DK141868B - Fremgangsmåde til eliminering af organisk og uorganisk bundet nitrogen fra husholdnings- og industrispildevand. - Google Patents

Description

(11) FREHLCeSEUEliKRIFT 1U1868 DANMARK <") Intel.* C 02 F 3/30 «(21) Ansøgning nr. 57^7/72 (22) Indleveret den 28. Jul. 1972 (23) Løbsdag 28. Jul. 1972 (44) Ansøgningen fremlagt og fremlssggelcaeskHftet offentliggjort dan 7 · JUJ. · 19o0

DIREKTORATET FOR

PATENT-OG VAREMÆRKEVÆSENET ^ Prioritet begwet fra den 25. nov. 1971j 17030/712 CH (71) CELLULOSE ATTISHOIZ AG, 4708 Luterbach, CH.

(72) Opfinder: Max Dubach, Am Sonnenrain, CH—4533 Riedholz, CH: Alfred £>cher*= ler, Laengacker, CH-4533 Riedholz, CH. ““ (74) Fuldmægtig under sagens behandling:

Internationalt Patent-Bureau. _ (84) Fremgangsmåde til eliminering af organisk og uorganisk bundet nitro= gen fra husholdnings- og Industrispildevand.

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til eliminering af organisk og uorganisk bundet nitrogen fra husholdnings- og industrispildevand.

Der kendes en fremgangsmåde til biologisk rensning af spildevand ved hjælp af aktiveret slam, ved hvilken fremgangsmåde dels nedbrydningen af forureningerne ved hjælp af bakterier og dels fjernelsen af de tilgroede bakterier ved hjælp af bakterieædende organismer udføres efter hinanden i 2 fuldstændigt adskilte trin. Samtidig luftes det, eventuelt mekanisk forklarede, til det første trin førte spildevand under tilvejebringelse af optimale livsbetingelser for bakterierne i en luftningsbeholder, hvorhos oxygenkoncentrationen vælges således, at det klarede afløb fra et efter luftningsbeholderen tilsluttet og til det første trin hørende sættebassin, til hvilket spildevandet ledes efter luftningen, efter en bestemt opholdstid ikke mere indeholder frit oxygen. Dette fra sættebassinet udtagne,oxygen- 2 U1868 frie spildevand luftes nu igen i det andet trin i en luftningsbeholder, og slamkoncentrationen reguleres, så at afløbet fra et efter det andet trins luftningsbeholder tilsluttet og til dette trin hørende sættebassin efter en bestemt opholdstid har et oxygenindhold på i det mindste 2 mg/1.

Ved afledningen af husholdnings- og industrispiIdevand til de naturlige vandløb forøges disses indhold af ammonium- og nitratnitrogenforbindelser bestandigt. Ammoniummet er for så vidt en fare for de naturlige vandløb, da det ved højere pH-værdier virker som gift overfor fisk eller ved en indtrædende nitrifikation kan føre til et oxygensvind i vandløbet. Nitratet virker på sin side som gødningsstof og er en af årsagerne til vandløbenes tiltagende eutrophiering.Desuden vanskeliggøres eller trues rensningen af disse vandløb til drikkevand, da nitrat i en for høj koncentration kan skade menneskers og dyrs sundhedsmæssige tilstand. Naturlige vandløbs høje ammonium- og nitratindhold kan bl.a. også føres tilbage til den utilstrækkelige eliminering af disse stoffer ved hjælp af de sædvanlige, hidtil kendte biologiske fremgangsmåder henholdsvis anlæg til rensning af spildevand, incl. den tidligere nævnte fremgangsmåde.

Der er derfor et stærkt behov for fremgangsmåder og anlæg til rensning af spildevand, hvilke anlæg kan eliminere ammonium-, nitrat- og organisk bundet nitrogen fra det dertil førte spildevand så meget som muligt. Forskellige forslag går ud på at nitrificere ammoniummet i en aktiveret slamproces på i og for sig kendt måde og denitrificere det nitratholdige spildevand i et specielt herefter tilsluttet trin.

Ved nitrifikationen og denitrifikationen skal følgende bemærkes:

Ved nitrifikationen i et aktiveret slamsystem oxygeres ammoniumnitrogen mikrobielt til nitrit og nitrat. En stor del af det organisk bundne nitrogen, der ikke kan forbruges ved inkarnering, omdannes ved hjælp af ammonificerende bakterier til ammoniumnitrogen. Omdannelsen af ammonium til nitrit sker ved hjælp af Nitroso-monas-bakterier og omdannelsen af nitrit til nitrat ved hjælp af Nitrobacter.

NH4_°2 . ^ NO"_°2.„,».N0~

Det antages, at væksthastigheden for Nitrosomonas er mindre end for Nitrobacter, så at den førstnævnte er en begrænsende faktor for nitrifikationen. Om en nitrifikation er mulig i et aktiveret slamanlæg, afhænger af forskellige faktorer, bl.a. af temperaturen, luftningstiden, slamkoncentrationen, siambelåsningen, oxygen« indholdet, inhibitorer og pH-værdien.

En nitrifikation er i princippet kun mulig, når en bestemt slambelastning under givne betingelser ikke overskrides. Ved en slambelastning over 0,2 kg BOD^/kg slamtørstof i temperaturområdet under 15°C sker der ingen eller kun en meget utilfredsstillende nitrifikation. Ved 20°C og en slambelastning på indtil 0,33 kg BOD^/kg slamtørstof kan der opnås en fuldstændig nitrifikation.

Den i beskrivelsen anvendte forkortelse BOD,. betegner det bioleg i ske oxygenfor- 3 141868 brug i 5 dage.

Tilstedeværelsen af forskellige toxiske stoffer i spildevandet kan forhindrer en nitrifikation. Især kan thiourinstoffer, cyanider, phenoler og tungmetalsalte hæmme væksten af nitrificerende bakterier.

Ved denitrifikationen reduceres nitrit og nitrat til elementært nitrogen og dinitrogenoxid.

NO2, NO” -»-N2, N20

Mekanismen for denitrifikationen er endnu ikke fuldstændigt afklaret. I almindelighed opfattes denne proces som en streng anaerob proces.I princippet synes hydrogendonatorer nødvendige for denitrifikationen. Udover oxygenindholdets indflydelse spiller også pH-værdien og opholdstiden en rolle under denitrifikationen.

Der blev konstateret en indbyrdes sammenhæng mellem pH-værdien og oxygenspændingens indflydelse på denitrifikationshastigheden. I pH-området over 7 hæmmes denitri-fikationen totalt ved tilstedeværelse af oxygen.

Sammenfattende kan det konstateres,at man ved alle undersøgelser har erkendt sammenhængen mellem slamkoncentration og tid samt temperatur og slambelastning ved nitrifikationen. Det er ligeledes erkendt, at en denitrifikation i princippet er mulig.

Ud fra disse erkendelser er der ved den foreliggende opfindelse tilvejebragt en fremgangsmåde, ved hvilken man så at sige samtidig med den sædvanlige spildevandsrensning og uden nævneværdige yderligere udgifter kan opnå en vidtgående eliminering af ammonium-, nitrat- og organisk bundet nitrogen fra husholdnings- og industri-spildevand. Ved opfindelsen tilsigtes det at tilvejebringe si gunstige forudsætninger som muligt for alle væsentlige processer.

Ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen sker dette i et biologisk spildevandsrensningsanlæg af den tidligere nævnte art, dvs. med to efter hinanden anbragte og med hinanden forbundne trin, der hver indeholder en luftningsbeholder og et derefter tilsluttet sættebassin, hvor spildevandet i det første trin luftes ved en slambelastning på 0,05-0,5, fortrinsvis 0,15, kg BOD^ pr. kg slamtørstof og derefter til aflejring og til anaerob dannelse af ammoniumforbindelser (ammoni-ficering af de organiske nitrogenforbindelser) ledes til sættebassinet i første trin, hvorfra det udtages oxygenfrit og ledes til det andet trin, hvor det luftes ved en slambelastning på 0,01-0,3, fortrinsvis 0,1, kg BOD,, pr. kg slamtørstof og derefter ledes til det andet trins sættebassin, og fremgangsmåden er kendetegnet ved, at det fra det første trins sættebassin udtagne, ammoniumholdige, oxygenfrie spildevand luftes i det andet trins luftningsbeholder til opretholdelse af aerobe betingelser i det andet trin og til nitrifikation af ammoni- 141868 4 unmet, at det på denne måde nitrificerede spildevand ledes til andet trins sættebassin, og at en del af det dér i det mindste delvis klarede spildevand føres tilbage til det første trin, hvor spildevandets denitrificering finder sted under de dér herskende aerobe betingelser, samt at renset spildevand aftrækkes fra andet trins sættebassin i en mængde svarende til tilstrømningen.

I det andet trin tages der derved ved en meget lav BOD^-slambelastning og en høj slamalder.hensyn til den lille væksthastighed for Nitrobacter og især for Nitrosomonas. I det første trins sættebassin tilvejebringes der gunstige betingelser for denitrifikationen, hvorved den lave slambelastning med den derigennem betingede høje slammængde i dette første trin samtidig giver en beskyttelse af de ni-trificerende bakterier i det andet trin, da toxisk virkende stoffer for største delen i det første trin dels tilbageholdes adsorbtivt, dels nedbrydes biologisk. Samtidig forstærkes den ammonificerende virkning i sættebassinets reducerende medium.

På denne måde opnås der i anlægget uden forstyrrelse af de øvrige forureningers sædvanlig nedbrydning og under udnyttelse af de for ammonificeringen og nitri-fikationen henholdsvis denitrifikationen mest gunstige forudsætninger en eliminering af det totale nitrogenindhold i det til anlæggets førte spildevand på indtil 90¾.

Til optimering af denne eliminering kan ifølge opfindelsen fordelagtigt i det mindste halvdelen af det til det andet trins sættebassin i løbet af 24 timer førte nitrificerede spildevand fra dette bassin ledes tilbage til det første trin, og/ellér man kan sørge for, at der ledes en lige så stor eller større mængde renset, nitrificeret vand tilbage til det første trin, som der samtidigt i løbet af 24 timer tilføres dette trin urenset spildevand til rensning.

Ved et anlæg med uregelmæssig spildevandstilførsel kan der med fordel arbejdes således, at anlæggets hydrauliske belastning holdes konstant, indstillet på den beregnede spidsbelastning. Ved mindre spildevandsmængder kan der føres så meget renset, nitrificeret vand fra det andet trins sættebassin tilbage til det første trin, at det første trins hydrauliske belastning forbliver konstant.

Det fra det andet trins sættebassin til denitrifikation i det første trin tilbageførte vand kan enten ledes til luftningsbeholderen eller til sættebassinet. En fordelagtig og særlig grundig blanding af denne recirkulerede del med vandet fra det første trin kan imidlertid også opnås ved, at det recirkulerede vand ledes til det første trin gennem forbindelsesledningen mellem luftningsbeholderen og sættebassinet.

Til tilvejebringelse af optimale betingelser for ammonificeringen og denitrifikationen i det første trin, arbejdes der fortrinsvis med en 0„-koncentrat!on fra 0-2 mg O2/I og en slamkoncentration fra 5-15 kg slamtørstof/m , og ifølge op 5 141868 findelsen sørges der fortrinsvis for, at der til stadighed findes i det mindste 2/3 af den i det første trin tilstedeværende slammængde i dette trins sættebassin. Den ved fremgangsmåden anvendte slambelastning beregnes ud fra den slammængde i kg BOD*., der med spildevandet føres til det første trin for hver 24, time, divideret med den totale i det første trin tilstedeværende slaraeængde i kg. Slamalderen, der fås ud fra den i hele det første trin tilstedeværende slam-mængde, divideret med den dagligt fra spildevandet tiltagende eller tilførte slammængde i kg, kan andrage 5-30 dage, fortrinsvis ca. 12 dage. Samtidig sørger man ifølge opfindelsen fortrinsvis for, at det til det første trins sættebassin førte slam gennemsnitlig efter i det mindste 1 time og højst efter 8 timer, fortrinsvis efter 3 timer, føres tilbage til den tilhørende luftningsbeholder, hvor det forsynes med oxygen. Dette kan ifølge opfindelsen ske ved en hensigtsmæssig udmåling af den tilbageførte slammængde, så at denne f.eks. pr. time andrager 1/5 til 1/2, fortrinsvis 1/4 af sættebassinets indhold. Da der under denitrifikationen i det indre af slamflageme dannes gasbobler, floterer en del af slammet på bassinets overflade. Dette slam kan skummes af på kendt måde og føres tilbage til den tilhørende luftningsbeholder eller fjernes som overskudsslam.

Ved hjælp af disse foranstaltninger tilvejebringes der særlig gunstige betingelser for ammonificeringen og denitrifikationen, de oxygenhungeren på grund af slammets lange opholdstid i sættebassinet bliver så stor, at nitratet reduceres uden skadelig indvirkning på elimineringen af de biologisk nedbrydelige, organiske stoffer. Tværtimod fremmes denne eliminering ved den yderligere oxygentilf ørsel over nitratet, hvorved en energibesparelse samtidig er mulig, da oxygentilførslen til det første trins luftning kan reduceres.

Til tilvejebringelse af gunstige forudsætninger for nitrifikationen i det andet trin arbejder der fortrinsvis med en oxygenkoncentration fra 2-6 mg 0_/l og 3 z en slamkoncentration fra 0,5-4 kg slamtørstof/m . Slamalderen kan andrage 5-30 dage, fortrinsvis 12 dage. Samtidig sørger man ifølge opfindelsen fortrinsvis for, at det til sættebassinet førte slam efter 1/4 time og højst efter 4 timer, fortrinsvis efter 1 time, føres tilbage til den tilhørende luftningsbeholder, hvor det forsynes med oxygen. Det er ifølge opfindelsen fordelagtigt, at højst halvdelen af den i hele det andet trin tilstedeværende slammængde til stadighed findæ i det tilhørende sættebassin.Den tilbageførte slammængde vælges ifølge opfindelsen fordelagtigt således, at den pr. time andrager 1/5 til 1/2, fortrinsvis 1/4, af sættebassinets indhold, bestående overvejende af den aflejrede slamdel.

Ved hjælp af disse foranstaltningerne tilvejebringes der særlig gunstige betingelser for nitrifikationen, især ved den lave BOD -slambelastning, ved det i det første trin allerede i stor udstrækning forrensede spildevand og den derigennem 141868 6 opnåelige høje slamalder. Specielt undgår man herved, at der i det andet trins sættebassin optræder denitrifikationsfænomener, som kan føre. til den kendte slamhævelse, der kan indvirke skadeligt på nitrifikationen og forringe afløbets kvalitet.

Det har desuden vist sig, at der udover nedbrydningen af de organiske for-urenninger og elimineringen af nitratnitrogenet og uden skadelig indvirkning på disse processer yderligere kan udføres en eliminering af phosphater fra spildevandet, der skal renses. Dette kan ske ved, at der til det andet trin inden sættebassiiBt sættes i for sig kendte fældningskemikalier, f.eks. aluminium- eller jernsalte.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen belyses nærmere i det følgende ved hjælp af tegningen, der skematisk viser et eksempel på et anlæg til udførelse af fremgangsmåden.

Tegningen viser et i og for sig kendt totrinsanlæg til biologisk spildevandsrensning, hvilket anlæg har en første luftningsbeholder .1 og et gennem en ledning 2 herefter tilsluttet sættebassin 3, der sammen danner anlæggets første trin. Gennem et overløb 4 og en ledning 5 er det første trins sættebassin 3 forbundet med en anden luftningsbeholder 6 , der sammen med endnu et sættebassin 7 , som over en ledning 8 er forbundet med eller tilsluttet efter den anden luftningsbeholder 6 , danner anlæggets andet trin. Luftningen i luft ningsbeholderne 1 og 6 sker ved hjælp af egnede fordelerorganer 9 og 10 , som er tilsluttet en fælles tilledning 11 .

Husholdnings- eller industrispildevandet, der skal renses og befries for ammonium- og nitratnitrogen, ledes kontinuerligt, eventuelt forklaret, gennem en ledning 12 til det første trins luftningsbeholder 1 og derefter gennem ledningen 2 til det tilhørende aflejringstrin med efterklaringsbassinet 3 .

I dette første trin afstemmes på i og for sig kendt måde luftningstid med luft gennem tilledningen 11 og fordelerorganet 9 indført oxygenmængde og koncentration af det biologiske slam således, at det klarede afløb gennem ledningen 5 fra det første trins sættebassin 3 ikke mere indeholder frit oxygen. BOD^-slambelastningen, henført til den totale slammængde i luftningsbeholderen 1 og sættebassinet 3, andrager 0,15 kg BOD^/kg slamtørstof. 1/3 af denne totale slam-mængde findes i luftningsbeholderen 1 , 2/3 i sættebassinet 3 . Gennem en ledning 13 til tilbageførsel af slam pumpes der så meget slam tilbage til luftningsbeholderen 1 pr. time, at mængden svarer til 1/4 af sættebassinet 3’s indhold. Det opadsvømmende slam, der samler sig i vandoverfladen af bassinet 3 , tilbageholdes af en neddykket skillevæg 18 og føres ved hjælp af et egnet organ gennem en.ledning 19 tilbage til luftningsbeholderen 1 . Derved tilvejebringes der gunstige betingelser for denitrifikationen af nitratet og ammonifice-ringen.

7 141868

Fra sættebassinet 3 udtages der oxygenfrit spildevand, som indeholder den ikke-afsætte lige del af svævestoffer og ammoniummet, gennem overløbsrenden 4 , og gennem ledningen 5 ledes det til det andet trins luftnin'gsbeholder 6 og derefter gennem ledningen 8 til sættebassinet 7. I luftningsbeholderen 6 afstemmes igen på i og for sig kendt måde luftningstid med luft gennem tilledningen 11 og fordelerorganet 10 indført oxygenmængde og slamkoncentration således, at det fra sættebassinet 7 gennem et overløb 15 og en ledning 16 bortstrømmende og nu klarede vand endnu indeholder i det mindste 2 rag/1, fortrinsvis 4 mg/1 frit oxygen. BOD^-slarabelastningen, henført til den totale slammængde i luftningsbeholderen 6 og sættebassinet 7, andrager 0,1 kg BOD^/kg slamtørstof. Ca. 2/3 af den totale slammængde findes vedvarende i luftningsbeholderen 6 , 1/3 i sættebassinet 7 . Den gennem en ledning 14 tilbageførte slammængde andrager pr.

time 1/4 af sættebassinet 7's rumfang. Derved tilvejebringes der gunstige betingelser for nitrifikationen af ammoniummet.

I det andet trin kan der desuden til yderligere eliminering af phosphater fra spildevandet, der skal renses, uden forstyrrelse af de øvrige i dette trin forekommende processer, og især uden forstyrrelse af nitrifikationen,tilsættes i og for sig kendte fældningskemikalier, såsom aluminium- eller jernsalte, gennem en ledning 20 , og tilsætningen kan fordelagtigt ske, inden vandet ledes ind i sættebassinet 7 , f.eks. i luftningsbeholderen 6 .

Det har endvidere vist sig, at det i visse tilfælde er fordelagtigt til forbedring af sedimentationsegenskaberne i det andet trin yderligere at tilsætte i og for sig kendte organiske og/eller uorganiske flokkuleringsmidler, f.eks. ben-tonit, cellulosefibre eller anioniske, kationiske eller ikke-ioniske flokkulerings-hjælpemidler. Sådanne hjælpemidler forstyrrer på ingen måde den ønskede nitrifi-kation.

Til denitrifikation af det i det andet trin tilstedeværende nitrificerede ammonium og dermed til eliminering af nitratnitrogen fra spildevandet, der skal renses, udtages der fra sættebassinet 7 kun en del, fortrinsvis i det mindste 50¾ af det til dette sættebassin i løbet af 24 timer førte, nitrificerede spildevand til recirkulation til anlæggets første trin, hvor de gunstige betingelser for denitrifikationen af nitrificerede nitrogenforbindelser er fremherskende. Der ved reguleres anlægget fordelagtigt således, at der til det første trin til denitrifikation ledes en ligeså stor vandmængde fra sættebassinet 7 , som der i løbet af 24 timer tilføres trinnet urenset spildevand gennem ledningen 12.

Det har vist sig fordelagtigt fra det andet trins sættebassin 7 at udtage det vand, der skal ledes tilbage til det første trin, i en dybde fra ca. 0,2-2 m, fortrinsvis fra 0,8 m under vandspejlet.Udtagningen er på tegningen anskue liggjort

Claims (2)

141868 8 gennem en ledning 17 , der fører det udtagne vand tilbage til ledningen 2 , hvor der sker en grund,ig blanding roed det i det første trin tilstedeværende vand. Ifølge en ikke vist variant ville det også være muligt i stedet for at lede det fpa sættebassinet 7 til recirkulation udtagne vand til det første trin gennem ledningen 2 at lede det til luftningsbeholderen 1 eller sættebassinet 3 . Ved denitrifikationen i det første trin er slammet som følge af de i slamflagerne tildels tilstedeværende mikrogasbobler sværere at tykne. Det kan derfor være fordelagtigt at afgasse det fra dette trin udtagne overskudsslam, inden det føres til sedimentation i en tykner af sædvanlig art. Dette kan ske ved, at slammet, inden det føres til t'ykneren, omrøres mekanisk uden lufttilførsel i en beholder i 1-7 timer, fortrinsvis i 3 timer,hvorved størstedelen af gasboblerne fjernes. Pn anden mulighed for takning af overskudsslammet, uden at mikroboblerne virker fors tyr rende ,karf bestå i,a't slammet i stedet for at sedimenteres i et i og for sig-kendt.apparat koncentreres ved flotation. 1. .Fremgangsmåde ti,l eliminering af organisk og uorganisk bundet nitrogen fra husholdnings- og industfispildevand i et biologisk spildevandsrensningsanlæg med to efter hinanden anbragte og med hinanden forbundne trin, der hver indeholder en luftningsheholder og et derefter tilsluttet sættebassin med slamtilbageføring, hvor spildevandet i det første trin luftes ved en slambelastning på 0,05-0,¾ fortrinsvis 0,15, kg BOD,- pr. kg slamtørstof og derefter til aflejring og til anaerob dannelse af ammoniumfarbindelser (ammonificering af de organiske nitrogenforbindelser) ledes til sættebassinet i første trin, hvorfra det udtages oxygenfrit og ledes til det andet trin, hvor det luftes ved en slambelastning på 0,01-0,3, fortrinsvis 0,1, kg BOD^ pr. kg slamtørstof og derefter ledes til det andet trins sættebassin, kendetegnet ved, at det fra det første trins sættebassin (3) udtagne, ammoniumholdige, oxygenfrie spildevand luftes i det andet trins luftningsbeholder (6) til opretholdelse af aerobe betingelser i det andet trin og til nitrifikation af ammoniummet, at det på denne måde nitrificerede spildevand ledes til andet trins sættebassin (7), og at en del af det dér i det mindste delvis klarede spildevand føres tilbage til det første trin, hvor spildevandets deni-trificering finder sted under de dér herskende aerobe betingelser, samt at renset spildevand aftrækkes fra andet trins sættebassin (7) i en mængde svarende til tilstrømningen. · ·

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der til stadighed findes i det mindste 2/3 af den i det første trin tilstedeværende slammængde i dette trins sættebassin.