CZ201041A3

CZ201041A3 - Zarízení pro využití objemu bionádrže uvnitr bunkového kola

Info

Publication number: CZ201041A3
Application number: CZ20100041A
Authority: CZ
Inventors: Hellstein@Rostislav
Original assignee: Hellstein@Rostislav
Priority date: 2010-01-20
Filing date: 2010-01-20
Publication date: 2011-12-28
Also published as: CZ302874B6

Abstract

Zarízení pro využití objemu bionádrže uvnitr bunkového kola sestává z nádrže (2), vzduchovým komurek (3) a z bunkového kola (1) tvoreného nosnou konstrukcí s polárne orientovanými komurkami pro jejich naplnení vzduchem pri ponorení do bionádrže, pricemž na obvode nosné konstrukce bunkového kola je zevnitr upevneno více než dve vzduchové komurky (3). Vzduchové komurky (3) jsou polárne orientovány pro naplnení vzduchem ze vzduchový komurek spodní cásti bunkového kola (1) ponoreného do bionádrže.

Description

Zařízení pro využití objemu bionádrže uvnitř buňkového kola

Oblast techniky

Vynalez se vztahuje na oblast biologického čištění odpadních vod podle kombinované technologie ponorně smáčivého tělesa a jemnobublinné aktivace.

Dosavadní stav techniky

Eliminace sloučenin dusíku a fosforu na čistírně muže u dusíku probíhat biologickým způsobem (nitrifikace - denitrifikace). Fosfáty se zpravidla eliminují chemickými metodami (odbourávání, flokulace železitými. hliničitými, vápenatými sloučeninami). Biologické metody byly vyvinuty pouze v posledních letech. Zakládají se na zvýšení příjmu fosfátů organizmy aktivovaného kalu. Tento příjem přesahuje běžné hodnoty příjmu fosfátů mikroorganizmem.

Srov.: A TV (1989): Biologické odstraňování fosforu. Korespondence odpadní voda 36, 337-348 (1989) a

Kunst, S.: ..Vyzkumy k biologické eliminaci fosforu z pohledu na její využiti v technice odpadní vody⁴·, zveřejnění Institutu pro sídelní vodní hospodářství. Univ. Hannover, sešit 77 (1990)

Γνΐο procesy odstranění dusíku a fosforu se nazývají taky ..pokračující čištění“· resp. „3. čistící stupeň'¹.

Reaktory s pevným tělesem, které jsou zapojeny jako skrápěná tělesa před, nebo za aktivační nádrží známe např. z DE-A 29 14 689 nebo z DE-A 31 40 372. K těmto reaktorům patří - jak již bylo uvedeno - tzv. skrápěná tělesa, ale taky vzduch čerpající buňkové reaktory, které sc točí kolem horizontální osy a kterc mají v buňkách např. větší množství v určitém odstupu řazených

-2desek např. z plastů nebo jiných pevných materiálů. Způsob stavby a funkce buňkových reaktoru jsou popsány kromě jiného i ve jmenovaných spisech.

Buňkový, vzduch čerpající reaktor (buňkové kolo), který se točí kolem horizontální osy, může v technice odpadní vody plnit funkci skrápěného tělesa, které je osazeno jako reaktor s pevným osazením. Tím se můžou v biologickém trávníku usadit nitrifikanty oxidující sloučeniny dusíku, čímž je možné dosáhnout nitrifikace.

Dále je možné dosáhnout buňkovým reaktorem potřebné míchání v nádrži, díky čemu je možné vyloučit použití míchadel.

Podle doposud přístupných informací sc ještě nepodařilo integrovat zesilněnou, v důsledku toho dalekosáhlejší biologickou eliminaci fosforu do simultánní nitrifikace a denitrifikace tak, že je potřeba pouze jedna nádrž, takže zvýšena biologická eliminace fosforu a současně nitrifikace-dcnitrifikace probíhají simultánně a v jedné nádrži (integrované).

Toto se daří při technologii k značnému biologickému čištění odpadních vod, při které se případně mechanicky předčištěná odpadní voda přivádí do aktivační nádrže obsahující jak usazenou, tak suspendovanou biomasu a kde se sloučeniny dusíku a fosforu z velké míry odstraňují a při které se takto upravená, vyčištěná odpadní voda odvádí z aktivační nádrže dle CZ Patentu r ά 287022.

Sloučeniny dusíku a fosforu se z velké míry odstraňují a takto upravená, vyčištěná odpadní voda se odvádí z aktivační nádrže rovněž u malých čistíren dle CZ patentu č. 293766.

Tím. že se při technologii popsané na začátku během provozu díky regulovatelnému vnosu kyslíku vytváří oblasti s různým obsahem kyslíku, daří se způsobem, který není beze všeho předvídatelný, zabezpečit skutečnou simultánní a integrovanou nitrifikaci, denitrifikaci a zvýšenou eliminaci fosforu v čištěné odpadní vodě. Přitom se v oblasti blízko povrchu bionádrže \ \ to an aerobní oblast a v oblasti dna bionádrže anoxická oblast. Tyto oblasti jsou spojeny jednou, nebo vice přechodovými oblastmi; souhrn sedimentované a suspendované biomasy je větší než 3 kg sušiny na nP využitého objemu nádrže. Pntom se obzvlášť díky kombinaci a synergetickému spolupůsobení dvou opatření, jakými jsou udržování prostředí s různým obsahem kyslíku v různých horizontálních a vertikálních částech nádrže a způsobu provozu s výrazně vyšším obsahem biontasy, než u konvenčních čistíren s aktivovaným kalem, daří zaručit vyšší výkon, hospodárný provoz a nižší provozní náklady než u dodnes známých procesů.

Při technologii dochází v bionádrži nebo aktivační nádrži k vytvoření oblasti, nebo zon. ve kterých je prostředí s různým obsahem kyslíku. Přitom obsah kyslíku v jednotlivých oblastech nebo zónách ovlivňuje v nich probíhající ehminační proces. Ve všech podmínkách obsahu kyslíku se odbourávají organické uhlovodíkové sloučeniny. Specificky jsou ovlivněny, zvlášť při dodrženi jistých oblasti zatížení, dalekosáhlé čistící procesy nitrifikace, denitrifikace a biologické eliminace fosforu.

Přitom dochází v aerobním prostředí aerobní oblasti, resp. aerobní zóny, která sousedí s povrchem bionádrže nebo aktivační nádrže, přednostně k nitrifikaci. Aerobní prostředí zóny, resp. oblasti se vyznačuje přítomností rozpuštěného kyslíku a případně i chemicky vázaného kyslíku, např. ve formě nitrátu, jaký se vyskytuje po nitrifikaci např. amoniakálních sloučenin.

-4Naproti tomu dochází v anoxickém prostředí anoxické oblasti, resp. anoxické zóny, která se nachází ve spodní a boční části bionádrže nebo aktivační nádrže, přednostně k denitrifikaci. Anoxické prostředí zóny, resp. oblasti se vyznačuje značnou nebo úplnou nepřítomností rozpuštěného kyslíku a přítomností chemicky vázaného kyslíku.

V souladu s vynálezem jsou aerobní a anaerobní oblast spojeny přechodovými oblastmi. Přechod přitom může nastávat náhle, přednostně ale pozvolně. V rámci vynálezu panují v jedné nebo několika přechodových oblastech pravidelné podmínky obsahu kyslíku, které odpovídají koncentraci rozpuštěného kyslíku > 0,5 mg/L Toto prostředí přispívá kromě jiného ke zvýšené biologické eliminaci fosforu.

Přitom se v oblasti u dna bionádrže vytvořit anaerobní prostředí, které se vyznačuje značnou, nebo úplnou nepřítomností rozpuštěného a chemicky vázaného kyslíku (po denitrifikaci). Taky tato oblast přispívá k denitrifikaci a eliminaci fosforu.

Přitom bylo, jak již naznačeno, pro vynález nanejvýš překvapivé, že se v rozporu se stavem vědění do doby vynálezu podařilo nastavit a regulovat střídavé podmínky obsahu kyslíku v bionádrži tak, že se v rámci jediné bionádrže a pomocí jediného procesu vytváří stresová situace pro mikroorganizmy, která vede ke značné kombinované denitrifikaci a biologické eliminaci fosforu.

Doposud se v souvislosti s biologickou eliminaci fosforu vycházelo z toho, že pro biologickou eliminaci fosforuje potřebná chemická úprava nebo taky oddělená nádrž s anaerobním prostředím. Díky vynálezu se ale daří tento proces provést v jedné jediné nádrži v jednom jediném procesu. Přitom se

-5taky drasticky snižují cirkulující množství odpadní vody, která u běžných procesu představují několikanásobek množství, které má být zpracováno.

I když se v procesní technice dle stavu vědem jmenuje simultánní a integrovaná nitrifikace, denitrifikace a eliminace fosforu, ve srovnání s technologii v souladu s vynálezem je můžeme označit pouze za jakoby simultánní. Rozdílná prostředí obsahu kyslíku, která jsou potřebná pro umožnění nitrifikace, denitrifikace a eliminace fosforu se dle stavu techniky sice vytváří případně taky v jedné nádrži, ale buď v různém čase nebo v různých rozdělených prostorech nádrže. Naproti tomu se vynálezem daří vytvořit oblasti, mezi kterými je přechod z pohledu z kyslíkových poměrů plynulý, Takový kontinuální přechod se doposud nezrealizoval, přičemž vynález toto umožňuje obdivuhodně jednoduchým a bezpečným způsobem.

Naproti časovému dělení různých kyslíkových poměrů, při kterém se například nejprve provzdušnuje, aby se dosáhla značná nitrifikace, pak následuje čas bez provzdušňování. ve kterých se kyslíkové poměry změní v anaerobní (na denitrifikaci), k čemu je zpravidla zapotřebí dodatečné míchadlo, přičemž denitrifikace anaerobního prostředí následuje po dodržení doby bez provzdušňování, technologie v souladu s vynálezem vykazuje tu výhodu, že jsou pro jednotlivé procesy odbourávání v každém okamžiku dodrženy optimální podmínky prostředí. Tím netrpí žádný z integrovaných a simultánně prováděných procesu odbourávání.

Naproti prostorovému oddělení rozličných kyslíkových poměrů, při kterém Jednotlivé procesy probíhají v rázných oddělených nádržích, je technologie vynálezu procesně stabilní, obzvlášť jednoduchá a pracovně ncnároěně pro. ředitelna. Hlavně nejsou zapotřebí žádné chemické přísady.

-6Vzhledem k tomu, že integrovaná a simultánní technologie dle vynálezu povoluje koncentraci biomasy, jako souhrn ustizené a suspendované biomass’ větší než 3 kg sušiny na m³ využitého objemu bionádrže, je možná obzvlášt výhodná variace technologie použít biomasu v rozsahu od 4 do 8 kg na m³. Taková koncentrace biomasy se dá označit za značně zvýšenou oproti známým technologiím. Technologicky je možná i koncentrace 10 kg na m³. Obzvlášť výhodných je 5 á7 kg na m³.

Charakteristickým znakem vynálezu je, že se prostředí s různým obsahem kyslíku, potřebná pro jednotlivé procesy, vytváří současně jedné jediné nádrži. Přitom je ve zvláštní technologické modifikaci mimořádně účelné, aby se koncentrace rozpuštěného volného kyslíku v aerobní oblasti udržovala v rozsahu od přibližně 1 do 4 mg na litr. Upřednostňují se 1 až 3 mg/1.

Další upřednostňovanou formou provedení technologie dle vynálezu předpokládá, že se v anoxické zóně udržuje koncentrace rozpuštěného volného kyslíku < 0,5 mg/1. Výhodnou variantou je úprava technologie dle vynálezu tak, aby se současně podíl chemicky vázaného kyslíku blížil k nule.

Pro pochopení vynálezu je potřeba brát v úvahu, že k vynálezu patří obzvlášt i takové procesy, při kterých se během provozu regulovatelným kyslíkovým vnosem udržují oblasti s rozdílným obsahem kyslíku, přičemž u povrchu se vytváří aerobní oblast a u dna se vytváří anoxická až anaerobní oblast. To znamená nejenom odstupňování podmínek prostředí s různým obsahem kyslíku na aerobní, anoxické a anaerobní, ale i vytvoření podmínek prostředí s různým obsahem kyslíku jako aerobních a anoxických, přičemž jsou přechody mezi různými prostředími plynulé, umožňuje dosažení výhod spojených s vynálezem.

Rozdílné zóny nebo oblasti dle vynálezu nejsou přitom prostorově od sebe oddělené, ale realizují se přednostně v různých hloubkách, t,j. úrovních bio-7nádrže. V účelném provedení technologie dle vynálezu se přitom bionádrž provozuje tak, že se 1/2 až 3/4, přednostně 2/3 až 3/4 objemu bionádrže provozuje jako aerobní oblast.

Dale je mimořádnou výhodou při provedení technologie dle vynálezu, když se 1/4 az 1/2, přednostně 1/4 až 1/3 objemu bionádrže provozuje jako anoxická oblast.

V souvislosti s případně se vyskytující jednou nebo více přechodnými oblastmi je potřeba zachytit, že se tady jedná o zónu, ve které stoupá obsah kyslíku směrem od anoxické (dno nádrže) k aerobní (povrch nádrže) zóné. Obzvlášť účelná je technologie dle vynálezu tehdy, když se v přechodové zone udržuje koncentrace kyslíku s obsahem rozpuštěného volného kyslíku v rozsahu >0.5 a < 1 mg/1, stoupajíc od anoxické k aerobní oblasti.

Pro provedení technologie dle vynálezu je dále obzvlášť důležité, že se udržování oblastí s různými podmínkami obsahu kyslíku děje prostřednictvím regulovatelného kyslíkového vnosu. Z tímto účelem je obzvlášť výhodné, aby se obsah kyslíku pro zjištění skutečné hodnoty v anoxické oblasti v určitých intervalech a/nebo nepřetržitě měřil.

Na druhou stranu je ještě výhodnější, pokud se technologie vynálezu provede tak, že se v určitých intervalech nebo nepřetržitě měří obsah kyslíku pro zjištění skutečné hodnoty v aerobní oblasti. Toto může být provedeno odborníkům známou běžnou kyslíkovou sondou.

V závislosti na naměřených skutečných hodnotách, které se určují, jak již bylo řečeno, průběžně, nebo v určitých intervalech, se pak musí skutečná hodnota pomocí regulovaného vnosu kyslíku vyrovnat na předepsané hodnoty. Obzvlášť žádoucí předepsané hodnoty jednotlivých zón vyplývají z

-8výše uvedených údajů. V rámci vynálezu je dosažení předepsaných hodnot kyslíkového vnosu možné mnoha způsoby, známými odborníkům. V osobitém provedení technologie dle vynálezu je ale mimořádně jednoduché, cenově výhodné, účinné a proto zdaleka nejžádanější dosažení kyslíkového vnosu pomocí buňkového kola. Podrobnosti k buňkovým kolům, která se v rámci vynálezu dají velmi účelně použít je možno najít např. v DE-A 29 14 689. DE-A 31 40 372 nebo v DE-A 34 11 865 (CN 10 467). Tady je obzvlášť výhodné řízením otáček buňkového kola v závislosti na naměřených hodnotách realizovat kyslíkový vnos potřebný k dosažení předepsaných hodnot koncentrace kyslíku. Přitom je obzvlášť výhodně měřit skutečnou hodnotu obsahu kyslíku mimo buňkového kola v bionádrži.

Podmínky prostředí, potřebné pro jednotlivé procesy se dosáhnou technologií vynálezu v jedné jediné nádrži. Celkově je možné při použití buňkových kol - jak vyplývá z výše uvedeného - vyzdvihnout dvě varianty procesu. V první variantě se technologie procesu provádí s podmínkami obsahu kyslíku aerobní a anoxické. K tomu se v blízkosti povrchu bionádrže a uvnitř buňkového kola vytvoří aerobní oblast, která existuje vždy a nezávisle na otáčkách buňkového kola, čímž je zajištěna vysoký stupeň nitrifikace na trvalé úrovni.

U dna bionádrže a z části kolem buňkového kola se získá anoxická oblast, která slouží pro značnou denitrifikaci. Obsah kyslíku může být regulací nastaven tak, že anoxické prostředí povede až do anaerobního.

Ve druhé variante se technologie vynálezu provádí s podmínkami obsahu kyslíku aerobní, anoxické a anaerobní. V zasadé je způsob provozu stejný jako u první varianty, ale rozšířením prostoru pod a kolem buňkového kola se vytvoří dodatečný prostor, ve kterém může anoxické prostředí přecházet až do anaerobního.

Celkově _se vyznačují všechny způsoby provozu technologie vynálezu tiin. že mikroorganizmy v bionádrži jsou vystavovány neustálým změnám prostředí. Tylo změny se odehrávají hlavně v podstatné kratších intervalech (např. minutových) oproti běžným procesům, ve kterých se tylo změny v oddělených nádržích odehrávají částečně až po hodinách. Přitom nejsou v Obzvlášť vhodné variantě provozu technologie vynálezu s buňkovým kolem potřeba žádné další agregáty, vzhledem k lomu, že buňkové kolo zajistí kromě kyslíkového vnosu i homogenní promíchávání.

Jak již bylo uvedeno, daří se obzvlášť v této souvislosti díky synergctickému spolupůsobení dvou opatření (udržení prostředí s různým obsahem kyslíku a provoz s podstatně vyšším obsahem biomasy) zaručit vyšší výkon a nižší provozní náklady při vyšší stabilitě _{procesu než} „ legií.

Nevýhodou je pouze mechanický přenos otáčivého (kroutícího) momentu pomocí mechanických převodů (řetězový převod, ozubené soukolí) „a buňkové kolo. Dochází k opotřebení drahých části mechanického převodu, provozním odstávkám z důvodů poruch prasklých elementů mechanického převodu a sníženi účinnosti čištění odpadních vod.

Tuto nevýhodu odstraňuje patent CZ 293 766. zařízeni pro bublinkový pohon buňkového kola. Zařízení v příkladném provedeni podle vynálezu sestává z buňkového kola jehož konstrukce je tvořena jednak nosnou konstrukcí. jednak polárně orientovanými komůrkami a jednak provzdušňova™ elementem vyznačujícím se lim, že provzdušúovaci element je umístěn vertikál pod hrnkovým kolem. Buňkové kolo jc tvořeno lamelami s prolisy. které po složení vytvářejí duiíny. Podstatou je. že pod buňkovým kolem je umístěn provzdušňovací element a buňkové kolo je upraveno pro otáčení vlivem vzduchových bublin. K tomu se v blízkosti povrchu bionadrže a levé části buňkového kola a vně levé části buňkového kola vytvoří

-10aerobní oblast, která existuje vždy a nezávisle na otáčkách buňkového kola, čímž je zajištěn vysoký stupeň nitrifikace na trvalé úrovni. V pravé Části buňkového kola a vně pravé části buňkového kola je zajištěn vysoký stupeň denitrifikace.

U dna bionádrže a z Části kolem buňkového kola se získá anoxická oblast, která slouží pro značnou denitrifikaci. Obsah kyslíku může být regulací nastaven tak, ze anoxickc prostředí povede až do anaerobního. Buňkové kolo muže být opatřeno pádlem pro míchání anoxické oblasti u dna nádrže společné s nádobkou vratného kalu. Nejčastěji bývají vzduchové komůrky umístěny po obvodě buňkového kola. Nevýhodou je pouze malé nebo až nepatrné využití objemu bionádrže uvnitř buňkového kola.

Podstata vynálezu,

Ί uto nevýhodu odstraňuje zařízení pro využití objemu bionádrže uvnitř buňkového kola.

Zařízeni pro využití objemu bionádrže uvnitř buňkového kola je tvořeno vzduchovými komůrkami upevněnými na obvodě zevnitř buňkového kola. Vzduchové komůrky jsou polárně orientovány tak. že vzduch ve spodní části buňkového kola komůrky naplňuje. Otáčením buňkového kola dochází k znatelně vyššímu využití objemu bionádrže uvnitř buňkového kola. Otáčením buňkového kola dochází k znatelně nižšímu zatížení nosné konstrukce buňkového kola a sníženi příkonu pohonu k otáčení buňkového kola. Rychlost proudění vzduchu do komůrek je závislá na rychlosti otáčeni buňkového kola a vzájemné poloze vzduchových komůrek buňkového kola a vzduchových komůrek upevněných na obvodě zevnitř buňkového kola. Odlehčením nosné konstrukce je zároveň umožněno snížení zatížení pohonu buňkového kola a znatelnému snížení spotřeby energie pohonu buňkového kola.

-11Zaroveň dochází až k dvojnásobnému zvýšení doby kontaktu vzduchu s aktivační směsi v prostoru u dna nádrže, kde vlivem vysokého hydrostatického tlaku je umožněno vyšší rozpustnosti vzdušného kyslíku než v prostoru u hladiny nádrže.

Přehled obrázků na výkrese

Vynalez bude blíže osvětlen pomocí výkresu, na kterém znázorňuje obr.·! a obr.2 zařízeni podle vynálezu, u kterého jsou vzduchové komůrky umístěny na obvodě zevnitř buňkového kola.

Příklady provedení vynálezu

Zařízeni pro využití objemu bionádrže uvnitř buňkového kola podle obr.l a obr. 2 sestává z nádrže 2 , vzduchových komůrek 3 a z buňkového kola 1 tvořeného nosnou konstrukcí s polárně orientovanými vzduchovými komurkami význačné tím, že na nosné konstrukci buňkového kola je zevnitř upevněno více než 2 vzduchových komůrek 3. Podstatou je, že na buňkovém kole 1 je zevnitř upevnno více než 2 vzduchových komůrek 3.

Průmyslová využitelnost

Zařízeni pro využití objemu bionádrže uvnitř buňkového kola lze využít všude tam, kde jsou používány buňková kola v procesu simultánní a inte grované nitrifikace a denitrifikace jakož i dle možnosti nejdúkiadnější eliminace íosloru v oblasti biologického čištění odpadních vod.

Claims

Patentové nároky . Zařízeni pro využití objemu bionádrže uvnitř buňkového kola sestáv#·^ nádrže /2/ a buňkového kola /1 /, které je tvořeno nosnou konstrukcí s polárU neorientovanými vzduchovými komůrkami pro jejich naplnění vzduchem při ponořeni do bionádrže, yvznačujfe že na obvodě nosně konstrukt upevněno více než J^uchovích'’^-·
2. Zařízeni podle nároku I. vyznačmicí se tím. Že vzduchové komůrky /3/ jsou polárně orientovány pro naplnění vzduchem ze vzduchových komůrek spodní části buňkového kola /1 / ponořeného do bionádrže.