NO803153L - Fremgangsmaate og anlegg for biologisk behandling av avfallsvaeske - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for beskyttelse av en bioreaktor med lang, vertikal sjakt mot virkningene av.ekstreme bølger av innstrømmende spillvann.

Bioreaktorer med lang, vertikal sjakt, som er egnet for behandling av spillvann i en modifisert aktivertslamprosess er f.eks. kjent fra Kanadisk patentskrift nr. 1,033 081. Slike bioreaktorer omfatter et sirkulasjonssystem innbefattende minst to stort sett vertikale kamre, hvis nedre ender står i forbindelse med hverandre mens de øvre ender er forbundet med et basseng. Spillvannet bringes til å synke i det ene kammer (fallkammeret) og til å stige i det annet kammer (stigekammeret). Normalt blir spillvannet brakt i sirkulasjon ved innblåsing,i dybde, av en oksygenholdig gass, vanligvis luft, i det ene kammer, eller i begge. I en karakteristisk bioreaktor med en dybde av ca. 150 meter, hvori det anvendes luft med et trykk av 7 kp/cm , blir luften innblåst i en dybde av ca. 60 meter. Ved igangsetting av bioreaktoren blir luften innblåst i stigekammeret og frembringer derved en sugepumpevirkning i kammeret. Etter at spillvannsirkulasjonen er opprettet, kan luftinnblåsingen begrenses til fallkammeret, da væsken i fallkammeret, som har høyere egenvekt enn væske/bobleblandingen i stigekammeret, gir tilstrekkelig kraft for opprettholdelse av sirkulasjonen. Det tilstrømmende spillvann innføres som regel i bassenget i en sone nær ved fallkammerets øvre ende.Behand-let spillvann ledes ut fra bassenget i en sone nær ved stige-kammerets øvre ende. Bassenget er fortrinnsvis utstyrt med en ledeplate som tvinger det sirkulerende spillvann som forlater stigekammeret, til å tilbakelegge en hovedstrekning av bassenget innen det atter synker gjennom fallkammeret.

Den innblåste, oksygenholdige gass vil oppløses i spillvannet.mens dette synker til soner i fallkammeret med høyere, hydrostatisk trykk. Dette oppløste oksygen utgjør hovedreak-sjonsdeltakeren under den biokjemiske nedbryting av avfallet. Mens det sirkulerende spillvann strømmer oppad i stigekammeret, vil det fra løsningen utdrives gass i form av bobler. Fri-gjøringen av gass foregår idet væske/bobleblandingen fra stigekammeret strømmer inn i bassenget. Reaksjon mellom spillvann, oppløst oksygen, næringsstoffer og biomasse finner sted under sirkuleringen gjennom fallkammer-, stigekammer- og bassengsys- ternet. Reaksjonsproduktene består av karbondioksyd med til-setning av biomasse, som i forening med uvirksomme stoffer i spillvannet, danner et slam.

Uttrykket "spillvann" er i beskrivelsen benyttet om vann som inneholder bionedbrytbare husavfalls- og industriavfalls-stoffer av hvilken som helst type, f.eks. vanlig husavfall fra offentlige kloakksystemer, og tilsig fra gårdsbruk, livsmiddel-fabrikker og annen industri.

Kanadisk patentsøknad serie nr. 338 535 omhandler en modifisert bioreaktor med lang, vertikal sjakt, hvor overflatebas-senget som forbinder fallkammeret med stigekammeret, er lukket og danner en hydraulisk trykktank. Fra utløpet av en innløps-kanal i stigekammeret innføres det tilstrømmende spillvann i noen dybde i stigekammeret i det beskrevne trykksystem. Det innblåses dessuten en oksygenholdig gass i innløpskanalen i et punkt nedenfor kanalutløpet. Foruten å tilføre avfallet oksygen, vil den innblåste gass virke som en pumpe for innsuging av tilført spillvann i bioreaktorens stigekammer. Utløpende spillvann ledes fra stigekammeret gjennom en utløpskanal hvis innløp er anordnet nedenfor innløpskanalens utløp. Spillvanns-strømmene som ledes til bioreaktoren, og avledes fra denne, reguleres i avhengighet av væskenivået i trykktankbassenget.

Når væskenivået stiger, åpnes en ventil i avløpssystemet slik at spillvann kan løpe ut av bioreaktoren. Når væskenivået synker, stenges-ventilen slik at spillvann kan tilbakeføres til innløpskanalen.

Selv om den ovennevnte trykk-bioreaktor fungerer tilfreds-stillende under normale forhold, vil det under drift kunne opp-stå problemer hvis bioreaktoren utsettes for ekstreme variasjoner i den tilførte spi1lvannsstrøm. Slike ytterligheter kan f.eks. forekomme som følge av. døghbundne topper i tilstrøm-ningen fra offentlige spillvanna.nlegg. Således kan en bølge av spillvann som inntrenger i bioreaktoren gjennom innløpskana-len, frembringe et tilleggstrykk, motsvarende en fallhøyde av flere fot, i denne kanal. Som følge herav vil lu ft-sugepumpen nær innløpskanalens utløp bevirke at det i stigekammeret inn-føres en spillvannsmengde som overstiger utløpskanalens ut-strømningskapasitet. Årsaken til dette er at fallhøyden eller det hydrauliske trykk i utløpskanalen forblir konstant. Som følge a<y>den økede væskemengde i bioreaktoren vil væskenivået i trykktanken stige, hvilket medfører at reguleringsventilen i avløpssystemet åpnes for å tillate maksimal utstrømning av spillvann. Under topptilstrømningsperioder vil imidlertid ut-strømningen ikke motsvare innstrømningen gjennom innløpskana-len. Når væskenivået i trykktanken fortsetter å stige, vil det utvikles et mottrykk som er tilstrekkelig til å øke spill-vannsstrømmen i utløpskanalen•og minske strømmen i innløpskana-len. Til sist vil innløpsstrømmen og utløpsstrømmen igjen være innbyrdes like. Denne utjevning betinger imidlertid at trykktanken er innrettet med henblikk på en øket væskemengde og en fallhøydeøkning av flere fot.

Det er ifølge foreliggende oppfinnelse frembrakt en modifisert versjon av den hydrauliske trykkta.nk som er beskrevet i Kanadisk patentsøknad serienr. 338 535, som beskytter bioreaktoren mot de vanskeligheter som oppstår i forbindelse med ekstreme variasjoner i spillvannstilførselen. Den modifiserte versjon muliggjør utjevning av svingningene i spillvannstil-førselen til en bioreaktor med lang,vertika1 sjakt.

Den modifiserte bioreaktor ifølge oppfinnelsen omfatter en lukket trykktank, et fallkammer og et stigekammer som er forbundet for samvirkning med hverandre i de nedre og de øvre ender, idet forbindelsen i de øvre ender er opprettet gjennom trykktanken, midler for leding av innstrømmende spillvann til stigekammeret, midler for'leding av utløpende spillvann fra stigekammeret, midler for innblåsing av en oksygenholdig gass i avfallet i stigekammeret og fallkammeret, og en gassledning i trykktanken, for avleding av gass til en tilgrensende samletank, hvor gassledningens ende i samletanken er nedsenket til forutvalgt dybde i spillvannet i samleseksjonen, en væskeled-ning i trykktanken, for avleding av væske til den tilgrensende samletank, hvor enden av væskeavløpsledningen er nedsenket i væsken i samletanken til større dybde enn enden av gassavløps-ledningen, og en overløpsledning som er anordnet i samletanken for å overføre avfallsvæske fra samletanken til bioreaktorens spillvannsinnløp og som er plassert i stilling for regulering av væskenivået i samletanken, med derav følgende regulering av trykket mot gassen som avledes fra samletanken.

Systemet for overføring av overskuddsvæske fra den luk- kede trykktank til samletanken omfatter en avløpskanal som danner forbindelse mellom trykktanken og samletanken, og hvis inn-løp befinner seg praktisk talt i det normale nivå for væsken i samletanken, mens utløpet er plassert i forutvalgt dybde under utløpsenden av gassavløpsledningen som likeledes er nedsenket i i væsken i samletanken. Da væskeavløpsledningens utløp ligger dypere enn utløpet av gassavløpsledningen i samletanken, kan det følgelig bare strømme væske gjennom væskeavløpsledningen.

Hvis en bølge av tilstrømmende spillvann trenger inn i bioreaktoren og forårsaker en stigning av væskenivået i trykktanken, vil det normale reguleringssystem tre i funksjon og lede utstrømmende spillvann til en utskilleranordning for fas-te bestanddeler, vanligvis en flotasjons- eller sedimenterings-tank. Men hvis denne normalreaksjon ikke er tilstrekkelig til å kontrollere spillvannsbølgen, vil det gjennom den nevnte væskeavløpsledning ledes overskuddsvæske fra trykktanken til den tilgrensende samletank. Samletanken (hvori det også inn-strømmer gass fra trykktanken) innbefatter en overløpsledning til bioreaktorens innløpskana1. Overskuddsvæske fra trykktanken blir således tilbakeført direkte til innløpssystemet, uten å passere gjennom bioreaktorens fallkammer-stigekammersystem.

En alternativ versjon kan omfatte en modifisert væskeav-løpskanal som består av to omvendt J-formede rør som forbinder trykktanken med en tilgrensende samletank. De J-formede rørs korte grener er forbundet med overenden av trykktanken i soner ovenfor det normale driftsvæskenivå, idet det ene rørs gren som ér lengst,strekker seg lengre nedad mot væskeover fla ten enn grenen av det annet rør. J-rørenes lange grener er nedsenket i forskjellige dybder under væskeoverfla ten i den tilgrensende samletank, idet J-røret med den minste nedsenkningsdybde har sin motsvarende, korte gren plassert nærmest væskeoverflaten i trykktanken. Gass som avledes fra trykktanken, vil følgelig strømme gjennom det J-formede rør som har den minste nedsenkningsdybde i den tilgrensende samletank. Hvis det oppstår en bølge i spillvannstilførselen til bioreaktoren, vil følgelig trykket i trykktanken øke i motsvarighet til trykkforskjellen mellom de to munninger av de J-formede rørs nedsenkede, lange grener. På grunn av trykkøkningen i trykktanken vil det ut-øves et øket trykk mot væsken i avløpskanalen, slik at avløps- strømmen fra bioreaktoren øker og systemets likevekt gjenopp-rettes.

I tilfelle av at det beskrevne overløpssystem fra trykktanken til samletanken ikke er tilstrekkelig for opptakelse av væskebølgen fra trykktanken, kan samletanken med fordel være utstyrt med en andre overløpsledning som utmunner i en sekundærtank. Overløpsledningens innløp befinner seg under væske-overf laten i samletanken, slik at det bare vil strømme væske, og ikke skum eller gass, til utjevningstanken. Utjevningstan-kens innhold kan deretter overføres kontrollert til bioreaktorens innløpskana 1.

Oppfinnelsen er nærmere beskrevet i det etterfølgende i

forbindelse med de medfølgende tegninger, hvori:

Fig. 1 viser et skjematisk vertikalsnitt av et langt, ver-tikalt bioreaktorsystem som er forbundet med en trykktank-om-føringskrets ifølge oppfinnelsen, og

fig. 2 viser et skjematisk vertikalsnitt av en alternativ versjon av oppfinnelsen.

Det er i fig. 1 vist et fallkammer 1 og et stigekammer 2 som begge står i forbindelse med en hydraulisk trykktank.3. Trykktanken 3 innbefatter en ledeplate 4 som leder væskestrøm-men fra stigekammeret til fallkammeret langs.overflaten i trykktanken. Gjennom en innløpsledning 5 innstrømmer spillvannet i stigekammeret 2. Utløpet av ledningen 5 er forsynt med en oppadrettet, U-formet utløpsgren 6 som er forbundet med en spreder 7 for innblåsing av en oksygenholdig gass (fortrinnsvis luft) i innløpsledningen. Foruten å tilføre spillvannet oksygen vil gassen fungere som en luftpumpe for innsuging av tilført spillvann i stigekammeret '2. Gjennom en andre spreder 8 innblåses oksygenholdig gass i fallkammeret 1. Spillvann tilføres innløpsledningen 5 fra en innløpsrenne 9 som opptar spillvannsstrømmen (ikke vist) som skal behandles. Spillvann strømmer ut fra stigekammeret 2 gjennom en utløpsledning 10 hvis innløp ligger lavere enn munningen av utløpsgrenen 6. Spillvannsstrømmen fra utløpsledningen 10 innføres tangentialt i en sylinderformet beholder 11 med en bunnkanal 12 som utmunner i en ledning 13 til fIotasjonstanken 14. Den sylinderfor-mede beholder 11 innbefatter en andre utløpsåpning 17 som reguleres av en justerbar oppdemmer 18. Spillvann som strømmer ut gjennom åpningen 17, passerer over oppdemmeren 18 og et overløp 19 og ledes inn i innløpsrennen 9. Den relative ut-strømning gjennom åpningene 12 og 17 reguleres ved hjelp av en pluggventil 20. Stillingen av ventilen 20 varierer i avhengighet av forandringer i væskenivået i trykktanken, som-regist-reres av en flottør 21. Flottøren 21 er forbundet med en arm 22 som er fastgjort til en dreibar aksel 23. Ytterenden av akselen 23 er forbundet med en vinkelarm 24, og enden av vin-kelarmen 24 er koplet til en stang 25 som fastholder pluggventilen 20. Når flottøren 21 stiger, blir pluggventilen 20 løf-tet, slik at utstrømningen av spillvann til fIotasjonstanken 14 øker. Flotasjonstanken 14 er utstyrt med to skrapere 26 og 27. Skraperen 26 transporterer flytende slam til innløpsren-nen 9, for overføring til bioreaktoren for fortsatt behandling. Skraperen 27 transporterer likeledes bunnfelt materiale til en renne 28, hvorfra det i sin tur, på ikke vist måte, pumpes til innløpsrennen 9.

Trykktanken 3 er, som det fremgår, forsynt med en trykk-avlastningsventil 29, men gass og skum i tanken 3 vil normalt fjernes gjennom en avløpsledning 30. Ledningen 30 utmunner

overflaten av' spillvannet i samletanken 31, hvorved det opp-rettholdes et mottrykk mot trykktanken 3. Samletanken 31 innbefatter et gassutløp 32. Væske som oppsamles i tanken 31 som følge av sammensynkning av skum som er overført fra trykktanken, kan gjennom et overløpskar 34 overføres fra en ledning 33 til en ledning 35 som utmunner i innløpsrennen 9. Tankens 31 innhold tilbakeføres på denne måte gjennom bioreaktoren.

For å kontrollere væskebølger i bioreaktoren og i trykktanken 3, er det. anordnet en væskeavløpsledning 36. Lednin-gens 36 innløp befinner seg i det normale drifts-væskenivå i trykktanken 3. Væskeavløpsledningens 36 utløp befinner seg nedenfor gassavløpsrørets 30 utløp. Det vil derfor bare strøm-me væske gjennom ledningen 36. Væskebølger i trykktanken 3 vil følgelig passere gjennorn væskeavløpsledningen 36 til tanken 31 og vil.normalt strømme gjennom overløpsledningene 33 og 35 til innløpsrennen 9. I tilfelle av at de ordinære overløps-ledninger 33 og 35 ikke kan oppta en ekstrem væskebølge, er imidlertid tanken 31 utstyrt med en hjelpe-overløpsledning 37 som utmunner i en sekundærtank 38. Innløpet til denne over- løpsledning 37 er anbrakt under væskeoverfla ten i samletanken 31, for å hindre at flytende skum føres til sekundærtanken. Fra sekundærtanken 38 kan væsken gradvis overføres gjennom led-ninger (ikke vist) til innløpsrennen 9, hvorved virkningene av bølgene i innløpsstrømmen utjevnes.

Fig. 2 viser en annen versjon av væskeavløpssystemet, hvor forbindelsen mellom trykktanken 3 og den tilgrensende samletank 31 dannes av to rør 39 og 40 av omvendt J-form. Deri korte gren av røret 39 er forbundet med overenden av trykktanken 3 og innbefatter et parti som er nedført i forutvalgt av-stand over normalnivået for væsken i trykktanken. Rørets 39 lange gren er nedsenket i væsken i den tilgrensende samletank 31. Den korte gren av røret 40 er likeledes forbundet med overenden av trykktanken 3, men røråpningen ligger høyere enn munningen av rørets 39 korte gren. Den lange gren av røret 40 er nedsenket i væsken i den tilgrensende samletank 31 med åpningen plassert i lavere nivå enn åpningen i den lange gren av røret 39. Gass som avledes fra trykktanken 3, vil følgelig passere gjennom røret 39, da mottrykket i røret 39 er mindre enn i røret 40. Forskjellen i mottrykk tilsvarer forskjellen i fallhøyde mellom de nedsenkede munninger av rørene 39 og 40. Hvis en bølge i den tilførte spillvannsstrøm forårsaker hev-ning av væskenivået i trykktanken 3, vil følgelig innløpet til røret 39 blokkeres slik at mottrykket i trykktanken 3 øker. Under innvirkning av det økede trykk i trykktanken 3, vil strømmen av utløpende spillvann gjennom avløpsledningen 10 øke.

Det forbedrede anlegg ifølge oppfinnelsen vil kompensere virkningene av bølger i den tilførte spillvannsstrøm, ved at overskuddsvæske fra trykktanken tilbakeføres til innløpsstrøm-men ved omføring fra den normale bane gjennom fallkammer/stige-kammersystemet. Denne regulering av bølger i væskestrømmen medfører den ytterligere fordel, at funksjonen av ventilen som regulerer væskestrømmen i avløpsledningen, forenkles.

Eksempel

I tilknytning til en bioreaktor av samme type som vist i fig. 2, med lang, vertikal sjakt med diameter 4,9 m og dybde 152,5 m, ble det installert to omvendt J-formede rør 39 og 40, hvor diameteren av røret 39 var 203,3 mm og av røret 40 152,4 mm, og hvor røret 40 var nedsenket 457 mm dypere i tanken 31 enn enn røret 39. I trykktanken 3 var J-røret 39 76 mm lengre enn røret 40, og begge ender av hvert rør hadde sagtannformede endepartier av 152 mm lengde fra rot til spiss. Væsketilførse-len til bioreaktoren utgjorde ca. 130 000 IGPD (ca. 590 100 l/døgn) og dette var tilstrekkelig til å opprettholde et nivå av 762 mm i trykktanken 3, hvorved tennene på j-rørets 39 ende i trykktanken 3 var nedsenket 25 mm. ved justering av en slu-seventil på innløpsledningen ble væsketilførselen hurtig (i løpet av mindre enn 30 sekunder) øket til ca. 200 000 IGPD (ca. 909 000 l/døgn) ved tidspunktet 0. I løpet av 10 minutter steg trykktanknivået gradvis fra 762 mm til 914 mm og blokker-te derved luftstrømmen gjennom røret 39. Luftstrømmen ble således overført til det blottlagte rør 40. Mens væsken gradvis steg langs tennene på røret 39, øket trykket i trykktanken fra 0,08 kp/cm 2 til 0,12 kp/cm 2 i løpet av 4 minutter. Den ut-strømmende væskemengde i avhengighet av trykkforandringen i tanken ble målt i avløpsledningen 10. Den ønskede toppverdi,

av 200 000 IGPD ble oppnådd i løpet av 8 minutter. Når trykket steg i trykktanken oppstod en motsvarende oppdemming ved innløpskanalen som følge av det økede, indre trykk i bioreak-torsjakten og på grunn av de økede, hydrauliske tap grunnet forandringen i væskestrømmen. Nivået i innløpskanalen befant seg 1850 mm under trykktankbunnen. Væskenivået i innløpsren-nen steg 1240 mm i løpet av 25 minutter.

Anvendelsen av J-rør av den beskrevne type gjør det mulig å kompensere hurtige variasjoner i væsketilførselen i sjakten og trykktanken 3. Systemet av J-rør bevirker dessuten hastige trykkøkninger i trykktanken 3 med derav følgende forandringer i hastighet og væskemengde i avløpsledningen 10. Dette oppnås uten bruk av reguleringsf lottør eller pluggventil..

Claims (4)

1. Forbedret bioreaktorapparatur med lang, vertikal sjakt, som omfatter en lukket trykktank (3) , et fallkammer (1) og et stigekammer (2) som er innbyrdes forbundet i de øvre og nedre ender, idet forbindelsen i de øvre ender er opprettet gjennom trykktanken (3), midler (5) for leding av tilstrømmende avfallsvæske til stigekammeret (2), midler (10) for fjerning av behandlet spillvann fra stigekammeret, og midler (7, 8) for innblåsing av oksygenholdig gass i avfallet i stigekammer og fallkammer,karakterisert veden forbedring som omfatter en gassledning (30) i trykktanken (3) for avleding av gass til en nærliggende samletank (31), hvorved gass-utløpsledningens (30) ende i samletanken er nedsenket til forutvalgt dybde i avfallsvæsken i samletanken (31), en væskeled-ning (36) i trykktanken (3) for avleding av væske til den tilgrensende samletank (31), hvorved væskeutløpsledningens ende i samletanken ligger dypere enn enden av gassutløpsledningen (30), og hvor samletanken (31) innbefatter et overløpssystem (33, 34, 35) som tjener for overføring av avfallsvæske til bioreaktorens innløpsstrøm, og som er anordnet for regulering av væskenivået i samletanken (31) med derav følgende regulering av væs-ketrykket mot gassen som avledes fra trykktanken (3).

2. Apparatur i samsvar med krav 1,karakterisert vedat innløpet til væskeavløps-ledningen (36) i trykktanken (3) befinner seg stort sett i det normale driftsnivå for væsken i trykktanken.

3. Apparatur i samsvar med krav 1,karakterisert vedat gassavløpsledningen (30) og væskeavløpsledningen (36) består av omvendt J-formede led-ningsrør (39, 40) som strekker seg mellom trykktanken (3) og samletanken (31).

4.Fremgangsmåte for verning av en trykk-biorea-ktor med lang, vertikal sjakt mot virkningen av bølger i den tilførte avfalls-væskestrøm,karakterisert vedprosesstrinn som omfatter overføring av overskuddsvæske fra trykk-bioreaktoren til en tilgrensende samletank, idet hastigheten av over-skuddsvæskestrømmen fra bioreaktoren til samletanken er propor-sjonal med trykket i bioreaktoren og samletanken, og tilbake- føring av overskuddsavfallsvæsken fra samletanken til bioreak-. torens avfallsvæskeinnløp.