SE513821C2 - Omrörare och förfarande för behandling av förorenade medier - Google Patents

Description

l0 513 821 f, it t- Sammanfattning av Uppfinningen Det finns således ett behov av att på ett effektivare sätt ta hand om starkt förorenade och illaluktande medier som bildas vid bl a reningsverk, t ex råslam, och vid kreatursuppfodning, t ex svingödsel. Även avfall från slakterier och trädgårdsavfall såsom komposteringsavfall behover kunna omhändertas på ett effektivt sätt.

Syftet med uppfinningen är därför att tillhandahålla system, anordningar och metoder för detta.

Detta syfte uppnås enligt en aspekt av uppfinningen med en anordning enligt patentkrav l.

Med denna anordning, som kan sägas utgöra en avancerad omrörare, åstadkommes en mycket effektiv syresättning av det förorenade mediet vilket bidrar till att nitrifieringsprocesser kan ske mycket snabbt. Dessutom skapas kavitation i mediet, vilket medför temperaturhöjning, vilket också bidrar till mycket hög avdödning av bakterier.

Det har också visat sig att man inte får några kväveförluster och vissa indikationer tyder på att totalkvävehalten t o m ökar i t ex gödselmaterial genom behandling av olika medier med anordningen och förfarandet enligt uppfinningen. Således ”förädlas” råmaterialet genom att utöva förfarandet enligt uppfinningen.

Vid utövande av förfarandet enligt uppfinningen, vilket definieras i krav 8, erhålls en produkt i form av ett från bakterier i det närmaste befriat slam, med viss halt av nitrater och fosfor som är särskilt lämpligt som näringsämne for åker och skog, planteringar mm, Detta slam är mycket lätt sedimenterbart så att en supernatant med höga halter av nitrat och en mycket kompakt sedimenterad rest bildas. Denna rest är utmärkt som jordförbättrings- och gödningsmedel. Supernatanten kan också användas for gödsling, t ex vid energiskog, plantskolor, handelsträdgårdar, stadsträdgårdar mm. l5 sis 821 .

Uppfinningen kommer nu att belysas närmare i anslutning till bifogade ritningar i vilka Fig. l visar omröraren enligt uppfinningen i perspektivvy; Fi g. 2 visar en vy uppifrån med den övre delen av ornröraren borttagen; Fig. 3 visar en íöredragen utföringsform av omröraren enligt uppfinningen i tvärsnitt; Fig. 4 visar en annan utiöringsforin av omröraren enligt uppfinningen med endast ett utrymme; och _ Fi g. 5 visar ytterligare en utföringsfonn av orriröraren enligt uppfinningen med endast ett utrymme; Detaljerad Beskrivning av Uppfinningen Den i Fig. l visade uttöringsforrnen av en ornrörare enligt uppfinningen, allmänt betecknad 2 i Fig. l, innefattar en första mantel 4 och en andra mantel 6. Mantlaina 4, 6 är väsentligen stympat konforrnade, så att det istället för en spets föreligger öppningar 8, 10 som vetter uppåt respektive nedåt. Den första (övre i figuren) mantehi 4 har en fläns eller krage 12 som löper runt dess bas 14. På motsvarande sätt har den andra (nedre i figuren) manteln 6 en flans eller krage l6 som löper runt dess bas 18. Mellan de bägge mantelenhetema 4, 6 finns en cirkulär platta 20 anordnad. Plattan 20 är fast förenad med respektive mantelenhet 4, 6 via övre skovelblad 22 anordnade på ovansidan, och nedre skovelblad 23 anordnade på undersidan av plattan 20. Dessa skovelblad 22, 23 är anordnade så att de sträcker sig från periferin och ett stycke inåt mot centrum av omröraren. Dock bildar de en vinkel oc med en tänkt linje som löper från infastnings-purilcten för respektive skovelblad och genom centrum för hela enheten.

Detta framgår tydligast av Fig. 2 som separat visar den cirkulära plattan 20 med de övre skovelbladen 22 på, i en vy ovanifiån. Mellan skovelbladen 22, 23 bildas övre utloppsöppningar 25 och nedre utloppsöppningar 27. denna del av omröraren 10 kommer i det följande att benämnas dess ”midja” 29.

Genom denna konstruktion får ornröraren två separata utrymmen, ett övre 5 och ett nedre 7, vilkas betydelse närmare belyses i anslutning till finiktionsbeskrivningen nedan. i 515 821 f, 14 Skovelbladens 22, 23 längd är inte kritisk och kan variera, men torde företrädesvis uppgå till mellan 20 och 70 % av diametern räknat från bladens yttre infastningspunkt längs plattans 20 periferi. Inte heller är skovelbladens antal kritiskt, men ett lärnpligt antal skovlar torde vara 2- , företrädesvis 5-10. Vinkeln ot är inte helt kritisk men bör uppgå till 30-70°, och bör företrädesvis ligga mellan 35 och 50°.

Centralt och i axiell riktning finns en axel 24 anordnad. Axeln löper genom plattan 20, och dess ändyta 2l ligger i väsentligen samma plan som den nedre kanten av de nedre skovlarna 23, eller annorlunda uttryckt i samma plan som den nedre mantelns 6 fläns 16. Axeln 24 har en central lufikanal 26 som mynnar i ett hål 28 på plattans 20 undersida (sett i figurerna). Se speciellt Pig. 3. Axeln 24 är ansluten till en drivenhet (ej visad) för åstadkommande av rotation, t ex en elmotor. Den andra, övre änden av luftkanalen är stängd. På axeln finns dock en strypventil 30 anordnad. Med denna ventil 30 kan lufttillförseln under drift varieras, vilket beskrivs närmare nedan.

Axeln 24 skjuter ut genom den övre mantelenhetens 4 övre öppning 8, så att det bildas en ringspalt 32 runt axeln 24. Ringspalten 32 och öppningen 10 tjänar som inlopp för strömmande medium vid drift av anordningen, vilket kommer att belysas närmare nedan.

Den i Pig. 1-3 visade utforingsformen är en töredragen variant i det att den utför dubbla funktioner. Det övre utrymmet och luften som kommer in där bidrar främst till syresättning, medan det nedre utrymmet bidrar till bakterieavdödning och nitirñeringen.

I Fig. 4 visas en enklare variant där det övre utrymmet tagits bort. I övrigt är den identisk med den i Pig. 3 visade utföringsforrnen.

På samma sätt visas i fig. 5 en variant där det nedre utrymmet tagits bort. För detta ändamål fäster man axeln 24 t ex medelst svetsning, i plattan 20, vilken bildar en botten. l axeln borras radiella hål 25 in till den centrala luftkanalen 26. I övrigt är den uppbyggd identiskt med den övre delen av den i F ig. 3 visade utföringsformen. Denna variant kan endast användas för syresättnin g.

Beroende på användningsområde kan ornröraren enligt uppfinningen dimensioneras olika.

Den kan användas i relativt små behållare om några hundra liter, upp till mycket stora behållare upp till tiotals kubikmeter och ännu större. f; 513 821 L Ett annat tänkt användningsområde är rening/syresättriing av vatten i sjöar, varvid ornröraren kan göras mycket stor, med en diameter upp till 1 m. Även vatten i ñskodlingar kan komma ifråga för behandling enligt uppfinningen.

Andra tänkbara användningsområden är behandling av olika typer av gödsel exempelvis från svin och ko. Sådana gödseltyper innehåller dock ofia halm och behöver förbehandlas genom någon form av malningsförfarande.

Vidare kan man tänka sig att behandla slakteriavfall, lakvatten från soptippar, processvatten från industrier, spillvatten från biltvättar mm.

Den ovan beskrivna anordningen används på följande sätt.

Ett förorenat och illaluktande medium, t ex svingödsel eller slam från avloppsrenings-verk, placeras i en lämpligt dimensionerad tank. Ornröraren sänks ned till nivån i tanken.

Drivmotorn startas och ornröraren bringas att rotera. Beroende på önskad effekt väljs varvtalet inom olika intervall. l: För ren syresättning används varvtal från 800 - 2800 rpm. 2: För behandling av gödsel 800 - 1500 rpm 3: För behandling av slam 800 - 1500 rpm När ornröraren börjar rotera träder skovlarna 22 i funktion och kastar material utåt från ornrörarens centrum. Därigenom sugs material in genom öppningen 10 vid ornrörarens nedre ände och genom ringspalten 32 vid dess övre ände. Eftersom anordningen roterar tvingas det insugna materialet in i en virvelrörelse som gör att det strävar utåt och strömmar längs med mantlamas 4, 6 innerytor och nedåt respektive uppåt mot mantlamas kanter 14 och 18 där det av centrífugalkrafien slungas ut fiån omröraren. Genom att det bildas en krañig virvel i mediet runt om ornröraren kommer vätskenivån i virveln att sänkas ner till ornrörarens övre öppning. Där kommer lufi att sugas in med stor kraft. Vid ett varvtal om 1500 kan en omrörare enligt uppfinningen med en diameter om 15 cm, dvs som den visas i figurerna, suga in 15-20 m3/timme i mediet.Detta kan varieras i stort sett genom att proportionellt ändra dimensionen på anordningen. Syret i den genom ringspalten 32 insugna luften kommer att syresätta mediet och bidra till en högre biologisk aktivitet i mediet, dvs den mikrobiologiska nedbrytningen (förrnultrring) understöds kraftigt. 513 821 _ vi På samma eller motsvarande sätt bildas en krafiig virvel i mediet nedanför den nedre öppningen 10. Detta material kommer att dras uppåt pga att skovlama 23 kastar ut material från det nedre utrymmet 7 och ut genom de perifera öppningarna 27 vid midjan 29 av omröraren. Detta medför att ett vakuum/undertryck uppstår i centrum av omröraren.

Undertrycket regleras genom att justera strypventilen i lämplig utsträckning, samt genom att anpassa varvtalet efter mediets viskositet och TS-halt (torrsubstans). Detta sker empiriskt genom utprovning.

Utan att vilja binda oss vid någon teori för mekanismen, tror vi att följande sker i omröraren.

Luft eller annan kväveinnehållande gas som sugs in i det nedre utrymmet i omrörarhuset genom lufikanalen 26 i axeln 24, kommer att möta extrema förhållanden pga vakuumet där.

De exakta mekanismerna är inte kända, men man tror att de extrema tryckförhållandena och den kavitation och eventuellt implosion som sker i detta område gör att luftkvävet kan frigöras och eventuellt bilda molekylört kväve, och kan reagera med det organiska materialet i mediet och bilda kväveforeningar. Syret i de mikroskopiska bubblor som alstras diffunderar snabbt in i mediet där organiskt material oxideras. Aeroba bakterieri mediet kommer också att förbruka syre. I bubblorna kvarstannar kväve som har andra egenskaper än syre.

De extrema förhållandena bidrar till en snabb omvandling av NHf-joner till NOj-joner.

Vid de utförda försöken har en mycket stor avdödning av E. Coli verifierats.

Den produkt som erhålles, dvs bearbetat slam som fått sedimentera, är mycket lämplig som jordförbättringsmedel eller gödsel, eftersom större delen av den fosfor som finns i slammet övergår till den avvattnade delen.

Uppfinningen kommer nu närmare att belysas med exempel som ej skall anses vara begränsande på uppfinningens omfattning 515 821 14 -1 1 EXEMPEL Exempel l Slam fiån ett av Gävle kommuns reningsverk behandlades under 21 dagar med en ornrörare enligt uppfinningen.

Ca 0,3 m3 slam placerades i en tank försedd med en ornrörare enligt uppfinningen. Processen kördes under 7 dygn utan nytillskott av slam, vilken period kan betraktas som en ”startperiod”. Under denna period var varvtalet på omröraren 1500 rpm. För att efterlikna flödet i reningsverket påbörjades efter 12 dagar ett utbyte av 10% av slamrnet perdag.

I Tabell 1 visas resultaten av kemiska och mikrobiologiska analyser.

Tidsordningen under försöket var följande: Processen startades 29 juni och fortgick till 6 juli utan att något material byttes ut. 6 juli stoppades processen och stod still under fem dagar varpå den igångsattes 11 juli. Därefter byttes 10% av slammet ut varje dag. Processen avbröts den 29 juli.

Tabell 1 ANALYS enhet 29 juni 6 juli 11 juli 20 juli omstart E COLI per 100 ml 22000000 34000 -- 33000 FEKALA STREPTO- KOCKER ingen analys TORRSUBSTANS % 6.1 2.8 -- 3.3 GLÖDFÖRLUST % av TS 63 60.3 -- 60.4 TOTALKVÄVE % av TS 2.5 3.7 -- 4.2 AMMONILJMKVÄVB % av TS 0.30 0.65 -- 0.53 COD mg/1 22900 21900 -- 24700 BOD mg/l 5600 850 -- 2100 l5 g sis 821 _ Som framgår av Tabell l kan en (skenbar) ökning av totalkvävet med ca 70% noteras. Denna ökning kan bero på fel i analysen. Möjligen beroende på att kvävet i råslarnrnet är bundet på ett sätt som analysen inte klarar att identifiera.

Vidare kan man notera den mycket krafiiga sänkningen av E.Coli. Resthalten uppgick till endast ca 015% av ursprungshalten.

Det behandlade slamrnet var efter l dygn i princip helt luktfritt. l liter av slamrnet hälldes i en mätcylinder, varpå det tilläts sedimentera i två dagar, dvs tills ingen ytterligare sedimentation iakkttogs. Det hade efter denna tid sedimenterat i en mycket kompakt bottensats och en relativt klar supernatant.

För att göra separationen effektivare filtrerades slam, varvid erhölls en bottensats och en supernatant. Bottensatsen var i princip luktfri (endast forforlukt) och hade konsistensen av en kompakt lera.

Analys av supernatanten gav följ ande resultat: Fosfatfosfor 0,3 mg/l Totalfosfor 0,9 mg/l Nitratkväve 147 mg/l Ammoniumkväve 8,5 mg/l COD 280 mg/l Analys av avvattnat slam gav följande resultat: TS 9,63 % Glödgningsiörlust 60,5 % av TS Exempel 2 Slam från samma reningsverk som i Exempel l har behandlats i ytterligare en omgång.

Behandlingen utfördes under 72 timmar. Det behandlade (stabiliserade) slamrnet avvattnades och därvid erhölls en del avvattnat slam och en del nästan farglös vätska. Slarnmet blev i princip luktfntt på mindre än ett dygn.

Tabell 2 ANALYS E COLI AMMONTUMKVÄVE NTTRIT NTTRAT TOTALKVÄVE FOSFAT-FOSFOR Från stabiliserat slam: E COLI AMMONIUMKVÄVE NITRIT NITRAT TOTALKVÄVE FOSFAT-FOSFOR 513 821 9 enhet 30 nov (råslam) per 100 m1 54 x1o9 % av TS 0,31 % av TS 0,004 % av TS Not 1 % av TS 2,9 Not 2 Avvattrrat slam per 100 ml 790 000 % av TS 0,08 % av TS 0,03 % av TS 0,14 % av TS 2,5 Not 2 Not 1: Analysen gick ej att utföra pga provets beskaffenhet Not 2: Gick ej att analysera Exempel 3 3 dec (stabilíserat slam) 700 000 0,12 0,08 0,47 3,3 Not 2 Filtrerad vätska 800 14 mg/l mg/1 150 mg/l 180 mg/l 0,15 mg/l Ytterligare ett försök med prov ñån samma reningsverk som i Exempel 1 och 2 utfördes.

Följande resultat erhölls: Tabell 3 Slam Avvattnat slam TS 2,4% 7,3% Tot-P 2,3% 2,6% NOz-N 17 Ing/kg TS 42 mg/kg TS NOg-N 670 mg/kg TS 52 mg/'kg TS NH4-N 280 mg/kg TS 900 mg/kg TS Tot-N 3,0% 3,0% Som framgår har kvävehalten inte reducerats.

Separerad vätska 1,4 mg/l 0,68 mg/1 38 mg/l 21 mg/l 47 mg/l lO 515 821 _ Exempel 4 Svingödsel från ett svinstall placerades i en tank ryrnmande 0,3 m3, och utsattes för samma behandling som slamrnet i Exempel l. Detta gödsel innehöll höga andelar av urin och halm.

Den mycket starka lukten (ammoniak) reducerades efter 1,5 dygn till stall- och halmlukt.

Sedan processen kommit igång översteg temperaturen omgivningens temperatur med 25 - °C.

Exempel 5 Produkten som erhålles efter behandling av slam sedirnenteras och sedimentet avskiljs. Efter torkning används det som jordförbättringsmedel vid odling av tomater. I jämförelse med tomater som ej erhållit jordforbättring, iakttas en markant skillnad i växtkraft.

Exempel 6 Supernatanten från sedimentationsforsöket i Exempel 1 innehåller kväve bundet i form av N03, vilket gor att den kan användas som gödselvatten fört ex linodling, potatis, tomater etc.

Claims (12)

513 821 T_ .fl 'I 11 Krav korrigerade enligt sluttöreläggande PATENTKRAV

1. Ornrörare för behandling av förorenade medier, innefattande ett roterbart omrörarhus med åtminstone ett i ornrörarhuset myrmande tillopp (28) för gas och åtminstone en insugningsöppning (10, 32) for medium som skall behandlas, k ä n n e t e c k n a d a v att omrörarhuset har formen av en stympad kon med nämnda insugningsöppning (l0; 32) i spetsänden av den stympade konen; en uppsättning utloppsöppningar (25; 27) anordnade längs ornrörarhusets periferi vid basen av den stympade konen; en uppsättning skovelblad (22; 23) anordnade i nämnda utloppsöppningar (25; 27); ett rotationsöverfórande organ (24) för att överföra en rotationsrörelse till omröraren; och av att tilloppet (28) för gas mynnar i centrum av omrörarhuset.

2. Omrörareenligtkravl,kännetecknad av att det roterbara omrörarhuset är uppdelat i ett övre utrymme (5) med en tillhörande övre insugningsöppning (32), och ett nedre utrymme (7) med en tillhörande nedre insugningsöppning (10), där det övre och det nedre utrymmet är skilda åt medelst en skiljevägg (20); och att uppsättningen av utloppsöppningar (25; 27) anordnade längs ornrörarhusets periferi är tillordnade det övre (5) respektive det nedre (7) utrymmet, i motsatt ände därav i förhållande till respektive insugníngsöppning (32, 10).

3. Ornrörareeriligtkravlkännetecknad av attdetövre(5) respektive det nedre (7) utrymmet i omrörarhuset vart och ett har formen av en stympad kon med baserna vända mot varandra. 515 821 fi 12

4. Ornrörareenligtkravl,2e1ler3,k ä n n e t e c k n a d a v att det rotationsöverförande organet är en axel (24) som är infäst i skiljeväggen (20) i centrum av omrörarhuset.

5. Orr1rörareenligtkrav4,kännetecknad av attdenövre insugningsöppningen (32) har formen av en ringspalt som omger axeln (24).

6. Ornrörare enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d a v att skovelbladen (22; 23) är anordnade så att de sträcker sig från periferin och ett stycke inåt mot centrum av omröraren, och bildar en vinkel (ot) med en tänkt linje som löper från yttersta infastningspunkten för respektive skovelblad och genom centrum för hela enheten, vilken vinkel uppgår till 30-700, företrädesvis till mellan 35 och 50°.

7. Ornrörare enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d a v att axeln (24) är ihålig och ansluten till en källa för gas via en strypventil (3 0) för tillförsel av gas till det inre av omröraren via en öppning (28) i änden av axeln (24).

8. Förfarande för behandling av förorenade flytande medier innehållande organiskt material, k ä n n e t e c k n a t a v att en omrörare enligt något av kraven l-7 nedsänkes i ett förorenat medium och bringas i rotation, varvid en virvel alstras i mediet på ett sådant sätt att ett undertryck uppstår i virvelns centrum och gas sugs in i mediet.

9. Förfarande enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a t a v att gasen är luft.

10. Förfarande enligt något av kraven 8-9,k ä n n e t e c k n a t a v att omröraren roteras med en rotationshastighet som uppgår till 500-3 500 varv/minut, företrädesvis 800-2800 varv/minut.

11. ll. Förfarande enligt något av kraven 8-10, k ä n n e t e c k n at a v att det används för avdödning av bakterier i medier med hög halt av t ex E. Coli, såsom gödsel, avloppsslam och liknande medier.

12. En produktk ä n n e t e c k n a d a v att den erhålles genom behandling av ett förorenat medium med förfarandet enligt något av kraven 8-1 l.