CZ285687B6

CZ285687B6 - Způsob čištění odpadních vod obsahujících sulfid

Info

Publication number: CZ285687B6
Application number: CZ953249A
Authority: CZ
Inventors: Cees Jan Nico Buisman
Original assignee: Paques B. V.
Priority date: 1993-06-10
Filing date: 1994-06-09
Publication date: 1999-10-13
Also published as: FI955915A0; HUT77974A; ATE148082T1; CN1125432A; BR9406771A; AU673753B2; NO310769B1; FI955915A; BG100205A; ES2096474T3; NO954862D0; JP2693272B2; EP0702663B1; AU6937994A; KR100345996B1; PL311869A1; FI117382B; BG61602B1; NL9301000A; JPH08506271A

Abstract

Způsob čištění odpadních vod obsahujících sulfid, pomocí oxidace sulfidu na elementární síru v reaktoru, ve kterém jsou obsaženy bakterie schopné oxidovat sulfid za přítomnosti kyslíku, kde dochází k separaci alespoň části síry z odpadní vody jako důsledek oxidace sulfidu, kde část elementární síry separované z odpadní vody je recyklována do reaktoru takovým způsobem, že je v reaktoru udržovaná koncentrace elementární síry přinejmenším na hodnotě 1 g/1.Síra ve formě vloček je používána jako nosič bakterií schopných oxidovat sulfidy.ŕ

Description

(57) Anotace:

Při čištění se část elementární síry, separované z odpadní vody, recykluje zpět do reaktoru takovým způsobem, že je v reaktoru udržována koncentrace elementární síry přinejmenším na hodnotě 1 g/1, přičemž částice síry se použijí jako nosič bakterií schopných oxidovat sulfid, a oxidace probíhá v reaktoru, ve kterém se svislá cirkulace udržuje prouděním plynu obsahujícího kyslík.

CZ 285 687 B6

Způsob čištění odpadních vod obsahujících sulfid

Oblast techniky

Tento vynález se týká způsobu čištění odpadních vod obsahujících sulfid, pomocí oxidace sulfidu na elementární síru v reaktoru, ve kterém jsou obsaženy bakterie schopné oxidovat sulfid za přítomnosti kyslíku, kde dochází k separaci alespoň části síry z odpadní vody, jako důsledek oxidace sulfidu.

Dosavadní stav techniky

Tento způsob úpravy je například zveřejněn v mezinárodní patentové přihlášce WO 91/16269. Při realizaci tohoto procesuje poměr mezi sulfidem a biomasou minimální.

Všechny známé procesy bakteriální čištění odpadních vod musí čelit problémům, jak udržet bakterie uvnitř reaktoru. Tento problém se obvykle řeší tím, že se použijí nosiče bakterií. Obecně se navrhují dva typy nosičů. Prvým nosičem může být pemza, ačkoliv nevýhodou mobilních nosičů je to, že se musí udržovat silné víření nebo fluidizace, aby se nosič mísil s odpadní vodou, přičemž další nevýhodou je to, že část mobilního nosiče bude rušit proces vytváření síry, což je pro kvalitu síry škodlivé. Druhým nosičem jsou pevné nosiče, jakými mohou být jisté struktury syntetických materiálů, které mají tu nevýhodu, že se tyto pevné nosiče rychle sráží. Kromě toho, jak obvyklé mobilní nosiče, tak i pevné nosiče, značně zvyšují provozní náklady čističek.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky odstraňuje způsob čištění odpadních vod obsahujících sulfid, pomocí oxidace sulfidu na elementární síru v reaktoru, ve kterém jsou obsaženy bakterie schopné oxidovat sulfid za přítomnosti kyslíku, kde dochází k separaci alespoň části síry z odpadní vody, jako důsledek oxidace sulfidu, podle tohoto vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že část elementární síry separované z odpadní vody je recyklována do reaktoru takovým způsobem, že je v reaktoru udržována koncentrace elementární síry přinejmenším na hodnotě 1 g/1.

Výhodné přitom je, když částice síry jsou použity jako nosič bakterií schopných oxidovat sulfid, a když oxidace probíhá v reaktoru, ve kterém se svislá cirkulace udržuje prouděním plynu obsahujícího kyslík.

Podstatné je též to, že šíraje z reaktoru separována bud’ za použití vnitřního usazovacího zařízení reaktoru, nebo se separuje za znečištěné vody použitím vnějšího usazovacího zařízení, umístěného mimo reaktor.

Za podstatné pro řešení je nutné dále považovat i to, že bakterie jsou připojeny k pevnému filmu, a že koncentrace elementární síry v reaktoru je udržována přinejmenším na hodnotě 2 g/1, nebo na hodnotě 3 g/1. Síra získaná oxidací mikrobů se totiž při vyšší koncentraci usazuje mnohem rychleji, čímž je možné dosáhnout efektivnější separace síry z odpadní vody při použití stejného druhu usazovací nádrže. Při vyšší koncentraci síry, se s ní oxidační bakterie mohou lépe spojit, čímž se vytváří efektivní systém nosiče biomasy, která zároveň činí jiný nosič nepotřebným. U tohoto způsobu se dává, jako nosiči pro oxidující bakterii, přednost shlukům síry, přičemž pod tímto pojmem se rozumí částice síry, které mají průměr větší než 1 mikrometr a které se vyskytují v koloidních roztocích síry. Přednost se přitom dává tomu, aby částice měly průměr nejméně 50 mikrometrů.

- 1 CZ 285687 B6

Shluky síry se pak vytváří tehdy, je-li koncentrace síry dostatečně velká, přičemž částice síry se mohou jako takové přidávat na začátku procesu biologického odstraňování sulfidů.

Výhodné je pak i to, že objem náplně sulfidu v reaktoru je větší, než 200 mg/1. h, a že alespoň část kationtů přítomných v reaktoru jsou dvojmocné nebo vícemocné ionty.

Přehled obrázků na výkresech

Na obr. 1 je schematicky znázorněn reaktor s pohybem kapaliny ve smyčce, udržovaným proudem vzduchu. Obr. 2 pak znázorňuje časový diagram množství usazenin síry v reaktoru, jako funkce koncentrace síry a obr. 3 časový diagram množství usazenin síry v reaktoru podle příkladu II se stejným vzorkem vzatým ze smíšeného reaktoru.

Příklady provedení vynálezu

Reaktor na obr. 1 je rozdělen svisle do dvou komor 1, 2 ve kterých je realizován tok kapaliny směrem nahoru a směrem dolů. Odpadní voda se přivádí vstupním potrubím 3 a vyčištěná voda odchází výstupním potrubím 4. Vzduch se přivádí vzduchovým potrubím 5 a způsobuje svislý tok kapaliny v reaktoru. Síra se může usazovat v usazovací nádržce 6 a klesat zpět do reaktoru přes otvory ve dnu usazovací nádržky 6.

Vyčištěná voda se odvádí přepadem 7, výstupním potrubím 4. Jakýkoliv přebytek kalu a/nebo síry se dá odstranit potrubím 8. Použitý vzduch se odvádí průduchem 9. Dalším příkladem používaného reaktoru, ve kterém je biomasa a část síry v reaktoru separována, je tzv. fluidizační reaktor. V podobných reaktorech je usazovací nádržka 6 integrovanou součástí aerobních reaktorů.

Reaktor, ve kterém probíhá oxidace sulfidů na síru, je reaktor, ve kterém je svislý pohyb udržován pomocí proudění plynu, který obsahuje kyslík. K tomuto účelu lze použít i výše popsaný reaktor s pohybem ve smyčce. Reaktor, ve kterém je svislá cirkulace udržovaná pomocí proudění plynu obsahujícího kyslík, je znám z evropské patentové přihlášky EP-A-24758.

Je možný i způsob, při kterém se separuje síra a volitelně i biomasa, v sekundárním proudění v usazovací nádržce 6 směrem dolů a úplnou nebo částečnou recyklací separovaného materiálu do reaktoru. Takové uspořádání se může kombinovat s „reaktorem s pevným filmem“, ve kterém bakterie rostou jak na pevném nosném materiálu, tak i na částicích síry.

Jako výhodné se ukázalo použití zvýšeného množství kalu v aerobním reaktoru, zvláště u reaktoru s obsahem kalu větším než 100 mg/l.h a zejména větším než 200 mg/l.h. Obsah síry by neměl být příliš vysoký, přednost se dává obsahu, kteiý není vyšší jak 1000 mg/l.h, aby se dalo vyhnout zvyšující se koncentraci roztoku síry a narůstající koncentraci sulfidu v tekutém odpadu. Koncentrace sulfidu v tekutém odpadu by měla být menší než 50 mg/1, lépe menší než 20 mg/1.

Požadované koncentrace sulfidů se dá dosáhnout zředěním přitékající vody již částečně nebo úplně vyčištěnou odpadní vodou. Kolísající hodnota koncentrace se dá uzpůsobit úpravou recyklačního toku.

Bakterie, které se podle tohoto vynálezu dají použít, patří do skupiny bezbarvých simých bakterií, včetně typů thiobacillus, thiomicrospira, sulfolobus a thermotrix.

V mnoha případech je žádoucí řídit proces oxidace sulfidu na síru způsobem, kdy na jedné straně zůstává v odtékající vodě co nejmenší množství síry, a kdy na druhé straně je podstatně snížena

-2CZ 285687 B6 další oxidace na vyšší složky oxidované síry. Oxidace může být řízena stanovením určitého množství dodávaného kyslíku, nebo stanovením určitého množství bakterií v reaktoru. Použije-li se pro řízení reakce v reaktoru způsob dodávání určitého množství kyslíku, dodává se 0,5 až 1,5 molu kyslíku najeden mol sulfidu. Při řízení reakce pomocí určitého množství bakterií, je poměr sulfidu k bakteriální hmotě přinejmenším 10mgS²7mg N.h, lépe 20 mg a nejlépe 30 mg-S~²/mg N.h. Koncentrace kyslíku se může měnit v širokém rozsahu od 0,01 až 1,0 mg na litr. Nejvýhodnější je, když je použit plyn obsahující kyslík.

Bylo zjištěno, že vysoká koncentrace iontů sodíku a jiných jednomocných kationtů, jako i jiných alkalických kovových iontů, má opačný účinek na usazování elementární síry a následně i na její použitelnost jako nosiče. Z tohoto důvodu se podnikají opatření, aby koncentrace jednomocných kationtů byla při oxidaci sulfidu na síru pod hodnotou 0,25 molu/1. Zjistilo se, že dvojmocné avícemocné kationy, jako například hořčík, zasahují méně, jestli vůbec, do procesu tvoření vloček síry, takže takové kovové ionty mohou být přítomné. Dále se ukazuje, že přítomnost dvojmocných a vícemocných kovových iontů působí proti opačnému působení jednomocných iontů, což má za následek, že nižší limit jednomocných kationtů (jak bylo dříve uvedeno), může být vyšší, jestliže odpadní voda určená k čištění, obsahuje ionty hořčíku, a to při koncentrací 1 až 100mg/l.

Hodnota pH v reaktoru by neměla být podle tohoto vynálezu vyšší než 9,5. Spodní limit pH není kritický, může být pod hodnotou 5, jelikož je známo, že bakterie okysličující sulfid rostou při pH i při tak nízké hodnotě jako 0,5. Dává se přednost hodnotám v rozmezí 7,5 až 9,0.

Při čištění odpadní vody, která obsahuje vysokou koncentraci sulfidů, může čištění probíhat ve dvou krocích, kdy popsané podmínky řízení procesu se uplatňují v prvém kroku a zbývající množství sulfidu a síry se oxiduje později, společně s možnou přítomností organických látek, a to v následném procesu.

Způsob čištění, podle tohoto vynálezu, se dá použít pro odpadní vodu nebo jinou tekoucí vodu obsahující sulfid nebo jiné sloučeniny síry, které se dají oxidovat na elementární síru, například merkaptany, thiofenoly, dialkylové sulfidy, disulfídy, polysulfídy, disulfidy uhlíku a pod.

Současný způsob se dá rovněž použít jako součást úpravy odpadních vod, které obsahují oxidované sloučeniny síry, např. sulfáty, sulfíty, thiosulfáty, sulfonovou kyselinu, sulfoxidy apod. Oxidované sloučeniny se mohou nejprve redukovat anaerobně, nejlépe biologicky na sulfidy, které jsou následně přeměněny na síru, a to způsobem, který již byl popsán. Zvláště se pro anaerobní krok (redukce sloučenin síry na sulfid) hodí použít bakterie redukující síru a sulfáty (SRB), např. druhy genu desulfovibrio, desulfotomaculum, desulfomonas, thermodesulfobacterium, desulfobulbus, desulfobacter, desulfococcus, desulfonema, desulfosarcina, desulfobacterium a desulfomonas.

Příklad I

Ve smíšeném reaktoru, který má kapacitu 8 litrů, se působilo na vodu obsahující sulfid (dodávka sulfidu: 0,5 g/h, náplň sulfidu: 12 kg/m³.den) bakteriemi oxidujícími sulfid za přítomnosti kyslíku (2-4 mg/1) při hodnotě pH 8 po dobu zdržení 10 hodin. Zisk sulfátu představoval jen několik procent, zatímco zbytek (>95 %) tvořila elementární síra.

Koncentrace elementární síry se měnila od 700 mg/1 do 6 g/1. Zjistilo se, že zvýšení koncentrace síry vede k zvýšenému poměru usazené síry. Na obr. 2 je znázorněn profil usazování vzorku z reaktoru, jako funkce koncentrace síry.

-3CZ 285687 B6

Příklad II

V reaktoru s pohybem kapaliny ve smyčce pomocí vzduchu (svislý reaktor s dodávkou vzduchu u dna a s vnitřním zařízením pro usazování v horní části, jak je to zobrazeno na obr. 1), která má kapacitu 2 litry, byla upravována voda obsahující sulfid (koncentrace sulfidu: 500 mg/1, náplň sulfidu 12 kg/m³.den) pomocí bakterií okysličujících sulfidy, při pH 8 a po dobu zdržení 1 hodiny. Koncentrace elementární síry byla udržována mezi 2 a 4 g/1. Výsledkem použití vnitřního zařízení pro usazování, zůstalo v reaktoru více jako 95 % síry.

Obr. 3 znázorňuje profil usazování u vzorku z tohoto reaktoru (horní čára), se stejným vzorkem vzatým ze smíšeného reaktoru (spodní čára). Profil ukazuje mnohem lepší separaci síry reaktoru s pohybem ve smyčce, což umožňuje provozovat tento reaktor bez dodatečného nosiče.

Příklad III

V reaktoru s pohybem kapaliny ve smyčce pomocí vzduchu, jak je to zobrazeno na obr. 1 as kapacitou 10 m³, byl tok obsahující sulfid upravován bakteriemi okysličujícími sulfidy (koncentrace sulfidu: 300 mg/1, náplň sulfidu 2,5 kg/m³.den), při hodnotě pH 8,5 a po dobu zdržení 3% hodin. Koncentrace elementární síry se udržovala na hodnotě 3 g/1, jako výsledek činnosti vnitřního zařízení pro usazování. Koncentrace kyslíku v reaktoru se udržovala na hodnotě mezi 0,01 až 0,5 mg/1, přičemž kyslík vyvločkoval náplň sulfidu v dodávané vodě. Řízením dávky okysličujícího vzduchu se dosáhlo efektivnosti při odstraňování sulfidu větší jak 99 %, přičemž na elementární síru bylo převedeno mezi 90 a 100 % odstraněného sulfidu.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims

1. Způsob čištění odpadních vod obsahujících sulfid, pomocí oxidace sulfidu na elementární síru v reaktoru, ve kterém jsou obsaženy bakterie schopné oxidovat sulfid za přítomnosti kyslíku, kde dochází k separaci alespoň části síry z odpadní vody, jako důsledek oxidace sulfidu, vyznačující se tím, že část elementární síry separované z odpadní vody se recykluje do reaktoru tak, že v reaktoru se udržuje koncentrace elementární síry přinejmenším na hodnotě 1 g/1.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že částice síiy se použijí jako nosič bakterií schopných oxidovat sulfid.

3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že síra se z reaktoru separuje za použití vnitřního usazovacího zařízení reaktoru.

4. Způsob podle nároku 3, vyznačující se tím, že oxidace probíhá v reaktoru, ve kterém se svislá cirkulace udržuje prouděním plynu obsahujícího kyslík.

5. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že síra se separuje ze znečištěné vody použitím vnějšího usazovacího zařízení, umístěného mimo reaktor.

6. Způsob podle nároků 2a 5, vyznačující se tím, že bakterie ulpívají na pevném filmu.

-4CZ 285687 B6

7. Způsob podle kteréhokoliv z předchozích nároků laž6, vyznačující se tím, že koncentrace elementární síry v reaktoru se udržuje přinejmenším na hodnotě 2 g/1.

8. Způsob podle kteréhokoliv z předchozích nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že koncentrace elementární síry v reaktoru se udržuje přinejmenším na hodnotě 3 g/1.

9. Způsob podle kteréhokoliv z předchozích nároků laž8, vyznačující se tím, že objem náplně sulfidu v reaktoru je větší než 200 mg/l.h.

10. Způsob podle kteréhokoliv z předchozích nároků laž9, vyznačující se tím, že alespoň část kationtů přítomných v reaktoru jsou dvojmocné nebo vícemocné ionty.

11. Způsob čištění odpadních vod podle kteréhokoliv z předchozích nároků 1 až 10, kde odpadní vody obsahují sulfid vzniklý aerobním zpracováním odpadní vody obsahující sulfát nebo sulfid, pomocí oxidace sulfidu na elementární síru v reaktoru, ve kterém jsou obsaženy bakterie schopné oxidovat sulfid za přítomnosti kyslíku, kde dochází k separaci alespoň části síry z odpadní vody, jako důsledek oxidace sulfidu, vyznačující se tím, že část elementární síry separované z odpadní vody se recykluje v reaktoru takovým způsobem, že se v reaktoru udržuje koncentrace elementární síry přinejmenším na hodnotě 1 g/1.