HU204478B - Process for removing phosphorous contene of waste waters with biological strenthening - Google Patents

Description

A találmány szerinti eljárásban a szennyvizet (1) eleveniszappal érintkeztetve - anaerob, majd aerob és/vagy anoxikus és/vagy egyéb kezelésnek vetjük alá, valamint - szükséges esetben - a szennyvíz-eleveniszap elegyet ülepítjük. Jellemző az eljárásra, hogy a szennyvíz-eleveniszap elegy iszapkoncentráciőját az anaerob kezelés előtt - célszeníen iszapreciikuláltatással - 0,01-1,5 kg/m³, előnyösen 0,1-0,5 kg/m³ értékre állítjuk be, miközben az elegyen 1-60 perces, előnyösen 5-20 perces aerob előkezelést végzünk.

A találmány tárgya szennyvíztisztítási eljárás, melynek során biológiailag fokozott mértékű foszforeltávolítás érhető el kommunális, városi és egyéb, ipari - főként szervesanyag tartalmú - szennyvizek tisztításánál. A biológiai foszforeltávolítás azon alapul, hogy kedvező feltételeket teremtünk a polifoszfát akkumuláló baktériumok - a továbbiakban: PAB - elszaporodásához az eleveniszapban. Ezáltal a szennyvízből nemcsak az a foszforhányad nyerhető ki, amely a sejtszíntézishez szükséges, hanem ezentúl a PAB által a sejten belül polifoszfát-zárványok formájában felhalmozott foszfor is. Minél nagyobb a PAB aránya az eleveniszapban, annál nagyobb mértékű lehet a foszforeltávolítás.

A PAB elszaporodását egy anaerob kezelési lépcsőnek a szokásos aerob vagy anoxikus-aerob kezelési lépcsők elé való beiktatása teszi lehetővé. Az anaerob kezelési lépcsőben az ide érkező szennyvíz bizonyos biológiailag könnyen felvehető komponenseit - kis molekulatömegű szerves savakat - a PAB képesek hasznosítani, elraktározni. Ehhez energiát a polifoszfát-raktáraikból nyernek úgy, hogy ortofoszfátot bocsátanak ki környezetűkbe. Az anaerob kezelési lépcsőben más aerob mikroorganizmusok nem képesek tápanyagfelvételre, így hátrányba kerülnek. Aerob vagy anoxikus körülmények között ugyanis a PAB tápanyagraktáraikból igen könnyen jutnak a sejtszintézishez szükséges energiához és szénforráshoz, így megindul a többieknél gyorsabb szaporodásuk. Az energiadús aerob vagy anoxikus környezetben megkezdik a polifoszfát raktáraik újrafeltöltését. Az időközbeni szaporodás miatt azonban nemcsak az anaerob kezelési lépcsőben kibocsátott foszfort építik vissza, hanem ennél többet, így jelentős mennyiségű foszfort vonnak el a szennyvízből. A beépített foszfort azután magával a sejttel együtt - fölösiszapként - választják el az eljárás során a szennyvíztől.

Számos megoldás ismert, amely a fokozott biológiai foszforeltávolítást alapjában anaerob és aerob kezelések váltakozásával kívánja megoldani.

Ilyen például a 4271026 lsz. USA-szabadalom szerinti megoldás eleveniszapos rendszerre, melynél a fonalas biomassza elszaporodásának meggátolása és a foszfor biomasszában való raktározásának kiváltása a cél. Az eljárás során egy kezdeti anaerob kezelési lépcsőben vezetik a BOI₅- (szervesanyag) és foszfortartalmú szennyvizet és recirkuláciős iszapot : adnak hozzá. Az 0₂-nek 0,7 ppm-nél kisebbnek kell lennie. Ezután egy aerob fokozat, majd ülepítés következik, ahonnét az iszap egy részét recirkuláltatják az anaerob kezeléséhez. A foszforeltávolítás hatékonysága a BOI₅/befolyó szennyvíz P-tartalom ará- <

nyától és a BOI_S íerhelés/iszap koncentráció értékétől függ.

A T/35 219 közzétételi sorszámú magyar találmány szintén anaerob és aerob kezelést ismertet, mely során az anaerob szakaszban a recirkuláltatott iszapot fölfelé ^: való áramoltatással besűrítik s ezáltal nagyobb koncentrációval és nagyobb aktivitással kezelik a szennyvizet. Az eljárás során az aerob lépcsőben időnként szüneteltetik a levegőztetést és ezzel a denitrifikáció beindulását segítik elő.

AT/44746 közzétételi sorszámú találmány szerinti megoldásnál a szennvizet anaerob, aerob és semianaerob kezelési lépcsők után ülepítik. Az anaerob fermentációt a feladott szennyvíz és a recirkuláltatott eleveniszap elegy max. 2,5 órás tartózkodása alatt végzik. Az így fermentált zagyot aerob medencébe vezetik, ahol az oldott Oo-tartalom meghaladja a 2 mg/1 értéket

A DE 3 427 310 és a 4721569 sz. USA-szabadalom aerob-anaerob és anaerob-aerob alternáló kezelést alkalmaz, melynek eredményeképpen fokozott foszforeltávolítást várnak kiegyensúlyozott KOI (szervesanyag) eltávolítás mellett.

A szakirodalom is számos változatot ismertet melyek ugyancsak a fokozott foszforeltávolítás tökéletesítését célozzák. Ilyen például: A/O, A₂0, Bardenpho, Phoredox, UCT, Phostrip etc. (Hong, S., Krichten, D., Best A., Rachwal, A.: Biological phosphorus and nitrogén removal via the A/O process, recent experience in the United States and United Kingdom) - Wat Sci. Techn. Vol. 16. No.: 10-11. 1984 -. Továbbá: Arvin, E.: Biological phosphorus removal/systems design and operation - Vatten, No.: 4. Lund. 1984 - és a Water Sci. Tech.-ban közölt szakcikk is (1985. Vol. 17. No. 1112. pp. 177.).

A biokémiai alapfolyamatok nagy vonalakban ismertek, bár még számos kérdés nyitott e téren (Comeau, Y., Hall, K. J., Hancock, R. E. W., Oldham, W. K.: Biological model fór enhanced biological phosphorus removal [Wat Rés. Vol. 20. No.: 12.1986]).

A biológiai foszforeltávolítás mértékét alapvetően meghatározza az anaerob kezelési lépcsőben rendelkezésre álló kis molekulatömegű szerves savak mennyisége. Ezek egyrészt a szennyvízzel érkeznek, másrészt az anaerob kezelési lépcsőben extracelluláris enzimfolyamatok révén keletkeznek.

Az általánosan ismert tények és tapasztalatok szerint az anaerob kezelési lépésben a felvett tápanyag menynyisége arányos a kibocsátott foszfor mennyiségével. Más tekintetben: az adott szennyvízben jelen lévő, közvetlenül felvehető tápanyag mennyisége határozza meg az elérhető foszforeltávolítás mértékét Minél több

HU 204 478 A ilyen tápanyagot tartalmaz a beérkező szennyvíz, illetve az anaerob kezelés során minél több közvetlenül felvehető tápanyag keletkezik a könnyen lebontható tápanyagokból, annál nagyobb mértékű foszforeltávolítás érhető el.

Anaerob körülmények között azonban ez az átalakítás, könnyen bontható tápanyagokból közvetlenül felvehető tápanyagokká, lassú folyamat. A szennyvízben jelen levő tápanyagok felvételéhez 20-30 perc általában elegendő, míg a könnyen bontható anyagok közvetlenül felvehetővé alakításához több óra szükséges.

Az eddigi eljárások ezt az átalakítást csak a kezdeti anaerob zónában lezajló természetes extracelluláris folyamatok segítségével próbálták meg elérni. A szennyvíz BOIj-tartalmát azonban hatékonyabban is fel lehet használni a foszfor eltávolítására. Az ismert aerob kezelési eljárásoknál ugyanis ez a folyamat jóval gyorsabb, de a keletkező könnyen felvehető anyagok felhasználása is közveüeniil megtörténik.

Találmányunk célja, hogy a biológiai foszforeltávolítás fokozása érdekében növeljük az anaerob kezelési lépcsőbe jutó és/vagy ott keletkező, PAB számára közvetlenül felvehető anyagok mennyiségét.

Találmányunk alapja az a felismerés, hogy egy adott szennyvíz szervesanyag-tartalmát hatékonyabban lehet felhasználni a foszfor biológiai eltávolítására, amenynyiben a lassan lezajló anaerob bontási folyamatok előtt egy kis iszapkoncentrációs aerob előbontást végzünk.

A találmány szerinti eljárásra az a jellemző, hogy az anaerob kezelés előtt a szennyvíz-eleveniszap elegy iszapkoncentrációját - célszerűen iszaprecirkuláltatással - 0,01-1,5 kg/m³, előnyösen 0,1-0,5 kg/m³ értékre állítjuk be, miközben a szennyvíz-eleveniszap elegyen 1-60 perces, előnyösen 5-20 perces aerob előkezelést végzünk, valamint a tisztítás fokozása érdekében szükség szerint az utóülepített iszapot vagy annak egy részét 2-16 órás, célszemen 4 órás, önmagában ismert anaerob pihentetésnek vetjük alá, majd recirkuláltatjuk, miközben a feliilűszó foszfortartalmát vegyszer hozzáadásával eltávolítjuk és/vagy az anaerob szakasz iszapját vagy annak egy részét ismert vegyszeres kezeléssel foszformentesítjük, majd recirkuláltatjuk.

A folyamat során a jelen levő extracelluláris enzimek még kis iszapkoncentráció esetén is gyors aerob lebontást végeznek, de a kis iszapkoncentráció miatt a mikroorganizmusok csak a keletkező, a biológiai foszforeltávolítás szempontjából meghatározó termékek elenyésző hányadát veszik fel. Az előkezelés során több közvetlenül felvehető anyag keletkezik, mint amennyi az előkezelés során felhasználódik. Ez az előkezelés a közvetlenül felvehető tápanyagok szempontjából „dúsítás”, az ezt követő anaerob kezelési lépcsőben a PAB tápanyagkínálata megnő, ezáltal fokozott biológiai foszforeltávolítás valósítható meg.

Az enzimatikus lebontás különleges körülményeket igényel a hagyományos aerob szennyvíztisztító folyamatok körülményeihez képest. Ha olyan iszapkoncentrációval végezzük az aerob kezelést, hogy az enzimmennyiség elegendő az extracelluláris lebontás elvégzéséhez, de kevés a keletkező közvetlenül felvehető tápanyagok teljes felvételéhez, akkor az előkezelés után a szennyvíz több közvetlenül felvehető tápanyagot tartalmaz, mint annak előtte. így az előkezelő, aerob fokozatot követő anaerob kezelési lépésben fokozott foszforkibocsátás, és ebből következőleg az aerob kezelés alatt fokozott akkumuláció és ezzel eltávolítás érhető el.

Az aerob kezelés ideje lényegesen rövidebb a hasonló céllal folytatott anaerob kezelés többórás idejénél, és az ezt követő anaerob lépés ideje is jelentősen megrövidül.

A találmány szerinti megoldással biztosítható, hogy a szervesanyag-degradációt végző eleveniszap minél kevesebb kismolekulájú terméket vegyen fel, ugyanakkor extracelluláris enzimjeivel minél maximálisabb bontást végezzen. A kezelés rövid behatási ideje ugyanezen szempontok alapján minél rövidebb, előnyösen minimálisan 1 perc, maximálisan 20 perc közötti. Nehezen bontható anyagoknál, illetve az eleveniszap élőlényei szempontjából alacsony hőmérsékleten a kezelési idő legfeljebb 60 percig növelhető. A befolyó szennyvíz magas lebegőanyag-tartalma esetén az alkalmazott iszapkoncentráció nő, mintegy 1,5 kg/m³re is emelkedve, de célszerűen a szennyvíz lebegőanyag-tartalmánál mintegy 0,01-0,5 kg/m³-rel magasabbra.

Ezen előkezelés alatt a szennyvíz nem oldott szervesanyagai oldatba kerülnek és ezáltal a foszforeltávolító, -akkumuláló mikroorganizmusok számára közvetlenül felvehetővé válnak. Ezzel az anaerob szakaszban felvett és raktározott tápanyaggal azután az aerob illetve anoxikus - zónában lebontott polifoszfátjukat újraépítik, és szaporodásuk, illetve növekedésük folytán extra foszforfelvételt produkálnak. Ez lényegesen, mintegy 10-35%-kal magasabb, mint a hagyományos biológiai foszforeltávolításra adaptált telepeknél tapasztalt érték.

Az anaerob kezelés alatt tehát megnő a szennyvíz orto-foszfát-tartalma és csökken az oldott BOI₅-tartalom. Az anaerob kezelés feltételeihez nemcsak az oxigénhiány, de az oxidált nitrogénformák (NO₂~, NO₃) hiánya is hozzátartozik.

Ez utóbbi elérésére az anaerob és aerob kezelési lépés közé egy anoxikus, denitrifikációt is lehetővé tevő kezelés is beiktatható. A szerves nitrogénformák egy része is ammóniaként bekerül a folyamatba. Az anaerob bontás sohasem jut el a metanogén fázisig, amit a tartózkodási idő és a pH savasodása biztosít.

A foszforeltávolítás további fokozása - előnyösen azáltal érhető el, amikor az utóülepítőből származó iszapot - vagy annak egy részét - recirkuláció előtt, hoszabb idejű, 2-16 órás anaerob pihentetésnek vetjük alá. Ez esetben az iszap a felülűszóba adja le raktározott polifoszfát-tartalmának egy részét, miáltal maga fokozottan foszforfelvevő-képes és egyben foszforszegény lesz. A felülúszóban pedig kis víztérfogatban, nagy koncentráció mellett lesz jelen a foszfor, ezáltal megkönnyítve a kémiai kicsapatását. így minimális vegyszerköltséggel és mennyiséggel, kis mennyiségű

HU 204478 A kémiai iszapot nyerve tudjuk a foszfort eltávolítani a szennyvízből.

A találmányunk szerinti eljárás technológiai folyamatát az 1. ábra szemlélteti.

Az 1 szennyvíz a 2 előlevegőztető térbe folpk, aho- 5 vá a 6/a iszaprecirkulációs részáram is kerül. Itt a kis iszapkoncentrációs aerob előkezelés folyamán a szennyvíz szervesanyagainak egy része a jelen levő extracelluláris enzimek hatása miatt oldatba kerül, kisebb hányadát pedig az eleveniszap felveszi. Az így 10 kezelt szennyvíz a 3 anaerob kezelő térben az tszaprecirkuláció 6/b nagyobb hányadával keveredik és az anaerob kezelés folyamán, az oldatban levő szervesanyagok zömét az eleveniszap foszforeltávolíló mikroorganizmusai felveszik, a raktározott polifoszfátjuk 15 degradációja mellett. E szakasz oxigéntől és oxidált nitrogénformáktól mentes. A zagy Innen a 4 aerob kezelő térbe kerül, ahol a szervesanyag további lebontása történik, valamint ahol a foszforakkumulálók az anaerob térben kibocsátott foszforjukat felveszik és 20 szaporodásuk, valamint növekedésük folyamán további mennyiséget is. A kezelt zagy az 5 utóülepítőbe jut, ahonnan a 7 tisztított víz elfolyik, a leülepedett iszap egy része 8 fölösiszapként kerül elvételre, amellyel a foszforeltávolítást is elvégezzük a rendszerben. Az 25 iszap másik része pedig a 6/a, 6/b iszapnecirkulációként jut vissza a folyamatba. A 6/a recírkulácíős részáram az 1 szennyvízre számítva annak mintegy 2-8%-a, a 6/b lészáram pedig a technológiai körülményektől függően 30-150% a beérkező 1 szennyvíz átlagmennyiségére 30 vonatkoztatva.

Az eljárást konkrét mérések alapján az alábbi példa adatai is megvilágítják:

Párhuzamosan üzemeltettük az A/O (anoxic-oxic rendszerű - 1.: 4271026 Isz. USA-szabadalom) és a 35 találmány szerinti technológiával - rövid idejű kis iszapkoncentrációs aerob előkezelés =Low sludge Concentratioa Aerobic Pretreatment (LCAP) - működő laboratóriumi modellberendezésekeL A folyamattá jellemző szűrt KOI_Cr és ortofoszfát-foszfor értékeket 40 vizsgáltuk. Az üzemelési körülmények miatt csak alacsony iszapkoncentrációt tudtunk fenntartani: az A/O rendszerűnél 1,43 kg/m³, az LCAP technológiájúnál 1,52 kg/m³ volt Az iszap adaptálatlan, nagy terhelésű eleveniszapos szennyvíztisztító medencéből szárma- 45 zott Az üzemelés töltő-ürítő rendszerben történt 30 perc anaerob, 90 perc aerob (A/O), illetve 15 perc előkezelés, 20 perc anaerob, 90 perc aerob (LCAP) kezelési időkkel. A foszfortartalmat mesterségesen növeltük meg a szennyvízben foszfát puffer adagolással. 50 A szűrt KOI és ortofoszfát-foszfor adatok a kővetkezők voltak g/m³-ben:

feladás elfolyó	A/O szKOI 75.5 41.5	oP-P 21,2 8,1	LCAP szKOI 74,2 41,5	oP-P 21,2 6,8
eltávolítás (%):	45	61,8	44,1	67,9

Az eltávolított szKOI/eltávolílott oP-P arányok (a szűrt KOI foszforeltávolításra való hasznosításának mértéke)

2,6 2,27

Megjegyezzük, hogy az oP-P értékek közötti különbség adaptált iszapnál nagyobb, elérheti a 35%-os értéket is.

A bemutatott példából is kitűnik, hogy a találmány szerinti eljárással adott szennyvíz esetén több foszfort lehet biológiai úton eltávolítani, mint a hagyományos eljárással.

A már említetteken kívül azonban még az eljárás előnyei közé tartozik az is, hogy

- a szennyvíz szerves terhelésének nagyobb hányadát fordítja a foszfor eltávolítására,

- a meglevő rendszerek kis költségráfordítással átalakíthatók a találmány szerinti eljárás megvalósításaként

Claims (2)

1. Eljárás, főként szervesanyag-tartalmú szennyvizek foszfortartalmának biológiailag fokozott eltávolítására, minek során a szennyvizet eleveniszappal érintkeztetve anaerob, majd aerob és/vagy anoxikus és/vagy egyéb kezelésnek vetjük alá, valamint - szükséges esetben - a szennyvíz és eleveniszap elegyet utóülepítjük, azzal jellemezve, hogy az anaerob kezelés előtt a szennyvíz-eleveniszap elegy iszapkoncenttációját célszerűen iszapreciikuláltatással - 0,01-1,5 kg/m³, előnyösen 0,1-0,5 kg/m³ értékre állítjuk be, miközben a szennyvíz-eleveniszap elegyen 1-60 perces, előnyösen 5-20 perces aerob előkezelést végzünk, valamint a tisztítás fokozása érdekében szükség szerint az utóülepített iszapot vagy annak egy részét 2-16 órás, célszerűen 4 órás önmagában ismert anaerob pihentetésnek vetjük alá, majd recirkuláltatjuk, miközben a felűlúszó foszfortartalmát vegyszer hozzáadásával eltávolítjuk és/vagy az anaerob szakasz iszapját vagy annak egy részét ismert vegyszeres kezeléssel foszformentesítjűk, majd recirkuláltatjuk.

2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az előkezelési iszapkoncentrációt a szennyvíz lebegőanyag-tartalmánál 0,01-0,5 kg/m³ értékkel nagyobb koncentrációértékre állítjuk be.