FI64124C - Anordning foer rening av avfallsvatten medelst anaerobisk jaesning - Google Patents

Description

64124

Laite jäteveden puhdistamiseksi anaerobisella käymisellä Tämä keksintö kohdistuu laitteeseen jäteveden puhdistamiseksi anaerobisella käymisellä.

Esillä oleva keksintö kohdistuu näin ollen laitteeseen biologisesti hajoavaa orgaanista ainetta sisältävien jätevesien puhdistamiseksi anaerobisella käymisellä. Anaerobikäymises-sä orgaanisen aineen hajottamisen suorittavat sekä fakulta-tiiviset että täysin anaerobiset bakteerit. Ensin hiilihydraatit, proteiinit ja lipidit hydrolysoituvat ja sen jälkeen nämä hydrolyysituotteet hajoavat edelleen pääasiallisesti etikkahapoksi, vedyksi ja hiilidioksidiksi. Lopullinen hajottaminen suoritetaan metaania kehittävien bakteerien avulla. Mahdollisimman hyvän lopputuloksen aikaansaamiseksi on siten käytettävä vähintään kahta bakteerityyppiä, jolloin happobakteerit toimivat parhaiten alhaisella pH-alueella, noin 5,0-6,0 ja metaanibakteerit parhaiten pH-alueella 7,0- 7,5. Paitsi että happobakteerit toimivat parhaiten alhaisemmalla pH-alueella kuin metaanibakteerit, ne eivät myöskään ole yhtä herkkiä käymisolosuhteiden vaihteluille kuin metaanibakteerit.

Biologisesti hajoavaa orgaanista ainetta sisältäviä jätevesiä on tähän asti puhdistettu mm. ns. täyssekoitusreaktoreissa, joissa happo- ja metaanireaktiot tapahtuvat samassa sekoitetussa tilassa. Koska metaanibakteerit ovat paljon herkempiä käymisolosuhteiden vaihteluille kuin happobakteerit, olosuhteet tällaisissa täyssekoitusreaktoreissa on täytynyt määrätä metaanibakteerien vaatimusten mukaisesti, jolloin happoreaktionopeudet eivät tietenkään ole olleet parhaat mahdolliset tällaisissa täyssekoitusreaktoreissa.

Ennestään on tunnettua mädättää anaerobisesti biologisesti hajoavaa orgaanista ainetta sisältävää jätevesilietettä 2 64124 kahdessa vaiheessa mädätysreaktorissa, jossa molemmat vaiheet on sovitettu sisäkkäin. Siten tunnetaan esimerkiksi suomalaisesta patentista 57 579 laite jätevesilietteen mädät-tämiseksi kahdessa peräkkäin kytketyssä vaiheessa, jotka on sovitettu sisäkkäin, jolloin toisesta vaiheesta poistetaan lietevettä ja mädätettyä lietettä, josta osa johdetaan takaisin ensimmäiseen vaiheeseen. Tällaisessa reaktorissa mä-dätystä ei kuitenkaan voida suorittaa erikseen kahden erilaisen bakteerityypin avulla, koska nämä automaattisesti sekoittuisivat keskenään, kun osa toisen vaiheen lietteestä johdetaan ensimmäiseen vaiheeseen ymppäyslietteenä. Tämä laite on siten itseasiassa täyssekoitusreaktori, olkoonkin että se on jaettu kahteen sisäkkäiseen vaiheeseen.

On selvää, että täyssekoitusreaktoreiden aiheuttamista epäkohdista päästään käyttämällä kahta erillistä sarjaan kytkettyä reaktoria, jolloin reaktoreista ensimmäinen toimisi happo-vaiheena ja toinen metaanivaiheena. Tällainen laite olisi kuitenkin suhteellisen kallis ja monimutkainen täyssekoitus-reaktoriin verrattuna ja lisäksi se vaatisi enemmän tilaa.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on näin ollen aikaansaada laite jäteveden puhdistamiseksi anaerobisella käymisellä, jossa laitteessa happo- ja metaanireaktiot voidaan suorittaa näille reaktioille parhaiten soveltuvissa olosuhteissa, ilman että happo- ja metaanibakteerit oleellisesti sekoittuisivat keskenään ja joka laite on kuitenkin suurin piirtein yhtä halpa ja yksinkertainen kuin täyssekoitusreaktori.

Keksinnön pääasialliset tunnusmerkit ilmenevät oheisesta patenttivaatimuksesta 1.

Esillä olevan keksinnön mukainen laiteratkaisu on hyvin yksinkertainen ja taloudellinen, koska sekä happoreaktiot että metaanireaktiot suoritetaan yhdessä ja samassa astiassa.

Sekä happo- että metaanireaktiot voidaan esillä olevan keksinnön mukaisessa laiteratkaisussa toteuttaa lähes optimaa- 3 64124 lisissä olosuhteissa ja ilman happobakteerien ja metaani-bakteerien oleellista sekoittumista, koska astia on jaettu kahteen päällekkäiseen osaan biosuotimella, jossa on yhdestä tai useammasta metaanibakteerien kiinnitysalustana toimivasta mieluummin huokoisesta täyteaineesta muodostunut täyteainekerros, jolloin kukin täyteaine voi muiden mahdollisten täyteaineiden ominaisuuksista riippumatta olla joko inerttiä tai aktiivista. Happoreaktiot tapahtuvat tällöin suotimen alapuolella olevassa sekoitusosassa, johon puhdistettavaa jätevettä syötetään ja josta jätevesi happoreak-tioiden jälkeen yhdessä happoreaktioissa muodostuneen kaasun kanssa nousee suotimen yläpuolella olevaan osaan samalla reagoiden sekä suotimen täyteaineen pinnoilla että suotimen yläpuolisessa osassa olevien metaanibakteerien kanssa.

Osa suotimen alapuolella olevasta osasta poistetusta lietteestä voidaan palauttaa takaisin reaktoriin, mutta tällöin samaan vaiheeseen, jolloin se ei sekoitu toisessa vaiheessa olevan lietteen kanssa, kuten suomalaisen patentin 57 579 mukaisessa ratkaisussa.

Välittömästi suotimen alapuolella on edullisesti sinänsä tunnettu lamellierotin suotimen läpi alhaalta ylöspäin vir-taavan veden jakamiseksi tasaisesti suotimen yli, vedessä olevien kuplien koon kasvattamiseksi sekä lieteosasten erottamiseksi ja palauttamiseksi suotimen alla olevaan astiaosaan.

Anaerobisen suotimen täyteainemateriaalina voidaan käyttää soraa, kevytsoraa (Lecasoraa), muovirouhetta, sekä erilaisia huokoisia aineita kuten koksia, kivihiiltä, kuonaa ja aktiivihiiltä. Edullisesti käytetään kuitenkin kevytsoraa ja kuonaa, joiden pinnalle metaanibakteerit kiinnittyvät. Metaani-bakteereiden kiinnittymismahdollisuutta lisää mainittujen aineiden suuri kokonaispinta-ala.

Anaerobisen suotimen yläpuolella ylläpidetään suhteellisen paksua leijuainekerrosta, joka muodostuu lietteestä sekä 4 64124 mahdollisesti suodin- ja/tai leijuaineena toimivasta materiaalista kuten aktiivihiili, tuhka, erityisesti lentotuhka, hiekka tms.

Käytettäessä suodin- ja leijuaineena aktiivihiiltä esillä olevan keksinnön mukaisesti, havaittiin yllättäen, että aktiivihiili regeneroitui itsestään. Aktiivihiiltä on aikaisemmin käytetty anaerobisen suotimen täyteaineena saksalaisen hakemus julkaisun 25 31 598 mukaan. Tässä menetelmässä on jätevesi ensin puhdistettu anaerobisella suotimella, jossa täyteaineena on käytetty aktiivihiiltä, ja sen jälkeen myös aerobisella käsittelyllä. Tätä menetelmää on kokeiltu eri olosuhteissa ja sillä on voitu puhdistaa jätevesiä ja lietteitä, mutta kaasuntuotanto on ollut melko vähäistä ja lisäksi on aktiivi-hiili ollut pakko vaihtaa aika ajoin, mikä on hankaloittanut käsittelyä ja aiheuttanut tuotantokatkoksia. Esillä olevan keksinnön mukaisessa laitteessa leijuaineena käytettyä aktiivihiiltä ei tarvitse vaihtaa, mikä oli hyvin yllättävä havainto eikä syytä tähän efektiin tunneta. Esillä olevan keksinnön mukaisessa laitteessa leijuaineena käytettyä aktiivihiiltä ei siten tarvitse vaihtaa sen johdosta, että sen suoda-tuskyky heikkenisi. Myös happovaiheessa voidaan käyttää toksisuutta poistavia aineita, kuten aktiivihiiltä.

Keksintöä selostetaan alla lähemmin viitaten oheiseen piirustukseen, jossa: kuva 1 esittää kaaviomaisesti poikkileikattua pystykuvantoa keksinnön suositusta suoritusmuodosta ja kuva 2 esittää samanlaista pystykuvantoa keksinnön vaihtoehtoisesta suoritusmuodosta.

Piirustuksessa on pystysuora sylinterimäinen reaktori yleisesti merkitty viitenumerolla 1. Kuvan 1 esittämässä suoritusmuodossa on reaktorin 1 sisäpuolelle sovitettu keskisesti pystysuora sylinteri 10, joka on sekä ylä- että alapäästään avoin. Tämän pystysuoran sylinterin 10 yläosaan sen sisä- I! 5 64124 puolelle on sovitettu samoin pystysuora molemmista päistään avoin putki 12, jonka sisään ulottuu reaktorin 1 yläosasta sekoitin 11 ja johon reaktorin 1 ulkopuolelta johtaa puhdistettavan jäteveden syöttöjohto 2.

Reaktori 1 on lisäksi jaettu kahteen päällekkäiseen osaan suotimella 8, jonka läpi pystysuora sylinteri lo ulottuu siten, että syöttöputken 2 kautta sylinteriin 10 johdettu puhdistettava jätevesi sekoittimen 11 avulla sekoitettuna laskeutuu suotimen 8 alla olevaan osaan, jossa sitä vielä sekoitetaan sekoittimella 4 happoa muodostavan bakteeriliet-teen estämiseksi laskeutumasta reaktorin 1 pohjalle. Reaktorin 1 alaosassa on lisäksi poistoputki 3 happovaiheen liete-määrän vähentämiseksi, josta haarottuu putki 13, jossa on pumppu 14 reaktorin 1 happovaiheesta poistetun lietteen osan syöttämiseksi yhdessä puhdistettavan jäteveden kanssa syöttö-putkesta 2 pystysuorassa sylinterissä 10 olevaan sekoitus-putkeen 12. Pystysuorassa sylinterissä 10 ja suotimen 8 alapuolella olevassa astiaosassa happoa muodostavat bakteerit reagoivat jäteveden sisältämien orgaanisten aineiden kanssa muodostaen lietettä sekä kaasua.

Välittömästi suotimen 8 alla on lamellierotin 15, jossa happo-vaiheesta tuleva vesi saatetaan virtaamaan vinoon sovitettujen lamellien välistä alhaalta ylöspäin veden jakamiseksi tasaisesti suotimen 8 koko poikkipinta-alalle, vedessä olevien kaasukuplien koon kasvattamiseksi sekä siinä olevien lieteosasten erottamiseksi ja palauttamiseksi suotimen 8 alla olevaan osaan.

Anaerobinen suodin 8 sisältää inerttiä täyteainetta, kuten kevytsoraa ja/tai kuonaa, joka toimii metaanibakteerien kiinnitysalustana ja jolla on suuri tartturaispinta hidaskasvuisten metaanibakteerien poishuuhtoutumisen estämiseksi. Suotimen 8 päällä on suhteellisen paksu leijuaine- ja lietekerros 9 varsinaisen metaanikäymisen tehostamiseksi, jolloin tähän reaktiotilaan saadaan suurempi ja tasaisemmin jakautunut mikrobikanta. Leijuaineena käytetään aktiivihiiltä, joka 6 64124 samalla toimii suodinaineena. Suotimen 8 yläpuolella olevassa osassa muodostuu lisäksi metaanikaasua ja kaasut erotetaan veden ja lietteen seoksesta reaktioastian 1 yläosaan sovitetun kuplanerottimen 7 viistoilla pinnoilla. Lopuksi puhdistunut jätevesi ja siinä oleva liete johdetaan ulos reaktioastiasta 1 kuplanerottimen 7 yläpuolella olevan pois-tojohdon 5 avulla ja kuplanerottimessa 7 erottuneet kaasut poistetaan reaktioastian 1 yläpäässä olevan poistojohdon 6 kautta.

Kuvassa 2 on esitetty hieman yksinkertaisempi suoritusmuoto keksinnön mukaisesta laitteesta, jossa puhdistettava jätevesi johdetaan suoraan putken 2 avulla reaktorin 1 alaosaan, joka on erotettu yläosasta biosuotimen 8 avulla. Ylijäämäliete poistetaan reaktorin 1 alaosasta poistoputken 3 avulla. Reaktorin 1 yläosassa taas on elimiä 7 kaasun erottamiseksi puhdistetun jäteveden ja lietteen seoksesta ennen tämän poisjoh-tamista poistoputken 5 avulla. Erityisesti vaikeasti puhdistettavilla jätevesillä voidaan kaasukuplien erottumista parantaa reaktorin yläosaan asennetun sekoittimen 12 avulla.

Kaasut taas poistetaan reaktorin 1 yläosaan keskisesti sovitetun putken 6 kautta.

Esillä olevan keksinnön mukaisella laitteella saadaan parempi puhdistustulos ja suurempi toksisten aineiden kestokyky käytettäessä suodin- ja leijuaineena aktiivihiiltä, koska tämä yllättäen säilyttää tavanomaisen suodatuskykynsä eli regeneroituu itsestään, jolloin sitä ei tarvitse vaihtaa välillä. Keksinnön mukainen laite on lisäksi hyvin yksinkertainen ja halpa, koska rakennus-, asennus- ja muut sivukustannukset ovat pienet ja käyttökustannukset alhaiset.

Esimerkki

Esillä olevan keksinnön mukaista monivaihereaktoria on verrattu ennestään tunnettuun täyssekoitusreaktoriin puhdistustu-lokser suhteen. Keksinnön mukainen monivaihereaktori, jossa on happokäymisvaihe, lamelliselkeytin sekä sen yläpuolella li 7 64124 suodatus- ja leijukerrosvaihe metaanikäymistilassa, on antanut huomattavasti tasaisemman puhdistustuloksen kuin täys-sekoitusreaktori, jossa sekä happo- että metaanikäyminen tapahtuvat samassa reaktiotilassa.

Keksinnön mukaisessa monivaihereaktorissa käytettiin täyteaineena Lecasoraa ja aktiivihiilirouhetta. Reaktorin neste-tilavuus oli 30,8 litraa ja lämpötila oli kokeiden aikana 34 + 1°C. Puhdistettavan jäteveden pH-arvo säädettiin neutraaliksi eli pH 7:ksi.

Käytettiin samankokoista täyssekoitusreaktoria, ja samaa koejärjestelyä kuin edellä mainitussa monivaihereaktorissa.

Alla olevassa taulukossa on esitetty edellä mainituilla reak-torityypeillä saadut tulokset. Taulukosta nähdään, että moni-vaihereaktorilla on BOD^-reduktio (keskimäärin 80 %) huomattavasti parempi kuin täyssekoitusreaktorilla (keskimäärin 50 %). Samoin CODCr~reduktio ja kaasuntuotanto olivat paremmat monivaihereaktorilla.

Taulukko

Vertailuparametreina käytetyt suureet monivaihe- ja täysse-koitusreaktoreiden välillä.

Monivaihereaktori Täyssekoitusreaktori B0D7-red. X* 80 50

Poistoveden B0D_-pit.

mg/1 150 300-600 C0DCr-red. %* 60 45

Kaasusaannot m3/kg B0D? add 0,20 0,15 Käynnissäoloaika, päiviä 150 135 xBOD_-reduktio: biologisen 7 vuorokauden hapenkulutuksen määrän (mg 02/l) vähenemä 1. reduktio.

C0D_ -reduktio: kemiallisen hapenkulutuksen määrän vähenemä Cr (mg 02/l) .

8 641 24

Kaasuntuotanto- ja BOD^-reduktiotasot ovat vaihdelleet molemmissa reaktoreissa jäteveden ominaisuuksien mukaan.

Toksisten jätevesien vaikutusta tutkittaessa olivat BOD^-reduktiot keskimääräistä korkeammat, koska käytetyn jäteveden laatu oli tasaista tutkimuksen aikana. Toksisen veden vaikutus reaktorin toimintaan erottui tällöin selvästi tavanomaisista reaktorin toiminnassa tapahtuvista vaihteluista. Monivaihereaktorin BOD^-reduktio, joka oli tämän koevaiheen alussa noin 90 %, laski tästä toksista jätevettä käsiteltäessä noin 70 %:n tasolle ja palautui toksisten jätevesien loputtua entiselleen noin 90 % reduktiotasolle. Täyssekoitus-reaktorin BOD7~reduktio laski vastaavalta 80 % lähtötasolta noin 30 %:n tasolle ja palautui enää vain noin 70 %:n reduktiotasolle. Tästä nähdään, että toksiset jätevedet vaikuttivat erittäin voimakkaasti täyssekoitusreaktorin toimintaan. Keksinnön mukaisen monivaihereaktorin toiminta sen sijaan oli koko ajan huomattavasti tasaisempaa ja vaihtelut olivat pienempiä. Tässä ilmenee monivaihereaktorin huomattavasti parempi toksisten jätevesien kestokyky.

Huolimatta monivaihereaktorin pitkästä käytöstä (150 päivää), puhdistustulos ei muuttunut, vaikka hydraulista viipymää lyhennettiin koko ajan. Aktiivihiiltä ei ole tarvinnut vaihtaa puhdistustehon parantamiseksi, kuten aikaisemmin on esitetty ja myös ollut yleisenä käytäntönä.

li

Claims (8)

64124 9

1. Laite jäteveden puhdistamiseksi anaerobisella käymisellä, jossa on happokäymisvaihe ja metaanikäymisvaihe, jossa laitteessa on suljettu astia (1) ja siinä elimiä (2, 10) puhdistettavan jäteveden syöttämiseksi astiaan, elimiä (5, 6, 3) puhdistetun veden, kaasun sekä lietteen poistamiseksi astiasta, elimiä (4) astian sisällön sekoittamiseksi sekä elimiä (7) kaasun erottamiseksi astian yläosassa, tunnettu siitä, että astia (1) on happokäymisvaiheen ja metaanikäymisvaiheen pitämiseksi olennaisesti toisistaan erillään jaettu kahteen päällekkäiseen osaan suotimella (8), jossa on ainakin yhtä metaanibak-teerien kiinnitysalustana toimivaa täyteainetta sisältävä täyte-ainekerros ja sen päällä liete- ja leijuainekerros siten, että säiliön alaosassa suotimen alapuolella sijaitsee ensimmäinen osa, jossa ovat sekoituselimet (4), ja johon puhdistettavan jäteveden syöttöelimet (2, 10) johtavat, jolloin happokäymisvaihe tapahtuu olennaisesti ensimmäisessä osassa ja säiliön yläosassa sijaitsee toinen osa, jossa on puhdistetun veden ja kaasun poistoelimet (5, 6), ja johon suodin (8) kuuluu, jolloin metaanikäymisvaihe tapahtuu olennaisesti toisessa osassa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että suotimen (8) alla on lamellierotin (15) suotimen läpi alhaalta ylöspäin virtaavan veden jakamiseksi tasaisesti suotimen yli ja vedessä olevien kuplien koon kasvattamiseksi sekä lieteosasten erottamiseksi ja palauttamiseksi suotimen alla olevaan ensimmäiseen astiaosaan.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen laite, tunnet-t u siitä, että elimet puhdistettavan jäteveden syöttämiseksi käsittävät astiaan (1), edullisesti keskeisesti sovitetun sekä ylä- että alapäästään avoimen sylinterin (10), joka ulottuu astian yläosassa olevien kaasun erotuselimien (7) yläpuolelta alaspäin suotimen (8) läpi, ja elimiä (2) puhdistettavan jäteveden syöttämiseksi sylinterin (10) yläosaan.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen laite, tunnettu siitä, että sylinterin (10) yläosassa ja edullisesti sen kes- 10 64124 kellä on sekoitin (11), jota ympäröi pystysuora ja molemmista päistään avoin putki (12), johon puhdistettavan jäteveden syöttöelin (2) on yhdistetty.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen laite, tunnettu siitä, että suotimen (8) alapuolella olevassa ensimmäisessä astiaosassa on elimiä (3) lietteen poistamiseksi ja mahdollisesti osan (13) syöttämiseksi puhdistettavan jäte-veden (2) mukana takaisin astiaan (1).

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen laite, tunnettu siitä, että suotimessa (8) oleva täyteaine-kerros sisältää soraa, edullisesti kevytsoraa.

7. Jonkin patenttivaatimuksista 1-5 mukainen laite, tunnettu siitä, että suotimessa (8) oleva täyteainekerros sisältää kuonaa.

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen laite, tunnettu siitä, että leijuaine on aktiivihiiltä, joka myös toimii suodinaineena. li 64124 11