NO801954L

NO801954L - Fremgangsmaate ved rensing av avfallsvann.

Info

Publication number: NO801954L
Application number: NO801954A
Authority: NO
Inventors: Cornelis Wilhelmus Verhoeve; Cornelis Antonius Ma Weterings
Original assignee: Stamicarbon
Priority date: 1979-06-30
Filing date: 1980-06-27
Publication date: 1981-01-02
Also published as: DE3023968A1; ZA803756B; NL7905111A; CA1151323A; ES8104973A1; IT8049106A0; GB2053884A; NL8003600A; IN153069B; BE884020A; FI802034A7; GB2053884B; FR2460278A1; IT1146160B; CH650755A5; SE8004705L; FR2460278B1; US4507207A; YU166380A; JPS567684A

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører fremgangsmåte ved kjemisk fjerning av fosforforbindelser fra avfallsvann ved at avfallsvannet som inneholder fosforforbindelsene behandles med. en. eller flere metallforbindelser for å danne vannuopp-løsélige metallfosfatforbindelser.

Da dei: er lite ønskelig at avfallsvann inneholdende oppløste fosforforbindelser utføres til overflatevann på grunn av opp-blomstring påOverflatevannet som følge av dette_er det derfor.utviklet forskjellige systemer for å fjerne oppløst fosforbindelse fra avfallsvann. Disse systemer kan.inn-deles'i to grupper, nemlig de hvor det anvendes kjemisk fjerning og de som anvender biologisk fjerning.

Som vil være kjent vil bakterier som er tilstede i aktivert slam som anvendes ved biologisk rensning av avfallsvann allerede fjerne noe fosfat fra avfallsvannet fordi en viss mengde fosfat er nødvendig for den normale cellevekst. Imidlertid utgjør dette kun en liten mengde av den totale fos.f eitmengde som skal fjernes.

Det er imidlertid også kjent fremgangsmåter hvor det akti-verte slam under visse driftsbetingelser assimilerer en vesenllig større mengde fosfor enn det som er nødvendig for celJt vekst (luksusopptak). Ved luftning bringes mikroorganismene til å ta opp mere fosfat enn det som er nødvendig for deres cellevekst. Etter at slammet er bunnfelt vil det erho.lcl.es et avløp som i det vesentlige ikke inneholder noe fosfat. Slammet transporteres deretter til en anaerob tank (normalt'.en tank uten luftning), hvor mikroorganismene for-, brukor.den gjenværende del av oksygenet som ble innført ved luftningen og avgir det ekstra oppbatte fosfat. Det .erholdes. sålec<!>"S en f osf atanr iket væske hvorfra fosfat kan presipi-teres kjemisk til å gi et meget høykonsentrert presipitat.

Denne metode kan anvendes i det allerede eksisterende andre trin?) (biologisk rensning). En spesiell form for biologisk avfosfatering oppnås ved hjelp av autotrofe mikroorganismer som erholder sin energi ved oksydasjon av Fe++ til Fe+++ og assimiTering av-CC^- Dette fører til en meget sterk ned-

settelse av fosfatinnholdet.

DefosFateringen kan også oppnås ved å utsette avfallsvannet som kommer fra den biologiske rensning for-påvirkning av sollys og nitrogen i såkalte laguner for således å fremme vekst av alger. I et stort antall land kan denne fremgangsmåte for def os': atering ikke anvendes, som følge av mangel på sollys

.r

og v i otertilstander.

En ulempe ved de to biologiske fremgangsmåter er imidlertid

at de enten er arbeidskrevende eller de krever meget spesi-fikke .mikroorganismer.

De kjemiske metoder består utelukkende nesten bare i behand-ling av avfallsvann med jern, aluminium.og/eller kalsiumforbindelser som' fører til presipitering av vannuoppløselige fosfater. I denne forbindelse må "vannuoppløselige metallf osf st (forbindelser " forstås å mene f osf atf orbindelser hvis'oppl-^selighetsprodukt er mindre enn ca. 10

For.de kjemiske metoder bør det skilles mellom forpresipi-teriiKi, samtidig-presipitering og etterpresipitering. Ved forpresipitering blir ikke bare fosfatinnholdet men også mengdene av et antall forurensninger, såsom organisk eller suspendert materiale nedsatt i forpresipiteringstrinnet. Ved en forpresipiteringsprosess bør det sikres at mengden

av fosfat som- forblir i det behandlede avfallsvann er tilstrekkelig stort i forhold til resten av organiske bestand-dele] slik at det kan virke som næringsmiddel for den etter-følgende biologiske prosess. Ved samtidig presipitering blir fosfatet presipitert samtidig med den biologiske rensning . Slammet som erholdes etter rensning har et forøket ^ 2°' S innn°id- Vet^ f osf a tpresipitering i et tredje trinn i, vannrensningen, også kalt etterpresipitering, erholdes fosfatet som et separat kjemisk slam.

Forpresipitering og samtidig-presipitering byr på et problem ved ."it den maksimale effektivitet for f osf orf j erning er ca.

.9,0 - 6, hvilket i mange tilfeller er for lavt. Ved anvendelse

av etterpresipitering kan det oppnås effektiviteter på opp-til 99 % eller mere.

Teoretisk burde derfor etterpresipitering være en ideell fremgangsmåte ved fjerning av fosfat. Det er imidlertid funnet, at ved denne fremgangsmåte finner geldannelse sted slik at presipitatet vanskelig eller overhodet ikke kan: skilles fra væsken. Tilsetning av en bærer såsom sand for å fremme avvanningsegenskapene har ingen effekt.

Hensikten med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe

en fremgangsmåte ved fjerning av fosforforbindelser fra avfallsvann hvor avfallsvannet behandles med en eller flere metall forbindelser, uten at det-oppstår noen problemer med hensyn til separasjon av metallfosfatforbindelsene.

I henhold til oppfinnelsen oppnås denne hensikt ved å be-handle avfallsvannet med metallforbindelser i svevesjikt av metallf osf atpartiklené,. ■ Det er foretrukket at metallbe-standdeTen av metallforbindelsen er den samme som den i meta .1 Lf osf atet.

Det er overraskende funnet at ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan fosfatfjernelsen finne raskt sted.og'med høy effektivitet og at avvanningen av slammet ikke byr på noen problemer. .Hvis foreliggende fremgangsmåte utføres i en oppstrømsreak-tor kan man ofte utelate en sedimenteringstank da reaktor-avløpet ikke inneholder noen faststoffer...

I en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen anvendes malte partikler av en fosfatmalm,'eksempelvis partikler av kalsjumfosfatmalm såsom apatitt eller kalsiumfluorfosfat.

Meta! Lfosfatpartiklené kan utelukkende bestå av amorft og/

eller krystalinske metallfosfat. Det er imidlertid mulig også A erstatte en del av metallfosfatet med andre forbind-"' eiser .som er' vanskelig å oppløse i vann, såsom forskjellige

modi fikasjoner.av kalsiumkarbonat.

Det er foretrukket at metallfosfatpartiklené inneholder 50'vekt-% av metallfosfatet. Hvis en del er erstattet av andre materialer er det foretrukket å anvende et salt som.er det samme som metallkomponenten i metallfosfatet.

Den veide middelpartikkelstørrelse for metallfosfatpartikler velges generelt å ligge i området 0,0.1 - 5 mm,, mere foretrukket mellom 0,05 og 0,5 mm. Denne partikkelstørrelse er viktig for effektiviteten av prosessen i relasjon til stør-relsen av det anvendte utstyr. Jo større partikler desto større svevesjikt må anvendes for å oppnå den samme rense-effek tivitet..

Væskestrømningshastigheten ■ i det fluidiserte sjikt bestem-nes hovedsaklig av kravene, nemlig på den ene siden at metallf osf atpartiklené' skal fluidiseres og på den annen s-ide at svevesjiktet ikke må medbringe faststoffer fra reaktoren.

Som metallforbindelser er spesielt foretrukket jern-, aluminium- og/eller kalsiumforbindelser. Eksempler på vanlige' forbindelser er jernklorid, aluminiumsulfat, kalsiumhydroksyd (kalkmelk) og kalsiumfosfat (gips).

Det er en fordel ved kontinuerlig eller intermetent utføring av fosfatpartiklené å anvende disse som og/eller bearbeide dem i-i.l fosforsyre, teknisk fosfat, dyreforfosfat og/eller fosle:/r inneholdende g j ødningsmiddel..

Oppholdstiden for avfallsvannet i det fluidiserte sjikt må mins!, være så lang at reaksjonene mellom f osf orandelen og met a.'.[forbindelsene er fullstendige eller praktisk, talt fullstendige.

Det faste materialet dannet, ved denne prosess kan bestå av forskjellige modifikasjoner av metallf osf atidet metall : P forholdet kan variere avhengig av H:P forholdet eller

. 0H:F forholdet. Ytterligere kan en-viss mengde krystall-

vann være tilstede.

Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er meget velegnet for anvendelse som det siste (tredje) trinn i en konven-sjonell .rensning av husholdningsavfall hvor fosfatfjerning

skjer etter en biologisk rensning.

I henhold til en meget egnet utførelsesform av foreliggende fremgangsmåte tilførés minst 1 mol jern'og/eller_aluminium-forbindélse (regnet som Fe+++ eller A1+++) til det fluidiserte sjikt pr. mol fosfat i det tilførte avfallsvann. Det. er spesielt, foretrukket at i de vesentlige støkiometriske mengde i: eller små overskudd av 'jern og/eller aluminiumfor-bindelser tilføres, eksempelvis 1-2 mol jern og/eller alumi-niumf orbindelse pr. mol fosfat i det tilførte avfallsvann. Ytte tel. igere bør pH av avløpet fra det fluidiserte sjikt innstilles til en verdi i området'4-6. Således erholdes på fosfaLpartiklene i det fluidiserte sjikt et presipitat som i det vesentlige består av rent jern- og/eller aiuminium-. fosfat... Ved denne utførelsesform kan det oppnås en defosfatiseringseffekt på mere enn 99

I henhold til en annen meget velegnet utførelsesform av fremgangsmåten tilføres 4-25 mol, fortrinnsvis 8-20 mol av en kalsiumforbindelse (regnet som Ca++) til det fluidiserte ■sjikt pr. mol fosfat i det tilførte avfallsvann. Det er foretrukket å anvende en kombinasjon av gips og kalsiumhydroksyd som kalsiumforbindelsen, som byr på den fordel at' avløpets- pH kan innstilles til en lavere verdi enn når kun ■ kalsiumhydroksyd anvendes, selv .om en mindre mengde kalsium-ioner er nødvendig, ytterligere er gips enda.billigere enn kalsiumhydroksyd. Ytterligere kan avløpets pH innstilles til en verdi på 7-11, fortrinnsvis 7,5-9,5. Det ville således erholdes et presipitat bestående av en blanding av kalsium-fos.fat og kalsiumkarbonat på f osf atpartiklené.. Med denne utf ø ;:elsesf orm kan det oppnås en defosfatiseringseffektivi-tet pa mere enn 9 9 %..'

I henhold til en tredje meget velegnet utførelsesform av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen tilsettes minst 1,5 mol, fortrinnsvis 2-8 mol av en kalsiumforbindelse (regnet som Ca++) til.det fluidiserte sjikt pr. mol fosfat-

i det tilførte avfallsvann. Ved å gjøre dette utnyttes spesielt mengden av kalsiumforbindelse som avfallsvannet natur] ig. inneholder.. En ytterligere mengde kalsiumforbind- ■ else kan supplementeres kun hvis det tilførte avfallsvann i seg selv ikke inneholder en tilstrekkelig mengde av kal-siumrorbindelsen for å presipitere fosfatet i et_slikt avfallsvann i tilstrekkelig grad i det fluidiserte sjikt-. Ytterligere vil pH i avløpet kontrolleres til tilnærmet■en nøytral verdi, eksempelvis mellom 6 -'.8, fortrinnsvis til 6,8-7,8. Det vil således erholdes et praktisk talt rent kalsiumfosfatpresipitat på f osf atpartiklené. Med denne ut-føre 1 sesf orm .kan det oppnås en defosfatiseringseffekt pa mere. enn 95 %.

Hvis fosfat skal fjernes fra et industrielt avfallsvann,, eksempelvis avfallsvann f r -a . en fosforsyrefabrikk, en full-gjødseifabrikk eller et galvaniseringsanlegg er det i visse tilfeller mulig å anvende foreliggende fremgangsmåte som så-dann, det vil si' uten en foregående biologisk rensning.

Hvis fosfatet skal fjernes fra avfallsvann fra en fosforsyre- eller fullgjødselfabrikk er det foretrukket i størst mulig grad å anvende- gips som metallforbindelsen fordi denne forbindelse'i en slik fabrikk erholdes i store mengder.

Oppfinnelsen skal illustreres nærmere under henvisning til etterfølgende eksempler.-

Eksempel I

I en glasskolonne med en indre diameter på 35 mm og en total lengde på 500 mm ble innført 27 0 g malt jernfosfat med en partikkelstørrelse i området 0,08-0,35 mm.. Dette fosfat ble' fluid!sert ved tilføring av 10 1 avfallsvann pr. time til bunnen av røret, hvilket førte til en sjikthøyde på ca.. 390 mm. Dette avfallsvann var avløp fra ét biologisk ren-se-anlegg for husholdningsvann og inneholdt gjennomsnitlig 10 mg/1 fosforforbindelser uttrykt som P. Samtidig ble en jernkloridoppløsning innmålt til det fluidiserte sjikt i en slik mengde at det ble pr. time tilført 18 5 mg Fe+++ til det fluidiserte sjikt.

Ved surgjøring av avfallsvannet i det fluidiserte- sjikt ble avløpets pH innstilt til 5,0. Et klart avløp med et fosfatinnhold på'0,1 mg P/l ble erholdt. Fosfatfjerneeffekten var soledes 99 %.

Eksemp el II'

TiL en glasskolonne med en indre diameter på 3 5 mm og en totallangde på 500 mm ble det innført 260 g malt aluminium-fosfat med en partikkelstørrelse i området, 0,12-0,25 mm.

Dette fosfat ble fluidisert ved tilføring av 10 1 avfallsvann p.tr. time via bunnen,. hvilket førte til en. s j ikthøyde på ca.. 410 mm. Dette avfallsvann var avløp fra et biologisk renseanlegg for. husholdningsavfallsvann og innholdt gjennomsnitlig 10 mg/l fosforforbindelser, uttrykt som P. Samtidig ble innmålt en aluminiumsulfatoppløsning til det fluidiserte sjikt i en slik mengde at det ble tilført pr. time 90 mg A1++-1- til det fluidiserte sjikt. Ved surgjøring av avfallsvannet i det .fluidiserte sjikt ble avløpets pH innstilt til 5,3.

Et klart avløp med et fosfatinnhold på 0,1 mg P/l ble er-, holdt. Fosf atf jernee.f fekten var således 99 %.

Eksemp lene III- X Til en glasskolonne med en indre diameter på 3 5 mm og en total .lengde .på 500 ram ble 250 g malt kalsiumf osf atmalm (Kouribgafosfat) med en partikkelstørrelse i området 0,1-'0,2 mm tilført. Denne malm .ble fluidisert ved tilføring av 10 1 avfallsvann'pr. time via rørets bunnhvilket førte til en sjikthøyde på ca. 4 00 mm.

Avfallsvannet var avløpsvann fra et biologisk renseanlegg for husholdningsavfallsvann og inneholdt gjennomsnitlig 10 mg/l fosforbindelser, uttrykt som P og 50 mg/l kalsiumforbindelse uttrykt som Ca++.

I eksemplene III-VII ble samtidig innmålt en kalsiumhydroksyd og ,/eller . gipssuspens jon til det fluidiserte sjikt. De forskjellige betingelser bg resultater er vist i den etter-følgende tabell. For hvert eksempel i tabellen er angitt

■mengden av innmålt kalsiumhydroksyd, mengden av innmålt gips, totalmengden av tilført kalsiumforbindelse til det fluidiserte sjikt, hvilke verdier alle er uttrykt i g Ca++ pr.' liter avfallsvann). Avløpsvannet fra kolonnen, gjenværende fosfaLinnhold og fosfatfjerneeffekten er angitt.

Claims

1. Fremgangsmåte ved kjemisk fjerning av fosforforbindelser fra avfallsvann ved at avfallsvannet inneholdende fosforforbindelser behandles med en eller flere metallforbindelser for å danne en vannuoppløselig fosfatforbindelse, karakterisert ved at vannet behandles med meta1Jforbindelsen i et fluidisert sjikt av metallf osf at-partikler.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at metallbestanddelen av metallforbindelsen er den samme som den i metallfosfatet.

3. ' Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det anvendes malt fosfatmalm.

4. Fremgangsmåte ifølge kraven.e 1-3, karakterisert ved at den veide midlere partikkelstørrelse for metallfosfatpartiklené ligger i■om-rådet 0,01-5 mm.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at den"veide midlere partikkelstørrelse ligger i området 0,05-0,5 .mm..

6. Fremgangsmåte ifølge kravene 1-5, karakterisert ved at mere enn en forbindelse av jern, kalsium og/eller aluminium anvendes som metall-forbLndelse.

7. Fremgangsmåte ifølge kravene 1-6, karakterisert ved at en del av metallfosfatpartiklené kontinuerlig eller intermittent utføres og anvendes som og/eller' bearbeides til fosforsyre, tekniske -fosfat, dyreforfosfat og/eller fosfatholdig gjødningsmiddel.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at en eller flere forbindelser av jern og/eller aluminium (regnet som Fe+++ eller A1++-I-) tilføres det fluidiserte sjikt pr. mol fosfat i det tilførte-avfallsvann og at pH for avløpet innstilles til 4-6.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved . at en eller flere forbindelser av kalsium anvendes som metallforbindelse og at 4-25 mol av kalsiumforbiridelsen (regnet som Ca++) tilføres det fluidiserte sjikt pr. mol fosfat i det tilførte avfallsvann og at avløpets pH innstilles til 7—11.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at en eller flere forbindelser av kalsium anvendes som metallforbindelse og at minst 1,5 mol -av kalsiumforbindelsen (regnet som Ca++) til-føres det fluidiserte sjikt pr. mol fosfat i det tilførte avløpsvann og at avløpets pH innstilles til 6-8.