NO317246B1 - Fremgangsmate for fysikalsk-kjemisk behandling av avlop, spesielt av overflatevann for konsum - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for fysikalsk-kjemisk behandling av avløp, spesielt av overflatevann for konsum.

Bruk av fysikalsk-kjemiske prosesser er vanlig for de fleste behandlinger utført på forskjellige typer vann. Disse behandlinger består i det vesentlige i:

-klaring av overflatevann for konsum eller for industriell anvendelse,

-klaring av kloakk fra byer og tettsteder, stormvann eller industrielt avvann, dekarbonisering,

fjerning av fosfater.

Disse typer fysikalsk-kjemiske behandlinger omfatter alltid de følgende suksessive trinn: Koagulering: et trinn for nøytralisering av kolloidene under anvendelse av et metallsalt, vanligvis en jern(III)- eller aluminiumforbindelse, for å danne mikrofnokker. Dette koaguleirngstrinn kan utføres i ett eller flere trinn: Flokkulering: et trinn for agglomerering og vekst av mikrofhokkene. Dette agglomereirngstrinn finner sted som følge av tilsetning av en polyelektrolytt (eller polymer) på nedstrømssiden av koaguleringstrinnet.

Sedimentering: et trinn for separasjon av fnokkene fra vannet, hvorved det på den ene side fas et slam og på den annen side fås klaret vann.

I løpet av de 30 siste år eller så er teknikken knyttet til slike fysikalsk-kjemiske behandlinger blitt betydelig utviklet som følge av frembringelsen av to teknologier: Flokkulering med en kontaktmasse, hvilket har muliggjort en forbedring av kvaliteten av fnokkene, en reduksjon av reaktorvolumet og en forbedring av klaringen. Dette skyldes at mikrofhokkene som dannes under koaguleringen har større sjanser til å agglomerere og vokse når reaksjonsmediet har en høy tetthet av partikler, idet hastigheten med hvilken fnokkdannelse finner sted er proporsjonal med antallet frie partikler i suspensjonen.

Lamellær sedimentering, utført gjennom innføring av skråstilte plater eller rør i sedimenteringstankene. Denne teknologi har gjort det mulig å redusere sedimenteringstankenes størrelse med 50 til 70 %.

Den teknologiske utvikling går for tiden i retning av å forbedre flokkuleringsbetingelsene. Dette er en nøkkelfaktor for bestemmelse av kvaliteten av det behandlede vann og for oppnåelse av høye sedimenteringshastigheter.

For tiden anvendes det i moderne sedimenteringstanker to typer kontakt-masser i flokkuleringsreaktoren: 1. resirkulert, forhåndssedimentert slam; et eksempel på denne teknikk er beskrevet i FR-A-2.553.082, 2. findelte ballastmaterialer, som f.eks. mikrosand; et eksempel på bruk av denne teknikk er beskrevet i FR-P-1.411.792 og FR-A-2.627.704.

Den foreliggende oppfinnelse angår forbedringer av anlegg hvor det benyttes resirkulert, forhåndssedimentert slam. Forbedringene er slik at anleggene - samtidig som de bibeholder sine spesifikke funksjoner og sine fordeler - kan drives ved langt høyere sedimenteringshastigheter.

Før disse forbedringer beskrives, skal fordelene og ulempene ved denne kjente teknikk, hvor det benyttes en kontaktmasse for slammet, forklares.

Den vedføyde fig. 1 viser skjematisk et fysikalsk-kjemisk behandlingsanlegg hvor det gjøres bruk av denne teknikk. Figuren viser skjematisk koaguleringsreaktoren A, fiokkuleringsreaktoren B og sedimenteringstanken C. Disse anlegg er velkjente for fagfolk på området, og deres anvendelse ved disse betingelser skal ikke beskrives her.

Som det vil ses av fig. 1, består således kontaktmassen i fiokkuleringsreaktoren B av den resirkulerte del av slammet som er blitt bunnfelt i C, idet denne resirkulerte del av slammet er blitt innført i fiokkuleringsreaktoren B via rørledningen 16 og resirkuleringspumpen 18. Volumet av resirkulert slam utgjør mellom 0,5 % og 4 % av det behandlede volum. Det resirkulerte slam, råvannet og polyelektrolytten bringes i kontakt med hverandre i en sterkt turbulent sone,

idet polymeren - slik det vil ses av fig. 1 - vanligvis innføres nær flokkuleringsreaktorens B propellrøreverk 10. Overskuddet, bestående av konsentrert slam, tas ut og fjernes.

Fordelene med denne flokkuleringsteknikk hvor det benyttes resirkulert, forhåndssedimentert slam som kontaktmasse, er følgende: 1. Kontaktmassen genereres under prosessen, og den er derfor til-gjengelig uten noen mengdebegrensning, avhengig av prosessbetingelsene. 2. I fiokkuleringsreaktoren B er slammassen som følge av resirkuler-ingen meget høy sammenlignet med mengden suspendert materiale som bringes inn med råvannet. Som følge av dette er systemet ufølsomt både overfor signifikante økninger og signifikante reduksjoner i mengden suspendert materiale i råvannet. 3. Kontaktmassen oppviser et meget stort spesifikt overflateareal eller romlig utbredelse på grunn av dens ekspanderte struktur og dens relativt lave tetthet. Eksempelvis vil 1 gram flokkulert slam i 1 liter (midlere konsentrasjon i reaktoren) etter sedimentering i omtrent 5 minutter, oppta et volum på 100 ml. Dette meget store spesifikke overflateareal eller denne store romlige utbredelse øker i betydelig grad sannsynligheten for kontakt mellom fnokkene og de meget findelte partikler, koagulerte kolloider og mikroorganismer, og dermed sannsynligheten for "oppfanging" av dette suspenderte materiale på en meget effektiv måte. 4. På grunn av den kontinuerlige resirkulering av det stadig reflokkulerte slam fortettes dette. Det uttatte slam er derfor meget konsentrert (fra to til ti ganger mer konsentrert enn slammet i de fleste anlegg). 5. Denne teknikk gjør det mulig å oppnå relativt høye behandlingshastigheter. Ved klaring av elvevann er de publiserte hastigheter gjennom sedimenter-ingstankens Iamellære moduler på mellom 10 og 25 m<3>/m<2->h, hvilket svarer til sedimenteringshastigheter UD (forholdet mellom strømningshastighet og sedimenteirngsareal i sedimenteringstanken) på fra 6 til 15 m/h. Disse hastigheter begrenses av den begrensende massestrøm (Fml) av den flokkulerte suspensjon, uttrykt i kg suspendert materiale som strømmer pr. m 2 sedi■ menteir■ ngsareal i • sedi■ menteri• ngstanken og pr. ti■ me (kg/m 2/h).

Massestrømmen er den begrensende faktor som bestemmer den begrensende teoretiske sedimenteringsverdi Udl. Denne verdi er også relatert til konsentrasjonen CR av slammet i reaktoren B, uttrykt i kg/m<3>:

Dersom sedimenteringshastigheten UD som anvendes i sedimenteringstanken C er lik eller større enn Udl, inntrer sammenklumpning. Den laminære sedi-menteringstank er effektiv som en sluttbehandlingstank, men den er ikke i stand til å til-bakeholde et slamsjikt.

Det er derfor nødvendig å kontrollere at massestrømmen til sedimenteringstanken er mindre enn Fml eller at sedimenteringshastigheten UD som anvendes i sedimenteringstanken, er mindre enn Udl.

Eksempelvis er den begrensende massestrøm ved klaring av elvevann vanligvis ca. 20 kg/m<3->h, eller mindre. Konsentrasjonen CR som kreves for god flokkulering er omtrent 1 kg/m<3>. Den begrensende sedimenteringshastighet Udl er da 20 m/h, og følgelig er hastigheten UD som benyttes i sedimenteringstanken, mindre enn 15 m/h av sikkerhetsgrunner. 6. Ofte etterfølges slike anlegg av et filtreringssystem. Dette er tilfelle ved klaring av elvevann. Filtreringen kjennetegnes ved kvaliteten av det filtrerte vann og av filtreringssyklustiden (driftstiden til maksimal filterkake er blitt oppbygget, slik at filteret må vaskes). I det tilfelle hvor det benyttes sedimenteringstanker med resirkulering av slam, er filtreringssyklustiden vanligvis lenger enn 24 h.

For å bestemme det klarede vanns evne til å filtreres under anvendelse av korrekte filtreringstider, utføres tester som gir representative verdier for det klarede vanns filtrerbarhet. En av testene som kan anvendes, går ut på å måle den nødvendige tid for å filtrere 250 nr3 klaret vann gjennom en 5 fim membran under et vakuum på 8x10<4> Pa. Jo kortere denne tid er, jo lettere vil vannet filtreres. I det tilfelle hvor det benyttes en sedimenteirngstank som drives med en sedimenteringshastighet UD lik 15 m/h, er filtrerbarheten på ca. 30 sekunder. 7. Økning av sedimenteringshastighetene UD er mulig, men på bekost-ning av en økning av dosen av polyelektrolytt. Imidlertid reduserer et overskudd av polyelektrolytt det klarede vanns filtrerbarhet (en økning av tiden som oppnås ved testen), hvilket innebærer tilstopping av filterets overflate og dermed en reduksjon av filtreringssyklustiden.

Med den foreliggende oppfinnelse tas det sikte på å forbedre den ovenfor beskrevne teknikk, for det formål å øke sedimenteringshastigheten, uten at det klarede vanns filtrerbarhet påvirkes.

Følgelig er siktemålet med den foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for fysikalsk-kjemisk behandling av avløp, spesielt av overflatevann beregnet for konsum. Fremgangsmåten omfatter de suksessive trinn koagulering, flokkulering og sedimentering, hvor en kontaktmasse innføres i vannet som kommer fra koaguleringstrinnet og følgelig under flokkuleringstrinnet. Denne kontaktmasse utgjøres av en del av det fortettede slam som fås i sedimenteringstrinnet og resirkuleres til flokkuleringstrinnet. Fremgangsmåten er kjennetegnet ved at i det minste en del av polyelektrolytten som sikrer flokkulering, innføres i slamresirkuleirngskretsløpet.

Ved å gå frem på denne måte oppnår man den uventede og fordelaktige effekt som ligger i å øke den begrensende massestrøm, sedimenteringshastigheten, råvan-nets filtrerbarhet og konsentrasjonen av det uttatte slam.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan utføres i et flokkuleringstrinn hvor det som kontaktmasse anvendes et ballastmateriale.

Det er kjent at kontaktmassen, i henhold til denne teknikk, fås ved tilsetning - på oppstrømssiden av en flokkuleringsreaktor - av et friskt eller resirkulert ballastmateriale etter rengjøring. Innretningene som gjør det mulig å skille ut og regenerere ballastmaterialet som skal resirkuleres til fiokkuleringsreaktoren, er innretninger som er velkjente for fagfolk på området og vil ikke bli beskrevet her.

Ballastmaterialet utgjøres vanligvis av sand, og de kontinuerlig uttatte materialer utgjør omtrent 5 vol% av vannet som behandles i sedimenteirngstanken. Disse uttatte materialer, som inneholder slam som et belegg på mikrosanden, må behandles for å regenerere sanden. Den rengjorte sand gjeninnføres deretter på oppstrømssiden av fiokkuleringsreaktoren, på anleggets fremside. Residuet som fåes ved denne sandballast-rengjøringsoperasjon, utgjør overskuddsslammet.

Det skal bemerkes at de eksisterende ballasttypeanlegg som beskrives i litteraturen, og spesielt i FR-P-1.411.792 og FR-A-2.627.704, innbefatter et ballastresir-kuleringstrinn av åpenbare driftskostnadsårsaker. I alle disse dokumenter hvor denne teknologi beskrives, er det dessuten angitt at ballastmaterialet alltid "rengjøres", det vil si regenereres. Dette er fordi ballastmaterialet, som er "belagt" med polymeren, må ha et maksimalt adhesjonsareal for utfelning av fnokker som dannes kjemisk under koaguleringen. En effektiv fysikalsk rengjøring er derfor helt nødvendig for å maksimere det til-gjengelige bindeareal.

Ballastmaterialet er ofte sand, vanligvis med en diameter på mellom 50 fim og 150 ( im. Denne sand betegnes vanligvis mikrosand.

I Journal Water SRT - AQUA, vol.41, nr.l, s. 18-27, 1992, beskrives en kurve som viser turbiditeten i det produserte vann som funksjon av diameteren av ballastmaterialets partikler. Kurven viser at denne fremgangsmåte er effektiv når sandpartiklene ikke overskrider 150 ( im, og resultatene blir enda bedre med verdier av størrelsesordenen 50- 100 fim.

Det skal påpekes at fordelen ved denne flokkuleringsteknikk, i henhold til hvilken det benyttes en kontaktmasse bestående av et findelt ballastmateriale, ligger hovedsakelig i sedimenteringshastigheten som kan være fra 20 % til 200 % høyere enn hastighetene oppnådd ved flokkuleringsprosessene hvor det benyttes en kontaktmasse bestående av resirkulert, forhåndssedimentert slam. Ved klaring av elvevann vil således de publiserte hastigheter gjennom de lamellære moduler være på mellom 25 og 50 m /m h, mens utstyret hvor flokkuleringsprosessen utføres under anvendelse av slam som kontaktmasse, er begrenset til bruk av hastigheter mellom 15 og 30 m<3>/m<2->h.

De vesentligste ulemper ved denne teknikk skyldes hovedsakelig den kjens-gjerning at ballastmaterialet må utøve to ulike funksjoner: aksellerert flokkulering, som følge av bruk av en kontaktmasse med et stort spesifikt overflateareal (eller romlig utbredelse),

øket sedimenteringshastighet, som følge av tilsetningen av ballastmateriale til fnokkene.

Disse begrensninger eller ulemper kan tilskrives de følgende forhold:

For ekvivalent kontaktmasse (på vektbasis) tilveiebringer ballastmaterialet et kontaktareal eller en prosentvis romlig utbredelse som er meget mindre enn for slammet.

Følgende eksempler kan gis:

I det tilfelle hvor det foretas "flokkulering med slam", er konsentrasjonen i reaktoren ca. 1 g/l og volumet som opptas av slammet etter 5 minutters sedimentering ca. 10 % av det opprinnelige volum.

I det tilfelle hvor det foretas "flokkulering med ballastmateriale (f.eks. sand)", bør konsentrasjonen med ballastmaterialet i reaktoren nå opp i minst 5 g/l, mens volumet som opptas av slammet etter 5 minutters sedimentering bare er ca. 1 % av det opprinnelige volum.

Økning av mengden ballastmateriale, hvilket er ønskelig for å oppnå en stor mengde kontaktmasse (og ikke for å oppnå en høy sedimenteringshastighet) fører til en økning av volumet av slam som resirkuleres til systemet for behandling av uttatt slam, hvilken behandling består i å skille slammet fra sanden for derved å regenerere sanden. Denne operasjonen utføres vanligvis ved hjelp av hydrosykloner, som får sin til-førsel ved høye trykk, og denne operasjon blir derfor kostbar fra et energiforbrakssyns-punkt. For å begrense driftskostnadene blir derfor volumet av resirkulert slam begrenset til mellom 5 og 10 % av volumet som behandles, og konsentrasjonen av ballastmaterialet i

reaktoren tillates ikke å overskri ve 5 - 10 g/l. Det sier seg selv at dette valg ikke er forenlig med ønsket om å optimalisere fiokkuleringen.

En rekke teknikker tar sikte på å kompensere for den ufullkommenhet av kontaktmassen som følger av de ovenfor beskrevne driftsbetingelser, f.eks.: bruk av ytterligere flokkuleringsenergi (verdier opp til 100 ganger den konvensjonelle flokkuleringsenergi kan nevnes), eller

bruk av enda mer findelte ballastpartikler som øker det spesifikke overflateareal (f.eks. partikler med en diameter på mellom 10 og 50 fim) er ikke aktuelt, nemlig på den ene side på grunn av energikostnadene, og på den annen side på grunn av vanskeligheter med sedimenteringen og med separasjonen av sand og fnokker.

Sammenfatningsvis er ytelsen ved flokkulering med ballastmateriale begrenset av tre faktorer: systemet er ømfintlig for plutselig forurensning forårsaket av manglende tilgjengelighet av bindingsseter på ballastmaterialet (kontaktmaterialet er begrenset til maksimalt 5-10 g/l),

systemet har en lavere ytelse med hensyn til såkalte "sensitive" forurensninger (egg av innvollsormer, mikroorganismer, mikropartikler, spor av komplekse organiske forbindelser, pesticider),

den lave konsentrasjon av uttatt slam, som skyldes behovet for å

rengjøre ballastmaterialet så fullstendig som mulig, hvor konsentrasjon er minst 10 ganger lavere enn den som måles i anlegg hvor det benyttes et slam som kontaktmasse, medfører ofte installasjon av en supplerende enhet, på nedstrømssiden av sedimenteringstanken for å fortykke det uttatte slam.

Det tas sikte på å kombinere den ovenfor beskrevne fremgangsmåte med flokkulering av typen med ballastmateriale, samtidig som ulempene og begrensningene ved de ovenfor omtalte konvensjonelle fremgangsmåter elimineres, hvorved det blir mulig å oppnå meget hurtig sedimentering.

Et foretrukket trekk ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er at det under flokkuleringstrinnet innføres i slammet et ballastmateriale med funksjon å gjøre slammet tyngre, idet ballastmaterialet innføres i en del av det fortettede slam som resirkuleres i flokkuleringstrinnet.

I henhold til oppfinnelsen benyttes det således et ballastmateriale, men det benyttes på en annen måte enn ved den ovenfor beskrevne fremgangsmåte ved såkalt "flokkulering med ballastmateriale". I henhold til oppfinnelsen har ballastmaterialet bare én rolle, nemlig den å belaste, og kontaktmassens flokkuleringsfunksjon utøves bare av det resirkulerte slam. Ballastmaterialet utgjør ikke lenger noen overflate for adhesjon som frembys til partiklene, men utgjør ganske enkelt en belastende masse som blir innlemmet i slammet som resirkuleres til fiokkuleringsreaktoren, og dette resirkulerte slam utgjør da kontaktmassen.

I henhold til et foretrukket trekk ved den foreliggende oppfinnelse består ballastmaterialet av et materiale med en partikkelstørrelse på mellom 50 og 500 /un, fortrinnsvis mellom 100 og 300 fim.

I henhold til en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen er dette ballastmateriale et tett, uorganisk materiale med en partikkeldensitet på mellom 2 og 8 g/ml, spesielt sand, granat eller magnetitt.

I henhold til den foreliggende oppfinnelse kan overskuddet, fortettet slam som ikke resirkuleres, tas ut uten behandling, eller det kan behandles for å gjenvinne ballastmaterialet, hvilken behandling ikke inkluderer noen grundig rengjøring av ballastmaterialet som skilles ut fra slammet. I det tilfelle hvor det foretas uttak uten behandling, oppviser det fortettede slam forbedret sedimenteringsevne.

I henhold til oppfinnelsen gjenvinnes ballastmaterialet fortrinnsvis ved gravitasjonssedimentasjon, enten i eller utenfor sedimenteringstanken, hvoretter det gjenvundne ballastmateriale resirkuleres til flokkuleringstrinnet.

Andre trekk og fordeler ved den foreliggende oppfinnelse vil fremgå av den nedenstående beskrivelse med henvisning til de vedføyde tegninger. Det vises til tegningene, hvor: fig. 1 skjematisk viser prinsippet for den kjente fysikalsk-kjemiske behandlingsprosess som er beskrevet ovenfor, hvor kontaktmassen som anvendes under flokkuleringstrinnet utgjøres av resirkulert, forhåndssedimentert slam,

fig. 2 er et diagram, likeartet med fig. 1, som illustrerer prinsippet for fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, med dobbel innføring av polyelektrolytt, og

fig. 3 illustrerer det andre aspekt av oppfinnelsen, nemlig kombinert dobbel innføring av polyelektrolytt og tilsetning av ballastmateriale.

Som det vil ses av fig. 2, utgjøres kontaktmassen i fiokkuleringsreaktoren B, på samme måte som ved den kjente fremgangsmåte vist på fig. 1, av en kontinuerlig resirkulert del av det fortettede slam, etter sedimentering og fortykning i sedimenteringstanken C. Den del av slammet som resirkuleres på denne måte, resirkuleres til fiokkuleringsreaktoren B via resirkuleringsrørledning 16, som munner ut ved 14 i fiokkuleringsreaktoren, og pumpen 18.1 henhold til en foretrukket utførelsesform utgjør det resirkulerte volum mellom 0,5 % og 4 % av det behandlede volum.

I henhold til oppfinnelsen blir i det minste en del (polymer 2) av den polyelektrolytt som er nødvendig for flokkuleringen, innført i slamresirkuleringskretsløpet 16. Den eventuelt gjenværende del av polyelektrolytten (polymer 1) innføres i fiokkuleringsreaktoren B. Som det vil ses av fig. 2, kan denne innføring av i det minste en del av polyelektrolytten i det resirkulerte slam foretas på oppstrømsstiden eller på nedstrøms-siden av resirkuleirngspumpen 18. Vanligvis vil denne innføring bli foretatt på oppstrømssiden av pumpen 18, slik at blandingen av resirkulert slam og polyelektrolytter blir utsatt for den kverning som utøves av pumpen.

Som en variant kan den del av polyelektrolytten som innføres i det resirkulerte slam, blandes med det sistnevnte i en spesifikk, omrørt reaktor anbrakt i resirkuleringsrørledningen 16.

I henhold til oppfinnelsen kan den primære innføring av polyelektrolytt (polymer 1) finne sted i fiokkuleringsreaktoren B, nær dennes propellverk 10, som vist på fig. 2, men den kan også foretas i rørledningen 12 for befordring av vannet som skal behandles til fiokkuleringsreaktoren (omrørt område), på oppstrømssiden eller på nedstrømssiden av punktet 14 hvor det resirkulerte slam føres inn via rørledningen 16.

I henhold til oppfinnelsen kan forholdet mellom dosen av polyelektrolytt som innføres i fiokkuleringsreaktoren B (primær innføring) og dosen som innføres i slamresirkuleirngskretsløpet 16 (sekundær innføring) varieres og optimaliseres. Andelen av polymer som innføres i det resirkulerte slam kan variere fra 10 % til 100 % av den totale strøm av polymer, idet 10 % er den dose polymer som er nødvendig for å oppnå en signifikant økning i massestrømmen (større enn 10 %). Det er mulig i henhold til oppfinnelsen å innføre 100 % av polymeren i slamresirkuleirngskretsløpet. I dette tilfelle er massestrømmene sogar enda større (100 - 200 kg/m<3->h), men kvaliteten av vannet blir litt lavere. Dette skyldes, i dette tilfelle, at det ikke lenger er tilstrekkelig mye polymer til stede til å fullføre bindingen mellom det tette, resirkulerte slam og mikrofhokkene som dannes ved koaguleringen av råvannet.

I praksis, avhengig av hvorvidt det ønskes en høy sedimenteringshastighet UD (et kompakt anlegg) eller et behandlet vann av høy kvalitet, vil andelen polymer som innføres i slamresirkuleirngskretsløpet i forhold til den totale mengde polymer som innføres i flokkuleringstrinnet, variere fra 10 % til 100 %, idet den optimale verdi vanligvis ligger mellom 20 % og 70 %.

I henhold til oppfinnelsen kan en polymer som er forskjellig fra den som innføres i fiokkuleringsreaktoren B, innføres i det resirkulerte slam. Således er det for eksempel mulig å innføre en anionisk polymer i fiokkuleringsreaktoren B og en kationisk polymer i det resirkulerte slam.

I henhold til oppfinnelsen kan det resirkulerte slam innføres direkte i fiokkuleringsreaktoren B, som vist på fig. 2, eller i rørledningen 12 som forbinder koaguleringsreaktoren A med fiokkuleringsreaktoren B.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan anvendes for enhver type vann-behandling, klaring av vann for forbruk eller for industriell anvendelse, behandling av industrivann eller vann fra byer og tettsteder (primært eller tertiært, osv.).

Forsøk er blitt utført i ett og samme forsøkspilotanlegg utstyrt med en koaguleringsreaktor A, en flokkuleringsreaktor B og en sedimenteirngstank C, hvis sedimenteirngsareal SD var på 2 m , og et slamresirkuleirngskretsløp 16 med en resirku-leringspumpe 18 med passende levering. Kapasiteten av dette forsøkspilotanlegg var omtrent 100 m<3>/h.

To forsøksserier ble således utført på overflatevann. Polyelektrolyttdosen var den samme i begge tilfeller (0,8 g/m<3>), men litt større enn den som vanligvis benyttes, i den hensikt å forsøke å øke sedimenteringshastighetene UD. I den første serie ble 100 % av polyelektrolytten innført i fiokkuleringsreaktoren B, nær dens propellverk 10, mens det i den andre forsøksserie ble innført kun 50 % av polyelektrolytten nær flokkuleirngsreak-torens propellverk 10 og 50 % i slamresirkuleirngskretsløpet 16. Dessuten ble pilot-anlegget innstilt og tilpasset slik at alle de øvrige forsøksbetingelser var identiske.

De mest signifikante resultater er sammenfattet i den nedenstående tabell.

Som det vil sees av resultatene gitt i denne tabell, medfører fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen de følgende fordeler sammenlignet med den tidligere kjente teknikk: 1) For den samme dose polymer er massestrømmen dobbelt så stor, hvorved det blir mulig å teste sedimenteringshastigheter UD i sedimenteringstanken, eller UL i den lamellære modul, som er dobbelt så store, med oppnåelse av praktisk talt den samme kvalitet av det behandlede vann. Denne fordel kommer til uttrykk i en reduksjon av størrelsen av anleggene. 2) Det klarede vann oppviser forbedret filtrerbarhet. Tiden som oppnås ved filtrerbarhetstesten (30 sekunder), halveres og svarer til den som oppnås med de vanlige doser polymer (ca. 0,4 g/m ) og lavere behandlingshastigheter (UD = 15 m/h i stedet for 50 m/h), idet denne lengre filtreringssyklustid medfører en reduksjon av antallet vaskeoperasjoner som må utføres på filterne. 3) Konsentrasjonen av det uttatte slam forbedres med omtrent 50 %, hvilket resultat medfører den fordel at størrelsen av slambehandlingssystemene kan reduseres.

Det er å merke at det i enkelte tilfeller - når adhesjonen av mikrofhokkene fra koaguleringen til det tette resirkulerte slam er dårlig - er mulig i henhold til oppfinnelsen å tilveiebringe et tredje polymerinnføringspunkt. I dette tilfelle plasseres dette tredje innføringspunkt i overføringsrørledningen 12 som forbinder koaguleringsreaktoren A med fiokkuleringsreaktoren, eller i en spesifikk reaktor innsatt mellom koaguleringsreaktoren og fiokkuleringsreaktoren.

I utførelseseksemplet illustrert på fig. 3 foretas det i tillegg tilsetning av ballastmateriale til fiokkuleringsreaktoren B.

I henhold til dette andre aspekt av oppfinnelsen kan overskuddsslammet, avhengig av graden av rensning av det fortettede slam som tas ut ved P2 og kostnadene for ballastmaterialet, enten ganske enkelt tas ut eller behandles for å gjenvinne ballastmaterialet. Det er imidlertid å merke at slambehandlingen, for gjenvinning av sanden, er forskjellig fra den som foretas ved flokkulering frembrakt med ballastmateriale (FR-P-1.411.792 og FR-A-2.627.704). Dette skyldes at sanden som anvendes i henhold til oppfinnelsen, gjenvinnes uten rengjøring, det vil si uten regenerering, og at behandlingen utføres på konsentrert slam, fordi det ikke er nødvendig å rengjøre sanden grundig under s eparasj onsfasen.

Fig. 3 viser skjematisk ved E innretningene som tilveiebringes i henhold til oppfinnelsen for gjenvinning av ballastmaterialet. Bemerk at det lille volum av slam som skal tas ut, nemlig fra 0,1 % til 1 % av volumet av vann som behandles (det vil si fra 5 til 50 ganger mindre enn i det tilfelle hvor det foretas flokkulering med ballastmateriale), gjør det mulig eventuelt å anvende separasjons teknikker som er mer sofistikerte og gir bedre ytelse, blant hvilke spesielt skal nevnes:

- separasjon med hydrosyklon,

- separasjon ved luftblåsning,

- separasjon ved oppslemning,

- separasjon ved sentrifugering,

- separasjon ved hjelp av ultralyd,

eller å redusere energikostnadene for denne separasjonsstasjon.

Gitt at ballastmaterialet kun har en enkel belastende rolle og ikke skal funksjonere som en kontaktmasse, kan størrelsen av partiklene i dette belastende ballastmateriale, i motsetning til hva tilfellet er ved flokkulering frembrakt med ballastmateriale, med fordel velges henimot større diametere. Således er det mulig å anvende tyngdegivende partikler med en diameter på mellom 50 fim og 100 /im, fortrinnsvis mellom 150 fim og 300 fim, mens det i tilfelle av flokkulering under anvendelse av en kontaktmasse bestående av et ballastmateriale er nødvendig å benytte en partikkelstørrelse for sistnevnte som er mindre enn 150 fim og fortrinnsvis er mellom 50 fim og 100 ( im.

Denne diameter av ballastmaterialet er, ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, et grunnleggende karakteristisk trekk med henblikk på: å øke sedimenteringshastighetene (dersom d = 100 ( im, er ballastmaterialets sedimenteringshastighet 30 m/h, mens den ved d = 250 ( im er 115 m/h),

å gjenvinne ballastmaterialet fra det uttatte slam.

Det er å merke at i enkelte tilfeller - dersom ballastmaterialets partikkeldiameter er tilstrekkelig stor - kan enkel gravitasjonsseparasjon, i eller utenfor sedimenteringstanken, være aktuell for gjenvinning og resirkulering av ballastmaterialet.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, utført med flokkulering under anvendelse av en kontaktmasse bestående av resirkulert, fortettet slam, medfører spesielt de følgende fordeler: 1. Den gir en meget høy prosentvis romlig utbredelse av bindemateri-alet, og følgelig blir behandlingen meget effektiv, nemlig gjennom: stabilitet av renseytelsen, selv ved signifikant økning av den tilførte mengde råvann, mulighet for grundig fjerning av såkalte "sensitive" forurensninger (mikropartikler, mikroorganismer, spor av komplekse organiske forbindelser, pesticider, egg av innvollsorm, osv.). 2. Ballastmaterialet har utelukkende en belastende/tyngdegivende funksjon. Dets midlere partikkelstørrelse kan derfor være større enn den som kreves ved flokkulering frembragt med ballastmateriale (f.eks. 250 fim i stedet for 100 ( im). Denne mulighet medfører to fordeler: sedimenteringshastighetene øker betraktelig, hvilket gjelder desto mer jo større partikkeldiameteren av det belastende materiale er,

gjenvinningen av ballastmaterialet blir desto enklere jo større dets partikkeldiameter er.

Dersom ballastmaterialets partikkeldiameter er tilstrekkelig stor, vil det i enkelte tilfeller være mulig å overveie en enkel gravitasjonsseparasjon i eller utenfor sedimenteirngstanken. 3. Det gjenvundne ballastmateriale trenger ikke å rengjøres, fordi det ikke er behov for å regenerere "rene" seter for koaguleringen/flokkuleringen. Følgelig er det mulig, og fordelaktig, å gjenvinne ballastmaterialet fra sterkt konsentrert slam. Denne mulighet medfører de følgende fordeler: Fordi det uttatte slam er grovt regnet ti ganger mer konsentrert, kan volumet av fortyknings- og lagringsenheten installert på nedstrømssiden av sedimenteirngstanken reduseres i samme grad.

Systemet for gjenvinning av sand drives med mindre volumer i de samme proporsjoner (f.eks. ti ganger mindre), og også i dette tilfelle kan utstyrets størrelse og energiforbruket reduseres. 4. Adskillelsen av funksjonene ballast og slammasse for å fremme flokkuleringen gjør det mulig å overveie drift med en lavere gjennomstrømning (mellom mindre enn 20 % og 80 % av den maksimale mengde Q, alt etter tilfellet) uten tilsetning eller resirkulering av ballastmaterialet, hvorved det blir mulig å redusere driftskostnadene ytterligere. 5. Fortettingen av slammet, som oppnås gjennom kombinasjonen av dobbel innføring av polymer og tilførsel av ballastmateriale, gjør det mulig å produsere utstyr beregnet for høyhastighetssedimentering som gir meget store fordeler fremfor de kjente anlegg.

Varianten ifølge oppfinnelsen, som består i å kombinere innføring i slamresirku-leringskretsløpet av i det minste en del av polyelektrolytten som skal sikre flokkulering, og tilsetning av ballastmateriale til fiokkuleringsreaktoren, benyttes hovedsakelig i det tilfelle hvor det produseres fnokker som vanskelig lar seg fortette ved hjelp av polymeren alene, eller - fremfor alt - i tilfeller hvor det er overdrevent stor gjennomstrømning gjennom anlegget.

Claims (22)

1. Fremgangsmåte for fysikalsk-kjemisk behandling av avløp, spesielt av overflatevann beregnet for konsum, omfattende de suksessive trinn koagulering (A), flokkulering (B) og sedimentering (C), hvor en kontaktmasse innføres i vannet som kommer fra koaguleringstrinnet og dermed under flokkuleringstrinnet, hvilken kontaktmasse utgjøres av en del av det fortettede slam som fås i sedimenteringstrinnet og resirkuleres til flokkuleringstrinnet, karakterisert ved at i det minste en del av polyelektrolytten som sikrer flokkulering, innføres i slamresirkuleringskretsløpet (16).

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det under flokkuleringstrinnet innføres i slammet et ballastmateriale med funksjon å gjøre slammet tyngre, idet ballastmaterialet innføres i en del av det fortettede slam som resirkuleres i flokkuleringstrinnet.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at den prosentvise mengde polymer som innføres i det resirkulerte slam, eller sekundærtilførselen, varierer fra 10 % til 100 % av den totale mengde polymer som innføres i flokkuleringstrinnet og i det resirkulerte slam, avhengig hen-holdsvis av hvorvidt det ønskes å øke sedimenteringshastigheten eller vannkvaliteten.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at den prosentvise mengde sekundær polymer som innføres i det resirkulerte slam, varierer fra 20 % til 70 % av den totale mengde polymer som innføres i flokkuleringstrinnet og i det resirkulerte slam.

5. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-4, karakterisert ved at den sekundære polymer som innføres i det resirkulerte slam, er forskjellige fra den primære polymer som innføres i fiokkuleringsreaktoren (B).

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at polymeren som innføres i fiokkuleringsreaktoren (B) er en anionisk polymer, og at polymeren som innføres i det resirkulerte slam er en kationisk polymer.

7. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-6, karakterisert ved at den primære innføring av polymer foretas nær flokkuleringsreaktorens propellverk (10).

8. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-6, karakterisert ved at den primære innføring av polymer foretas i overføringsrørled-ningen (12) mellom koaguleringsreaktoren (A) og fiokkuleringsreaktoren (B).

9. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1 - 8, karakterisert ved at den sekundære injeksjon av polymer foretas i rørledningen (16) for resirkulering av resirkulert slam til fiokkuleringsreaktoren (B), på nedstrømssiden og/eller på oppstrømssiden av resirkuleringspumpen (18).

10. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-8, karakterisert ved at den sekundære injeksjon av polymer foretas i en reaktor for blanding av resirkulert slam og polymer, som er installert i rørledningen (16) for resirkulering av det resirkulerte slam.

11. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-10, karakterisert ved at det også benyttes et tredje punkt for innføring av polymer.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 11, karakterisert ved at det tredje innføringspunkt er anordnet på oppstrømssiden av innføringspunktet for primær polymer, i rørledningen (12) for overføring av avløpet mellom koaguleringsreaktoren (A) og fiokkuleringsreaktoren (B).

13. Fremgangsmåte ifølge krav 11, karakterisert ved at det tredje polymerinnføringspunkt er anordnet i en spesifikk reaktor som er installert mellom koaguleringsreaktoren (A) og fiokkuleringsreaktoren (B).

14. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-13, karakterisert ved at det resirkulerte slam innføres direkte i fiokkuleringsreaktoren (B).

15. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-13, karakterisert ved at det resirkulerte slam innføres i rørledningen (12) som forbinder koaguleringsreaktoren (A) med fiokkuleringsreaktoren (B).

16. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at ballastmaterialet utgjøres av et materiale som har en par-tikkelstørrelse på mellom 50 fim og 500 fim, fortrinnsvis mellom 100 /im og 300 ( im.

17. Fremgangsmåte ifølge krav 16, karakterisert ved at ballastmaterialet er et tett mineralsk materiale med partikkeldensitet mellom 2 og 8 g/ml, spesielt sand, granat eller magnetitt.

18. Fremgangsmåte ifølge krav 1-17, karakterisert ved at det fortettede slam som utgjør kontaktmassen og som etter sedimentering og fortykning resirkuleres kontinuerlig til flokkuleringstrinnet, utgjør mellom 0,5 og 4 % av behandlet avløp.

19. Fremgangsmåte ifølge krav 1-18, karakterisert ved at den andel av det overskytende, fortettede slam som ikke resirkuleres i flokkuleringstrinnet og som tas ut i sedimenteringstrinnet, utgjør en utløpsstrøm på 0,1 til 1 % av behandlet vann.

20. Fremgangsmåte ifølge krav 19, karakterisert ved at det overskytende, fortettede slam som ikke resirkuleres, tas ut uten behandling.

21. Fremgangsmåte ifølge krav 19, karakterisert ved at det overskytende, fortettede slam som ikke resirkuleres, behandles for å gjenvinne ballastmaterialet, hvilken behandling ikke inkluderer noen grundig rengjøring av ballastmaterialet skilt fra slammet.

22. Fremgangsmåte ifølge krav 21, karakterisert ved at ballastmaterialet gjenvinnes ved gravitasjonssedimentering, enten i eller utenfor sedimenteringstanken, og det gjenvundne ballastmateriale resirkuleres deretter til flokkuleringstrinnet.