HU196043B - Process for the anaerobic biological purification of sewages comprising acetic acid and furfurole and having toxic effect on microorganisms - Google Patents

Description

A találmány tárgya eljárás ecetsavat és furfurolt tartalmazó, mikroorganizmusokra toxikus hatású szennyvizek anaerob biológiai tisztítására Jiológiai reaktorban.

Az utóbbi években erőteljesen terjed a nagy szervesanyagtartalmú szennyvizek anaerob biológiai tisztítása . Energetikai tekintetben az eljárás igen kedvező, hiszen a lebontott szervesanyagot minimális sejtszintéds mellett nagy metántartalmú éghető gázzá alakítja. Ezzel szemben az earob biológiai szennyvíztisztítás főleg az oxigénbevitel biztosítására nagymenynyis^gű fölösiszapot (elszaporodott sejtfelesleg) termel. Az eljárás meglehetősen gyorssá tehető, ha — ál· tálában a mikróbák immobilizálásával — nagy sejtkoncentráció biztosítható a reaktorban.

A folyamat végbemenetelének feltétele, hogy a szubsztrátum a szerves széntartalmú vegyületeken kívül N és P tápelemeket is tartalmazzon. Általános irányelvként a kívánatos KQI/N/P tápanyagarány értékét M. Henze átlagosan 1000/7/1-ben adja meg fWater Science and Technology 15, No.8-9, 1-107). [Az arányszámokban a nyers szennyvízben mért koncentrációk szerepelnek, melyek közül az első a szervesanyagtartalmat kémiai oxigénigényben (KOI) adja meg]

A mikróbák metab öli tikus tevékenységét segítő ún. biosz anyagok adagolása minden biokonverziós folyamat hatékonyságát javítja. Mikróbatáptalgjokon a fermentációs szubsztrátkeverékekben biosz anyagként élesztőkivonatot, ill. élesztő autoMzátumot adagolnak.

Az anaerob folyamat különösen könnyen játszódik le, ha az eltávalítandó szervesanyag valamilyen illő szerves sav, melynek biokémiai konverziója közvetlenül metántermeléshez vezet.

A szakirodalomból ismeretesek olyan közlemények, melyek ecetsav anaerob biológiai lebontásának eredményeiről számolnak be. A hasonló kísérleteknél alkalmazott nyers szennyvíz vagy szintetikus modedlanyag, amely ecetsavon kívül N-t és P-t tartalmazó vegyületek és biosz anyag összekeveréséből, hígításából szármarik, vagy pedig a kiegészítő kombonenseket eredetileg is tartalmazó természetes eredetű szennyvíz.

Az első változatra példa L. Baresi és mtsai cikke (Applied and Enviromental Microbiology 36, 186-197 /1987/), ahol a modell szennyvizet kalcium-acetátból, élesztőtóvonatból és többek között 5-féle ásványi só oldatából állították össze. Az élesztőkivonat-koncentrációt a gáztermelést növelő hatás vizsgálatára 0% és 0,5% között változtatták.

A második változatra példaként említjük a cukorul. keményítő-szeszipar szennyvizeit, melyekben állás közben spontán savanyodás következik be. Ezek a mérsékelt ecetsavtartalmú szennyvizek anaerob módon általában könnyen tisztíthatok, hiszen mind a tápelem, mind a természetes szervesanyagtartalom az eredeti nyersanyag maradékából biztosított.

Nagy ecetsavtartalma miatt anaerob tisztításra kiválóan alkalmas lenne a nagy pentozántartalmú növényi részekből nagy hőfokú és nyomású katalitikus hidrolízissel végzett furfurolgyártás szennyvize (155.807 és 164.886. sz. magyar szabadalmi leírások). Itt külön előny az, hogy a gyártási folyamatból a szennyvíz közel 100 ”C-on kerül ki, ami szükségtelenné teszi a környezetnél nagyobb hőmérsékleten (általában 35—65 ’C) dolgozó anaerob reaktorba táplálandó szennyvíz jelentős energiaigényű felmelegítését· Az anaerob tisztítás sikerét alapvetően kétségessé teszi itt a következő három körülmény;

a) A szennyvíz mintegy 20—30 kg/m³ ecetsav-tartalom mellett 0 5-2 kg/m³ furfurolt, valamint kisebb mennyiségben fenolokat és gyantákat tartalmaz. A furfurol toxikus hatása általánosan ismert. Ilyen hatásról számol be G. A. Szobcijeva és mtsai cikke a mikrobiális dtokrom rendszer károsítása vonatkozásában (Mikrobiologija42,441—444 /1973/). Mérgező hatása miatt a fbrfuralt csírátlanjtó anyagként is használják (The Merck Index, 9. kiadás, Merck and Co.,Rahway, New Jersey, 1976)

b) Nem tartalmaz amikrobiáís élettevékenységhez (sejtszintézis) elengedhetetlen tápelemeket, pl, N-t és P-t.

c) Nern tartalmaz ún. biosz anyagokat.

Összefoglalva megállapítható, hogy a furfurolgyártás szennyvize - ellentétben a természetes élelmiszeripari eredetű vagy tiszta anyagokból összeállított modellvizekkel - katalitikus szerves vegyipari eljárás tápanyaghiányos, steril, toxikus anyagokat tartalmazó folyékony mellékterméke.

A találmány célja olyan eljárás kidolgozása, amely gazdaságilag és technikailag reális körülmények között teszi lehetővé a furfoljjyártás szennyvizeinek anaerob tisztítását,

A találmány azon a felismerésen alapszik, hogy a furfurol toxikus hatását okozó reaktív aldehidcsoport nitrogén- és foszforvegyületeket tartalmazó Wosz · anyagokkal reagáltatva amin·aldehid kondenzátum képződése mellett a mikro bális életfeltételekre nézve ártalmatlanná tehető.

A fentiek alapján a találmány eljárás ecetsavat, valamint fűrfurolt tartalmazó, mikroorganizmusokra toxikus hatású szennyvizek anaerob biológiai tisztítására biológiai reaktorban, amelyre az jellemző, hogy a szennyvízhez a furfurol reaktív aldehidcsoportját kémiailag dezaktiválú nitrogén- és foszforvegyületeket tartalmazó biosz anyagokat, előnyösen fehéqét és/vagy nyers állati trágyát szeszgyártás során keletkező moslékot vagy tejfeldolgozás során keletkező savót adunk olyan sebességgel, hogy a reaktorban a hőmérsékletet 30 °C-60 °C közötti értékre állítjuk be.

A találmány szerinti eljárásban előnyösen felhasználható, olcsó biosz anyag az állati trágya, önmagában ismert a trágyák anaerob biokonverzióval való ártalmatlanítása és hasznosítása, melynek első lépése során a nagyobb molekulasúlyú, bonyolultabb vegyületek egy részéből szerves savak képződnek. A sertéstrágya mezofil (általában 35 °C-on történő) anaerob savanyítása során az eredeti 4 ;5% szárazanyagtartalmú anyagokból mintegy 7-8 kg/m³ szerves sav tartalmú, jellegzetesen 40/4/1-es KOI/N/P aránnyal jellemez, hető összetételű tennék keletkezik, 2,5-4 napos tartózkodási idő eredményeként. Az ilyen módon előkezelt trágya adalékanyag nemcsak a toxikus hatást semlegesíti, de könnyen bontható illó szerves sav-tartalma az anaerob folyamat metántermelését növeli. Az adaléknak a nyers szennyezzél közel azonos KOI értéke, és általában 40/4/1 arányú KOI/N/P értéke alapján 1; 15 tömegrészben szennyvízhez történő adagolása már kielégíti az előzőekben hivatkozott ΌΟΟ/7/l-es KOI/N/P arányt. Megemlítendő, hogy ezen optimálisnak tekinthető tápanyagaránynál négyszer kevesebb N és P koncentráció is lehetővé teszi a

196.043 tisztítási folyamatot.

A találmány szerinti eljárásban az anaerob reaktorban semleges, kb. 7-es pH érték fenntartása célszerű. Az eredeti szennyvíz pH-ja nagy savtartalma miatt 2— 2^-ös értékű. Ezért semlegesítésére a biosz adalékanyag hozzáadása előtt célszerű mészhidrátot használni. A betáplálandó szennvíz pH-ját elegendő mintegy 5,5-ös értékig semlegesíteni. A reaktorban az átlagos pH= 7 értéket az elfolyó tisztított szennyvíz egy részének recirkuláltatásával oldjuk meg, a semlegesítő vegyszerszükséglet csökkentésével. A recirkuláltatás további előnye, hogy a nagy ecetsavtartalom önmagában is toxikus, ill. a folyamatot gátló hatását megszünteti. Az elfolyó viz 1 kg/m³ alatt tartható savtartalmával mintegy hígítjuk a befőlyó szennyvizet. Ezzel a reaktorba táplált keverék savtartalma a kritikusnak tekintett 4 kg/m³ alá csökkenthető. Az ecetsav anaerob bontásából keletkező biogáz metántartalma nagyobb az elméletileg számítható 50%-nál, mivel a kalcium-acetátból eltávolított acetát lehetőséget ad a keletkezett CO₂ jelentős részének kalcium-karbonátként történő megkötésére.

A találmáyn szerinti eljárásban előnyösen felhasználható további viosz anyagok;

- Kommunális szennyvíztisztítókban nagy mcnynyiségben keletkező fölös eleveniszap, vagy ennek a trágyához hasonló anaerob savanyítása során nyert, már részben feltárt illó szerves savtartalmú terméke. Ennek KOI/N/P aránya jellegzetesen 70/6/1 értékű. Ennek alapján a szennyvízhez mintegy 1: 25 tömegarányú hozzákeverése biztosítja legjobban a folyamat N és P tápanyagszükségletét. Az eleveniszap részben vagy egészben származhat az anaerob tisztítást követő aerob biológiai utókezelés fölösiszaptermeléséből.

— Szeszgyártás sorún a rektifikáció fenéktermékeként képződő moslék. Ennek külön előnyös tulajdonsága, hogy az erjesztés során elszaporodott élesztők révén biosz anyagokban, fehérjékben gazdag termék, amelynek KOI-ban megadott szervesanyagtartalma a feldolgozott nyersanyag és technológia függvényében 10 és 100 kg/m³ közötti érték. Adagolása a szennyvízhez mért 1 ;4 — 1 :40 arányban célszerű.

- A tejiparban a sajt-, ill. túrógyártásból származó savó, melynek KOI értéke 60 és 120 kg/m³ között változik, szárazanyag-tartalmának háromnegyed részét laktóz és tejsav, egynegyed részét fehérje teszi ki. Szennyvízhez keverése 1: 20- 1: 200 arányban célszerű.

A trágya és eleveniszap anaerob elősavanyítás után a másik két anyag eredeti állapotában is jelentős szerves sav tartalmú, alacsony pH értékű.

A találmány szerinti eljárás indításakor a reaktort célszerűen aktív metanogén mikroflórában dús rothasztott eleveniszappal oltjuk. A mikroflórának a bontandó szuosztrátumhoz történő adaptálását két fo .ozatban végezzük. Először csak az adalékanyagot tápláljuk be, mqjd hosszabb, célszerűen 1—2 hónapos időszak alatt növeljük a szennyvíz betáplálást sebességét, és csökkentjük az adalékanyag-szennyvíz betáplálás! tömegarányát a fentebb ismertetett 1000/7/1-es KOJ/N/P arány eléréséig.

A találmány szerinti eljárás legfontosabb előnye, hogy lehetővé teszi a mikróbákra toxikus hatású furfurolt tartalmazó szennyvíz előnyös, éghető biogázt termelő anaerob biológiai tisztítását. A mérgező hatás semlegesítésére biológiailag lebomló komponenseket tartalmazó, tehát másodlagos szennyezést nem, vagy csak kismértéktan okozó adalékanyagot használunk. A felsorolt anyagok hulladékként jelentkező, önmagukban környezetszennyező hatású értéktelen vagy igen olcsó melléktermékek. A reaktorból távozó tisztított víz. recirkuláltatásával fokozott védelmet nyiflt a szennyvíz káros hatású nagy savkoncentrádójával szemtan, ugyanakkor csökken a szennyvíz semlegesítésére használt lúgos vegyszer felhasználandó mennyisége.

A találmány szerinti eljárást az alábbi példákkal részletesebben ismertetjük.

1. példa m³-es gömbalakú, hcszigetelt szennyvíztisztító reaktorban 0,7 m³ fürfurolgyárt, 80-90 °C-os szennyvizet kezelünk, melynek ecetsavtartalma 25 kg/m , furfuroltartalm’a 1,2 kg/m³, KOI-ja 19 kg/m³, pri-ja 2,2. A szennyvizet ni³-énként 12 kgmészhidráttal 5,5 pH-ra semlegesítjük a betáplálás előtt.

Ezután a reaktorba beadagolunk 0,1 m³ 30 kg/m³ szárazanyagtartalmú rothasztott eleveniszapot mely kommunális szennyvíztísztitótelepről származik. Egy másik, 35 °C-ra szabályozo tt hőfokú reaktorban anaerob savanyításnak vetünk alá 3,5 napon át 0,1 m³ 45 kg/m³ szárazanyagtar talmu sertés hígtrágyát, amelynek szerves savtartalma ezalatt 7,5 kg/m -re növekszik. A szennyvíztisztító reaktor hőmérséklete külön melegítés nélkül a termofil mikroorganizmusok optimális hőmérsékletére: 50 °C-ra áll be. A betáplálás! sebességet olyan kicsire választjuk, hogy a távozó tisztított szennyvíz szerves savtartalma 1 kg/m³ alatt legyen.

A recirkulációs arányt induláskor 60-as értékre állítjuK be, és folytonosan csökkentjük 8-as értékig. (Recirkulációs arány az elfolyó szennyvízből visszavezetett térfogatáram és a befolyó adálékolt szennyvízáram hányadosa.)

A reaktor a névleges teljesítményét 2,5 hónap alatt éri el. Ekkor a szennyvíz tartózkodási ideje 2,1 nap, a gáztermelés 3,2 gá^m³ reaktortérfogat-nap. A gáz 75% metánt és 25% szén-dioxidot tartalmaz. Az elfolyó szennyvízben a szerves savak koncentrációja 0 9 kg/m³ (gázkromatográfiásán mérve), furfurolt csak nyomokban tartalmaz, KOI értéke 1,8 kg/m³.

2. példa

Az 1. példában jelzett összetételű furfurolgyári szennyvizet kezelünk az előbbivel azonos kivitelben, azzal a különbséggel, hogy a szennyvíztisztító reaktorba 45 kg/m³ szárazanyag,tartalmú szeszgyári desztillációs maradékot (moslékot) és 25 kg/m³ szárazanyagtartalmú hígsertéstrágya keveréket adagolunk, amit előzetesen 35 °C-os rendszerben anaerob fermentálással savanyítottunk meg pH 5,5 értékre. A szennyvíztisztító reaktor 55' °C-on üzemel. A «cirkuláció módja az 1. példával azonos, azzal a különbséggel, hogy a szennyvizet mészhidiát helyett NaOrival semlegesítjük pH 6,5 értékre. A távozó tisztított szennyvíz furfurolt nem tartalmaz, KOI értéke 1 6 kg/m .

3. példa

Mindenben a 2, példa szerinti módon járunk el, azzal az eltéréssel, hogy a furfurolgyári szennyvíz-31

196.043 hez szeszgyári moslék és sertés hígtrágya helyett 20 kg/m³ szár az anyag-tartalmú, 1 napon át 35 °C-on anaerob savanyításnak alávetett, a tejfeldolgozásnál keletkező magas fehérje- és szénhidrát tartalmú savó és író keveréket adagolunk. A keveréket a 0,7 m³ szennyvízhez 0 035 m³ mennyiségben, vagyis 20: 1 arányban adagosuk. .

A távozó tisztított szennyvíz szerves savkoncentráci<ja0/5 kg/m³, KOl-értéke 1,2 kg/m³.

Claims (1)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. E|járás ecetsavat, valamint furfurolt tartalmazó, mikroorganizmusokra toxikus hatású szennyvizek anaerob biológiai tisztítására liológiai reaktorban, azzal jellemezve, hogy a szennyvízhez a furfurol reaktív aldehidcsoportját Kémiailag dezakti5 váló nitrogén- és foszforvegyületeket tartalmazó biosz anyagokat, előnyösen fehérjét és/vagy nyers állati trágyát, szeszgyártás során keletkező moslékot vagy tejfeldolgozás során keletke:/S savót adunk olyan sebességgel hogy a reaktorban a hőmérsékletet 30 ’C60’C közötti értékre állítjuk be.

   10 2. Az 1. igénypont szerinti elírás, azzal jellemezve, hogy a reaktorból távozó szennyvízáram egy részét folytonosan visszavezetjük a reaktor betáplálás! helyére.