SE1251085A1 - Ett förfarande och en apparat för samtidigt avlägsnande av tiosalt och kväveföreningar i avloppsvatten - Google Patents

Abstract

Föreliggande uppfinning hänför sig till ett förfarande och en apparat för samtidigt avlägsnandeav tiosalt och kväveföreningar i avloppsvatten, varvid mängden tiosalt i avloppsvattnet är störreän det stökiometriska behovet för autotrofa kväverening. Apparaten innefattar en bioreaktor(1) innefattande ett autotrof bakteriekultur utförande en denitrifikationsprocess med tiosaltsom elektrondonator, som har ett inlopp (3) för mottagning av avloppsvatten, och ett utlopp (4)för att släppa ut det renade vattnet. Apparaten innefattar en syretillförselanordning (6)anordnad att tillföra syre till vattnet i reaktorn och en styrenhet (10) anordnad att styrainnehållet av löst syre i reaktorn, så att överskottet av tiosalt oxideras av syret samtidigt somdenitrifikationsprocessen bibehålls. (Figur 1)

Description

20 25 30 35 som oxidant. Denitrifiering av nitrat är en anaerob process och är starkt beroende av syrekoncentrationen i vattnet. Detta beskrivs i tabell 1 i artikeln, som exemplifierar hur nitratkonsumtion beror på koncentrationen av löst syre. Tabellen visar att nitratkonsumtionen upphör när syrehalten i vattnet överskrider 12plVl/l. Slutsatsen är att denitrifikation med tiosulfat som deoxideringsmedel upphör när syrehalten i vattnet överskrider en låg nivå.

I en artikel ”Combined removal of Sulfur Compounds and Nitrate by Autotrophic Denitrification in Bioaugmented Activated Sludge System” skriven av l. Manconi, A. Carucci, och P. Lens, publicerades online 9 mars, 2007 i Wiley Inter Sience (wvvwirttersciencewileycom) föreslås att samtidigt avlägsna reducerade svavelföreningar och nitrater från avloppsvatten med tillväxt av autotrofa svavelbakterier, såsom Thiobaci/líus Denitrijficans, under anaeroba förhållanden. De reducerade svavelföreningar används för att reducera nitrat, och nitratet används för att oxidera de reducerade svavelföreningarna. Om mängden svavelföreningar och mängden nitrat i avloppsvattnet motsvarar det stökiometriska behovet för kväverening, är det möjligt att samtidigt avlägsna de reducerade svavelföreningarna och nitratet. Av ovan beskrivna reaktionsformeln framgår att det molära förhållandet mellan mängden reducerade svavelföreningar och nitrat måste vara cirka 0,84 för att uppnå fullständigt avlägsnande av svavelföreningarna och nitratet.

Detta är ett citat från artikeln: "Således, för att möjliggöra maximal N03- borttagning utan N02- ackumulering, måste reaktorn drivas i ett nitratbegränsat tillstånd genom tillsats av elektrondonator (sulfid eller tiosulfat) i överskott. Emellertid är en noggrann kontroll av det erforderliga elektrondonator överskottet också nödvändigt, eftersom både tiosulfat och sulfid har ett kemiskt syrebehov (chemical oxygen demand COD), och eftersom elementärt svavel troligen bildas under sulfidoxidation under N/S = 0,6. Ofullständig oxidation av tiosulfat eller sulfid till elementärt svavel skulle kräva ett separationssteg av det olösliga elementära svavlet från avloppsvattnet, vilket ökar processens komplexitet. " Emellertid, i avloppsvatten från anrikningsverk för gruvor och malm är mängden tiosalt i avloppsvattnet normalt betydligt större än den stökiometriska behovet för kväverening.

Exempelvis kan det molära förhållandet mellan tiosalt och kväveföreningar i vattnet vara i storleksordningen 10 - 20. Detta kan jämföras med 0,84, vilket är det stökiometriska behovet av kväverening när kulturen växer. Även om den ovan beskrivna metoden kan användas för fullständig borttagning av nitrat i vattnet, kommer den endast ta bort en mindre del av tiosaltet. Således är det ett problem att behandla denna typ av avloppsvatten med den ovan beskrivna metoden eftersom en större del tiosalt fortfarande kommer att finnas kvar i vattnet efter behandlingen. 10 15 20 25 30 Syfte och sammanfattning av uppfinningen Ett syfte med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla ett förfarande för samtidigt avlägsnande av tiosalt och kväveföreningar i avloppsvatten där mängden tiosalt är betydligt större än det stökiometriska behovet för kväverening. Detta betyder att det molära förhållandet mellan tiosalt och kväveföreningar i avloppsvattnet är betydligt större än det förhållande som erfordras för denitrifikationsprocessen, dvs. större än 0,84.

Detta syfte uppnås med ett förfarande såsom definieras i patentkrav 1.

Förfarandet innefattar att syre tillför vattnet och att innehållet av syre löst i vattnet styrs så att överskottet av tiosalt oxideras av syret samtidigt som denitrifikationsprocessen bibehålls.

Enligt uppfinningen behandlas vattnet med hjälp av en autotrof kultur, exempelvis Thiobacil/ius Denitrificans, under tillförsel av syre till vattnet. En del av tiosaltet oxideras av kväveföreningen samtidigt som kväveföreningen reduceras till kvävgas av tiosaltet. Överskottet av tiosalt oxideras av det tillsatta syret. Halten av syre löst i vattnet styrs så att den inte överskrider den nivå där denitrifikationsprocessen upphör. Syrehalten hålls företrädesvis inom ett område av 0,3 - lmg/l, företrädesvis inom ett område av 0,35 - 0,6mg/l. Syret tillsätts vattnet i en sådan hastighet att syrehalten i vattnet aldrig överstiger den halt vid vilken denitrifikation upphör.

Detta innebär att syret tillsätts vattnet i ungefär samma takt som det förbrukas genom oxidation av tiosaltet. Syret kan tillsättas vattnet genom exempelvis luftning eller insprutning av syrgas. Uppfinningen gör det möjligt att samtidigt utföra denitrifikation av kväveföreningar och oxidation av tiosalter i avloppsvatten, i vilket det molära förhållandet mellan tiosalt och kväveföreningar är betydligt större än det förhållande som erfordras för denitrifikations- processen. Således uppnås ett effektivt avlägsnande av både kväveföreningarna och tiosaltet.

Det har också visat sig att en betydande del av ammoniak i vattnet avlägsnas enligt ovanstående ekvation, eftersom ammoniak är de föredragna kvävearter för biomassatillväxt.

Följande fördelar uppnås med metoden i enlighet med uppfinningen: - Denitrifikation och oxidation av tiosalt utförs i ett steg.

- Metoden är miljövänlig eftersom endast tillförsel av syre och en koldioxidkälla krävs. Ingen tillförsel av organiska föreningar, såsom metanol, etanol, eller acetat, behövs.

- Metoden utförs vid ett neutralt pH, vilket innebär att processen är mindre känslig för metaller, fluor etc. jämfört med bakteriell oxidation av tiosalt utförd vid ett lågt pH.

- Förfarandet enligt uppfinningen kan användas för behandling av vatten vid temperaturer ner till temperaturer nåra 0°C. Således kan denitrifikationen utföras effektivt vid en lägre temperatur jämfört med konventionella metoder som använder organiska reduktionsmedel.

Detta är fördelaktigt i kalla länder, t.ex. de nordiska länderna. 10 15 20 25 30 35 - Låga kostnader avseende driftsekonomi samt investeringskostnader, eftersom endast en reaktor behövs.

Enligt en utföringsform av uppfinningen innefattar metoden mätning av innehållet av syre löst i vattnet och styrning av tillförseln av syre till vattnet så att innehållet av syre löst i vattnet hålls inom ett visst intervall, företrädesvis i ett intervall av 0,3 - lmg/l, företrädesvis inom ett område av 0,35 - 0,6mg/liter.

Enligt en utföringsform av uppfinningen innefattar förfarandet att UV-absorptionen i det renade vattnet mäts, företrädesvis vid en våglängd nära tiosaltets och kväveföreningarnas maximala UV-absorption, halten av syre löst i vattnet mäts, och tillförseln av syre till vattnet styrs baserat på den uppmätta UV-absorption och den uppmätta syrehalten så att den uppmätta UV-absorptionen minimeras. För att uppnå en hög grad av avlägsnande av både tiosalt och kväveföreningar är det viktigt att styrningen av syretillförseln är optimerad. Om syrehalten i vattnet är för låg blir hastigheten för oxidationen av tiosalt låg, och om syrehalten i vattnet är för hög blir hastigheten has denitrifikationsprocessen låg. Denna utföringsform förbättrar styrningen av syretillförseln till vattnet och följaktligen förbättras effektiviteten i avlägsnandet av tiosalt och kväveföreningar i vattnet. UV-mätningen mäter det faktiska innehållet av tiosalt och kväveföreningar i vattnet. Om UV-absorptionen år hög, år innehållet av tiosalt och/eller kväveföreningar hög. Om UV-absorptionen är låg, år innehållet av tiosalt och/eller kväveföreningar låg. Genom att styra tillförseln av syre till vatten så att UV-absorption av tiosalt och kväveföreningar minimeras, åstadkommes ett optimalt avlägsnande av tiosalt och kväveföreningar.

Enligt en utföringsform av uppfinningen uppmäts UV-absorptionen företrädesvis för en våglängd i ett intervall av 190 - 225nm. Tiosalt och kväveföreningar, såsom nitrat, nitrit och ammonium, har maximal UV-absorption vid en våglängd som är ca 214nm. Med on-line- mätning i ett intervall kring 214nm är det därför möjligt att avgöra om det återstående innehållet av tiosalt och kväveföreningar i det renade vattnet har minimeras.

Enligt en utföringsform av uppfinningen innefattar förfarandet att tillförseln av syre minskas om den uppmätta UV-absorptionen är hög och halten av syre är hög, t ex över ett visst gränsvärde, och tillförseln av syre ökas om syrehalten år låg, t.ex. under ett visst gränsvärde, och UV- absorptionen är hög, i andra fall behålls syretillförseln. Genom att mäta UV-absorption i det renade vattnet vid en våglängd nära den maximala UV-absorptionen för tiosalt och kväveföreningar, är det möjligt att avgöra om den totala halten tiosalt och kväveföreningar i det renade vattnet minimerats. Det är dock inte möjligt att avgöra om det är tiosalt eller kväveföreningar som återstår, och följaktligen är det inte möjligt att bestämma om syretillförseln skall ökas eller minskas. Genom att mäta syrehalten och jämföra den med ett 10 15 20 25 30 35 eller flera gränsvärden, är det möjligt att bestämma huruvida syreinnehållet är för högt eller för lågt, och följaktligen att fastställa huruvida syreinnehållet ska ökas eller minskas. När syrehalten är för låg är graden av oxidation av tiosaltet för långsam, och om syrehalten är hög, är hastigheten för nitrifikation för långsam. Således, genom att på så sätt justera tillförseln av syre till vattnet tills dess att absorptionen har minimerats, optimeras även hastigheten för att avlägsna tiosalt och kväveföreningar.

Enligt en utföringsform av uppfinningen tillförs avloppsvattnet en bioreaktor, och UV- absorptionen mäts i avloppsvattnet till reaktorn såväl som i det renade vattnet ut ur reaktorn vid en våglängd nära den maximala UV-absorptionen av tiosalt och kväveföreningar, och tillförseln av syre till vattnet styrs i beroende av förhållandet mellan den uppmätta UV- absorptionen av tillförda och utsläppta vattnet. Detta utförande förbättrar mätning av UV- absorptionen genom att minimera effekten av förändringar i bakgrundsabsorptionen av UV från andra föreningar i lösning än tiosalt och kväveföreningar. För processtyrning är det att föredra att den uppmätta UV-absorption regelbundet jämförs med uppmätt koncentration av tiosalt och kväveföreningar bestämda med standardiserade analysmetoder Enligt en utföringsform av uppfinningen innefattar metoden mätning av pH-värdet i vattnet och att en lämplig pH-regulator tillförs vattnet för att upprätthålla ett pH inom området 6-8, och företrädesvis i området 6,5 - 7,5. För att undvika ytterligare försurning nedströms i händelse av kvarvarande tiosalt och kväveföreningar kan ytterligare pH-regulatorer såsom natriumkarbonat tillsättas för att buffra vattnet innan det renade vattnet släpps ut i naturen.

Enligt ett annat utförande av uppfinningen utförs en autotrof denitrifikation process av en Thiobaci/lius Denitrificans stam. Företrädesvis utförs den autotrofa denitrifikationsprocessen av en psykrofilisk eller psykrotolera nt stam av Thiobacil/ius Denitrificans. ThiobaciI/ius Denitrificuns har visat sig vara mycket lämplig för att utföra denna process eftersom den är verksam nära 0°C producerande biofilm och aktivt slam.

Ett annat ändamål med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en apparat för samtidigt avlägsnande av tiosalt och kväveföreningar i avloppsvatten där mängden tiosalt är större än det stökiometriska behovet för kväverening.

Detta syfte uppnås med ett förfarande såsom definieras i patentkrav 10.

Apparaten innefattar en bioreaktor innefattande en autotrof bakteriekultur som utför en denitrifikationsprocess med tiosalt som elektrondonator, som har ett inlopp för mottagande av avloppsvatten, och ett utlopp för utmatning av det renade vattnet. Apparaten innefattar vidare en anordning för syretillförsel anordnad att tillföra syre till vattnet i reaktorn och en styrenhet 10 15 20 25 30 35 anordnad att styra innehållet av syre löst i reaktorn så att överskottet av tiosalt oxideras av syret samtidigt som denitrifikationsprocessen bibehålls.

Enligt en utföringsform av uppfinningen innefattar apparaten vidare en anordning för mätning av innehållet av syre löst i reaktorn och en spektrometer anordnad att mäta UV-absorptionen i det renade vattnet vid en våglängd nära den maximala UV-absorptionen av tiosalt och kväveföreningar, och styrenheten är anordnad att styra tillförseln av syre till vatten, baserat på den uppmätta UV-absorption och den uppmätta syrehalten så att den uppmätta UV- absorptionen minimeras.

Enligt en utföringsform av uppfinningen är styrenheten anordnad att styra tillförseln av syre till reaktorn genom att minska tillförseln av syre om den uppmätta UV-absorptionen är hög och halten av löst syre är över ett gränsvärde, och att öka tillförseln av syre om UV-absorptionen är hög och halten av löst syre ligger under ett gränsvärde, och att bibehålla den nuvarande tillförseln av syre om den uppmätta UV-absorptionen är låg.

Enligt en utföringsform av uppfinningen innefattar apparaten anordningar för att behålla biomassan, t ex biofilmbärare eller/och nedströmsanläggningar för att återvinna och återanvända biomassan.

Föreliggande uppfinning hänför sig även till användningen av förfarandet enligt uppfinningen och apparaten enligt uppfinningen för behandling av avloppsvatten från gruvor och anrikningsverk. Uppfinningen är särskilt lämplig för behandling av avloppsvatten från gruvor och anrikningsverk eftersom mängden tiosalt i avloppsvatten från gruvor och malm anrikningsverk vanligtvis är betydligt större än det stökiometriska behovet för kväverening.

Kortfattad beskrivning av ritningarna Uppfinningen kommer nu att förklaras närmare med en beskrivning av olika utföringsformer av uppfinningen och med hänvisning till de bifogade figurerna.

Fig. 1 visar en apparat för samtidigt avlägsnande av tiosalt och kväveföreningar i avloppsvatten enligt en utföringsform av uppfinningen.

Fig. 2 visar ett diagram med exempel på UV-mätningar av vatten som innehåller olika mängder av nitrat och tiosulfatjoner. 10 15 20 25 30 Detalierad beskrivning av föredragna utföringsformer av uppfinningen I det följande beskrivs ett exempel på hur metoden enligt uppfinningen kan användas för att avlägsna kväveföreningar och tiosalter i avloppsvatten. I detta exempel innefattar tiosalt tiosulfat och tetrationat.

Avloppsvattnet tillsätts en reaktor innehållande en autotrof bakteriekultur kapabel att utföra en denitrifikationsprocess. I detta exempel är bakteriekulturen en Thiobacillius Denitrificans stam.

Företrädesvis utförs den autotrofa denitrifikationsprocessen av en psykrofilisk eller psykrotolerant stam av Thiobacillius Denitrificans, eller en kombination av båda. Thiobacil/ius Denitrificans har visat sig vara mycket lämplig för att genomföra denna process eftersom den är verksam nära 0°C, producerande biofilm och aktivt slam. Dock har molekylär fylogeni av den använda kulturen utretts och det har visat sig att andra arter också är närvarande och identifierade som relaterade till Lysobacter brunescens och men även till okända arter.

Följande reaktion har föreslagits för att beskriva stökiometrin när bakterier växer: 0.844 szoå- + Nog + 0.347 co, + 00865 cof- + 00865 NH; + 0.434 H20 (1) ==> 00865 C5H7O2N + 0.5 Ng + 1.689 S042 + 0.697 H* Således, är det förväntade molära konsumtionsförhållandet mellan 82032' och är N03' 0.844 när bakterier växer.

Såsom framgår av formel 1 bör en koldioxidkälla tillsättas reaktorn för att upprätthålla reaktionen.

Nitrifikationsprocessen kan utföras även när biomassan inte växer på grund av enzymer som är aktiva även utan bakterietillväxt. Följande reaktion har föreslagits för att beskriva stökiometrin utan bakterietillväxt: 5 S203- + 8 Nog + H20 ==> 10 S042* + 4N2 + 2 H* (2) Således är det förväntade molära konsumtionsförhållandet mellan 82032' och N03 0,625 utan bakteriell tillväxt. I avloppsvatten från gruvor och anrikningsverk är dock molförhållandet mellan tiosalt och nitrat ofta betydligt högre än det molära konsumtionsförhållandet som beskrivs med ovanstående formler 1 och 2. Vanligen ligger det molära förhållandet i intervallet 10 - 20. Följaktligen är mängden tiosalt i avloppsvattnet betydligt högre än det stökiometriska behovet för nitratborttagning.

För att avlägsna överskottet av tiosalt tillsätts syre till vattnet. Syret kan tillsättas till vattnet genom, t ex luftning eller insprutning av syrgas. 10 15 20 25 30 35 Tiosulfat och tetrationat oxideras av det extra syret enligt följande stökiometriska reaktione 52022* + 2 02 + H20 H 2 S042' + 2 H* (3) S406” + 3.5 02 + 3 H20 ==> 4 S022' + 6 H* (4) Oxidationen omvandlar tiosulfat och tetrationat till svavelsyra. I syfte att neutralisera svavelsyran tillsätts en pH-regulator till vattnet. En lämplig pH-regulator är karbonat, såsom CaCOg. 0022- + H* ==> Hc02' (s) Detta är en del av reaktionen som beskrivs i formel 1.

Andra koldioxid källor kan emellertid användas för att neutralisera den producerade syran, såsom C02. En fördel med att tillsätta karbonat är att förutom den neutraliserande effekten, blir den en koldioxidkälla för att upprätthålla reaktionen beskriven i formel 1 ovan. Det är även möjligt att använda andra typer av pH-regulatorer, såsom NaOH i kombination med tillsatt koldioxid. Vid låg tillväxthastighet av biomassan, kan koldioxid tillhandahållen genom tillsatt luft vara tillräckligt. Vanligtvis innehåller luft 300 - 400 ppm C02.

PH-värdet i vattnet regleras så att den hålls inom ett område av 6 - 8, företrädesvis inom intervallet 6,5 - 7,5. Metoden kan innefatta stegen att pH-värdet i vattnet mäts, och av ytterligare alkali eller syra (jämfört med den stökiometriska efterfrågan) tillsätts om matarvattnet är för surt eller alltför alkalisk för att erhålla det optimala pH-värdet för processen.

Innehållet av syre löste i vattnet regleras så att överskottet av tiosalt oxideras av syret samtidigt som denitrifikationsprocessen, som beskrivs av formel 1, bibehålls. Experimentellt arbete har visat att innehållet av löst syre regleras så att det företrädesvis hålls inom ett område av 0,3 - 1 mg/l, och mer föredraget hålls inom ett område av 0,35 - 0,6 mg/liter. Emellertid kan innehållet av löst syre som leder till upphörandet av denitrifikationsprocessen variera på grund av vatteninnehållet och andra villkor såsom reaktorns utformande med hänsyn till fluiddynamik leder till denitrifikationsprocessen bestämts i förväg för det aktuella vattnet genom experiment och etc. Företrädesvis har innehållet av löst syre som upphörandet av optimering.

Figur 1 visar ett exempel på en apparat för samtidigt avlägsnande av tiosalt och kväveföreningari avloppsvatten i enlighet med uppfinningen. Apparaten innefattar en reaktor 1 i form av ett kärl innefattande en autotrof bakteriekultur kapabel att utföra denitrifikation med användning tiosalt som elektrondonator. I denna utföringsform av uppfinningen är reaktorn en 10 15 20 25 30 35 rörlig bäddbioreaktor (Moving Bed Bio Reactor, MBBR), som innehåller biofilmbärare 5. Genom användning av MBBR tekniken behövs endast en reaktor.

Apparaten har ett inlopp 3 för mottagning av avloppsvatten, och ett utlopp 4 för utmatning av det renade vattnet. Apparaten innefattar en syretillförselenhet 6 anordnad att tillföra syre eller luft till vattnet i reaktorn. Syretillförselenheten 6 innefattar luftspridare 7 anordnad i botten av reaktorn och en anordning 8 för justering av syretillförseln till reaktorn, såsom en ventil.

Emellertid kan luftspridarna också installeras på en högre nivå. Apparaten innefattar vidare en styrenhet 10 anordnad för att styra innehållet av löst syre i reaktorn så att överskott av tiosalt oxideras av syret samtidigt som denitrifikationsprocessen bibehålls. Företrädesvis är flera sonder för mätning av löst syre installerade på olika nivåer för att övervaka en profil av löst syre i reaktorn. Styrenheten 10 är, till exempel, en dator eller någon annan programmerbar logisk anordning lämplig för styrning av processen.

För att uppnå en hög grad av avlägsnande av både tiosalt och kväveföreningar, är det viktigt att kontrollen av syretillförseln är optimerad. När syrehalten i vattnet är låg, blir hastigheten för oxidationen av tiosalt låg, och om syrehalten i vattnet är för hög, blir hastigheten för denitrifikationsprocessen låg.

Apparaten innefattar en mätanordning 12, såsom en D.O. sond, för mätning av innehållet av löst syre i reaktorn. Mätanordningen 12 är ansluten till styrenheten 10. Styrenheten 10 är anordnad att motta mätningarna av syrehalten i reaktorn och för att styra tillförseln av syre till reaktorn genom reglering av ventilen 8. Apparaten innefattar vidare en spektrometer 14 anordnad att mäta UV-absorptionen i det renade vattnet vid utloppet 4 av reaktorn. UV- absorption mäts med en våglängd nära den maximala UV-absorptionen av tiosalt och kväveföreningar, dvs. vid en våglängd nära 214nm. Spektrometern 14 är ansluten till styrenheten 10. Styrenheten 10 är anordnad att mottaga mätningarna av UV-absorption från spektrometern 14 och för att styra tillförseln av syre till vatten baserat på den uppmätta UV- absorption och den uppmätta syrehalten så att den uppmätta UV-absorptionen minimeras. UV- mätningen är en mätning av det faktiska innehållet av tiosalt och kväveföreningar i vattnet. Om UV-absorptionen är hög, är innehållet i tiosalt och/eller kväveföreningar hög. Om UV- absorptionen är låg, är innehållet i tiosalt och/eller kväveföreningar låg. Med on-line-mätning i ett intervall kring 214nm är det möjligt att avgöra om det återstående innehållet av tiosalt och kväveföreningar i det renade vattnet har minimerats.

Figur 2 visar exempel på UV-mätningar på fyra olika lösningar. En första lösning innehåller 1 mg NO3'/l och en andra lösning innehåller 20mg NO3'/l. Ur diagrammet framgår att UV- absorptionen är signifikant lägre i lösning innehållande 1mg NOi/l än i lösningen innehållande 20mg NO3'/l. UV-absorption i lösningen innehållande 20mg NO3'/l har en topp för våglängder 10 15 20 25 10 mellan 200-220nm. En tredje lösning innehåller 5mg SZOf/l och en fjärde lösning innehåller 50mg S2032'/l. Av diagrammet framgår att UV-absorptionen är signifikant lägre i den lösning som innehåller 5mg 52032- /I än i lösningen innehållande 50mg SZOf/l. UV-absorptionen i lösningen innehållande 50mg S2032'/l har en topp för våglängd mellan 210 - 220nm.

Eftersom både nitrat och sulfat har en topp vid ca 214nm är det inte möjligt att avgöra från UV mätningar vilken av tiosaltet och kväveföreningen som kvarstår, och därför är det inte möjligt att avgöra om syretillförseln ska ökas eller minskas. För att kunna avgöra om syretillförseln ska ökas eller minskas mäts mängden syre löste i vattnet. Genom att jämföra den uppmätta syrehalten med ett gränsvärde, är det möjligt att bestämma om syreinnehållet är för högt eller för lågt, och följaktligen för att bestämma huruvida syreinnehållet ska ökas eller minskas. Om syrehalten är för låg är graden av oxidation av tiosalt för långsam, och om syrehalten är hög, är hastigheten för nitrifikation för långsam.

Styrenheten 10 är anordnad att styra tillförseln av syre till reaktorn genom att minska tillförseln av syre om den uppmätta UV-absorptionen är hög, dvs. över ett första gränsvärde, och det uppmätta innehållet av löst syre ligger över ett andra gränsvärde, och öka tillförseln av syre om UV-absorptionen är hög och halten av löst syre är lägre än det andra gränsvärdet, och bibehålla den nuvarande tillförseln av syre om den uppmätta UV-absorption är låg, dvs under det första gränsvärdet. Genom att justera tillförseln av syre till vattnet på detta sätt tills dess att absorptionen minimerats, optimeras graden av avlägsnande av tiosalt och kväveföreningar.

Tabellen nedan visar ett exempel på styrning av syretillförseln utifrån uppmätt UV-absorption och uppmätt halt av syre löst i vattnet.

UV absorption Syrehalt Reaktion Minska syretillförsel så länge Mer än 0,5 Mer än 0,4mg/l som UV-absorptionen minskar Öka syretillförseln så länge som Mer än 0,5 Mindre än 0,4mg/l UV-absorptionen minskar Bibehåll syretillförseln så länge Mindre än 0,5 Har ingen betydelse UV-absorption är låg och stabil Styrenheten 10 innefattar en UV-styrenhet anordnad att styra UV-absorptionen i reaktorn.

Styrningen av syretillförseln sker, till exempel, genom att sätta ett önskat värde för UV- absorption som en kontrollpunkt för UV-regulatorn. Halten syre löst i reaktorn blir ett driftområde för UV-styrenheten, inom vilket UV-styrenheten söker efter en optimal syretillförsel. Syretillförseln minskas om syrehalten i vattnet är hög, och syretillförseln ökas om 10 15 20 25 30 35 11 syrehalten i vattnet är låg. Således trimmas syretillförseln inom driftområdet beroende på UV svaret.

I denna utföringsform av uppfinningen mäts UV-absorptionen vid en våglängd nära den maximala UV-absorption av de tiosalt och kväveföreningar även i avloppsvattnet som matas till reaktorn. Apparaten innefattar en andra spektrometer 16 anordnad att mäta UV-absorptionen i vattnet vid inloppet 4 av reaktorn. Den andra spektrometern 16 är ansluten till styrenheten 10, och styrenheten 10 är anordnad att mottaga mätningarna av UV-absorptionen från den första och den andra spektrometern och att styra tillförseln av syre till vatten baserat på förhållandet mellan den uppmätta UV-absorptionen av tillfört och utsläppt vatten. Detta förbättrar mätningen av UV-absorption genom att minimera effekten av förändringar UV-absorptionen i bakgrunden från andra föreningar i lösningen än tiosalter och kväveföreningar. För processtyrning är det att föredra att den uppmätta UV-absorption regelbundet jämförs med uppmätta koncentrationer av tiosalt och kvävearter framtagna med standardiserade analysmetoder.

Apparaten innefattar vidare en styranordning anpassad för att mäta pH-nivån i reaktorn, och för att styra pH-nivån i reaktorn genom tillförsel av en lämplig pH-regulator till vattnet för att upprätthålla ett neutralt pH-värde. En pH-styranordning innefattar en anordning för pH mätning, såsom en pH-elektrod 18, en källa för pH reglering, en anordning 20 för justering av syretillförseln till reaktorn, såsom en ventil 22 ansluten till källan av pH-regulatorn, och en styrenhet anpassad för att bestämma mängden pH-regulator som ska tillsättas reaktorn för att bibehålla ett neutralt pH-värde i reaktorn. Företrädesvis regleras pH-värdet i reaktorn inom ett område intervall 6 - 8, och företrädesvis i intervallet 6,5 - 7,5. I detta exempel är pH-regulatorn natriumkarbonat (NazCOg), som också fungerar som en COZ-källa. Alternativt kan koldioxid (C02) i kombination med natriumhydroxid (NaOH) eller kalk tillföras vattnet. I utföringsformen som beskrivs i figur 1, är pH-regulatorn implementerad i samma styrenhet 10 som styrningen av tillförseln av syre till reaktorn. I en alternativ utföringsform kan en separat pH-kontroller implementeras.

Apparaten kan nedströms innehålla en anordning för återvinning av biomassa till bioreaktor.

Den hastighet med vilken processen avlägsnar kväve och tiosalt beror på temperaturen i reaktorn. Processen har visat sig fungera inom ett temperaturintervall på 0-20°C. Dock är avlägsningshastigheten högre vid en temperatur nära 20°C än nära 0°C. Det är troligt att andra stammar kan hittas för att demonstrera processen vid högre temperaturer. 12 Följande fyra exempel visar tester under olika förhållanden och testresultaten. En 1-steg pilotskala med 500 liters reaktorvolym och 60% fyllningsvolym av biobärare-Anox Kaldnes K1 används i alla exempel. HRT står för den hydrauliska retentionstiden.

Exempel 1 Processförhållanden HRT PH temperatur luftning D-O timmar OC Ja/Nej mg OZ/l 8.3 6.8 1.5 Ja 0.60 Analys av tillförsel N03' NH; N03' 53032' s4062' mg/ I mg/l mg/ I mg/l mg/ I 26.6 1.13 5.92 119.7 0.00 Analys av återstående N03' NH; N03' s3032' s4062' mg/ l mg/l mg/ I mg/ I mg/ I 0.30 0.043 2.67 2.8 0.00 Avlägsnande N03' NH; N03' s3032' s4062' % % % % % 98.9 96.2 54.9 97.7 - Molförhållande SzOgzf/NOgf avlägsnande = 2.46 Låg temperatur, balanserad syretillförsel ==> hög hastighet för avlägsnandet av både tiosalt och nitrat Det första exemplet visar att ingen ackumulering av nitrit inträffar vid optimala förhållanden.

Exempel 2 Processförhållanden HRT pH temperatur luftning D.O timmar OC Ja/Nej mg 02/I 8.3 6.8 3.1 Ja 0.19 Analys av tillförsel N03' N|-|4* N02' 52032' 54062' mg/l mg/I mg/ I mg/ I mg/ I 61.6 2.52 7.6 270.3 5.02 Analys av återstående N03' N|-|4* N02' 52032' 54062' mg/l mg/I mg/I mg/I mg/I 0.24 0.91 0.39 102.5 2.32 Avlägsnande N03' N|-|4* N02' 52032' 54062' % % % % % 99.6 63.9 94.9 62.1 53.8 I\/Iolförhållande S2O32'/NO3- avlägsnande = 1,51 Låg temperatur, låg syretillförsel ==> låg D.O ==> låg återstående koncentration av nitrat och nitrit, men hög återstående koncentrationen av tiosalt 14 Exempel 3 Processförhållanden HRT pH temperatur luftning D.O timmar OC Ja/Nej mg 02/I 3.8 6.8 4.6 Ja 0.44 Analys av tillförsel N03' N|-|4* N02' 52032' 54062' mg/l mg/I mg/ I mg/ I mg/ I 68 2.42 4.1 265.5 0.00 Analys av återstående N03' N|-|4* N02' 52032' 54062' mg/l mg/I mg/I mg/I mg/I 16.40 0.95 4.84 107.8 0.00 Avlägsnande N03' N|-|4* N02' 52032' 54062' % % % % % 75.9 60.7 Mindre ackumulering 59.4 - I\/Iolförhållande S2O32'/NO3- avlägsnande = 1,69 Låg temperatur, låg retentionstid, balanserad syretillförsel ==> minskning av avlägsnandet av tiosalt och nitrat. Mindre ackumulering av nitrit inträffar. 10 15 Exempel 4 Processförhållanden HRT pH temperatur luftning D.O timmar OC Ja/Nej mg O2/l 7.6 6.8 13 Ja 0.39 Analys av tillförsel N03' NH 3* N02' s2032' s4032' mg/ I mg/ I mg/ I mg/ I mg/ I 48.3 5.01 9.11 152.0 4.25 Analys av återstående N03' NH; N02' s2o32' S403* mg/l mg/I mg/l mg/I mg/I 2.10 3.48 9.83 4.6 0.00 Avlägsnande N03' NH; N02' s2032' 54032' % % % % % 95.7 30.5 Mindre ackumulering 97.0 100.0 Molförhållande SzOf/NOg avlägsnandet = 1.77 Medium temperatur, balanserad syretillförsel => högt avlägsnande av både tiosalt och nitrat.

Mindre ackumulering av nitrit inträffar.

Med ett förfarande enligt uppfinningen, kan avlägsnandet av tiosalt och kväveföreningar i avloppsvatten göras i ett steg genom en balanserad syretillförsel.

Föreliggande uppfinning är inte begränsad till de beskrivna utföringsformerna utan kan varieras och modifieras inom ramen för de följande kraven. Till exempel är metoden inte begränsad till MBBR teknik. Andra metoder såsom aktivt slam-processen och fix bäddreaktor är även tillämpliga i syfte att bibehålla och styra biomassakoncentrationen i systemet.

Claims (16)

10 15 20 25 30 @

1. Förfarande för att samtidigt avlägsna tiosalt och kväveföreningar i avloppsvatten med en autotrof denitrifikation process användande tiosalt som elektrondonator, varvid mängden tiosalt i avloppsvattnet är större än det stökiometriska behovet för autotrof kväverening, kännetecknat av att förfarandet innefattar att syre tillförs vattnet, halten av löst syre i vattnet ä, och halten av löst syre i vattnet styrs baserat på den uppmätta halten av svre så att överskottet av tiosalt oxideras av syret samtidigt som denitrifikationsprocessen bibehålls.

2. Förfarande enligt krav 1, varvid halten av löst syre styrs så att den ligger inom ett intervall av 0,3 - lmg/I.

3. Förfarande enligt krav 1, vari halten av löst syre styrs så att den ligger inom ett intervall av 0,35 - 0,6mg/liter.

4. Förfarande enligt något av föregående krav, varvid förfarandet innefattar: - UV-absorption i vatten mäts för en våglängd nära den maximala UV absorption för tiosalt och kväveföreningar, - halten av löst syre i vattnet mäts, och - tillförseln av syre till vatten styrs baserat på den uppmätta UV-absorption och den uppmätta syrehalten så att den uppmätta UV-absorptionen minimeras.

5. Förfarande enligt krav 4, varvid UV-absorptionen mäts för en våglängd i intervall av 190 - 225nm.

6. Förfarande enligt krav 4 eller 5, varvid förfarandet innefattar: - tillförseln av syre minskas om den uppmätta UV-absorption är hög och syrehalten är hög, - tillförseln av syre ökas om UV-absorptionen är hög och syrehalten är låg, och - annars bibehålls syretillförseln.

7. Förfarande enligt något av kraven 4 - 6, varvid avloppsvattnet matas till en bioreaktor och UV-absorptionen för en våglängd nära den maximala UV-absorption av tiosalt och kväveföreningar mäts i avloppsvattnet som tillförs reaktor liksom i det renade vattnet som släpps ut från reaktorn, och tillförseln av syre till vattnet styrs i beroende av förhållandet mellan den uppmätta UV-absorption i det tillförda och utsläppta vattnet.

8. Förfarande enligt något av föregående krav, varvid förfarandet innefattar att pH-värdet i vattnet mäts och en lämplig pH-regulator tillsätts vattnet för att upprätthålla pH inom området 6-8, och företrädesvis inom området 6,5 - 7,5. 10 15 20 25 30

9. Förfarande enligt krav 1, varvid den autotrofa denitrifikationen utföres genom en odling innehållande en psykrofilisk och/eller psykrotolerant Thiobacillius denitrificans stam.

10. Apparat för samtidigt avlägsnande av tiosalt och kväveföreningari avloppsvatten, varvid mängden tiosalt i avloppsvattnet är större än det stökiometriska behovet för autotrof kväverening , varvid apparaten innefattar en bioreaktor (1) innefattande ett autotrof bakteriekultur somutför en denitrifikationsprocess med användning av tiosalt som elektrondonator, vilken har ett inlopp (3) för mottagande av avloppsvatten, och ett utlopp (4) för utsläpp av renat vatten, kännetecknad av att apparaten innefattar en syretillsättningsanordning (7) anordnad att tillsätta syre till vattnet i reaktorn, en anordning (12) för mätning av halten av löst svre i reaktorn och en styrenhet (10) anordnad att styra halten av syre löst i reaktorn baserat på den uppmätta svrehalten så att överskottet av tiosalt oxideras av syret samtidigt som denitrifikationsprocessen bibehålls.

11. Apparaten enligt krav 10, varvid styrenheten (10) är anordnad att styra halten av löst syre i reaktorn så att den hålls inom ett område av 0,3 - 1mg/|, företrädesvis inom ett intervall av 0,35 - 0,6mg/|.

12. Apparaten enligt krav 10 eller 11, varvid apparaten innefattar en anordning (12) för mätning av halten av löst syre i reaktorn (1) och en anordning (14,16) anordnad att mäta UV- absorptionen i det renade vatten vid en våglängd nära den maximala UV-absorptionen av tiosalt och kväveföreningar, och styrenheten (10) är anordnad att styra tillförseln av syre till vattnet baserat på den uppmätta UV-absorption och den uppmätta syrehalten så att den uppmätta UV absorption minimeras.

13. Apparaten enligt krav 12, varvid styrenheten (10) är anordnad att styra tillförseln av syre till reaktorn genom att minska tillförseln av syre om den uppmätta UV-absorptionen är hög och halten av löst syre är hög, och öka syretillförseln om UV-absorptionen är hög och halten av löst syre är låg, och bibehålla den nuvarande tillförseln av syre om den uppmätta UV-absorptionen är låg.

14. Apparaten enligt något av kraven 10 till 13, varvid apparaten innefattar en pH- styranordning (10,18,22) som är anordnad att mäta pH-värdet i reaktorn och att styra pH-nivån i reaktorn genom tillförsel av en lämplig pH regulator till vattnet för att upprätthålla pH inom området 6-8, och företrädesvis inom området 6,5 - 7,5.

15. Apparaten enligt något av kraven 10 - 14, varvid bioreaktorn (1) är en rörlig bädd bio reaktor som innehåller biofilmbärare (5).

16. Användning av förfarandet enligt något av kraven 1-9 och apparaten enligt något av kraven 10 - 15 för behandling av avloppsvatten från gruvor och anrikningsverk.