168463. lajstromszámú szabadalom • Eljárás biokémiai úton oxidálható anyagokat tartalmazó szennyvizek kezelésére nagy hatásfokú oxigénezéssel
3 168463 4 alkalmazása komolyan korlátozza az elérhető oxigén oldódási sebességet. A levegő csupán 20,8 tf% oxigént tartalmaz, és egyéb alkotói a biokémiai reakciók vonatkozásában inertek. A gyakorlatban a baktériumok a kevert folyadékból az oldott oxigént olyan gyorsan használják fel, hogy a levegőztetéssel gazdaságosan elérhető oldott oxigéntartalmat a kívánt aerob baktériumok egészséges növekedéséhez szükséges biztonságos szint alá szorítják, így szagot okozó és a kezelési időt növelő anaerob és fakultatív aerob törzsek fejlődnek ki. A szellőztető zónában nagy szilárdanyagtartalom fenntartása is előnyös, mert így a biokémiai úton oxidálható anyag eltávolításának mértéke nagyobb és a felesleges iszapképződési sebessége kisebb. Ugyanakkor azonban nagy szilárdanyagtartalom esetén a biomassza oldott oxigénfelvétele gyorsabb, ezért a levegőből az oxigénoldódás korlátozott sebessége miatt szándékosan korlátozzák a kevert folyadékban az aktív szilárdanyagtartalmat. Kisebb szilárdanyagtartalom esetén a biokémiai úton oxidálható anyag eltávolításának mértéke csökken, és nagy kezelőtartályok szükségesek a tisztításhoz megkívánt idő (3—6 óra) biztosítására. Az oxigénoldás sebessége a kevert folyadéktömeg felületi aerátorokkal, keverőlécekkel és bemerülő turbinákkal történő erőteljesebb keverésével növelhető. Erőteljes keverés azonban annyira diszpergálja a pehelyagglomerátumokat, hogy kezelés után a szilárd anyag megfelelően nem választható el az elfolyó víztől. Ezenkívül a gravitáció révén ülepedett szilárdanyagok fajlagos térfogata (Mohlman-féle iszaptérfogat index) nagy, és az ilyen szilárdanyagok oltóanyagként szükséges recirkuláltatása a rendszernek nagy hidraulikus terhelést jelent. Kis oldott oxigén- és szilárdanyagtartalom mellett a pehelyrészecskék kicsik, törékenyek és diszperzióra hajlamosak. A szellőztető rendszer „túlméretezés"-ére irányuló kísérletek a berendezés nagy beruházási és működtetési költségeihez vezettek. Mindezekből látható, hogy biokémiai reakciókhoz oxigénforrásként levegő alkalmazása komoly hátrányokkaljár. A nagyobb oldódási sebesség elérésére javasolták tiszta oxigén vagy oxigénben dúsított levegő alkalmazását. Tiszta oxigénnel a gáz és folyadék között az oxigén parciális nyomáskülönbség ötszörösre növelése lehetséges. Sok próbálkozás történt oxigénben dúsított gáz alkalmazására is, de iparilag használható eredmény nélkül. Néhány esetben a levegőztetésnél szokásos berendezést és eljárást használva pusztán a levegőt oxigénben dúsított gázzal helyettesítették. Ezeknek a törekvéseknek a gazdaságtalanságát az oxigén hatástalan felhasználása eredményezte, amely a levegőtől eltérően nem áll szabadon rendelkezésre. Például háztartási szennyvíz szokásos kezelésére használt tartályba tiszta oxigént buborékoltatva, csupán az oxigén kb. 5—10%-a használódik el, a többi az atmoszférába távozva elvész. Az oxigénben dúsított gázt alkalmazó korábbi eljárások egyik legeredményesebbike szerint a kombinált reaktor-derítőből elfolyó víz egy részét összekeverik a befolyó vízzel, csaknem telítésig oxidálják, majd visszavezetik a reaktor aljára. A reaktor aktív szilárdanyagból álló réteget tartalmaz, és a nagymértékben oxidált folyadék felfelé átfolyik ezen a rétegen, ezáltal szerves szennyezését a baktériumtartalmú pelyhekbe átviszi és asszimilációhoz szükséges oxigénnel is ellátja. A befolyó és recirkuláltatott elfolyó vizet ellenáramú gáz-folyadék érintkeztető tornyon lefelé folyatva oxidálják, az oxigénben dús gázt és torony alján vezetik be és a tetején veszik el. Bár az ellenáramú kontaktor a legfőbb kémiai folyamatnál valószínűleg a leghatásosabb anyagátvivő eszköz, biokémiai oxidációs folyamat végrehajtására nem volt 5 gazdaságos, és a betáplált oxigénre vonatkoztatva csak 20—25%-os felhasználást sikerült elérni. Az eredménytelenség fő oka az, hogy az oxigénezőben vagy kontaktorban az oldott oxigéntartalomnak csak telítési értékig való eltolása azt eredményezte, hogy az 10 oxigén parciális nyomás hajtóereje lényegében eltűnt az oszlop alsó szintjében. Egyidejűleg a folyadékból felszabaduló C02 és N 2 szennyezések jelentősen leszorították az oxigén parciális nyomás hajtóerejét az oszlop felső szintjében. Ezek a tényezők akadályozzák a beve-15 zetett oxigén nagy részének oldódását. A telítési oldott oxigéntartalom megközelítése szükséges, mivel a biokémiai úton oxidálható anyagot tartalmazó víz kezelésére nagy oldott oxigénszintet kell a reaktorba befolyó vízben fenntartani. 20 A találmány tárgya eljárás biokémiai úton oxidálható anyagot tartalmazó víz kezelésére oxigénben dúsított gázzal, amely a gázban levő oxigén viszonylag nagy menynyiségét felhasználja, és a kevert folyadék oldott oxigén-és szilárdanyagtartalma nagy. 25 A biokémiai úton oxidálható anyagot tartalmazó vizet a találmány szerint baktériumtartalmú aktív biomasszával érintkeztetve úgy kezeljük, hogy a biokémiai úton oxidálható anyagot tartalmazó vizet, biomasszát és legalább 60 tf % oxigént tartalmazó tápgázt valamely 30 szellőztető zónában összekeverjük, és a keverést folytatjuk, mimellett a) a keverésre és gáz-folyadék érintkeztetésre adagolt 1 kWó energiára vonatkoztatva 0,02—0,24 35 kmól oxigént táplálunk be, b) a folyadék feletti szellőztető gázban legalább 300 Hgmm oxigén parciális nyomást tartunk fenn, de 80%-nál kevesebb oxigénnel a tápgáz oxigéntartalma legalább 50%-ának elhasználása közben, 40 ej a folyadékban oldott oxigén koncentrációját a szellőztető gáz oxigéntartalmára vonatkozó telítési érték 70%-ánál kisebb, de kb. 2 ppm-nél nagyobb értékben tartjuk, és d) a szellőztető gáz vagy folyadék egyikét a szellőz-45 tető zónában a másik fluidummal bensőségesen érintkeztetve recirkuláltatjuk, majd az oxidált folyadékot a szellőztető zónából eltávolítjuk. Ez az eljárás (oxigénfelhasználásban kifejezve) sokkal 50 hatásosabban használható háztartási vizek kezelésére, mint a korábban alkalmazott módszerek. A találmány szerinti eljárásban legalább 60% oxigéntartalmú gázt kell használni. Mint később megmagyarázzuk, a szellőztető zónában a gáz oxigéntartalma lényege-55 sen kisebb a tápgáznál az inert gázoknak a zónában való összegyűlése következtében. Ezért a tápgázban jelentős oxigéntöbbletet kell biztosítani a szellőzésben fellépő veszteségek kiegyenlítésére és a folyadékkal érintkezésnél nagy oxigén parciális nyomás fenntartására. 60 A szellőztető gázt oxigéntartalma nagy részének a folyadékban oldódásáig tartó ideig az atmoszférától elszigetelt biokémiai reaktor szellőztető vagy kontaktzónájában kell tartani. A gáz tartózkodási ideje alatt legalább az egyik fluidumot (a gázt vagy folyadékot) a 65 zónában recirkuláltatjuk és a másikkal érintkeztetjük. 2
