NO812721L - Forbedret anaerob og aerob nedbrytning av avfall og biomasse ved anvendelse av lactobacilluskultur-additiver - Google Patents

Abstract

Nedbrytningsprosess, anvendelig for aerobe og anaerobe. nedbrytningsenheter for avfallsbehandlingsanlegg under normale og overbelastningsbetingelser. Nedbrytningssystemet benytter tilsetning av et lactobacillus-fermenteringsprodukt i en konsentrasjon som er tilstrekkelig til å forbedre nedbrytningen av enheter uten skadelig innvirkning på nedbrytningssystemet under normale belastningsbetingelser. I tillegg forenkler anvendelsen av lactobacillus-fermenteringsproduktet gjenvinning av nedbrytningssystemer fra sure nedbrytningsbetingelser ("fastkjørte nedbrytningsenheter") i relativt korte tidsrom. Videre tillater nedbrytningssystemets evne til å operere ved. belastninger som er høyere enn normalt og tilbakeholdelsesti-der som er kortere enn normalt, anvendelse av eksisterende anlegg ikke bare i topp-perioder som ellers ville bli utsatt for overbelastninger, men faktisk å kunne operere et system ved det dobbelte av den belastning det er beregnet for, slik at kapasiteten til nedbrytningssystemet blir øket uten at det medfører nye kapitalomkostninger for utstyret.

Description

Teknisk område

Oppfinnelsen vedrører anvendelse av et lactobacillus-fermenteringsprodukt som et mikrobiologisk additiv til eksisterende anaerobe og/eller aerobe nedbrytningssystemer for forbedring av nedbrytningen av avfall og biomasse.

Teknikkens stand

Hittil er anvendelse av lactobacillus-mikroorganismer blitt dokumentert for en rekke formål. Eksempelvis åpenbarer US-patent nr. 3 497 359 innlemmelse av lactobacillusbakterier og deres metaboliske produkter for anvendelse som f6rsupple-ment til husdyr for å fremme fordøyelsen av f6rstoffer hos dyr. En annen anvendelse av lactobacillus-bakterier i f<5r for husdyr er beskrevet i US-patentskrift nr. 3 343 962.

Anvendelse av løselige melkesyrefermenterings-biprodukter sammen med inaktiverte ikke-avvannede bacillusbakterier, pri-mært for å redusere lukt, har vært foretatt tidligere i en ge-nerell anvendelse, med hensyn til anvendelse på gårdsbruk, på septiktanker og for kommunal bruk for den innledende behandling av avfall,og ble brukt bare ved normale belastningsbetingelser og anvendt bare på lavere nivåer av områder som skulle behandles.

I de senere år har offentligheten vist stor oppmerksomhet mot innvirkningene av forurensninger fra industrien til omgivelsene. Behandling av avløpsvann fra husholdning<p>g industri er blitt underkastet nøye granskning av offentligheten og regule-ringskontorer og lignende. Etablering av standarder for kommunale og. industrielle avløpsvannbehandlingsanlegg har krevet vesentlige forandringer og tillegg til avløpsvannbehandlingsan-leggene i dette land. Kontinuerlig inspeksjon og styring ut-føres i den hensikt å forhindre uhell som gjør at ubehandlet avløpsvann slipper ut i de omgivende friskvannsystemer.

Rytmen av utslipp av utløpsvann i behandlingssystemet er direkte avhengig av driftsskalaen til kommunen og industriene som ligger der. Selv om en regulær og konstant strøm av av-løpsvannet ville være den optimale situasjon, forhindrer van-skelighetene ved forskjellige produksjonsskalaer en ensartet strøm. Følgelig kan vesentlige mengder av avløpsvann, i topp-perioder, komme inn i et anlegg hvor mengden kan overstige den eksisterende kapasitet for behandling av avfall og biomasse som inneholdes i avløpsvannet. Både de primære og sekundære nedbrytere•er ute av stand til å nedbryte den totale mengde av avfall som passerer gjennom behandlingssystemet under topp-periodene. Derfor er det et alternativ til å bygge overskuddskapasitet i avløpsvannbehandlingssystemet å motstå topp-periodenedbrytningskrav, såvel som å gjøre det mulig med en normal ekspandert belastningsevne hos systemet, å tilveiebringe et additiv til avløpsvann-nedbrytningsanleggene som biokjemisk . skaper større kapasitet for avløpsvannbehandling enn de fysikalske attributter som anlegget har.

Beskrivelse av oppfinnelsen

Det er følgelig et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe forbedret aerob og/eller anaerob nedbrytning av avfall og biomasse ved å øke kapasiteten til et avløpsvannbehandlingsan-legg ved enøkning i den biokjemiske kapasitet hos anleggene uten noen medfølgende økning i deres fysikalske kapasitet.

Det er et annet formål med oppfinnelsen å tilveiebringe forbedret aerob og/eller anaerob nedbrytning av avfall og biomasse i et avløpsvannbehandlingsanlegg ved å tilsette til de eksisterende behandlingskjemikalier et additiv somøker den biokjemiske kapasitet hos behandlingsanlegget.

Enda et formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe et forbedret aerobt og/eller anaerobt nedbrytningssystem som ikke vil ha skadelig innvirkning på de kjemiske eller fysikalske egenska-per hos avløpsvannbehandlingsanlegget når normale mengder av avfall er til stede.

Videre er det også et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe et kjemisk stabilt avløpsvannbehandlingsanlegg for behandling av avfall under topp-perioder.

Endelig er det et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe et forbedret aerobt og/eller anaerobt nedbrytningssystem for avfall og biomasse ved å øke kapasiteten til et avfallsbehandlingsanlegg ved å anvende et biokjemisk additiv av lactobacillus-fermenteringsprodukt i styrt input, konsentrasjon og sirkulasjon i nedbryteren.

Disse og andre formål med oppfinnelsen som vil fremgå etter hvert som den detaljerte beskrivelse av den foretrukne ut-førelsesform skrider frem, oppnås ved: en fremgangsmåte for forbedring av anaerob nedbrytning av avfall og biomasse, omfat- tende: (a) fremstilling av en lactobacilluskultur som et nedbrytningsadditiv; og (b) innføring av nevnte lactobacillusfermenteringsprodukt i et anaerobt nedbrytningssystem i en konsentrasjon fra ca. 10 til ca. 1000 ppm regnet på det anaerobe nedbrytningsvolum, slik at nevnte lactobacillusadditiv fremmer nedbrytning av avfall og biomasse i en rate som er større.enn normalt.

Beste utførelsesform av oppfinnelsen

Avfallsvann-input til ethvert behandlingsanlegg inneholder et utvalg av organisk avfall produsert av den menneskelige be-folkning, biomasse produsert av plantelivet, eller kombinasjoner av disse. I tillegg, hvis det er industrianlegg nær ved,

er ofte organisk avfall og kjemikalier som er produsert av disse industrianlegg, blandet med det kommunale avløpsvann og krever lignende avløpsvannbehandling. De forskjellige organiske avfallstyper, biomasse eller de forskjellige kombinasjoner derav behandles vanligvis i et anlegg som inkluderer en anaerob nedbrytningsprosess som benytter mikroorganismer med evne til å leve uten fritt oksygen og omdanne komplekse forbindelser til enkle gasser og vann. De produkter som resulterer fra en anaerob nedbrytningsprosess er metan, karbondioksyd og uomsatte nedbrutte faste stoffer.

Hvis kapasiteten til avløpsvannbehandlingsanlegget som benytter nedbrytningsprosessen er mindre enn belastningen av avfall i systemet, så kan den fremherskende mikrobielle popula-sjon ikke stabiliseres fullstendig før avløpsvannet overføres til det neste behandlingstrinn.

Mikroorganismene som omfatter den anaerobe nedbrytningsprosess er skjøre og sårbare overfor små variasjoner i parameterne til deres omgivelser i avfallsbehandlingsanlegget. Hvis noen av disse parameterne avviker fra den optimale standard, vakler straks ytelsen til mikroorganismene i nedbrytningsanleggene. Ofte er resultatet for et ubalansert system "et nedbrytningsanlegg som er gått i stå" når mikroorganismene opphører med sin normale nedbrytning av avfallsmateriale. Med andre ord blir et nedbrytningsanlegg som er gått i stå resultatet når anleggets drift beveges i betydelig grad fra normen slik som hvis en vesentlig mengde av gass som utvikles ikke er metan, dvs. en gass som inneholder lite metan, men meget karbondioksyd.

I den hensikt å forhindre de effekter som skyldes overbe-lastede betingelser, et "nedbrytningsanlegg som er gått i stå" eller i stor grad øker kapasiteten til nedbrytningsanlegget som f.eks. opp til ca. fire ganger dets normale kapasitet, tilveiebringer foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for å få avløpsvannbehandlingsanlegget til å virke ut over sin eksisterende fysiske kapasitet ved å hjelpe på nedbrytningen av avfallet og biomassen.

Lactobacillusfermenteringsprodukter har uventet vist seg å stabilisere nedbrytningsprosessen under toppbelastning og betingelser med nedbrytningsanlegg som er gått i stå, såvel som å øke anleggets behandlingskapasitet. Lactobacillusfermenteringspro-duktene innføres vanligvis i det anaerobe nedbrytningssystem i små konsentrasjoner, enten ved direkte tilsetning til anlegget, ved tilsetning til avløpsvannet før det kommer inn i nedbrytningsanlegget, eller innføres i nedbrytningsresirkuleringsstrømmen. Det er mest sannsynlig at innføringen av lactobacillusproduktadditivet vil inntreffe på resirkuleringspunktet, ved det at tilgjengelighet og blanding blir maksimal ved et slikt tilset-ningspunkt. I f.eks. et aerobt nedbrytningsanlegg som har flere trinn, kan lactobacillusprodukttilsetningsmidlet tilsettes kun til det første anaerobe trinn og ikke til det annet.. Alterna-tivt kan produktet tilsettes til det annet trinn og ikke det første trinn ved det at det eksisterer mindre nedbrytbart materiale i det annet trinn.

Lactobacillusprodukttilsetningsmidlet kan innføres i det anaerobe nedbrytningsanlegg ved en regulær timeplan for å fore-gripe topp-perioder som inntreffer regulært, eller i henhold til en irregulær timeplan når en topp-periode eller "nedbrytningsanlegg som er gått i stå" uventet inntreffer. Typisk blandes tilsetningsmidlet i nedbrytningsanlegget på dagsbasis i slike konsentrasjoner at man opprettholder den ønskede mengde av lacto-bacillusf ermenteringsprodukt i nedbrytningsanlegget.

Lactobacillustilsetningsmidlet i henhold til foreliggende oppfinnelse kan lages på en måte som er beskrevet enten i US-patentskrift nr. 3 497 359 eller US-patentskrift nr. 3 343 962, idet begge av disse herved inkorporeres fullstendig ved henvisning, inklusive type av kultur og fremstillingsmåte. Konsentrasjonen av lactobacillusproduktadditivet som skal tilsettes til den anaerobe nedbrytningsprosess, er avhengig av. karakteristikaene ved det enkelte avfallsvannbehandlingsanlegg. Typisk kan konsentrasjonen variere fra 10 til 1000 volumdeler

av et produkt pr. million deler av flytende volum i nedbrytningsanlegget. En konsentrasjon av fra 100 til 500 er ønskelig,

og ca. 200 deler pr. million deler av væskevolum i nedbrytningsanlegget foretrekkes. Lactobacillusproduktet kan inneholde fra 4 9 10 til 10 ikke-levedyktige mikroorganismer pr. milliliter, avhengig av produksjonsbetingelsene, og 10 Q mikroorganismer pr.

ml foretrekkes. Utilstrekkelige konsentrasjoner av lactobacillusproduktadditivet medfører ikke forhindring av overbe-lastning eller nedbrytningsanlegg som er gått i stå, mens store konsentrasjoner av lactobacillusproduktadditivet har skadelig innvirkning på ytelsen til nedbrytningssystemet under normal belastning ved det at systemets pH-verdi senkes. Derfor er det viktig å fastslå den riktige konsentrasjon av lactobacillusproduktet som skal tilsettes, i. overensstemmelse med en rekke driftsparametere og konsentrasjoner de biprodukter som produseres.

For at lactobacillusproduktadditivet skal kunne yte maksi-. malt ad kjemisk vei hva den anaerobe nedbrytningsprosess angår må pH-verdien og pufringskapasiteten til nedbrytningssystemet opprettholdes. Videre må det gassvolum som utvikles av det anaerobe nedbrytningssystem være innen de akseptable grenser for en normal drift i en kommunal anaerob nedbrytningsenhet.

I tillegg må innholdet av gass som produseres av det anaerobé-nedbrytningssystem, opprettholde en tilstrekkelig konsentrasjon av metangass, hvorved det indikeres riktig nedbrygning. Ødeleg-gelsen av flyktige faststoffer i avfallet testes ved prosent-innhold og sammenligning av de flyktige faststoffer som eksisterer før behandlingen og som er igjen etter behandlingen. Også temperaturen, pH-verdien og forholdet mellom aciditet og alkali-tet er variable som påvirker anaerob nedbrytning.

De fleste anaerobe nedbrytningsenheter opereres i et temperaturområde på fra ca. 20°C til ca. 65°C og det foretrukne temperaturområde er tilnærmet 30-40°C for mesofil. nedbrytning og 55-65°C for termofil nedbrytning. En i temperatur utenfor disse områder vil alvorlig nedsette aktiviteten til mikroorganismene i nedbrytningsprosessen. Reduksjon i aktivitet krever

ledsagende ekstra nedbrytningstid.

Anaerob nedbrytning krever en pH-verdi i nedbrytnings-.væskene og avfallene som er fra ca. 6,4 til ca. 7,4, med et foretrukket område på fra ca. 6,8 til ca. 7,2. Ikke i noe tilfelle må pH-verdien falle under 6,2, ved det at fremstilling av metan ved mikroorganismer inhiberes. Når pH-verdien holdes innen det optimale område, gir de mikroorganismer som er .tilste-de maksimal nedbrytning og produksjon av de riktige biproduktgas-ser og reduserer mengden av gjenværende illeluktende forbindelser til et minimum. Når nedbrytning inntreffer med en pH-verdi under de optimale betingelser, har den gass som utvikles som biprodukt høyt karbondioksydinnhold blandet med en rekke organiske gasser som frigir råtten lukt ut i atmosfæren. Hvis pH-verdien er over det ovenfor beskrevene område, inhiberes de mikroorganismer som er egnet for et surt miljø, fra å nedbrytes i et alkalisk miljø, og nedbrytningsaktiviteten reduseres be-traktelig.

En test for å bestemme konsentrasjonen av flyktige syrer måler det sure innhold i avfallsvannet. Det sure innhold har typisk et utvalg av organiske fettsyrer, som, hvis de er tilste-de i store mengder, inhiberer aktiviteten av de metanproduseren-de bakterier og forhindrer fullstendig nedbrytning. På den annen side bestemmer en måling av alkaliteten i avfallet kapasiteten for nøytralisering av de flyktige syrer som produseres ved fermentering og nedbrytning av avfallet. Hvis konsentrasjonen av de flyktige syrer, sammenlignet med konsentrasjonen av alkali-tetsnivåene, overskrider et område på fra ca. 0,3 til ca. 0,4, så er ytelsen til nedbrytningssystemet mangelfull. Et flyktig syre/alkalitetsforhold på mellom 0,5 og 0,8 indikerer et alvorlig sammenbrudd i den anaerobe nedbrytningsprosess.

Parameteren for totalgassproduksjon viser suksessen til nedbrytningssystemet ved produksjon av gassbiproduktene. Den gassmengde som utvikles,er direkte avhengig av hvor vellykket nedbrytningen ved hjelp av den anaerobe nedbrytningsprosess er. En reduksjon i volumet av gass som produseres, pr. pund

(0,454 kg) organisk avfall som er innført i nedbrytningsanlegget, indikerer en forandring i de optimale parametere i nedbrytning spr oses sen .

Innen den totale gassproduksjon som genereres, indikerer komponentene i gassen videre typen av nedbrytning i den anero-be nedbrytningsenhet. Den ønskede komponent i et anaerobt nedbrytningssystem er metan, som utgjør fra vanligvis over 50 % og mer normalt fra ca. 60 til ca. 6 5 % av hele sammensetningen. Den annen signifikante komponent er karbondioksyd i en konsentrasjon på fra ca. 30 % til ca. 35 % av hele sammensetningen i gassen. Andre gasser utgjør resten av sammensetningen i den gass som produseres ved den anaerobe nedbrytning. Mer fullstendig nedbrytning indikeres av høyere nivåer av metan som utvikles, og økning i karbondioksydprosentsammensetningen over et utstrakt tidsrom indikerer generelt at den anaerobe nedbrytningsenhet funksjonerer dårlig.

Nedbrytningen av flyktige faststoffer som produserer ure-aktive gaststoffer og gass, er hensikten med anaerob nedbrytning. "Jo større prosenten av destruksjon av flyktige faststoffer er, desto større er den vellykkede nedbrytning ved hjelp av den anaerobe nedbrytningsenhet. Forarbeidelsen av disse flyktige faststoffer hurtigere, og med større effektivitet, tillater den anaerobe nedbrytningsenhet å operere kjemisk ut over sin normale konstruksjonskapasitet. Det er funnet at tilsetning av lactobacillusfermenteringsprodukt, i små konsentrasjoner til nedbrytningsenhetene, uventet kan akseptere organiske belastningsrater på opp til 0,4 pund flyktige faststoffer, pr. kubikk-fot nedbrytningsenhetsvolum pr. dag, mens den normale rate vanligvis er 0,05 til 0,15 pund flyktige faststoffer/fot 3/ dag. Med et slikt additiv kan ethvert avfallsvannbehandlingsanlegg som for tiden ikke er i stand til å nedbryte slike organiske belastningsrater nå foreta fullstendig nedbrytning uten den vesentlige kapitalinvestering som man har med økende an-leggskapasitet.

Et typisk tilfelle: for å øke et 1 MGD nedbrytningsanlegg til et 2 MGD nedbrytningsanlegg, ville man trenge ca.

$133 000,oo med ny kapitalinvestering eller bare en renteut-gift for beløpet på nær $10 000,00 og en total driftsomkostning på $24 000 til $105 000 avhengig av kilden for materiale som skal mates i nedbrytningsenheten. I motsetning til foranstå-ende: for å øke 1 MGD anlegget til et 2 MGD anlegg med additivet i henhold til oppfinnelsen vil det være nødvendig med ca. 470-2900 gallon additiv pr. år, avhengig av typen av

system, ved en utstyrsomkostning på ca. $ 10 000 eller en årlig driftsomkostning på mellom $ 5700 og $ 30 000.

Lactobacillusproduktadditivet til nedbrytningsenheten på-virkes ikke av driften av det anaerobe nedbrytningssystem i mating som foregår satsvis, halvkontinuerlig eller kontinuerlig og produktfjerningsbetingelsene. Driften av den anaerobe nedbrytningsenhet, som har lactobacillusproduktadditivet i seg, øker nedbrytningskapasiteten til maksimum under hver av disse planlagte betingelser.

En nedbrytningsnhet som er gått i stå, som effektivt har opphørt med nedbrytning, kan lettes ved tilsetning av et lacto-bacillusproduktadditiv som har en konsentrasjon på fra ca. 10 til 1000 volumdeler pr. million deler væskevolum i nedbrytningsenheten. Så snart den fastkjørte nedbrytningsenhet begyn-ner å ta seg opp igjen, returnerer nedbrytningsenheten til sin normale driftskapasitet, hvilket suppleres med lactobacillusproduktadditivet, for topp-periodebelastninger.

Denne metodes egnethet er blitt testet både i laboratorie-målestokk og i full målestokk på avløpsvannbehandlingsanlegg. Den synergistiske kombinasjon av de uventet små konsentrasjoner av lactobacillusproduktadditivet med de tilfeldige mikroorganismer som allerede er til stede i den anaerobe nedbrytningsenhet, kan forstås mer fullstendig ved henvisning til de følgende eksempler, som viser de enorme forbedringer i kjemisk kapasitet.

EKSEMPEL I

Et høyra.te-slamnedbrytningssystem mates med en blanding

av 70 vektdeler av aktiverte slamfaststoffer og 30 vektdeler av primære slamfaststoffer, og kjøres med en belastningshastig-het på 0,15 pund flyktige faststoffer pr. fot av nedbrytningskapasitet pr. dag. Temperaturen i nedbrytningssystemet er tilnærmet 35°C, med en tilbakeholdelsestid på ca. 12 dager. Utbyttet av metan og avløpskvaliteter for det behandlede slam omfatter styring for ytterligere eksperimentering.

EKSEMPEL II

Reaksjonsbetingelsene fra eksempel I gjentas, med unntagelse av at det tilsettes tilnærmet 200 volumdeler lactobacillus-fermenteringsprodukt pr. million deler væskevolum i nedbrytningsenheten, og at nedbrytningsbelastningshastigheten økes til 0,3 lb. VS/fot 3/dag. Selv om avløpsvannkvalitetene i nedbrytningssystemet er omtrent de samme, er metanutbyttet det dobbelte av det som er i nedbrytningsenheten når det kjøres under betingelsene fra Eksempel I.

EKSEMPEL III

Reaksjonsbetingelsene i henhold til eksempel II kopieres for dette eksperiment, med unntagelse av at.det ikke tilsettes noen lactobacilluskulturadditivér til nedbrytningssystemet, men belastningshastigheten opprettholdes på 0,3 lb. VS/f ot"^-dag . Ved sammenligning med resultatene fra eksempel I og II gir disse reaksjonsbetingelser meget dårlig avløpskvalitet og lave metan-utbytter.

EKSEMPEL IV

En nedbrytningsenhet som er gått i stå genereres under re-aks jonsbetingelser for å simulere inaktivitet med hensyn til nedbrytning i nedbrytningsenheten. I den hensikt å komme over reaksjonsbetingelsene fra den fastkjørte nedbrytningsenhet er det nødvendig med i alt 180 dager for å lette de betingelser som har sviktet.

EKSEMPEL V

En fastkjørt nedbrytningsenhet genereres, i henhold til parameterne fra eksempel IV, med unntagelse av at det tilsettes 1000 volumdeler lactobacilluskulturadditivér pr. million deler væskevolum i nedbrytningsenheten. Den ferdige gjenvinning av nedbrytningsenheten fra dens sviktende tilstand inntreffer i løpet av 30 dager.

EKSEMPEL VI

Et høyrate-slamnedbrytningssystem ble belastet med 0,2 pund flyktige faststoffer pr. fot 3av nedbrytende kapasitet pr. dag, og tilbakeholdelsestiden var 10 dager. Nedbrytningssystemet opprettholdt- en stø tilstand i tilnærmet 1 måned til 40 dager.

EKSEMPEL VII

De samme nedbrytningsbetingelser som i foregående eksempel ble benyttet, med unntagelse av at belastningsraten ble øket til 0,4 pund flyktige faststoffer pr. fot 3 av nedbrytningskapasitet pr. dag, og at nedbrytningsenheten ble behandlet daglig med lactobacilluskulturene da belastningshastigheten var blitt doblet. Sammenlignbare statistiske resultater produseres mellom testen og kontrollprøven, og i noen tilfeller, f.eks. totalt gassutbytte, utviklet testen større resultater selv om det var dobbelt belastningsrate. Videre hadde testnedbrytningsenheten ca. det dobbelte av bikarbonat-alkaliteten (en måling av pufferkapasitet), ammoniakk-nitrogen og filtrat-COD enn kontrollnedbrytningsenheten hadde. Prosent flyktige faststoffer i avløpet var omtrent det samme for begge nedbrytningsenheter, selv om testnedbrytningsenheten hadde dobbelt så stor belastningsrate. Videre oppnådde testnedbrytningsenheten en 5 % større reduksjon i de flyktige faststoffer enn kontrollnedbrytningsenheten.

Resultatet av denne sammenligning indikerer at drift av en anaerob nedbrytningsenhet, ved to ganger den normale belastning, er mulig hvis nedbrytningssystemet behandles med et lactoba-cillusf ermenteringsproduktadditiv. Det er ingen reduksjon i effektiviteten til prosessen i andre henseender. Den økede gassproduksjon, høyere reduksjon av flyktige faststoffer, høy-ere bikarbonatalkalitet, uten noen økning i konsentrasjonen av flyktig syre, er ekstremt fordelaktig for nedbrytningsenheten som opererer med en kapasitet som er større enn normalt. Ammoniakk-nitrogenkonsentrasjonen var høyere i additiv-nedbrytningsenheten, hvilket indikerer en hurtigere rate av proteinnedbryt-ning som forbedrer effektiviteten til den anaerobe nedbrytningsenhet. Derfor tillates behandlingen av den anaerobe nedbrytningsenhet med uventet små konsentrasjoner av lactobacillus-fermenteringsproduktadditiver, i henhold til oppfinnelsen, dobling av nedbrytningsenhetens belastningsrate uten noen uøns-ket endring av avløpskvaliteten eller prosesseffektiviteten til den anaerobe nedbrytningsenhet, spesielt, og den totale avløps-vannbehandlingsapparatur, generelt.

EKSEMPEL VIII

Et anaerobt nedbrytningssystem ved et avløpsvannbehandlings-anlegg i drift i U.S.A. ble testet for å vise driftsbetingelsene i henhold til oppfinnelsen i et system i full målestokk. En primær nedbrytningsenhet ble matet med det kombinerte kommunale og industrielle faststoffslam ved et volum på 47 600 gallons pr. mating. Den ønskede tilbakeholdelsestid i enheten var tilnærmet 20 dager. pH-nivået i den primære nedbrytningsenhet forble fra ca. 6,0 til ca. 7,1 pH under observasjonene. Drifttem-peraturen varierte fra ca. 35,3°C til ca. 32/7°C. Flyktig syre/ alkalitetsforholdsgjennomsnittet varierte fra ca. 0,02 til ca. 0,09. Under observasjonene ble det foretatt tre faser, idet første fase var oppstartingen av nedbrytningsenheten under den eksperimentelle tabulering av driftsbetingelser, mens den annen fase var den forskjøvede innføring av et maksimum på 200 ppm av flyktige faststoffer/fot 3-dager av nedbrytningskapasitet,<p>g tredje fase var reduksjonen i tilbakeholdestiden fra 20 til 10 dager, uten noen lactobacillusfermenteringsprodukttilsetninger i "kontroll"-nedbrytningsenheten.

EKSEMPEL IX

En annen primær nedbrytningsenhet ble kjørt i henhold til parameterne for kontrollnedbrytningsenheten i henhold til eksempel VIII, med unntagelse av at pH-vérdien varierte fra ca. 6,7 til 7,6 og at den gjennomsnittlige drifttemperatur under fase I var tilnærmet 34,1°C. Videre hadde flyktig syre/alka-litetsforholdet et gjennomsnitt på 0,14 under fase I. En lignende gassproduksjon og prosentsammensetning ble utviklet. Under fase II ble testnedbrytningsenheten behandlet med en startdosering på 25 mg av lactobacilluskulturadditiv pr. liter, hvorved additivet ble øket porsjonsvis til det nådde en konsentrasjon på 200 mg/ i løpet av et tidsrom på 14 dager. Da konsentrasjonen nådde 125 mg/l, begynte flyktig syre/alkali-tetsforholdet å øke. Derfor ble dette konsentrasjonsnivå opprettholdt inntil forholdet avtok. FAse II ble' fortsatt inntil det ble oppnådd en konsentrasjon på 200 mg/l av lactobacilluskulturadditiv. Tilbakeholdelsestiden var tilnærmet 20 dager, og pH-verdien varierte i fase II fra tilnærmet 7,1 til ca.

6,5. Selv om temperaturen forble den samme som i fase I for denne test, øket gassproduksjonen svakt i forhold til gassproduksjonen i fase I, uten forandring i sammensetningen til den produserte biproduktgass.

I fase III for den eksperimentelle tabulering i testnedbrytningsenheten, ble matehastigheten for flyktige faststoffer doblet. Tilbakeholdelsestiden var tilnærmet 9 dager, og pH-verdien varierte fra tilnærmet 7,4 til 6,5. En sesongmessig forandring i omgivelsene viste seg som en tempe-raturreduksjon til tilnærmet 31°C. Selv om flyktig syre/alka-li tetsf orholdet ble fordoblet i fase III, var området innen det som kreves for en sund nedbrytningsenhet. Sammenlignbare nivåer av gassproduksjon og prosent sammensetning inntraff under denne fase. Alle andre indikatorer viste nedbrytningsenheten med den additive drift ved det dobbelte av den normale gjennomgang,

som ble foretatt innen ellers normale betingelser for alle andre parametere. Enda mer signifikant og uventet er det faktum at for nesten halvparten av tilbakeholdelsestiden oppnådde testnedbrytningsenheten med additivet 95 % totale flyktige faststoffer fjernet, mens den kontrollerte nedbrytningsenhet i henhold til foregående eksempel oppnådde bare tilnærmet 83 % i alt av fjer-nede flyktige faststoffer.

Tabell III oppsummerer de tre faser for reaksjonsbetingelser i testnedbrytningsenheten og kontrollnedbrytningsenheten. Prosent bioriedbrytbart materiale som forblir, er en indikasjon på signifikante nedbrytende kapasitetsøkning når lactobacillus-kulturadditivene. innføres og den anaerobe nedbrytningsenhet er-farer belastninger som er større enn normalt, hvilket sees av faststoffbelastning for fase III i tabellen.

Derfor viser det seg i oppsummering som om anvendelsen

av additivet i nedbrytningsenheten vil gi optimale resultater for å øke strømningskapasiteten med 100 % ved å opprettholde tilnærmet 200 gallons additiv pr. 1 000 000 gallons væske. Den foretrukne teknikk for å innføre additivet er å anvende en kon-vensjonell kjemisk fødepumpe,og å bevirke mating omtrent hver 12. time, idet alt dette foretas for å benytte det eksisterende interne og eksterne blandeutstyr i kloakkbehandlingsanlegget som i virkelighete tilveiebringer en relativt ensartet miks av det kjemiske additiv gjennom hele nedbrytningsenheten. Additivet i 55 gallon drums av en vannoppslemming kan lett tilsettes gjennom standardpumpen for kjemisk mating for å påvirke graden av miksing som trenges.

Vi har funnet at fermentering av lactobacilluskulturen er nødvendig for å få sluttproduktet som indikerer at additivet kan være anvendelig på aerobe nedbrytningsenheter også, siden kulturen er delvis aerob i fermenteringsprosessen, selv om det ikke er noen hensiktsmessig injeksjon av oksygen, da dette synes å inhibere vekst av kulturen.

Tester av additivet viser at det er mer effektivt enn aktivert karbon med hensyn til å lette ustabile betingelser i anero-be nedbrytningsenheter. Videre adderes additivet ikke til slam-volumet slik aktivert karbon gjør det med ledsagende økning i bortkjøringsomkostninger. Det aktiverte trekull kan godt ar-beide sammen med additivet i et aerobt system.

Driftsparametere for aerob nedbrytning er lik parameterne for anaerob nedbrytning. Begge prosesser opererer ved meso-file betingelser (20-45°C) eller termofile betingelser (45-65°C). Den aerobe nedbrytnings- eller aktiverte slamprosess er beregnet på å redusere flyktige faststoffer, produsere stabile, lukt-frie produkter for vraking, forbedre slamavvanningsegenskaper, samt forbedre gjødningsverdien for resten.

Driftsparametere for aerob nedbrytning er hydraulisk reten-sjonstid på 12-22 dager, belastning 0,1-0,2 pund VS pr. fot^-dag, oksygenbehov på 20 scfm pr.1000 fot tankvolum, oppløst oksygen på 1-2 mg/l, blandekraft på 0,5-1,0 hestekraft pr.

1000 fot 3 tankvolum, samt reduksjon i flyktige faststoffer på 20-50 %.

Avsløpskvaliteten skulle være tilnærmet:

En annen måte å løse omkostningsfaktoren på når man plan-legger kapasiteten for en ny nedbrytningsenhet, er den som løp-' ende anslås til å koste mellom 7,5 og 8,00 $ pr. fot av ny nedbrytningskapasitet. Oppfinnelsen er basert på dobling av an-leggskapasiteten ved å benytte additivet..

Selv om oppfinnelsen er ment spesielt å skulle dekke det vide område av lactobacillusbakterier i fermenteringskultur-trinnet som omfatter additivet, indikerer testingen av den stam-me som benyttes, i de her presenterte eksempler at den fremherskende stamme nå er Lacobacillus Bulgaricus som er en anriket og ganske ren organisme. Essensielt, når det refereres til den 200 ppm injeksjonsmengde som er den ønskede mengde for oppnåelse av den 100 % økede nedbrytnings-strømningsevne, brytes den ned til i alt vesentlig de kjemiske prosenter som er antydet neden-under:

Ikke-levedyktige lactobacillus-celler: Ikke mindre enn 1 x 10 pr. ml.

Selv om en detaljert beskrivelse av de foretrukne metoder for å forhindre sammenbrudd av nedbrytningsenheten når det er "fastkjørings"- og overbelastningsbetingelser, såvel som en øket nedbrytningskapasitet er blitt beskrevet i detalj, skal . det forstås at oppfinnelsen ikke er begrenset til eller ved dette. Følgelig, for forståelse av oppfinnelsens ramme henvi-ses det til de medfølgende krav.

Claims (17)

1. Fremgangsmåte for forbedring av anaerob og/eller aerob nedbrytning av avfall og biomasse, karakterisert , ved (a) å oppnå et ikke-levedyktig lactobacillusfermenteringsprodukt som et sekundært nedbrytningsadditiv; og. (b) å innføre nevnte lactobacillusfermenteringsprodukt i et nedbrytningssystem i en konsentrasjon på fra ca. 10 til ca. 1000 ppm regnet på volumet i nedbrytningsenheten, slik at det nevnte nedbrytningssystem nedbryter avfallet og biomassen i en rate som er større enn normalt.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at lactobacillusfermenteringsproduktet. innføres periodisk for opprettholdelse av konsentrasjonen i nedbrytningssystemet, idet konsentrasjonen har mellom ca. 10 <4> og ca. 10 9 lactobacillusmikroorganismer pr. milliliter volum i nedbrytningsenheten.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at den også omfatter det trinn å lagre lactobacillusfermenteringsproduktet før det innføres i nedbrytningssystemet.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 3, karakterisert ved at lagringen kombinerer lactobacillus-fermenteringsproduktet med eksterne næringsstoffer utvalgt fra gruppen som består av koboltkarbonat, diammoniumfosfat, ferro-laktat og melkesyre.

5. Fremgangsmtåe som angitt i krav 2, karakterisert ved at den inkluderer det trinn å opprettholde pH-verdien i nedbrytningsenheten på fra ca. 6,4 til ca. 7,2.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 5, karakterisert ved at lactobacillusfermenteringsproduktet innføres i en enkeltdose, periodisk eller kontinuerlig for opprettholdelse av konsentrasjonen i nedbrytningssystemet.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 5, karakterisert ved at lactobacillusfermenteringsproduktet tilsettes sammen med frisk mating, resirkulert mating eller blandinger derav.

8. Fremgangsmåte som angitt i krav 5, karakterisert ved at lactobacillusfermenteringsproduktet separat tilsettes en nedbrytningsenhet.

9. Fremgangsmåte som angitt i krav 5, karakterisert ved at en enkelt behandling av lactobacillus-fermenteringsproduktet utføres i nedbrytningsenheten.

10. Fremgangsmåte som angitt i krav 5, karakterisert ved at lactobacillusfermenteringsproduktet forhåndsoppvarmes til temperaturen i nedbrytningssystemet sammen med eller uten frisk eller resirkulert mating før innføring i nedbrytningsenheten.

11. Fremgangsmåte som angitt i krav 5, karakterisert ved at lactobacillusfermenteringsproduktet tilsettes i høy startkonsentrasjon til nedbrytningsenheten ved oppstartingen for å bringe konsentrasjonen av lactobacillus-fermenteringsproduktet i nedbrytningsenheten til det ønskede nivå, hvoretter forholdet mellom frisk mating og additiv jus-teres for opprettholdelse av den ønskede konsentrasjon av additivet i nedbrytningsenheten.

12. Fremgangsmåte for å forbedre aerob nedbrytning av avfall og biomasse, karakterisert ved (a) å oppnå et ikke-levedyktig lactobacillusfermenteringsprodukt som et sekundært nedbrytningsadditiv; (b) å innføre lactobacillusfermenteringsproduktet i et aerobt nedbrytningssystem i en konsentrasjon på ca. 10 til ca. 1000 ppm regnet på nedbrytningsvolum, og (c) å operere nedbrytningsenheten med en hydraulisk re-tensjonstid på mellom ca. 12 og ca. 22 dager med en belastning på ca. 0,1 og 0,2 pund VS pr. fot 3 pr. dag, og ved en oksygen-3 belastning■på 20 scfm pr. 1000 fot tankvolum.

13. Fremgangsmåte som angitt i krav 12, karakteris e ri± ved at lactobacillusfermenteringsproduktet innføres periodisk for opprettholdelse av konsentrasjonen i nedbrytningssystemet, idet konsentrasjonen har mellom ca. 10 <4> og ca. 10 Q lactobacillusmikroorganismer pr. milliliter av ned-brytningsenhetvolum.

14. Fremgangsmåte som angitt i krav 13, karakte-. risert ved at den inkluderer det trinn å opprettholde pH-verdien i nedbrytningsenheten på fra ca. 6,4 til ca. 7,2.

15. Fremgangsmåte for å forbedre anaerob nedbrytning av avfall og biomasse, karakterisert ved at den omfatter (a) å dyrke en ikke-levedyktig lactobacilluskultur som et sekundært nedbrytningsadditiv; og (b) å innføre lactobacilluskulturen i et anaerobt nedbrytningssystem i en konsentrasjon på fra ca. 10 til ca. 1000 ppm av anaerobt nedbrytningsenhetsvolum slik at lactobacilluskultur-additivet nedbryter avfallet og biomassen i en rate som er stør-re enn normalt.

16. Fremgangsmåte som angitt i krav 15, karakterisert ved at lactobacillusfermenteringsproduktet innføres periodisk for opprettholdelse av konsentrasjonen i nedbrytningssystemet, idet konsentrasjonen har mellom ca. 10 4og ca. 10 9lactobacillusmikroorganismer pr. milliliter nedbrytningsvolum.

17. Fremgangsmåte som angitt i krav 16, karakterisert ved at den inkluderer det trinn å opprettholde pH-verdien til nedbrytningsenheten på fra ca. 6,4 til ca. 7,2.