SE454508B - Forfarande for biologisk rening av spillvatten - Google Patents

Description

454 508 l5 2 Trots dessa allvarliga problem och det förhål- landet att stora mängder stadsspillvatten utledes till känsliga recipienter, såsom sjöar och vikar med en relativt ringa vattenomsättning och i vattendrag som utmynnar i sådana sjöar och vikar, underkastas endast en ringa del av stadsspillvattnet en rening för avlägsnande av fosfor.

I största delen av de fall när det företas ett avlägsnande av fosfor från spillvatten sker detta genom en kemisk utfällning, nämligen genom att till spillvattnet sätta aluminiumsulfat, ferriklorid, fer- rosulfat, kalciumhydroxid eller kalciumoxid för av- lägsnande av löst fosfor, varefter fällningsproduk- ten avskiljes genom sedimentering, flotation eller filtrering. Detta medför höjda driftskostnader.

Den extra slamproduktion som en kemisk utfällning medför skapare emellertid också ökade driftsutgifter för slambehandling och eventuellt kapacitetsproblem för den existerande slamstabiliseringen och/eller slamavvattningen. Det skulle därför vara önskvärt om den biologiska reningen av spillvatten för avlägsna- de av kväve skulle kunna kombineras med ett biologiskt avlägsnande av fosfor.

Det skulle likaledes vara önskvärt att den vid ett fosforavlägsnande erhållna fosforhaltiga produk- ten skulle föreligga i en sådan form att den kunde användas för gödslingsändamál för att därigenom spara valuta för införsel av fosfatmineraler till framställ- ning av fosforhaltiga gödningsmedel. Man har således beräknat att fosfor som utvunnits ur spillvatten kan täcka 10-30% av den i jordbruket använda fosformängden.

Vid ett känt förfarande (Phoredox-metoden) för samtidigt biologiskt avlägsnande av kväve och fosfor från spillvatten genom aktiv-slammetoden behandlas spillvattnet i seriekopplade reaktorer, genom att spillvattnet i en första reaktor behandlas anaerobt, 454 508 3 i en andra anoxiskt och i en tredje aerobt, innan det klarnas, och det under klarningen utfällda slammet àtercirkuleras till den anaeroba behandlingszonen.

Samtidigt átercirkuleras en del av vätskan från den aeroba behandlingszonen till den anoxiska behandlings- zonen.

Det vid Phoredox-metoden átercirkulerade slammet har ett icke obetydligt innehåll av nitratjoner, och det har visat sig att dessa joner har en ogynnsamm inverkan på fosforavlägsnandet.

I ett försök att lösa detta problem har det ut- vecklats en modifierad Phoredox-metod, den s k UCT- -metoden, som omfattar samma behandlingssekvens för spillvatnet som Phoredox-metoden, men där slammet från klarningszonen återcirkuleras till den anoxiska behandlingszonen och därifrån âtercirkuleras vätska, som har ett lågt nitratinnehàll till den anaeroba behandlingszonen. Härvid undvikes att nitratjoner i slammet från klarningszonen kommer att förstöra den anaeroba behandlingen av spillvattnet och därvid fosforavlägsnandet.

Vid rening av spillvatten i en anläggning av aktiv-slamtypen avlägsnas normalt endast den mängd fosfor som motsvarar innehållet i den normala slam- mängden. I praktiken utgör denna mängd ca 30% av fos- forinnehàllet i spillvattnet, och det alstrade slammet innehåller på torrsubstansbasis vanligen 1,5-2,5% fosfor.

Det har emellertid visat sig att det under vissa hittills oklarlagda betingelser samtidigt med avlägs- nande av kväve sker ett avlägsnande av en väsentligt större mängd fosfor än den som förväntas ingå i slam- met. Detta förhållande har närmare undersökts, och man har på basis härav konstaterat att det samtidigt med ett gott avlägsnande av kväve från spillvatten kan uppnås ett effektivare och konstantare fosforavlägs- nande när spillvattnet, innan det underkastas de anoxiska 454 508 4 och aeroba behandlingarna, behandlas under aneroba betingelser, och det vid klarningen alstrade slammet återcirkuleras till den aneroba behandlingszonen.

Förfarandet enligt uppfinningen särskiljes således därigenom att spillvattnet bringas i kontakt med mik- roorganismer under aneroba betingelser, innan det underkastas de anoxiska och aeroba behandlingarna, att uppehållstiden för spillvattnet i varje behand- lingszon, vari det behandlas under olika anoxiska och aeroba betingelser, är lång i förhållande till dessa behandlingars längd, och att slammet återcirku- leras till spillvattnet som behandlas under anaeroba betingelser.

Kväve- och fosforavlägsnandet vid förfarandet enligt uppfinningen antas vara beroende av närvaron av följande tre typer av bakterier: (a) fosforackumulerande heterotrofa bakterier, (b) icke-fosforackumulerande, denitrifierande heterotrofa bakterier och (C) nitrifierande bakterier.

Under den anaeroba behandlingen av spillvattnet upptar de fosforackumulerande bakterier, som innehåller ackumulerat polyfosfat, làgmolekylärt upplöst orga- niskt ämne, som upplagras i form av exempelvis poly- hydroxibutyrat (PHB), emedan det relativt energirika polyfosfatet användes som energikälla. Härvid bildas ortofosfatjoner, som frigöres till det vätskeformiga mediet i den anaeroba behandlingszonen. Under den aeroba behandlingen av spillvattnet sker det en oxi- dation av ackumulerat och hydrolyserat, suspenderat organiskt ämne, och den härvid frigjorda energin an- vändes dels till mikroorganismernas tillväxt och dels till att ackumulera ortofosfatjoner från det vätske- formiga mediet i de fosforackumulerande bakterierna i form av polyfosfat. Det sker alltså ett avlägsnande av löst fosfor från spillvattnet.

I i 454 508 Om det från den aeroba behandlingszonen átercir- kulerade slammet har en hög koncentration av nitrat, sker det i den anaeroba behandlingszonen att de icke fosforackumulerande nitrifierande bakterierna får möjlighet att omsätta löst, lätt nedbrytbart orga- niskt ämne, varvid den mängd organiskt ämne som de fosforackumulerande bakterierna kan utnyttja reduce- ras. Detta medför att tillväxten och därmed verkan av de sistnämnda reduceras. vid det ifrågavarande förfarandet, varvid man använder två behandlingszoner, som växelvis användes till anoxisk och areob behandling av spillvattnet, sker det, medan vattnet befinner sig i en behandlings- zon, flera ombyten mellan anoxiska och anaeroba behand- lingar. Spillvattnets uppehållstid i en behandlings- zon är med andra ord lång i förhållande till längden av de enskilda faserna.

Under den anoxiska fasen finns det inledningsvis en betydande mängd av nitratjoner som härstammar från den föregående aeroba behandlingen. Koncentrationen av dessa nitratjoner sjunker under den anoxiska fasen samtidigt med att NH3-koncentrationen stiger, och betingelserna blir härvid mer och mer anaeroba (vilket såsom ovan nämnts medför att det frigörs fosfor i form av ortofosfatjoner). I den anaeroba fasen oxi- deras NH3 från den föregående fasen och samtidigt stiger N03-koncentrationen.

Genom att utsätta spillvattnet för flera anoxiska och aeroba behandlingar medan det befinner sig i en behandlingszon uppnås en särskilt låg genomsnittlig nitratkoncentration i produkten som utgår ur behand- lingszonen och därmed också en låg genomsnittlig nitrat- koncentration i slammet som àtercirkuleras till den anaeroba behandlingszonen, vilket gör denna särskilt effektiv med hänsyn till det ifrågavarande fosforav- lägsnandet. 454 508 6 Spillvattnet från den anaeroba zonen leds företrä- desvis till en anoxisk behandlingszon, men det kan också ledas till en zon, där det sker en aerob be- handling.

Det bör beaktas att beroende på spillvattnets naturliga innehåll av kalcium, magnesium och järn ä samt dess pH-värde kan det ske en kemisk utfällning av fosfor i form av metallfosfater under den anaeroba behandlingen av spillvattnet. I områden med mjukt vatten (ett lågt kalciuminnehåll) anses en sådan rent _ kemisk utfällning dock vara av underordnad betydelse. E Eftersom fosforkoncentrationen i spillvattnet I i en behandlingszon är stor vid övergången från en anoxisk till en aerob behandling av spillvattnet företas företrädesvis en fasförskottsuttagning av spillvattnet från behandlingszonerna till klarningszonen. Uttagningen av spillvattnet till klarningszonen från en behand- lingszon genomföres med andra ord först en tid efter det att det skett en övergång från en anoxisk till en aerob behandling och vice versa. Vid ett lämpligt val av uttagningstidpunkterna kan det säkerställas att spillvattnet icke endast har ett lågt fosforinneháll utan också ett lågt nitrat- och ammoniakinneháll.

En särskilt stor säkerhet mot att till den anaeroba behandlingszonen tillföres en olämpligt stor mängd nitrat tillsammans med det àtercirkulerade slammet kan uppnås genom att man sörjer för att slammet i klarningszonen får en genomsnittlig uppehâllstid däri av minst 2 h. Detta kan uppnås genom att man använder en klarningstank med en speciellt stor slamficka.

Under slammets förlängda uppehållstid i klarningstanken sker det en hydrolys, varigenom det uppträder en endogen (dvs utan extern tillförsel av organiskt ämne) denitri- fiering. Istället för att öka slammets uppehàllstid i klarningszonen kan hydrolysen av det slam som skall återcirkuleras ske i en separat hydrolyszon, i vilken en del av det återcirkulerade slammet kvarhålles i minst l h. m n 454 508 7 Man kan också med fördel uppdela det àtercirku- lerade slammet i tvà fraktioner och leda exempelvis % av slammet till en förbehandlingszon, till vilken spillvatten tillföres, och varifrån spillvattnen leds till den anaeroba behandlingszonen. I denna förbehand- lingszon, i vilken det sker en bottenutfällning av olösta beståndsdelar, uppträder en biologisk nedbryt- ning och härigenom en syrealstring vilken resulterar i att materialet kommer att föreligga i en för mikro- organismerna lättare nedbrytbar form. Bottenfällningen från förbehandlingszonen kan sättas till den anaeroba behandlingszonen. I fall man valt en utföringsform med både förbehandlingszon och separat behållare för slamhydrolys kan den del av slammet som annars skulle transporteras till förbehandlingszonen transporteras till den separata hydrolysbehâllaren. Bottenfällningen från förbehandlingszonen transporteras till den separa- ta hydrolysbehàllaren, och den behandlade bottenfäll- ningen och slammet från denna behållare transporteras till den anaeroba behandlingszonen. Denna utförings- form kan i vissa fall medföra en minskning av anlägg- ningens reaktorvolym. _ Tillförseln av slam till den anaeroba behand- lingszonen kan ske i den nedersta delen av behand- lingszonen och pà ett sådant sätt att det häri bildas uppåtflytande slamtäcke. Härvid uppnås en uppkoncentre- ring av slammet i behållaren och samtidigt hydrolys av i spillvattnet förekommande suspenderande ämnen.

Denna hydrolys innebär att svárnedbrytbart organiskt ämne omvandlas till ett lättnedbrytbart organiskt ämne som är tillgängligt för de fosforackumulerande bakterierna. Med den sistnämnda utföringsformen kan man utan användning av en separat hydrolysbehållare uppnå i stort sätt samma verkan som vid användning av en separat hydrolyszon.

Den anaeroba behandlingszonen kan istället vara uppdelad i minst två åtskilda seriekopplade delzoner. 454 508 8 I den första av dessa zoner avlägsnas nitrat som till- förts genom återcirkulerat slam genom omsättning med det tillförda spillvattnet, varigenom det förhindras att det i den efterföljande zonen uppstår anoxiska betingelser.

Uppfinningen skall i det följande beskrivas med hänvisning till ritningen, som visar ett strömnings- diagram för en anläggning för utövande av förfarandet enligt uppfinningen.

Spillvattnet leds genom en ledning l in i en tank 2, där det blandas med återcirkulerat slam, som införes i tanken 2 genom en ledning 3 och hålles under aneroba betingelser under en tidsperiod av 1-4 h.

Den efterföljande behandlingen sker i två behandlings- tankar 5 och 7, där spillvattnet kan behandlas såväl anoxiskt som aerobt. I den illustrerade anläggningen genomförs behandlingen i tvá faser, fas 1 och fas 2. I fas l transporteras det anaerobt behandlade spill- vattnet genom en ledning 4 till behandlingstanken , i vilken under en viss tid, företrädesvis hela perioden, upprätthâlles anoxiska betingelser, och härifrån transporteras det genom en anslutningsledning 6, till den andra behandlingstanken 7, vari det under en viss tid, företrädesvis hela tiden, upprätthålles aeroba betingelser. Från tanken 7 transporteras spill- vattnet genom en ledning 8 till en klarningstank 9, frán vars botten uttages slam som àtercirkuleras genom ledningen 3 till behandlingstanken 2. Från klarnings- tanken 9 uttages renat spillvatten genom en ledning .

I fas 2 transporteras spillvatten från tanken 2 genom en ledning ll till behandlingstanken 7, i vilken nu upprätthálles anoxiska betingelser, varifrån de transporteras genom anslutningsledningen 6 till behandlingstanken 5, vari det upprätthálles aeroba betingelser, och vidare genom en ledning 12 till klar- ningstanken 9. u 454 508 EXEMPEL Man använde en sádan reningsanläggning som visas på ritningen, varvid dock tanken 2 var uppdelad i tre seriekopplade lika stora delzoner där råspillvattnet I tillsammans med átercirkulerat slam transporterades I till den första i raden av dessa delzoner.

Tanken 2 hade en slamvolym av 200 liter och var försedd med en omrörare, som roterade med en tillräck- ligt stor hastighet för att förhindra en utfällning av slam. Behandlingstankarna 5 och 7 hade vardera en volym av 830 liter och var bägge utrustade med en omrörare för att säkerställa en tillräckligt kraftig omröring för att förhindra en slamutfällning. Bägge behandlingstankarna var försedda med dysor för inblàsning av luft under tryck, så att det i den aeroba fasen kunde åstadkommas en syrekoncentration av 2-3 mg/liter i spillvattnet. Klarningstanken hade en volym av 1120 I liter och en ytareal av 0,18 m2 och var försedd med ett centralt lodrät anbringat inloppsrör och över- lopp vid tankväggens översta kant. Över inloppsrörets mynning var anordnad en ledskärm, som tvingar det lodrät inkommande spillvattnet ned mot tankens botten, innan strömmen igen leds i en annan riktning och vattnet strömmar upp mot överloppet.

Till den beskrivna anläggningen fördes spillvatten i en mängd av l-1,2 liter/min och med ett C/N-förhål- lande av 12-13, och från klarningstanken återcirku- lerades slam i en mängd av 0,5-0,6 liter/min.

Under en driftsperiod av 3 månader, (feb-maj 1983) uttogs vid drift med faslängder av 140 min 34 prover av ràspillvatten och renat spillvatten.

Analys av proverna visade att man i genomsnitt uppnådde en sänkning av spillvattnets fosforinnehåll frán 7 mg P/liter till 0,54 mg P04-P/liter med en standardavvikelse av i 0,33 mg/liter. Samtidigt re- ducerades kväveinnehállet från 25 mg N/liter till 454 508 0,77 mg NH3-N/liter med en standardavvikelse av j; 0,99 mg/liter och 3,2 mg NO3-N/liter med en stan- dardavvikelse av i 2,5 mg/liter.

Claims (8)

10 15 20 25 30 454 508 ll PATENTKRAV

1. l. Förfarande för biologisk rening av spillvatten med hjälp av aktiv-slammetoden, varvid spillvattnet successivt underkastas en anaerob, anoxisk och aerob behandling och därefter ledes till en klarningszon för avskiljning av slam, som átercirkuleras och blandas med spillvattnet som skall underkastas en anaerob behandling, k ä n n e t e c k n a t därav, att den anaeroba, anoxiska och aeroba behandlingen genomförs i tre separata tankar, och att det i den första tanken anaerobt behandlade spillvattnet omväxlande leds till den andra och tredje tanken, varvid det under en första period behandlas anoxiskt i den andra tanken och aerobt i den tredje och under en andra period anoxiskt i den tredje tanken och aerobt i den andra.

2. Förfarande enligt kravet l, k ä n n e t e c k - n a t därav, att spillvattnet uttages från behand- linqszonerna under såväl den anoxiska som den aeroba behandlingen.

3. Förfarande enligt kravet l, k ä n n e t e c k ~ n a t därav, att slammet i genomsnitt hälles i klar- ningszonen i minst 2 h.

4. Förfarande enligt kravet l, k ä n n e t e c k ~ n a t därav, att en anaerob behandlingszon som är uppdelad i minst två åtskilda seriekopplade delzoner användes.

5. Förfarande enligt kravet 1, k ä n n e t e c k - n a t därav, att en del av slammet àtercirkuleras till en förbehandlingszon, till vilken spillvatten tillföres, och varifrån spillvattnet transporteras till den anaeroba behandlingszonen.

6. Förfarande enligt kravet 5, k ä n n e t e c k - n a t därav, att frán förbehandlingszonen uttages 10 454 508 12 slam och att det uttagna slammet införes i den anaeroba behandlingszonen.

7. Förfarande enligt kravet l, k ä n n e t e c k - n a t därav, att en del av slammet âtercirkuleras till en separat hydrolyszon, till vilken också tillföres bottensats från en förbehandlingszon, och att det behandlade slammet och bottensatsen härifrån transpor- teras till den anaeroba behandlingszonen.

8. Förfarande enligt kravet 1, k ä n n e t e c k - n a t därav, att det ätercírkulerade slammet transpor- teras till den nedersta delen av den anaeroba behandlings- zonen och pá ett sådant sätt att det häri bildas ett uppàtflytande slamtäcke.