DK149767B - Fremgangsmaade til biologisk rensning af spildevand - Google Patents

Description

149767

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til biologisk rensning af spildevand ved aktiv-slammetoden, hvorved spildevandet i to behandlingszoner bringes i kontakt med mikroorganismer, idet spildevandet skiftevis føres til den ene og den anden behandlingszone og i 5 disse zoner behandles under skiftende anoxiske og aerobe betingelser, og hvoryed det således behandlede spildevand føres til en klaringszone til fraskillelse af slam, som recirkuleres og sammenblandes med spildevandet, der skal underkastes anoxiske og aerobe behandlinger.

10 En kendt fremgangsmåde af denne art er beskrevet i dansk patentskrift nr. 131279. Ved denne kendte fremgangsmåde kan man med et forholdsvis ringe energiforbrug opnå en effektiv fjernelse af nitrogen fra spildevand. Nitrogenfjernelsen er baseret på en såkaldt nitrification efterfulgt af en denitrification. Nitrificationen, som sker 15 under aerobe betingelser, består i, at der under en samtidig nedbrydning af organisk stof i spildevandet sker en oxidation af ammoniaknitrogen til nitrat, medens denitrificationen, som sker under anoxiske betingelser, består i en fjernelse af organisk stof under anvendelse af nitrationer som oxidationsmiddel. Ved denne oxidation 20 reduceres nitratnitrogen til fri nitrogen, som afgår i gasform.

Der er imidlertid et stadigt voksende behov for at kunne kombinere en fjernelse af nitrogen fra spildevand med en phosphor-fjernelse, idet det har vist sig, at phosphor i spildevand bidrager til de eutrofieringsproblemer, som er blevet konstateret i kystnære 25 havområder og søer. De nævnte eutrofieringsproblemer ytrer sig ved, at bundvandet i perioder bliver meget iltfattigt, og at der dannes anaerobt bundslam. Disse forhold kan medføre stærkt forringede livsbetingelser for fisk.

På trods af disse alvorlige problemer og det forhold, at 30 ca. 45% af byspi Idevandet her i landet udledes til følsomme recipienter, såsom søer og fjorde med et relativt ringe vandskifte og i vandløb, som udmunder i sådanne søer og fjorde, underkastes kun 2-3% af byspildevandet I Danmark en rensning til fjernelse af phosphor.

35 I størsteparten af de tilfælde, hvor der foretages en fjer nelse af phosphor fra spildevand, sker dette ved en kemisk fældning, nemlig ved at tilsætte spildevandet aluminiumsulfat, ferrichlo-rid, ferrosulfat, calciumhydroxid eller calciumoxid til fældning af opløst phosphor, hvorpå fældningsproduktet fraskilles ved sedimenta 2 149767 tion, flotation eller filtrering. Dette medfører forøgede driftsomkostninger.

Den ekstra slamproduktion, som en kemisk fældning medfører, skaber imidlertid også øgede driftsudgifter til slambehandling og 5 eventuelt kapacitetsproblemer for den eksisterende slamstabilisering og/eller slamafvanding. Det ville derfor være ønskeligt, om den biologiske rensning af spildevand til fjernelse af nitrogen kunne kombineres med en biologisk fjernelse af phosphor.

Det ville ligeledes være ønskeligt, om det ved en phos-10 phorfjernelse opnåede phosphorholdige produkt kommer til at foreligge i en sidan form, at det kan anvendes til gødskningsformål for derved at spare valuta til indførelse af phosphatmineraler til fremstilling af phosphorholdige gødningsmidler. Man har således beregnet, at phosphor udvundet af spildevand kan dække 10-30% af den i 15 jordbruget anvendte phosphormængde.

Ved en kendt fremgangsmåde (Phoredox-metoden) til samtidig biologisk fjernelse af nitrogen og phosphor fra spildevand ved aktiv-slammetoden behandles spildevandet i serieforbundne reaktorer, idet spildevandet i en første reaktor behandles anaerobt, i en anden 20 anoxisk og i en tredie aerobt, før det klares, og det under klaringen udfældede slam recirkuleres til den anaerobe behandlingszone.

Samtidig recirkuleres en del af væsken fra den aerobe behandlingszone til den anoxiske behandlingszone.

Det ved Phoredox-metoden recirkulerede slam har et ikke 25 ubetydeligt indhold af nitrationer, og det har vist sig, at disse ioner har en ugunstig indvirkning på phosphorfjernelsen.

I et forsøg på at løse dette problem er der blevet udviklet en modificeret Phoredox-metode, den såkaldte UCT-metode, der omfatter samme behandlingssekvens for spildevandet som Phoredox-30 metoden, men hvor slammet fra klaringszonen recirkuleres til den anoxiske behandlingszone og der herfra recirkuleres væske, som har et lavt nitratindhold, til den anaerobe behandlingszone. Herved undgås, at nitrationer i slammet fra klaringszonen kommer til at forstyrre den anaerobe behandling af spildevandet og derved phos-35 phorfjernel sen.

Ved rensning af spildevand i et anlæg af aktiv-slam typen fjernes normalt kun den mængde phosphor, der svarer til indholdet i den normale slammængde. I praksis udgør denne mængde ca. 30% af phosphorindholdet i spildevandet, og det producerede slam indehol- 149767 3 der på tørstofbasis sædvanligvis 1,5-2,5% phosphor.

Det har imidlertid vist sig, at der under visse hidtil ikke-klarlagte betingelser samtidig med fjernelsen af nitrogen sker en fjernelse af en væsentligt større mængde phosphor end den, der 5 forventes at indgå i slammet. Disse forhold er blevet nærmere undersøgt, og det er på basis heraf blevet konstateret, at der samtidig med en god fjernelse af nitrogen fra spildevand kan opnås en mere effektiv og konstant phosphorfjernelse, når spildevandet, inden det underkastes de anoxiske og aerobe behandlinger, behandles under 10 anaerobe betingelser, og det ved klaringen dannede slam recirkuleres til den anaerobe behandlingszone.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen er således ejendommelig ved, at spildevandet bringes i kontakt med mikroorganismer under anaerobe betingelser, inden det underkastes de anoxiske og aerobe 15 behandlinger, at opholdstiden for spildevandet i hver behandlings-zone, hvori det behandles under skiftende anoxiske og aerobe betingelser, er lang i forhold til længden af disse behandlinger, og at slammet recirkuleres til spildevandet, som behandles under anaerobe betingelser.

20 Nitrogen- og phosphorfjernelsen ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen antages at være betinget af tilstedeværelsen af følgende tre typer af bakterier: (a) phosphorakkumulerende heterotrofe bakterier, (b) ikke-phosphorakkumulerende, denitrificerende hetero- 25 trofe bakterier og (c) nitrificerende bakterier.

Under den anaerobe behandling af spildevandet optager de phosphorakkumulerende bakterier, som indeholder akkumuleret poly-phosphat, lavmolekylært opløst organisk stof, som oplagres i form af 30 f.eks. polyhydroxybutyrat (PHB), idet det relativt energirige poly-phosphat anvendes som energikilde. Herved dannes orthophosphatio-ner, som frigøres til det væskeformige medium i den anaerobe behandlingszone. Under den aerobe behandling af spildevandet sker der en oxidation af akkumuleret samt hydrolyseret, suspenderet 35 organisk stof, og den herved frigjorte energi bruges dels til mikroorganismernes vækst og dels til at akkumulere orthophosphationer fra det væskeformige medium i de phosphorakkumulerende bakterier i form af polyphosphat. Der sker således en fjernelse af opløst phosphor fra spildevandet.

4 149767

Hvis det fra den aerobe behandlingszone recirkulerede slam har en stor koncentration af nitrat, vil der i den anaerobe behandlingszone ske det, at de ikke-phosphorakkumulerende denitrificeren-de bakterier bliver i stand til at omsætte opløst, letnedbrydeligt or-5 ganisk stof, hvorved den mængde organisk stof, som de phosphorak-kumulerende bakterier kan udnytte, reduceres. Dette medfører, at væksten og dermed virkningen af sidstnævnte reduceres.

Ved den omhandlede fremgangsmåde, hvorved der anvendes to behandlingszoner, som skiftevis anvendes til anoxisk og aerob be-10 handling af spildevandet, vil der, medens vandet befinder sig i en behandlingszone, ske flere skift mellem anoxiske og aerobe behandlinger. Spildevandets opholdstid i en behandlingszone er med andre ord lang i forhold til længden af de enkelte faser.

Under den anoxiske fase vil der i begyndelsen være en '15 betydelig mængde af nitrationer hidrørende fra den foregående aerobe behandling. Koncentrationen af disse nitrationer falder i løbet af den anoxiske fase samtidig med, at NH^-koncentrationen stiger, og betingelserne bliver derved mere og mere anaerobe (hvilket som ovenfor omtalt bevirker, at der frigøres phosphor i form af ortho-20 phosphationer). i den aerobe fase oxideres NHg fra den forudgående fase, og samtidig stiger NO^-koncentrationen.

Ved at underkaste spildevandet flere anoxiske og aerobe behandlinger, medens det befinder sig i en behandlingszone, opnås en særligt lav gennemsnitlig nitratkoncentration i afgangsproduktet 25 fra behandlingszonen og dermed også en lav gennemsnitlig nitratkoncentration i slammet, der recirkuleres til den anaerobe behandlingszone, hvilket gør denne særligt effektiv med hensyn til den omhandlede phosphorfjernelse.

Spildevandet fra den anaerobe zone ledes fortrinsvis til en 30 anoxisk behandlingszone, men kan dog også tilledes til en zone, hvori der foregår en aerob behandling.

Det skal bemærkes, at afhængig af spildevandets naturlige indhold af calcium, magnesium og jern samt dets pH-værdi kan der indtræde en kemisk fældning af phosphor i form af metalphosphater 35 under den anaerobe behandling af spildevandet. I områder med blødt vand (et lavt calciumindhold) anses en sådan ren kemisk fældning dog for at være af underordnet betydning.

Da phosphorkoncentrationen i spildevandet i en behandlingszone er stor ved overgangen fra en anoxisk til en aerob be- 149767 5 handling af spildevandet, foretages der fortrinsvis en faseforskudt udtagning af spildevand fra behandlingszonerne til klaringszonen. Udtagningen af spildevand til klaringszonen fra en behandlingszone iværksættes med andre ord først en tid efter, at der er sket en 5 overgang fra en anoxisk til en aerob behandling og vice versa. Ved passende valg af udtagningstidsrummene kan det sikres, at spilde-vandet ikke alene har et lavt phosphorindhold men også et lavt nitrat- og ammoniakindhold.

En særlig stor sikkerhed mod, at der tilføres den anaerobe 10 behandlingszone en uhensigtsmæssigt stor mængde nitrat sammen med det recirkulerede slam, kan opnås ved at sørge for, at slammet i klaringszonen får en gennemsnitlig opholdstid heri på mindst 2 timer.

Dette kan opnås ved at anvende en klaringstank med en særlig stor slamlomme. Under slammets forlængede ophold i klaringstanken vil 15 der ske en hydrolyse, hvorved der indtræder en endogen (d.v.s. uden extern tilførsel af organisk stof) denitrifikation. I stedet for at forøge slammets opholdstid i klaringszonen kan hydrolysen af det slam, der skal recirkuleres, foregå i en separat hydrolysezone, hvori en del af det recirkulerede slam tilbageholdes i mindst 1 time.

20 Man kan også med fordel opdele det recirkulerede slam i to fraktioner og lede f.eks. 10% af slammet til en forbehandlingszone, som tilføres spildevand, og hvorfra spildevand føres til den anaerobe behandlingszone. I denne forbehandlingszone, hvori der sker en bundfældning af uopløste bestanddele, vil'der indtræde en biologisk 25 nedbrydning og herunder en syredannelse, hvilken resulterer i, at materialet kommer til at foreligge i en for mikroorganismerne lettere nedbrydelig form. Bundfaldet fra forbehandlingszonen kan tilføres den anaerobe behandlingszone. Dersom der er valgt en udførelsesform med både forbehandlingszone og separat beholder til slam-30 hydrolyse kan den del af slammet, der ellers skulle tilføres forbehandlingszonen, tilføres den separate hydrolysebeholder. Bundfaldet fra forbehandlingszonen tilføres den separate hydrolysebeholder, og det blandede bundfald og slam fra denne beholder tilføres den anaerobe behandlingszone. Denne udførelsesform kan i visse tilfælde 35 medføre en formindskelse af anlæggets reaktorvolumen.

Den anaerobe behandlingszone er fortrinsvis opdelt i mindst to adskilte serieforbundne delzoner. I den første af disse zoner fjernes nitrat tilført gennem recirkuleret slam ved omsætning med det tilførte spildevand, hvorved det forhindres, at der i den 149767 6 efterfølgende zone opstår anoxiske betingelser.

Opfindelsen skal i det følgende beskrives nærmere under henvisning til tegningen, som viser et strømningsdiagram for et anlæg til udøvelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen.

5 Spildevand føres gennem en ledning 1 ind i en tank 2, hvori det blandes med recirkuleret slam, som indføres i tanken 2 gennem en ledning 3 og holdes under anaerobe betingelser i et tidsrum på 1-4 timer. Den efterfølgende behandling sker i to behandlingstanke 5 og 7, hvori spildevandet kan behandles såvel anoxisk 10 som aerobt. I det illustrerede anlæg foretages behandlingen i to faser, fase 1 og fase 2. I fase 1 føres det anaerobt behandlede spildevand gennem en ledning 4 til behandlingstanken 5, hvori der i en vis tid, fortrinsvis hele perioden, opretholdes anoxiske betingelser, og herfra gennem en forbindelsesledning 6 til den anden be-15 handlingstank 7, hvori der i en vis tid, fortrinsvis hele tiden, opretholdes aerobe betingelser. Fra tanken 7 føres spildevandet gennem en ledning 8 til en klaringstank 9, fra hvis bund der udtages slam, som gennem ledningen 3 recirkuleres til behandlingstanken 2. Fra klaringstanken 9 udtages renset spildevand gennem en led-20 ning 10.

I fase 2 føres spildevand fra tanken 2 gennem en ledning 11 til· behandlingstanken 7, hvori der nu opretholdes anoxiske betingelser, hvorfra det gennem forbindelsesledningen 6 føres til behandlingstanken 5, hvori der opretholdes aerobe betingelser, og videre 25 gennem en ledning 12 til klaringstanken 9.

Eksempel.

Der anvendtes et rensningsanlæg som illustreret på tegningen, idet dog tanken 2 var opdelt i tre serieforbundne lige store 30 delzoner, hvor råspildevandet sammen med recirkuleret slam tilførtes den første af rækken af disse delzoner.

Tanken 2 havde et samlet volumen på 200 I og var forsynet med en omrører, der. roterede med en tilstrækkelig stor hastighed til at hindre en udfældning af slam. Behandlingstankene 5 og 7 havde 35 hver et volumen på 830 I og var begge udstyret med en omrører til at sikre en tilstrækkelig kraftig omrøring til at hindre en slamud-fældning. Begge behandlingstanke var forsynet med dyser til ind-blæsning af luft under tryk, således at der i de aerobe faser kunne tilvejebringes en oxygen koncentration på 2-3 mg/l i spildevandet.

149767 7

Klarlngstanken havde et volumen pi 1120 I og et overfladeareal på 2 0,18 m og var forsynet med et centralt lodret anbragt indløbsrør og overløb ved tankvæggens øverste kant. Over indløbsrørets munding var der anbragt en ledeskærm, som tvinger det lodret indløbende 5 spildevand ned mod tankens bund, inden strømmen igen afbøjes, og vandet løber op mod overløbet.

Til det beskrevne anlæg førtes spildevand i en mængde på 1 - 1,2 l/min. og med et C/N-forhold på 12-13, og fra klaringstanken recirkuleredes slam i en mængde på 0,5-0,6 l/min.

10 Under en driftsperiode på 3 måneder (feb. - maj 1983) blev der ved drift med faselængder på 140 min. udtaget 34 prøver af råspildevandet og renset spildevand.

Analyse af prøverne viste, at der i gennemsnit opnåedes en nedsættelse af spildevandets phosphorindhold fra 7 mg P/l til 0,54 15 mg PO^-P/I med en standardafvigelse på ± 0,33 mg/l. Samtidig reduceredes nitrogenindholdet fra 25 mg N/l til 0,77 mg NH^-N/I med en standardafvigelse på ± 0,99 mg/l og 3,2 mg NOg-N/l med en standardafvigelse på ± 2,5 mg/l.