FI93002B - Menetelmä ja laite anaerobiseen bioreaktoriin syötettävän seoksen valmistamiseksi - Google Patents

Description

1 93002

MENETELMÄ JA LAITE ANAEROBISEEN BIOREAKTORIIN SYÖTETTÄVÄN SEOKSEN VALMISTAMISEKSI

Tämä keksintö kohdistuu menetelmään ja laitteeseen anaerobiseen bioreaktoriin soveltuvan syöteseoksen valmistamiseksi.

Ympäristökysymysten tullessa päivä päivältä yhä tärkeämmäksi ihmisten hyvinvoinnin kannalta on syntyvät jätteet käsiteltävä niin, että jätteistä olisi mahdollisimman vähän haittaa tai että jätteet voitaisiin ottaa uudelleen käyttöön. Anaerobinen bioreaktori on yleisesti tunnettu jätteenkäsittely-yksikkö kiinteässä muodossa olevalle orgaaniselle jätteelle, kuten esimerkiksi yhdyskuntajätteistä erotetuille orgaanisille aineille. Anaerobisen bioreaktorin edullinen toiminta vaatii kuitenkin, että reaktorissa käsiteltävä materiaali on sopivasti esikäsitelty ennen syöttämistä.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on poistaa tekniikan tason haittapuolia ja aikaansaada entistä parempi menetelmä ja laite valmistaa seos, joka soveltuu syötettäväksi anaerobiseen bioreaktoriin. Keksinnön olennaiset tunnusmerkit selviävät oheisista patenttivaatimuksista.

Keksinnön mukaisesti kiinteässä muodossa olevaa orgaanista jätettä esikäsitellään niin, että jätteestä muodostettu anaerobisen bioreaktorin syöteseos on eri tavoin halutut ominaisuudet omaava. Syöteseokselta vaadittavia ominaisuuksia ovat esimerkiksi biologisen toiminnan, teknisen soveltuvuuden ja taloudellisen kannattavuuden edellyttämä kiintoainepitoisuus. Samoin syöteseokselta vaaditaan, että syöteseos on bakteerien toiminnan kannalta edullisessa lämpötilassa. Edelleen virtaus- ja sekoitusominaisuuksien parantamiseksi tiettyä raekokoa suuremmat raskaat epäorgaaniset partikkelit, kuten kivi, lasi ja metalli, sekä kevyet, helposti syöteseoksen pintaan nousevat kappaleet, kuten muovi ja korkki, on erotettava syöteseoksesta ennen seoksen syöttöä anaerobiseen bioreaktoriin. Keksinnön mukaisessa menetelmässä kiinteällä jätemateriaalilla tarkoitetaan jätemateriaalia, jonka kiintoainepitoisuus on ainakin 30 %.

2 93002

Keksinnön mukainen syöteseoksen valmistukseen käytetty laite, syöteseosreaktori, on edullisesti esimerkiksi olennaisesti lieriön muotoinen säiliö, jota käytetään olennaisesti pystyasennossa ja johon on liitetty esimerkiksi olennaisesti kartiomai-sia osia niin, että syöteseosreaktorissa aikaansaadaan reaktorissa olevalle materiaalille esimerkiksi virtauksen kannalta edulliset olosuhteet halutun syöteseoksen muodostamiseksi. Syöteseosreaktorin sisään on asennettu sekoituselin edullisesti homogeenisen syöteseoksen valmistamiseksi. Syöteseosreaktorissa on edelleen yhteet jätemateriaalien ja syöteseoksessa käytettävän nesteen syöttämistä varten sekä valmiin jatkokäsittelyyn, kuten bioreaktoriin, syötettävän syöteseoksen poistoa varten. Lisäksi raskaiden ja keveiden jätteestä erotettavien kappaleiden poistamista varten on omat yhteensä.

Keksinnön mukaisesti toimittaessa syöteseosreaktoriin syötetään ensin esikuumen-nettua nestettä niin, että kiinteän jätemateriaalin syöttöyhteen syöteseosreaktorin sisäosassa oleva syöttökohta on nestepinnan alapuolella. Syöteseosreaktoriin syötettävä neste voi olla edullisesti esimerkiksi vettä, mutta myös esimerkiksi muuta nestemäistä ainetta, joka sisältää esimerkiksi bioreaktoriprosessin kannalta edullisia komponentteja, voidaan haluttaessa käyttää. Neste syötetään syöteseosreaktoriin edullisesti reaktorin alaosaan olennaisesti sekoituselimeen nähden alemmalle tasolle sijoitettujen yhteiden kautta. Nesteen syötön jälkeen kiinteää jätemateriaalia syötetään reaktoriin niin, että syötemateriaalin ja nesteen seoksen muodostama pinta saavuttaa halutun korkeuden. Seoksen pinnalla olevat kevyet kappaleet poistetaan ylivuotona ja tarvittaessa käytetään poistamiseen syöteseosreaktoriin liitettyä kaavinlaitetta. Jätteen mukana tulleet raskaat partikkelit poistetaan reaktorin alaosasta edullisesti kartiomaisen osan päähän sijoitetun poistoyh-teen kautta. Raskaiden partikkelien poistossa käytetään vastavirtahuuhtelua niin, että ainoastaan haluttua arvoa painavammat ja suuremmat partikkelit pääsevät poistumaan syöteseosreaktorista.

Keksinnön mukaiseen syöteseosreaktoriin syötettävä jätemateriaali voi myös koostua sekä kiinteästä materiaalista että lietemäisestä materiaalista haluttaessa käsitellä samassa bioreaktorissa sekä kiinteää jätemateriaalia että lietemäistä

II

3 93002 materiaalia. Lietemäinen materiaali syötetään syöteseosreaktorin hygieenisyyden ja hajuttomuuden kannalta edullisesti vasta kevyen ja raskaan hylkyaineksen poistamisen jälkeen. Lietemäinen materiaali on edullisesti puhdistamolietettä, kuten esimerkiksi yhdyskuntajätevesipuhdistamon lietettä.

Keksinnön mukaiseen syöteseosreaktoriin syötettävän kiinteän jätemateriaalin kiintoainepitoisuus on 30-50 %, edullisesti 45-50 %. Puhdistamolietteen syöttämisen yhteydessä, tai mikäli puhdistamolietettä ei syötetä, jo kiinteän jätemateriaalin syötön yhteydessä seoksen kiintoainepitoisuus säädetään pitoisuuteen, joka on edullisesti 10-15 % koko syöteseosreaktorissa olevan massan painosta. Syö-teseosreaktoria seuraavan bioreaktorin halutusta reaktiotasapainosta riippuen syöteseoksen lämpötila säädetään joko alueelle 35-38 °C, kun bioreaktorissa toimitaan mesofiilialueella, tai alueelle 55-60 °C, kun bioreaktorissa toimitaan termofiilialueella.

Keksintöä selostetaan lähemmin seuraavassa viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää erästä keksinnön edullista sovellutusmuotoa sivultapäin katsottuna, kuvio 2 esittää kuvion 1 mukaista sovellutusmuotoa ylhäältäpäin katsottuna.

Kuvion 1 mukaisessa sovellutusmuodossa syöteseosta aletaan valmistaa siten, että tyhjään syöteseosreaktoriin 1 johdetaan esilämmitettyä vettä yhteen 2 kautta. Yhteen 2 kautta tuleva vesi ohjataan reaktoriin 1 säteittäisesti ylöspäin suuttimien 3 avulla, jolloin samalla reaktorin pohjakartiopinnalle 4 mahdollisesti edellisestä : syöteseospanoksesta takertunut kiintoaine huuhtoutuu irti. Vettä syötetään reakto riin 1 niin kauan, että vesi saavuttaa tason 5.

Kiinteässä muodossa oleva jätemateriaali syötetään reaktoriin 1 syöttölaitteen 6 kautta. Syöttölaitteen 6 pää on veden saavuttaman tason 5 alapuolella, jolloin jätemateriaalin syöttökohta sijoittuu edullisesti nousevaan virtaukseen. Nouseva virtaus aikaansaadaan sekoittimella 7, jota pyöritetään moottorilla 8. Näin kiinteä 4 93002 jätemateriaali sekoitusvirtauksen vaikutuksesta hajaantuu ja jakaantuu edullisen symmetrisesti koko reaktorin 1 poikkipinnalle. Kiinteän jätemateriaalin syöttö lopetetaan, kun veden ja jätemateriaalin muodostaman seoksen pinta saavuttaa tason 9.

Keksinnön mukaisen syöteseosreaktorin kiintoainessyötön aikana sekoituselimen 7 sekoitusnopeus ja sekoitussuunta valitaan edullisesti niin, että haluttua raekokoa pienemmätja vettä selvästi raskaammat partikkelit liikkuvat sekoitusvirtauksen mukana ja haluttua raekokoa suuremmat partikkelit laskeutuvat reaktorin pohjalle erotusta varten. Sekoituksen aikana veden ja kiintoaineen muodostaman seoksen pinnalle noussut hylkyaines poistetaan reaktorista olennaisesti tason 9 korkeudella olevasta poistoluukusta 10. Poistoluukusta 10 poistettavan hylkyaineksen siirtymistä poistokanavaan 11 ja edelleen poistosäiliöön 12 voidaan tarvittaessa tehostaa poistoluukkuun 10 yhdistetyllä pintakaapimella 13.

Syöteseosreaktorissa kiintoaineen ja veden muodostaman seoksen sekoituksen aikana reaktorin 1 pohjalle vajonnut raskas hylkyaines poistetaan reaktorista yhteen 14 kautta poistosäiliöön 15. Tämä raskas hylkyaines pestään vastavirta-huuhtelulla johtamalla pesuvettä yhteen 16 kautta yhteeseen 14. Vastavirta-huuhtelun voimakkuutta säätämällä saadaan erottunut raskas hylkyaines edullisen suuruiseksi.

Kevyen ja raskaan hylkyaineksen poistamisen jälkeen sekä kevyen hylkyaineksen poistoluukku 10 että raskaan hylkyaineksen poistoyhde 14 suljetaan, ja sekoitusta jatketaan sekoituselimellä 7, kunnes syöteseosreaktorissa valmistettu syöteseos vastaa olennaisesti seuraavassa bioreaktorissa haluttavia kiintoaineen partikkeli-koko- ja lämpötila-arvoja.

Kun keksinnön mukaiseen syöteseosreaktoriin syötetään veden ja kiinteä n jätema-teriaalin lisäksi puhdistamolietteeksi orgaanista lietettä, kuten esikuvattua jätevesilietettä , suljetaan ennen tämän lietteen syöttämistä sekä kevyen hylkyaineksen poistoluukku 10 että raskaan hylkyaineksen poistoyhde 14. Näin puhdistamoliete κ 93002

D

voidaan syöttää syöteseosreaktoriin vasta kevyen ja raskaan hylkyaineksen poistamisen jälkeen, jolloin prosessin hajuttomuutta ja hygieenisyyttä voidaan olennaisesti parantaa. Puhdistamoliete syötetään keksinnön mukaiseen syöteseosreaktoriin syöttöyhteen 17 kautta. Syöttöyhde 17 on edullisesti sijoitettu olennaisesti samalle pystyakselille sekoituselimen 7 akselin kanssa niin, että puhdistamolietteen syöttökohta on edullinen sekoituselimell ä 7 aikaansaatuun nousuvirtaukseen nähden. Nousuvirtauksen tasaisuuden parantamiseksi on syöteseosreaktorin 1 seinämä varustettu säteittäisesti asennetuilla virtaushaitoilla 18, kuten kuviossa 2 on esitetty. Näin aikaansaadaan syöteseosreaktoriin olennaisen nopea sekoittuminen ja olennaisen symmetrinen kuormitus.

Puhdistamolietteen syöttö suljetaan, kun syöteseoksen pinta saavuttaa edullisesti tason 19. Ainakin puhdistamolietteen syötön aikana syöteseosreaktorin 1 poisto-kaasut johdetaan poistoyhteen 20 kautta edullisesti esimerkiksi biosuotimeen 21. Poistoyhteeseen 20 liitetyn puhaltimen 22 avulla koko syöteseosreaktori 1 voidaan tarvittaessa pitää alipaineessa, jolloin esimerkiksi jätteen käsittelystä aiheutuvat hajuhaitat voidaan olennaisesti välttää. Puhdistamolietteen syötön jälkeen syöteseoksen sekoitusta jatketaan sekoituselimellä 7, kunnes syöteseos on olennaisen homogeeninen ja syöteseoksen kiintoaineen partikkelikoko ja lämpötila ovat edullisia seuraavaan bioreaktoriprosessiin nähden. Valmis syöteseos pumpataan poistoyhteen 23 kautta pumpulla 24 seuraavaan prosessivaiheeseen.

Claims (8)

1. Menetelmä anaerobiseen bioreaktoriin syötettävän nestettä ja kiinteää materiaalia sisältävän seoksen valmistamiseksi jätemateriaalin jatkokäsittelyä varten, tunnettu siitä, että menetelmä käsittää seuraavat vaiheet: a) syöteseosreaktoriin (1) syötetään ensin nestettä niin paljon, että vapaa nestepinta (5) on olennaisesti syöteseosreaktorissa (1) olevan kiinteän jätemateriaalin syöttökohdan (6) yläpuolella, b) syöteseosreaktoriin (1) syötettävä kiinteä jätemateriaali, jonka kiintoainepitoisuus on ainakin 30 %, syötetään reaktorin (1) vapaan nestepinnan (5) alapuolelle sekoi-tuselimen (7) tason yläpuolelle, c) kiinteästä jätemateriaalista erotetaan (10,14) sekä kevyt että raskas hylkyaines sekoittamalla jätemateriaalin sekoituselimellä (7) siten, että kevyt hylkyaines nousee veden ja kiintoaineen muodostaman seoksen pinnalle ja raskas hylkyaines vajoaa reaktorin (1) pohjalle, jota raskasta hylkyainesta jatkoerotellaan reaktorin (1) alaosaan suunnattua vastavirtahuuhtelua (14) käyttäen, d) kevyen ja raskaan hylkyaineksen erottamisen jälkeen reaktoriin (1) syötetään syöttöyhteen (17) kautta tarvittaessa Hetemäistä jätemateriaalia, e) sekoitusta (7) jatketaan syöteseoksen homogenisoimiseksi, ja f) syöteseos syötetään (24) seuraavaan prosessivaiheeseen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että syöteseosreaktoriin (1) syötettävä lietemäinen jätemateriaali on yhdyskuntajätevesien lietettä.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että syöteseosreaktoriin (1) syötettävä kiinteä materiaali on kiinteää yhdyskuntajätettä, jonka kiintoainepitoisuus on 30-50 %, edullisesti 45-50 %.

4. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ainakin lietemäisen jätemateriaalin syöttämisen aikana syöteseosreaktori ” (1) pidetään alipaineessa. Il 7 9:-002

5. Laite patenttivaatimuksen 1 mukaisen menetelmän toteuttamiseksi, jossa on yhteet nesteen (2), kiinteän (6) ja lietemäisen (17) jätemateriaalin syöttämiseksi, sekä hylkyaineksen (10,14) ja syöteseoksen (23) poistamiseksi ja elin (7) reaktorissa olevan materiaalin sekoittamiseksi, tunnettu siitä, että syöteseosreaktoriin syötettävän kiinteän jätemateriaalin syöttökohta (6) on sijoitettu sekoituselimeen (7) nähden ylemmälle tasolle, että syöteseosreaktoriin syötettävän lietemäisen jätemateriaalin syöttökohta (17) on sijoitettu sekoituselimeen (7) nähden alemmalle tasolle, että kiinteässä jätemateriaalissa olevan raskaan hylkyaineksen poistamiseksi reaktorin (1) alaosaan on liitetty poistoyhde (14), joka on yhdistetty nesteen syöttöyhteeseen (2) , että kiinteässä materiaalissa olevan kevyen hylkyaineksen poistamiseksi reaktorin (1) yläosaan olennaisesti kiinteän jätemateriaalin ja nesteen yhteisen halutun täyttötason (9) yhteyteen on asennettu poistoluukku (10) ja että syöteseoksen poistoyhde (23) on yhteydessä syöteseoksen seuraavaan prosessivaiheeseen.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laite, tunnettu siitä, että syöteseosreaktoriin (1) syötettävä neste on syötettävissä ainakin yhden reaktorin (1) seinämään liitetyn suuttimen (3) kautta. 4

7. Patenttivaatimusten 5 tai 6 mukainen laite, tunnettu siitä, että syöteseosreaktoriin (1) syötettävä lietemäisen jätemateriaalin syöttökohta on olennaisesti samalla pystyakselilla sekoituselimen (7) akselin kanssa.

8. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen 5-7 mukainen laite, tunnettu siitä, että sekoittumisen parantamiseksi syöteseosreaktorin (1) seinämään on liitetty säteittäi-sesti virtaushaittoja. 8 ?':γό2