SE521148C2 - Förfarande för biologisk rening av vatten i en reaktor innehållande bärare för biofilmspåväxt - Google Patents

Description

521 148 E O202l4P:\3449-004.doc :n att både suspenderade mikroorganismer och biofilmsväxande mikroorganismer kan utnyttjas i processen.

Biofilmsprocessen har en rad fördelar jämfört med aktivslamprocessen. Bland annat kan högre belastningar utnyttjas och är biofilmsprocesserna väsentligt mindre känsliga för variationer och störningar. De flesta konventionella biofilmsprocesser bygger på att reningsreaktorn packas med bärarmaterial i form av fyllkroppar eller block, som ligger fixerade och stilla i processen.

Dessa processutföranden medför risk för att biofilmsbädden sättes igen med biomassa eller annat partikulärt material samt att det kan uppstå döda zoner i processen, i vilka kontakten mellan vattnet och de aktiva mikroorganismerna är mycket dålig.

I en annan typ av biofilmsprocess, som nått stora framgångar under senare år, utnyttjas bärarmaterial som hålls i suspension och rörelse i processen, den s k MBBR-processen, "Moving Bed Biofilm Reactor".

Bärarmaterialet med påväxande mikroorganismer hålls kvar i processen genom att utgående vatten får passera en sil eller ett galler med en hàldiameter eller spaltvidd, som är så liten, att bärarmaterialet inte kan passera därigenom. process är bland annat att bädden och uppkomsten av döda zoner elimineras.

Användningen av bärarmaterial, som hàlles i Fördelen med denna typ av risken för igensättning av 521 148 3 020214P:\3449-004.doc :n suspension och rörelse i processen, rapporterades först för olika hybridprocessapplikationer, d v s suspenderade bärare tillfördes aktivslamprocesser för att förbättra funktionen hos dessa. Bärare som använts till detta omfattar skumgummibitar (EP O 142 123), olika former av cylindriska fyllkroppar (Bundesministerium für Forschung und Technologie, "Einsatz von Schwebekörper zur Erhöhung der..” av Dr.

D. Dengler, H. Lang, A. Baum, Forschungsbericht 02 WA 8538,Jan.1988, p. 12-13), bärare i form av halvsfärer med inre väggar (DE 30 17 439), "igelkottsliknande" bärare, perforerade sfärer och korsställda plattor (EP O 058 974) .

Den första rena biofilmsprocessen med suspenderat bärarmaterial (MBBR) presenterades i början av 90- talet (EP O 575 314 Bl)och gav snabbt stora framgångar. Processen bygger på användningen av bärarmaterial med en yta, som är åtminstone 1,5 gånger större än ytan hos släta element med samma dimensioner, och en densitet inom intervallet 0,90 till 1,20, varvid en del av ytan är skyddad mot nötning mot andra bärarelement och väggar, som tillåter god passage av vatten genom bärarna. Den föredragna utföringsformen av dessa bärare är bitar av en slang med invändiga skiljeväggar och utvändiga fenor. Sådana bärare med en diameter på 8-15 mm, har utnyttjats med framgång i över 150 fullskaleinstallationer av MBBR-processen.

Liknande bärare för MBBR-processen presenteras i 521 148 H 020214P:\3449-OO4.doc sn Patent Abstracts of Japan, Vol. 14, No 509, där bärarna beskrivs som slangliknandes element med ytterdiametern 2-20 mm, densiteten 1,0-1,02, ett förhållande mellan längd och diameter på 0,3-3,0 och ett flertal längsgående hål genom bäraren, vartdera med en diameter på minst 1 mm.

Bärare i form av bitar av extruderad slang av den typ som utvecklats för MBBR-processen har sedan utnyttjats även i hybridprocesser (marknadsförings~ material EVU Entwicklung von Umwelttechnik GmbH; marknadsföringsmaterial Conor Pacific Environmental Technologies Inc.).

Eftersom bärarelementen utsätts för ständiga kollisioner med varandra i processen, hålls de ytor, som exponeras för andra bärare, rena från biofilmspåväxt. Processens effektivitet är därför starkt beroende av den yta, som är skyddad mot kollisioner t ex i inre passager eller fack i bärarna. Strävan efter en stor skyddad yta ledde inledningsvis till att endast små bärare, mindre än mm, användes i MBBR-processen. För stora bärare, större än ca 15 mm, ansågs det omöjligt att åstadkomma en tillräckligt stor skyddad yta utan att transporten av vatten, föroreningar och syre in till biofilmen skulle försämras kraftigt. I en vidareutveckling identifierades dock de kritiska parametrar, som krävs för att säkerställa en god masstransport även i större bärare med relativt stor skyddad yta 521 148 020214P:\3449-O04.doc :n (svenska patentansökningen 9400893-5). I många applikationer, särskilt när avloppsvattnet innehåller mycket partiklar, är det en fördel att utnyttja stora bärare, eftersom galler med stora öppningar kan användas för att hålla kvar dessa bärare i processen.

Den föredragna utföringsformen av denna bärare har angetts som ett cylindriskt bärarelement uppbyggt av radiellt riktade väggar, som är förbundna med varandra till en turbinhjulsliknande struktur, vilken är öppen i mitten. Bärare med denna utformning i storlekar mellan 30 och 60 mm och med en skyddad yta upp till ca 300 HF/m3 bulkvolym bärare har använts med framgång i ett femtiotal MBBR-installationer. Med dessa tidigare kända utföranden har det dock inte varit möjligt att i praktiken använda stora bärare, >l5 mm, med en större effektiv skyddad yta än ca 400 nn/UP bulkvolym bärare utan att problem med masstransport till biofilmen uppstått. Detta klargöres också i svenska patentansökningen 9400893- : "Om bärarelementen utformas så att de får en mycket stor yta, >5OO UF/m3 (avser bärarelementvolym 29400 mfhfi bulkvolym), kan det dock vara svårt att undvika att passagerna genom bärarelementen blir så trånga, att de växer igen." För små bärare, utföranden har en praktisk gräns för den effektiva skyddade yta, som kan tillhandahållas utan masstransportbegränsningar, legat omkring 500 HF/m3 bulkvolym bärare. 521 148 E O20214P:\3449-0O4.doc :n Föreliggande uppfinning syftar till att kraftigt öka kapaciteten hos MBBR- och hybridprocesser och avser ett förfarande för biologisk rening av vatten eller avloppsvatten med användning av bärarmaterial, varvid vattnet eller avloppsvattnet behandlas i en reaktor, som innehåller bärare för biofilmspåväxt, vilka hålls i rörelse i vattnet och är utformade så att de har väldefinierade passager eller fack, som tillhandahåller en yta för biofilmspåväxt, vilken är skyddad mot sammanstötning med andra bärarelements ytor.

Förfarandet enligt uppfinningen har i angivet i syfte erhållit kännetecknen enligt patentkravet l, varigenom bärarmaterialet kombinerar en stor storlek i två dimensioner med en effektiv skyddad yta, som är betydligt större än för tidigare kända utföranden, utan problem med masstransport in till biofilmen.

Användning av bärarmaterial enligt uppfinningen medför därför stora fördelar jämfört med användning av bärarmaterial enligt tidigare kända utföranden genom att betydligt större effektiva skyddade ytor kan tillhandahållas i processen, vilket ökar processens kapacitet och ger möjlighet att väsentligt minska volymen hos reningsreaktorn.

Fördelaktiga särdrag hos uppfinningen framgår av de osjälvständiga patentkraven.

För närmare förklaring av uppfinningen skall «=.«§.

O20214P:\3449-0O4.doc sn 521 148 7 utföringsexempel beskrivas i det följande med hänvisning till bifogade ritningar, pà vilka FIG. 1 och 2 visar ett första utförande av bärarelementet enligt uppfinningen, sett framifrån respektive från ena sidan, samt FIG. 3 och 4 på samma sätt som FIG 1 och 2 visar ett andra utförande enligt uppfinningen.

Bärarelementet enligt den första utföringsformen kan beskrivas som en cirkulär platta med ett flertal genomgående kvadratiska häl, vilka bildar kanaler genom plattan med väggar, som ger en yta, vilken är skyddad mot nötning mot andra bärarelement.

Bärarelementets diameter är 30 mm. Plattans tjocklek i passageriktningen är 2 mm och hàlöppningarna har en sidlängd pà 1 mm, vilket ger en skyddad yta pà ca 1950 UF/må bärarelementvolym och en kvot mellan passagernas längd och hàlöppningarnas längsta dimension (diagonalen) pà 1,4. Generellt sett skall bärarelementens diameter eller bredd överstiga 20 mm, passagernas längd skall understiga 6 mm och förhållandet mellan passagernas längd och inströmningsöppningarnas längsta dimension skall vara särskilt mindre än 3, företrädesvis mindre än 2,5, mindre än 2. Den skyddade ytan skall generellt vara minst 1000 HF/m3 bärarelementvolym, företrädesvis minst 1250 HF/m3 bärarelementvolym, särskilt minst 1500 nf/m3bärarelementvolym.

Bärarelementet enligt den andra utföringsformen kan 521 148 B 020214P:\3449-004.doc :n beskrivas som en ättakantig platta med ett flertal cirkulära fack in i plattan fràn bäda sidorna, vilka ger en yta skyddad från nötning mot andra bärarelement. Bärarelementets diameter är 52 mm.

Plattans tjocklek är 4,5 mm. Fackens djup är 2 mm och öppningarnas diameter är 1,5 mm, vilket ger en skyddad yta på 1330 mf/m3 bärarelementvolym och en kvot mellan fackens djup och hälöppningarnas längsta dimension (diametern) pà 1,33.

Kombinationen av storlek, yta, passagelängd/fackdjup och öppningsdimension i förhàllande till passagelängd/fackdjup enligt ovan ger ett bärarelement med väsentligt bättre egenskaper i MBBR- eller hybridprocesser än tidigare använda bärarelement. Ett mycket viktigt särdrag hos uppfinningen är att passagelängden/fackdjupet anpassas till inströmningsöppningarnas dimension enligt ovan angivna förhållande.

Vid omfattande jämförelser mellan uppfinningen och föredragna utföringsformer av tidigare kända bärare visade sig uppfinningen ge en betydligt högre kapacitet hos MRBR- eller hybridprocesser. Vid jämförelse avseende nitrifikation av kommunalt avloppsvatten i tre parallella MBBR-processer, vardera fylld med bärarmaterial till 50% av volymen, uppmättes kapaciteter enligt Tabell l nedan. Således kunde processkapaciteten ökas minst 3 ggr genom användning av bärarmaterial enligt uppfinningen. 521 148 020214PÅ3449-004.doc m Q Tabell 1.

Jämförelse mellan uppfinningen och användning av tidigare kända bärarmaterial Bärartyp Nitrifikationshastighet, g NH4-N/UP reaktor, h Kl (EP 0 575 3l4 Bl) ll,5 Natrix 10/10 (9400893-5) 8,3 Uppfinningen, utförande enl. FIG 1 34,1

Claims (4)

10 15 20 25 521 148 LD O20214P:\3449-004.doc :n PAT ENTKRAV

1. Förfarande för biologisk rening av vatten eller avloppsvatten med användning av bärarmaterial, varvid vattnet eller avloppsvattnet behandlas i en reaktor, som innehåller bärare för biofilmspàväxt, vilka hàlls i rörelse i vattnet och är utformade sà att de har väldefinierade passager eller fack, som tillhandahåller en yta för biofilmspàväxt, vilken är skyddad mot sammanstötning med andra bärarelements ytor, kännetecknat av att bärarelementet har en bredd eller diameter överstigande 20 mm, att den skyddade ytan är större än 1000 nf/HP bärarelementvolym, företrädesvis större än 1250 HF/m3bärarelementvolym, särskilt större än 1500 nf/m3 bärarelementvolym, att längden pà passagerna eller djupet pà facken i bärarelementet som medelvärde är mindre än 6 mm respektive mindre än 3 mm, företrädesvis mindre än 4,5 mm respektive mindre än 2,5 mm, särskilt mindre än 3 mm respektive mindre än 2 mm, och att kvoten mellan passagelängderna eller fackdjupen och den längsta dimensionen hos inströmningsöppningarna till passagerna/facken är mindre än 3, företrädesvis mindre än 2,5, särskilt mindre än 2.

2. Förfarande enligt krav 1, vid vilket bärarelementet är utformat som en platta med ett flertal genomgående häl. 10 521 148 LL 020214P:\3449-004.doc sn

3. Förfarande enligt krav 1, vid vilket bärarelementet är utformat som en platta med ett flertal fack in i plattan fràn bàda sidorna.

4. Förfarande enligt nàgot av krav 1 -3, vid vilket suspenderad biomassa separeras och àterföres till reaktorn, så att reaktorn kommer att innehålla både suspenderad biomassa och pà bàrarmaterialet växande biomassa.