CZ295871B6

CZ295871B6 - Způsob separace suspenze, zejména při čištění odpadní vody, a zařízení k jeho provádění

Info

Publication number: CZ295871B6
Application number: CZ20011697A
Authority: CZ
Inventors: Svatopluk Ing. Csc. Mackrle; Vladimír Dr. Ing. Csc. Mackrle; Oldřich Prof. Rndr. Drsc. Dračka
Original assignee: Svatopluk Ing. Csc. Mackrle; Vladimír Dr. Ing. Csc. Mackrle; Oldřich Prof. Rndr. Drsc. Dračka
Priority date: 2001-05-15
Filing date: 2001-05-15
Publication date: 2005-11-16
Also published as: RU2003136072A; LT2003099A; ES2282409T3; EP1390306A1; LT5160B; PT1390306E; US7303686B2; US7087175B2; US20050000907A1; CA2447452A1; PL204094B1; PL366464A1; DE60218657D1; SK15102003A3; RU2316482C2; JP2004524970A; EP1390306B1; CN1630619A; AU2002254855B2; DE60218657T2

Abstract

Způsob separace suspenze, zejména při čištění odpadní vody, kde se flokující suspenze odděluje od kapaliny filtrací ve fluidizované vrstvě vločkového mraku, v němž se vločky tvoří ze separované suspenze a fluidizace se udržuje vzestupným prouděním kapaliny, přičemž kapalina se suspenzí vstupuje do fluidizované vrstvy zespodu a kapalina zbavená suspenze je odebírána nad hladinou vločkového mraku, představovanou rozhraním mezi fluidizovanou vrstvou a kapalinou bez suspenze, a rychlost vzestupného proudění ve fluidizované vrstvě se směrem vzhůru v podstatě snižuje. Zahuštěná přebytečná separovaná suspenze se odebírá u bočního okraje fluidizované vrstvy z hustotních proudů klesajících dolů podél šikmého bočního okraje fluidizované vrstvy. Zařízení k provádění tohoto způsobu obsahující vzhůru se rozšiřující separátor (1), opatřený ve své spodní části vstupem (5, 38, 59) čištěné suspenze a ve své vrchní části prostředkem pro odběr kapaliny bez suspenze. Separátor (1), jehož vnitřní prostor obsahuje separační prostor, je opatřen alespoň jedním místem pro odběr zahuštěné suspenze ze separačního prostoru, které je umístěno nad vstupem (5, 38, 59) do separátoru (1), převážně u jeho vnější stěny (2) nebo vnějších stěn (33, 34, 50, 51) a pod hladinou vločkového mraku.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu separace suspenze, zejména při čištění odpadní vody, kde se flokující suspenze odděluje od kapaliny filtrací ve fluidizované vrstvě vločkového mraku, v němž se vločky tvoří ze separované suspenze a fluidizace se udržuje vzestupným prouděním kapaliny, přičemž kapalina se suspenzí vstupuje do fluidizované vrstvy zespodu a kapalina zbavená suspenze je odebírána nad hladinou vločkového mraku, představovanou rozhraním mezi fluidizovanou vrstvou a kapalinou bez suspenze, a rychlost vzestupného proudění ve fluidizované vrstvě se směrem vzhůru v podstatě snižuje.

Dosavadní stav techniky

Jedním z nejprogresivnějších způsobů separace flokulující suspenze při čištění a úpravě vody je fluidní filtrace ve vločkovém mraku. Vločkový mrak je tvořen fluidizovanou vrstvou vloček, které jsou vytvořeny aglomerací částic separované suspenze. Voda s odstraňovanou suspenzí přitéká do vločkového mraku prouděním zespodu nahoru. Toto proudění udržuje vrstvu vloček ve fluidizovaném stavu. Při průtoku vody se suspenzí přes fluidizovanou vrstvu dochází ke kontaktu částic suspenze s vločkami s následným zachycením částic suspenze v důsledku jejich adheze k vločkám. Touto filtrací je přitékající voda zbavena suspenze, která je tak transformována do formy vloček, které jsou podstatně větší nežli částice přitékající suspenze.

Fluidizovaná vrstva vytváří nahoře rozhraní mezi fluidizovanou vrstvou a kapalinou bez suspenze, tzv. hladinu vločkového mraku, a kapalina zbavená separované suspenze je odebírána nad hladinou vločkového mraku. K vytvoření rozhraní dochází tehdy, je-li rychlost proudění kapaliny těsně nad rozhraním menší než rychlost nebrzděné sedimentace pro samostatnou částici tvořící fluidizovanou vrstvu. Protože vločky vytvořené v mraku aglomerací suspenze jsou podstatně větší nežli částice přitékající suspenze, je tato rychlost podstatně větší nežli rychlost sedimentace samotné separované suspenze. Odběr čisté kapaliny musí být přitom v takové vzdálenosti od hladiny vločkového mraku, aby nerovnoměrností odběru nedocházelo k vynášení vloček z mraku. Proto je v separačním prostoru nad vločkovým mrakem vždy nezbytná vrstva čisté kapaliny.

Fluidizovaná vrstva musí být zespodu podporována. Často užívaný způsob podpory fluidizované vrstvy je hydrodynamická podpora, jehož podstata spočívá v tom, že pod fluidní vrstvou je proudění kapaliny tak rychlé, že brání jejímu propadávání. V takovém případě se rychlost proudění kapaliny ve fluidizované vrstvě směrem vzhůru snižuje.

U vločkového mraku s vločkami tvořenými flokulující suspenzí existuje dynamická rovnováha určující velikost vloček v daném místě. Zachytáváním části suspenze a vzájemnou aglomerací se jednotlivé vločky zvětšují, a velké vločky se působením hydrodynamických sil tříští na menší vločky. Fluidizovaná vrstva přitom zase ovlivňuje proudění kapaliny, takže se tím vytváří zpětná vazba.

Neustálým zachycováním suspenze se zvětšuje celkový objem vloček, takže přebytečné vložky musí být z mraku odebírány. Separovaná suspenze je tak odebírána z vločkového mraku ve formě přebytečných vloček.

Jsou známy dva druhy vločkového mraku: plně vznášený, označovaný také jako dokonale vznášený, a částečně vznášený, a částečně vznášený, označovaný také jako nedokonale vznášený. Liší se od sebe rychlostí kapaliny a hladiny vločkového mraku a způsobem odběru přebytečných vloček. U částečně vznášeného vločkového mraku je rychlost kapaliny u hladiny vločkového mraku menší nežli mez fluidizace a přebytečné vločky jsou odebírány zespodu, u plně vznášeného vloč

-1 CZ 295871 B6 kového mraku je rychlost kapaliny u hladiny vločkového mraku větší nežli mez fluidizace a přebytečné vločky jsou odebírány z hladiny vločkového mraku.

Protože u hladiny částečně vznášeného vločkového mraku je rychlost kapaliny menší nežli mezi fluidizace, dochází tam k poruchám fluidizace. Dochází k vytváření velkých shluků vloček, které propadávají fluidizovanou vrstvou dolů. Jejich propadávání vytváří v sousedství vzestupné proudy a tím zvyšuje lokální rychlost vzestupného prodění, což napomáhá k udržení fluidizace v jiných oblastech u hladiny. Protože se průměrná rychlost vzestupného proudění ve fluidizované vrstvě směrem dolů zvětšuje, část shluků se v rychlejším proudění rozpadne a vločky z nich se vracejí zpět do vločkového mraku. Některé shluky však propadnou až pod fluidizovanou vrstvu, odkud jsou potom odebírány. V určitém rozmezí parametrů se vytvoří rovnováha mezi množstvím suspenze, která do mraku přitéká, a množstvím suspenze, která z mraku popsaným mechanizmem vypadává a je odebírána. Je-li množství přitékající suspenze větší než množství vypadávají suspenze, objem vločkového mraku se zvětšuje, a překročí-li kapacitu zařízení, vločkový mrak začne být odplavován do odběru vyčištěné vody - přeteče. Jeli množství přitékající suspenze menší než množství vypadávají suspenze, objem vločkového mraku se zmenšuje, a poklesne-li pod kritickou hodnotu, vločkový mrak klesne pod separátor jinak vyjádřeno vypadne ze separačního prostoru.

Koncentrace vloček ve vločkovém mraku závisí na rychlosti vzestupného proudění. Čím je rychlost proudění nižší, tím je koncentrace vyšší. Koncentrace vloček ve shlucích vypadávajících z částečně vznášeného vločkového mraku je větší nežli odpovídá rychlosti meze fluidizace. Proto může být koncentrace separované suspenze odebírané z částečně vznášeného vločkového mraku vyšší nežli koncentrace suspenze odebírané z plně vznášeného vločkového mraku. Na druhou stranu je však rychlost proudění u hladiny vločkového mraku a tedy hydraulický výkon u plně vznášeného vločkového mraku vyšší než u částečně vznášeného vločkového mraku. Proto je využívání plně vznášeného vločkového mraku výhodné pro separaci zředěných suspenzí, zatímco částečně vznášený vločkový mrak je vhodný pro separací koncentrovaných suspenzí.

Plně vznášený vločkový mrak nalezl proto uplatnění při chemické úpravě vody, kde koncentrace suspenze je obvykle řádově v desítkách gramů sušiny na krychlový metr. Rychlost proudění kapaliny u hladiny vločkového mraku přitom běžně nabývá hodnot 4 až 4,5 m/h při 4násobném až 8násobném zahuštění suspenze odebírané z hladiny vločkového mraku, přičemž odebrané vločky se pak ještě sekundárně dále zahušťují sedimentací. Částečně vznášený vločkový mrak se uplatňuje při biologickém čištění odpadních vod, kde jsou běžné koncentrace suspenze 4 až 6 kilogramů sušiny na krychlový metr a separovaná zahuštěná suspenze je recirkulována zpět do čisticího procesu. Rychlost proudění kapaliny u hladiny vločkového mraku přitom běžně nabývá hodnot 0,8 až 1 m/h a zahuštění odebírané suspenze může dosahovat 1,5 až 2násobku.

Všechny mezní hodnoty závisí ovšem na řadě parametrů, z nichž pozorovatelný vliv mají zejména teplota vody a charakter suspenze. Dlouholetým pozorováním řady provozů bylo zjištěno, že tyto parametry obvykle ovlivňují mezní hodnoty v rozmezí 10 až 30 %.

Separační prostory, ve kterých probíhá popsaná fluidní filtrace ve vločkovém mraku, mají obvykle tvar vzhůru se rozšiřujícího kužele, jehlanu nebo prizmatu, který zaručuje snižování rychlosti proudění kapaliny směrem vzhůru. Jsou vymezeny šikmými stěnami, které mají obvykle sklon 52 až 60 úhlových stupňů, což na jedné straně zabraňuje vytváření nánosů vloček suspenze na těchto stěnách a přitom na druhé straně dává dostatečnou plochu hladiny vločkového mraku.

Separátory pro vločkový mrak jsou dále nahoře vybaveny odběrem čisté kapaliny bez suspenze, obvykle ve formě přepadových žlabů nebo děrovaných trubek, a ve spodní části mají vstup pro kapalinu se suspenzí, která má být separována. Nejjednodušší řešením tohoto vstupu je prostý otvor, spojující separační prostor, s jiným funkčním prostorem, například s aktivačním prostorem u biologického čištění vody nebo s koagulačním prostorem u chemické úpravy vody. Jsou však známa i složitější řešení například ve formě přívodních šikmých kanálů podél stěn separačního

-2CZ 295871 B6 prostoru, nebo ve formě přívodního centrálního potrubí procházejícího svisle středem separačního prostoru. Tyto přívodní kanály či potrubí jsou pak napojeny na jiný funkční prostor, ze kterého pak jimi natéká kapalina se suspenzí obvykle shora dolů k místu vlastního vstupu do separačního prostoru, ve kterém potom proudí kapalina směrem vzhůru. Je-li celkové uspořádání vstupu do separačního prostoru složitější, potom se vzhledem k výše popsanému mechanizmu hydrodynamické podpory fluidizované vrstvy vločkového mraku dále rozumí pod pojmem vstup do separačního prostoru vodorovná plocha v horní úrovni otvoru, kterým natéká voda k tomuto vstupu do separačního prostoru. Separační prostor pro plně vznášený mrak má ve vrchní části odběr separované suspenze, který vymezuje polohu hladiny vločkového mraku, zatímco u částečně vznášeného vločkového mraku je odběr separované suspenze pod úrovní vstupu kapaliny se suspenzí do separačního prostoru. Průtočná plocha vstupu kapaliny se suspenzí do separačního prostoru je zpravidla u plně vznášeného vločkového mraku 2,2 až 2,5 % a u částečně vznášeného vločkového mraku 10 až 15 % separační plochy. Čím větší je u částečně vznášeného vločkového mraku průtočná plocha vstupu do separačního prostoru, tím vyšší koncentrace suspenze může tento mrak separovat, ale tím vyšší je i hranice, při které tento vločkový mrak vypadává.

Z popsaných principů vyplývá ještě jeden podstatný rozdíl mezi částečně a plně vznášeným vločkovým mrakem. U plně vznášeného vločkového mraku je výška hladiny vločkového mraku stále stejná a při změnách průtoku nebo koncentrace vstupující suspenze se pouze mění koncentrace odebírané zahuštěné suspenze. Překročení maximálního výkonu se projeví vynášením vloček z vločkového mraku a rozmýváním jeho hladiny. U částečně vznášeného vločkového mraku se výška hladiny mění se změnou průtoku a koncentrace vstupující suspenze, a překročení maximálního výkonu a projeví vystoupením hladiny vločkového mraku do úrovně odběru čisté kapaliny s následným přetečením vločkového mraku do tohoto odběru.

Provozní zkušenosti ukázaly, že vločkový mrak správně funguje vždy pouze v určitém rozmezí návrhových parametrů. Jestliže u plně vznášeného vločkového mraku, používaného při chemické úpravě vody, poklesne průtok pod cca 50 % plného výkonu, začne docházet k poruchám fluidizace, které mají tendenci se prohlubovat, a časem vedou k poruchám funkce. Jestliže u částečně vznášeného vločkového mraku, používaného při biologickém čištění vody, je koncentrace aktivovaného kalu menší než 1 až 2 kilogramy sušiny na metr krychlový, vločkový mrak se v separačním prostoru nevytvoří, respektive při snížení koncentrace suspenze pod uvedenou mez vypadne ze separačního prostoru, tj. klesne dolů pod separační prostor.

Principy plně vznášeného vločkového mraku i různá uspořádání odpovídajících zařízení jsou popsány například v čs. patentovém spise CS 88634 (S. Mackrle, V. Mackrle, I. Tesařík, V. Mičan, Reaktor na úpravu vody vločkovým mrakem) a čs. patentovém spise CS 123929 (S. Mackrle, V. Mackrle, O. Dračka. L. Paseka, Čiřič pro úpravu vody koagulací a filtrací dokonale vznášeným vločkovým mrakem) a jemu odpovídajícím kanadském patentovém spise CA 769769. Částečně vznášený vločkový mrak se samovolným propadáváním separované suspenze zpět do čisticího procesuje popsán například včs. patentovém spise CS 159812 (S. Mackrle, V. Mackrle, Stavebnicové zařízení pro biologické čištění organicky znečištěných kapalin) a jemu odpovídajících zahraničních patentových spisech - kanadském CA 921 626 a US 3 627 136, a je také popsán v čs. patentovém spise CS 173893 (S. Mackrle, V. Mackrle, O. Dračka, Reaktor pro biologické čištění kapaliny, zejména odpadní vody) a jemu odpovídajících zahraničních patentových spisech - CA 1 038 090, DE 24 56 953, FR 2 252 985 a JP 1044405. Částečné vznášený vločkový mrak s aplikací odsávání propadené separované suspenze je popsán v čs. patentovém spise 275745 (S. Marckle, V. Mackrle, Způsob biologického aktivačního čištění vody a zařízení kprovádění tohoto způsobu), jemuž odpovídají například US 5 032 276 a EP 345 669.

Je také známo řešení, kde je separační prostor vytvořen ve tvaru kužele a přebytečná suspenze se odebírá ze středu separačního prostoru - viz například EP 1 023 117 Bl, kde odběr je prováděn čerpadlem. Podrobná analýza však ukazuje, že takové uspořádání nepřináší žádnou výhodu ve srovnání s výše uvedenými základními typy. Naopak, nevýhodou zde je ve srovnání s dokonale vznášeným vločkovým mrakem nahrazení inherentně automatického procesu procesem vyžadují

-3CZ 295871 B6 cím externí regulaci a v případě odběru čerpadlem navíc rozbití odebraných vloček komplikující další zahušťování odebraného kalu; ve srovnání s nedokonale vznášeným mrakem je nevýhodou nízká koncentrace odebírané suspenze.

Podstata vynálezu

Nevýhody stavu techniky do značné míry odstraňuje způsob podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že zahuštěná přebytečná separovaná suspenze se odebírá u bočního okraje fluidizované vrstvy z hustotních proudů klesajících dolů podél šikmého bočního okraje fluidizované vrstvy.

Přitom je výhodné, že zahuštěná separovaná suspenze ve formě vloček z vločkového mraku se odebírá z okrajové oblasti fluidizované vrstvy a že rychlost proudění směrem vzhůru se ve fluidizované vrstvě snižuje jak nad úrovní odběru zahuštěné suspenze, tak pod ní.

Dále je významné, že vrstva vločkového mraku nad úrovní odebírání zahuštěné suspenze funguje částečně vznášený vločkový mrak, v němž se vytvářejí shluky zahuštěné suspenze, které se následně odebírají, a vrstva vločkového mraku pod úrovní odebírání zahuštěné suspenze funguje jako plně vznášený vločkový mrak, v němž se rozděluje proudění kapaliny do částečně vznášeného vločkového mraku.

Pro snížení objemu odebírané přebytečné suspenze je výhodné, že separovaná zahuštěná suspenze odebraná z fluidizované vrstvy se nucené pohybuje směrem dolů a přitom se dále zahušťuje, přičemž při koncentraci přitékající suspenze větší než 1 kg sušiny na krychlový metr je rychlost proudění vody směrem vzhůru bezprostředně nad hladinou vločkového mraku v rozmezí 1,6 až 2,2 metrů za hodinu a rychlost proudění vody na vstupu do vločkového mraku jev rozmezí 2 až 6 centimetrů za sekundu. Objemové množství odebírané zahuštěné suspenze je přitom v rozmezí l,5násobku až 3násobku objemového množství vody bez suspenze odebírané nad hladinou vločkového mraku.

Podstat zařízení podle vynálezu k provádění uvedeného způsobu spočívá v tom, že separátor, jehož vnitřní prosto obsahuje separační prostor, je opatřen alespoň jedním prostředkem pro odběr zahuštěné suspenze, který je umístěn nad vstupem do separátoru, převážně u jeho vnější stěny nebo vnějších stěn a pod hladinou vločkového mraku.

Je také podstatné, že prostředek pro odběr zahuštěné suspenze je umístěn výškově ve střední části separačního prostoru alespoň u jedné z jeho vnějších stěn a separační prostor se v separátoru směrem vzhůru v podstatě rozšiřuje jak nad úrovní odběru zahuštěné suspenze, tak pod ní.

Podle další varianty zařízení podle vynálezu je podstatné, že v separátoru je separační prostor ve své spodní části vymezen alespoň jednou alespoň zčásti šikmo uvnitřní stěnou, přičemž prostor mezi spodní částí vnější stěny a vnitřní stěnou vytváří zahušťovací prostor a mezera mezi horním okrajem této vnitřní stěny a vnější stěnou představuje místo odběru zahuštěné suspenze ze separačního prostoru. Přitom je výhodné, že mezera mezi horním okrajem vnitřní stěny a vnější stěnou tvoří rovněž vstup do zahušťovacího prostoru, který je ve své spodní části vybaven prostředkem pro odtah zahuštěné suspenze.

Je výhodná i jiná varianta, kde prostředek pro odběr zahuštěné suspenze je vytvořen vodorovně uložením sběrným potrubím, uspořádaným u šikmé vnější stěny separátoru.

Přínosem je také provedení, že šikmá vnější stěna separátoru se v oblasti odběru zahuštěné suspenze lomí a sklon její horní části nad touto úrovní je větší než její dolní části pod ní.

-4CZ 295871 B6

Z hlediska efektivnosti odebírání zahuštěné suspenze je výhodné, že v místě sběrných potrubí se separátor, a tím i separační prostor, směrem vzhůru skokově rozšiřuje, přičemž na straně sběrných potrubí přivrácené k horní části posunuté šikmé vnější stěny jsou provedeny otvory.

Pro funkci zařízení podle vynálezu je výhodné, že plocha vstupu do separačního prostoru je větší než 3 % a menší než 6 % plochy separačního prostoru v úrovni odběru kapaliny bez suspenze a plocha separačního prostoru bezprostředně pod úrovní odběru zahuštěné suspenze je větší než 20 % a bezprostředně nad úrovní odběru zahuštěné suspenze je menší než 70 % plochy separačního prostoru v úrovni odběru kapaliny bez suspenze. Je také výhodné, že jak úroveň vstupu do separačního prostoru tak i úroveň odběru kapaliny bez suspenze jsou od úrovně odběru zahuštěny suspenze ve vertikální vzdálenosti větší než 1 metr.

Je také významné, že výška úrovně odběru zahuštěné suspenze nad úrovní vstupu do separačního prostoru jev rozmezí 1/4 a 3/4 výšky úrovně odběru kapaliny bez suspenze nad úrovní vstupu do separačního prostoru.

Z konstrukčního hlediska je přínosem, že alespoň jedno funkční potrubí ze skupiny tvořené sběrným potrubím pro odběr zahuštěné suspenze, sběrným potrubím pro odběr kapaliny bez suspenze, potrubím tvořící odtok, přívodním potrubím stlačeného vzduchu a proplachovací potrubí tvoří současně součást nosné konstrukce vnějších stěn separačního prostoru.

Je také výhodné, že sklon šikmé vnější stěny v její horní části je v rozmezí 52° a 60°, v případě se sklon šikmé vnitřní stěny je v rozmezí 52° a 60° a sklon šikmé vnější stěny v její dolní části je v rozmezí 30° a 40°.

Hlavní výhodou způsobu a řízení podle vynálezu je podstatné zvýšení účinnosti separace, což je umožněno zejména zvýšením látkového zatížení separace při separaci koncentrované suspenze, a to až na dvojnásobek oproti známým systémům fluidní filtrace částečně vznášeného vločkového mraku. Toho lze využít buď pro zvýšení hydraulického zatížení a tím zvýšení kapacity separace, nebo pro zvýšení koncentrace suspenze při vstupu do vločkového mraku, popřípadě pro optimální koncentraci obou těchto efektů. Toto kvantitativní zvýšení účinnosti separace se projeví příznivě zejména při aktivačním biologickém čištění odpadních vod na úsporách při konstrukci integrovaných biologických reaktorů. Zvýšení hydraulického zatížení použitím způsobu a zařízení podle vynálezu umožňuje zmenšení separace, a to až na 50 % oproti rozměrům doposud známých zařízení s částečně vznášeným vločkovým mrakem. To přináší nejen úspory na konstrukci vlastního separátorů, ale umožňuje dosažení dalších konstrukčních úspor, například snížením potřebné výšky integrovaného biologického reaktoru a snadnějším uložením separátorů do reaktoru. Zvýšení koncentrace aktivovaného kalu v biologickém reaktoru a pak promítne do zmenšení funkčních objemů potřebných pro biologické procesy a tím i zmenšení rozměrů reaktoru. Zmenšením rozměru separátorů a optimalizací konstrukce a rozměrů reaktoru se pak dociluje značných úspor na materiálu, výrobních nákladech, transportu i montáži. Další výhodou způsobu a zařízení k provádění způsobu podle vynálezu je jejich funkce v podstatě větším rozmezí parametrů nežli u částečně vznášeného vločkového mraku. To zvětšuje rozsah použitelnosti způsobu a zařízení a vede k jejich podstatně větší flexibilitě při jejich používání.

Přehled obrázků na výkresech

Dále jsou popsány čtyři povedení vynálezu, kde značí obr. 1 první příkladné provedení zařízení podle vynálezu v nárysném řezu, obr. 2 první příkladné provedení zařízení podle vynálezu v axonometrickém znázornění, obr. 3 vřazení prvního příkladného provedení do příkladného integrovaného reaktoru pro aktivační čištění odpadních vod, obr. 4 druhé příkladné provedení zařízení v nárysném řezu, obr. 5 druhé příkladné provedení v axonometrickém znázornění, obr. 6 třetí příkladné provedení zařízení v nárysném řezu v příkladném integrovaném biologickém reaktoru, obr. 7 axonometrické znázornění příkladného provedení podle obr. 6, obr. 8 čtvrté příkladné pro

-5CZ 295871 B6 vedení zařízení v nárysném řezu a obr. 9 čtvrté příkladné provedení v axonometrickém znázornění v příkladném integrovaném biologickém rektoru.

Příklady provedení vynálezu

Pro úplnost jsou příkladná zařízení popsána vždy jako součást příkladného integrovaného reaktoru pro aktivační čištění odpadních vod s nitrifikací a denitrifikací jednotných aktivovaných kalem v suspendovaném stavu; v příkladném integrovaném reaktoru pak příklady zařízení slouží pro separaci flokulující suspenze, která při uvedeném čištění vzniká. Funkčně a konstrukčně podobné části jsou v různých příkladech provedení označeny stejnou vztahovou značkou.

Příklad 1

Základní částí zařízení pro separaci flokulující suspenze podle vynálezu je separátor 1 ve tvaru vzhůru se rozšiřujícího kuželu vymezeného vnější stěnou 2 ve tvaru kuželového pláště (obr. 1,2). Je možné také, že tvar kužele separátoru 1 není souvislý, že jsou v němž vloženy neznázoměné krátké válcové části nebo i části kuželové opačného sklonu, například z výrobních nebo konstrukčních důvodů.

Vnitřní prostor separátoru 1 obsahuje separační prostor, podle tohoto příkladu provedení se vnitřní prostor separátoru 1 prakticky shoduje se separačním prostorem. Ve vnější stěně 2 je vložen prostředek pro odběr zahuštěné suspenze ve formě kruhově stočeného sběrného potrubí 3 hraného průřezu, v její horní části je vložen prostředek pro odběr kapaliny bez suspenze ve formě vloženého kruhově stočeného sběrného potrubí 4 trojúhelníkového průřezu.

Výška úrovně odběru zahuštěné suspenze nad úrovní vstupu 5 do separátoru 1, a tím do separačního prostoru, je v rozmezí 1/4 a 3/4 výšky úrovně odběru kapaliny bez suspenze nad úrovní vstupu 5 do separačního prostoru. Je výhodné, je-li prostředek pro odběr zahuštěné suspenze umístěn výškově ve střední části separátoru 1. Sběrná potrubí 3 a 4 mohou být provedena s jiným průřezem, uvedené tvary jsou jen výhodné.

V úrovni dolního sběrného potrubí 3 je proveden skok v průměru vnější stěny 2, ale vnější stěna 2 může být také provedena jako plynulá kuželová plocha bez jakékoliv náhlé změny. Spodní část vnější stěny 2 je ukončena vstupem 5 do separátoru 1, který je proveden jako vstupní otvor.

Horní sběrné potrubí 4 pro odběr kapaliny bez suspenze je opatřeno otvory 6 na své šikmé vnitřní straně, zatímco dolní sběrné potrubí 3 pro odběr zahuštěné suspenze je opatřeno otvory 7 na své horní vodorovné straně. Obě děrovaná potrubí 3 a 4 představují současně i konstrukční prvky, které tvoří nosnou konstrukci separátoru L Horní sběrné potrubí 4 je zaústěno do odtoku 8, na němž je nainstalován přepad 9 pro udržení konstantní hladiny 10 vody v separátoru L Dolní sběrné potrubí 3 je napojeno potrubím 11 na recirkulační čerpadlo 12. Nad horním sběrném potrubí 4 může být vnější stěna 2 z provozních důvodů zakončena jiným tvarem než kuželem, například válcovým zakončením 13. Při činnosti zařízení je hladina 14 vločkového mraku mezi dolním děrovaným potrubím 3 a horním děrovaným potrubím 4.

Popsaný příklad zařízení pro separaci flokulující suspenze tvoří součást reaktoru pro biologické aktivační čištění odpadní vody, která je podle příkladu provedení tvořen nádrží 15, rozdělenou na oxický prostor 16 a anoxický prostor 17, které jsou spolu propojeny propojením 18. Toto propojení 18 je například provedeno zářezem v dělicí stěně 19 oddělující oxický prostor 16 od anoxického prostoru 17.

Do oxického prostoru 16 rektoru podle příkladu provedení je vložen popsaný separátor 1, jehož vstup 5 tak komunikuje s oxickým prostorem 16, zatímco výstup 20 recirkulačního čerpadla 12 je

-6CZ 295871 B6 vyveden do anoxického prostoru 17. Na dně 21 nádrže 15 ie pod vstupem 5 do separátoru 1 umístěn protikužel 22 (obr. 3), který má ve své horní části otvory 23. Oxický prostor 16 je vybaven aeračními prvky 24, napojenými na přívodní potrubí 25 stlačeného vzduchu (obr. 3), a anoxický prostor 17 je vybaven přívodem 26 odpadní vody a míchadlem 27 nasměrovaným mezi dvě rovnoběžné usměrňovači stěny 28, které jsou svisle vloženy do anoxického prostoru 17. Přívod 26 odpadní vody a výstup 20 recirkulačního čerpadla 12 jsou vyvedeny do protilehlých rohů anoxického prostoru 17 ke dnu 21 popřípadě do střední hloubky nádrže 15, zatímco propojení 18 se separačním prostorem je provedeno u hladiny 10 vody v nádrži 15.

Popsané zařízení pracuje následujícím způsobem. Do separačního prostoru vtéká vstupem 5 voda s flukulující suspenzí tvořenou biologickým aktivovaným kalem. Voda proudí v separačním prostoru směrem vzhůru, a protože separační prostor v separátoru 1 se směrem vzhůru v podstatě rozšiřuje, rychlost proudění vody směrem vzhůru v podstatě klesá. V separačním prostoru se tak známým způsobem vytvoří fluidní vrstva vločkového mraku, ve které se zachytává suspenze z proudící kapaliny. Fluidní vrstva vločkového mraku vytvoří v separačním prostoru nad úrovní dolního sběrného potrubí 3 pro odběr zahuštěné suspenze a pod úrovní horního sběrného potrubí 4 pro odběr kapaliny bez suspenze hladinu 14 vločkového mraku, nad níž je vrstva kapaliny bez suspenze (obr. 1,2).

Lze shrnout, že flokulující suspenze se odděluje od kapaliny filtrací ve fluidizované vrstvě vločkového mraku, v němž se vločky tvoří ze separované suspenze a fluidizace se udržuje vzestupným prouděním kapaliny. Kapalina se suspenzí vstupuje do fluidizované vrstvy zespodu a kapalina zbavená suspenze je odebírána nad hladinou 14 vločkového mraku, představovanou rozhraním mezi fluidizovanou vrstvou a kapalinou bez suspenze. Zahuštěná separovaná suspenze ve formě vloček z vločkového mraku se odebírá z oblasti fluidizované vrstvy, přičemž rychlost vzestupného proudění ve fluidizované vrstvě se směrem vzhůru v podstatě snižuje.

Vrstva vločkového mraku nad úrovní odebírání zahuštěné suspenze funguje jako částečně vznášený vločkový mrak, v němž se zahuštěná suspenze dále zahušťuje, z níž se vytvářejí shluky zahuštěné suspenze, které se následně odebírají. Vrstva vločkového mraku pod úrovní odebírání zahuštěné suspenze funguje jako plně vznášený vločkový mrak, v němž se rovnoměrně rozděluje proudění kapalíny do částečně vznášeného vločkového mraku. Toto rozdělování je způsobeno tím, že fluidizovaná vrstva působí jako porézní prostředí, jehož odpor rozděluje proudění, zejména směrem vzhůru, do celého průtočného profilu. Z toho vyplývá, že v dolní fluidizované vrstvě plně vznášeného vločkového mraku se rozdělí proudění suspenze do celého profilu separačního prostoru, takže vstupuje rovnoměrně do fluidizované vrstvy částečně vznášeného vločkového mraku. Stejně tak je u hladiny 14 vločkového mraku proudění rovnoměrně rozděleno do celé plochy.

Protože separátor 1 je propojen vstupem 5 s oxickým prostorem 16 a ten je zase propojen propojením 18 s anoxickým prostorem 17, udržuje přepad 9 konstantní hladinu 10 vody v celé nádrži 15. Proto odteče z nádrže 15 prostřednictvím horního sběrného potrubí 4 a otvorů 6 v něm, dále prostřednictvím odtoku 8 přes přepad 9 takové množství kapaliny, jaké nateče do nádrže 15 přívodem 26 odpadní vody (obr. 3). Je-li objemové množství vody bez suspenze, které odteklo odtokem 8 ze separačního prostoru, Q_o, a objemové množství zahuštěné suspenze, odebrané recirkulačním čerpadlem 12 ze separačního prostoru, Qs, je objemem vody se suspenzí, který přiteče vstupem 5 do separačního prostoru, Q_q + Q_s. Je-li ve vodě, přitékají do separačního prostoru vstupem 5, koncentrace suspenze C, a koncentrace odebírané zahuštěné suspenze je C_s, je množství suspenze, které přiteklo do separačního prostoru, C(Qq+Q_s), a množství suspenze, odebrané ze separačního prostoru, C_sQs· Při ustáleném stavu musí být obě množství stejná, takže pro koncentraci odebrané zahuštěné suspenze v ustáleném stavu C_Ss platí: C_Ss = C(Q_q+Q_s)/Qs. Je-li koncentrace odebírané zahuštěné suspenze nižší než Css, množství suspenze ve vločkovém mraku roste a hladina vločkového mraku 10 se v důsledku toho zvedá vzhůru, je-li koncentrace odebírané zahuštěné suspenze vyšší než Css, množství suspenze ve vločkovém mraku klesá a hladina vločkového mraku 10 v důsledku toho klesá dolů. Všechna množství Q se udávají

-7CZ 295871 B6 v objemových jednotkách za určitý čas, například v m³/h, a koncentrace se udávají například v kg/m³. Výška hladiny 14 vločkového mraku je proto proměnná a závisí na látkové bilanci stejně jako u částečně vznášeného vločkového mraku. Vločkový mrak má přitom v určitém rozmezí parametrů autoregulační vlastnosti: koncentrace odebírané zahuštěné suspenze C_s roste s rostoucí výškou hladiny 14 vločkového mraku, takže při určité nastavené hodnotě Qs a dané hodnotě Qq se hladina 14 vločkového mraku automaticky ustálí v takové výši, aby platilo Cs = C_Ss· Význam použitých symbolů je následující:

C koncentrace suspenze v aktivační směsi vtékají do separačního prostoru

Qq objemové množství vody bez suspenze odtékající ze separačního prostoru

Q_s objemové množství zahuštěné suspenze odebírané ze separačního prostoru

C_s koncentrace odebírané zahuštěné suspenze

Css koncentrace odebírané zahuštěné suspenze při ustáleném stavu

Proudění kapaliny v separačních prostorech má v důsledku jejich tvaru kromě svislé složky, která směřuje vzhůru, i vodorovnou složku, která směřuje k šikmým stěnám. Proti svislé složce proudění působí na vločky ve svislém směru dolů gravitační síly. Výslednicí skládání těchto sil je proto vodorovná síla, která tlačí vločky směrem k šikmým stěnám. V důsledku toho dochází u šikmých stěn ke zvyšování koncentrace suspenze, což má za následek vytváření hustotních proudů, které podél těchto stěn klesají dolů. U částečně vznášeného vločkového mraku shluky vloček, které klesají dolů, pokračují po dosednutí na šikmou stěnu také dále jako hustotní proudy. Koncentrace suspenze v hustotních proudech je pak dále ovlivňována působením dvou protichůdných efektů: na jedné straně v důsledku působení síly gravitace dochází v hustotním proudu tekoucím po šikmé stěně dolů k dalšímu zahušťování suspenze, na druhé straně protiproud kapaliny, tekoucí v separačním prostoru směrem vzhůru, hustotní proud rozmývá a působí tedy naopak zřeďování suspenze v hustotním proudu.

Hustotní proudy se zahuštěnou suspenzí, které pod hladinou 14 vločkového mraku tečou podél vnitřní strany šikmé vnější stěny 2 separátoru 1 směrem dolů, přitékají ke sběrnému potrubí 3 pro odběr zahuštěné suspenze, a tam jsou odsávány činností recirkulačního čerpadla 12. Protože otvory 7 jsou ve sběrném potrubí 3 tvořícím odběr zahuštěné suspenze umístěny na horní straně, jsou odebírány hustotní proudy nad sběrným potrubím 3. Toto uspořádání potlačuje zřeďování odebírané zahuštěné suspenze.

Teoreticky možná hranice pro maximální rychlost proudění v úrovni hladiny 14 vločkového mraku odpovídá rychlosti cca 2 až 2,2 m/h, při které začíná přecházet plně vznášený vločkový mrak na částečně vznášený vločkový mrak, tj. 50% zběžně dosahovaných rychlostí 4 až 4,5 m/h u plně vznášeného vločkového mraku.

Experimenty s popsanými zařízeními, u něhož průtočná plocha separačního prostoru těsně pod úrovní odběru zahuštěné suspenze sběrným potrubím 3 činila 25 % plochy separačního prostoru v úrovni odběru kapaliny bez suspenze sběrným potrubím 4, ukázaly, že maximální rychlost proudění v úrovni hladiny 14 vločkového mraku u tohoto zařízení je v rozmezí 1,6 až 1,9 m/h. Při jejím překročení by vločkový mrak již přetékal do odběrních prostředků vyčištěné kapaliny. Z toho vyplývá asi dvojnásobné zvýšení výkonu vzhledem k doposud známým zařízením z částečně vznášeným vločkovým mrakem, což představuje oproti v úvahu uvedeným zvýšení výkonu zhruba na dvojnásobek. Jako nejvhodnější se přitom experimentálně ukázalo, když objemové množství zahuštěné suspenze, odebrané recirkulačním čerpadlem 12, se rovná přibližně dvojnásobku objemového množství vody bez suspenze, které odteklo odtokem 8, tj. Q_s = cca 2Q₀.

-8CZ 295871 B6

Protože je u popsaného zařízení přebytečná zahuštěná suspenze odebírána z vločkového mraku v oblasti jeho vnějšího obvodu a nemusí tak propadávat vstupem 5, může být průtočná plocha tohoto vstupu 5 menší nežli u známých zařízení s částečně vznášeným vločkovým mrakem, takže vločkový mrak pod úrovní odběru zahuštěné suspenze sběrným potrubím 3 může fungovat jako plně vznášený. To umožňuje potlačit efekt vypadávání vločkového mraku při nižším přítoku suspenze, který omezuje rozsah použití částečně vznášeného vločkového mraku. Aby vločkový mrak pod úrovní odběru zahuštěné suspenze fungoval jako plně vznášený, je zapotřebí, aby rychlost proudění vody na vstupu do vločkového mraku odpovídala hodnotám pro plně vznášený vločkový mrak, tj. aby byla v rozmezí 2 až 6 centimetrů za sekundu. Vezme-li se pak v úvahu objemové množství recirkulované suspenze a výkon zařízení, je vhodné, aby plocha vstupu 5 byla větší než 3 % a menší než 6 % plochy separačního prostoru v úrovni odběru kapaliny bez suspenze sběrným potrubím 4.

Objemové množství odebírané zahuštěné suspenze je v rozmezí l,5násobku až 3násobku objemového množství vody bez suspenze odebírané nad hladinou vločkového mraku.

V oxickém prostoru 16 a anoxickém prostoru 17 reaktoru pro biologické aktivační čištění odpadní vody pak probíhá za přítomnosti recirkulačním čerpadlem 12 vraceného aktivovaného kalu známé aktivační čištění odpadní vody, přiváděné do reaktoru přívodem 26 odpadní vody, a vyčištěná voda odtéká odtokem 8 přes přepad 9 pryč. Obsahuje-li odpadní voda sloučeniny dusíku, jako například splašky, funguje anoxický prostor 17 jako předřazený denitrifikační prostor, ve kterém jsou redukovány dusičnany na plynný dusík. Uvedené dusičnany přitom vznikají oxidací sloučenin dusíku v oxickém prostoru 16 a jsou do anoxického prostoru 17 vráceny ve vodě, která jez oxického prostoru 16 přes separátor 1 vracena spolu s vraceným aktivovaným kalem výstupem 20 recirkulačního čerpadla 12. Výše popsané uspořádání přívodu 26 odpadní vody a výstupu 20 recirkulačního čerpadla 12 spolu s prouděním vyvolaným míchadlem 27 a usměrněným usměrňovacími stěnami 28 vedou v části anoxického prostoru 17 k vytvoření anaerobních podmínek, které zvyšují biologické odstraňování fosforu, a popsané umístění propojení 18 zajišťuje, že přivedená odpadní voda projde celým anoxickým prostorem 17 před tím, než přeteče do oxického prostoru 16.

Při přerušení provozu zařízení, například při výpadku přívodu energie nebo při odstavení, je přerušena fluidizace vločkového mraku, takže dojde k jeho sedimentaci a usazený aktivovaný kal se nahromadí v oblasti vstupu 5 do separátoru L Trvá-li přerušení delší dobu, dojde ke zgelovatění usazeného aktivovaného kalu, čímž se může vytvořit v oblasti vstupu 5 zátka znemožňující funkci zařízení při opětném zahájení provozu. Proto se při opětném zahájení provozu přivede do protikužele 22 tlaková voda a stlačený vzduch. Obě média tryskají ven otvory 23 v horní části protikužele 22 a vytvoří tak intenzivní turbulenci, která rozbije vrstvy usazeného kalu a vyčistí tak oblast vstupu 5 do separátoru 1. Kromě této funkce má protikužel 22 ještě další funkci spočívající v usměrnění proudění pod vstupem 5 do separátoru 1, aby se zabránilo tvorbě usazeniny suspenze na dvě nádrže 15 pod středem vstupu 5.

Příklad 2

Druhé příkladné provedení zařízení podle vynálezu je znázorněno na obr. 4 a obr. 5. Separátor 1 je, podobně jako u příkladu 1, v podstatě vymezen vzhůru se rozšiřující kuželovitou stěnou 2. Do spodní části separátoru 1 je vložena kuželovitá vnitřní stěna 29, která je svým spodním okrajem spojena se spodním okrajem vnější stěny 2 (obr. 4). Vnitřní stěna 29 vymezuje rovněž prostor rozšiřující se směrem vzhůru a dosahuje do úrovně jedné poloviny až jedné třetiny výšky separačního prostoru 1. Separační prostor je tedy vymezen ve spodní části separátoru 1 vnitřní stěnou 29 a v hodní části separačního prostoru vnější stěnou 2. Separační prostor je tedy část vnitřního prostoru separátoru 1, je možné to vyjádřit i tak, že vnitřní prostor separátoru 1 obsahuje separační prostor. Vnější stěna 2 má nad úrovní horního okraje 30 vnitřní stěny 29 kuželový

-9CZ 295871 B6 tvar, zatímco pod úrovní horního okraje 30 má tvar eliptického vrchlíku a její sklon se v této části snižuje z 52° až 60° až na 30° až 40°.

Oblast mezi vnější stěnou 2 a vnitřní stěnou 29 vytváří zahušťovací prostor 31 suspenze, který je ve své spodní části vybaven odtahem zahuštěné suspenze ve formě do kruhu stočeného sběrného potrubí 32. Toto sběrné potrubí 32 má s výhodou kruhový průřez a současně vytváří nosnou konstrukci, na kterou je z vnější strany uchycen spodní okraj vnější stěny 2 a z vnitřní strany spodní okraj vnitřní stěny 29. Spodní okraj vnitřní stěny 29 přitom vytváří vstupní otvor, který představuje vstup 5 do separačního prostoru separátoru L Neznázoměné otvory ve sběrném potrubí 32 pro odtah zahuštěné suspenze jsou uvedeny u spodního okraje vnější stěny 2. Sběrné potrubí 32 je pak napojeno potrubím 11 na recirkulační čerpadlo 12 podobně jako podle příkladu

1.

Je možné shrnout, že separační prostor je ve své spodní části vymezen alespoň jednou alespoň zčásti šikmou vnitřní stěnou 29, přičemž prostor mezi spodní částí vnější stěny 2 a vnitřní stěnou 29 vytváří zahušťovací prostor 31. Mezera, popřípadě plocha mezery, mezi horním okrajem této vnitřní stěny 29 a vnější stěnou 2, která je podle příkladu provedení ve tvaru mezikruží, představuje odběrní místo zahuštěné suspenze, kde se odebírá zahuštěná suspenze ze separačního prostoru. Tato mezera tvoří rovněž vstup do zahušťovacího prostoru 31, který je ve své spodní části vybaven prostředkem pro odtah zahuštěné suspenze.

V horní části vnější stěny 2 je obdobně jako v příkladu 1 vložen prostředek pro odběr kapaliny bez suspenze ve formě vloženého kruhově stočeného sběrného potrubí 4 trojúhelníkového průřezu, v němž jsou provedeny otvory 6 na šikmé vnější straně pod odvod kapaliny bez suspenze. Sběrné potrubí 4 je zaústěno do odtoku 8, na kterém je nainstalován před 9 pro udržené konstantní hladiny 10 vody v separátoru 1.

Reaktor pro biologické aktivační čištění odpadní vody, do kterého je popsané zařízení podle příkladu 2 vloženo, je stejný jako podle příkladu 1. Zařízení podle příkladu 2 pracuje stejným způsobem jako zařízení podle příkladu 1, pouze s tím rozdílem, že hustotní proudy se zahuštěnou suspenzí které pod hladinou 14 vločkového mraku tečou podél vnitřní strany šikmé vnější stěny 2 směrem dolů, protékají v úrovni horního okraje 30 vnitřní stěny 29 mezikružím mezi tímto horním okrajem 30 a vnější stěnou 2 do zahušťovacího prostoru 5. V něm dochází k dalšímu zahuštění suspenze před jejím odsátím recirkulačním čerpadlem 12 prostřednictvím otvorů ve sběrném potrubí 32. K tomuto zahušťování dochází proto, že v zahušťovacím prostoru 31 je potlačen zřeďovací vliv protiproudu kapalíny vstupující do separačního prostoru, takže při toku hustotních proudů po vnitřní straně vnější stěny 2 dolů převládá zahušťovací efekt. Kapalina, popřípadě zředěná suspenze, která je při zahušťování vytlačena z hustotního proudu, odtéká podél vnější strany šikmé vnitřní stěny 29 vzhůru a vrací se do vločkového mraku. Tomu napomáhá proudění kapaliny se suspenzí v separačním prostoru, které se nad horním okrajem 30 šikmé vnitřní stěny 29 spojuje s prouděním vytlačené kapaliny. V důsledku většího zahuštění suspenze odebrané recirkulačním čerpadlem 12, a tedy větší koncentrace C_s zahuštěné suspenze, je při stejných hodnotách Q_o a Q_s koncentrace C suspenze ve vodě přitékající do separačního prostoru vstupem 5 vyšší nežli u příkladu 1. Protože v důsledku odsávání zahuštěné suspenze sběrným potrubím 32 u dna zahušťovacího prostoru 31 je celkové proudění v zahušťovacím prostoru 31 sestupné a napomáhá tak sestupnému pohybu suspenze, může být sklon vnější stěny 2 v této oblasti menší nežli sklon v horní části separátoru 1. Experimentální zkušenosti se sesouváním ílokující suspenze po šikmých stěnách v přítomnosti sestupného proudění ukázaly, že při sklonu stěn 30° až 40° nedochází k vytváření nánosů vloček suspenze na těchto stěnách, a proto byl tento sklon uplatněn pro spodní část vnější stěny 2 ve spodní části zahušťovacího prostoru 31.

-10CZ 295871 B6

Příklad 3

Třetí příklad zařízení podle vynálezu je znázorněn na obr. 6 a obr. 7.

Toto provedení má podélný separátor 1 ve tvaru vzhůru se rozšiřujícího prizmatu vytvořeného šikmými vnějšími stěnami 33 a 34, z nichž každá má ve střední výšce, podobně jako podle příkladu 1, vloženo sběrné potrubí 35 a 36 pro odběr zahuštěné suspenze, které je napojeno na recirkulační čerpadlo 12. Vnitřní prostor separátoru 1 představuje separační prostor. Sběrné potrubí 35 a 36 tvoří součást šikmých vnějších stěn 33 a 34, jejichž části jsou na toto potrubí uchyceny.

V místě sběrných potrubí 35 a 36 je horní část vnějších stěn 33 a 34 posunuta vzhledem k jejich dolní části, takže se separátor 1, a tím i separační prostor, směrem vzhůru v tomto místě skokově rozšiřuje. Sběrné potrubí 35 a 36 pro odběr zahuštěné suspenze je opatřeno otvory 37, které jsou provedeny na straně tohoto sběrného potrubí 35 a 36 přivrácené k horní části posunuté šikmé vnější straně 33 a 34.

Spodní okraje šikmých vnějších stěn 33 a 34 vytvářejí vstup 38 do separátoru 1 ve formě podlouhlé obdélníkové štěrbiny. V úrovni vstupu 38 jsou šikmé vnější stěny 33 a 34 opatřeny proplachovacím potrubím 39 a 40 v němž jsou provedeny otvory 41 alespoň ve dvou řadách pro přívod vody a vzduchu.

V horní části separátoru 1 je uspořádáno sběrné potrubí 42 a 43 pro odběry kapaliny bez suspenze, které je obdobně jak předcházející provedení opatřeno přepady 9. Všechny přepady 9 jsou přitom nastaveny do stejné úrovně tak, aby odtok kapaliny probíhal rovnoměrně. Ve sběrném potrubí 42 a 43 jsou na jeho horní části provedeny otvory 48 pro vstup vyčištěné vody (obr. 7). Na horním okraji šikmých vnějších stěn 33 a 34 je přívodní potrubí 44 a 45 tvořící přívod stlačeného vzduchu.

Alespoň některé funkční potrubí, popřípadě všechna funkční potrubí ve vnějších stěnách 33 a 34, tj. sběrné potrubí 35 a 36 tvoří odběr zahuštěné suspenze, sběrné potrubí 42 a 43 pro odběry kapaliny bez suspenze, přívodní potrubí 44 a 45 tvořící přívod stlačeného vzduchu a proplachovací potrubí 39 a 40, tvoří součást nosné konstrukce šikmých vnějších stěn 33 a 34· Na tuto nosnou konstrukci jsou připevněny stěnové prvky, vytvářející plochu šikmých vnějších stěn 33 a 34. Popsané příkladné zařízení pro separaci flokulující suspenze tvoří součást reaktoru pro biologické aktivační čištění odpadní vody, který je příkladně tvořen nádrží 15, rozdělenou na oxický prostor 16 a anoxický prostor 17, které jsou spolu propojeny propojením 18. Do oxického prostoru 16 je vložen popsaný separátor 1, jehož vstup 38 tak komunikuje s oxickým prostorem 16, zatímco výstup 20 recirkulačního čerpadla 12 je vyveden do anoxického prostoru 17.

Separátor 1 je uzavřen svislými čely, která jsou tvořená částí dělicí stěny 19, rozdělující nádrž 15 na oxický prostor 16 a anoxický prostor 17, a částí přední stěny nádrže 15, která není na obr. 6 a 7 patrná.

Na spodní okraj jedné šikmé vnější stěny 34 navazuje uzavírací stěna 46, která sahá až ke dnu nádrže 15, k dělicí stěně 19 a k přední stěně nádrže 15. Tím je uzavřena část oxického prostoru 16 mezi pravou šikmou vnější stěnou 34 a stěnami nádrže 15, s tím, že s jinými prostorami komunikuje tato část jen propojením 18 v dělicí stěně 19 a průchody 47 (obr. 7), které jsou provedeny v podstatě u dna nádrže 15 a uzavírací stěně 46 v její části nejvzdálenější od anoxického prostoru 17. Lze také uvést, že dělicí stěna 19 spolu s pravou šikmou vnější stěnou 34 rozdělují oxický prostor 16 na dvě části vzájemně propojené průchody 47. První část oxického prostoru 16 spojena propojením 18 s anoxickým prostorem 17 a druhá část oxického prostoru 16 je spojena se separátorem 1 vstupem 38. Je také možné, aby byla uzavírací stěna 46 napojena na levou šikmou vnější stěnu 33, v takovém případě by však muselo být propojení 18 provedeno na levé straně, protože oba tyto prvky musejí být ve stejné části oxického prostoru 16.

-11 CZ 295871 B6

Oxický prostor 16 je dále vybaven aeračními prvky 24, napojenými na přívodní potrubí 25 stlačeného vzduchu. Uspořádání a vybavení anoxického prostoru 17 je stejné jako v předcházejících příkladech.

Popsané třetí příkladné zařízení pracuje obdobně jako výše popsané první příkladné zařízení s tím rozdílem, že uzavírací stěna 46 zabraňuje zkratům v proudění v oxickém prostoru 16, takže aktivační směs po přítoku připojením 18 musí nejprve provést první částí oxického prostoru 16 a teprve po průtoku průchody 47 může z druhé části oxického prostoru 16 téct vstupem 38 do separačního prostoru. Další rozdíl spočívá v tom že čištění oblasti vstupu 38 do separátoru 1 po přerušení provozu zařízení se provádí zavedením stlačeného vzduchu a tlakové vody do proplachovacích potrubí 39 a 40, kde při současném zavedení obou médií vzduchu proudí otvory 41 provedenými ve vrchní části proplachovacích potrubí 39 a 40 a voda tryská otvory 41 provedenými ve spodní částí proplachovacích potrubí 39 a 40.

Příklad 4

Čtvrtý příklad provedení zařízení je znázorněn na obr. 8 a obr. 9.

Separátor 1 podle tohoto příkladu v podstatě vymezen vzhůru se rozšiřujícími šikmými vnějšími stěnami 50 a 5L Do spodní části separátoru 1 jsou vloženy šikmé vnitřní stěny 52 a 53, které jsou svým spodním okrajem spojeny se spodním okrajem vnějších stěn 50 a 51 (obr. 8), což analogicky odpovídá provedení podle příkladu 2. Vnitřní stěny 52 a 53 vymezuje rovněž prostor rozšiřující se směrem vzhůru a dosahují do úrovně jedné poloviny až jedné třetiny výšky separátoru 1. Separační prostor, v němž probíhá vlastní separace, je tedy vymezen ve spodní části separátoru 1 vnitřními stěnami 52 a 53 a v horní části separátoru 1 vnějšími stěnami 50 a 51. Vnější stěny 50 a 51 mají nad úrovní horních okrajů 54 a 55 vnitřních stěn 52 a 53 sklon v rozsahu 52° až 60°. Pod úrovní horních okrajů 54 a 55 vnitřních stěn 52 a 53 a přibližně v úrovni odběru zahuštěné suspenze se vnější stěny 50 a 51 lomí na sklon v rozmezí 30° až 40°.

Oblast mezi vnější stěnou 50 nebo 51 a vnitřní stěnou 52 nebo 53 vytváří zahušťovací prostor 56 suspenze, který je ve své spodní části vybaven odtahem zahuštěné suspenze ve formě sběrného potrubí 57 a 58. Vstup do zahušťovacího prostoru 56 je v úrovni horních okrajů 54 a 55 vnitřních stěn 52 a 53, má tvar dvou obdélníků a představuje odběrní místo zahuštěné suspenze ze separačního prostoru.

Sběrné potrubí 57 a 58 současně tvoří nosnou konstrukci, na kterou je z vnější strany uchycen spodní okraj vnějších stěn 50 a 51 a z vnější strany spodní okraj vnitřních stěn 52 a 53. Spodní okraj vnitřních stěn 52 a 53 spolu s dělicí stěnou 19 a přední stěnou nádrže 15 přitom vytváří obdélníkový vstupní otvor, který představuje vstup 59 do separátoru 1, a tím do separačního prostoru. Otvory 60 ve sběrném potrubí 57 a 58 pro odtah zahuštěné suspenze jsou provedeny u spodního okraje vnějších stěn 50 a 51. Sběrné potrubí 57 a 58 je pak napojeno potrubím 11 na recirkulační čerpadlo 12 podobně jako podle příkladu 2.

Podobně jako u příkladu 3 navazuje na spodní okraj jedné šikmé vnější stěny 51 uzavírací stěny 46, která sahá až ke dnu nádrže 15, k dělicí stěně 19 a k přední stěně nádrže 15 a má stejný účel jako u příkladu 3. Rovněž jsou stejně tak provedeny průchody 47. Pro přehlednost jsou průchody 47 i uzavírací stěna 46 znázorněny jen na obr. 9, nikoliv na obr. 8.

V horní části separačního prostoru jsou uspřádána sběrná potrubí 61 a 62 představující odvod kapaliny bez suspenze. V jejich horní části jsou provedeny otvory 48 pro v stup vyčištěné kapaliny. Svou svislou částí (obr. 9) jsou sběrná potrubí 61 a 62 spojena s odvodním potrubím 67 (obr. 8 a 9) vyčištěné kapaliny, které je uspořádáno v místě, kde se šikmé vnější stěny 50 a 51 lomí, a současně tvořící součást nosné konstrukce vnějších stěn 50 a 51. Odvodní potrubí 67 vyčiš

-12CZ 295871 B6 těné kapaliny je uspořádáno v úrovni odběru zahuštěné suspenze ze separačního prostoru, což v podstatě odpovídá úrovni horních okrajů 54 a 55 vnitřních stěn 52 a 53.

Sběrné potrubí 61 a 62 je opatřeno přepady 63. Všechny přepady 63 jsou přitom nastaveny do stejné úrovně tak, aby odtok kapaliny probíhal rovnoměrně. Na horním okraji šikmých vnějších stěn 50 a 51 je uspořádáno přívodní potrubí 64 a 65 tvořící přívod stlačeného vzduchu, které rovněž tvoří součást nosné konstrukce vnějších stěn 50 a 51. U dna 21 nádrže 15 je uspořádáno čisticí potrubí 66 (obr. 8), které není znázorněné na obr. 9, aby se zachovala jeho přehlednost.

Příkladný reaktor pro biologické aktivační čištění odpadní vody, do kterého je popsané příkladné zařízení pro separaci flokulující suspenze vloženo, je v podstatě stejný jako podle příkladu 3.

Provedení podle příkladu 4 pracuje obdobně jako výše popsané provedení podle příkladu 2 s tím rozdílem, že pro čištění oblasti vstupu 59 do separátoru 1 je požíváno namísto protikuželu 22 čisticí potrubí 66, které po přivedení vody a vzduchu funguje jako proplachovací potrubí. Další rozdíl spočívá v tom, že uzavírací stěna 46 s průchody 47 usměrňuje proudění v oxickém prostoru 16 stejně jako v předcházejícím reaktoru podle příkladu 3.

U všech příkladů provedení jsou uplatněny kromě popsaných funkčních částí většinou neznázorněné podpěrné sloupky, nosné prvky, popřípadě další běžné konstrukční prvky. U všech provedení platí, že separační prostor se v separátoru 1 směrem vzhůru v podstatě rozšiřuje jak nad úrovní odběru zahuštěné suspenze, tak pod ní.

Způsob a zařízení k provádění způsobu podle vynálezu nejsou omezeny pouze na popsané příklady ale zahrnují i všechny modifikace, jejichž provedení je evidentní odborníkovi v oboru na základě zde popsaných základních provedení vynálezu. Například je možné, že vzhůru se rozšiřující separátor 1 obsahuje i válcovou nebo podobnou části, tj. že se nerozšiřuje plynule. Stejně tak mohou být provedeny i vnitřní stěny 29, 52, 53. Je také možné, že funkční potrubí, zejména sběrná potrubí 3,4, 32, 35, 36, 37, 57, 58 jsou uspořádány u stěn separátoru 1 jen svou převážnou částí, zatímco jejich zbývající části jsou uspořádány uvnitř nebo vně separátoru 1. Je však důležité aby alespoň převážná část sběrných potrubí 3, 35, 36, zahuštěné suspenze byla uspořádána u vnější stěny nebo vnějších stěn separačního prostoru, popřípadě v jeho okrajových oblastech.

Kromě toho je sběrné potrubí 3, 35, 36, zahuštěné suspenze uspořádáno svou funkční částí v 1/4 až 3/4 výšky mezi vstupem 5, 38, 59 do separačního prostoru a úrovní odběru vyčištěné kapaliny. Funkční částí se rozumí ta část sběrného potrubí 3, 35, 36, do jejíchž otvorů 7, 37 přímo vstupuje zahuštěná suspenze.

Sběrné potrubí 32, 57, 58 v zahušťovacím prostoru 31, 56 představuje odtah zahuštěné suspenze. Je uspořádáno s výhodou přibližně v úrovni vstupu 5, 38, 59 do separačního prostoru, může však být uloženo i poněkud pod ním nebo nad ním.

Průmyslová využitelnost

Způsob a zařízení podle vynálezu jsou určeny především pro separaci flokulující suspenze při čištění odpadních vod, a to jak komunálních, z městských aglomerací, tak pro menší jednotky, jako jsou hotely nebo jednotlivé domy. Jsou také vhodné k čištění odpadních vod z průmyslových závodů a dolů, i k čištění odpadních vod ze zemědělských závodů, například k čištění kejdy domácích zvířat.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob separace suspenze, zejména při čištění odpadní vody, kde se flokulující suspenze odděluje od kapaliny filtrací ve fluidizované vrstvě vločkového mraku, v němž se vločky tvoří ze separované suspenze a fluidizace se udržuje vzestupným prouděním kapaliny, přičemž kapalina se suspenzí vstupuje do fluidizované vrstvy zespodu a kapalina zbavená suspenze je odebírána nad hladinou vločkového mraku, představovanou rozhraním mezi fluidizovanou vrstvou a kapalinou bez suspenze, a rychlost vzestupného proudění ve fluidizované vrstvě se směrem vzhůru v podstatě snižuje, vyznačující se tím, že zahuštěná přebytečná separovaná suspenze se odebírá u bočního okraje fluidizované vrstvy z hustotních proudů klesajících dolů podél šikmého bočního okraje fluidizované vrstvy.
2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že nad úrovní odběru přebytečné suspenze funguje fluidizovaná vrstva jako částečně vznášený vločkový mrak, v němž se vytvářejí shluky zahuštěné suspenze, které klesají podél bočního okraje dolů k odběru, a pod úrovní odběru funguje fluidizovaná vrstva jako plně vznášený vločkový mrak, v němž se rozděluje proudění do částečně vznášeného vločkového mraku.
3. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že separovaná zahuštěná suspenze odebraná z fluidizované vrstvy se nucené pohybuje směrem dolů a přitom se dále zahušťuje.
4. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že při koncentraci přitékající suspenze větší než 1 kg sušiny na krychlový metr je rychlost proudění vody směrem vzhůru bezprostředně nad hladinou vločkového mraku v rozmezí 1,6 až 2,2 metrů za hodinu.
5. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že rychlost proudění vody na vstupu do vločkového mraku je v rozmezí 2 až 6 centimetrů za sekundu.
6. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že objemové množství odebírané zahuštěné suspenze je v rozmezí l,5násobku až 3násobku objemového množství vody bez suspenze odebírané nad hladinou vločkového mraku.
7. Zařízení k provádění způsobu podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, obsahující směrem vzhůru se v podstatě rozšiřující separátor (1), jehož vnitřní prostor obsahuje separační prostor, a který je ve své spodní části opatřen vstupem (5, 38, 59) kapaliny se suspenzí a ve své vrchní části prostředkem pro odběr kapaliny bez suspenze, přičemž při činnosti je v separačním prostoru fluidizovaná vrstva vločkového mraku nad jejíž hladinou (14) je vyčištěná kapalina, vyznačující se tím, že separační prostor v separátoru (1) se alespoň v jednom místě nad vstupem (5, 38, 59) do separátoru (1) a pod hladinou vločkového mraku (14) směrem vzhůru skokově rozšiřuje, a v tomto rozšíření alespoň u jedné z nakloněných vnějších stěn (2, 33, 34, 50, 51) separátoru (1) je alespoň jedno místo pro odběr zahuštěné přebytečné suspenze z hustotních proudů, které nad místem odběru klesají dolů podél nakloněné stěny (2, 33, 34, 50, 51).
8. Zařízení podle nároku 7, vyznačující se tím, že v separátoru (1) je separační prostor alespoň v části své spodní části vymezen alespoň jednou vnitřní stěnou (29, 52, 53), přičemž prostor mezi touto vnitřní stěnou a přilehlou částí nakloněné vnější stěny (2, 50, 51) vytváří zahušťovací prostor (31, 56), a mezera mezi horním okrajem (30, 54, 55) této vnitřní stěny (29, 52, 53) a vnější stěnou (2, 51, 52) představuje místo skokového rozšíření separačního prostoru a zároveň místo odběru zahuštěné suspenze ze separačního prostoru.

-14CZ 295871 B6
9. Zařízení podle nároku 8, vyznačující se tím, že mezera mezi horním okrajem (30, 54, 55) vnitřní stěny (29, 52, 53) a vnější stěnou (2, 51, 52) tvoří rovněž vstup do zahušťovacího prostoru (31, 56), který je ve své spodní části vybaven prostředkem pro odtah zahuštěné suspenze (32, 57, 58).
10. Zařízení podle nároku 8 nebo 9, vyznačující se tím, že šikmá vnější stěna (2, 50, 51) separátoru (1) se v oblasti odběru zahuštěné suspenze lomí a sklon její horní části nad touto úrovní je větší než její dolní části pod ní.
11. Zařízení podle nároku 7, v y z n a č u j í c í se t í m , že odběr zahuštěné suspenze je tvořen děrovaným sběrným potrubím (3, 35, 36), a skokové rozšíření separačního prostoru v tomto místě je provedeno posunutím horní části šikmé vnější stěny (2, 33, 34), která z obou stran navazuje na sběrné potrubí (3, 35, 36), vzhledem k její dolní části, přičemž otvory (7, 37) pro odběr zahuštěné suspenze jsou provedeny na straně sběrného potrubí (3, 35,36) přivrácené k horní části šikmé vnější stěny (2, 33, 34).
12. Zařízení podle nároku 7, vyznačující se tím, že plocha vstupu (5, 38, 59) do separačního prostoru je větší než 3 % a menší než 6 % plochy separačního prostoru v úrovni odběru kapaliny bez suspenze.
13. Zařízení podle nároku 7, vyznačující se tím, že plocha separačního prostoru bezprostředně pod úrovní odběru zahuštěné suspenze je větší než 20 % a bezprostředně nad úrovní odběru zahuštěné suspenze je menší než 70 % plochy separačního prostoru v úrovni odběru kapaliny bez suspenze.
14. Zařízení podle nároku 7, v y z n a č u j í c í se tí m , že jak úroveň vstupu (5, 38, 59) do separačního prostoru, tak i úroveň odběru kapaliny bez suspenze jsou od úrovně odběru zahuštěné suspenze ve vertikální vzdálenosti větší než 1 metr.
15. Zařízení podle nároku 7, vyznačující se tím, že výška úrovně odběru zahuštěné suspenze nad úrovní vstupu (5, 38, 59) do separačního prostoru je v rozmezí 1/4 a 3/4 výšky úrovně odběru kapaliny bez suspenze nad úrovní vstupu (5, 38, 59) do separačního prostoru.
16. Zařízení podle některého z nároků 7 až 15, vyznačující se tím, že alespoň jedno funkční potrubí ze skupiny tvořené sběrným potrubím (3, 35, 36) pro odběr zahuštěné suspenze, sběrným potrubím pro odtah zahuštěné suspenze (32, 57, 58), sběrným potrubím (4, 42, 43, 61, 62) pro odběr kapaliny bez suspenze, potrubím (11, 67) tvořícím odtok, přívodním potrubím (25, 44, 45, 64, 65) stlačeného vzduchu a proplachovacím potrubím (39, 40) tvoří současně součást nosné konstrukce vnějších stěn (2, 33, 34, 50, 51) separátoru (1).
17. Zařízení podle nároku 10, vyznačující se tím, že sklon šikmé vnější stěny (2, 50, 51) v její horní části je v rozmezí 52° a 60° a vjejí dolní části je v rozmezí 30° a 40°.