørledning 201, strømmer til beluftningssonen 202, samt et sedimentert slamunderløp som fjernes fra sonen 241 via rørledningen 242. Beluftningssonen 202 mottar også oksygenholdig beluftningsgass i rørledningen 218, overstående væske fra slamfortykkeren i rørledning 250 og tilbakeført aktivslam i rørledning 208. En fluidblande- og resirkuleringsinnrétning 203 er anordnet i beluftningssonen 202 for blanding av de forskjellige fluider som tilføres til beluftningssonen for å danne en blandet væske, og samtidig kontinuerlig tilbakeføre en av de blandede væsker og oksygenholdig beluftningsgass mot de andre fluider. Som nevnt tidligere, kan fluidblande- og resirkuler- ingsinnretningene hensiktsmessig omfatte en neddykket gassboble-innretning kombinert med en blandeimpeller under overflaten, eller en overf latebe.luf tningsimpeller. Etter den nødvendige beluftningsperiode, f.eks. 2-6 timer, blir en BOD-utarmet blandet væske samt en oksygenutarmet beluftningsgass med minst 21 volum-% oksygen, ført ut fra beluftningssonen 202 i rørled-ninger 204 hhv. 219.

Den BOD-utarmede oksygenerte blandede væske i rørledningen 204 føres til den sekundære sedimenteringssone 205 hvori aktivslam separeres fra den rensede væske, hvorved den sistnevnte slippes ut fra prosessen i rørledning 206. Det avsatte aktivslam trekkes ut fra den sekundære sedimenteringssone via rørled-ning 207. En hovedandel av dette avtrukkede slam tilbakeføres som tilbakeføringsslam til beluftningssonen 202 via rørledning 208 hvori det er anordnet en tilbakeføringspumpe 209. Den gjenværende ikke-tilbakeførte andel som kan omfatte mellom 3 og 10% av slammet i rørledning 207, føres i rørledning 252 til slamfortykkeren 2 51.

Slamfortykkeren 251 omfatter en ytterligere slamavset-ningsfortykkersone som konsentrerer slammet til mellom 2 og 6% faststoffer, dvs. et MLSS-nivå på mellom 20.000 og 60.000 mg/l. Det fortykkede slamunderløp føres gjennom rørledning 245 og forenes med primærslam i rørledning 242 fra den primære sedimenteringssone 241 for å danne en kombinert slamstrøm i rørled-ning 211. Den overstående væske fra slamfortykkeren 251 føres i rørledning 250 til beluftningssonen 202 som beskrevet tidligere.

Den kombinerte slamstrøm i rørledning 211 kan oppvarmes partielt, hvis ønskelig, ved indirekte varmeveksling med varme-stabilisert slam fra den andre fermenteringssone 220, slik det skal beskrives nedenfor, og føres deretter til den første fermenteringssone 210 i rørledningen 248. Før tilføring til den første fermenteringssone 210, kan slammet i rørledningen 248 oppvarmes ytterligere ved en metanbrenner.231 som mottar metangass for forbrenning fra rørledning 227.

Hvis omgivende temperaturbetingelser er tilstrekkelig

til å eliminere nødvendigheten av å oppvarme innløpende slam til fermenteringssysternet, kan dette føres rundt varmeveksleren 244 og brenneren 231 ved forbiføringsiedninger 261 hhv. 263.

I den tildekkede første fermenteringssone 210, utføres en termofil, aerob fermentering av innløpende slam. Beluftningsgass inneholdende minst 50 volum-% oksygen og fortrinnsvis minst 80%, avgis til fermenteringssonen 210 i rørledningen 217, og mekaniske røreinnretninger 212 blander og resirkulerer samtidig kontinuerlig innløpende slamblanding mot den oksygenholdige gass. Matehastigheten for beluftningsgassen og energitilførslen til den mekaniske røreinnretning 212, er slik at oksygenet oppløses i slammet i den første fermenteringssone 210 i tilstrekkelig.grad og hastighet til å tilfredsstille kravene til aerob fermenterings-respirasjon i slammet.

Slammet holdes i den første fermenteringssone 210 ved en termofil temperatur på 45-75°C i tidsrom fra 4-48 timer for partielt å redusere innholdet av bionedbrytbare flyktig suspenderte faststoffer i slammet. Partielt stabilisert slam slippes ut fra den aerobe fermenteringssone 210 i rørledningen 216, og oksygenutarmet fermenteringsgass slippes separat ut fra fermenteringssonen i rørledningen 218.

Fra rørledning 216 blir partielt stabilisert slam fra

den første fermenteringssone tilført den tildekkede andre fermenteringssone 220.

Den andre fermenteringssone 220 omfatter en termofil anaerob fermenter. For optimal drift blir. slammet i denne fermenteringssone holdt ved en temperatur i det anaerobe termo-

file temperaturområde mellom 40° og 60°C, fortrinnsvis mellom 45° og 50°C. Som et resultat av termofil drift både i den første og den andre,fermenteringssone i denne utførelsesform av oppfinnelsen, kan det partielt stabiliserte slam fra den første sone føres direkte til den andre fermenteringssone som vist,

uten oppvarming eller avkjøling ved varmeveksling mellom sonene hvis de termofile temperaturer i de respektive soner i tilstrekkelig grad er tilpasset hverandre. Alternativt kan det i enkelte tilfelle være ønskelig å kjøre den andre-.fermenteringssone ved tilstrekkelig høyere eller lavere temperatur i forhold til den første aerobe fermenteringssone, slik at mellomsone-oppvarming eller -avkjøling av det partielt stabiliserte slam fra den aerobe fermenteringssone er fordelaktig. Oppvarming kan utføres ved en metanfyrt brenner tilsvarende 231, avkjøl-

ing kan skje ved varmeveksling av partielt stabilisert slam fra den første fermenteringssone med innløpende slam som føres

til fermenteringssystemet slik som beskrevet ovenfor i forbindelse med utførelsesformene av oppfinnelsen som er vist i fig.

1 og 2. I tillegg og fordi det er ennå mer kritisk i termofil anaerob fermentering enn i mesofil anaerob fermentering å sikre at temperaturfluktueringer ikke opptrer i fermenteringssonen, kan det være ønskelig å benytte en godt isolert tank som slam-behandlingsbeholder for det termofile anaerobe fermenteringstrinn for derved å ha en sikring mot alvorlige klimatiske for-styrrelser. ^

I den andre fermenteringssone 220 blir slammet kontinuerlig blandet ved mekaniske røreinnretninger 2 21 for å opprettholde en høy stabiliseringsgrad. Metangass som fremstilles som et resultat av de biokjemiske reaksjoner som opptrer ved den anaerobe fermentering, slippes ut fra den andre fermenteringssone i rørledning 223. Denne metangass kan blandes med oksygenholdig gass slik som luft, eller den okysgenutarmede fermenteringsgass fra den aerobe fermenteringssone og forbrennes som brensel for å gi varme for å opprettholde slammet i en eller begge soner.ved forhøyet temperatur. Ved den prosess som er vist, blir en andel av metangassen fra rørledningen 223 via rørledning 227 ført til metankokeren 231 og forbrent for å gi varme for å holde slammet i den, første fermenteringssone ved termofile temperaturer innen området 45-75°C. Den gjenværende andel slippes ut fra prosessystemet i rørledning 228. Det ytterligere stabiliserte slam fra den anaerobe fermenteringssone og som ikke inneholder mer enn 40% av innløpet av bionedbrytbare flyktig suspenderte faststoffer i innløpsslammet til fermenteringssystemet i røriédning 248 og fortrinnsvis ikke mer enn 20% av dette, slippes ut fra den andre fermenteringssone gjennom rørledning 225, føres gjennom en varmeveksler 244 for gjenvinning av varme fra utsluppet slam og slippes til slutt ut fra prosess-systemet i rørledning 243.

Arten av den biologiske aktivitet i den aerobe fermenteringssone i fig. 3-utførelsen som nettopp er beskrevet, er vesentlig forskjellig fra den biologiske aktivitet den aerobe sone i den tidligere beskrevne fig. 2-utførelse av oppfinnelsen på grunn av forskjellen på slammets opprinnelse. I fig. 2-utførelsen ér slammet som føres til fermenteren som innløpende slam, kun aktivert slam fra det sekundære avvannsbehandlings- system, men i fig. 3-utførelsen omfatter innløpsslammet både sekundærslammet fra aktivslambehandlingstrinnet og også primærslam fra råavvannssedimenteringen. Fordi det organiske materiale for sekundærslam primært er levende mikroorganismer, omfatter den aerobe fermentering av dette slam forskjellige biologiske reaksjonstrinn av cellelyse, assimiliasjon av lyseproduktene for syntese av nytt levende materiale og respirasjon. Primærslam består på den annen side hovedsakelig av ikke-levende organisk . materiale som mikroorganismene som er tilstede.i slammet, er i stand til å benytte som næringsmiddel. Under den aerobe fermentering av primærslam underkastes i henhold til dette, den mikrobielle populasjon i slammet en vesentlig cellesyntesefase i tillegg til cellelyse, assimilasjon av lyseproduktene og respirasjon. Som et resultat, skjer fermentering av primærslam med en større andel både av cellesyntese og cellerespirasjon enn det som skjer ved aerob fermentering av sekundærslammet.. Aerob fermentering av primærslam resulterer videre i en mindre nettoreduksjon av bionedbrytbare flyktige faststoffer enn den aerobe fermentering av sekundærslam basert på en sammenlignbar slamretens jonstid for fermentering. Nettoreduksjonen av bionedbrytbare flyktige faststoffer i slammet under fermentering representerer en forskjell i de konkurrerende fermenteringsprosesser av cellesyntese og cellerespirasjon.

Cellulær respirasjon i slamfermenteringsprosessen er eksoterm av type og av de ovenfor angitte grunner, viser primærslammet en høyere varmeskapende kapasitet pr. vektenhet bionedbrytbare flyktig suspenderte faststoffer som fjernes ved fermentering, enn det som er tilfelle med sekundærslam. I henhold til dette er en lavere nettoreduksjon i flyktig suspenderte faststoffer nødvendig for å oppnå og å opprettholde et gitt temperaturnivå i det aerobe fermenteringstrinn med primærslam enn det som er tilfelle med sekundærslam. I fig." 3-utførelsen av oppfinnelsen der slammet til fermenteringssonen omfatter både primær- og sekundærslam, kan man således arbeide ved en gitt temperatur med et lavere nivå av reduksjon av flyktig suspenderte faststoffer i den aerobe fermenteringssone enn den aerobe fermenteringssone i fig. 2-utførelsen som kun behandler sekundærslam. En lavere reduksjon av bionedbrytbare flyktige faststoffer i den aerobe sone i fermenteringssystemet, krever i sin tur at slamretensjonstiden i den anaerobe fermenteringssone tilsvarende økes for å oppnå et gitt totalnivå og fjerning av flyktige suspenderte faststoffer. Fordi det en øket andel av fjerningen av de totale flyktige suspenderte faststoffer skjer i den anaerobe fermenteringssone i slikt tilfelle, kan systemet som behandler primærslam, derfor oppnå et øket nivå av metandannelse i den anaerobe fermenteringssone i forhold til det fermenteringssystem som kun behandler sekundærslam. Fig. 3-utførelsen av oppfinnelsen er således inherent i stand til å gi større mengder av metan enn systemet ifølge fig. 2, men på bekostning av en øket slamretensjonstid i den anaerobe fermenteringssone i det førstnevnte tilfelle.

Méd henblikk på den foregående diskusjon, er kapasiteten for oppvarming av innløpsslam til fermenteringssystemet før tilførsel av slammet til den aerobe fermenteringssone, sørget for i hver av de tidligere beskrevne illustrerende utførelses-former av oppfinnelsen. En slik oppvarming behøver ikke nødvendig-vis være nødvendig i en gitt utførelsesform avhengig av forskjellige faktorer slik som slamfaststoffinnholdet, omgivelsestemperatur, retensjonstid i den aerobe fermenteringssone og type av slam som benyttes. Fig. 4 er et diagram for temperaturen i det inn-løpende slam til"den første fermenteringssone som er nødvendig for autotermisk å opprettholde en 50°C-driftstemperatur i den første fermenteringssone ved en 24-timers slamretensjonstid, plottet som funksjon av innholdet av totalsuspenderte faststoffer, MLSS, i det innløpende slam til den første fermenteringssone. Dette diagram representerer et biologisk sekundærslam med et forhold mellom flyktig suspenderte faststoffer og totale suspenderte faststoffer (VSS/TSS) på 0,79 og et biologisk varme-innehold på 14.000 BTU/pund fjernede flyktige suspenderte faststoffer.

Diagrammet i fig. 4 antyder at termofil drift kan oppnås uten behov for oppvarming av innkommende slam til fermenteringssysternet før tilførsel av dette til den aerobe fermenteringssone når det innløpende slam har en tilstrekkelig faststoff-konsentrasjon. Hvis det f.eks. skal fermenteres et slam med en 3%-ig konsentrasjon av totale faststoffer, behøver temperaturen i slammet som tilføres til den termofile aerobe sone, kun å

være ca. 16°C for å opprettholde autotermisk drift.

Alle de tidligere beskrevne utførelsesformer av oppfinnelsen er i stand til å gi et totalt pasteurisert slamprodukt fordi i hvert av disse tilfeller blir alt innkommende slam til fermenteringssystemet ført gjennom en aerob fermenteringssone hvori høye temperaturer i størrelsesorden 50-52°C kan benyttes for å gi totalslampasteurisering. Imidlertid kan det være anvendelser hvori den endelige disponering av slammet .ikke krever et totalt pasteurisert produkt eller der slammet selv ikke krever pasteurisering på grunn av fraværet av vesentlige, mengder patogene stoffer. Fig. 5 er et skjematisk flytskjema av en annen utførelsesform som ligger innenfor rammen av oppfinnelsens generelle omfang, der en mindre andel av innkommende slam til prosessystemet avdeles til den andre fermenteringssone, og som er egnet for de slamfermenteringsprosésser hvori det ikke er nødvendig med total slampasteurisering. I fig. 5-utførelsen blir en størsteandel av innkommende slam til prosessystemet i rørledning 311 matet til den tildekkede første fermenteringssone 310 via rørledning 331. Før tilførsel til den første fermenteringssone 310 kan slammet i rørledning 331, hvis ønskelig, varmes opp ved hjelp av en metanfyrt koker 330.

Oksygenholdig beluftningsgass inneholdende minst 50 og fortrinnsvis minst 80 volum-% oksygen tilføres til den aerobe fermenteringssone 310 gjennom rørledningen 317. Slammet som flyter til denne sone, blir hensiktsmessig blandet og kontinuerlig tilbakeført mot den oksygenholdige beluftningsgass via omrør-ingsinnretninger 312, hvorved blanding av slam og beluftningsgass gjennomføres i tilstrekkelig grad og mengde for aerob fermentering av slam i sonen 310. Slammet holdes i den aerobe fermenteringssone ved en termofil temperatur mellom 45 og 75°C og retensjonstider på mellom 4 og 48 timer. Oksygenutarmet fermenteringsgass slippes ut fra den første fermenteringssone. gjennom rørledning 318, og slammet som partielt er utarmet på bionedbrytbare suspenderte faststoffer, slippes ut separat fra fermenteringssonen i rørledning 316.

Det partielt stabiliserte slam i rørledning 316 blir deretter tilført til den tildekkede andre fermenteringssone 320, som arbeider i det mesofile temperaturområde. Fordi temperaturen i slammet som slippes ut fra den første fermenteringssone, er mellom 45 og 75°C, blir temperaturen hensiktsmessig redusert før tilførsel til den andre fermenteringssone slik at de foretrukne mesofile temperaturbetingelser for den mesofile anaerobe fermenteringsprosess i den andre fermenter kan opprettholdes.

I den illustrerende utførelsesform blir den mindre andel av inn-løpende slam til prosessen ført forbi metankokeren .330. og den aerobe fermenteringssone 310 i rørledningen 309 og blandes direkte med varmt slam i rørledning 316. Strømningshastigheten for inn-løpende slam som forbiføres, justeres slik at temperaturen i den kombinerte slamstrøm som tilføres til den anaerobe fermenteringssone 320, er tilstrekkelig til å opprettholde driftstempera- _ turer i sonen 320 på mellom 35 og 40°C.

I den andre fermenteringssone blir slammet blandet ved resirkulering av metangass mot slammet for aktivt å opprettholde stabiliseringshastigheten i den andre sone på høye nivåer. Metangass som fremstilles som et resultat av biokjemiske reaksjoner i den andre fermenteringssone 320, slippes ut via rørledning 323. En sidestrøm av denne gass oppdeles i en strømningssløyfe 340 hvori det er anordnet en kompressor 326 og den resulterende komprimerte metangass tilføres til slammet i den andre fermenteringssone, slik som f.eks. ved hjelp av ikke-viste bobleinnret-ninger, for å bevirke den tidligere nevnte slamblandirig og resirkulering. Frå rørledningen 323 kan en andel av metangassen føres i rørledning 327 til den metanfyrte brenner 330, og resten slippes ut fra prosessystemet via rørledning 328. Det ytterlig stabiliserte slam som inneholder minst 40% av innholdet av de opprinnelige bionedbrytbare flyktig suspenderte faststoffer i innkommende slam til prosessystemet i rørledning 331, slippes ut fra den andre fermenteringssone via rørledning 325 for ytterligere behandling (f.eks. avvanning) og/eller endelig disponering.

Fordelene ved oppfinnelsen vises i de følgende eksempler.

Eksempel 1

Dette eksempel sammenligner ytelsen av foreliggende oppfinnelse gjennomført i henhold til utførelsesformen i fig. 2,

med et konvensjonelt høyytelsesahaerobt system'. Den ytterligere beskrivelse vil baseres på behandling av spillslam fra et avvannsbehandlingsanlegg med en kapasitet på 3,78 x 10 7 l/dag, og det henvises til flytskjemaet i fig. 2.

Et kombinert 50-50 primær- og sekundærslam som til å begynne med holdt 18°C ble matet til fermenteringssystemet gjennom rørledningen 111 i fig. 2. Slammet med et innhold av av totalt suspenderte faststoffer på 39.400 mg/l og et forhold mellom flyktige suspenderte faststoffer og totalt suspenderte faststoffer på 72%, ble matet til systemet i en strømningshastighet på 3,4 x 10 5 l/dag. For å holde slammet i den aerobe fermenteringssone 110 ved en driftstemperatur på 50°C med 24 timers slamretens jonstid, ble det innløpende slam oppvarmet til ca. 23°C ved hjelp av metankokeren 130. Basert på en 50%-ig omdannings-' effektivitet for metarigassbrennstoffverdien til varme, ble ca.

3 700 m /dag av metangassen som ble fremstilt i den anaerobe fermenteringssone ført som tilmatning til kokeren 130.

Det ble oppnådd en omdanning på omtrent 8% av de flyktig suspenderte faststoffer (16% bionedbrytbare flyktig suspenderte faststoffer; de bionedbrytbare flyktig suspenderte faststoffer er omtrent 50% av de totale flyktig suspenderte faststoffer) i den aerobe fermentering, slik at et partielt fermentert slam med et innhold av flyktig suspenderte faststoffer på 26.100 mg/l via rørledningen 114 mates til surgjøringsundersonen 120a. Denne undersone drives ved termofil temperatur med en 24 timers slamretens jonstid. Det ble oppnådd en 10%-ig reduksjon av innholdet av innløpende flyktig suspenderte faststoffer i dette trinn.

Et slam med et innhold av flyktig suspenderte faststoffer på 23.500 mg/l ble deretter ført til metanfermenteringsundersonen 120b i rørledningen 126. Tilstrekkelig varme fjernes fra det utsluppede slam i varmeveksleren 115 for å sikre en driftstemperatur i metanfermenteringsundersonen 120b på 38°C.

Metanfermenteringsundersonen drives med en 5-dagers slamretensjonstid, noe som resulterer i en totalreduksjon av flyktig suspenderte faststoffer på 40% for det integrerte system (en reduksjon av bionedbrytbare flyktig suspenderte faststoffer på 80%). Metanfermenteringsundersonen gir omtrent 2040 m 3 metangass pr. dag, noe som gir en total brenselsverdi

på 43.000.000 BTU/dag. Fordi 700 m 3 metangass/dag er nødvendig for å kjøre metankokeren 130, er 1340 m 3 metangass/dag, noe som tilsvarer en total brenselsverdi på 29.000.000 BTU/dag, tilgjengelig for utskipning fra slamfermenteringssysternet.

Hvis de 3,4 x 10^ l/dag kombinert slam på hvilke den ovenfor angitte beskrivelse er basert i stedet føres til et konvensjonelt høygradsanaerobt fermenteringssystem, ville en 13-dagers slamretensjonstid være nødvendig for å oppnå den samme reduksjon av flyktige faststoffer. Selv om 3584 m 3 metangass pr. dag, noe som utgjør 77.000.000 BTU pr. dag, fremstilles ved det konvensjonelle anlegg, er ca. 60.000.000 BTU pr. dag oppvarming nødvendig ved en 50%-ig omdanning av brenselsverdi til varme for å opprettholde optimale driftstemperaturbétingelser i den konvensjonelle tank. Således krever det konvensjonelle system sammenlignet med den ovenfor angitte utførelsesform av foreliggende oppfinnelse 86% mer tanktbehov, basert på retensjonstids-kravene, og har tilgjengelig for eksport 40% mindre metan under normale driftsbetingelser..

Eksempel II

Dette eksempel beskriver en spesifikk gjennomføring av foreliggende oppfinnelse i henhold til utførelsesformen i fig. 5. Innløpende slamråstoff omfatter 2,27 x 10^ av et kombinert 50-50 primær- og sekundærslam fra et avvannsbehandlingsanlegg. Inn-løpende slam i rørledning 311 med 20°C og 4% totalt suspenderte faststoffer (VSS/TSS=0,75) oppdeles med 1,74 x IO<5>l/dag i rør-ledning 331 direkte til den termofile aerobe fermenteringssone og 0,52 x 10~* millioner l/dag utgjørende forbiføringsstrømmen i rørledning 329. Da temperaturen og konsentrasjonen av suspenderte faststoffer i slammet i rørledningen 311 er tilstrekkelig høy til å gi autotermisk drift i den termofile aerobe fermenteringssone 310, er det ikke noe behov for på dette tidspunkt å oppvarme slammet før tilføring til den aerobe sone.. Retensjonstiden i den første fermenteringssone 310 er ca. 24 timer og som antydet nås de termofile temperaturer, på autotermisk måte. Et pasteurisert slam med en temperatur på 50°C slippes ut fra den aerobe fermenteringssone i rørledningen 316 bg blandes med av-kjølt forbiført strøm fra rørledningen 3,29. Denrie kombinerte slamstrøm strømmer deretter til den anaerobe fermenteringssone 320 hvori slammet holdes under fravær av oksygen i omtrent 8 dager, noe som gir en omtrentlig totalreduksjon på 40% av de flyktige faststoffer (en reduksjon av bionedbrytbare flyktig suspenderte faststoffer på ca. 80% 1. Den anaerobe fermenteringssone gir metangass i en mengde på ca. 2016 m 3/dag, noe som utgjør ca. 40.000.000 BTU/dag. All denne metan er tilgjengelig for

bortføring fra prosessystemet.

Hvis de 2,27 x 10^ millioner l/dag kombinert-innløpende slam mates i stedet til en konvensjonell høygradsanaerob férm-enteringstank, vil en omtrentlig retensjonstid på 15 dager være nødvendig for å oppnå den samme reduksjon av de flyktige faststoffer. Ca. 2520 m 3 metan/dag tilsvarende ca. 50.000.000 BTU vil fremstilles ved den konvensjonelle anaerobe fermenteringstank, men ca. 45.000.000 BTU/dag er nødvendig, forutsatt 50%-ig omdanning av brenselsverdien til varme, for å opprettholde optimale anaerobe driftstemperaturbetingelser i den konvensjonelle tank. Derfor vil i dette tilfelle en konvensjonell anaerob fermenter kreve ca. 65% lengere slamretensjonstid, men kun gi en netto gassenergiekvivalent på 5.000.000 BTU/dag sammelignet med 40.000.000 BTU/dag for det kombinerte system. Etter at man således har brukt internt den fremstilte metangass som varme-kilde, vil det konvensjonelle system ha vesentlig mindre metangass tilgjengelig for bortføring enn fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse.

Eksempel III

Dette eksempel sammenligner en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse i henhold til fig. '1 méd et konvensjonelt høykvalitetsanaerobt system.

Et sekundærslam fra et oksygenerende avvannsbehandlings-system som til å begynne med holdt 15°C, ble først oppvarmet i en varmeveksler 2 2 med avløp fra en anaerob fermenter og deretter ytterligere oppvarmet med avløp fra en termofil aerob fermenter i en varmeveksler 15. Det første varmevekslingstrinn i varmeveksleren 22 hevet temperaturen i det innløpende slam fra 15 til ca. 25°C, mens temperaturen i stabilisert slam-av-løp fra den anaerobe fermenteringssone 20 ble redusert fra ca. 35-25°C. Det andre.varmevekslingstrinn i varmeveksleren 15

øket temperaturen i innkommende slam til ca. 30°G, mens slammet fra den aerobe fermenteringssone 10 fikk sin tempetatur redusert fra ca. 50°C til ca. 45°C. Det innløpende slam hadde en MLSS-verdi på 34.400 mg/l og et VSS/TSS-forhold på 78%, og dette ble tilført til den første fermenteringssone 10 i en mengde av 2,2 7 x 10^ l/dag. Det ble opprettholdt en driftstemperatur på 50°C

med en slamretensjonstid på 24 timer i den første aerobe sone.

Det ble oppnådd en reduksjon i flyktig suspenderte faststoffer på ca. 16% (en reduksjon i bionedbrytbare flyktig suspenderte faststoffer på ca. 32%) i det aerobe trinn slik at det til den anaerobe fermenteringssone i rørledning 16 ble til-ført et partielt stabilisert slam med et innhold av flyktig suspenderte faststoffer på 22.500 mg/l etter varmeveksling med innløpende slam i varmeveksleren 15.

Den anaerobe fermenteringssone ble drevet med en 8 dagers retensjonstid, noe som resulterte i en total reduksjon av flyktige suspenderte faststoffer på 42% (en reduksjon av bionedbrytbare flyktig suspenderte faststoffer på 84%( for det integrerte system. Den anaerobe fermenteringssone 20 ga omtrent 1438 m 3 gass/dag, tilsvarende en total brenselsverdi på ca. 28.000.000 BTU/dag. All denne metangass sto til disposisjon for bortføring fra fermenteringssysternet. ,

Hvis de 2,27 x 10 5 l/dag innløpende slam til fermenteringssonen som er beskrevet ovenfor, i stedet ble ført til et konvensjonelt høygradsanaerobt fermenteringssystem, ville en retensjonstid på minst 14 dager være nødvendig for å oppnå den samme reduksjon i flyktige suspenderte faststoffer. Selv om 1369 m 3 metangass/dag fremstilles i et slikt konvensjonelt anlegg, tilsvarende ca. 47.000.000 BTU/dag, ville ca. 45.000.000 BTU være nødvendig ved en 50%-ig omdanning av brenselsverdien til varme for å opprettholde optimale driftstemperaturbetingelser i den konvensjonelle tank. Det konvensjonelle anaerobe system krever derfor ca. 55% mer tankbehov og har ca. 26.000.000 BTU metangass/dag mindre å føre bort fra anlegget enn det tilsvarende ovenfor angitte system ifølge oppfinnelsen.

Selv om foretrukne utførelsesformer er beskrevet i detalj, vil det være klart at andre utførelsesformer er mulige ved modifiseringer av de beskrevne trekk uten at man kommer utenfor oppfinnelsens ramme. For eksempel kan det aerobe'fermenteringstrinn i foreliggende fremgangsmåte utføres i seriebehandlings-tanker eller i adskilte bassenger der tankene i serie eller i separate volumer i de adskilte bassenger virker som undersoner av den aerobe fermenteringssone. På denne måte kan den aerobe fermenteringssone foreligge i form av slamfermenteringskammere med mange rom for trinnvis nedstrøms slam og beluftningsgasstrøm, hvorved en slik aerob fermenteringssone-konstruksjon er velkjent for fagmannen og f,eks. beskrevet i det tidligere nevnte US-patent nr.3.926.794.

Claims

1. Fremgangsmåte for fermentering av slam, karakterisert ved at den omfatter: (a) tilføring av slammet og beluftningsmategass omfattende minst 20 volum-% oksygen til en første fermenteringssone og blanding av disse i sonen i tilstrekkelig mengde og grad til aerob fermentering av slammet, mens man holder innholdet av totalt suspenderte faststoffer, MLSS, i slammet på minst 20.000 mg/l og temperaturen i «lammet innen området 35-75°C; (b) fortsetter den aerobe fermentering i trinn (a) i en slamretensjonstid på 4-4 8 timer for partielt å redusere innholdet av bionedbrytbare flyktig suspenderte faststoffer i slammet som tilføres, og å slippe ut partielt stabilisert slam fra den første fermenteringssone; (c) anaerobt å fermentere det partielt stabiliserte slam fra den første fermenteringssone i en tildekket andre fermenteringssone, mens man holder temperaturen i slammet innen området. 25-60°C i en retensjonstid for faststoffene tilstrekkelig til ytterligere å redusere innholdet av bionedbrytbare flyktig suspenderte faststoffer i slammet til mindre enn ca. 40% av innholdet av slike faststoffer i det slam som tilføres til den første fermenteringssone i trinn (a), og å danne metangass; og (d) å slippe ut ytterligere stabilisert slam og metangass fra den andre fermenteringssone.

2. Fremgangsmåte for fermentering av slam, karakter-" isert ved at den omfatter (a) å tilføre nevrite slam og beluftningsmategass omfattende minst 20 volum-% oksygen til den første fermenteringssone og å blande disse i tilstrekkelig hastighet og grad til å tilfredsstille kravene for aerob fermenteringrespirasjon i slammet og for å holde MLSS-verdien i slammet i den første fermenteringssone på minst 20.000 mg/l; (b) å holde slammet i den første fermenteringssone i trinn (a) ved en temperatur innen området 35-75°C; (c) å fortsette trinn (bl "'i en slamretens jons tid på fra 4-4 8 timer for partielt å redusere inneholdet av bionedbrytbare flyktig suspenderte faststoffer i slammet som tilføres til den første fermenteringssone; (dl å slippe ut partielt stabilisert slam fra den første fermenteringssone; (e) å tilfø re nevnte partielt stabiliserte slam fra trinn (d) til en tildekket andre fermenteringssone; og (f) å holde slammet i den andre fermenteringssone under anaerobe betingelser ved en temperatur fra 25-60°C i en til-, strekkelig retensjonstid for faststoffene til ytterligere å redusere innholdet av bionedbrytbare flyktig suspenderte faststoffer til mindre enn ca. 40% av innholdet av bionedbrytbare flyktige faststoffer i det slam som ble tilført til den første fermenteringssone i trinn (al, og å danne metangass, samt å slippe ut ytterligere stabilisert slam og metangass fra den andre fermenteringssone.

3. Fremgangsmåte for fermentering av slam, karakterisert ved at den omfatter: (a) å tilføre nevnte slam og beluftningsmategass omfattende minst 20 volum-% oksygen til en første fermenteringssone og å blande disse i tilstrekkelig mengde„og hastighet til å oppnå utnyttelse av minst 0,03 kg oksygen/kg flyktige suspenderte fasststoffer, VSS, i slammet som tilføres til den første fermenteringssone, mens man opprettholder et innhold av totale suspenderte faststoffer, MLSS, i' slammet i den første fermenteringssone på minst 20.000 mg/l; (b) å holde slammet i den første fermenteringssone i trinn (a) ved en temperatur innen området 35-75°C; (c) å fortsette trinn (b) i en slamretensjonstid fra 4-48 timer for partielt å redusere innholdet av bionedbrytbare flyktige suspenderte faststoffer i slammet som tilføres til den første fermenteringssone; (d) å slippe ut partielt stabilisert slam fra den første • fermenteringssone; (e) å føre det partielt stabiliserte slam fra trinn (d) til en tildekket andre fermenteringssone; og (f) å holde slammet i den andre fermenteringssone under anaerobe betingelser ved en temperatur fra 25-60°c i en tilstrekkelig faststoffretensjonstid til ytterligere å redusere inneholdet av bionedbrytbare flyktige suspenderte faststoffer i slammet til mindre enn ca. 40% av innholdet av bionedbrytbare flyktige suspenderte faststoffer i det slam som tilføres til den første fermenteringssone i trinn (a), og å danne metangass og å slippe ut ytterligere stabilisert slam og metangass fra den andre fermenteringssone.

4. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1, 2 eller 3, karakterisert ved at den oksygenholdige beluftningsmategass og slammet blandes i nevnte første fermenteringssone i tilstrekkelig mengde og hastighet til :å oppnå utnyttelse av fra 0,10-0,35 kg oksygen pr. kg flyktig suspenderte faststoffer, VSS, i slammet som tilføres til den første sone.

5. Fremgangsmåte ifølge et" hvilket som helst av kravene 1,

2 eller 3, karakterisert ved at innholdet av flyktige suspenderte faststoffer i slammet som tilføres til den første fermenteringssone reduseres med fra 5-20% i den første fermenteringssone.

6. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1,

2 eller 3, karakterisert ved at den første fermenteringssone utstyres med et deksel for å danne et gassrom som ligger over slammet og at beluftningsmategassen omfatter minst 50 volum-% oksygen.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved å resirkulere enten beluftningsgass eller slamfluid mot det andre fluid i den første fermenteringssone og å slippe ut • oksygenutarmet férmenteringsgass med minst 21 volum-% oksygen fra den første fermenteringssone separat fra nevnte partielt stabiliserte slam.

8. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1,

2 eller 3, karakterisert ved at slammet som tilføres til den første fermenteringssone har et totalinnhold av suspenderte faststoffer på mellom 20 .000 og 80.000 mg/l'.

9. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1, 2 eller 3, karakterisert ved at slamretensjonstiden for slammet i nevnte første fermenteringssone er fra 12-30 timer..-■.

10. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1,

2 eller 3, karakterisert ved at slammet oppvarmes før tilføring til den første fermenteringssone for å holde temperaturen fra 35-75°C i denne sone.

11. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene

1, 2 eller 3, karakterisert ved at temperaturen i slammet i den andre fermenteringssone holdes innen området 35- 40°C for mesofil fermentering av slammet i den andre fermenteringssone .

12. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1,

2 eller 3, karakterisert ved at temperaturen av slammet i den andre fermenteringssone holdes innen området 45-50°C for termofil fermentering av slammet i den andre fermenteringssone.

13. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1,

2 eller 3, karakterisert ved at slamretensjonstiden for slammet i den andre fermenteringssone er tilstrekkelig til ytterligere å redusere innholdet av bionedbrytbare flyktige suspenderte faststoffer i slammet til mindre enn 20% av innholdet av bionedbrytbare flyktige suspenderte faststoffer i slammet som tilføres til den første fermenteringssone i trinn (a).

14. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1,

2 eller 3, karakterisert ved at slamretensjonstiden for slammet i den andre fermenteringssone er fra 4-12 dager.

15. Fremgangsmåte ifølge ét hvilket som helst av kravene 1,

2 eller 3, karakterisert ved at hver av fermenteringssonene har et forhold mellom overflate og volum på mindre enn 2,62 m 2 /m 3.

16. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1,

2 eller 3, karakterisert ved at slammet i den andre fermenteringssone blandes ved resirkulering av metangass mot slammet.

17. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1,

2 eller 3, karakterisert ved at beluftningsgassen oppvarmes før tilføringen til den første fermenteringssone for å holde temperaturen mellom 35 og 75°C.

18. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1, 2 eller 3, karakterisert ved at slammet oppvarmes før tilførselen til den første fermenteringssone ved indirekte varmeveksling med det ytterligere stabiliserte slam som slippes ut fra den andre fermenteringssone....

19. Fremgangsmåte ifølge krav 18, karakterisert ved at temperaturen i slammet i den andre fermenteringssone holdes innen området 35-40°C og at det oppvarmede slam ytterligere oppvarmes før tilførsel til den første fermenteringssone ved indirekte varmeveksling med det partielt stabilserte slam som slippes ut fra den første fermenteringssone.

20. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1, 2 eller 3, karakterisert ved at den andre fermenteringssone omfatter en surgjøringsundersone og en metanf ermenteringsundersone-, at partielt stabilisert slam fra den første fermenteringssone tilføres til surgjøringsundersonen og holdes der i en slamretensjonstid på 24-60 timer for slamsur-gjøring, og at det surgjorte slammet slippes ut fra surgjørings-undersonen og tilføres til metanfermenteringsundersonen og holdes i denne ved en temperatur fra 35-40°C med en slamreten sjonstid fra 4-8 dager.

21. Fremgangsmåte ifølge krav 20, karakterisert ved at slammet i metanfermenteringsundersonen holdes ved en temperatur fra 37-38°C.

22. Fremgangsmåte ifølge krav 20, karakterisert v e d at slammet i surgjøringssonen holdes ved en temperatur mellom 45 og 70°C og at surgjort slam som slippes ut fra sur-gjøringsundersonen avkjøles til en temperatur på 35-40°C før tilførsel til metanfermenteringsundersonen.

23. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1, 2 eller 3, omfattende behandling av avvann inneholdende bionedbrytbare suspenderte faststoffer for BOD-fjerning fra disse, karakterisert ved : separering av et primærslam omfattende bionedbrytbare suspenderte faststoffer fra avvannet for å danne et faststoffutarmet primæravløp; blanding av primæravløpet og tilbakeført slam og beluftning av dette i tilstrekkelig grad og i tilstrekkelig tid til å danne en blandet væske med redusert BOD-innhold; separering av den blandede væske til renset væske og aktivslam; og tilbakeføring av minst en hovedandel av det aktiverte slam for blanding med primæravlø pet som tilbakeført slam, hvorved primærslammet og ikke-tilbakeført aktivslam tilføres til den første fermenteringssone i trinn (a) som slamråstoff.

24. Fremgangsmåte for BOD-fjerning fra avvann i en tildekket beluftningssone.og fermentering av aktivslam med oksygengass, inkludert: (a) tilføring av en første gass omfattende minst 40 volum-% oksygen og blanding av denne som beluftningsgass med avvannet og tilbakeført slam i den tildekkede beluftningssone for å danne en blandet væske og å bringe beluftningsgassen i kontakt med den blandede væske i tilstrekkelig mengde og grad til å opprettholde et oppløst oksygeninnhold, DO, i den blandede væske på minst 0,5 mg/l, separering av den blandede væske i renset væske og aktivslam og utslipp av uforbrukt oksygenholdig gass fra beluftningssonen i en.grad slik at oksygeninnholdet ikke er mer enn 40% av den totale mengde oksygen som ble tilført til fermenteringssonen; (b) tilbakeføring av minst ca. 85 vekt-% av det aktiverte slam til beluftningssonen som nevnte tilbakeførte slam; (c) å tilføre en andre gass som omfatter minst 80 volum-% oksygen og innarbeiding åv en del av den første gass; (d} tilføring av den andre gass og ikke-tilbakeført aktivslam fra trinn (b) til en tildekket fermenteringssone og blanding deri i tilstrekkelig mengde og grad for aerob fermentering av slammet under opprettholdelse av et'.innhold av totalt suspenderte faststoffer, MLSS, i slammet på minst 20.000 mg/l; (e) å holde slammet i fermenteringssonen i trinn (d) ved en temperatur innen området 35-75°C; (f) . separat å slippe ut partielt stabilisert slam og oksygenutarmet fermenteringsgass rried minst 40% oksygenrenhet fra nevnte fermenteringssone i en grad slik at oksygeninnholdet i den oksygenutarmede fermenteringsgass er minst 35% av oksygeninnholdet i den andre gass som kommer til fermenteringssonen; (g) å tilføre nevnte oksygen-partieltutarmede fermenteringsgass fra trinn (f) som minst hovedandelen av nevnte første gass som tilføres"til nevnte tildekkede beluftningssone i trinn (a); karakterisert ved : (h) å fortsette trinn (e) i en slamretensjonstid på fra 4-48 timer for partielt å redusere innholdet av bionedbrytbare flyktig suspenderte faststoffer i slammet som tilføres til den første fermenteringssone; (i) å tilføre nevnte partielt stabiliserte slam fra trinn (f) til en andre tildekket fermenteringssone; (j) å holde slammet i den andre fermenteringssone under anaerobe betingelser ved en temperatur fra 25-60°C i tilstrekkelig slamretensjonstid til ytterligere å redusere innholdet av bionedbrytbare flyktige suspenderte faststoffer i slammet til mindre enn ca. 40% av innholdet av bionedbrytbare flyktige suspenderte faststoffer i det aktiverte slam som ble tilført til fermenteringssonen i trinn (d), og å danne metangass, og å slippe ut ytterlig stabilisert slam og nevnte metangass fra den andre fermenteringssone.

25. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1,

2 eller 3, karakterisert ved at metangassen som slippes ut fra den andre fermenteringssone blandes med oksygenholdig gass og forbrennes som brensel for å sørge for varme for å holde slammet i minst én av de to fermenteringssoner ved forhøyet temperatur.

26. Fremgangsmåte ifølge krav 25, karakterisert ved at metangassen og den oksygenholdige gass blandes og forbrennes som brensel for å holde slammet i den første fermenteringssone ved'en temperatur av 35-75°C

27. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1,

2 eller 3, karakterisert ved at temperaturen i slammet i den første fermenteringssone holdes i det termofile området av 45-75°C, og temperaturen i slammet i den andre fermenteringssone holdes innen området 30-60°C.

28. Fremgangsmåte for fermentering av slammet, karakterisert ved at den omfatter: (a) å tilføre slammet og beluftningsgass inneholdende- minst 50 volum-% oksygen til første fermenteringssone og å blande denne i tilstrekkelig mengde og grad for aerob fermentering av slammet mens man opprettholder et innhold av totalt suspenderte faststoffer MLSS i slammet på minst 20.000 mg/l; (b) å holde slammet i den første fermenteringssone i trinn (a) ved en temperatur i det termofile område av 45-75°C; (c) å fortsette trinn (b) i en slamretensjonstid på fra 4-48 timer for partielt å redusere innholdet av bionedbrytbare flyktige suspenderte faststoffer i slammet som tilføres til den første sone; (d) separat å slippe ut partielt stabilisert slam og oksygenutarmet fermenteringsgass med minst 21% oksygenrenhet fra den. første fermenteringssone; (e) å tilføre det partielt stabiliserte slam fra trinn (d) til en andre tildekket fermenteringssone; (f) å holde slammet i den andre fermenteringssone under anaerobe betingelser ved en temperatur fra 30-60°C ved en tilstrekkelig faststoffretensjonstid til ytterlig å redusere innholdet av bionedbrytbare flyktige suspenderte faststoffer til mindre enn ca. 40% av innholdet av disse i slammet som ble tilført til den første fermenteringssone i trinn (a), og å danne metangass, og å slippe ut ytterligere stabilisert slam og metangassen fra den andre fermenteringssone.

29. Fremgangsmåte for fermentering av slam, karakterisert ved at den omfatter: (a) å tilføre som fluider nevnte slam og beluftningsgass inneholdende minst 50 volum-% oksygen til en første tildekket fermenteringssone og å blande disse for å holde innholdet av oppløst oksygen i den blandede væske på minst 2 mg/l og innholdet av totalt suspenderte faststoffer MLSS i slammet på minst 20.000 mg/l; (b) å holde slammet i den første sone i trinn (al ved en temperatur i det termofile område av 45-75°C; (c) å fortsette trinn (b) i et tidsrom av 4-48 timer for partielt å redusere innholdet av bionedbrytbare flyktige suspenderte faststoffer i slammet som tilføres til den første sone; (d) separat å slippe ut partielt stabilisert slam og oksygenutarmet fermenteringsgass med minst 21% oksygenrenhet fra den første fermenteringssone; (e) å tilføre nevnte partielt stabiliserte slam fra trinn (dl til en andre tildekket fermenteringssone; (fl å holde slammet i den andre sone under anaerobe betingelser ved en temperatur av 39-60°C i et tidsrom tilstrekkelig til ytterligere å redusere innholdet av bionedbrytbare flyktige suspenderte faststoffer i slammet til mindre enn 40% av dette innhold i slammet som ble tilført til den første sone i trinn (a) og å danne metangass og å slippe ut ytterligere stabilisert slam og metangass fra den andre fermenteringssone..

30. Fremgangsmåte ifølge krav 29, karakterisert ved at slammet som tilføres til den første sone har et innhold av totalt suspenderte faststoffer på mellom 20.000 og 60.000 mg/l.

31. Fremgangsmåte ifølge krav 29, karakterisert ved at slamretensjonstiden for slammet i den første sone er fra 12-24 timer.

32. Fremgangsmåte ifølge krav 29, karakterisert ved at slammet oppvarmes før tilførsel til den første fermenteringssone for å opprettholde temperaturen i trinn (b).

33. Fremgangsmåte ifølge krav 29, karakterisert ved at temperaturen i trinn (f) holdes innen området 35-40°C for mesofil fermentering i den andre fermenteringssone.

34. Fremgangsmåte ifølge krav 29, karakterisert ved at temperaturen i trinn (f) holdes innen området 45-50°C for termofil fermentering i den andre fermenteringssone.

35. Fremgangsmåte ifølge krav 29. karakterisert ved at slamretensjonstiden i slammet i trinn (fl er tilstrekkelig til ytterligere å redusere innholdet av bionedbrytbare flyktige suspenderte faststoffer i slammet til mindre enn 2 0% av innholdet i slammet som ble tilført til den første sone i trinn (al.

36. Fremgangsmåte ifølge krav 29, karakterisert ved at slamretensjonstiden for slammet i trinn (fl er fra 4-12 dager.

37. Fremgangsmåte ifølge krav 29, karakterisert ved at både den første og andre 'fermenteringssone har et forhold mellom overflate og volum på mindre enn 2,62 m 2 /m 3.

38. Fremgangsmåte ifølge krav 29, karakterisert ved at slammet i den andre fermenteringssone blandes ved tilbakeføring av metangass mot slammet.

39. Fremgangsmåte ifølge krav 29, karakterisert ved at beluftningsgassen oppvarmes før tilførsel til den første fermenteringssone for å opprettholde temperaturen i trinn (b) .

40. Fremgangsmåte ifølge krav 29, karakterisert ved at slammet oppvarmes før tilførslen til den første fermenteringssone ved indirekte varmeveksling med det ytterligere stabiliserte slam som slippes ut fra den andre fermenteringssone.

41. Fremgangsmåte ifølge krav 40, karakterisert ved at temperaturen i trinn (f) holdes innen området 35-40°C og at det oppvarmede slam ytterligere oppvarmes før tilførsel til den andre fermenteringssone ved indirekte varmeveksling med det partielt stabiliserte slam fra den første fermenteringssone.

42. Fremgangsmåte.ifølge krav 29, karakterisert ved at den andre fermenteringssone omfatter e surgjørings- undersone og en metanfermenteringsundersone, at partielt stabilisert slam fra den første fermenteringssone tilføres til surgjøringsundersonen og holdes, der> i en retensjonstid på 24-60 timer for surgjøring, at surgjort slam slippes ut fra surgjør-ingsundersonen og tilføres til metanfermenteringsundersonen og holdes der ved en temperatur fra 35-40°C i en retensjonstid på fra 4-8 dager.

43. Fremgangsmåte ifølge krav 42, karakterisert ved at slammet i metanfermenteringsundersonen holdes ved en temperatur fra 37-38°C.

44. Fremgangsmåte ifølge krav 42, karakterisert ved at slammet i surgjøringssonen holdes ved en temperatur mellom 45 og 75°C og at surgjort slam fra surgjøringsundersonen avkjøles til en temperatur fra 35-40°C før tilførsel til metan fermenteringsundersonen.

45. Fremgangsmåte ifølge krav 29 ., omfattende behandling - av avvann inneholdende bionedbrytbare suspenderte faststoffer for BOD-fjerning og videre omfattende: separering av et primærslam omfattende nevnte bionedbrytbare suspenderte faststoffer fra avvannet for å danne et faststoffutarmet primæravløp; blanding"av primæravløpet og tilbakeført slam og beluftning av disse i tilstrekkelig grad og tid til å danne en blandet væske med redusert BOD-innhold; separering av den blandede væske til renset, væske og aktivslam; og tilbakeføring av minst én hovedandel av det aktiverte slam for blanding med primæravløp som tilbakeført slam, hvorved primærslammet og ikke-tilbakeført aktivert slam tilføres til den første fermenteringssone i trinn .(a) .

46. Fremgangsmåte for BOD-fjerning fra avvann i en tildekket beluftningssone og fermentering av aktivslam med oksygengass omfattende, følgende trinn: (a) tilføring av en første gass omfattende minst 40 volum-% oksygen-og blanding av denne som beluftningsgass med avvann og tilbakeført slam i den tildekkede beluftningssone for å danne blandet væske og samtidig kontinuerlig tilbakeføring av et av fluidene mot det andre i beluftningssonen i tilstrekkelig mengde og hastighet til å holde innholdet av oppløst oksygen i den blandede væske på minst 0,5 mg/l, separering av den blandede væske til renset væske og aktivert slam og utslipp av ikke-forbrukt oksygenholdig gass fra beluftningssonen i en grad slik at oksygeninnholdet ikke er mer enn 40% av den totale oksygenmengde som ble tilført til fermenteringssonen; (b) tilbakeføring av minst ca. 85i.vekt-% av aktivslammet til beluftningssonen som tilbakeføringsslam; (c) tilveiebringe en andre gass omfattende minst 80 volum-% oksygen og omfattende en del av den første gass; (d) tilføring av den andre gass og ikke-tilbakeført aktivslam fra trinn (b) til en tildekket fermenteringssone og blanding for å holde innholdet av oppløst oksygen i slammet på minst 2 mg/l og inneholdet av totalt suspenderte faststoffer på minst 20.000 mg/l; (e) opprettholdelse av slammet i fermenteringssonen under trinn (d) ved en temperatur i det termofile område av 4 5-75°C; (fl separat å slippe ut partielt stabilisert slam og oksygenutarmet fermenteringsgass med minst 40% oksygenrenhet fra fermenteringssonen i en grad slik at oksygeninnholdet i den oksygenutarmede fermenteringsgass, er minst 35% av oksygeninnholdet i den andre gass til fermenteringssonen; (gl å tilveiebringe nevnte oksygenpartieltutarmede fermenteringsgass fra trinn (fl som minst hovedandelen av den første gass som tilføres til den tildekkede beluftningssone i trinn (a); karakterisert ved at den omfatter: (h) å fortsette trinn (e) i en tid fra 4-48 timer for partielt å redusere innholdet av bionedbrytbare flyktige suspenderte faststoffer i slammet til den. første sone; (i) å tilføre det partielt stabiliserte slam fra trinn (f) til en andre tildekket fermenteringssone; og (j) å holde slammet i den andre sone under anaerobe betingelser ved en temperatur fra 30-60°C i tilstrekkelig tid til ytterligere å redusere inneholdet av bionedbrytbare flyktige suspenderte faststoffer i slammet til mindre enn ca. 40% av innholdet av slike stoffer i det aktiverte slammet som ble til-ført til fermenteringssonen i trinn (d), og å danne metangass og å slippe ut ytterligere stabilisert slam og metangass fra den andre fermenteringssone.

47. Fremgangsmåte ifølge krav 29, karakterisert ved at metangassen som slippes ut fra den andre fermenter ingssone, blandes med oksygenholdig gass og forbrennes som brenn-stoff for å gi varme for å. opprettholde slammet i det minste i en av sonene ved forhøyet temperatur.

48. Fremgangsmåte ifølge krav 47, karakterisert ved at metangassen og_ oksygenholdig gass blandes og forbrennes som brensel for å frembringe varme for å holde slammet i den første fermenteringssone ved en temperatur fra 45-75°C.