FI115628B - Menetelmä ja laite orgaanisen aineen hapettamiseksi - Google Patents

Description

115628

Menetelmä ja laite orgaanisen aineen hapettamiseksi

Keksinnön kohteena on menetelmä orgaanisen aineen biologiseksi hapettamiseksi. Menetelmällä orgaanista ainetta hapetetaan reaktioastiassa, jonka 5 sisään syötetään lämmön ja kosteuden suhteen säädettyä ilmaa ja josta poistetaan kuumaa kosteaa kaasua. Hapettumisen tehostamiseksi orgaaniseen aineeseen on lisätty kierrätettävä hapetuspinta. Orgaaninen aine on tyypillisesti juoksevaan muotoon saatettua hienojakoista jätettä.

10 Keksinnön kohteena on myös laite orgaanisen aineen hapettamiseksi kun orgaaninen aine on hienonnetussa muodossa olevaa jätettä, laitteeseen kuuluessa reaktioastia, laitteet hapetettavan aineen syöttämiseksi reaktioastiaan, laitteet hapetuspinnan kierrättämiseksi reaktioastiassa, laitteet hapetetun aineen erottamiseksi kierrätettävästä hapetuspinnasta ja biologisesti hapet-15 tumattomasta aineesta, laitteet lämmön ja kosteuden suhteen säädetyn ilman syöttämiseksi reaktoriastiaan, laitteet kuuman kostean poistokaasun imemiseksi reaktioastiasta, laitteet poistokaasun puhdistamiseksi ja lämmön j * ·.. talteenottolaite lämmön siirtämiseksi poistokaasusta sisäänsyöttöilmaan.

: '·· 20 Orgaanista ainetta syötetään reaktioastian yläpäähän ja esim. maanparan- :; nusaineeksi soveltuva arvokas lopputuote saadaan reaktioastian alapäästä.

Reaktioastiassa korkean lämpötilan mikro-organismit käyttävät orgaanisen aineen ravinnokseen. Kasvaessaan ja lisääntyessään mikrobit tarvitsevat ravintoa ja valtavasti happea. Samalla ne tuottavat lämpöenergiaa, vettä, hiili-25 dioksidia ja hyödyllistä biomassaa.

;‘ Kun orgaanisen aineen kuiva-ainepitoisuus (ka) on pieni, esim. orgaanisissa : · lietteissä ka < 20%, on ongelmana riittävän tehokkaan hapetuksen aikaan saaminen sellaista mikrobitoimintaa varten, joka tarvitaan orgaanisen aineen 30 täydelliseen hapetukseen. Tätä ongelmaa on pyritty helpottamaan lisäämällä : ’·· lietemassaan erilaisia rakennemateriaaleja kuten puunlastuja, turvetta yms., 115628 2 mutta tunnettujen rakennemateriaalien muoto ja rakenne ei anna optimaalista hapetustehoa.

Keksinnön kohteena on menetelmä ja laite, joilla voidaan maksimoida biolo-5 gisen hapetusprosessin hapetustehoa eli mikrobien hapensaantia siten, että koko hapettumisprosessi nopeutuu, kaikki orgaaninen aine hapettuu ja aikaansaadaan olennainen tuotantokapasiteetin kasvu edullisemmin kuin tunnetuilla menetelmillä.

10 Tämä tarkoitus saavutetaan oheisessa patenttivaatimuksessa 1 esitetyllä menetelmällä ja patenttivaatimuksessa 3 esitetyllä laitteella. Epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa on esitetty keksinnön edullisia sovellutusmuotoja.

Seuraavassa keksinnön yhtä suoritusesimerkkiä selostetaan lähemmin viit-15 taamalla oheiseen piirustukseen, joka esittää kaaviollisena pystyleikkauksena keksinnön mukaista laitetta.

Lämpöeristetty reaktioastia 1 on pystysuuntainen sylinteri, jonka korkeus on suurempi kuin halkaisija. Sylinterin 1 keskellä on pyöritettävä akseli 2, jota :' \. 20 moottori 3 pyörittää säädettävällä nopeudella alennusvaihteen 4 välityksellä.

V Putkirenkaista ja niitä yhdistävistä säteittäisistä putkiosista muodostuva jaka- i '·· japutki tai jakajalevy 9 levittää orgaanista ainetta tasaisesti astian 1 yläpää- *:: hän. Orgaaninen aine johdetaan putkella 8 jakajaputkeen tai levyyn 9. Or- :*i gaaninen aine voi olla esim. jäteveden puhdistamon lietettä, sian lietelantaa ' 25 tai muuta maatalouden lietelantaa tai muuta orgaanista jätettä. Laitteella käsiteltävän orgaanisen aineen kuiva-ainepitoisuus on tyypillisesti ;;; 1 - 30%, jolloin se on yleensä juoksevassa muodossa kun ka < 15%. Kun • | ka > 15%, voi olla edullista liettää aine veteen ennen hapetusta. Kuiva jäte : voidaan myös jauhaa hienojakoiseksi ja liettää veteen, jolloin jäte saadaan * * 30 juoksevaan muotoon ja hapettumaton osa saadaan helpommin erotettua ha- : i petetusta tuotteesta ja hapetuspinnasta.

• * 115628 3

Astia 1 on täytetty olennaisesti kokonaan biologisesti hapettumatonta ainetta olevilla, oleellisesti pyöreillä kappaleilla, esim. palloilla 7, joiden halkaisija on alueella 1-5 cm, sopivimmin noin 2 - 3 cm ja joiden pinta on tehty sellaiseksi, että orgaaninen aine tarttuu hyvin pallojen pintaan. Jos orgaaninen aine 5 on liian kuivaa, voidaan siihen lisätä sekoittajan 35 kautta vettä, jotta se saadaan ohuena kerroksena tarttumaan pallojen 7 pintaan. Tavoitteena on, että pallojen pintaan muodostuu niin ohut kerros hapetettavaa ainetta, että säädetystä ilmasta saatava happi läpäisee ainekerroksen pallon pinnalla. Aine-kerroksen paksuus on tyypillisesti alle 2 mm.

10

Akselille 2 on kiinnitetty siipimäisiä sekoituselimiä 5, jotka ulottuvat kohti re-aktioastian 1 seinämää. Kuljetin 6 siirtää palloja reaktioastian 1 alapäästä sen yläpäähän. Tästä taas seuraa, että astiassa 1 pallovirta suuntautuu alaspäin.

Kun pallot yleensä ovat olennaisesti hapetettavaa ainetta kevyempiä, omi-15 naispainoltaan esim. noin 0,5 kg/dm3 tai vähemmän, pyrkivät palloja ti- heämmällä aineella pinnoitetut pallot nopeammin alaspäin, kuin puhtaammat pallot, jolloin olennaisesti kaikki pallot saavat pinnoitteen hapetettavasta aineesta. Pallot 7 palautetaan astian 1 kannen kautta ja hapatettava aine ohjataan niiden alle aerosolien muodostumisen estämiseksi.

20 Säädettyä hapetusilmaa puhalletaan reaktioastiaan 1 yleensä sen keskialueen alapuolelta. Tätä varten on reaktioastian 1 sisäseinään kiinnitetty putkikehik-: ’ ^ ko 12, jossa on suutinreikiä ja johon ilmaa johdetaan pumpulla 17 putken 18 kautta tyypillisesti lämmön talteenottolaitteesta 16. Putkikehikko 12 muodos-25 tuu esim. rengasmaisista ja säteittäisistä putkista. Putkikehikon 12 korkeusasema on edullisesti säädettävissä. Säätö voidaan toteuttaa astian 1 sisäpuo-: ’ listen ripustimien korkeusaseman säädöllä.

:. Reaktioastian 1 korkeutta voidaan säätää lisäämällä tai poistamalla siitä sylin- : 30 terimäisiä lohkoja la, joita päällekkäin asettamalla reaktioastia on kasattu kuin legotorni.

115628 4

Ilman poistuminen astian alapäästä on estetty esim. siten, että hapetetun aineen vastaanottotilalla 21 on muutoin suljettu pohja 23, mutta rako 24 yhdistää tilan 21 kuljettimeen 25, joka voi olla tarvittaessa sulkusyöttimen 33 kautta yhdistetty toiseen kuljettimeen 34, joka syöttää valmiin tuotteen asti-5 aan 26. Ilma pakotetaan siis virtaamaan reaktioastiassa 1 ylöspäin kohti re-aktioastian yläpäätä. Reaktioastian yläpäässä on imuripuhallin 15, joka imee reaktioastian sisään syötetyn ilman ja ohjaa sen ilmanpuhdistimen 14 ja lämmön talteenotti men 16 ja ilmanpuhdistimen 27 kautta ulos. Pallot 7 muodostavat kaikkialle reaktioastiaan 1 jakautuneen tiheän homogeenisen vir-10 tauskanaviston, jonka yhteydessä on suuri pinta-ala hapetettavaa ainetta. Reaktioastian korkeuden keskialueelle muodostetaan ns. hapetusvyöhyke, jossa kosteus ja happiolosuhteet sekä lämpötila ovat sopivia mikrobitoimin-nalle. Mikrobien hapetustoiminnasta tulee erityisen tehokasta, koska koko ilmamäärä menee jatkuvasti koko hapetusvyöhykkeen ja hapetettavan ai-15 neen läpi. Biologisessa hapetuksessa kuumentunut ilma ja astian yläosaan tarvittaessa syötettävä kuiva kuuma ilma kuivattaa ainetta astian yläosassa niin, että se on kuivunut sopivasti tullessaan hapetusvyöhykkeelle, joka muodostuu itsestään aina johonkin kohtaan ilmansyöttökohdan 12 ja reaktioastian yläpään väliin. Pallokuljettimella 6 säädetään hapetettavan aineen viipy-20 mäaikaa ja reaktioastian yläpäähän lisätään vain sen verran ainetta, että ·.··:' saadaan sopiva ainekerros pallojen pintaan. Säätöparametreina ovat myös : ·. ilman virtausmäärä, sen lämpötila ja kosteus.

Viitenumerolla 14 on merkitty poistoilmanpuhdistin. Käytännössä poistoilma 25 voidaan puhdistaa parhaiten ionipuhdistimilla 14 ja singlettihappigeneraatto-reilla 27 (patenttihakemus FI 20020304). Poistoilma voidaan puhdistaa ioni-• · puhdistimilla, jotka ovat sinänsä tunnettuja esim. julkaisuista EP-1178860 ja EP-1165241. Ionipuhdistimen eli ionisoivan hiukkaserottimen 14 toiminta pe-v rustuu siihen, että tyhjän erotinkammion läpi viilaavassa ilmassa olevat hiuk- 30 kaset varataan ja varatut hiukkaset kerätään sähkökentän avulla maadoite-’ .. tuille tai jännitteellisille keruupinnoille, joilta hiukkaset huuhdotaan vedellä ja . \ huuhteluvesi kierrätetään edullisimmin takaisin hapetusprosessiin ja poiste- 115628 5 taan lämmönvaihtajan 16 kautta kondenssivetenä. Ionipuhdistimia 14 on tyypillisesti kaksi tai useampia (vain 1 esitetty) ja niiden välillä ilmavirtaus kulkee suuressa määrässä rinnakkaisia ionipuhallusputkia, joihin on asennettu singlettihappigeneraattoreita 27. Hakijan patenttihakemuksessa FI 5 20020304 on esitetty esimerkki sopivasta ionipuhdistimesta 14 ja singletti- happigeneraattorista 27. Esitetyssä tapauksessa singlettihappigeneraattori 27 on sijoitettu lämmönvaihtimen 16 jälkeen, jossa voi olla myös erillinen jäähdytin vesihöyryn lauhduttamiseksi. Singlettihappigeneraattorissa 27 on lasiputken sisällä sähköä johtava elektrodi ja lasiputken ulkopuolella on spiraali-10 mainen elektrodi eristeen sisässä. Näiden elektrodien päiden välille on kytketty suurtaajuinen korkeajännitelähde. Putki ja elektrodit on sijoitettu vaippa-putkeen, jonka läpi puhaltimella puhalletaan ilmaa, joka ottaa mukaansa singlettihappea, jota spiraalimaisen elektrodin synnyttämä koronailmiö tuottaa hajottamalla virtaavan ilman happimolekyylejä.

15

Puhallin 15 painaa puhdistetut kaasut lämmönvaihtimen 16 kautta ulos ja puhallin 17 painaa lämmönvaihtimessa 16 säädetyllä tavalla lämmennyttä kuivaa puhdasta ulkoilmaa putken 18 kautta reaktioastiaan 1 ja/tai erillisen : lämmittimen 28 ja jakajan 29 kautta reaktioastian 1 yläosaan. Jos yläosan ; 20 kuivauspuhallusta ei tarvita, se voidaan sulkea säätöventtiilillä 30.

Isommissa laitoksissa on edullista rakentaa monelle reaktioastialle 1 yhteinen · ’ ' ilman käsittelykeskus.

25 Reaktioastiassa 1 on rei'itetty välipohja 20, jonka reikäkoko on oleellisesti pienempi kuin pallojen 7 halkaisija ja jonka alapuolella on hapetetun aineen • ‘ vastaanottotila 21. Akselin 2 käyttämä kaavinsiipi 19 kaapii revitettyä pohjaa 20, painaa hapetetun jauhemaisen tuotteen reikien läpi ja estää pohjareikien ν' tukkeutumisen ja samalla syöttää palloja poistokanavan 11 sulkusyöttimen 30 32 kautta kuljettimelle 6. Rei'itetty välipohja 20 muodostaa siis seulan, jonka yläpuolella tapahtuu tehokasta sekoitusta kaapimen 19 ja sekoitussiivekkei-den 5 avulla, jotta hapettunut aine saadaan irtoamaan palloista 7. Välipohjan 115628 6 20 ja puhallusputkiston 12 väliin muodostuu siis irrotusvyöhyke, jossa sekoi-tussiivekkeiden 5 lavat ovat tiheämmässä kuin muualla putkiston 12 yläpuolella.

5 Pallot 7 ovat edullisesti homogeenistä materiaalia, jolloin niiden kuluessa niille muodostuu jatkuvasti sama hyvä tartuntapinta, johon aine tarttuu hyvin.

Vaikka kappaleiden 7 muoto on edullisesti pallo ja tässä yhteydessä niistä käytetään nimitystä "pallo", on ymmärrettävää, että ne voivat olla muunkin muotoisia kappaleita tai materiaalia, joilla pinta-alan suhde tilavuuteen on 10 suuri.

Keksintö ei ole rajoittunut edellä esitettyyn suoritusmuotoon, vaan sen rakenteelliset yksityiskohdat voivat monin tavoin vaihdella. Esimerkiksi pallokuljetin 6 voi olla rakennettu astian 1 sisään nostoruuviksi. Sekoituselimet 5 eivät 15 välttämättä ole liikkuvia, vaan voivat olla kiinteitä ohjaimia.

Reaktioastiaan 1 voidaan syöttää paitsi lietettä, myös kuivaa jätettä kunhan :· se on hienonnettu etukäteen. Kosteuden säätöön käytetään kondenssivettä 16w ja ionipuhaltimien 14 huuhteluvettä 14w, joka aina palautetaan kiertoon.

; . 20 *:·· Jätemateriaalit voidaan esi-ilmastaa ja lietteiden pH tarvittaessa säätää niin happamaksi, ettei ammoniakki haihdu ja aiheuta N-tappioita lannoitevalmis-tuksessa.

25 Roskia sisältävää biojätettäkin voidaan hapettaa kun pallokuljettimen 6 eteen asennetaan seula 31 roskien poistoon. Laite soveltuu siis yleishapettimeksi kaikenlaiselle orgaaniselle aineelle. Laite voidaan rakentaa hyvin pieneksi tai ·; , erittäin suureksi.

30 Sulkusyöttimien 32 ja 33 tehtävänä on estää ilman virtaaminen ulos reaktio-astiasta 1 muualta kuin päältä imuripuhaltimen 15 avulla.

J 115628 f ί 7 j

Reaktioastia 1 ja kaikki putket, kuljettimet ja muut laitteet ovat lämpöeristet-tyjä.

Claims (11)

115628

1. Menetelmä orgaanisen aineen biologiseksi hapettamiseksi kun orgaaninen aine on hienojakoista jätettä, jossa menetelmässä 5. orgaanista ainetta hapetetaan reaktioastiassa (1), - reaktioastian (1) sisään syötetään lämmön ja kosteuden suhteen säädettyä hapetusilmaa - reaktioastiasta (1) poistetaan kuumaa kosteaa kaasua, - hapettumisen tehostamiseksi orgaaniseen aineeseen lisätään kierrätettävä 10 hapetuspinta, joka muodostuu biologisesti hapettumattomista palloista (7), - johdetaan jäte reaktioastian (1) yläpäähän, - reaktioastiassa sekoitetaan ja/tai siirrellään palloja (7), jotka olennaisesti täyttävät reaktioastian ja joiden pinnoilla hapetettava aines on ohuina kerroksina ja 15. poistetaan hapetettua orgaanista ainetta reaktioastian alapäästä, tunnettu siitä, että palloja (7) siirretään reaktioastian (1) alapäästä sen yläpäähän siten, että reaktioastiaan muodostuu pallovirta alaspäin, että reaktio-astiaan puhalletaan hapetusilmaa reaktioastian hapetusvyöhykkeen alapuolelle ja tarvittaessa hapetusvyöhykkeeseen ja/tai sen yläpuolelle, että este- I · ; 20 tään ilman poistuminen reaktioastian alapäästä ja poistetaan ilmaa reaktioas tian yläpäästä imun avulla, puhdistetaan poistoilmaa, ja siirretään poistoil-<; masta lämpöä reaktioastiaan puhallettavaan ilmaan.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pois-25 toilmaa puhdistetaan ionipuhdistimilla (14) ja/tai singlettihappigeneraattoreil- i > la (27).

. ·' : 3. Laite orgaanisen aineen hapettamiseksi kun orgaaninen aine on hienonne- ; : tussa muodossa olevaa jätettä, laitteeseen kuuluessa reaktioastia (1), laitteet v · 30 (8, 9) hapetettavan aineen syöttämiseksi reaktioastiaan, laitteet (12) lämmön : ja kosteuden suhteen säädetyn hapetusilman syöttämiseksi reaktioastiaan, 115628 laitteet (13,15) kuuman kostean poistokaasun imemiseksi reaktioastiasta, hapetettavan aineen levityselimet (9) reaktioastian (1) yläpäässä hapetettavan aineen levittämiseksi reaktioastian (1) yläpäähän, hapetuspintana toimivat biologisesti hapettumattomat pallot (7), jotka pääasiallisesti täyttävät 5 reaktioastian ja joiden pinnalle hapetettava aine kerrostuu ohueksi kerrokseksi, elimet (5), pallojen (7) sekoittamiseksi ja/tai siirtelemiseksi reaktioasti-assa (1), ja elimet (19, 20) hapetetun orgaanisen aineen poistamiseksi reaktioastian alapäästä, tunnettu siitä, että reaktioastia (1) on pystysuuntainen, halkaisijaansa korkeampi astia, ja että laitteeseen kuuluu lisäksi 10 - elimet (6) pallojen (7) siirtämiseksi reaktioastian alapäästä sen yläpää hän siten, että reaktioastiaan (1) muodostuu pallovirta alaspäin, - elimet (12, 29) hapetusilman puhaltamiseksi reaktioastiaan sen hapetusvyöhykkeen alapuolelle ja tarvittaessa hapetusvyöhykkeeseen ja/tai sen yläpuolelle, 15. sulkuelimet (23, 32, 33), jotka estävät hapetusilman poistumisen muu alta kuin reaktioastian (1) yläpäästä, - elimet (13,15) kuuman kostean kaasun poistamiseksi reaktioastian yläpäästä, - elimet (14, 27) poistokaasun puhdistamiseksi, ja 20. elimet (16) lämmön siirtämiseksi poistokaasusta reaktioastiaan puhallet tavaan ilmaan.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen laite, tunnettu siitä, että reaktioastia (1) on lieriömäinen ja astian keskellä on säädettävällä tavalla pyöritettävä 25 akseli (2), johon elimet (5) pallojen sekoittamiseksi ja/tai siirtelemiseksi ovat ·* kiinnitetyt. • t v

: 5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen laite, tunnettu siitä, että hapetusilman ' · ·: puhalluselimiin (12) kuuluu putkikehikko, jossa on suutinreikiä ja johon ilmaa v : 30 johdetaan. 115628 ίο

6. Patenttivaatimuksen 3 mukainen laite, tunnettu siitä, että reaktioastian (1) ulkopuolella on kuljetin (6) pallojen kuljettamiseksi reaktioastian (1) ala-päästä sen yläpäähän samalla kun pallot laskeutuvat painovoimaisesti alaspäin reaktioastiassa (1), jossa hapetusilma virtaa pääasiassa ylöspäin. 5

7. Jonkin patenttivaatimuksen 3 - 6 mukainen laite, tunnettu siitä, että reaktioastialla (1) on revitetty välipohja (20), jonka reikäkoko on pienempi kuin pallojen (7) halkaisija ja jonka alapuolella on hapetetun aineen vastaanottotila (21), ja että välipohjan (20) päällä on kaavin (19).

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laite, tunnettu siitä, että elimet (12) hapetusilman puhaltamiseksi sijaitsevat välipohjan (20) yläpuolella, pystysuuntaisen välimatkan päässä siitä.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 3 - 8 mukainen laite, tunnettu siitä, että ha patetun aineen vastaanottotilan (21) pohjassa (23) on rako (24), jonka kautta vastaanottotila (21) on yhteydessä poistokuljettimeen (25) ja että pohjan (23) päällä on kaavin (22).

10. Jonkin patenttivaatimuksen 3-9 mukainen laite, tunnettu siitä, että ; * ·,, hapetuspintana toimivat kappaleet (7) tai materiaali erotetaan hapettumat- ·:··· tomasta aineesta (roskista) seulalla (31) ennen kappaleiden palautusta reak- ; ’ ,: tioastian (1) yläpäähän.

11. Jonkin patenttivaatimuksen 3-10 mukainen laite, tunnettu siitä, että : V poistoilman puhdistuselimiin kuuluu ionipuhdistin (14) ja/tai singlettihappi- I · generaattori (27). * » t » > 115628