NO794004L - Fremgangsmaate og apparat til anaerob omdannelse av organisk materiale i vandig medium - Google Patents

Description

Oppfinnelsens Fremgangsmåte og apparat til anaerob omdannelse av benevnelse: organisk materiale i vandig medium.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og apparat til anaerob omdannelse av organisk materiale i vandig medium.

Fordelene med rensing av avløpsvann ved hjelp.av en anaerob rensing er mange, fordi fremgangsmåten på den ene side skaffer en verdifull gass som ikke forurenser,i form.av metan, mens der på den annen side . skaffes et slam som kan brukes som fOr,i lys av det forhold at det resulterende slam kan sammenlignes med encellede proteiner.

Kjente anaerobe renseprosesser kan dessverre ikke på noen måte benyttes i praksis, fordi oppholdstiden av det avløpsvann som skal renses i vedkommende anlegg,er altfor lang.

Nylig har den minimale.oppholdstid for avløpsvann som skal renses ved en anaerob rensing, blitt redusert med en maksimal faktor på 100 på grunn av bruken av et to-trinnssystem bestående av et syrningstrinn og et gjæringstrinn som den endelige rensing finner sted under.

En syrning som utføres på denne måte, er en rask prosess som foregår ved hastigheter svarende til et forbruk av ca. 1 kg kjemisk oksygen (COD)/kg slam/h ved en bakteriekonsentrasjon på 5%, dvs.

50 kg COD/m<3>/h ved 35°C og 70 kg COD/m<3>/h ved en temperatur på 50°C

For substrater, f.eks. proteiner, som er vanskelige å hydro-lisere, er de nevnte hastigheter ca. 10 ganger lavere. Omformingen av celluloseligning-komplekser finner imidlertid sted optimalt ved en temperatur på ca. 50°C.

Ved en hvilken som helst hastighet blir sukker og stivelse som utgjør hovedmiljøforurensningsproblemene, raskt omformet ved hjelp av slike fremgangsmåter.

Et slikt syrningstrinn er imidlertid beheftet med den ulempe at.under syrningen vil surheten avta altfor meget, slik at syrningen

ikke finner sted på en optimal måte.

Ved det annet prosesstrinn som er nevnt ovenfor, finner metangjæringen sted i en metan-gjæringsreaktor, idet det metan-dannende slam blir regelmessig gjenvunnet fra undersiden av metan-gjæringsbeholderen, idet slammet blir brukt som initiator i andre reaktorer, samtidig som den dannede metan og det rensede avløpsvann vil bli fjernet fra oversiden av reaktoren.

Denne fremgangsmåte er beheftet med den ulempe at under den anaerobe rensing vil væsken i reaktoren bli kraftig omrørt av den gass som dannes under den nevnte anaerobe gjæring, noe som bevirker at bakteriekonsentrasjonen blir den samme på et hvilket som helst sted i reaktoren og derfor også ved utløpsåpningen fra reaktoren. Følgelig vil altfor meget verdifullt bakteriemateriale følge med den avtappede væske og vil gå tapt.

For å avhjelpe disse ulemper har det vært foreslått i den øvre side av gjæringsbeholderen å danne et utfellingsrom som en væskestr øm blir ført gjennom, idet denne strømmer fra den nedre side gjennom den øvre side for således å forårsake utfelling av slam.

I praksis har imidlertid disse forholdsregler vist seg å være"utilstrekkelige.

Den foreliggende oppfinnelse har nå til hensikt å skaffe en fremgangsmåte og et apparat hvor de ovennevnte ulemper er full-stendig eliminert.

Hensikten oppnås ifølge oppfinnelsen ved at en fremgangsmåte for anaerob omforming av organisk materiale i et vandig medium i et gjæringsområde omfatter utslipp av gjæringsgass og gjæret av-løpsvann ved anvendelse av en slamutfelling, mens den væske som skal renses,føres som en kontinuerlig strøm gjennom en flerhet av etterfølgende utfellingsrom, idet.den dannede gjæringsgass og det produserte slam tas ut fra hvert utfellingsrom.

På denne måte vil utskillingen av slam fra gjæret væske som skal avtappes,bli betydelig øket, slik at avløpsvannet som av-tappes etter rensingen, vil så å si ikke inneholde noe slam, og det slam som på denne måte er fremskaffet under den anaerobe rensing, vil strømme fra utfellingsrommene tilbake til gjæringsbeholderen i en meget verdifull tilstand.

Gassen fra utfellingsrommene kan passende tilføres et organisk materiale som inneholder vandig medium, som rommes i et område ved siden av utfellingsrommene.

Gjæringsgassen fra utfellingsrommene sammen med annen gjæringsgass fra mediummassen omrører kraftig det organiske materiale som inneholder vandig medium tilført gjæringsområdet eller gjæringsbeholderen, noe som medfører at oppholdstiden for av-løpsvann i gjæringsbeholderen kan reduseres vesentlig.

Det vandige medium som skal renses, kan fordelaktig utsettes

for en syrning før gjæringsområdet eller gjæringsbeholderen, samtidig som der foretas styring av pH-verdien, noe som passende kan gjøres ved tilførsel av et surt nøytraliseringsmiddel, spesielt kalsiumkarbonat under syrningsprosessen. Følgelig kan der opprett-holdes en nøytral pH-verdi innen grensene 5,5 - 8 under den ana-

erobe gjæring. Tilsetningen av kalsiumkarbonat gir videre den for-del at kalsium-ammoniumfosfat utfelles fra avløpsvann som har høyt innhold av fosfat.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen skaffer en maksimal bakteriekonsentrasjon både i syrningstrinnet og i gjæringstrinnet.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører også et apparat til anaerob omdannelse av organisk materiale i et vandig medium, i det minste omfattende en gjæringsbeholder som er forsynt med minst ett gjæringsbeholder-innløp, ett gjæringsbeholder-utløp, ett slam-uttak, et hovedgassutløp for utslipp av gass fra gjæringsbeholderen, og et utfellingsrom som kommuniserer med gjæringsbeholder-utløpet, idet gjæringsbeholderen omfatter en flerhet av påfølgende utfellingsrom som gjennomstrømmes av en sammenhengende strøm av væske, minst en flerhet av utfellingsrom som omfatter et utfellingsrom-gassutløp og ett utfellingsrom-slamutløp.

Gjæringsbeholder-innløpet er passende forbundet med et syrningsbeholder-utløp fra en syrningsbeholder. En slik syrningsbeholder er passende forsynt med et pH-måleapparat til bestemmelse av pH-verdien, hvilket pH-måleapparat påvirker et organ til selektiv styring av tilførselen av et surt nøytraliseringsmiddel, spesielt kalsiumkarbonat til syrningsbeholderen.

I det følgende vil oppfinnelsen bli beskrevet i lys av en utførelsesformen på tegningen, som skjematisk viser et apparat i henhold til oppfinnelsen.

Tegningen viser en gjæringsbeholder eller -reaktor 1 som i

det minste er forsynt med ett gjæringsbeholder-ihnløp 2, ett gjæringsbeholder-utløp 3, ett slamutløp 8 og ett hovedgassutløp 4

for utslipp av gass fra gjæringsbeholderen 1. Gjæringsbeholder-

utløpet 3 er forbundet med et utfellingsrom eller -kammer 5, som er plasert inne i beholderen 1.

For å oppnå en sammenhengende tilføresel av organisk materiale som skal underkastes en anaerob gjæring/ og et vandig medium, f.eks. avløsvann, til gjæringsbeholderen 1, er gjæringsbeholderen 1 forsynt med en flerhet av på jevn avstand anordnede gjæringsbehoIder-innløp.2, som strekker seg rundt omkretsen av beholderen. De nevnte innløp kan være plasert på forskjellige nivåer.

Der kan.også være anordnet gjæringsbeholder-utløp 3, Som er anordnet på jevn avstand rundt omkretsen, avhengig av dimensjonen av apparatet i henhold til oppfinnelsen.

Gjæringsbeholderen . 1 ifølge oppfinnelsen omfatter én flerhet av påfølgende utfellingsrom 5, 5a, 5b, 5c, hvorigjennom der føres væsker i en sammenhengende strøm, idet hvert utfellingsrom 5, 5a, 5b, 5c er forsynt med et utfellingsrom-gassutløp 6 og et ut-f ellingsrom-slamutløp 11 .

Utfellingsrommene 5, 5a, 5b, 5c som skal passeres, rager inn i hverandres områder inne i gjæringsbeholderen 1.

Utfellingsrom-gassutløpene 6 munner ut via gasslåser i et første gjæringsbeholderrom 9, som er anordnet ved siden av utfellingsrommene 5a, 5b, 5c ,og som et gjæringsbeholder-innløp 2 munner ut i.

Det første gjæringsbeholderrom 9 er anordnet konsentrisk om utfellingsrommene som skal gjennomstrømmes/og er forbundet med disse via en væsketilførsel 7 anordnet ved den nedre side av ut-f ellingsrommet 5c. De andre utf ellingsrom 5b,: 5a og 5 er også forsynt med væsketilførsler 7.

For å skaffe gasslåser til utslipp av den gass som dannes i utfellingsrommene 5, 5a, 5b, 5c,er hvert utfellingsrom forsynt med gassføringsskillevegger 12 i form av en sirkulær vegg 12 som skråner mot bunnen av gjæringsbeholderen 1.

Det er funnet at i en gjæringsbeholder ifølge oppfinnelsen kan der skaffes en optimal anaerob gjæring ved bakteriekonsen-trasjoner i.-området fra ca. 8 til 10%.

Gass-spredningsorganer 27 som er plasert under slamutløpene 11 forhindrer gass som produseres i utfellingsrommene.5, 5a, 5b og 5c,fra å unnslippe gjennom slamutløpene 11 mot et utfellingsrom anordnet over det eller de nevnte utløp.

Gjæringsbeholderen kan være montert på ben 26 for å tillate utslipp av slam gjennom et slamutløp 8 som er forsynt med en lukke-ventil. Det er imidlertid innlysende at store beholdere kan også være plasert direkte på et underlag, og at deres sider kan omfatte et utløp for metan-gjærings-slam.

Hovedgassutløpet 4 er anordnet ved toppen av gjæringsbeholderen 1 .

GjfSrlngsbeholder-innløpet 2 kan være forbundet med et syrningsbeholder-utløp 15 via en ledning 25 som er tildannet i ett med en syrningsbeholder 16. Denne omfatter et innløp 17 anordnet ved den nedre side av syrningsbeholderen, en slamutløpslås 18 og en lås 19 for tilførsel av surt nøytraliseringsmiddel, spesielt kalsiumkarbonat fra en beholder 23 for lagring av kalsiumkarbonat.

For optimal styring av pH-verdien i syrningsbeholderen 16

er denne forsynt med et pH-måle-styreorgan 20 som samarbeider med et styreorgan 22 som påvirker låsen 19 og således styrer til-i førselen av kalsiumkarbonat til syrningsbeholderen. Organet 22 styrer også slamutløpet i låsen 18 og forhindrer således ureagert kalsiumkarbonat fra å bli sluppet ut samtidig med slammet.

Bakteriekonsentrasjonen i syrningsbeholderen utgjør f.eks.6%.

En gassutløpsledning 14 som munner ut i det første gjæringsbeholderrom 9 gjennom en munning 13, kan tilføre gass som produseres i syrningsbeholderen 16/til det nevnte første gjæringsbeholderrom 9.

Gjennom et innløp 25 kan syrningsbeholderen få tilført for-bindelser til fjerning av tunge metaller i form av sulfider fra avløpsvannet. I tilfelle overskudd av tunge metaller i avløps-vannet, blir der via innløpet 25 tilført kalsiumsulfat. I tilfelle av overskudd av sulfider i avløpsvannet kan fjerningen av tunge metaller i form av sulfider finne sted ved tilsetning av jernioner eller kalsiumkarbonat.

Fortrinnsvis blir slike tunge metaller fjernet i et forut-gående prosesstrinn, slik at der oppnås sulfider i en konsentrert form.

Der oppnås meget høye omdannelseshastigheter ved hjelp av

den to-trinns anaerobe renseprosess som er beskrevet ovenfor, slik at store mengder av avløpsvann kan renses i meget små installasjoner på en rask og effektiv måte.

For å rense avløpsvann går man frem f.eks. som følger:

Et slamlag 24 bestående av bakterier som skal brukes for anaerob rensing, plaseres i syrningsbeholderen 16.

pH-verdien av væsken måles ved hjelp av pH-måleorganet 20 under tilførsel av avløpsvann som skal renses,gjennom syrningsbeholder-innløpet 17. pH-måleorganet 20 påvirker et styreorgan 22 som styrer en lås 19 for tilførsel av kalsiumkarbonat fra lagrings-beholderen 23 for kalsiumkarbonat.

Der kan oppnås en meget selektiv og nøyaktig pH-styring på den måte som er beskrevet ovenfor.

Slam som produseres under syrningen,kan føres ut gjennom låsen 18 som representerer syrningsbeholder-slamutløpet. Låsen 18 blir også styrt av styreorganet 22 via et styreorgan 21.

Fra syrningsbeholderen 16 strømmer avløpsvannet gjennom syrningsbeholder-væskeutløpet 15 og ledningen 25 mot gjæringsbeholder-innløpene 2, som f.eks. består av fire innløp og med jevn avstand er anordnet rundt omkretsen av gjæringsbeholderen 1.

Avløpsvannet kommer inn i det første gjæringsbeholderrom 9, hvor det blir kraftig omrørt ved hjelp av gass som innføres i av-løpsvannet gjennom gasslåsene 6, idet omrøringen finner sted -i tillegg til den omrøring som allerede skjer i rommet 9 ved hjelp av gass som produseres under anaerob gjæring. Den sistnevnte gass strømmer ut fra de adskilte etter hverandre anordnede utfellingsrom 5c, 5b, 5a, 5. Væske som tilføres hvert av utfellingsrommene gjennom et væskeinnløp 7,gis anledning til å felle, hvorved det produserte slam kan tas ut gjennom et slamutløp 11, mens gass som tidligere nevnt slippes ut via gasslåser 6.

På denne måte oppnås der en meget homogen bakteriekonsentrasjon i det ringformede-første gjæringsbeholder-rom 9, slik at der finner sted en optimal gjæring.

På den annen side kan omrøringen i disse rom forbedres ved føring av metangass fra syrningsbeholderen til det første gjærings-rom 9 gjennom en ledning 14 med en munning 13.

Gass som unnslipper via gasslåsene 6, og som kraftig omrører væsken i det ringformede rom 9, slik dette er beskrevet ovenfor, tappes ut via gassutløpet 4. Behandlet avløpsvann som er så å si fritt for slam, føres vekk via gjæringsbeholder-utløpet 3 som munner ut i det øvre utfellingsrom 5.

Bruken av på den ene side utfellingsrom, 5c, 5b, 5a, 5 som

er anordnet etter hverandre og rager inn i områdene for hverandre/

og på den annen side det ringformede rom 9 som omslutter utfellingsrommene, skaffer en meget høy bakteriekonsentrasjon som innebæreren sterk anaerob gjæring, slik at korte oppholdstider i gjæringsbeholderen 1 er tilstrekkelig.

For å kunne fjerne tunge metaller fra avløpsvannet er det anbefalt å la de samme bli utfelt i form av metallsulfider. Overskudd av tunge metaller kan fjernes ved tilsetning av kalsiumsulfat. Når væsken inneholder overskudd av sulfater, kan imidlertid tunge metaller fjernes ved tilsetning av jernioner eller kalsiumkarbonet. Tilsetningen kan. finne sted gjennom innløpet 25, men en separering av tunge metallsulfider i avløpsvann bør fortrinnsvis finne sted i et separat trinn, slik at de skadelige sulfider kan oppnås i en konsentrert form.

Den minimale størrelse av utfellingsrommene i gjæringsbeholderen bestemmes av den tillatte overflatepåfylling, som hoved-sakelig begrenses av utfellingshastigheten for slammet, eller i praksis av antall m tilført avløpsvann p/m utfellingsrcm-overflate/h.

pH-måleorganet 20 styrer også gjennom styreorganet 22 et påvirkningsorgan 21 for låsen 18 som slammet 24 fra syrningsbeholderen. slippes ut gjennom.

Både under syrningen og metangjæringen burde der benyttes en bakterieblanding.

Selv om tegningen viser at utfellingsrommene er anordnet konsentrisk i gjæringsbeholderen, så skal det forstås at de nevnte rom også kan plaseres på utsiden av gjæringsbeholderen, mens det første gjæringsbeholder-rom 9 da kan være anordnet i midten.

Claims (13)

1. Fremgangsmåte for anaerob omdannelse av organisk materiale i et vandig medium i et gjæringsområde, omfattende utslipp av gjæringsgass og gjæret avløpsvann under anvendelse av slamutfelling, karakterisert ved at den væske som skal renses, føres som en kontinuerlig strøm gjennom en flerhet av etter hverandre anordnede utfellingsrom, idet den dannede gjæringsgass og det produserte slam føres vekk fra hvert utfellingsrom.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 , karakterisert ved at den gass som dannes i utfellingsrommene, føres inn i et organisk materiale som inneholder masse i vandig medium og be-finner seg i et område ved siden av utfellingssonen.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at det vandige medium som skal behandles, utsettes for en syrning før gjæringssonen under selektiv styring av pH-verdien, idet pH-verdien fortrinnsvis styres under syrningen ved tilførsel av et surt nøytraliseringsmiddel, fortrinnsvis kalsiumkarbonat, samtidig som slammet fortrinnsvis fjernes fra syrningsområdet uten at eventuelle nøytraliseringsmidler samtidig trekkes med.

4. Fremgangsmåte som angitt i et av kravene 1-3, karakterisert ved at pH-verdien holdes på en tilnærmet nøytral verdi under gjæringen og/eller syrningen.

5. Fremgangsmåte som angitt i et av kravene 1-4, karakterisert ved at tunge metaller fjernes fra avløpsvannet som metallsulfider, idet sulfidene fortrinnsvis fjernes fra av-fallsvannet under et foregående prosesstrinn, mens de tunge metallsulf ider mer fortrinnsvis utvinnes ved tilsetning av kalsiumsulfat ved overskudd av tunge metaller, eller ved tilsetning av jernioner eller kalsiumkarbonet ved overskudd av sulfater.

6. Fremgangsmåte som angitt i et av kravene 1-5, karakterisert ved at gass som slipper ut fra syrningsområdet/ føres inn i massen i det vandige medium ved siden av utf ellingsrommene.

7. Apparat til anaerob omdannelse av organisk materiale i et vandig medium, karakterisert ved at det i det minste omfatter en gjæringsbeholder forsynt med minst ett gjærings beholder-innløp, ett gjæringsbeholder-utløp, ett slam-utløp, ett hovedgass-utløp for utslipp av gass fra gjæringsbeholderen og ett utfellingsrom som kommuniserer med gjæringsbeholder-utløpet, og at gjæringsbeholderen omfatter en flerhet av etter hverandre anordnede utfellingsrom (5, 5a, 5b, 5c,) som gjennomstrømmes av en sammenhengende væskestrøm, idet minst noen av utfellingsrommene omfatter et utfellingsrom-gassutløp (6) og et utfellingsrom-slamutløp (11).

8. Apparat som angitt i krav 7, karakterisert ved at utfellingsrommene (5, 5a, 5b, 6c) som skal gjennom-strømmes av nevnte strøm, er bygget inn i hverandre i en gjæringsbeholder.

9. Apparat som angitt i krav 7 eller 8, karakterisert ved at gjæringsrom-gassutløpene munner ut via gasslåser i et første gjæringsbeholder-rom (9) anordnet ved siden av utfellingsrommene, og at gjæringsbeholder-innløpet (2) munner ut i det første gjæringsbeholder-rom, idet det første gjæringsbeholder-rom (9) fortrinnsvis er anordnet konsentrisk rundt utfellingsrommene (5), mens utfellingsrommene (5, 5a, 5b, 5c) fortrinnsvis består av et hus (9) som er forbundet med en trakt-formet bunn (10) som er forsynt med et slamutløp (11) og et utfellingsrom-væskeinnløp (7)..

10. Apparat som angitt i et av kravene 7-9, karakterisert ved at utfellingsrommene er forsynt med gass-førings-skillevegger (12) som strekker seg inn i det første gjæringsbeholder-rom, idet gassførings-skilleveggene (12) danner fortrinnsvis en sirkulær vegg som skråner mot bunnen av gjæringsbeholderen.

11. Apparat som angitt i et av kravene 7-10, karakterisert ved at gjæringsbeholderen omfatter en flerhet av gjæringsbeholder-innløp (2) som på jevn avstand er anordnet over omkretsen av gjæringsbeholderen.

12. Apparat som angitt i et av kravene 7-11, karakterisert ved at hovedgassutløpet. (4) er plasert i den øvre del av gjæringsbeholderen og gassinnløpet (13) er fortrinnsvis forbundet med et gjæringsbeholder-gassutløp (14).

13. Apparat som angitt i krav 12, karakterisert ved at gjæringsbeholderen (16) omfatter et gjæringsbeholder-innløp (17) og et syrningsbeholder-slamutløp (18)., idet syrningsbeholderen er fortrinnsvis forsynt med minst ett innløp (19) for et syrenøytraliserende middel, idet middelet fortrinnsvis er kalsiumkarbonat og/eller syrningsbeholderen fortrinnsvis omfatter et pH-måleorgan (20) som er forsynt med et styreorgan (22) som styrer tilførselen av syrenøytraliserende middel og/eller utslippet av slam.