DK169737B1 - Fremgangsmåde til behandling af spildevand med et aktiveret slamsystem - Google Patents

Description

i DK 169737 B1

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til behandling af spildevand med et aktiveret slamsystem. Den angår i almindelighed forbedringer ved behandling af by- og/eller industrispildevand ved den aktiverede slamproces, og især 5 kontrol af driftsbetingelserne til i systemet at forøge selektiv produktion og opretholdelse af aktiv biomasse, der i det væsentlige er fri for filamentøs vækst, således at det opnåede slam har gunstige bundfældningsegenskaber, med evnen til væsentlig fjernelse af phosphatværdier fra det 10 indgående spildevand. Under de valgte driftsbetingelser i det omhandlede system opnås de anførte ønskede mål ved lavere oxygenforbrug pr. BOD-enhedsfjernelse end hidtil fornødent. (BOD betegner "biologisk oxygenbehov").

Den nærmeste kendte teknik er grundigt beskrevet i 15 US-patentskrift nr. 4.056.465, idet fremgangsmåden ifølge opfindelsen er rettet mod forbedringer i forhold til fremgangsmåden ifølge nævnte patentskrift.

Den selektive produktion af biomassearter, der er i stand til at fjerne phosphatværdier og producere et ikke-20 voluminøst slam med hurtige fældningsegenskaber, opnås ifølge det tidligere nævnte patent ved strengt at opretholde anaerobe betingelser under et første driftstrin, hvor indkommende spildevand og recirkuleret slam fra sekundær klaring blandes. Under disse betingelser undgås 25 formering af uønskede mikroorganismer med stort over fladeareal, medens væsentlige mængder BOD sorberes fra det indstrømmende spildevand af organismer med evnen dertil under anaerobe betingelser. Den første anaerobe zone kan som beskrevet i patentskriftet derefter efterfølges af en 30 oxygeneret aerob zone, hvor den føde, der først sorberedes i den anaerobe zone, odixeres, og alt tilbageværende BOD sorberes og oxideres. Under dette aerobe trin genvindes den energi, der tidligere tabtes ved hydrolyse af polyphospha-ter, og polyphosphater gendannes og oplagres i den gennem-35 luftede biomasse, hvorved phosphat fjernes fra den blandede væske.

Såfremt denitrificering af spildevandet også ønskes, antydes det i patentet, at en anoxisk zone kan være anbragt 2 DK 169737 B1 mellem den anaerobe og den oxygenerede aerobe zone.

Udtrykket "anaerob" er i det tidligere nævnte patentskrift defineret som "den tilstand, der eksisterer i en spildevandsbehandlingszone, der i det væsentlige er fri 5 for Ν0χ" (d.v.s. mindre end 0,3 ppm og fortrinsvis mindre end 0,2 ppm, udtrykt som elementært nitrogen), hvori betingelserne opretholdes således, at koncentrationen af opløst oxygen (DO) er mindre end 0,7 ppm og fortrinsvis mindre end 0,4 ppm".

10 Udtrykket "anoxisk" er i det nævnte patentskrift defineret som "den betingelse, der eksisterer i en spildevandsbehandlingszone, hvori BOD metaboliseres af nitrater og/eller nitritter i oprindelige totale koncentrationer større end ca. 0,5 ppm, udtrykt som nitrogen, og opløst 15 oxygen er mindre end 0,7 ppm, fortrinsvis mindre end 0,4 ppm".

Som yderligere beskrevet i patentskriftet skal indholdet af opløst oxygen (DO) i den aerobe zone opretholdes over 1 ppm og fortrinsvis over 2 ppm for at sikre 20 tilstrækkelig oxygennærværelse i den aerobe oxygenerede zone til at gennemføre den ønskede metabolisme af BOD og den ønskede phosphatoptagelse. I de adskillige udførelseseksempler i patentskriftet ligger den gennemsnitlige anvendte DO i den totale aerobe zone tæt ved eller over 6 25 ppm.

Systemer af den type, der er vist i fig. 1 i US-patentskrift nr. 4.056.465, med en initiel anaerob zone efterfulgt af en oxidationszone benævnes til tider "A/O-systemer". Systemer af den type, der er vist i fig. 2 i det 30 nævnte patentskrift, med en anoxisk zone mellem de anaerobe og oxidationszonerne benævnes som "A/A/O"- eller "A2/0"-systemer.

Det har nu vist sig, at der med det omhandlede system og fremgangsmåde kan opnås væsentlige besparelser 35 ved driftsomkostningerne med effektiv BOD-f jemelse, medens er opnås tæt slam med gode bundfældningsegenskaber og en ønsket høj og op til tilstrækkelig fjernelse af phosphat fra det indstrømmende spildevand. Disse omkostningsbe- 3 DK 169737 B1 spareiser resulterer i det væsentlige i lavere oxygenforbrug og nedsatte kraftkrav til oxygenmasseoverføring end ved både (1) de konventionelle fuldstændig aerobe aktiverede slamsystemer af kendt art, hvor der anvendes luft eller 5 mere koncentreret oxygengas, og (2) andre beskrevne systemer, hvor der anvendes ét eller flere anaerobe trin i forbindelse med ét eller flere aerobe trin som i US-patentskrift nr. 4.056.465.

Driften af det omhandlede system adskiller sig fra 10 de hidtil kendte ved, at systemet ifølge opfindelsen ikke er begrænset af en minimal koncentration af opløst oxygen i oxidationszonen, hvorimod der ved den kendte teknik krævedes en koncentration af opløst oxygen eller NOx‘ ækvivalent på mindst 1 ppm og fortrinsvis væsentligt større 15 end 2 ppm.

Opfindelsen angår således en fremgangsmåde som ovenfor nævnt, hvorved man: a) fremstiller en blandet væske ved først at blande aktiveret biomasse med BOD-holdigt spildevandstilløb i en 20 BOD-sorptionszone; b) i en efterfølgende oxidationszone oxiderer BOD, der findes i den blandede væske, deriblandt mindst en del af det i biomassen sorberede BOD; c) lader den således oxiderede blandede væske sætte 25 sig til adskillelse af den ovenstående væske fra det mere tætte slam, der inkluderer biomasse; d) recirkulerer i det mindste en del af dette mere tætte slam til opnåelse af aktiveret biomasse i den første BOD-sorptionszone; og 30 e) eventuelt indskyder et anoxisk trin mellem trin a) og trin b); fremgangsmåden er ejendommelig ved, at man udfører sammenblandingen i trin a) under sådanne valgte betingelser, at mindre end 5% af det totale B0D5 oxideres af oxygen 35 eller af andre oxygenerende midler, og at mindst 25% af det opløselige BOD5 sorteres af biomassen i denne sorptionszone, idet betingelserne i denne BOD-sorptionszone kontrolleres således, at der i zonen opnås et F/Mg-forhold på 4 DK 169737 B1 mindre end 10, hvor F er vægten af den totale BOD5 tilført med spildevandstilløbet pr. dag, og M2 er vægten af biomasseflygtige suspenderede faste stoffer, der findes i denne BOD-sorptionszone, og at man udfører oxidationen i 5 trin b) under kontrollerede beluftningsbetingelser således, at mindst 30% af det totalt tilstrømmende BOD5 oxideres, hvilke betingelser inkluderer et indhold af opløst oxygen i oxidationszonen på mindre end 1 ppm, og at man styrer oxygenforbruget ved regulering af det totale F/M1-forhold 10 (over hele anlægget), hvor M, er biomasseflygtige suspen derede faste stoffer i alle systemets zoner, inkluderende en eventuelt tilstedeværende anoxisk zone.

Foretrukne udførelsesformer for fremgangsmåden ifølge opfindelsen beskrives i underkravene.

15 I den første sorptionszone reguleres betingelserne, så der undgås overdreven oxidation af BOD i denne zone, især i tidsrummet fra start, og til i det væsentlige "steady state"-drift opnås. Når systemet har nået "steady state", kan det tillades, at der foregår en højere grad af 20 oxidation i sorptionszonen, uden at der sker en hurtig ud vaskning af de ønskede arter i den dannede biomasse.

Det biologiske tryk, der resulterer i valget af foretrukken biomasse, sker i BOD-sorptionszonen. I den efterfølgende BOD-oxidationszone frembringes energi ved 25 metaboliseringen af BOD som et resultat af oxidationen, hvilken energi anvendes ved væksten af biomassen og fjernelse af phosphatværdier fra den ydre væske til biomassens indre. De foretrukne arter biomasse, der selektivt dannes og formeres under de begyndelsesbetingel-30 ser, der opretholdes i BOD-sorptionszonen ifølge opfindel sen, har en karakteristik, der ikke sædvanligvis findes i de fleste konventionelle aktiverede slamsystemer. Det er blevet observeret, at oxygenoptagelseshastighederne er relativt langsomme i BOD-oxidat ions zonen ved den omhandlede 35 fremgangsmåde i sammenligning med konventionelle aktiverede slamsystemer. På grund af den langsomme oxygenoptagelse kan fremgangsmåden ifølge opfindelsen udøves som en højhastighedsmetode med minimalt forbrug pr. fjernet BOD-enhed.

DK 169737 Bl 5

Besparelserne i kraftforbrug og oxygenanvendelse opnås ved at inkorporere oxidationsmiddel i oxidationszonen med en hastighed, der ikke i det væsentlige overskrider oxidationshastigheden for BOD5.

5 Den vedhæftede tegning viser et skematisk og diagrammatisk sidebillede af et forenklet system til udøvelse af opindelsen.

På tegningen vises et modificeret aktiveret slambehandlingsanlæg, der i mange henseender svarer til det, der 10 er afbildet i fig. 1 i US-patentskrift nr. 4.056.465. Det spildevand, der skal behandles, i almindelighed, men ikke nødvendigvis, i form af klaret spildevand fra en primær sedimenteringstank eller klaringsanlæg (ikke vist), går først ind i BOD-sorptionszone A gennem en tilføringsledning 15 11. I sorptionszonen A blandes det indstrømmende spildevand med recirkuleret slam, der er udfældet i en sedimenteringstank eller sekundært klaringsanlæg 12, og recirkuleres til zonen A gennem en ledning 13. En mindre del af det udfældede slam fjernes af en ledning 14. Den rensede oven-20 stående væske sendes via en ledning 15 til modtagestrømme eller reservoirer med eller uden yderligere behandling efter behov.

Som vist er zone A fortrinsvis opdelt, så der opnås to eller flere væskebehandlingsafsnit til opnåelse af 25 såkaldt "plug flow" af væsken gennem BOD-sorptionszonen A.

Det har vist sig, at tilvejebringelse af fysisk opdelte afsnit eller den hydrauliske ækvivalent dertil bedst sikrer, at den ønskede frihed for filamentøs vækst og derved opnåelse af gode slamegenskaber opnås, selv under 30 ugunstige betingelser. Sådanne ugunstige betingelser inkluderer f.eks. drift med lave BOD-koncentrationer, hvori biomasse med stort overfladeareal ville have en fordel i konkurrencen om BOD-sorption ved lav koncentration. Passage af ikke-behandlet BOD gennem BOD-sorptionszonen minimeres.

35 I den særlige viste udførelsesform er zone A angivet som opdelt i to afsnit eller kamre 16 og 17, hver udstyret med røreorganer 19. Væsken passerer i omtrent "plug flow" gennem zone A's adskillige afsnit og udledes til en BOD- 6 DK 169737 B1 oxidationszone B.

Skønt zone A er vist med to opdelte afsnit 16 og 17, bemærkes det, at der kan anvendes tre eller flere sådanne afsnit. Zone A og B kan være separate forbundne kar, der er 5 forsynet med passende midler til at gennemføre en i det væsentlige ensrettet strømning af væske fra zone A til zone B med minimal tilbageblanding.

Gennemluftning af væsken gennemføres på kendt vis i zone B. Således kan der, som vist, tilføres trykluft i 10 bunden af oxidationszonen med drejekors 20. Om ønsket kan der i stedet for eller ud over drejekors anbringes mekaniske gennemluftere i den oxygenerede zone. Endvidere kan der i stedet for luft føres oxygen af en vilkårlig ønsket renhed til zone B, i hvilket tilfælde det kan være nødven-15 digt med passende midler til at dække hele eller en del af zonen. I praksis kan der forekomme nogen oxidation, fortrinsvis op til ikke mere end ca. 1% af det totale BOD5 i det indstrømmende spildevand i zone A, men normalt sker i det væsentlige hele oxidationen i zone B.

20 Som vist i figuren er zone B opdelt i to væskebe handlingsafsnit 26 og 27, skønt det bemærkes, at der om ønsket kan anvendes et større antal sådanne afsnit. En af årsagerne til opdeling i zone B er, at phosphatoptagelse erfaringsmæssigt synes at være en første ordens reaktion i 25 forhold til koncentrationen af opløseligt phosphat. Således opnås den lave phosphatværdi i effluenten bedst med "plug flow" konfiguration.

Zone A er her angivet som en BOD-sorptionszone i et spildevandsbehandlingsanlæg. Udtrykket "BOD-sorptionszone" 30 refererer med hensyn til det beskrevne omhandlede system til og er defineret som den zone i spildevandsbehandlings-anlægget, hvori det indstrømmende spildevand og recirkuleret slam først blandes, og hvori mindst 25% og fortrinsvis mindst 50% af det opløselige BOD5-indhold i det 35 indstrømmende spildevand overføres fra den vandige fase af den blandede væske til det faste slam. Udtrykket "opløseligt B0D5" henviser til biologisk oxygenbehov, der passerer gennem et 1,25 μιη glasfiberfilter, ud over oxygen, 7 DK 169737 B1 der kræves til oxidation af nitrogenværdier.

Til opnåelse af den anførte overføringsgrad af det opløselige BOD5 fra den vandige fase til det faste slam er det vigtigt, at følgende betingelser overholdes.

5 1. F/M2-Forholdet i sorptionszonen, som beskrevet nedenfor, opretholdes på mindre end 10 og fortrinsvis mindre end 5. F er vægten af det totale BOD5, der introduceres af det indstrømmende spildevand pr. dag, og M2 er vægten af biomasse, målt som flygtige 10 suspenderede faste stoffer i den blandede væske, d.v.s. MLVSS i BOD-sorptionszonen.

2. Under den begyndende drift fra start, og indtil der er opnået en i det væsentlige "steady state"-drift, er det væsentligt, at mindre end 2% og 15 fortrinsvis mindre end l% af det indstrømmende totale B0Ds oxideres, hvad enten af oxygen eller andre oxidationsmidler, der er til stede i BOD-sorptionszonen.

3. Efter at "steady state"-drift er opnået, kan der 20 fås god virkning med en noget højere oxidationsgrad i BOD-sorptionszonen. Selv i et sådant tilfælde er det bedst, at mindre end 5% og fortrinsvis mindre end 3% af det indstrømmende totale BOD5 oxideres med oxygen og/eller andre oxidationsmidler i sorptions-25 zonen.

Som anført ovenfor finder den væsentlige oxidation af BOD, der er til stede i det indstrømmende spildevand, sted i oxidationszonen B. Udtrykket "oxidationszone", som det anvendes under henvisning til det omhandlede system, er 30 defineret som den zone i spildevandsbehandlingsanlæg, hvori der anvendes midler til oxygenmasseoverføring, og den blandede væske fra BOD-sorptionszonen bringes i kontakt med oxygen og/eller oxidationsmidler under betingelser og i et tidsrum, der er tilstrækkeligt til at oxidere mindst 30% af 35 det totale B0D5, der var til stede i det oprindelige indstrømmende spildevand.

Som allerede angivet ovenfor er det vigtigt, at oxidationen begrænses i BOD-sorptionszonen, selv under 8 DK 169737 B1 "steady state "-drift, og at der i startfasen af den omhandlede fremgangsmåde sørges for, at betingelserne holdes, således at ikke mere end 2% og fortrinsvis mindre end 1% af det totale BOD5 oxideres ved reaktion med enten 5 oxygen eller andre oxidationsmidler (såsom nitrit og/eller nitrat—N0X—) i BOD-sorptionszonen. For at sikre, at oxidationsgraden i BOD-sorptionszonen ligger under eller ikke er større end de angivne maxima, kan én eller flere af følgende forholdsregler anvendes: 10 A: Karret (eller karrene), der udgør zone A, kan være forsynet med et tæppe af nitrogen eller en anden inert gas ved væskeoverfladen for at forhindre adgang for atmosfærisk luft; eller et løst passende dæksel kan være anbragt ved eller over væskeoverfla-15 den, eller et stift dæksel kan være anbragt over væskeoverfladen med eller uden et inert gastæppe. I stedet for eller ud over disse angivne måder til at begrænse graden af en eventuel oxidation, der kunne finde sted i BOD-sorptionszonen, kan nitrogengennem-20 strømningsgas tilsættes i zone A.

B. Organer til gasmasseoverføring udelukkes fra BOD-sorptionszonen. Zonen er udstyret med omrørere som f.eks. vist ved 19 på tegningen, i modsætning til drejekors, overfladegennemluftere eller andre gas- 25 væskemasseoverføringsapparater.

C. Det må omhyggeligt undgås, at overskydende mængder af et vilkårligt oxidationsmiddel, såsom nitrat og/eller nitrit (N0X'), sættes til BOD-sorptionszonen. Det sidstnævnte medfører kontrol af 30 ikke blot N0X‘, der kan være til stede i det ind strømmende spildevand, men også N0X*, der kunne blive recirkuleret til denne zone fra en kilde beliggende neden for zonen i strømmens retning. Tilført spildevand indeholder normalt kun lidt eller 35 intet NOx' på grund af reduktion af nitrater og/eller nitritter af BOD under tilstedeværelse af mikroorganismer i de kloakledninger, der fører til behandlingsanlægget. En potentiel kilde for N0X' er recirkuleret blandet væske fra 9 DK 169737 B1 BOD-oxidationszonen i nitrificerende biologiske systemer, d.v.s. de der er konstrueret til at gennemføre oxidation af ammoniakalsk BOD til ΝΟχ'. I sådanne systemer recirkuleres en del af den blandede væske fra den aerobe zone som vist 5 i fig. 2 i US-patentskrift nr. 4.056.465, hvor en anoxisk zone er anbragt mellem den første anaerobe behandlingszone og den oxygenerede aerobe zone, til den mellemliggende anoxiske zone for at gennemføre en reduktion af N0X' deri.

Den omhandlede opfindelse kan anvendes på systemer, 10 der inkluderer en anoxisk zone, anbragt mellem BOD-sorp- tionszonen (A) og oxidationszonen (B). Til beregning af BOD-oxidationsgraden ved opfindelsen skal BOD-oxidation i den anoxiske zone tælles med, som var den foregået i oxidationszonen. I sådanne nitrificerende systemer skal den 15 mængde N0X", der føres til BOD-sorptionszonen, imidlertid kontrolleres, så man undgår recirkulation af blandet væske fra den aerobe zone i et sådant system til BOD-sorptions-zonen, og også ved at kontrollere NOx‘-indholdet i det recirkulerede slam fra klaringstankunderstrømmen. N0X*-20 Koncentrationen i det recirkulerede slam kan kontrolleres ved at sørge for en tilstrækkelig opholdstid i klaringstanken og slamrecirkulationsledningen til at muliggøre en tilstrækkelig fjernelse af NOx" ved reduktion til elementært nitrogen ved reaktiv kontakt med den biomasse, der er til 25 stede i den recirkulerede slamblanding.

Konventionelle biologiske spildevandssystemer har ikke været i stand til at frembringe tæt, aktivt filamentfrit slam og også fjerne væsentlige phosphorværdier uden tilsætning af kemikalier. Dette antyder, at biologien ved 30 den omhandlede fremgangsmåde ikke forekommer naturligt, men er et resultat af det påførte tryk for at fremstille en "steady state" biologi med de angivne ønskede egenskaber.

Start af systemet ifølge opfindelsen kræver, at der pålægges et strengt biologisk tryk, så de foretrukne 35 organismer kan udkonkurrere de konventionelle. Dette opnås ved drift af BOD-sorptionszonen med minimal tilstedeværelse af oxidationsmidler for at maksimere det pålagte tryk. I dette tilfælde udføres maksimumstryk ved maksimal ude- 10 DK 169737 B1 lukkelse af oxygen og andre oxidationsmidler fra den første BOD-sorptionszone. Således har de organismer, der kan anvende en ikke-oxidativ energikilde, d.v.s. hydrolyse af polyphosphater, en fordel ved, at kun de har den fornødne 5 energi til at gennemføre aktiv transport af BOD fra selve væsken hen over mikroorganismens cellevæg til organismens indre. I den udstrækning energien til BOD-transporten fås på denne måde, har polyphosphatholdige mikroorganismer en fordel ved sorbering af BOD (eller næringsmiddel forsyning), 10 der gør det muligt for disse organismer at dominere popula tionen efter på hinanden følgende cirkulationer gennem systemet. Dette er ikke tilfældet i konventionelle aktiverede slamsystemer.

Ved den initielle drift ved udøvelse af den omhand-15 lede fremgangsmåde fra start og indtil opnåelse af "steady state"-drift, må der, som angivet ovenfor, sørges for at minimere BOD-oxidationsgraden i BOD-sorptionszonen. I praksis bør det maksimalt tilladte indhold af oxygen og/eller andre oxidationsmidler, såsom nitrat og/eller 20 nitrit, udtrykt som oxygenækvivalent være således, at mindre end 2% og fortrinsvis mindre end 1% af det totale B0D5 i det indstrømmende spildevand oxideres i denne zone. Såfremt disse forholdsregler overholdes under start og begyndende drift af systemet, fremkommer der både gode 25 slamegenskaber og forøget phosphatfjernelse inden for fra to til seks uger. Opnåelse af "steady state"-drift med disse ønskede egenskaber kan accelereres ved tilsætning af "podningsslam", der indeholder polyphosphatværdier.

Udførelsen af den omhandlede fremgangsmåde afhænger 30 af den initielle tilstedeværelse af en effektiv BOD- sorptionszone. Imidlertid fungerer biologien ved det omhandlede system endog i tilfælde med for stor oxidation i sorptionszonen, indtil de ønskede aktive slamarter erstattes af konventionelt slam. Det er blevet observeret, 35 at en sådan erstatning finder sted relativt langsomt, f.eks. inden for et tidsrum på ca. en til to måneder. Når systemet har opnået "steady state", kan det tillades, at der sker en noget højere oxidationsprocentdel i BOD- 11 DK 169737 B1 sorptions zonen, uden at der sker en hurtig udvaskning af polyphosphatholdigt slam. Udvaskning opdages ved nedbrydningen af slammets udfældningsegenskaber og en reduceret evne til at fjerne phosphat. Hvis en forstyrrelse 5 forekommer, kan normaldrift genoprettes i tide ved strengt at begrænse den tilladte oxidationsgrad i BOD-sorptionszonen på samme vis som under starten.

Skønt, som forklaret ovenfor, det biologiske tryk, der resulterer i udvælgelsen af en foretrukken biomasse, 10 sker i BOD-sorpt ions zonen, er funktionen af BOD-oxidations- zonen (B) at frembringe energi ved oxidation af BOD. Denne energi anvendes til vækst af biomasse og overføring af phosphatværdier fra den egentlige væske til biomassens indre. Fjernelse af phosphat og oplagring i biomassen som 15 polyphosphater anslås at kræve fra ca. 1 til 5% af den energi, der frembringes ved oxidation af BOD. Det menes derfor, at den foretrukne biomasse ifølge opfindelsen ikke forekommer i de fleste konventionelle aktiverede slamsystemer, eftersom de arter, der ikke har energibehov for 20 phosphatsorption og oplagring, er i stand til at anvende mere energi til vækst og derfor vil dominere, medmindre BOD tilføres i en sorptionszone, som angivet ved den omhandlede opfindelse.

Det er også blevet observeret, at oxygenoptagelses-25 hastighederne er relativt langsomme i BOD-oxidationszonen ved den omhandlede fremgangsmåde i sammenligning med konventionelle aktiverede slamsystemer. For eksempel overskrides en oxygenoptagelseshastighed på 30 milligram oxygen pr. gram WS pr. time ved 20°C sjældent ved udøvelse 30 af den omhandlede opfindelse, hvorimod oxygenoptagelses hastigheden ved konventionel gennemluftning kan være mere end dobbelt så stor, som beskrevet i f.eks. US-patentskrift nr. 3.864.246. Dette antyder, at det i sorptionszonen sorberede BOD oplagres i en form, der kun langsomt er 35 tilgængelig for oxidation. Resultatet er, at den initielle oxygenoptagelseshastighed er langsom og yderligere falder langsomt med tiden.

På grund af de foran nævnte betragtninger kræver den 12 DK 169737 B1 omhandlede fremgangsmåde ved anvendelse i et højhastighedssystem minimalt oxygen pr. fjernet BOD-enhed. Ikke oxideret BOD fjernes naturligvis med slammet. Der må imidlertid foregå en tilstrækkelig oxidation til at oxidere mindst 30% 5 af det totale til systemet førte B0D5. Såfremt BOD ikke oxideres i en tilstrækkelig grad, hæmmes sorptionen af frisk BOD ved recirkulation af klaringstankunderstrømmen til den første sorptionszone. Dette har en skadelig virkning ved, at progressivt mindre mængder indstrømmende 10 BOD sorberes i den første zone efter gentagne cirkulatio ner, og progressivt større mængder ikke-sorberet BOD overføres til oxidationszonen, hvor det sorberes og metaboliseres af konventionelle mikroorganismer. Under sådanne betingelser udvaskes de polyphosphatakkumulerende 15 mikroorganismer med tiden.

Det har vist sig, at den minimale oxidation, der kræves i systemet, er 30% af det totale BODs i det indstrømmende spildevand. I et højhastighedssystem varierer oxygenforbruget fra 30 til 100% af B0D5 i det indstrømmende 20 spildevand. Et højhastighedssystem er defineret ved hjælp af det totale F/M1 som et sådant med et totalt F/M.,-forhold større end eller lig med ca. 0,3. F er vægten af det totale af spildevandet tilførte BOD5 pr. dag, og M1 er vægten af MLVSS, der findes i alle zonerne i det omhandlede system, 25 inkl. BOD-sorptionszonen, BOD-oxidationszonen og den anoxiske zone, såfremt den er til stede. Med et totalt F/M1 på mindre end ca. 0,3 og ned til ca. 0,08 ligger oxygenforbruget fra ca. 80 til 150% af det totale BOD5-indhold i det indgående spildevand. Oxygenbehov på over 100% tilskrives 30 det faktum, at B0D5 kun udtrykker ca. 2/3 af BOD (uende lig) .

Det er blevet observeret, at ved drift af højhastighedssystemer, d.v.s. med et totalt F/M1 på over 0,3, anvender den omhandlede fremgangsmåde væsentligt mindre 35 oxygen end konventionelle aktiverede slamsystemer. Endvi dere fortsætter et sådant system selv ved sådanne store gennemgangshastigheder med at fjerne BOD og væsentlige phosphatmængder, medens der opretholdes et ønskværdigt 13 DK 169737 B1 ikke-filamentøst biomasseartproducerende slam med fremragende udfældningsegenskaber.

Det opnåede slam har en SVI på i almindelighed mindre end ca. 100 og en klaringstankunderstrøm med en 5 faststofkoncentration større end ca. 1%. For at opretholde disse ønskede egenskaber ved systemet skal betingelserne reguleres således, at mindst ca. 30 til 40% af det totale B0D5 oxideres i systemet. En svigten heraf resulterer i progressiv forværring af slamegenskaberne og mindre 10 phosphatfjernelse.

En vigtig konsekvens af, at den biologiske selektion foregår i BOD-sorptionszonen er, at der herved ikke længere eksisterer et krav på en minimal koncentration af opløst oxygen (DO), der skal opretholdes i oxidationszonen for at 15 opnå den fornødne minimale 30% oxidation. Dette er i modsætning til den kendte teknik (som angivet f.eks. i US-patentskrifterne 3.864.246 og 4.162.153), hvor der kræves minimale DO-niveauer på mindst 1 ppm og i almindelighed mere end 2 ppm opløst oxygen. Opretholdelsen af de høje 20 niveauer af opløst oxygen udtrykker sig ved store kraft krav. F.eks. ved reduktion af DO-niveauet fra 2 ppm til et niveau på mindre end 1 ppm i et system, hvor der anvendes atmosfærisk luftoxidation, reduceres energikravet for at overføre en given oxygenmængde fra gassen til systemets 25 væskefase med fra ca. 14 til 25%. Ved udøvelse af den omhandlede fremgangsmåde er niveauet af opløst oxygen ikke den kontrollerende faktor, men nærmere den procentdel totalt BOD, der oxideres i de respektive zoner.

Det eneste, der kræves for at opnå den nødvendige 30 oxidation, er, at oxidationsmidlet indføres i oxidations zonen med en hastighed, der i det væsentlige svarer til oxidationshastigheden.

Såfremt oxidationsmidlet tilsættes med en hastighed, der ikke i det væsentlige overskrider oxidationshastig-35 heden, kan der opnås store besparelser i kraft og oxygen forbrug. Det viste sig, at man ved at tilsætte oxidationsmiddel med en hastighed, der ikke oversteg den målte oxidationshastighed med ca. 0,5% og fortrinsvis ikke 14 DK 169737 B1 overskred oxidationshastigheden med 0,4%, kunne opnå et meget mere effektivt system end de hidtil kendte systemer, der kræver tilstedeværelsen af et DO-niveau på mindst 1 ppm. Tilsætning af oxidationsmidler med denne hastighed 5 resulterer i et lavt DO-niveau i oxidationszonen. Det er derfor muligt at drive dette system ved at overvåge DO-niveauet i oxidationszonen såvel som ved at måle oxygenoptagelseshastigheden. Såfremt systemet drives ved at overvåge DO-niveauet, bør et DO-niveau på ca. 0,6 ppm ikke 10 overskrides for at sikre, at oxidationsmidlet ikke til sættes med en hastighed, der overstiger oxidationsoptagelseshastigheden med mere end ca. 0,5%, og fortrinsvis bør et DO-niveau på ca. 0,4 ppm ikke overskrides for at sikre, at oxidationsmidlet ikke tilsættes med en hastighed, 15 der overstiger oxidationshastigheden med mere end ca. 0,4%.

Skønt et system til udøvelse af den omhandlede fremgangsmåde kan drives effektivt, såfremt oxidationsmidlet tilsættes i oxidationszonen med en hastighed, der er lig med oxygenforbrugshastigheden, resulterende i et DO-20 niveau på 0 ppm, vil systemet ikke længere arbejde effek tivt, og den valgte biomasse ville med tiden blive udvasket, såfremt tilsætningshastigheden for oxidationsmidlet falder til under denne værdi. For at forhindre denne type udvaskning foretrækkes det, at et sådant system drives ved 25 at tilsætte oxidationsmiddel i oxidationszonen med en hastighed, der overstiger den målte oxygenoptagelseshastighed med i det mindste ca. 0,1% eller, såfremt systemet drives ved at overvåge DO-niveauet i oxidationszonen, at der opretholdes et DO-niveau på mindst ca. 0,1 30 ppm.

Startperioden for et system til udøvelse af den omhandlede fremgangsmåde er defineret som den tid, der kræves af systemet til at udvikle biomasse af den ønskede type, hvilket ses ved konstantholdt BOD ved phosphat-35 fjernelse og slamudfældningsegenskaber. Den kan også defineres som den tid, der kræves af systemet for at komme sig efter driftsforstyrrelser.

Startperioden kan reduceres væsentligt ved at pode 15 DK 169737 B1 et system med slam, der tidligere er blevet oparbejdet i et driftssystem af en sådan type.

Eksempel 1 5 Et prøveanlæg med en BOD-sorptionszone A, bestående af tre 220 liter afsnit og en BOD-oxidationszone B, bestående af fire 557 liter afsnit, podedes til at begynde med med 28,4 liter væske indeholdende ca. 1% phosphat-fjernende slam og opnået fra "steady state"-drift af en 10 laboratorie Α/0-enhed.

Tre uger efter tilsætningen af podningsslammet opnåedes en stabil drift for phosphatfjernelsen.

Anlægget blev drevet i en uge ved et lavt DO-niveau (0,27 ppm). Under driftsperioden med lavt DO holdtes alle 15 afsnittene i oxidationszonen (B) ved et niveau under 1 ppm.

I begge perioder gjordes intet forsøg på at regulere tilgængeligt oxygen, og oxygen var i rigelig grad tilgængeligt i oxidationszonen, som antydet ved det relativt høje oxygenforbrug på over 1,5 kg brugt oxygen pr. kg 20 fjernet BOD (ikke filtreret tilløb minus filtreret udløb), d.v.s. kg 02/kg B0DR(U-F).

Driften med højt DO viste bedre phosphatfjernelse end driften ved lavt DO på grund af det højere totale F/M-,-forhold og højere B0Ds/Ps-forhold.

25 De ved eksempel 1 opnåede data er anført i tabel 1.

Tabel 1 IDT (time) 1,59 T, eC 22,5 30 middel-MLVSS, ppm 2683 middel-DO, ppm A zone 0,2 B zone 0,27 F/M, totalt 0,63 F/M2 A zone 2,77 35 B0Ds/Ps 11,2 B0Ds, ppm tilløb 55 udløb 2 16 DK 169737 B1

Tabel 1 (fortsat) % sorberet i A 57 TSS, ppm indløb 104 5 udløb 21 ΒΟϋγ/ ppm indløb 112 udløb 9,5

Ps, ppm 10 indløb 4,9

Udløb 1,9 netto fj ernet 3,0 SVI 23 15 SVI = slam volumen index (Mohlmann) BODT = totalt BOD5 BODs = opløseligt B0D5

Ps = opløseligt phosphat, udtrykt som elementært phosphor, P

20 TSS = totalt suspenderet faststof

Af driften i eksempel 1 er det klart, at der kan spares en væsentlig energimængde til oxygenoverføring i oxidationszonen. Det er således beregnet, at der kunne 25 opnås en besparelse på 23% i kraftbehovet ved at drive oxidationszonen (B) ved et DO-niveau på 0,5 ppm, i sammenligning med f.eks. drift ved 10 ppm. Denne beregning er baseret på anvendelse af relativt rent oxygen i systemet, som bestemt ved oxygenets opløselighed i vand ved atmos-30 færisk tryk.

Phosphatfjernelse ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen påvirkes ikke meget, hvad enten der er højt eller lavt DO i oxidationszonen. Det synes derfor, som om der kan fås tilfredsstillende resultater med et A/O-system under en 35 periode med stabil drift, såfremt DO i oxidationszonen ligger på et niveau under 1 ppm, forudsat at ikke mere end 2% af det totale indstrømmende B0D5 oxideres i BOD-sorp-tionszonen, og at ikke mindre end 30% af det indstrømmende 17 DK 169737 B1 totale BOD5 oxideres i det totale system.

Eksempel 2

Det følgende angiver en foretrukken udførelsesform 5 for fremgangsmåden ifølge opfindelsen og viser en frem ragende drift af et A/O-system, hvor det i oxidationszonen opretholdte DO-niveau er på 0,3 ppm, med heraf følgende store besparelser i den krævede gennemluftningskraft.

Prøveanlægget bestod af en BOD-sorptionszone med tre 10 afsnit på hver 220 liter og en oxidations zone med fire afsnit på hver 557 liter. Driftsbetingelserne og resultaterne er anført i tabel 2.

Tabel 2 15 Tilløbstilbageholdelsestid (IDT) timer 1,6

Slamrecirkulation i forhold til tilløbet (rumfang/rumfang) 0,20 MLVSS gennemsnitligt, ppm 2700

Temperatur, °C 23 20 F/M1 totalt 0,63 BOD totalt, ppm tilløb 112 udløb 9,5 BOD opløseligt, ppm 25 tilløb 55 udløb 2

Totalt suspenderet fast stof, ppm tilløb 104 udløb 21 30 Opløseligt phosphat, ppm (tilløb) 4,9 (udløb) 1,9 BODs/Ps i tilløb 11 % sorption af opløseligt B0D5 i 35 BOD-sorptionszonen 57 DO gennemsnitligt i BOD-sorptionszonen, ppm 0,2 DO gennemsnitligt i oxidationszonen, ppm 0,3 DK 169737 B1

IS

Af den ovenstående tabel 2 er det klart, at et A/0-system kan virke tilfredsstillende, når der arbejdes med relativt lavt DO i oxidationszonen. Ved en sådan drift med lavt DO kan der fås betydelige besparelser i energikravet 5 til oxygenoverføring fra luften til væsken (ved samme oxygenforbrug). Den beregnede besparelse, der kan opnås ved de lavere DO-niveauer i sammenligning med drift ved DO på 3, vil fremgå af den nedenstående tabulering, der er beregnet på basis af anvendelse af luft, og at oxygen-10 mætningsniveauet i væsken ligger ved en koncentration på 8 ppm.

D.o. i BOD-oxidationszonen, ppm 0,3 1,0 2,0 3,0

Energibesparelse, % 65 29 17 0

Skønt opfindelsen er blevet beskrevet i forbindelse 15 med systemer, hvori den første BOD-sorptionszone er efterfulgt af en oxidationszone (A/O-system), er den lige så anvendelig ved systemer, der er konstrueret til NOx-fjernelse, hvori der er anbragt en anoxisk zone mellem BOD-sorptionszonen og oxidationszonen.

20

Claims (11)

1. Fremgangsmåde til behandling af spildevand med et aktiveret slamsystem, hvorved man: a) fremstiller en blandet væske ved først at 5 blande aktiveret biomasse med BOD-holdigt spilde- vandstilløb i en BOD-sorptionszone; b) i en efterfølgende oxidationszone oxiderer BOD, der findes i den blandede væske, deriblandt mindst en del af det i biomassen sorberede BOD; 10 c) lader den således oxiderede blandede væske sætte sig til adskillelse af den ovenstående væske fra det mere tætte slam, der inkluderer biomassen; d) recirkulerer i det mindste en del af dette mere tætte slam til opnåelse af aktiveret biomasse 15. den første BOD-sorptionszone; og e) eventuelt indskyder et anoxisk trin mellem trin a) og trin b); kendetegnet ved, at man udfører sammenblandingen i trin a) under sådanne valgte betingelser, at 20 mindre end 5% af det totale BOD5 oxideres af oxygen eller af andre oxygenerende midler, og at mindst 25% af det opløselige B0D5 sorberes af biomassen i denne sorptions-zone, idet betingelserne i denne BOD-sorptionszone kontrolleres således, at der i zonen opnås et F/M2-forhold på 25 mindre end 10, hvor F er væsken af det totale BOD5 tilført med spildevandstilløbet pr. dag, og M2 er vægten af biomasseflygtige suspenderede faste stoffer, der findes i denne BOD-sorptionszone, og at man udfører oxidationen i trin b) under kontrollerede beluftningsbetingelser således, 30 at mindst 30% af det totalt tilstrømmende B0D5 oxideres, hvilke betingelser inkluderer et indhold af opløst oxygen i oxidationszonen på mindre end 1 ppm, og at man styrer oxygenforbruget ved regulering af det totale F/M1-forhold (over hele anlægget), hvor M1 er vægten af biomasseflygtige 35 suspenderede faste stoffer i alle systemets zoner, inklu derende en eventuelt tilstedeværende anoxisk zone.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet v e d, at mindst 50% af det opløselige BODs i det DK 169737 B1 tilløbende spildevand sorberes af biomassen i sorptions-zonen.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet v e d, at BOD-sorptionszonen består af en række på 5 mindst to hydraulisk adskilte efter hinanden følgende afsnit.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendeteg net ved, at oxidations zonen består af en række på mindst to hydraulisk adskilte efter hinanden følgende 10 afsnit.

5. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendeteg net v e d, at den første BOD-sorptionszone holdes under anaerobe betingelser, således at mindre end 2% af det tilstrømmende totale B0D5 oxideres i zonen.

6. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendeteg net ved, at spildevandstilløbet indeholder phos-phatværdier, og at en væsentlig del af phosphatet fjernes fra opløsning i oxidationszonevæsken og oplagres i biomassen som polyphosphat.

7. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendeteg net v e d, at tilføringshastigheden af spildevandstilløbet er forbundet med den totale biomasse i sorptionszonen og oxidationszonen på en sådan måde, at der fås et totalt F/M,-forhold på over 0,3, ved hvilket F er vægten af det 25 totale af spildevandstilløbet tilførte B0D5 pr. dag, og M1 er vægten af biomasseflygtige suspenderede faste stoffer i BOD-sorptionszonen og oxidationszonen.

8. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet v e d, at der anvendes en anoxisk zone mellem BOD-30 sorptionszonen og oxidationszonen, og at tilføringshastig heden af spildevandstilløbet er forbundet med den totale biomasse i BOD-sorptionszonen, den anoxiske zone og oxidationszonen på en sådan måde, at der opnås et totalt F/M.,-forhold på over 0,3? hvorved F er vægten af det totale 35 af spildevandstilløbet tilførte BOD5 pr. dag, og M1 er vægten af biomasseflygtige suspenderede faste stoffer, der findes i BOD-sorptionszonen, den anoxiske zone og oxidationszonen. DK 169737 B1

9. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at F/M2-forholdet i BOD-sorptionszonen opretholdes på mindre end 5.

10. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendeteg- 5. e t v e d, at BOD-sorptionszonen drives under betingel ser, der er således, at mindre end 1% af det totale tilførte BOD5 oxideres af oxygen eller andre oxidationsmidler i denne zone.

11. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendeteg- 10. e t v e d, at mindst en del af biomassen i dette system opnås ved podning med biomasse fra et system, der har opnået "steady state"-drift under betingelser som defineret i krav 1.