NO770658L - Fremgangsm}te og apparat for behandling av v{sker, s{rlig av vann. - Google Patents

Description

Fremgangsmåte og apparat for behandling av væsker, særlig av vann .

Denne oppfinnelse vedrører fremgangsmåte og apparat for behandling av en væske for å skille en gass fra væsken under be-handlingen av avløpsvann, dvs. vann som bærer biologisk nedbryt-bart materiale i form av oppløsning og/eller suspensjon inklusive alle typer av biologisk nedbrytbare husholdnings- pg industrielle avfalismaterialer, f.eks. vanlig husholdningsavfall og utslipp

frembragt ved gårdsbruk, matfabrikker og andre industrienheter som frembringer slikt avfall.

I prosessen med aktivert slam for behandling av avfalls-vann utsettes avfallsvannet etter primærbehandling for fjernelse av grovt og tungt materiale,en behandling hvor vannet sirkuleres og aereres, slik at forurensningsmateriale fjernes eller omdannes til fjernbar slam ved hjelp -av biologisk påvirkning, hvilket føl-ges av en ytterligere behandling for fraskillelse av faststoffer fra avfallsvannet. Den initiale aererings- og sirkulasjonsbehand-ling kan utføres i en røretank eller mer fordelaktig i et apparat av den type som er beskrevet i søkernes U.K.søknad 23328/73 og 53921/73 som .svarer til U.S. søknad 467 511. Når aerering utføres i det sistnevnte apparat eller i en dyp omrøringstank, er det vik-tig at luft som under aereringen føres inn i avfallsvannet og som derved helt eller delvis oppløses i avfallsvannet deretter separeres tilstrekkelig fra avfallsvannet, da klaringsanordningens vir- ' kémåte ellers ville påvirkes utfordelaktig og for stor mengde suspenderte faststoffer ville opptre i overløpet. Mekaniske anord-ninger, såsom omrørere, for.separering av inntrengt luft fra av-løpsvannet er ikke alltid tilstrekklige eller hensiktsmessige for-d.i de bare kan ta seg av den luft som er i form av luftbobler,

men ikke luft som er oppløst i avløpsvannet.

I samsvar med oppfinnelsen er det således tilveiebragt en prosess for behandling av avløpsvann, omfattende det trinn hvor en gass separeres fra en væske, deii særegne forbedring som omfatter nedsettelse av trykket på overflaten av avløpsvannet under gassepareringstrinnet under atmosfærisk trykk og i en utstrek-ning som er tilstrekkelig til å tvinge en del av enhver oppløst gass eller gassbobler som måtte være til stede i avløpsvannet til å frigjøres fra samme.

Selv om det i denne publikasjon skal tales om én oksygén-holdig gass, er det meningen at gassen kan være oksygen eller enhver gassblanding, såsom luft, som inneholder oksygen.

Under gassekstraksjonstrinnet reduseres trykket på. overflaten av avløpsvannet, fortrinnsvis i en slik grad at i det minste en vesentlig del av den oppløste gass eller gassbobler i av-løpsvannet frigjøres fra dette. Passende middel for nedsettelse av trykket representerer en vakuumpumpé. Hensiktsmessig reduseres trykket på overflaten av avløpsvannet i gassekstraksjonsbeholderen til 0,4 bar absolutt trykk eller derunder, f.eks. i noen tilfelle kan reduksjonen være ned til 0,3 bar absolutt trykk og i andre tilfelle til bare 0,1 bar absolutt trykk.

Om ønsket kan en flottasjonstank være plassert mellom oksygeneringsbeholderen og gassekstraksjonsbeholderen.

Den videre behandling i samsvar med oppfinnelsen omfatter en prosess, hvorved gasser som er oppløst i væsken, ekstraheres og dette trinn følges av en prosess hvor væsken klarnes ved bunn-felling av opphengte faststoffer og eventuelt omfatter den ytterligere behandling også trinn hvori endel eller hele væskestrømmen som skal behandles føres gjennom et flottasjonsapparat, hvor endel av de suspenderte faststoffer separeres ved flottasjon. Alle dis-se trinn i prosessen er illustrert på fig. 2 på tegningene (som vil bli omtalt nærmere nedenfor). Det vil fremgå av fig. 2 at hele væskestrømmen.som skal behandles, passerer gassekstraksjonstrinnet mens endel eller hele væskestrømmen passerer det optionel-le flottasjonstrinn som befinner.seg oppstrøms for gassekstraksjonstrinnet og som etterfølges av bunnfellingstrinnet.

Oppfinnelsen er særlig hensiktsmessig for behandling av avløpsvann etter et oksygeneringstrinn og vil derfor bli beskrevet nedenfor i forbindelse med en sådan behandling. Om så ønskes, underkastes avløpsvannet etter den initielle biologiske påvirkning ved aerasjon og sirkulasjon en flottasjonsbehandling enten i en konvensjonell flottasjonstank som vist på de medfølgende tegninger eller, når aerasjon finner sted i et apparat av den art som er be-.skrevet i de ovenfor nevnte britiske søknader 23328/73 og 53921/73, i et flottasjonskammer av den art som er beskrevet i britisk pa-tentsøknad 14142/75 (som svarer til U.S. patentsøknad 671 543). Flottasjonsbehandlingen utskiller i det minste en del av de resterende faststoffer som finnes i avløpsvannet på dette trinn og de utseparerte faststoffer returneres til aerasjonsapparatet. Gass-ekstrasjonsapparatet er anordnet mellom flottasjonsbehandlings-trinnet og en etterfølgende klareringstank hvor faststoffer separeres fra væske ved sedimentering.

Gassekstraksjonsapparatet er fortrinnsvis en høyreist kon-struksjon, - såsom et tårn eller en søyle, eller en stor blokk som er delt innvendig og inneholder et rom eller kammer, på toppen av hvilket gass eller damp befinner seg over nivået for væsken, og dette kammer er forbundet med en vakuumpumpe. Hele denne konstruk-sjon skal heretter omtales som et tårn selv om utførelsen ikke er begrenset til tårnet.

Tårnet er innvendig delt i en oppstrømskanal og en ned-strømskanal. Vakuumpumpen tvinger avløpsvannet til å bli suget opp i oppstrømskanalen og under passering av denne kanal vil gassene skilles ut fra oppløsningen og de da dannede bobler vil fri-gjøre seg fra avløpsvannet og komme opp i gasskammeret ved tårnets øvre ende og denne gassdampblanding pumpes så bort ved hjelp av vakuumpumpen. Deaerert avløpsvann renner ned i nedstrømskanalen og til neste trinn i behandlingssystemet som er bunnfellings- eller klareringstank. Høydene av oppstrømskanalen og nedstrømska-nalen i tårnet under væskens frie overflate i kammeret, hvor partialt vakuum råder, er bestemt ved de velkjente fysiske lover med hensyn til hydrostatiske krefter og ved vakuumgraden som kreves for effektiv avgassing. Det foretrekkes i overensstemmelse med forsøk som er blitt utført under utviklingen av denne oppfinnelse, at væsken burde underkastes et partialt vakuum på ikke mer enn 0,4 bar absolutt trykk og i noen tilfelle foretrekkes at det abso-lutte trykk kan være så lavt som 0,3 bar eller til og med så lavt som 0,1 bar. Tilsvarende vil høyden av avløpsvannsøylen som kreves" for frembringelse av den nødvendige trykknedsettelse ligge'i området fra 6 til 9 m. Denne høyde kan varieres hensiktsmessig på bestemte steder hvor det barometriske trykk er lavt, f.eks. hvis apparatet ifølge oppfinnelsen skal monteres i en stor høyde. . Fortrinnsvis har oppstrømskanalen en seksjon ved sin øvre ende .- med mindre tverrsnitt enn resten av oppstrømskanalen. Lengden av denne seksjon er hensiktsmessig større eller lik den indre diame- ter av gassekstraksjonsapparatet. I nedstrømskanalen finnes fortrinnsvis en tilsvarende seksjon med større tverrsnittsareal ved den øvre ende, hvor hastigheten av væskestrømmen vil bli liten, dvs. mindre enn eller lik 0,1 m/sek. Gassekstraksjonsapparatet er fortrinnsvis utformet slik at væskestrømmens hastighet opp til oppstrømskanalen fortrinnsvis ikke er større enn 0,3 m/sek, for- ' trinnsvis -omkring 0,1 m/sek. Kammeret med partialt vakuum over væskenivået strekker seg fortrinnsvis i det minste 1,5 m høyere oppover, slik at det er dannet et rom, fra hvilket fint skum kan spyles, f. eks., ved hjelp av en- væskedus j .

I alle tilfelle hvor det ikke finnes noen begrensende, konstruktive, omgivelses- og økonomiske betingelser med hensyn til tårnets høyde, foretrekkes det at vakuumkammeret bør strekke seg opp til en høyde på minst 10,5 m over væskens frie nivå i beholder-ne foran<p>g etter gassekstraksjonstårnet (dvs. gass frigjøringsbas-senget, flottas jonstanken og klareringstanken) for sikring at det blir fysisk umulig at vakkumpumpén suger væske opp til toppen av vakuumkammeret.

Man har funnet under eksperimentforsøk at fremgangsmåten og apparatet ifølge oppfinnelsen forbedrer vesentlig bunnfellings-egenskapene i faststoffene i den siste bunnfellings- eller klareringstank.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere ved hjelp av eksempler

og under henvisning til tegningene, hvor:

Fig. 1 viser skjematisk en aereringsanordning ifølge sø-kernes nevnte britiske søknad 23328/73 og 53921/73 etterfulgt av en konvensjonell totrinns postaereringssepareringsanordning som omfatter en flottasjonsenhet og en bunnfellingstank. Fig. 2 viser skjematisk en aereringsanordning ifølge de nevnte britiske søknader 23328/73 og 53921/73 etterfulgt av en tretrinns behandlings- og separeringsanordning omfattende en flot tas jonsenhet, et gassekstrasjonsapparat' ifølge oppfinnelsen og en bunnfellingstank. Fig: 3 viser skjematisk'en avgassingsinnrétning innpasset i anordningen ifølge fig. 2, og fig. 4 viser en alternativ utførelse av apparatet ifølge oppfinnelsen.

Ifølge fig. 1 etterfølges anordningens inngangsaererings-apparat 1 av et totrinnssystem omfattende, en flottasjonstank 2 og en klareringstank eller bunnfellingstank 3. Etter forbehandling (i et ikke vist system) strømmer avløpsvannet- gjennom et rør 4 inn i aereringsapparatet 1 og sirkulerer som vist med piler langs en riedstrømskanal.5 og en oppstrømskanal 6, som begge er åpne mot en gassfrigjøringstank 7. Fra tanken .7 strømmer avløpsvannet gjennom, et rør 8 til flottasjonstanken 2, hvor.faste partikler stiger opp til væskens overflate og av en skrapeinnretning 9 føres tilbake til gassfrigjøringstanken 7, som antydet med pilen. Væsken forlater flottasjonstanken 2 gjennom et rør 10 og strømmer inn i klarningstanken 3, hvor eventuelle resterende faste stoffer skal felles ut på bunnen. Væske fjernes fra klarningstanken 3 gjennom et rør som ikke er vist.på tegningene. ' En suspensjon av faste partikler som setter seg ned på bunnen av klaringstanken 3 føres nedover gjennom et rør 11 til et rør 12, hvori fastpartikkelstrøm-men deles opp, idet en del føres tilbake til aereringsapparatet 1, mens resten forlater systemet som avfallsslam gjennom et avløps-rør 13.'

Systemet ifølge fig. 2 skiller seg fra systemet ifølge fig. 1 ved at et avgassihgsapparat ifølge oppfinnelsen er anordnet på ledningen 10 foran klaringstanken 3. Flottasjonstanken 2 kan omgås ved at avløpsvannet føres' gjennom et forbiføringsrør 19. Dette avgassingsapparat som i større målestokk er vist på fig. 3, er i form av en stor søyle eller sjakt eller kanal eller beholder 14, som over det meste av sin høyde er delt ved en skillevegg 15 som strekker seg fra beholderens 14 bunn opp til et nivå under væskenivået A-A i beholderen 14. Beholderens 14 øvre ende er gjennom en rørdel 16 forbundet med'en vakuumpumpe (ikke vist). Beholderen 14 er inndelt i to.kammere, idet væsken føres oppover i oppstrømskammeret 17 og nedover i nedstrømskammeret 18. Den gass som er oppløst i væsken, suges ut mens væsken stiger som følge av det lavere hydrostatiske trykk på grunn av vakuumpumpens virkning og forlater beholderen 14 gjennom rørets 16 innløpsport. Den avgassede væske strømmer fra nedstrømskammeret 18 over til klaringstanken 3.

Fig. 3 viser vad A-A det omtrentlige nivå av avløpsvannet i beholderen eller tårnet når. trykket på overflaten av avløpsvan-net er redusert til f.eks. 0,1 bar absolutt trykk, hvilket kan kre-ve anvendelse av en totrinnspumpe. Hvis imidlertid trykket reduseres i mindre grad, f.eks. 0,3 bar absolutt trykk, vil en enkélttrinnspumpe antagelig være tilstrekkelig og avløpsvannets nivå kan være ., som vist med streklinjene X-X og Y-Y, idet avløps-vannet i oppstrømskammeret 17 rekker akkurat over skilleveggen 15 mer^s vannet i nedstrømskammeret 18 bare rekker til et nivå omtrent 1 m lavere. Følgen er at det dannes en foss eller vannfall av avløpsvannet som fra kammeret 17 renner over skilleveggen 15 i kammeret 18, hvilket fører til ytterligere frigjøring av luften fra avløpsvannet. Skjermer e.l. for oppbrytning av det nedfallen-de vann kan være anordnet mellom toppen av nedstrømskammeret 18

og overflaten av.avløpsvannet deri.

Ved utførelsen ifølge fig. 3, kan innstrømningen a/avløps-vannet- i beholderen være ytterst variabel og mengden av den av-tappede gass vil derfor også variere betydelig. Under slike om-stendigheter må vakuumpumpen være konstruert for den maksimale gassmengde som skal fjernes. For nødvendige gassfrigjøringsmeng-der som er lavere enn maksimum kan det for opprettholdelse av konstant trykk på overflaten av avløpsvannet være fordelaktig anordnet innføring av ytterligere gass til systemet. Denne ytterligere gass kan slippes inn på et hvilket som helst sted av systemet foran vakuumpumpen, men fortrinnsvis slippes gassen inn ved 20 eller i nærheten av bunnen av oppstrømskammeret 17 for å bidra til gassekstraksjon fra avløpsvannet.

Fig. 4 viser en alternativ utførelse av avgassingsappara-tet. I dette tilfelle er nedstrømskammeret 18 anordnet aksialt i beholderens 14 midte og er således omgitt av oppstrømskammeret 17. Ved sin nedre ende har nedstrømskammeret 18 et i rett vinkel av-bøyd utløpsrør hvorigjennom væsken forlater avgassingsapparatet•

og strømmer til klaringstanken 3. Det er imidlertid å forstå at anordningen ifølge fig. 4 godt kan være omvendt på den måte at oppstrømskammeret 17 kan bli gjort til nedstrømskammer, mens ned- . strømskamméret 18 kan bli gjort til oppstrømskåmmer, nemlig sim-pelthen ved at kammeret 18 forbindes med flottasjonstanken og kam-merets topp gis avtagende tverrsnitt istedenfor økende tverrsnitt hvilket sees på fig.' 4. Denne omvendte anordning ville være å foretrekké når trykket på overflaten av avløpsvannet er satt ned til omtrent 0,3 bar absolutt trykk.

Ved utførelsen ifølge fig. 4 er væskenivået A-A overdekket med et lag av skum opp til et nivå B-B. De strekede linjer C-C

og B-D representerer hensiktsmessige øvre og nedre grenser for nivået. A-A. Som i apparatet ifølge fig. 3 suges gassene som slipper ut, opp gjennom-røret 16 ved hjelp av en ikke vist vakuumpumpe. Ved begge utførelser av beholderen 14, har det øvre parti av ned-strømskammeret 18 større tverrsnittsareal enn det nedre parti med en tilsvarende nedsettelse av tverrsnittsarealet av oppstrømskam-merets 17 øvre parti.

Claims (13)

1. Fremgangsmåte for behandling av avløpsvann omfattende et trinn hvorunder gass separeres fra væske, karakteri-s- e r ,t ved at trykket på overflaten av avløpsvannet reduseres under gassepareringstrinnet til under det atmosfæriske trykk i en tilstrekkelig grad for å tvinge endel av oppløst gass eller eventuelle bobler som finnes i avløpsvannet til å frigjøre seg fra væsken.

2. Fremgangsmåte for biologisk behandling av avløpsvann omfattende et okysgeneringstrinn, hvorunder en oksygenholdig gass tilføres avløpsvannet etterfulgt av ytterligere behandling av av-løpsvannet etter oksygeneringstrinnet, karakterisert ved at det i den ytterligere behandling av avløpsvannet etter oksygeneringstrinnet innbefattes et gassekstraks jonstrinn., hvorunder trykket på overflaten av avlø psvannet i en gassekstraksjonsbeholder reduseres til under det atmosfæriske trykk i en tilstrekkelig grad for å bevirke at endel av oppløst gass eller gassbobler som finnes i avløpsvannet frigjøres, fra samme.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller .2, karakterisert ' ved at trykket på overflaten av avløpsvannet reduseres til 0,4 bar absolutt trykk eller derunder.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1,2 eller 3, karakterisert ved at nedsettelsen av trykket tvinger avløpsvannet til. å suges opp i et område med strømning oppover som ved sin øvre ende er i forbindelse med den øvre ende av et område med strøm-ning nedover, hvor avløpsvannet renner ned som følge av tyngde-kraften, hvor de øvre ender av de to områder er i forbindelse med hverandre gjennom et lukket område som.inneholder gass-damp-blanding over overflaten av avlø psvannet, hvilket lukkede område er utstyrt med innretninger til nedsettelse av trykket på overflaten av avløpsvannet og uttrekning av gass-damp-blandingen fra nevnte lukkede område..

5. Fremgangsmåte ifølge krav A, karakterisert ved. at nevnte innretninger omfatter en vakuumpumpe e.l.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 4 eller 5,karakteri- s er t ved at strømhingshastigheten for avløpsvannet i området med oppoverstrømmen ikke er større enn 0,3 m/sek., fortrinnsvis omtrent 0,1 m/sek.

7.. Apparat for biologisk.behandling av avløpsvann omfattende en oksygeneringsbeholder med innretninger for en oksygenholdig gass som skal tilføres samme og en klaringstank med innretninger til å fjerne adskilt faststoffer og væsker fra samme, karakterisert ved at det omfatter en gassekstraksjonsbeholder med innretninger til nedsettelse av trykket i beholderen til under det atmosfæriske trykk, hvilken gassekstraksjonsbeholder er i forbindelse- med både oksygeneringsbeholderen og klaringsbeh olderen på en sådan måte at avløpsvannet fra oksygéneringsbeholderen pas serer gassekstraksjonsbeholderen før det kommer inn i klaringsbe-holderen .

8. Apparat ifølge krav 7, karakterisert ved at gassekstraksjonsbeholderen omfatter en oppstrømsavdeling for av-løpsvannet som er i forbindelse med den øvre ende av en nedstrøms-avdeling for avløpsvannet, hvor de øvre ender av begge avdelinger.. ved sine øvre ender er i forbindelse med et lukket gasskammer utstyrt med innretninger til å nedsette trykket på overflaten av av-løpsvannet i gassekstraksjonebeholderen til under det atmosfæriske trykk og for ekstrahering fra gasskammeret av gass-damp-blanding som finnes, i kammeret over avløpsvannets overflate.

9.. Apparat ifølge krav 7 eller 8, karakterisert ved at innretningen-til nedsettelse av trykket på overflaten av avløpsvannet i gassekstraksjonsbeholderen omfatter en vakuumpumpe som er innrettet til å redusere trykket til 0,4 bar absolutt trykk eller under.

10. Apparat ifølge krav 9, karakterisert ved at vakuumpumpen er innrettet til å redusere trykket til en slik ver-di at. strømningshastigheten for avløpsvannet over i oppstrømsav-delingen ikke overskrider 0,3 m/sek.

11. Apparat ifølge krav 9 eller 10, karakterisert ved innretninger for tilførsel av ytterligere gass til gasseks traks jonebeholderen for opprettholdelse av konstant nedsatt trykk.

12. Apparat ifølge ét eller flere av kravene 7-11, karakterisert ved at den øvre del av oppstrømsavdelingen har mindre tverrsnitt enn den nedre del og at-'den øvre. del av ned-strømsaydelingen har større tverrsnitt enn den nedre del.

13. Apparat ifølge et eller flere av kravene 7 til 12, karakterisert ved at oppstrøms- og nedstrømsavdelingene er dannet ved hjelp av en indre skillevegg som er anordnet i gass-ekstråksjonsbeholderen og strekker seg oppover fra dennes bunn, og hvor avdelingene er i forbindelse med hverandre bare ved toppen av .skilleveggen.

1.4. Apparat ifølge et eller flere av kravene 7 til 12, karakterisert ved at oppstrøms- og nedstrømsavdelingene er dannet av et indre koaksialt rør som er anordnet i gassekstraks j.onsbeholderen, hvor rø rets indre utgjør en av avdelingene og det omgivende ringformede rom utgjør den andre av avdelingene, og • hvilke avdelinger bare ved toppen av røret er i forbindelse med hverandre.