SE516490C2 - Förfarande för biologisk rening av avloppsvatten - Google Patents

Description

W U 00-05-29 E:\PUBLIC\DOC\P\4490-001 .dOC Stil/ms 2 principer för hur kvarhàllningen går till. Endera får biomas- san växa i suspenderad form i processen, varefter den separe- ras från vattnet i ett separationssteg efter reaktorn och återföres till denna (aktivslamprocesser), eller också kvar- hålls biomassan genom att mikroorganismerna får växa som en biofilm på någon form av bärarmaterial, som placerats i pro- cessen (biofilmsprocesser). Det är också vanligt att kombine- ra biofilmsprocesser och aktivslamprocesser, så att avlopps- vattnet först behandlas i en biofilmsprocess, till exempel en så kallad biobädd, och därefter i en aktivslamprocess. Detta resulterar i en mer kompakt och störningsokänslig process än en ren aktivslamprocess, samtidigt som en mer långtgående rening erhålles än vad som vanligen uppnås med en ren bio- filmsprocess. I I såväl biofilmsprocesser som aktivslamprocesser och kombinerade processer måste överskottsbiomassa, motsvarande slamproduktionen i systemet, tas ut ur processen.

För att den biologiska processen skall fungera, krävs tillgång på vissa mängder biologiskt tillgängligt kväve och fosfor. Dessa näringsämnen utgör en livsnödvändig del i den mikrobiella biomassan och förekommer där i cellkomponenter som proteiner, nukleinsyror och fosfolipider. Mikrobiell biomassa innehåller normalt ca 10% kväve och l,5% fosfor, som tas upp från omgivningen under nedbrytningen av organiskt material och uppbyggnad av ny biomassa. Avloppsvatten, som innehåller låga nivåer biologiskt tillgängliga närsalter i förhållande till det nedbrytbara organiska materialet (till exempel mätt som biokemisk syreförbrukning, BOD5), måste vanligen tillföras extra kväve och/eller fosfor, för att goda reningsresultat skall uppnås. En vanlig tumregel för aerob biologisk rening är, att avloppsvattnet måste hålla ett 516 490 s u u va.. 00-05-29 Ex\PUBLIC\DOC\P\4490-00l.doc Sun/ms 516 490 3 mängdförhållande mellan BOD5, kväve (N) och fosfor (P) på ca l0O:5:l, för att reningen skall fungera optimalt. Vid dose- ring av kväve och fosfor till reningsprocessen utnyttjas ofta lättillgängliga föreningar som ammonium, nitrat, urea och ortofosfat. För avloppsvatten med lågt naturligt närsaltsin- nehåll utgör närsaltstillförseln ofta en av de största driftskostnadsposterna.

Vid underskott på tillgängliga närsalter i den biolo- giska reningen uppstår vanligen problem, såsom ofullständig nedbrytning av organiskt material och dåliga separations- och avvattningsegenskaper hos bioslammet. Närsaltsbrist i en aktivslamprocess resulterar ofta i kraftig tillväxt av fila- mentbildande bakterier, vilka orsakar slamseparationsproblem i form av så kallad slamsvällning, medan närsaltsbrist i en biofilmsprocess kan ge upphov till stora mängder finsuspende- rad biomassa, som är mycket svår att avskilja.

Föreliggande uppfinning avser ett förfarande av inled- ningsvis angivet slag, vilket enligt patentkravet 1 känne- tecknas av att den biologiska nedbrytningsprocessen i bio- filmsprocessen drivs under begränsning av något av närsalter- na kväve och fosfor genom att kvoten mellan de till biofilms- processen tillförda mängderna av BOD; och biologiskt till- gängligt kväve hälls inom intervallet 60:l till 240:1, före- trädesvis inom intervallet 80:l till l80:l, särskilt inom intervallet lOO:l till 150:l, och/eller kvoten mellan de till biofilmsprocessen tillförda mängderna BOD5 och biologiskt tillgänglig fosfor hålls inom intervallet 300:l till l200:l, företrädesvis inom intervallet 450:l till 900:l, särskilt inom intervallet 500:l till 700:l. Detta förfarande kombine- rar sàlunda behandlingen av avloppsvatten i en biofilmspro- cess följd av en aktivslamprocess med drift av biofilmspro- 00-05-29 E:\PUBLIC\DOC\P\4490-001 .døc Sm/ms cessen under kraftig närsaltsbegränsning, vilket har oväntat visat sig ge stora processmässiga fördelar. Den biomassa, som bildas i biofilmsprocessen under sådana förhållanden, har visat sig lättnedbrytbar i efterföljande aktivslamprocess, vilket resulterar i en mycket låg bioslamproduktion i den totala kombinerade processen. Genom nedbrytningen av bio- filmsbiomassan i aktivslamsteget frigörs en del närsalter, som kan utnyttjas av det aktiva slammet. I de flesta fall har dessa frigjorda närsalter visat sig vara tillräckliga för aktivslamprocessen, vilket innebär att närsaltsbehovet för den totala processen blir mycket lågt jämfört med konventio- nella processer. I de fall extra närsalter krävs i aktivslam- processen kan en dosering av kväve och/eller fosfor ske di- rekt till aktivslambassängen. Förutom låg slamproduktion och låg närsaltsförbrukning har förfarandet enligt uppfinningen visat sig ge mycket goda separations- och avvattningsegenska- per hos bioslammet. Genom den låga slamproduktionen ökas också den så kallade slamåldern i processen, vilket gör att en längre gående nedbrytning av det organiska materialet kan uppnås med ett förfarande enligt uppfinningen än vid ett konventionellt förfarande med samma totala processvolym; Goda slamseparationsegenskaper och obefintligt närsaltsöverskott leder också sammantaget till mycket låga närsaltsutsläpp till recipienten.

För att erhålla de stora fördelarna med uppfinningen har det visat sig nödvändigt att något av närsalterna kväve eller fosfor föreligger i kraftigt underskott i förhållande till det nedbrytbara organiska materialet i biofilmsproces- sen. Vid en sådan begränsning minskar reduktionen av orga- niskt material i biofilmsprocessen något, men stora fördelar som beskrivits ovan uppnås genom den förändring av 516 49:; 4 00-05-29 B:\PU'BLIC\DOC\P\4490-001 .dOC Sm/mfl överskottsbiomassans karaktär som erhålles. Vid ett alltför stor underskott av något närsalt minskar dock reduktionen alltför mycket, så att den positiva effekten uteblir. Det har därvid visats, att förhållandet mellan mängderna BOD5 och biologiskt tillgängligt kväve in till biofilmsprocessen bör ligga inom intervallet 60:l till 240:1, företrädesvis inom intervallet 80:1 till l80:l, särskilt inom intervallet lO0:l till l50:l och/eller förhållandet mellan mängderna BOD5och att biologiskt tillgänglig fosfor in till biofilmsprocessen bör ligga inom intervallet 300:1 till l200:l, företrädesvis inom intervallet 450:l till 900:l, särskilt inom intervallet 500:1 till 700:1. Eftersom förfarandet enligt uppfinningen kräver en betydande brist på något närsalt i biofilmsproces- sen, är det inte lämpat för avloppsvatten, som naturligt innehåller högre nàrsaltsnivàer än de som anges i ovanstående intervall, till exempel de flesta kommunala avloppsvatten. I de flesta industriella avloppsvatten föreligger dock något av närsalterna kväve och fosfor i låg nivå i förhållande till BOD. Genom att tillsätta en avpassad mängd närsalt så att ett BOD till kväve- eller fosforförhållande enligt ovan angivna kvoter erhålles, kan driftsfördelarna med förfarandet enligt uppfinningen erhållas för dessa avloppsvatten.

I vissa fall kan nedbrytningen av överskottsbiomassan från biofilmsprocessen i aktivslamprocessen vara så effektiv, att frigjorda närsalter skapar ett närsaltsöverskott i aktiv- slamprocessen. För att minska utsläppen av närsalter och minska närsaltsförbrukningen är det möjligt att i sådana fall återföra en delström av det utgående avloppsvattnet från aktivslamprocessens separationssteg till biofilmsprocessen.

På detta sätt àterföres frigjorda närsalter och kan dosering- S16 490 00-05-29 E : \PUBLIC\DOC\P\4490-001 .doc Sm/m! en av nya närsalter till biofilmsprocessen minskas, vilket också resulterar i minskade närsaltsutsläpp.

För att uppnå bästa resultat med förfarandet enligt uppfinningen har det visat sig, att biofilmsprocessen bör drivas vid en belastning inom intervallet 2-20 kg BOD5 per m3 processvolym och dygn, företrädesvis inom intervallet 3-15 kg BOD5/m3 och dygn, särskilt inom intervallet 4-10 kg BOD5/m3 och dygn.

Inom ramen för uppfinningen kan biofilmsprocessen ut- formas på många olika sätt och delas upp i flera delsteg. En för uppfinningens funktion särskilt gynnsam utformning har dock visat sig vara den så kallade biofilmsprocessen med suspenderat bärarmaterial. I denna process hålls bärarmateri- alet i suspension och rörelse i processen genom luftinblås- ning. Med denna utformning kan förfarandet enligt uppfinning- en göras extra kompakt jämfört med utnyttjandet av andra typer av biofilmsprocesser.

En jämförelse mellan förfarandet enligt uppfinningen och behandling av avloppsvattnet i en biofilmsprocess eller aktivslamprocess var för sig eller en kombination mellan biofilmsprocess och aktivslamprocess med normal närsaltsdose- ring visar, att förfarandet enligt uppfinningen ger ett vä- sentligt bättre resultat än övriga processer, såsom framgår av TABELL 1. Försöken utfördes på ett skogsindustriellt av- loppsvatten, och som framgår av tabellen, blev produktionen av överskottsslam dramatiskt lägre med förfarandet enligt uppfinningen än med konventionella förfaranden liksom för- brukningen av kväve och fosfor. Vidare uppnåddes en något ökad reduktion av COD, beroende på den ökade slamàldern i processen, och hölls närsaltutsläppen på en lägre nivå än för någon av de andra processerna. 516 490 šïïšïï; 6 oo-os-zs s=\1>unLIc\Doc\P\4-x9o-oo1.d°c sm/m 1 4 9 Û A 53.: šuš ' äng :I ' in! än' 7 TIUBElJ¿ 1 Jämförelse mellan reningsreslutat i aktivslamprocess, biofilmsprocess och kombinerad biofilm/aktivslamprocess med normal nårsaltdosering re- spektive låg dosering enligt uppfinnnngen Aktiv- Biofilm Biofilm/ Biofilm/ slam aktivslam aktivalam konven. låg når-salt Uppehàllstid m) 20 8 3+8 3+8 COD-reduktion w) 72 65 71 75 Slamproduktion 0,21 0,28 0,16 0,05 (kg TSS/kg reducerad COD) Kväveförbrukning 15 25 15 3 (gN/kg reducerad COD) Fosforförbrukning 2 5 2 0,5 (gP/kg reducerad COD) Slamvolymindex unJm 120 80 70 50 Utgàende totalkväve 6 13 8 4 won) ' Utgående totalfosfor 0,7 2 1,4 0,4 (mg/1) För närmare förklaring av uppfinningen hänvisas till bifogade ritningar, som visar utföringsexempel på uppfinning- en, varvid 2 FIG 1 visar ett utförande av uppfinningen, vid vilket avloppsvatten behandlas i en luftad biofilmsprocess, FIG 2 visar samma processkombination som FIG 1 men med biofilmsprocessen uppdelad i tre delsteg, och FIG 3 visar samma processkombination som FIG 1 men med aktivslamprocessen utformad med flera delsteg.

I utförandet enligt FIG 1 behandlas avloppsvatten i en luftad biofilmsprocess 1 med suspenderat bärarmaterial, var- ifrån avloppsvatten utan separation av överskottsbiomassan ledes till en aktivslamprocess 2. Avloppsvattnet, som ur- _ fi.. o. g-n. va. 31.." .u . , _ :"0:'.Iø ul ca o a anno u 1:10 :'n': o Ino: oss no nu. I n. oo-os-zs s=\1>us1.1c\noc\z>\449o-oo1.acc sun/ms : g g -_~ -n- -u- -_ - -H- -n- -: 8 sprungligen innehàller 600 mg/1 BOD5, 2 mg/l biologiskt till- gängligt kväve i form av ammonium och 1 mg/1 biologiskt till- gänglig fosfor i form av ortofosfat, tillföres extra kväve vid 3 till en total halt tillgängligt kväve på 5 mg/l, för att optimala förhållanden enligt uppfinningen skall uppnås.

Ingen extra fosfor tillföres. Till aktivslamprocessen 2 är anslutet ett sedimenteringssteg 6, och koncentrarat slam fràn detta steg tillföres aktivslamprocessen 2.

I utförandet enligt FIG 2 har biofilmsprocessen 1 upp- delats i tre delsteg. Avloppsvattnet innehåller ursprungligen 2000 mg/l BOD5, 250 mg/l biologiskt tillgängligt kväve och 2 mg/l biologiskt tillgänglig fosfor. Avloppsvattnet behandlas i biofilmsprocesen 1 utan tillförsel av extra kväve och fos- for, medan däremot extra fosfor vid 4 doseras till aktivslam- processen 2 för att undvika brist i denna.

I utförandet enligt FIG 3 är aktivslamprocessen 2 ut- formad med flera delsteg och sker àterföring av en delström 5 av utgående vatten från separationssteget 6 till biofilmspro- cessen 1, varigenom närsalter, som frigjorts i aktivslampro- cessen 2, till en del áterföres till biofilmsprocessen, så att behovet av extra närsaltstillsats till biofilmsprocessen minskas. Återföringen sker med ett flöde lika med inflödet av obehandlat avloppsvatten. Avloppsvattnet innehåller ursprung- ligen 900 mg/l BOD5, 3 mg/l biologiskt tillgängligt kväve och 0,5 mg/l biologiskt tillgänglig fosfor. Avloppsvattnet till- föres extra kväve och fosfor vid 7 till totalt tillgängliga halter på 5 mg/l kväve och lmg/l fosfor.

Claims (6)

10 15 20 25 30 516 490 ' 9 00- 05-29 E: \PUBLIC\DOC\P\4490-0O1 .dOC SHI/ms PATENTKRAV

1. Förfarande för biologisk rening av avloppsvatten i vilket avloppsvattnet renas först i en biofilmsprocess och sedan i en aktivslamprocess, varvid all eller huvuddelen av överskottsbiomassan från biofilmsprocessen tilläts gå vidare till aktivslamprocessen, kännetecknat av att den biologiska nedbrytningsprocessen i biofilmsprocessen drivs under be- gränsning av något av närsalterna kväve eller fosfor genom att kvoten mellan de till biofilmsprocessen tillförda mäng- derna av BOD; och biologiskt tillgängligt kväve hålls inom intervallet 60:l till 240:l, företrädesvis inom intervallet 80:l till l80:l, särskilt inom intervallet l00:1 till l50:l och/eller kvoten mellan de till biofilmsprocessen tillförda mängderna BOD5 och biologiskt tillgänglig fosfor hålls inom intervallet 300:l till l200:l, företrädesvis inom intervallet 450:l till 900:l, särskilt inom intervallet 500:l till 700:1.

2. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat av att bio- filmsprocessen drivs vid en belastning inom intervallet 2-20 kg BOD5 per nf processvolym och dygn, företrädesvis inom intervallet 3-15 kg BOD5 per nå processvolym och dygn, sär- skilt inom intervallet 4-l0 kg BOD5 per HP processvolym och dygn.

3. Förfarande enligt något av krav l eller 2, känne- tecknat av att biofilmsprocessen utformas så att bärarmateri- alet för mikrobiell pàväxt i processen hàlls helt eller del- vis i suspension och rörelse genom luftinblàsning i proces- Sen. 10 516 490' 10 00-05-29 E : \PUEL1C\DOC\P\4490-00l .doc Sin/mi

4. Förfarande enligt nàgot av krav 1-3, kännetecknat av att ett delflöde av utgående avloppsvatten från aktivslampro- cessens separationssteg àterföres till biofilmsprocessen.

5. Förfarande enligt något av krav 1-3, kännetecknat av att ytterligare biologiskt tillgängligt kväve och/eller fos- for doseras direkt till aktivslamprocessen.

6. Förfarande enligt något av krav 1-5, kännetecknat av att biofilmsprocessen genomföres i två eller flera steg.