SE432756B - Kontinuerligt forfarande for desinfektion av avloppsvatten - Google Patents

Description

l5 20 25 30 35 Slüïffiï-'Û 2 som möjliga alternativ till klordesinfektion av av- loppsvatten. Fastän alla dessa alternativ är effektiva för att desinfektera vatten och avloppsvatten i olika grader, är dessa alternativ i allmänhet kostsammare' än användningen av klor. Det finns således ett starkt behov av att utveckla ett effektivt, billigt, alter- nativt desinfektionsmedel, som uppfyller nuvarande och framtida federala, delstatliga och lokala standards för vattenförorening.

S02 har länge varit känt inom livsmedels- och vinindustrin för desinfektion av utrustning och drycker.

Så t ex beskriver den amerikanska patentskriften 623 105 rening av sockersirap genom passage av SO 2 i sirapen. Vidare beskrivs användningen av SO för rening av avloppsvatten i de amerikanska pateâtskrif- terna 2 l7l 203, 3 522 173, 3 948 774 och 4 123 355.

Härvid används tillräckligt med S02 för att reducera avloppsvattnets pH, i allmänhet av storleksordningen 2-3.

Användningen av S02 för desinfektion av avlopps- vatten är ett ekonomiskt attraktivt alternativ till användningen av klor för desinfektion av avloppsvatten utan problem med alstring av klorerade, karcinogena föreningar. Inget av de förfaranden som beskrivs i de ovannämnda patentskrifterna, har emellertid uppnått någon nämnvärd spridning. Förfarandena har inte visat i stor skala att de har förmåga att uppfylla det ame- rikanska naturvårdsverkets (EPA) standard för vatten- utsläpp för bevattning, rekreation och industriell an- vändning för l983. Detta är troligen resultatet av en brist på grundläggande förståelse för hur ett förfa- rande med användning av S02 för desinfektion av avlopps- vatten skall regleras och drivas för verksam och effek- tiv desinfektion. Vidare krävs stora kvantiteter S02.

Det är därför tydligt att det finns ett starkt behov av ett effektivt, billigt och verksamt förfarande för desinfektion av avloppsvatten med användning av S02. 10 15 20 25 30 35 SAMMANFATTNING 8107291-0 Uppfinningen hänför sig till ett förfarande, som har de ovan indentifierade dragen. Uppfinningen baserar sig på användningen av ny teknik för desin- fektion av avloppsvatten med S02. Vidare baserar sig uppfinningen på den fundamentala principen att det vid desinfektion av avloppsvatten med S02 är väsent- ligt att driva processen så, att man upprätthåller den fria S02-halten hos avloppsvatbæt inom ett utvalt, effektivt område och upprätthåller kontakttiden mellan avloppsvattnet och den fria S02 över en minsta effek- tiv tid.

Uppfinningens närmare kännetecken framgår av de efterföljande patentkraven.

Enligt uppfinningen desinfekteras avloppsvatten kontinuerligt genom att kombinera det med tillräckligt med SO för att avloppsvattnet skall ha en fri S02-halt 2 av ca 5-200 mg/liter. Företrädesvis är den fria SO2-hal- ten ca 10-200 mg/liter, och mera föredraget mindre än ca 150 mg/liter. S02/avloppsvattnet bibehàlles i en behandlingszon vid den valda, fria S02-halten under ca 10-60 min vid ett pH av ca l-4. Den uppehàllstid i behandlingszonen som krävs för att desinfektera av- loppsvattnet ökar när den fria S02-halten hos avlopps- vattnet minskar.

Eventuellt kan avloppsvattnet kombineras med S02 och med syra. I denna version av uppfinningen kombineras företrädesvis avloppsvattnet med tillräckligt med S02 och med tillräckligt med syra för att avloppsvattnet skall ha en fri S02-halt av åtminstone ca 5 mg/liter och ett pH av mindre än ca 4. Företrädesvis är den f ria S02-halten ca 10-100 mg/liter, och mera föredraget mindre än ca 75 mg/liter. S02-avloppsvattnet bibehålles i en behandlingszon vid den valda, fria S02-halten under åtminstone ca 5 min. Den uppehållstid i behandlings- 10 15 20 25 30 35 81U7291-Ü 4 zonen som krävs för att desinfektera avloppsvattnet ökar när den fria S02-halten hos avloppsvattnet minskar.

Företrädesvis sätts syran till avloppsvattnet efter det att avloppsvattnet kombinerats med S02 för att man skall vara säker på att önskat pH uppnås.

En fördel med att använda syra för att reducera avloppsvattnets pH istället för att förlita sig på S02 för att reducera avloppsvattnets pH, är att mycket mindre S02 erfordras för att uppnå desinfektion.

Det behandlade avloppsvattnet bortledes sedan från behandlingszonen för vidare behandling, såsom avdriv- ning av S02, neutralisation och luftning.

Strömmen av avloppsvatten kan behandlas genom att införa avloppsvattnet och S02 i en gas-vätskekontakt- anordning. Alternativt kan avloppsvattnet kombineras med en vattenström-innehållande löst S02. Vattenström- men kan innefatta desinfekterat avloppsvatten från processen och/eller tillskottsvatten från en oberoende källa. g ~Vid en version av föreliggande uppfinning införes endast en första del av avloppsvattnet i en gas-vätske- kontaktzon, vari S0 -innehållande gas också införas, Detta resulterar i att åtminstone en del av svavel- dioxiden upplöses i den första delen av avloppsvattnet.

Därefter kombineras en andra del av avloppsvattnet med S02 genom att införa i huvudsak hela den första delen av avloppsvattnet, som innehåller S02, direkt i en blandningszon, samt införa en andra del av av- loppsvattnet i blandningszonen. Tillräckligt med S02 införas i kontaktzonen för att avloppsvattnet i bland- ningszonen skall ha en fri S02-halt av minst en vald fri S02-halt av åtminstone ca 5 mg/liter. Avloppsvatt- net hålles vid den valda, fria S02-halten under minst ca 5 min för att man skall erhålla tillfredsställande aesinfektion.

En fördel med denna process med "delade" strömmar är att endast en del av avloppsvattnet behöver passera 10 15 20 25 30 35 810.7291~(š 5 genom gas-vätskekontaktanordningen. Detta hjälper till att minimera den nedsmutsning som kan inträffa vid användning av gas-vätskekontaktanordningar, såsom packade torn.

Förfarandet enligt föreliggande uppfinning är an- vändbart för att effektivt och verksamt desinfektera avloppsvattenströmar, toln de med hög BS (biokemisk syreförbrukning) och hög KS (kemisk syreförbrukning).

Det desinfekterade vatten som produceras är relativt klart och luktfritt. På grund av att klor inte använ- des med processen utgör dessutom karcinogener, som produceras vid desinfektion med klor, inte något problem. _ RITNINGAR Dessa och andra utmärkande drag, aspekter och för- delar hos föreliggande uppfinning kommer att förstås bättre med hänvisning till den följande beskrivningen, de efterföljande patentkraven och de bifogade ritning- arna. Pâ de sistnämnda visar fig 1 ett flödesschema över en process utan syratillsättning i enlighet med föreliggande uppfinning. Fig 2 visar ett flödesschema över en process med syratillsättning i enlighet med föreliggande uppfinning. Fig 3 visar ett flödesschema över en process med delade strömmar och syratillsätt- ning i enlighet med föreliggande uppfinning. Fig 4 och 5 visar koliform desinfektion med användning av S02 på sekundärt behandlat avlopp utan syratillsats.

Fig 6-9 visar grafiskt resultaten av tester på koli- form desinfektion med användning av svavelsyra för pH-justering och S02 på sekundärt behandlat avlopp.

Fig 10-13 visar grafiskt resultatet av tester på koli- form desinfektion med användning av saltsyra för juste- ring av pH och S02 på sekundärt behandlat avlopp.

Fig 14 visar beräknat fritt S02 som en funktion av pH och mängden totalt S02 somlsattstill vatten. 10 15 20 25 30 35 8107291-6 BESKRIVNING Föreliggande uppfinning hänför sig till ett för- farande för desinfektion av avloppsvatten. Det här använda uttrycket "avloppsvatten" är avsett att omfatta varje vatten, som kräver desinfektion, inbegripet t ex vatten från industri, jordbruk och hushåll, samt visst dricksvatten. Förfarandet kan vara användbart för desinfektion av dricksvattensystem, vid vilka en kvar- stående desinfektionseffekt inte erfordras. Detta gäller speciellt andra länder än Amerikas Förenta Stater.

Förfarandet enligt föreliggande uppfinning är i princip inriktat på desinfektion av vatten, som är härlett från hushâllsavlopp, dvs härlett huvudsakligen från bostäder, kontorsbyggnader, institutioner och lik- nande, vilket vatten kan innehâlla grundvatten, yt- vatten och/eller stormvatten. I allmänhet har det behandlade avloppsvattnet redan undergåttpæflfimochsekun- där behandling i enlighet med konventionella behand- lingsförfaranden. Ytaktiva ämnen och andra material kan tillsättas avloppsvatten för att öka upplösningen av svaveldioxid, som tillsätts vid sättet enligt före- liggande uppfinning och för att minimera beläggningar.

Allmänt talat har obehandlat avloppsvatten från hus- hållsavlopp (kloakvatten) en biokemisk syreförbruk- ning av ca 250 milliondelar och innehåller ca 250 million- delar suspenderade fastämnen, varvid organiska fast- ämnen utgör 40-50 % av de totala fastämnena.

Vid ett kontinuerligt förfarande enligt förelig- gande uppfinning (se fig l) kombineras avloppsvatten 10 med svaveldioxidinnehållande förbränningsgas 12 i en omrörd blandningszon 14. Den svaveldioxidinnehållande förbränningsgasen kan alstras i en svaveldioxidgenera- tor 16 genom att bränna elementärt svavel 18 i närvaro av syre 20. Alternativt kan den S02-innehållande gasen erhållas från andra lämpliga källor, såsom rökgas.

Kombinationen svaveldioxid/avloppsvatten 22 avleds från blandningszonen 14 och passerar till en behandlingszon 24, 10 15 20 25 30 35 8107291-8 7 som åstadkommer en uppehållstid av minst ca 10 min.

Avloppsvatten avleds från behandlingszonen och leds via ledningen 26 till en omrörd neutralisationszon 28, där det kombineras med neutralisationsmedel 30, såsom kalciumoxid. Det neutraliserade avloppsvattnet 32 luf- tas sedan i en luftningszon 34.

De individuella stegen i processen enligt fig 1 skall nu beskrivas i detalj.

Generatorn 16, som används för att förbränna elementärt svavel 18 kan vara en konventionell brän- nare, såsom en sprut-, kaskad-, rotations- eller pannbrännare. Brännaren kan matas med fast eller flytande svavel. Brännare, som är särskilt användbara för att alstra svaveldioxid som skall absorberas av en vattenström, beskrivs i de amerikanska patent- skrifterna 3 627 134, 3 907 510 och 4 039 289.

Den syrekälla 20 som används för förbränning av svavlet, är i allmänhet luft, fastän luft som berikats med syre kan användas.

Företrädesvis förbrännes svavlet 18 i närvaro av den minsta mängd syre 20 som krävs för att säkerställa i huvudsak fullständig oxidation av svavel till svaveldioxid. I allmänhet är detta omkring dubbla stökiometriska mängden. Förbränningsgasen 12 som al- stras inhegriper således svaveldioxid och högst ca 10-15 vol% syre. Svaveldioxiden i förbränningsgasen 12 införes företrädesvis i blandningszonen 14 utan något ytterligare syre. Skälen till att minimera mängden syre i förbränningsgasen är, att införing av syre i avloppsvattnet kan avdriva S02 från avloppsvattnet och negativt påverka desinfektionsprocessen.

Eventuella beståndsdelar hos den S02-innehållande förbränningsgasen, vilka inte löses i blandningszonen 14, utmatas via ledningen 2l till atmosfären. Detta kan göras på ett säkert sätt, eftersom i huvudsak all svavel- dioxiden löses i avloppsvattnet i blandningszonen 14.

I stället för att alstra svaveldioxiden på platsen 81Ü7291-ü 10 l5 20 25 30 35 8 för avloppsvattendesinfektionsanläggningen, kan svavel- dioxid komprimeras till en vätska och lagras och skeppas i stålbehållare. Svaveldioxiden kan lösas i avlopps- vattnet från behållarna i en så kallad sulfonator, såsom de som säljes av Wallace & Tiernan Division of Pennwalt Corporation. ' _ Otaliga typer av gas-vätskeblandningsapparater 14 kan utnyttjas vid förfarandet enligt föreliggande upp- finning. Så t ex kan spraysystem, såsom spraytorn och packade torn med tvärflöde, motströmsflöde eller med- strömsflöde användas. Särskilt föredragna gas-vätske- kontaktanordningar är på lämpligt sätt packade kolon- ner, till vilka avloppsvattenskrubbermediet in- föres vid kolonnens övre del, såsom i form av en spray, och passerar nedåt genom den packade kolonnen. Det ned- åtströmmande avloppsvattnet bringas i kontakt med en motriktad gasström, som rör sig uppåt genom kolonnen.

"En särskilt föredragen packning är polyvinylkloridrör, som har 2,5 cm ytterdiameter och är 2,5 cm långa.

Andra typer av skrubbrar kan också användas, var- vid det huvudsakliga kriteriet är, att skrubbern medger tillräcklig kontakttid mellan gasen 12 och avlopps- vattnet 10 för att säkerställa att svaveldioxiden löses i avloppsvattnet. Kontakttider av mindre än l min krävs i allmänhet, och av storleksordningen 30 s är i allmän- het tillräckligt.

Lämpliga gas-vätskekontaktapparater beskrivs i de amerikanska patentskrifterna 2 126 164, 3 107 951, 3 627 134, 3 775 314, 3 907 510, 4 039 289, 4 043 771, och 4 138 330.

Den mängd svaveldioxid som behövs upplösas i av- loppsvattnet och som införes i blandningszonen 14 är den mängd, vilken säkerställer att det finns tillräckligt med fri svaveldioxid i behandlingszonen 24 för att des- infektera avloppsvattnet i behandlingszonen. I allmänhet införes minst ca 10, och företrädesvis minst ca 30 mg S02 i blandningszonen. I allmänhet erfordras högst ca 10 15 20 25 30 35 8107291-(3 9 2000 och företrädesvis högst ca 600 mg svaveldioxid per liter avloppsvatten. Den optimala mängden totalt tillsatt S02 beror på avloppsvattnets alkalinitet. Av- loppsvatten har i allmänhet en alkalinitet av högst 800 mg/liter (Standard Methods, l4:e utgåvan, APHA, 1975). När alkaliniteten ökar krävs mer S02.

Tillräckligt med svaveldioxid införes i blandnings- zonen 14 för att avloppsvattnet i behandlingszonen skall ha en vald, fri S02-halt av minst ca 5 mg/liter, vilket är den minsta mängd fri S02 som erfordras för att säkerställa att avloppsvattnet desinfekteras.

Detta är den minsta mängd fri S02 som krävs för att erhålla väsentligen fullständig koliform desinfektion i sekundärt behandlat avlopp. För att säkerställa vä- sentligen fullständig desinfektion har avloppsvattnet företrädesvis en fri S02-halt av minst ca 10 mg/liter.

När den fria S02-halten ökar över ca 200 mg/liter er- hålles föga om ens någon förbättring av desinfektionen.

Därför begränsas företrädesvis mängden svaveldioxid som sätts till blandningszonen lå så, att halten fri S02 hos avloppsvattnet i behandlingszonen är mindre än ca 200 och mera föredraget mindre än ca 150 mg/liter.

Optimalt är avloppsvattnets halt av fri S02 ca 30 mg/liter.

Avloppsvattnets S02-halt i behandlingszonen 24 uttrycks här såsom "fri" S02 snarare än totalt S02, eftersom det har konstaterats att "fritt" S02 är ett bättre mått på koliform desinfektion än totalt S02. Fritt S02 beräknas med kännedom om pH och totalt S02 hos avlopps- vattnet. Avloppsvattnets pH bestämmes med en konven- tionell pH-mätare. Den totala S02-halten hos avlopps- vattnet bestämmes med användning av sulfittekniken, såsom beskrivs i Standard Methods, l4:e utgåvan, sid 508-9 (APHA, 1975).

Beräkningen av fritt S02 med användning av den totala S02-halten och pH baseras på reaktionen: SO + H _____;> + - 2 2o<..____u+1aso3. 8107291-0 10 15 20 25 30 35 10 Jämviktskonstanten Kl för denna reaktion är ca 1,72 x 10-2, varför: *1 [H [Hso3'] 2 K = = 1.72 x io' 1 [so2] Om det antages att S03'_ är försumbar och = 1,0 för alla de lösta beståndsdelarna i vattenlösningen kan den fria svaveiaioxiaen latt beräknas. I fig 14 har avsatts den fria S02-halten mot pH för totalt S02, som satts till avloppsvattnet per liter avloppsvatten, baserat på antagandet att all tillsatt S02 löses i avloppsvattnet. ~ Från ovanstående jämviktsekvationer kan man be- stämma att ju lägre avloppsvattnets pH är (hög [H+]), desto lägre är HSO3_-halten och desto högre är den fria S02-halten hos avloppsvattnet. För att erhålla tillräckligt med fritt S02 i avloppsvattnet hålles där- för avloppsvattnet i behandlingszonen vid ett pH av mindre än ca 4 och företrädesvis mindre än ca 3. Det föredragna pH-området är från ca 1 till ca 4 och mera föredraget från ca 2 till ca 3, och det optimala värdet är ca 2,5. ' För att reducera avloppsvattnets pH kan tillräck- ligt med S02 tillsättas för att pH och fritt S02 skall ligga vid sina respektive önskade värden. Alternativt kan, såsom beskrivs nedan i samband med fig 2, en syra, såsom saltsyra eller svavelsyra, sättas till avlopps-p vattnet för att reducera avloppsvattnets pH, i stället för att förlita sig på enbart S02 för att reducera av- loppsvattnets pH. _ Tillräcklig uppehållstid erfordras i behandlings- zonen för att desinfektera avloppsvattnet. En uppehålls- tid av minst ca 10 min erfordras för tillfredsställande desinfektion. Uppehållstider överstigande ca 60 min åstadkommer föga om ens någon förbättring i desinfek- tion. Därför är uppehållstiden företrädesvis från ca 10 till ca 60 min, mera föredraget mindre än ca 40 min och optimalt ca 20 min. 10 15 20 25 30 35 8107291~íš ll Behandlingszonen 24 omröres inte, så att i huvud- sak pluggflöde upprätthålles i behandlingszonen. Detta är för att säkerställa att allt avloppsvattnet utsätts för åtminstone 10 min behandling med S02.

Till skillnad från tidigare kända processer, före- drages det vid processen enligt föreliggande uppfin- ning att i huvudsak inget partikulärt järn sätts till avloppsvattnet, varför det i huvudsak inte finns något partikulärt järn i behandlingszonen. Skälet härtill är att det partikulära järnet kan reagera till bildning av FeS03, som skulle reducera den fria S02-halten hos avloppsvattnet och störa desinfektionsprocessen. Kärlen och processutrustningen vid föreliggande uppfinning kan tillverkas av järn.

Det behandlade avloppsvatten som avleds från be- handlingszonen neutraliseras i neutralisationszonen 28 med ett neutralisationsmedel 30. Neutralisationsmed- let 30 kan vara ett alkaliskt material, såsom en alkali- metallhydroxid, -karbonat eller -oxid. Användningen av kalciumoxid, såsom t ex i form av bränd kalk, är för- delaktig 1 det att den leder till bildning av kalcium- sulfat, som under rätta pH-betingelser utfälles från avloppsvattnet och kan avlägsnas från systemet. Neu- tralisationsmedlet kan tillsättas som ett faståmne, som en slurry eller 1 lösning.

I neutralisationszonen tillsätts tillräckligt med neutralisationsmedel för att öka avloppsvattnets pH till att ligga i omrâdet ca 6-8 och optimalt vid ca 7,0, så att avloppsvattnet kan utsläppas till omgiv- ningen.

I luftningszonen 34 luftas det neutraliserade av- loppsvattnet med luftinblåsning i en mängd, som är tillräcklig för att höja syrehalten, företrädesvis till minst ca 40 % mättnad. Tillsättningen av luft driver ut eller reagerar med eventuellt kvarvarande S02 och säkerställer att den kemiska syreförbrukningen och lflokemiska syreförbrukningen hos avloppsvattnet reduceras 10 15 20 25 30 35 81Ü7291-Ü l2 till erforderliga nivåer. Luftning kan utföras med sådan utrustning som beskrivs i de amerikanska patent- skrifterna 2 126 164, 3 017 951, 3 775 314, 3 794 582, 4 043 771 och 4 138 330.

Det desinfekterade vattnet 36, som utmatats från luftaren, kan utan risk utsläppas i floder, sjöar och andra vattendrag och kan utan risk användas för sådana industriella ändamål som processkylningsvatten.

Ett ytterligare luftningssteg kan införlivas i processen omedelbart före neutralisationen för att av- driva en del svaveldioxid från avloppsvattnet för att reducera den mängd neutralisationsmedel som krävs.

En version av uppfinningen som använder_syratill- sats, visas i fig 2. Denna version skiljer sig från den i fig l visade versionen endast i det att avlopps- vattnets pH reduceras med både S02 och syra i stället för med enbart S02.

Med hänvisning till fig 2 kombineras avloppsvatten lO med svaveldioxidinnehâllande förbränningsgas 12 i den omrörda blandningszonen 14. Den svaveldioxidinne- hållande förbränningsgasen kan produceras 1 svavel- dioxidgeneratorn 16 genom att förbränna elementärt svavel 18 i närvaro av syre 20. Alternativt kan den S02-innehållande gasen erhållas från andra lämpliga källor, såsom rökgas eller komprimerad S02 i kommer- siellt tillgängliga cylindrar. Kombinationen av svavel- dioxid/avloppsvatten 22 avleds från blandningszonen 14 och kombineras med syra 8 i en pH-reduktionszon 9 och leds sedan via ledningen 7 till behandlingszonen 24, som åstadkommer en uppehâllstid av minst ca 5 och före- trädesvis minst ca 10 min. Avloppsvatten avleds från behandlingszonen och leds via ledningen 26 till den om- rörda neutralisationszonen 28, där det kombineras med neutralisationsmedlet 30. Det neutraliserade avlopps- vattnet 32 luftas sedan i luftningszonen 34.

Endast skillnaderna mellan processerna enligt fig l och 2 kommer nu att diskuteras. 10 15 20 25 30 35 81Ü7291~i} 13 Den mängd svaveldioxid som behövs upplösas i av- loppsvattnet och införas i blandningszonen 14 är den mängd som säkerställer att det finns tillräckligt med fri svaveldioxid i behandlingszonen 24 för att des- infektera avloppsvattnet i behandlingszonen. I allmän- het krävs mindre svaveldioxid vid syratillsats än utan syratillsats. Åtminstone omkring l0 och företrädesvis minst ca 20 mg S02 införes i blandningszonen 14 per liter avloppsvatten, som införes i blandningszonen.

I allmänhet erfordras högst ca 500 och företrädesvis högst ca 300 mg svaveldioxid per liter avloppsvatten.

Optimalt används ca 160 mg svaveldioxid per liter av- loppsvatten. t Tillräckligt med svaveldioxid införas i bland- ningszonen 14 för att avloppsvattnet i behandlings- zonen skall ha en vald, fri S02-halt av minst ca 5 mg/liter, vilket är den minsta mängd fritt S02 som krävs för att säkerställa att avloppsvattnet är des- infekterat. Detta är den minsta mängd fritt S02 som krävs för att erhålla väsentligen fullständig koli- form desinfektion i sekundärt behandlat avlopp. När den fria S02-halten ökas över ca 100 mg/liter erhålles föga mnensnågon förbättring av desinfektionen. Där- för begränsas företrädesvis mängden svaveldioxid som sätts till blandningszonen 14 så, att den fria S02- halten hos avloppsvattnet i behandlingszonen är mindre än ca 100 och mera föredraget mindre än ca 75 mg/liter.

Optimalt är den fria S02-halten hos avloppsvattnet ca 25 mg/liter.

Mängden syra 8 som sätts till pH-reduktionszonen 9 är den mängd som är tillräcklig för att erhålla önskat pH i behandlingszonen 24. Ju mer S02 som sätts till behandlingszonen desto mindre syra krävs för till- sats till pH-reduktionszonen, eftersom tillsättningen av S02 minskar avloppsvattnets pH. För att uppnå en önskad fri S02-halt gäller att ju mindre S02 som sätts till avloppsvattnet i blandningszonen 14, desto mera 10 15 20 25 30 35 810729141 14 syra behövs sättas till avloppsvattnet i pH-reduktions- zonen 9.

Såsom visas i fig l och 2 sätts syran företrädes- vis till avloppsvattnet efter det att avloppsvattnet kombineratsmed S02. Skälet härtill är, att tillsätt- ningen av S0 reducerar avloppsvattnets pH, i allmän- het med en mängd som är svår att förutsäga på grund av buffringsmedel, som kan förefinnas i avloppsvattnet.

För att erhålla ett önskat pH-värde föredrages det därför att sätta syran till avloppsvattnet efter det att svaveldioxiden satts till avloppsvattnet. Det ligger emellertid inom uppfinningens ram att sätta syran till avloppsvattnet innan svaveldioxiden sätts till avloppsvattnet eller att tillsätta både svavel- dioxiden och syran samtidigt till avloppsvattnet.

Den syra 8 som används för att reducera avlopps- vattnet pH, kan vara vilken som helst tillgänglig, lämplig syra, såsom saltsyra eller svavelsyra.

En lämplig syra är inte S02 eller S02 löst i vatten.

Det här använda uttrycket "syra", när man avser en syra som sätts till avloppsvatten som en del av S02- desinfektionsförfarandet,utesluter således S02-gas och S02 löst i vatten.

Enbart tillsats av syra, även utan S02-tillsats, kan reducera avloppsvattnets koliforma halt, särskilt när avloppsvattnets pH reduceras till omkring 2 eller lägre. Svavelsyra synes vara effektivare än saltsyra vid denna reduktion av den koliforma halten.

Tillräcklig uppehållstid erfordras i behandlings- zonen för att desinfektera avloppsvattnet. En uppehålls- tid av åtminstone ca 5 min och företrädesvis minst ca 10 min erfordras för tillfredsställande desinfektion.

Uppehållstider överstigande ca 60 min åstadkommer föga om ens någon förbättring i desinfektionen. Uppehålls- tiden är därför företrädesvis från ca 10 till ca 60 min, mera föredraget mindre än ca 40 min och optimalt ca 20 min. 10 15 20 25 30 35 81072914) 15 En alternativ version av föreliggande uppfinning visas i fig 3. Versionen i fig 3 använder samma pH- reduktionszon 9, S02-generator 16, blandningszon 14 och behandlingszon 24 som används i den version som visas i fig 2. Den i fig 3 visade versionen skiljer sig från versionen enligt fig 2 i tre avseenden, och varje kombination av dessa kan användas med versionen enligt fig l eller 2.

Den första skillnaden är att förbränningsgasen l2, som innehåller S02, inte införes som en gas i blandnings- zonen 14. I stället upplöses S02 först i vatten och vattnet, som innehåller däri löst S02, införes i bland- ningszonen 14. - Såsom visas i fig 3, införes den S02-innehållande förbränningsgasen 12 till bottnen av ett torn 52.

Vatten införes vid toppen av tornet 52. Vattnet kan vara färskt tillsatsvatten 54, âtercirkulerat, des- infekterat vatten 56 och/eller en första portion 58 av avloppsvattnet 10. Företrädesvis används endast en första portion 58 av avloppsvattnet för införing i tornet 52. I allmänhet inbegriper den första portionen av avloppsvattnet från ca 10 till ca 70, och före- trädesvis ca 30-50 vol% av den totala avloppsvatten- strömmen 10. Tillräckligt med S02 införes i gas-vätska- kontaktzonen 52 för att avloppsvattnet 62, som avdra- ges från kontaktzonen, skall ha fri S02-halt av minst 10 mg/liter och företrädesvis mindre än 200 mg/liter.

Den exakta koncentrationen av fritt S02 i avloppsvatt- net 62, som avdrages från kontaktzonen 52, beror på volymprocentandelen avloppsvatten 62 jämfört med den första portionen avloppsvatten 10. När antalet volym- procent avloppsvatten 62 ökar minskar koncentrationen fritt S02 i avloppsvattnet 62.

Eventuella beståndsdelar hos förbränningsgasen 12 som inte är lösta i vattnet i tornet S2 frigöras till atmosfären via ledningen 60. Vatten med däri löst S02 avdrages från tornet 52 via ledningen 62 och införes 8107291-0 10 15 20 25 30 35 16 i blandningszonen 14, vari det kombineras med en andra portion 64 av avloppsvattnet 10. Såsom visas i fig 3, återcirkuleras företrädesvis ingenting av avloppsvatt- net som avdrages från kontaktzonen 52, till kontakt- zonen 52, d v s det införes direkt i blandningszonen 14.

En fördel med att uppdela avloppsvattnet 10 i två strömmar 48 och 64 är, att endast en del av avlopps-' vattnet behöver passera genom gas-vätskekontaktanord- ningen 52. Detta hjälper till att minimera den ned- smutsningsom kan inträffa med en gas-vätskekontakt- anordning 52, vilken innehåller packning.

Mängden S02 som införes i kontaktzonen S2, är sådan att avloppsvattnet i blandningszonen l4_har den ovan beskrivna, önskade fria S02-halten.

Den andra skillnaden mellan den version av uppfin- ningen som visas i fig 3 och den version som visas i fig 2, är ett skrubber- eller tvättsteg omedelbart efter behandlingssteget. Det behandlade avloppsvattnet 26 införes vid toppen av ett skrubbertorn 110, där S02 flöde av en gas, såsom luft 112, som inblåses i botten av skrubbern 110. Omkring 90 % av svaveldioxiden i det behandlade avloppsvattnet kan avdrivas på ca 10-15 min när avloppsvattnet har ett pH av ca 2-2,5.

Den avdrivna svaveldioxiden kan âtercirkuleras för att behandla inkommande avloppsvatten. Detta kan ut- föras genom att avdraga en luftström 114, som innehål- ler avdriven S02, från skrubbern 110 och införa luft- strömen 114 i tornet 52. Alternativt kan svaveldioxiden utvinnas från luftströmmen ll4 i ett separat absorptions- avdrives från avloppsvatten medelst ett motströms- torn.

En fördel med avdrivningsoperationen är behovet av mindre neutralisationsmedel för att neutralisera det behandlade avloppsvattnet. En ytterligare fördel är kapital- och driftsbesparingar, som erhålles som ett resultat av âtercirkulation av S02, så att mindre färsk S02 behöver alstras. 810?2fšf”í*{2 17 Den tredje skillnaden mellan versionen av uppfin- ningen enligt fig 3 och versionen enligt fig 2 är behandlingen av det behandlade avloppsvattnet 26 från behandlingszonen 24. I stället för att enbart neutra- 5 lisera och luftadet behandlade avloppsvattnet 26, utsätts det för S02-avdrivning, såsom beskrivits ovan, och därefter underkastas det avdrivna avloppsvattnet ll6 för ytterligare behandling för avlägsnande av fastämnen och näringsämnen. Föroreningar avlägsnas 10 från avloppsvattnet 26 genom att öka dess pH i en pH-justeringszon 70 till minst ca 8 och företrädesvis till ca 9-l2. Detta kan ske med en bas 72 och utföres företrädesvis med kalciumoxid. Avloppsvattnet flockas sedan i en flockulator 74, till vilken kan sättas 15 ett flockningsmedel 76, såsom aluminiumsulfat. Floc- kat material avlägsnas från det flockade avloppsvatt- net, såsom genom centrifugering eller avsättning i en sedimenteringszon 78, som kan utgöras av en kon- ventionell gravitationsavsättningsanordning eller 20 dekanteringsanordning.

Sedan fastämnena avlägsnats från avloppsvattnet i sedimenteringszonen 78 luftas vattnet för att höja dess syrehalt, företrädesvis till minst ca 40 % mättnad, i en luftningszon 34 och neutraliseras sedan i en 25 neutralisationszon 80 med syra 82, såsom saltsyra eller svavelsyra, till ett pH av ca 7,0.

Nyckeln till effektiv desinfektion av avloppsvatten är att upprätthålla den fria S02-halten i behandlings- zonen 24 inom ett omrâde (l) för syratillsättnings- 30 processer, från ca 5 till ca 100 mg/liter och före- trädesvis inom ett omrâde av ca 10-75 mg/liter, och (2) för processer utan syratillsättning, från ca 5 till ca 200 mg/liter, och företrädesvis ca 10-100 mg/liter.

Detta sker genom att övervaka den fria S0 -halten hos 35 avloppsvattnet i behandlingszonen 24 och öka och minska mängden S02, som används för att behandla avlopps- vattnet, sâsom erfordras. Den fria S02-halten hos av- 10 15 20 25 30 35 8107291-0 18 loppsvattnet kan övervakas genom direkt mätning eller genom beräkning från uppmätt totalt S02 och uppmätt pH. _ Sättet enligt föreliggande uppfinning utföres i allmänhet vid omgivningstemperatur, bortsett från förbränningen av svavlet. Sättet kan i allmänhet utföras vid varje temperatur, som normalt återfinnes hos av- ^1oppsvatten. Medan systemet kan arbeta vid överatmos- färiskt tryck, föredrages det i allmänhet på grund av energihänsyn att utnyttja sådana gas-vätskekontakt- anordnings- och avloppsvattengastryck att överdrivna tryck inte uppkommer.

Ytterligare information beträffande desinfektionen av avloppsvatten enligt föreliggande uppfinning kan återfinnas i en rapport med titeln "Evaluation of Sulfur Dioxide Disinfection", Reynolds och Adams, Utah Water Research Laboratory, Utah State University, december, 1979, som härmed införlivas genom referens.

Sättet enligt föreliggande uppfinning förstås bättre genom följande exempel.

EXEMPEL 1 Detta exempel visar effekten av den mängd S02 som sätts till avloppsvattnet och kontakttidens inverkan på den koliforma desinfektionen utan syratillsättning.

De använda avloppsvattenproverna var sekundärt behandlat avloppsvatten från Hyrum City Wastewater Treatment Plan, Hyrum, Utah, USA. Tolv stycken 500 ml Erlenmeyer-kolvar, som vardera innehöll 500 ml out- spätt, sekundärt behandlat avloppsvatten, placerades på en magnetomrörare. Under omröring tillsattes koncen- _trerad svavelsyrlighet som källa för S02. Kolvarna placerades på ett skakbord vid 125 r/m under kontakt- tiderna 3, 5, 10 och 20 min. Kolvarna neutraliserades till ett pH av 7,0 med användning av 5 N NaOH. Membran- filteranalyser med avseende på total och fekal koliform utfördes på de neutraliserade proverna (APHA 1975).

Dessutom bestämdes den slutliga S02-koncentrationen 10 15 20 25 30 35 8107291~Ü 19 genom titrering enligt Standard Methods, 14:e utgåvan (APHA, 1975). Den slutliga fria S02-halten beräknades från uppmätt pH och de bestämda slutliga S02-värdena.

En exponentiell regressionsanalys utfördes på resultaten. Fig 4 presenterar loglo total koliform- koncentration so en funktion av den slutliga fria S02-koncentrationen för kontakttiderna 3, 5, 10 och 20 min. Fig 5 presenterar loglo fekal koliform koncen- tration som en funktion av den slutliga fria S02- koncentrationen för samma kontakttider. Dessa kurvor baserar sig på ekvationen som bestäms genom regressions- analys. Regressionskoefficienten, r, för alla kurvorna låg i området 0,81-0,94. Alla korrelationskoefficienter är signifikanta vid 1 % nivån.

Statens Utah standard för 1985 angående totalt koliformutsläpp är totalt 200 koliforma bakterier per 100 ml. Av fig 4 framgår att denna standard kan upp- fyllas med en kontakttid av 10 min och en fri svavel- dioxidhalt av ca 100 mg/liter som S02. Med en kontakt- tid av 20 min kan den totala koliforma standarden uppfyllas med en fri svaveldioxidhalt av omkring 78 mg/liter som S02 (alla här angivna S02-halter, in- begripet total och fri S02-halt, är baserade på S02).

Detta resulterar i ett pH av ca 2,5.

Av fig 5 framgår att statens Utah standard för 1985 angående koliformt utsläpp av 20 fekala koliforma bakterier per 100 ml uppfyllas med en fri svaveldioxid- halt av ca 62 mg/liter (med ett resulterande pH av ca 2,6) och en erforderlig kontakttid av ca 20 min.

EXEMPEL 2 Detta exempel visar effekten av använd syra, pH- justeringsnivån, mängden S02 som satts till avlopps- vattnet samt inverkan av kontakttiden på den koliforma desinfektionen.

De använda avloppsvattenproverna var sekundärt behandlat avloppsvatten från Hyrum City Wastewater Treatment Plan, Hyrum, Utah, USA. Erlenmeyer-kolvar, som 10 15 20 25 30 35 8107291-(3 20 innehöll 500 ml outspätt, sekundärt behandlat avlopps- vatten, placerades på en magnetomrörare. Under omröring reducerades avloppsvattnets pH till 2,5 eller 2,0 med användning av 25 % vol/vol HZSO4 eller HCl. Därefter tillsattes koncentrerad svavelsyrlighet som källa för S02. Kolvarna placerades på ett skakbord och blandades vid 125 r/m under kontakttider av 3, 5,10, 15, 20 eller 25 min. Kolvarna neutraliserade till ett pH av 7,0 med användning av 5 N Na0H. Mebranfilteranalyser beträffande antalet totala och fekala koliformer ut- fördes på de neutraliserade proverna (APHA 1975).

Dessutom bestämdes den ursprungliga S02-koncentrationen genom titrering enligt Standard Methods, l4:e_utgåvan, sid 928-941 (APHA, 1975), som härmed införlivas genom referens.

Denna konventionella membranfilteranalysteknik för halten koliforma bakterier hos vattenprover omfat- tar stegen att åstadkomma ett flertal underprover med . olika utspädning från det ursprungliga vattenprovet.

Målet är att skapa ett underprov, som vid filtrering ger mindre än 200 och företrädesvis ca 20-80 koliforma kolonier. Underproverna filtreras med ett sterilt mem- bran och den koliform som uppfångas av membranet odlas.

'De odlade kolonierna räknas sedan och, baserat på an- talet kolonier i utspädningen av underprovet, kan vat- tenprovets koliformhalt beräknas. Det är viktigt att provet neutraliseras till ett pH av ca 7,0 genom till- satts av en bas,-såsom natriumhydroxid. Man har er- farit att vid prover med ett pH av mindre än ca 2 och innehå1landeS02 är det bestämda koliformvärdet om ett prov inte neutraliseras, lågt eftersom S02 dödar koli- formen och provets surhet hämar även koliformens tillväxt på membranet. Hela tekniken utföres under sterila betingelser.

De ursprungliga fria S02-halterna hos proverna be- räknades från pH och de bestämda ursprungliga totala S02-värdena. Fig 6 och 7 presenterar loglo total koliform 10 15 20 25 30 35 8107291-0 21 koncentration respektive fekal koliform koncentration som en funktion av den ursprungliga fria SO2-kocentra- tionen för kontakttiderna 3, 5 och 10 min med svavel- syrajustering till pH = 2,5. Fig 8 och 9 presenterar logln total koliform koncentration respektive fekal koliform koncentration som en funktion av den ursprung- liga fria S02-koncentrationen under kontakttider 5 och 10 min med svavelsyrajustering till pH 2,5. Fig 10 och ll presenterar loglo total koliform koncentration respektive fekal koliform koncentration som en funktion avurspnngligfrisøz-halt för kontakttiderna 5, 10, 15, 20 min med saltsyrajustering till pH = 2,0. Fig 12 och 13 presenterar loglo total koliform koncentration respek- tive fekal koliform koncentration som en funktion av ursprunglig fri S02-koncentration under kontakttider 5, 10, 15, 20 och 25 min med saltsyrajustering till pH = 2,5.

Av fig 6 framgår att statens Utah standard för totalt koliformt utsläpp 1985 kan uppfyllas med en kontakttid av 10 min och en ursprunglig fri S02-halt av ca 3 mg/liter med användning av svavelsyra för reduktion av avloppsvattnets pH till 2,0. Av fig 10 framgår att man med en kontakttid av endast 5 min kan uppfylla den totala koliforma standarden med en fri svaveldioxidhalt av ca 30 mg/liter, so S02, med an- vändning av saltsyra för att reducera avloppsvattnets pH till 2,0. Av fig 12 framgår att standarden kan upp- fyllas med en kontakttid av 15 min, i en ursprunglig S02-koncentration av 20 mg/liter och en saltsyrajuste- ring till pH = 2,5.

Av fig 7 framgår att statens Utah standard för 1985 beträffande koliformt utsläpp med ett värde av 20 fekala koliformer per 100 ml, kan uppfyllas med en fri svaveldioxidhalt av ca 5 mg/liter och en kontakt- tid av ca 10 min med användning av svavelsyra för att reducera avloppsvattnets pH till 2,0.

Av fig ll framgår att sama standard kan uppfyllas 8107291-(3 10 15 20 25 30 35 22 med saltsyrajustering till pH = 2,0 och (l) en kontakt- _ tid av 10 min och en ursprunglig fri S02-koncentration av ca 30 mg/liter eller (2) en kontakttid av 15 min och en ursprunglig fri S02-halt av ca 18 mg/liter.

Sättet enligt föreliggande uppfinning kan inte bara uppfylla statens Utah fordringar, utan uppfyller även amerikanska naturvârdsverkets (Environmental Protection Agency, EPA) standard för 1983 beträffanded vatten somutsläppsför bevattning, rekreation och indu- -striell användning. Sättet baserar sig på en grund- läggande förståelse för hur en process med användning' av S02 för desinfektion av avloppsvatten skall regleras och drivas för verksam och effektiv desinfektion. Genom att reglera processen baserat på den fria S02-halten hos det behandlade avloppsvattnet, är det möjligt att säkerställa att koliformer som finns i avloppsvattnet desinfekteras. Det desinfekterade vattnet som åstad- kommits genom sättet, är relativt klart och luktfritt.

Eftersom klor inte används vid sättet, föreligger det dessutom inte något problem med karcinogener, som al- stras vid klordesinfektion.

En ytterligare fördel hos en version av föreliggan- de uppfinning jämfört med konventionella metoder för desinfektion av avloppsvatten med S02, är användningen av syra för att reducera avloppsvattnets pH. För att erhålla en effektiv fri S02-halt i avloppsvattnet, är det nödvändigt att pH reduceras till mindre än 4. Vid konventionella förfarande fungerar en stor del av det S02 som sätts till avloppsvattnet endast för att redu- cera avloppsvattnets pH i stället för att bidraga till avloppsvattnets fria S02-halt. Vid sättet enligt före- liggande uppfinning kan den mängd S02 som behövs sättas till avloppsvattnet, minskas betydligt, varvid mängden som behövs i allmänhet endast är omkring en tredjedel* av den mängd som erfordras vid en konventionell process.

Detta reducerar kostnaden för S02-generatorn och bland- ningszonens storlek med åtföljande besparingar i kapital- 10 8107291-(7 23 kostnader och driftskostnader.

Fastän föreliggande uppfinning har beskrivits i detalj med hänvisning till vissa föredragna versioner därav, är andra versioner möjliga. Så t ex kan man i den version av uppfinningen som visas i fig 3, i stället för att ha en separat blandningszon och en separat pH-reduktionszon, tillsätta syran 8 till bland- ningszonen 14, varigenom man eliminerar behovet av en pH-reduktionszon. Uppfinningen skall därför inte anses begränsad till de beskrivna, föredragna versionerna av uppfinningen.

Claims (12)

81Ü7291-Ü 10 15 20 25 30 24 PATENTKRAV

1. l. Kontinuerligt förfarande för desinfektion av avloppsvatten, som innehåller infektionsalstrande mikro- organismer, k ä n n e t e c k n a t därav, att det omr fattar stegen: (a) avloppsvattnet kombineras med S02 och even- tuellt även syra, varvid mängden S02 är tillräcklig för att avloppsvattnet skall ha en fri S02-halt av åt- minstone ca 5 mg/liter och mindre än ca 200 mg/liter; (b) kombination av S02/avloppsvatten bibehålles i en behandlingszon vid den valda, fria S02-halten och vid ett pH av ca l-4 under ca 10-60 min; och (c) avloppsvattnet bortledes från behandlingszonen, varvid det bortledda avloppsvattnet är väsentligen fritt från infektionsalstrande mikroorganismer,

2. Förfarande enligt kravet l, k ä n n e t e c k - .n a t därav, att avloppsvattnet kombineras med syra för att reducera avloppsvattnets pH.

3. Förfarandet enligt kravet 2, k ä n n e t e c k - n a t därav, att syran väljes bland svavelsyra och salt- syra.

4. Förfarande enligt kravet 3, k ä n n e t e c k - n a t därav, att syran är svavelsyra.

5. , Förfarande enligt kravet 2,_k ä n"n e t e c k n a t därav, att den valda, fria S02-halten är mindre än ca 100 mg/liter. _

6. , Förfarenae enligt kravet 1 eller 2, k ä n n e - t~e c k n a t därav, att kombinationen av S02/avloppsvat- ten hålles i behandlingsionen vid ett pH av ca-2-3.

7. Förfarande enligt kravet 1 eller 2, k ä n n e - t e c k n a t därav, att steget (a) inbegriper att man bringar en första portion av avloppsvattnet i kontakt 10 15 20 25 30 8111529141 25 med gasformigt S02 för att upplösa S02 i avloppsvattnet, och att den första portionen med däri löst S02 blandas med en andra portion av avloppsvattnet.

8. Förfarande enligt kravet l, 2 eller 3, k ä n ~ n e t e c k n a t därav, att steget med kombination med S02 inbegriper blandning av avloppsvattnet med S02 löst i vatten.

9. Förfarande enligt kravet l eller 2, k ä n n e - t e c k n a t därav, att det inbegriper ett steg med avdrivning av S02 från det bortledda avloppsvattnet och att steget med att kombinera avloppsvattnet med S02 inbegriper kombinering av avloppsvattnet med S02, som avdrivits från avlett avloppsvatten.

10. Förfarande enligt kravet 7, k ä n n e t e c k - n a t därav, att den första portionen av avloppsvatt- net och S02-innehållande gas införes i en gas-vätske- kontaktzon för upplösning av åtminstone en del av sva- veldioxiden i den första portionen av avloppsvattnet, som därefter avleds från kontaktzonen, och kombineras med den andra portionen av avloppsvattnet genom att den första portionen av avloppsvattnet, som innehåller S02, och den andra portionen av avloppsvattnet införes i en blandningszon till bildning av blandat avloppsvat- ten.

11. ll. Förfarande enligt kravet 10, k ä n n e t e c k - n a t därav, att det blandade avloppsvattnet kombine- med tillräckligt med syra för att reducera pH-vär- hos det blandade avloppsvattnet till mindre än ca 4. ras det

12. Förfarande enligt kravet 1 eller 2, varvid det bortledda avloppsvattnet kombineras med en bas för att höja dess pH, k ä n n e t e c k n a t därav, att SO avdrives från det bortledda avloppsvattnet innan det kombineras med basen.