NO171157B - Fremgangsmaate for forbedret separering av klarvaesken fra biomassen ved biologisk avvannsrensing - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for forbedret separering av klarvæske fra biomasse ved aerob og/eller anaerob avvannsrensing som gjennomføres ved hjelp av magnetisk separerbare stoffer som bærere der det, når det kun anvendes magnetisk separerbare uorganiske stoffer, benyttes 1 til 150 vekt-£ slike beregnet på aktivslam tørrmassen, og der det ved anvendelse av polymerer som bærere som slitasjefast inneholder de magnetisk separerbare uorganiske stoffer i innleiret form, disse polymerer anvendes i en mengde som utgjør 1 til 85 volum-# av klarvæsken.

Ved gjennomføring av oppfinnelsens fremgangsmåte benyttes det celleformede bærermasser av NCO-forpolymerer, vann og magnetisk separerbare stoffer og eventuelt ytterligere fyllstoffer, dog ikke på forhånd fremstilte fyllstoffer, brunkull og/eller torv, samt de tilsvarende celleformede bærere med magnetisk separerbare stoffer som kan anvendes for den ovenfor angitte fremgangsmåte.

Disse bærere består enten bare av magnetisk, separerbare, uorganiske stoffer eller inneholder disse bundet til polymerene spesielt i celleformede polymerbærere som fyllstoffer. I disse organiske bærere kan det dessuten også medanvendes ytterligere organiske eller uorganiske fyllstoffer. Som magnetisk separerbare stoffer anvendes oksyder eller blandingsoksyder av tungmetaller, fortrinnsvis Jernoksyder som Fe304 (magnetitt) og -y-Fe203 som anvendes i midlere kornstørrelse under 50 pm, fortrinnsvis under 10 pm, spesielt foretrukket under 3 pm, for eksempel 0,1 til 1 pm.

Ved hjelp av disse magnetiske bærere oppnås en forbedret sedimentering henholdsvis en magnetisk separering av de biomasser som inneholder disse magnetiske stoffer, ved den biologiske avvannsrensing.

Ved fremstilling av Jernoksydpigmenter dannes det, i stor mengde som uunngåelig avfallsprodukt, magnetisk Jernoksyd

Fe304 (magnetitt) i en kornstørrelse på for det meste under 3 pm, som er spesielt egnet for anvendelse ifølge oppfinnelsen, og som oppfyller et økologisk viktig formål.

Ved fiksering av magnetisk separerbare stoffer i polymere plaster kan også jernpulver anvendes oksydasjonsstabilt.

I biologiske klaringsanlegg gjennomføres den biologiske avvannsrensing aerobt og anaerobt ved hjelp av mikroorganismer hvorved de organiske forurensninger av avvann elimineres. Under de stoffskifteprosesser som derved skjer, foregår det en sterk formering av mikroorganismene.

I praksis skjer den såkalte aktiveringsfremgangsmåten for aerob og/eller anoksisk rensing overveiende ved gjennomløp. Ved gjennomløpsdrift tilføres avvann og aktivslam til aktiveringsbassengene, hvorved den aerobe eller anoksiske biokjemiske prosess fullføres ved stadig oksygentilførsel. Oksygentilførsel foretas således at det samtidig frembringes en høy turbulens i aktiveringsbassenget, slik at det foregår en optimal sammenblanding av avvann og aktivslam. Tilsvarende tilløpet strømmer avvann-aktivslam-blandingen fra aktiveringsbassenget i mellom- og efterklaringsbassenget, hvori aktivslammet skiller seg fra det rensede avvann. For å opprettholde en størst mulig aktivslamkonsentrasjon 1 aktiveringsbassenget, tilbakeføres den største del av det i mellom- og efterklaringsbassenget avsatte aktivslam for på nytt å yte biologisk rensearbeide. Bare det ved formering av mikroorganismer dannede overskudds-aktivslam tas ut fra systemet og tilføres for klarslamfjerning.

Den aktive slam befinner seg for en stor del altså stadig i kretsløp. Separering av avvann og aktivt slam i efterklaringsbassenget er imidlertid problematisk, da aktivslammet ofte er spesielt lett, derfor bare meget langsomt eller sogar ufullstendig avsettes. En høy avsetningseffekt, og dermed den omtrent fullstendige tilbakeføring av det aktive slam er en forutsetning for sikring av den nødvendige rensegrad, og dermed overholdelse av offentlige fastlagte grenseverdier.

For dimensjonering av mellom- og efterklaringsbassenger er det vanlig å angi oppholdstider som ligger mellom 2 og 4 timer. Ved et ved oppholdstiden på forhånd gitt vektvolum kan imidlertid en høy virkningsgrad bare oppnås når også efterklaringsbassengets dimensjoner velges optimalt med henblikk på avsetningsprosessen av det aktive slam.

Bestemmende dimensjonsstørrelser er fastlagt ved lengde, bredde og henholdsvis dybde og diameter for efterklaringsbassenget, og dermed nødvendigvis og bassengvolumene. Ved flatebeskikning m/h (m<5> avvann/m<2> overflate • h) karakteriseres dimensjonene. Flatebeskikningen av efterklaringsbassenget må i ethvert tilfelle være mindre enn ved synke-hastigheten av det aktive slam.

Den tillatelige grenseverdi for flatebeskikningen av efterklaringen bestemmes til slutt imidlertid ved beskaffen-het og mengde av det med avvannet innførte slam.

Som karakteristisk størrelse for avsetningsforholdet anvendes slamindeksen (Isv), som angir hvor stort volumet (vs) av 1 g slamtørrstoff (TSg) er efter en avsetning på 30 minutter.

Ved riktig dimensjonerte bassenger kan det generelt ved en slamindeks på under 100 ml/g oppnås en god avsetnings-virkning. Når imidlertid høy faststoffbelastning og spesielt blæreslamdannelse hindrer avsetning, kommer det til flot-tering og avdrift av aktivt slam.

Avsetningsprosessene hindres vesentlig fra en slamindeks over 150 ml/g. Det er kjent forskjellige årsaker for denne økning, for eksempel inneslutning av spesifikk lette stoffer som fett og så videre i aktivslam med oppdrift ved vedhengende gassblærer, spesielt ved denitrifikasjonsprosesser, helt spesielt imidlertid dannelsen av blæreslam på grunn av trådformede organismer som utvikler seg i et stort antall.

Denne foreteelse er spesielt tungtveiende ved økningen av de avsettbare stoffer i utløpet av klaringsanlegget, som kan gå opp til x-ganger av den offentlige maksimalt fastlagte grenseverdi på 0,5 ml/l, og ved utarming av systemet på biologisk aktivslam, noe som nedsetter renseydelsen i helt avgjørende grad.

Til forbedring av avsetningsforholdet av aktivslam og til bekjempelse av blæreslam, er det i litteraturen, se "Lehr-und Handbuch der Abwassertechnik", bind II, 2. opplag, og tilsvarende "Abwasser"-hefte 4, 1985, for eksempel omtalt beskadigelse av trådformede mikroorganismer på grunn av klor eller hydrogenperoksyd, fremgangsmåtetekniske endringer, tunggjøring av det aktive slam ved forklarslam, tilsetning av kalk, og/eller av jern- henholdsvis aluminiumsalter.

Alle disse forholdsregler har ulempe nemlig at de enten, hvis over hodet, bare fører til delresultater, eller først efter lengre behandlingstid viser virkning, eller at de krever et ekstremt stort økonomisk forarbeide, ved at de ved den efterkoblede klarslamfjerning medfører ulemper.

Overraskende ble det nu funnet at man kan unngå disse ulemper ved den biologiske avvannsrensing idet man medanvender magnetisk separerbare stoffer som bærere muliggjør at det samlede aktivslam hurtig synker. Dessuten lykkes det ved tilsetning av disse magnetisk separerbare stoffer å oppnå vesentlig høyere aktivslamkonsentrasjon og dermed høyere produksjonsydelse i aktiveringsbassenget og efterklarings-bassengene, eller ved å legge på et magnetfelt, å oppnå god separering, eller ved magnetseparering å separere aktivslammet uten efterklaringsbassenger.

Anvendelsen av alkaliske forbehandlede magnetittpartikler til fjerning av farvinger og uklarheter av elvevann i vannverk, beskrives i L.O. Kolarik, "Water Research", vol. 17, side 141-147 (1984). En regenerasjon av magnetitt foregikk ved surgjøring (avgivelse av absorberte partikler) og efter-følgende alkalibehandling (magnetittpartikler lades opp og aktiveres igjen positivt). Ubehandlet magnetitt viser seg praktisk talt uvirksomt for elvevannoppberedning.

Lignende vannrensefremgangsmåter beskrives av C. de Latour og H.K. Holm i "Journal of the American Waterworks Association", juni 1977, side 325-327. Andre vannrensefremgangsmåter med magnetitt vedrører fjerning av alger ved absorpsjon med magnetitt i nærvær av ferriklorid (R. Yadidia et al., "Environmental Science and Technology", vol. 11, nr, 9, side 913-916, 1977).

Foreliggende oppfinnelse har til hensikt å forbedre den kjente teknikk og angår således en fremgangsmåte av den innledningsvis nevnte art for forbedret separering av klarvæske fra biomasse ved biologisk avvannsrensing, og denne fremgangsmåte karakteriseres ved at man til biomassen i klarvæsken setter magnetisk separerbare, uorganiske stoffer med partikkelstørrelser i det vesentlige under 50 pm i mengder på 1 til 150 vekt-#, beregnet på aktivslam tørrmasse, og sedimenterer biomassen med disse tilsetninger og derved bevirker separeringen.

Spesielt forenes ved denne fremgangsmåten magnetisk separerbare uorganiske stoffer (fortrinnsvis magnetitt) med biomassen i klarvæsken i aktiveringstrinnet, gjennomblandes og sedimenteres i separate avsetningsbeholdere og/eller separeres i et magnetfelt.

Fremgangsmåten gjennomføres i en spesiell utførelsesform således at av blandingen av biomasse og de magnetisk separerbare uorganiske stoffer (fortrinnsvis magnetitt) fjernes irreversibelt bare en del, fortrinnsvis tilsvarende aktivslam-overskuddsmengden ved sedimentasjon og/eller separering i et magnetfelt, eventuelt avvannes og fjernes, for eksempel ved forbrenning eller deponering, og derefter tilbakeføres den andre for det meste større del til et aktiveringstrinn.

En ytterligere foretrukket utførelsesform består i at, i tilfelle anvendelse av organiske polymerbærere (masser) som inneholder magnetiske, uorganiske fyllstoffer, slitasjefast bundet, disse forenes med biomassen i klarvæsken av aktiveringstrinnet, gjennomblandes og efter formering av biomassen denne separeres magnetisk sammen med den organiske bærer i aktiveringstrinnet, og/eller eventuelt i efterklaringen, at biomassen mest mulig fjernes herfra, for eksempel ved utpressing eller opphvirvling i konsentrert vandig fase, og den (i det minste) fra overskuddslammengden befridde polymerbærer tilbakeføres til aktiveringstrinnet.

Spesielt separeres magnetisk, i henhold til den ovenfor beskrevne fremgangsmåte, kun en del av blandingen av biomasse og polymerbærer, fortrinnsvis tilsvarende aktivslam-overskuddsmengden, mens biomassen fjernes best mulig fra polymerbærerne og disse tilbakeføres til aktiveringstrinnet.

Ifølge oppfinnelsen kan man også, i efterkoblede trinn av avvannsrensingen, befri avvannet for suspenderte biomasser som inneholder magnetiske stoffer og/eller polymerbærere inneholdende magnetiske stoffer, fortrinnsvis på overløp gjennom magnetiske felt.

Oppfinnelsens fremgangsmåte gjennomføres med organiske polymerbærere med cellestruktur som inneholder magnetisk separerbare organiske stoffer og eventuelt ytterligere fyllstoffer, imidlertid ikke forfremstilte skumstoffer, heller Ikke brunkull og/eller torv, og disse fremstilles ved at man omsetter

A) di- og/eller flerfunksjonelle, hydrofile og/eller hydrofobe NCO-forpolymerer med en funksjonalitet > 2,1 og et NCO-innhold fra 2 til 12 vekt-* NCO på basis av

a) to og/eller flerfunksjonene hydrofile og/eller hydrofobe høyeremolekylære forbindelser, med overfor isocyanater reaktive H-atomer, med molekylvekter fra 400 til 10 000, fortrinnsvis polyhydroksylforbindelser, b) 0 til 5 mol pr. mol a) lavmolekylære to- og/eller flerverdige forbindelser av molekylvekt 32 til 399 og overfor isocyanat reaktive H-atomer, fortrinnsvis di-og/eller polyoler, c) ioniske gruppeholdige eller ioniske gruppedannende polyuretan-utgangskomponenter på basis av høyeremole-kylære komponenter a) og/eller av lavmolekylære komponenter b), og/eller tilsetninger av ioniske gruppeholdige eller kationiske gruppedannende polymerer, fortrinnsvis med kvaternære aminogrupper eller saltdannende tertiære aminogrupper, og d) overskytende mengder beregnet på a) til c) av di-og/eller polyisocyanater til dannelse av NCO-forpolymerer med NDO-innhold fra 2 til 12 vekt-* NCO (fortrinnsvis 2VS til 8 vekt-*), B) i overstøkiometriske mengder av vann, fortrinnsvis i minst 2-ganger til ca. 180-ganger overstøkiometriske mengde, beregnet på NCO-innholdet av A), eventuelt i blanding med polyaminer, idet disse fortrinnsvis anvendes inntil maksimalt 50 ekvivalent-* av NCO-gruppen i A, C) med findelte magnetiske tungmetalloksyder, eller blandingsoksyder eller renjernpulver i mengder fra 0,1 til 95 vekt-* fortrinnsvis > 15 til 65 vekt-*, beregnet på de fyllstoffholdige polyuretan(urinstoff)-masser (tørrstoff) og eventuelt D) i nærvær av ytterligere uorganiske og/eller organiske fyllstoffer og vanlige tilsetningsstoffer, katalysatorer og hjelpemidler fra polyuretankjemien, Imidlertid i fravær av forhåndsfremstilte skumstoffer og/eller brunkull og/eller torv,

til fyllstoffholdige i vandig miljø slitasjefaste, ikke utlutbare, fortrinnsvis stykket formet polyuretan(urinstoff)-masser med en verdi for vannopptagelsesevnen (WAF-verdi) på

> 33 vekt-* til 97 vekt-*, beregnet på vannsvellet fyllstoff-holdig polyuretan(urinstoff)-suspensjon uten overstående vann, og et innhold av ioniske grupper fra 10 til 3000, fortrinnsvis fra 30 til 1500 milliekvivalenter, ioniske eller ionedannende grupper pr. 1000 g vann- og fyllstoff-frie polyuretan(urinstoff)-masser.

Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan det som organiske polymerbærere som inneholder magnetiske stoffer, slitasjefast bundet, anvendes en på polymerisat- og/eller polykondensat-og/eller polyaddisjonsbasis oppbygget matriks bundet i homogen eller fortrinnsvis cellet form inneholde magnetiske tyngmetalloksyder eller blandingsoksyder eller jernpulver, fortrinnsvis magnetitt.

Som organiske polymerbærere som inneholder magnetiske stoffer anvendes spesielt slike som inneholder magnetitt eller jernpulver, og ytterligere fyllstoffer på basis av stykk-formet, forfremstilte skumstoffer, fortrinnsvis (polyuretanskumstoffer) og/eller pulverformet lignocelluloser (brunkull-pulver og/eller torv), og/eller kullpulver (aktivkull, brunkullkokspulver, stenkullkokspulver, stenkullpulver) og eventuelt ytterligere fyllstoffer i en matriks av kationiske og/eller anioniske og/eller lkke-ioniske polyuretan(urin-stoffer) eller polymer1sasjonsprodukter av vinyl- og/eller divinylforbindelser.

Når det gjelder anvendelse av magnetisk separerbar polymerbærere som inneholder slitasjefast bundet magnetisk, separerbare stoffer, (fortrinnsvis magnetitt) som fyllstoffer, og som tjener som påvekstflater i biomasser ved avvannsrensingen, kan den i høy konsentrasjon koloniserte biomasse, efter den magnetiske separering ifølge oppfinnelsen, separeres fra bæreren ved utpressing eller opphvirvling i vandig fase, og den i det minste fra den tilvoksede overskudds-aktivslam-mengde befridde polymerbærer kvantitativt tilbakeføres i et aktiveringsbasseng og anvendes reversibelt vilkårlig ofte og lenge.

Fremgangsmåten kan fortrinnsvis finne anvendelse spesielt i to forskjellige fremgangsmåteprosesser: 1. Som forholdsregel for å fjerne forstyrrelser ved opptreden av blæreslam. Herved tilsettes i enkleste tilfelle magnetitt (Fe304) med kornstørrelse på < 50 p, fortrinnsvis < 10 p, i en mengde på ca. 1 til 150 vekt-*, fortrinnsvis 10 til 50 vekt-*, beregnet på aktivslamtørrstoff i aktiveringsbassenget eller efterklaringsbassenget, hvorved blæreslammet efter gjennomblanding ikke lenger svømmer opp, men synker hurtigere. 2. For fra begynnelsen av å unngå forstyrrelser, for eksempel på grunn av blæreslam, tilsettes det 1 til 100 vekt-*, fortrinnsvis 10 til 75 vekt-*, helt spesielt foretrukket 10 til 50 vekt-* magnetitt (Fe304) i en kornstørrelse på

< 50 pm, fortrinnsvis < 3 pm, og, enten ved avløpet av efterklaringsbassenget legger på et magnetfelt for praktisk talt kvantitativ separering av den magnetiske biomasse, eller det utelater efterklaringsbassenget, og

ved hjelp av et magnetfelt, gjennomfører en separering av biomassen, og resirkulerer overskuddsslam i et ønsket forhold, henholdsvis separere det.

Fordelene ved forholdsregler for fjerning av forstyrrelser ligger for hånden. Man kan ved tilsetning av magnetitt i løpet av kort tid påvirke slammet så gunstig at en oppsvøm-ming av aktivslam med sikkerhet hindres for derved å overholde grenseverdiene for de avsettbare stoffer ved klaranleggets avløp.

Ved dette anvendelsestilfellet lykkes det Ikke bare, ved tilbakeholding av biomassen, å garantere grenseydelsen, med ved flere gangers økning av den aktive biomasse i akti-ver ingsbassengene, å oppnå en tydelig økning av produksjonsydelsen og ved sedimentasjonsakselerering optimalt å utnytte overbelastede efterklaringsbassenger.

Fordelene ifølge oppfinnelsen er i det vesentlige å finne i øket driftssikkerhet og produksjonsydelse, og forbedret mulighet for separering av magnetiske biomasser over magnetfelt. Ved den magnetiske separering er storvolumede efterklaringsbasseng ikke mer nødvendig, henholdsvis kan overbelastede klaringsanlegg saneres, eller klaringsanlegg som skal oppbygges kan opprettes med tydelig mindre bassengvolum. I tilfelle av anvendelse av utelukkende uorganiske magnetisk separerbare forbindelser som har forbundet seg irreversibelt med aktivslammet, oppnår man ved den efter-følgende slamavvanning av overskuddsaktivslammet en tydelig forbedret slamavvanning eller innsparing av fnokkehjelpe-midler.

I en annen utførelsesform av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen anvendes fortrinnsvis magnetisk separerbare polymerer ved den biologiske avvannsrensing, som inneholder, slitasjefast bundet, de magnetisk separerbare uorganiske forbindelser (såkalte polymerbærer). Ved innleiring av magnetiske tungmetalloksyder eller blandingsoksyder som magnetitt, 7—jernoksyd, krom(IV)oksyd eller bariumferritt, men også av renjernpulver i en plastmatriks ved polymerisering, poly-kondensering eller polyaddisjon fremstilte polymerer, spesielt slike med cellestruktur er det mulig for mikroorganismene å skaffe spesielt store påvoksningsflater ved gjennomtrengelig hul- og beskyttelsesrom, som muliggjør mange ganger høyere bakteriekonsentrasjon enn uten disse tilsetninger. De sterkt koloniserte polymere bærere (polymerbærer) separeres ifølge oppfinnelsen i et magnetisk felt, for eksempel med en roterende magnetvalse eller et magnetnett, med den påvokste biomasse, og kan for eksempel ved av-pressing mellom to mot hverandre løpende valser separeres fra biomassen og kvantitativt, det vil si praktisk talt uten tap av magnetisk avgnidbar bærer tilbakeføres i aktiveringstrinnet. Biomassen på den annen side fremkommer herved hvilket er en ytterligere fordel, i en 3- til 6-ganger høyere konsentrasjon enn ved den vanlige sedimentasjon. Slamkonsen-tratet kan alt efter behov tilbakeføres i et ønsket forhold i aktiveringsbassenget, eller kan tas ut som overskuddsslam og fjernes uten at det herved er^ nødvendig med den ellers vanlige sedimentering i efterklaringsbassenget. Ved en spesiell utforming av fremgangsmåten er også mulig helt å forhindre blæreslamdannelsen, og ved anbringelse av et forsvar som muliggjør den magnetiske separering, efter ønske å samle så meget av magnetisk separerbar bærermasse, at dette som et filter bevirker en fullstendig eliminering av suspenderte bestanddeler i avvannet slik at overløpet er spesielt,klart.

Oppfinnelsens gjenstand er magnetisk separering av de karakteriserte med biomasser oppladede polymerbærere, ikke deres generelle anvendelse ved den biologiske avvannsrensing. Fremstillingen av magnetiske, uorganiske stoffholdige polymerbærere i noen foretrukne utførelsesformer, beskrives delvis av eldre ennå ikke publiserte søknader, og i samtidige patentsøknader. De karakteriseres derfor her bare sammen-fattende .

Det er disse ikke flotterte, vannopptagende, høyfylte polymerbærere som inneholder slitasjefast bundet, magnetisk separerbare stoffer og eventuelt ytterligere fyllstoffer, og som selv med årelangt opphold i vann, spesielt i biologisk arbeidende klarbassenger, er bestandige.

Som bindemiddel for fyllstoffene tjener polymerisater som koaguleres i form av vandige dispersjoner og/eller polyuretan(urinstoff)-masser, som fortrinnsvis anvendes som polyisocyanat-forpolymerer, eventuelt som vanlige emulsjoner, eller som vandige polyuretandispersjoner, hvor fyllstoffene utøver en matriksfunksjon. Lavmolekylære polyisocyanater kan tjene som mobiliseringskomponenter for de vandige polymerdispersjoner og øke bindekraften av polymermatriksen. Polymerene kan være ikke-ioniske eller oppvise anioniske og/eller kationiske grupper i makromolekylet eller som emulgatorer. I mange tilfeller foretrekkes ved den biologiske avvannsrensing ioniske, spesielt kationiske polymerbærere som utøver en gunstig innvirkning så vel på biomassen som også på fyllstoffene som skal bindes eller omhylles.

Valg av fyllstoffer som eventuelt medanvendes i tillegg de magnetisk separerbare uorganiske stoffer, til kommer en spesiell betydning med hensyn til vannopptaksevne og adsorpsjonsevne av i avvannet oppløste innholdsstoffer, og med hensyn til dannelsen av store overflater, og således hull- og beskyttelsesrom for kolonisering av biomasser.

Som uorganiske fyllstoffer medanvendes spesielt fossile lignocelluloser som brunkull og/eller torv, eller deres følgeprodukter som brunkullkoks eller aktivkull, sistnevnte foretrekkes riktignok mindre, men også stenkull eller stenkullkokspulver anvendes.

Den midlere partikkelstørrelse av de nevnte fyllstoffer skal fortrinnsvis ligge under 1 mm, helst under 0,3 mm, spesielt under 0,1 mm.

Medanvendelse kan også homogene og fortrinnsvis polymerisat-og/eller polyuretanplaster i knust form.

En særstilling som fyllstoffer har de spesielt foretrukne medanvendbare polyuretanskumstoffer i knust, stykket form, spesielt polyeter-polyuretan-blokkmykskumstoffer med en midlere partikkelstørrelse under 30 mm, fortrinnsvis under 20, spesielt foretrukket under 10 mm, som står til dispo-sisjon som avfallsgranulat i store mengder. Halvhård- eller hård-PUR-skumstoffer medanvendes bare i pulverisert form.

De åpenporede, med tilsetninger av magnetiske metalloksyder eller jernpulvere fremstilte polymerbærere er vesentlige lettere enn de uten cellestruktur utformede bærere, og har derfor ikke bare fordeler ved den biologiske nedbrytning av organiske forbindelser i avvann, men egner seg fremragende for separeringen ifølge oppfinnelsen i et magnetisk felt.

Sammenlignes tørrstpffinnholdet av like volumina av en vandig suspensjon (uten overstående vann), så er de uten skumstoff-struktur fremstilte polymerbærere, spesielt de foretrukne mengder av de spesifikt tyngre magnetisk separerbare stoffer, ca. 5 til 10 ganger så tunge, men med en sammenligningsvis til en brøkdel redusert overflate, hvorfor de ikke-porøse polymere bærere for anvendelsen ifølge oppfinnelsen anvendes knust til en midlere partikkelstørrelse under 5 mm, fortrinnsvis under 2 mm.

Polymerbærerne har et innhold av magnetisk separerbare stoffer i en mengde fra 1 til 99 vekt-*, fortrinnsvis 5 til 85 vekt-*, spesielt foretrukket 5 til 60 vekt-*, beregnet på den tørre polymerbærermasse.

I spesielle tilfeller kan polymerbærerne med cellestruktur, fremfor alt i tilfelle høyfylte polyuretanurinstoff-bærermasser, også fremstilles uten forhåndsfremstilte skumstoffer direkte som polyuretanskumstoffer med de magnetiske separerbare uorganiske stoffer og eventuelt ytterligere stoffer som utgangskomponenter, eller med isocyanat-forpolymerene, fremfor alt når mengden av fyllstoffer ligger rundt de nedre angitte grenser.

Fremstillingen av de høyfylte polymerbærere foregår i de fleste tilfeller i nærvær av store vannmengder. Vannet er ved fremstillingen av magnetiske polyuretan(urinstoff)bærere så vel

1. Dispergeringsmiddel for de relativt store mengder anvendte fyllstoffer som også 2. emulgeringsmiddel for for eksempel NCO-forpolymerer (NCO-innhold ca. 3 til 12 vekt-*) som bare ekstremt finfordelt bevirker en omhyll ing og binding av fyllstoffene, idet 3. en liten brøkdel av den anvendte vannmengde også reagerer som kjedeforlengingsmiddel under dannelse av poly-urinstoffgrupper, og karbondioksydavspalting, idet 4. forstyrrende bireaksjoner med fyllstoffer med H-sure grupper forhindres som for eksempel med brunkull. Vanninnholdet utgjør ca. 40 til 80 vekt-*, beregnet på den samlede reseptur.

Ved de med vandige dispersjoner med koagulering av disse på de magnetisk separerbare stoffer og/eller ytterligere fyllstoffer fremstilte magnetisk separerbare polymerbærere, anvendes forholdsvis store vannmengder, idet utreagerte polymerdispersjoner i motsetning til NCO-gruppeholdige forpolymerer, som kjent ikke reagerer med vann. Koaguleringen av polymer!satlateksene og også polyuretan-dispersjonen krever, alt efter type og eventuelt ioneladning av denne som også i avhengighet av typen og innvirkning av fyllstoffene på geldannelse og koaguleringen av de som binde-og omhyllingsmidler anvendte vandige dispersjoner, en fremstillingsmetode som må tilpasses efter forforsøk.

Ved fremstillingen av magnetiske polymerbærere må i første rekke den som bindemiddel foreskrevne vandige polymerdisper-sjon forenes helt jevnt med fyllstoffer eller fyllstoff-blandinger, i i og for seg vanlige blandeapparaturer, og i et eller flere trinn foregår geldannelse, fnokking og fullstendig utfelling (koagulering) under dannelse av en tynn film eller et overtrekk under agglomerering og binding av fyllstoffet.

Som fnokkings- eller koaguleringsmiddel anvendes elektro-lytter, polyelektrolytter, mineralsyre eller karboksylsyre, men også basiske oppløsninger, og/eller det gjennomføres en varmesensibilisering ved oppvarming av blandingen til temperaturer nær vannets kokepunkt, slik at det ved efter-følgende vasking av den magnetiske polymerbærer ikke lutes ut noen restmengder av polymerdispersjonen.

Fremstillingen av slike fyllstoffholdige polymerbærere er gjenstand for andre søknader.

Eksempel 1 (figur 1).

To paralleltløpende halvtekniske forsøksklaranlegg der det ene drives uten bærer som sammenligningsforsøk (nullprøve), det andre drives som forsøk ifølge oppfinnelsen med magnetisk separerbart materiale, som består av forklaring: 1,5 m' innhold, aktiveringstrinn: 2,6 m<5> innhold og efterklaring: 1,3 m<5> innhold. Begge anlegg fylles med aktivslam av et industriklaranlegg som var karakterisert ved blæreslamdannelse, og drives med en representativ avvannsstrøm.

Fra forklarbassenget (1) beskikkes kontinuerlig aktiveringsbassenget (2) med 430 1 avvann/time, tilsvarende en oppholdstid på 6 timer. Oksygenbesørgningen foretas over perforerte rør (3), anordnet ved bassengbunnen.

Aktivslam-avvannsblandingen tilføres over ledning (4) til avgassingscyklonen (5) og innføres i efterklarbassenget (6). Slamtilbakeløpet foregår med pumpen (7) til aktiveringsbassenget (2). Over uttak (8) fjernes overskuddsslam. Det rensede avvann forlater efterklaringsbassenget over avløps-renne (9).

Forsøksanlegg I drives uten magnetitt, forsøksanlegg II drives ifølge oppfinnelsen med 10 1 av en 29 vekt-*-ig magnetittsuspensjon. Herav fremkommer en magnetitt (FesO^-konsentrasjon på 20 vekt-*, beregnet på aktivslam-tørrmasse.

I tabell 1 er måleresultatene oppstilt..

Eksempel 2 (figur 1 og 2)

(Figur 2 er et utsnitt av figur 1, imidlertid utrustet med magnetgitter ).

Som ved eksempel 1 drives de to halvtekniske forsøksklar-anlegg med blæreslam fra storanlegg og nok engang parallelt.

I anlegg II tilsettes denne gang ifølge oppfinnelsen 3 1 av en jernoksydslamsuspensjon (Fe304) tilsvarende et innhold på 7,2 vekt-*, beregnet på aktlvslam-tørrstoff, og i efterklaringsbassenget (6) over uttredelsesåpning fra innløps-cyklonen (10) innhenges et permanent-magnetgitter (11). Anlegg I inneholder som sammenligningsforsøk ingen magnetitt. Denne lille mengde av magnetiske jernoksyder er tilstrekkelig til å fiksere biomassen kvantitativt ved magnetfeltet. Over magnetgitteret befinner det seg intet aktivslam, mens ved null forsøksanlegg I er det i den sammenlignbare sone til stede store menger aktivslam. Måleresultatene er sammenlignbare med eksempel 1, imidlertid er mengdene av sveve-stoffer ennå mindre, og ligger ved tilsammen 9 målinger stadig under 20 mg/l.

Eksempel 3 (figur 3)

I de halvtekniske forsøksklaranlegg som omtalt i eksempel 1, iblandes begge anlegg jernoksydslam (Fe304), nemlig med 20 vekt-* Fe304, beregnet på aktivslam-tørrstoff.

Ved anlegg II føres avløpet (12) fra aktiveringsbassenget (13), ikke som ved anlegg I til efterklaringsbassenget, men føres over forlaget (14) til en magnetvalse (15). Det magnetiske aktivslam separeres kvantitativt fra magnetvalsene med permanent-magneter (16). Over avstrykeren (17) innføres det på magnetvalsen separert slam Igjen til aktiveringsbassenget (13), og overskuddsslammet fjernes over ledningen (18). Klarløpet av det rensede avvann fra magnetvalsen, er å føre bort over ledning (19).

Måleresultatene fra anlegg I med efterklaringsbassenget og anlegg II uten efterklaringsbassenget, men med magnetvalser, er oppstilt i tabell 2.

Herav sees at ved hjelp av magnetitt separeres aktivslammet i et magnetfelt like godt, men hurtigere, og under innsparing av efterklaring.

Eksempel 4 (figur 4)

(Biologisk 2-trinnsavvannsrensing av et industriklaranlegg.)

Det nøytraliserte og mekanisk forklarede avvann tilføres aktiveringen (20). Ved et bassengvolum på 6000 m<5> og en tilløpsmengde på 600-700 m<J>/h, fremkommer i aktiveringsbassenget en midlere oppholdstid på 8-10 timer. Det for stoffskifteprosessen nødvendige oksygen tilføres over vifte (21) gjennom ved bassengbunnen anordnede ejektorer sammen med avvannsslamblandingen som luftoksygen.

I den efterfølgende mellomklaring (23) skiller aktivslammet seg ved en midlere oppholdstid på 3 timer fra delrenset avvann. Aktivslammet transporteres gjennom mudderbjelker i trakter, og tilbakeføres for en stor del til aktiveringsbassenget (20) fra første trinn. Overskuddsaktivslammet fra mikroorganismeformeringen føres til klarslamfjerning.

Det delrensede avvann strømmer fra mellomklaringen (23) til 2. aktiveringstrinn (24), for der biologisk å bli efterrenset ved en midlere oppholdstid på 11-13 timer. Oksygeninntaket foregår som i første aktiveringstrinn. Aktiveringsslam-avvannsblandingen av 2. aktiveringstrinn (24) kommer til efterklaringen (25) som er utformet som traktbasseng (Dortmund-brønner) for separering av aktivslam fra nå helbiologisk renset avvann.

I dette 2-trinnsindustriklaranlegg (se flytskjema) bestående av 3 veier med nøytralisering, forklaring, aktivering ved trinn I, mellomklaringsaktivering trinn II og efterklaring, der begge veier er dimensjonert like store og som ble drevet på samme måte, kom det begge veier til blæreslamdannelse og til slamavdrift fra efterklaringsbassenget.

Tilsvarende de halvtekniske forsøk på å tynge blæreslammet ved tilsetning av magnetisk jernoksydslam for sedimentering, tilsettes det i første rekke, forsøksvis til en vei, i 2. aktiveringsbasseng med 8000 m<5> innhold, en jernoksydsuspensjon Fe304 i en mengde på 20 m<5> som 25 *-ig suspensjon tilsvarende 20 vekt-* Fe304, beregnet på aktiveringsslam-tørrstoff. Allerede efter 4 timer kan det ved avløpet av traktbassenget sees en klarfase, således at intet slam mer avdrives, mens det i sammenligningsveien (uten magnetitt) stadig utføres blæreslam.

De sammenlignende måledata ved nærvær av blæreslam uten tilsetning av jernoksydslam og med jernoksydslam, er oppstilt i tabell 3.

Ved disse fremragende resultater på blæreslamsedimentasjon ble den 2. vei av 2. aktiveringstrinn likeledes blandet med 20 m<J> jernoksydslam og derved oppnås de samme gode resultater .

Som betydelig bieffekt ble det ved en efterfølgende klarslam-avvanning som foregikk efter tilsetning av polyelektrolytter over silbåndpresser, oppnådd en ca. 30 *-ig innsparing av polyelektrolytter.

Forbemerkning til eksemplene 5 og 6

Ved de tidligere oppførte eksempler 1 til 4, er det for forbedring av avvannsrensingen utelukkende anvendt magnetitt som jernoksydsuspensjon. Eksemplene 5 og 6 anvender i stedet for utelukkende magnetitt, polymerbærere som inneholder slitasjefast bundet magnetitt, sammen med brunkull eller brunkullkoks, som fyllstoffer. Sammensetning, egenskaper og (ikke ifølge oppfinnelsen) fremstilling av bærere sees av tabell 4 hvor det angis en generell fremstillingsforskrift: Generell forskrift for kontinuerlig fremstilling av de magnetisk separerbare bærere for eksemplene 5 og 6, type 1 og type 2.

Som apparatur tjener et dobbeltpaddel-snekketrau med et opptaksvolum på ca. 180 1 og en lengde på ca. 300 cm, hvis paddelaksler dreier seg mot hverandre. Produkttransporten foregår nødvendigvis fra Inntaksåpningen i retning uttaks-åpningen idet det mellom paddelakslene foregår en viss elting henholdsvis pressing av reaksjonsblandingen. Det til under 12 mm knuste polyuretanskumstoffavfall, magnetitt og brunkull-støv henholdsvis brunkullkoks transporteres adskilt over doseringssnekker til snekketrauet. Samme sted Inntas ved hjelp av stempelpumper vannet henholdsvis den vandige polymerisatlateks henholdsvis ved hjelp av tannhjulspumper, NCO-forpolymerer. Det er hensiktsmessig, men ikke ubetinget nødvendig intenst å sammenblande det kationiske NCO-forpolymer med den ca. 2 ganger så store mengde vann av ca. 10 til 25°C i en gjennomstrømningsblander eller statiske blandinger i løpet av få sekunder og således overføre den til en emulsjon fordi derved det ved fortørkede brunkullstøv overordentlig hurtig og jevnt fuktes ved den adskilt tildoserte restmengde av det til 50°C oppvarmede vann, og NCO-forpolymeren jevnt i finfordelt form omhyller faste stoffer og skumstoffer.

Efter en oppholdstid i snekketrauet på ca. 3 minutter, innsprøytes i siste tredjedel av blandingsaggregatet for type 1 en 5 *-ig vandig magnesiumsulfatoppløsning (1 vekt-* MgS04, beregnet på NCO-forpolymer) henholdsvis for type 2 en 1* natriumhydroksydoppløsning (0,3 vekt-* NaOH, beregnet på latekstørrstof f) ved hjelp av en dyse (diameter 1 mm). Gjennom en ved enden av trauet nedentil anordnet åpning tas PUR (HS)-bæreren, type 1 ut, til halvveis med vann fylte beholdere, vaskes med vann henholdsvis i tilfelle polyme-risatbærere type 2, koaguleres i en tørkekanal med varmluft i 3 minutter ved 80-90°C produkttemperatur og derefter vaskes.

Sammensetningen av egenskapene av kationiske polymerbærere type 1 for eksempel 5

type 2 for eksempel 6

Eksempel 5 (figur 1, 3 og 5)

I to paralleltløpende halvtekniske forsøksklaranlegg som nærmere omtalt 1 eksempel 1, drives det ene uten bærer som sammenligningsforsøk, det andre ifølge oppfinnelsen under tilsetning av en polymerbærer type 1, tabell 4, som blant annet inneholder slitasjefast bundet magnetitt.

Som bærer type 1, anvendes en polyuretanurlnstoffbærer av forhåndsfresmtilt polyuretanskumstoff, magnetitt, brun-kullstøv samt en kationiske hydrofob polyisocyanatforpolymer (som binder).

Før det settes i drift fylles det til anlegg II ifølge oppfinnelsen 1000 1 magnetitt inneholdende polymerbærer av typen 1 med partikkelstørrelse 12 mm, hvilket tilsvarer et fyllvolum, beregnet på aktiveringsbassengets volum, på 38*.

For forklarbassenget (1) (se figur 1) fylles begge anlegg kontinuerlig med 260 l/h av et industrielt, vanskelig nedbrytbart avvann, tilsvarende en oppholdstid på 10 timer.

Ved anlegg I dannes det i aktiveringsbassenget (2) ved hjelp av oksygentilførsel en turbulens, som fører aktiveringsslam-avvannsblandingen over avgassingscyklonen (5) til slam-separering i efterklarIngen (6).

Slamtilbakeføringen foretas med pumpen (7) til aktiveringsbassenget (21). Over uttaket fjernes overskuddsslam.

På anlegg II koloniserer aktiveringsslam-mikroorganismene seg på de polymere bærere i høy konsentrasjon inntil 3-4 vekt-*, beregnet på avdryppet bærer, og separeres sammen med bærerne over (figur 3) magnetvalser (15) og separeres fra det rensede avvann. Tilbakeføring av den polymere bærer med den vedhengende biomasse foregår over avstrykeren (17) i aktiveringsbassenget (13). Over uttaket (18) separeres det på bæreren vedhengende overskuddssl am, i dette tilfellet (figur 5) over utpressingsvalse (26) fra bærerne. Over skråsiden (27) separeres bæreren for tilbakeføring under tap til aktiveringsbassenget (13). Det sterkt oppkonsentrerte overskuddsslam (ca. 4-6* tørrstoff, normalt ca. 1* tørrstoff) tilføres over ledning (28) til slamfjerning.

Efter en innarbeidelsestid på 4 uker, er det fra begge anlegg daggjennomsnittsprøver over et tidsrom på 24 dager og med de i tabell 5 oppførte måledata som gjennomsnittsverdi. Oppfinnelsens fordeler ved tilsetning av magnetiske polymere bærere er i det vesentlige de samme som ved tilsetning av magnetitt uten bærere, nemlig økning av driftssikkerheten, produksjonsydelsen, unngåelse av blæreslam, øket COD-eliminering, og den forbedrede separering av disse magnetiske bærere ved hjelp av et magnetfelt, idet en meget stor fordel er at man kan se bort fra en efterklaring.

Dessuten lykkes det ved et enkelt fremgangsmåtetrinn, ved utpressing av overskuddsslemming, å separere de polymere bærere fra aktivslam, og å tilbakeføre disse uten tap tilbake til aktiveringsbassenget, og samtidig å isolere et tydelig høyere konsentrert overskuddsslam, og å fjerne dette.

Eksempel 6 (figur 1, 3 og 5)

I to paralleltløpende halvtekniske forsøksklaranlegg som nærmere omtalt i eksempel 1, er det ene et sammenlignings-forsøk og det andre ifølge oppfinnelsen ved tilsetning av en polymerbærer, som blant annet inneholder slitasjefast bundet magnetitt. Som bærer type 2, tabell 4, anvendes en kationisk polymer!satbærer av forfremstilt polyuretanskumstoff, magnetitt, brunkullkoks samt en polymerisatlateks av styren, butadien og akrylnitril (som bindemiddel).

For igangsettelse av driften innfylles det 1700 1 av ovennevnte bærer i anlegget II ifølge oppfinnelsen, hvilket tilsvarer et fyllvolum, beregnet på aktiveringsbassengets volum, på 65%.

I dette tilfellet anvendes det et vanskelig nedbrytbart avvann, og man går frem som nærmere omtalt i eksempel 5 (se figur 3 og 5).

Efter en innarbeidelsestid på 4 uker, tas ved begge anlegg dagsgjennomsnittsprøver over et tidsrom på 17 dager med de i tabell 6 oppførte måledata som gjennomsnittsverdier.

I litteraturen er det flere ganger omtalt - se for eksempel "Lehr- und Eandbuch der Abwassertechnik", bind II - at de nitrifiserende mikroorganismer har en tydelig mindre formeringsgrad enn andre mikroorganismer, og de fjernes ved overskuddsslamfjerningen fra systemet. En nitrifiserlng kan altså bare lykkes når aktivslammet forblir lenge i systemet (høy slamalder), således at det danner seg nitrifiserende mikroorganismer i tilstrekkelig mengde. Mot dette står imidlertid at på grunn av den høye formeringsgrad må det foretas en tilsvarende overskuddsslamfjerning, og dermed fjernes stadig nitrifikantene for en stor del fra systemet.

Ved drift med bærer, lykkes det å fiksere nitrifikanter i tilstrekkelig grad på bærerne og ved hjelp av disse nitrifikanter å foreta ammoniumeliminering, og i behovsfall ifølge oppfinnelsen å separere den magnetisk som omtalt i eksempel 5.

Eksempel 7

7a) Direkte fremstilling av bærer av NCO- forpolvmer.

magnetitt og vann.

Eksemplet vedrører den direkte fremstilling av et magnetitt-holdig, cellet PU-materiale (polyuretanskumstoff), som anvendes i uregelmessig knust (under 6 mm) form som polymerbærer i eksempel 7b.

Sammensetning i vektdeler:

35 vektdeler magnetitt (Fe304)

65 vektdeler kationisk, forgrenet, hydrofob NCO-forpolymer, som beskrevet i type 1, tabell 4, NCO-innhold

5,8 vekt-*,

33,3 vektdeler 55°C varmt vann.

Reaksjonsbetingelser:

Magnetitt og det kationiske NCO-forpolymer bringes sammen ved romtemperatur og det varme vann innrøres 20 sekunder ved hjelp av en intensivblander.

Den tyktflytende, homogene blanding innrøres med en gang i en beholder hvor det under karbondioksydutvikling i løpet av ca.

4 minutter dannes et åpencellet skumstoff som oppvarmes 15 minutter ved 80°C i et varmeskap, og derefter knuses i en granulator til under 6 mm.

Blokk-volumvekten av den magnetitt-holdige celleformede PTJ-bærer utgjør 166 kg/m5 .

Skumstoffgranulatet sedimenterer med en gang i vann med et tørrstoffinnhold på 74 kg/m<5> suspensjon uten overstående vann. Vannopptaksevnen (se tabell 4) i vandig suspensjon utgjør 92,6 %.

7b) Biologisk klaring og separering.

Anlegg III anvendes på helt analog måte til anlegg II (se eksempel 5), imidlertid fylt med bærer type 7a, i stedet for type 1, og som allerede inngående er omtalt I eksempel 5.

Elimineringsgraden (COD, TOC, B0D5) tilsvarer ved den biologiske rensing de i eksempel 5, tabell 5 angitte verdier, og kan med fordel øke sikkerheten og produksjonsydelsen samt unngå blæreslamdannelse og er derved forbedret separerbar ved hjelp av et magnetfelt, hvorfor man kan se bort fra efterklaring.

Claims (5)

1. Fremgangsmåte for forbedret separering av klarvæsken fra biomassen ved biologisk avvannsrensing, karakterisert ved at man til biomassen i klarvæsken setter magnetisk separerbare, uorganiske stoffer med partikkel-størrelser i det vesentlige under 50 pm i mengder på 1 til 150 vekt-*, beregnet på aktivslam tørrmasse, og sedimenterer biomassen med disse tilsetninger og derved bevirker separeringen .

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at man forener magnetisk separerbare uorganiske stoffer med biomassen i klarvæsken i aktiveringstrinnet, blander det hele og sedimenterer det i separate avsetningsbeholdere.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at man fra blandingen av biomasse og magnetisk separerbare uorganiske stoffer kun fjerner en del, fortrinnsvis tilsvarende aktivslam overskuddsmengden, ved sedimentering, eventuelt avvanner mengden og deponerer den, og tilbakefører den større andel til et aktiveringstrinn.

4. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 3, karakterisert ved at man som magnetisk separerbart uorganisk stoff anvender magnetitt.

5. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 4, karakterisert ved at man anvender magnetitt med en partikkelstørrelse på under 10 pm.