NO871716L - Anvendelse av polymerbaerermasser som baerere ved biokjemiske omdannelsesprosesser i vandig fase. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører anvendelsen av hydrofile, åpenporede, i vann oppsvømmende polymerbærermasser som bærere ved biokjemiske omdannelsesprosesser, spesielt ved den biokjemiske avvannsrensing.

Anvendelsen av uorganiske eller organiske bærermaterialer som bærere ved biologiske omdannelsesprosesser, spesielt ved den biologiske avvannsrensing, er kjent (sammenlign f.eks. DE-OS 34 02 697 resp. EP-OS 150 747, resp. den i disse publika-sjoner omhandlede litteratur). Generelt foregår den biologiske avvannsrensing i aktivslambekkener eller tårnlignende bioreaktorer, hvori bæreren foreligger som fast-, flyte-eller hvirvelsjikt i form av suspensjoner som tenderer til sedimentasj on.

Nå ble det overraskende funnet at anvendelsen av slike bærermasser, som har vannmettet, med biomasse oppladet tilstand en midlere tetthet som ligger litt under tettheten av det vandige miljø og derfor svømmer opp i vandig miljø, fører til en rekke bemerkelsesverdige fordeler ved den biologiske avvannsrensing: Energiforbruket, som er nødvendig til å fjerne konsentra-sjonsforskjellen i reaktoren, er vesentlig mindre enn i tilfellet anvendelsen av sedimenterende bærermaterialer.

Sammenlignet til de tidligere kjente sedimenterende bærermaterialer har de ifølge oppfinnelsen anvendbare, spesifikt lettere bærermaterialer den fordel at de kan anvendes i mindre mengder for oppnåelse av samme virkning.

Oppfinnelsens gjenstand er anvendelsen av i vann oppsvømm-ende, hydrofile, åpenporede polymerbærermasser som bærere ved aerobe, anoksiske eller anaerobe biokjemiske omdannelsesprosesser i vandig fase, idet anvendelsen erkarakterisert vedat det anvendes slike polymerbærermasser som består av qyiItqI + qa-f-vrir]r-f* /~v »m Htr\ -r\v% +-i Ir'I cm r\r* -f t-> t-> ^ V» 1 Hon +- -f* ttI 1 o + r\f-p idet disse partikler i vannmettet og med under prosessen dannet biomassen oppladet form til minst 70 volum-# har en tetthet som ligger litt under tettheten av det vandige miljø.

Polymerbærermassens fyllstoffinnhold utgjør 3-60 vekt-#, fortrinnsvis 5-50 vekt-# og spesielt foretrukket 10-30 vekt-5& , referert til bærerens tørrstoff.

Ved bærermaterialene som skal anvendes ifølge oppfinnelsen dreier det seg om slike, som med hensyn til deres kjemiske sammensetning sterkt tilsvarer de hittil kjente sedimenterende bærermasser. Dette betyr at som ifølge oppfinnelsen anvendbarer bærermasser kan det anvendes slike på basis av polymeri sater og/eller polykondensater og/eller polyaddi-sjonsprodukter. Fremstillingen av slike bærermasser er eksempelvis omtalt i DE-OS 3 402 696, 3 402 697, 3 402 698 eller i DE-OS 3 526 183, 3 526 184 eller 3 526 185.

Fremstillingen av de ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen anvendbare bærermasser foregår helt analogt til fremstill-ings fremgang små ten i henhold til denne litteratur. De i den anførte litteratur omtalte og for avvannrensing anvendte bærermasser har en slik tetthet at de sedimenterer i vannmettet og med biomasse oppladet form i avvannet som skal renses. De ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen anvendbare bærermasser tilsvarer riktignok med hensyn til deres kjemiske sammensetning sterkt disse sedimenterende bærermasser, imidlertid påses ved deres fremstilling analogt til den nevnte litteratur ved egnet valg av type og mengde av de anvendte komponenter at de har den ovennevnte egenskap å svømme opp i vandig miljø. Med "svømme opp" forstås herved at bærermaterialene i vannmettet og med biomasse oppladet tilstand ved et "fyllvolum" på 50 volum-#, fortrinnsvis til minst 80 volum-$, og spesielt foretrukket til 90 til 100 volum-#, foreligger suspendert i den øvre to tredjedel av den vandige fase. Herav følger på den annen side at bare helt uvesentlige deler av bærermaterialene, dvs. inntil maks. 10$, fortrinnsvis til maks. 2%, rager over det vandige miljøs overflate. Vanligvis svømmer bærermassen i forståelse av denne definisjon da opp, når de enkelte partikler i vannmettet og med biomasse oppladet form til minst 70 volum-# har en tetthet som ligger litt under tettheten av det vandige miljø.

Begrepet "fyllvolum" betyr i denne forbindelse den i prosent uttrykte volumdel av den med vandig miljø fylte reaktor, som inntas av det med vannmettet, med biomasse oppladet bærermaterial.

Ved bærermassene som anvendes ifølge oppfinnelsen dreier det seg således om oppsvømmende, sterkt vannopptagbare, porøse polymerbærermasser, som fortrinnsvis inneholder bundet hydrofile fyllstoffer og også ved årelangt opphold i vann, spesielt i biologisk arbeidende klarebekkener, er bestandige.

Som bindemiddel for fyllstoffene tjener polymerisater, som koaguleres i form av deres vandige dispersjoner og/eller polyuretan(urinstoff )-masser, som fortrinnsvis anvendes som polyisocyanat-prepolymere, eventuelt som vandig emulsjon eller som polyuretandispersjon og for fyllstoffene utøver en matriksfunksjon. Lavmolekylære polyisocyanater kan tjene som modifiseringskomponenter for de vandige polymer-dispersjoner og øker polymermatriksens bindekraft. De polymere kan være av ikke-ionisk hydrofil natur og/eller inneholder innbygget anioniske og/eller kationiske grupper i makromolekylet eller foreligger i blanding med tilsvarende eksterne emulgateorer eller også være av sterkt hydrofob natur, hvis hydrofillen av bærermassene sikres ved anvendelsen av tilsvarende hydrofile fyllstoffer. I mange tilfeller foretrekkes ved den biologiske avvannsrensing ioniske, spesielt kationiske polymer-bærere, eksempelvis av kationiske polyeter-polyisocyanat-prepolymere og fyllstoffer fremstilte polyuretan-skumstoffer.

Valget av fyllstoffene som skal være inerte ovenfor mikroorganismer, tilkommer en spesiell betydning med hensyn til vannopptagsevnen og adsorpsjonsevnen av i avvannet oppløste innholdsstoffer og med hensyn til dannelsen av store over-flater og således av hul- og beskyttelsesrom for oppbygning av biomasser.

En særstilling som organiske fyllstoffer har de spesielt foretrukket medanvendbare polyuretanskumstoffer i knust, stykket form, spesielt polyeter-polyuretan-blokkmykskumstof-fer med en midlere partikkelstørrelse under 30 mm, fortrinnsvis under 20 mm, spesielt på 3 til 15 mm, som er disponerbare som avfallsgranulater i store mengder. Halvharde- eller hard-PUR-skumstoffer medanvendes bare i pulverisert form.

Bærermassenes hydrofili sikres spesielt ved anvendelse av hydrofile (eksempelvis ioniske) bindemidler og/eller ved medanvendelse av hydrofile fyllstoffer (fortrinnsvis brun-kullstøv, aktivkull, torv og/eller magnetitt).

Egnede fyllstoffer og bindemidler kan forøvrig sees i ovennevnte litteratursitater.

De ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen anvendbare bærermaterialer er i vannfri tilstand skumstoffer av en tetthet som ligger under 0,3 g/cm5 , fortrinnsvis under 0,2 g/cm<5>og spesielt foretrukket under 0,1 g/cm<5>. De anvendes i stykket form, idet skumstoffpartiklene vanligvis har en midlere partikkeldiameter på under 10 cm, fortrinnsvis på under 5 cm og spesielt foretrukket på 0,3 til 2,5 cm.

På grunn av den høye hydrofili av de ifølge oppfinnelsen anvendbare bærermaterialer sveller disse ved kontakt med vann under fullstendig vannopptak og oppnår på grunn av dette vannopptak og den oppladning med biomasse som finner sted allerede kort etter starting av klareprosesssen meget hurtig en (midlere) tetthet som bare ligger litt under tettheten av det vandige miljø.

Ved anvendelsen ifølge oppfinnelsen til rensing av avvann kommer det generelt til anvendelse aktivbekkener eller avvannstårn, som opplades med de ifølge oppfinnelsen anvendte bærermaterialer i en slik mengde som tilsvarer et "fyllvolum" på 5 til 65, fortrinnsvis 10 til 50, og spesielt 10 til 30 volum-#.

Ved anvendelsen ifølge oppfinnelsen til rensing av avvann gåes det fortrinnsvis fram således at avvannet som skal renses innføres kontinuerlig i det øvre området av bekkenet resp. tårnet og det rensede avvann uttas kontinuerlig fra det nedre området av bekkenet resp. tårnet. Det ville prinsi-pielt imidlertid også være mulig å innføre avvannet som skal renses i det nedre området og å utta det rensede avvann fra det øvre området, imidlertid måtte det i dette tilfellet sørges for at de i avstrømmingen av det rensede avvann konsentrert foreliggende bærermaterialer ikke oppsvømmes.

Følgende eksempel skal forklare oppfinnelsen nærmere.

Eksempel

A) Fremstilling av en polymerbærermasse

Utgangsmaterialer:

70 vektdeler av et hydrofobt polyeter-polyuretan-skumstoff av tetthet 0,025g/cm5 , kuttes i terninger på en kantlengde på ca. 12 mm,

21,5 vektdeler inaktivt, tørket brunkullstøv av en midlere partikkelstørrelse på under 100 jam og en restfuktighet på 7 vekt-#,

10,0 vektdeler av kationisk isocyanat-prepolymeren K0PP1-E fra DE-OS 3 402 696, tabell 1, med et NCO-innhold på 5,9 vekt-#,

50 vektdeler vann (temperatur: 50°C).

De ovennevnte utgangsmaterialer blandes som i DE-OS 3 402 696, metode A3 beskrevet i et dobbeltpadlingssnekketrau og befordres etter en oppholdstid på 7 minutter ved en produkt-temperatur på 45° C gjennom en ved trauets ende nedentil befinnende åpning til en trakt og transporteres ved hjelp av pressluft over en zyklon til en avfyllingsbeholder. Slutt-produktet har formen av terninger og er hydrofilt, således at det i vann med en gang fuktes og på grunn av dets tetthet som ligger litt under vannets tetthet svømmer opp i vann, imidlertid ikke rager ut av vannet.

Det fylte polymerbærermaterial har suspendert i vann et tørrstoffinnhold på 19 kg/m<5>suspensjon, dvs. vanndelen i og mellom de åpenporede polymerbærer-terninger ligger ved 98,1$. Tatt ut av vannet har bærermaterialet følgende volumvekter (kg/m<5>):

Avdrypping etter 10 minutter: 308

Avpresset (3 bar): 55 (inntil intet vann mer

drypper av)

Tørket ved 100°C: 20

(20 stk. i vakuum)

B) Anvendelse ifølge oppfinnelsen for den kontinuerlige anaerobe biologiske rensing av vanskelig nedbrytbare for-urensningsholdige avfall fra en klorbleke av en sulfittcellu-losefabrikk: Som apparatur ble det anvendt et zylindrisk glasskår med et volumm på under 100 liter og et forhold mellom diameter og høyde på 1:2. Det kontinuerlige tilløp av avvannet foregikk gjennom et hullet, ringformet rør i den øvre del, avløpet i den nedre del av bioreaktoren. Til, med et hullblende utstyrt, avløp var det tilknyttet et kommuniserende rør, således at man kunne innstille vannstandet i karet således at det befant seg 3 cm over tilløpet.

Det ovenfor omtalte polyuretanbærermaterial ble innfylt i bioreaktoren. Fyllgraden utgjorde i vandig suspensjon 25 volum-56.

I løpet av 5 uker og en midlere oppholdstid i gjennomløps-reaktoren på 3 dager dannet det seg biomasse i avvannet, som har en forurensningsgrad tilsvarende en CSB-verdi (kjemisk oksygenbehov) på 4265 mg/l. Mikroorganismene avsatte seg omtrent utelukkende på bærermaterialet og dets indre cellerom i form av en plen. Den dannede biogass, hovedsakelig metan, kunne unnvike uhindret gjennom bærermaterialet og ble bortført ved toppen av reaktoren gjennom et rør.

Elimineringen av det kjemiske oksygenbehov (CSB-verdien) utgjorde i 6. uke, målt på 3 forskjellige dager, gjennom-snittlig 9 0$. Dessuten var det avrennende, rensede avvann tydelig lysgjort. Det anvendte bærermaterial befant seg, bevokset med biomasse, fullstendig i bioreaktorens øvre tredj edel.

Claims (5)

1. Anvendelse av i vann oppsvømmende, hydrofile, åpenporede polymerbærermasser som bærer ved de aerobe, anoksiske eller anaerobe biokjemiske omdannelsesprosesser i vandig fase, karakterisert ved at det anvendes slike polymerbærermasser som består av enkelte stykkformede partikler og inneholder et fyllstoff, idet disse partikler i vannmettet og med under prosessen dannet biomassen oppladet form til minst 70 volum-# har en midlere tetthet som ligger litt under tettheten av det vandige miljø.

2. Anvendelse ifølge krav 1, karakterisert ved at det som polymerbærermasser anvendes hydrofile, med ovenfor mikroorganismer inerte fyllstoffer oppladede polyuretanskumstoffer.

3. Anvendelse ifølge krav 1 og 2 ved den biologiske avvannrensing.

4. Anvendelse ifølge krav 3, karakterisert ved at man innfører avvannet som skal renses kontinuerlig i det øvre området av en med vann og bærermasse fylt beholder og uttar det rensede avvann kontinuerlig fra beholderens nedre område.

5. Anvendelse ifølge et av kravene 1 til 4, karakterisert ved at polymerbærermassen inneholder ionegruper, spesielt kationgrupper eller grupper egnet til ionedannelse.