168463. lajstromszámú szabadalom • Eljárás biokémiai úton oxidálható anyagokat tartalmazó szennyvizek kezelésére nagy hatásfokú oxigénezéssel
5 168463 6 A gáz és folyadék között csak pillanatszerű, egyszeri érintkezést biztosító eszközök, pl. töltött oszlopok erre nem alkalmasak. Még „telítésig" adagolás esetén sem tartható a biokémiai úton oxidálható anyagot tartalmazó kezelendő folyadék teljes oxigéntartalma oldatban, és mint később kifejtjük, az oxigén oldódása nem jut közel telítési értékig sem, és kezelés után az oxidált folyadékból az oldott oxigén teljesen nem távozik el. Ennek megfelelően a fluidumok érintkeztetési idejét akkorának választjuk, hogy az oldás sebessége lépést tart, de nagyon nem lépi túl az oldott oxigén elhasználódásának sebességét. A szellőztető zónában a gyors oldódás elősegítésére nagy határfelületet alakítunk ki a gáz és folyadék között. Ezt a felületet azonban oly módon kell kialakítani, hogy a határfelület közelében a folyadék ne közelítse meg az oxigénnel telítettséget. Ez olyan határfelület kialakítását jelenti, hogy csupán egy vékony folyadékfilm van közel telített állapotban, és a felülettől a folyadék belseje felé haladva az oldott oxigén gradiens nagy. A folyadékfázis a levegőztető zónában ezért előnyösen folytonos vagy közel folytonos. A folyadékban kis gázbuborékok kielégítő határfelületi rendszert biztosítanak, és a gázba viszonylag nagytömegű folyadéksugarakat vagy -rétegeket juttató felületi szellőztetési módszer is megfelelő. A folyadékpermetezés elkerülendő, mert a cseppek nagy felülettel és kis folyadéktérfogattal rendelkeznek. Mint említettük, a határfelületet a biokémiai reaktorban levő folyadékban kell kialakítani. A reaktorban levő teljes folyadékmennyiségnek részt kell venni a gázfolyadék érintkezésben, hogy az elhasználódó oldott oxigén mindig pótolható legyen. Nagysebességű oldódáshoz kielégítő hajtóerő fenntartásához a szellőztető zónában uralkodó oxigéntisztaság, hőmérséklet és nyomás értékeknek megfelelő telítési érték 70%-ánál nagyobb oldott oxigéntartalomra nem emelkedhet, előnyösen a telítési érték 35%-ánál kisebb legyen. A folyadék belsejében a felesleges oldott oxigéntartalom elkerülése a gáz-folyadék határfelület és a folyadék belseje között nagy oldott oxigéntartalom különbséget biztosít, így az oldott oxigén a határfelületről gyorsan diszpergálódik. Ilyen diszperziók diffúzióval és keveréssel hozhatók létre, és mindkettő annál gyorsabb, minél nagyobb az oldott oxigéngrádiens. A nitrogén, szén-dioxid és argon gázok összegyűlése miatt a szellőztető gáz oxigéntartalma lényegesen kisebb a tápgázénál. A találmány szerinti eljárásban az inert gázok felszaporodását a szellőztető zónából a gáz folyamatos vagy szakaszos lefúvatásával korlátozzuk, így a szellőztető zónában legalább 300 Hgmm és előnyösen legalább 380 Hgmm oxigén parciális nyomást tartunk fenn. Ez a koncentráció nemcsak a nagy oldódási sebesség, hanem jól ülepedő biomassza agglomerátumok kialakulásának biztosítására is szükséges. Ha az oxigénbetáplálás és a hulladékgáz eltávolítás helye egymástól távolabb van és a két pont közötti áramlási csatorna szűk, a gáz oxigéntartalma jelentősen változik az áramlási csatorna mentén. Az oxigéntartalom a betáplálási pontnál a legnagyobb és lefúvatási ponton a legkisebb. A szellőztető zónában az oxigén parciális nyomás szabályozásának egyik fontos tényezője a bevezetett oxigéngáz sebessége. Egyébként azonos körülmények mellett az oxigénbetáplálás sebességének növekedése növeli az oxigén parciális nyomást és fordítva. Bizonyos ellenható tényezők is fellépnek: a parciális nyomás növekedésekor a biokémiai reakció sebessége is nő és a gázalakú melléktermékek keletkezése gyorsabb. így időegységenként nagyobb mennyiségű inert gázt kell lefúvatni az ah-5 hoz tartozó oxigénnel együtt. Kimutattuk, hogy nagyobb oxigén betáplálási sebesség esetén a lefúvatott gáz térfogategysége a szellőztető zónában levő nagyobb oxigén parciális nyomás miatt több oxigént tartalmaz. Ennek megfelelően a folyadékban elhasznált oxigén 10 százalékos mennyisége csökken. Más szavakkal adott mennyiségű inert gáz lefúvatásakor az elvesző oxigén mennyisége a szellőztető gáz-oxigéntartalmának növekedésével nő. A találmány szerint ezért a szellőztető gáz oxigéntartal-15 mát kb. 80 tf%-nál, előnyösen kb. 65 tf%-nál kisebb értékre korlátozzuk. Alsó oxigén parciális nyomáshatár esetén a felső összetételhatár a szellőztető zónának arra a tartományára vonatkozik, amelyből az inert gázokat lefúvatjuk. Ha a betáplálástól a lefúvatásig a gázáramban 20 fenntartjuk az oxigéntisztaság gradienst, a szellőztető zóna felső tartományai előnyösen nagyobb oxigéntartalmú szellőztető gázt tartalmaznak, mint a lefúvatott gáz. Az elmondottakból nyilvánvaló, hogy a szellőztető 25 zónában nagy oxigén parciális nyomás igénye és a betáplált gáz oxigéntartalmának nagy százalékos felhasználása egymást kizárják. A találmány a problémát az oxigén parciális nyomás említett alsó és a szellőztető gázban az oxigéntartalom felső határának betartásával 30 oldja meg. Az eljárás az említett határok között szabályozható, a szabályozás egyik tényezője az oxigénadagolás sebessége. A találmány szerinti eljárásban a szellőztető zónába legalább 60 tf% oxigéntartalmú tápgázt adagolunk, 35 továbbá energiát közlünk a gáz és folyadék érintkeztetésére, és a szellőztető gáz egy részét a nem oldott oxigén és összegyűlt szennyezések gázalakú maradékának alakjában lefúvatjuk. Az oxigénbetáplálási sebesség és az adagolt energia aránya a találmány szerinti eljárás to-40 vábbi fontos tényezője. Ha a tápgáz térfogategységére vonatkoztatva nagyobb érintkeztetési energiát alkalmazunk, akkor oxigéntartalmának nagyobb hányada oldódik és kisebb része vesz kárba a lefúvatott gázban. Az alkalmazott energia korlátlanul nem növelhető, mert a fel-45 használt oxigén további százalékos mennyiségeinek egyre kisebb oxigén parciális nyomású gázból kell oldódniuk. Azonkívül a szellőztető zónában adott folyadékmennyiség esetén az energia növelése az oldott oxigén szintjét a telítési értékhez közelebb viszi, és így az oldó-50 dás sebessége csökken. További korlát az, hogy túl nagy keverési energia károsítja a pelyhes biomasszát és veszélyezteti az elválasztást. Azt találtuk, hogy az adagolt oxigén- és energiamennyiség szoros összefüggésben vannak. Nagy oxigén parciális nyomás és keverési energia 55 az oldáshoz megfelelő hajtóerőt biztosítanak, de ezeket olyan egyensúlyban alkalmazzuk a találmány szerint, hogy lényegesen nagyobb százalékos oxigénfelhasználást érünk el, mint a korábbi eljárásokkal. Ezt az egyensúlyt az együttes keverési és gáz-folyadék érintkeztetési ener-60 giára vonatkoztatva 0,02—0,24 kmól 02 /kWó oxigénbetáplálási sebesség fenntartásával érjük el. Előnyösen 0,06—0,12 kmól 02 /kWó értéket alkalmazunk. A szellőztető zónába adagolt energiát természetesen hatásosan kell használni az oxigénoldáshoz szükséges 65 gáz-folyadék határfelület kialakítására. Keverési energiát 3
