CZ309515B6 - Způsob pro destrukci biologické pěny a inhibici pěnotvorných mikroorganismů způsobujících tvorbu této biologické pěny v čistírnách odpadních vod - Google Patents

Abstract

Zařízení pro destrukci biologické pěny a inhibici pěnotvorných mikroorganismů způsobujících tvorbu této biologické pěny na vodní hladině v čistírnách odpadních vod spočívá v tom, že na biologickou pěnu plovoucí na vodní hladině se působí po dobu 120 s až 300 s stojatým mikrovlnným zářením generovaným magnetronem (2), přičemž stojaté mikrovlnné záření se přivádí k vrstvě biologické pěny rezonančním aplikátorem tvořeným vertikálně uspořádaným vlnovodem (3) majícím tvar písmene „U“ a opatřeným dvěma paralelními výstupními komorami (8, 8´) čtyřúhelníkového průřezu podélně od sebe oddělenými přepážkou (12), přičemž do jedné výstupní komory (8) je zaústěn vstup (7) elektromagnetického záření z magnetronu (2) směřující kolmo k podélným osám obou výstupních komor (8, 8´), a vlnovod (3) je v horní části uzavřen obloukovým vrchlíkem (13), a ve spodní části vlnovodu (3) jsou výstupní komory (8, 8´) zakončené obvodovými přírubami (9, 9´) pro vymezení plochy a objemu ošetřované biologické pěny plovoucí na vodní hladině.

Description

Zařízení pro destrukci biologické pěny a inhibici pěnotvorných mikroorganismů způsobujících tvorbu této biologické pěny v čistírnách odpadních vod

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení pro destrukci biologické pěny a inhibici pěnotvorných mikroorganismů způsobujících tvorbu této biologické pěny v čistírnách odpadních vod, zejména v aktivačních nádržích čistíren odpadních vod.

Dosavadní stav techniky

Tvorba pěny při zpracování odpadních vod představuje závažný problém. Obzvlášť pěnotvorné organismy, např. vláknité houby rodu Nocardia, tzv. Mykolata způsobují vážné problémy v čistírnách odpadních vod (dále ČOV). Jedná se např. o zanášení konstrukčních prvků a měřicích sond. Biologické pěny dále znemožňují vizuální kontrolu aeračního systému a zhoršují kvalitu odtoku ČOV.

Jedním ze známých způsobů potlačení výskytu biologické pěny na čistírnách odpadních vod je mechanická destrukce, respektive sbírání biologické pěny, následné zamíchání pěny do ostatní biomasy aktivovaného kalu a odkalení systému ČOV, čímž dojde také k redukci množství pěnotvorných mikroorganismů. Tento postup je ale technologicky, mechanicky a energeticky velmi náročný a jeho účinnost je velmi nízká.

Destrukcí pěny obecně se zabývá např. dokument DE 3803263, který popisuje destrukci pěny při zpracování mléka. Pěna v mléce vzniká jednak při procesu oddělování plynu z mléka a jednak při oddělování určitých dávek mléka, což komplikuje průmyslové zpracovávání. Separátor vzduchu se průběžně nebo po dávkách naplní mlékem, které je podrobeno separačnímu procesu, přičemž se tvoří na povrchu mléka pěna. Mléko odtéká výpustí, současně je ale nad ním umístěn dutinový rezonátor, do něhož zasahuje pěna, která je v jeho prostoru vystavena radiačnímu poli mikrovlnného generátoru. Alternativně je mikrovlnný generátor uspořádán nad hladinou mléka, čímž je hladina mléka zahrnuta do působení mikrovlnného generátoru. Nevýhodou tohoto řešení je, že jej lze použít pouze v relativně malých nádobách, protože rozměr vnějšího obvodu mikrovlnného generátoru zapadá do vnitřního obvodu separátoru plynu. Další nevýhodou tohoto řešení je, že je navrženo konkrétně pro zpracování mléka a jeho přenesení na jiná využití při destrukci biologické pěny přináší mnoho konstrukčních a aplikačních překážek.

Úkolem vynálezu je vytvoření takového zařízení pro destrukci biologické pěny a inhibici pěnotvorných mikroorganismů v čistírnách odpadních vod, které by umožňovalo destrukci biologické pěny v aktivačních nádržích čistíren odpadních vod a které by umožňovalo účinnou destrukci biologické pěny ve velkém objemu.

Podstata vynálezu

Tento úkol je vyřešen vytvořením zařízení pro destrukci biologické pěny a inhibici pěnotvorných mikroorganismů. Zařízení zahrnuje magnetron tvořící zdroj mikrovlnného záření a vlnovod se vstupem elektromagnetického záření. Vlnovod je vertikálně uspořádaný rezonanční aplikátor mající tvar písmene „U“, tvořený dvěma paralelními výstupními komorami čtyřúhelníkového průřezu vzájemně oddělenými přepážkou. Vlnovod je v horní části uzavřen obloukovým vrchlíkem, a ve spodní části vlnovodu jsou výstupní komory zakončené obvodovými přírubami pro vymezení plochy a objemu ošetřované biologické pěny plovoucí na vodní hladině vystavené působení mikrovlnného záření. Vstup elektromagnetického záření je zaústěn do jedné výstupní komory kolmo k podélným osám obou komor ve vzdálenosti A od obvodové příruby této výstupní

- 1 CZ 309515 B6 komory a ve vzdálenosti B od obvodové příruby druhé výstupní komory, přičemž vzdálenost A je menší než vzdálenost B. Vzdálenost A je alespoň 469 mm a vzdálenost B je alespoň 864 mm. Vlnovod je konstruován tak, aby uvnitř docházelo k vytvoření stojatého vlnění, které umožňuje účinně zaměřit energii do vrstvy biologické pěny a účinně ji destruovat. Podstata vynálezu spočívá v tom, že na biologickou pěnu plovoucí na vodní hladině se působí po dobu 120 s až 300 s stojatým mikrovlnným zářením generovaným magnetronem. Stojaté mikrovlnné záření je výhodné z toho důvodu, že lze zaměřit maximální energii do vymezeného prostoru, v tomto případě do biologické pěny na vodní hladině aktivační nádrže. Stojaté mikrovlnné záření se přivádí k vrstvě biologické pěny rezonančním aplikátorem. Účinného stojatého vlnění je dosaženo celkovým vyladěním zařízení, především vlnovodu a umístěním vstupu mikrovlnného záření v jedné z výstupních komor ve vhodné vzdálenosti od vodní hladiny.

Pro vytvoření stojatého vlnění je výhodné, že výstupní komory mají vnitřní rozměry 80 mm x 80 mm a jejich délka mezi půlkruhovým vrchlíkem a obvodovými přírubami je 539 mm. Dalšími důležitými faktory je umístění vstupu mikrovlnného záření do vlnovodu, a její vzdálenost od vodní hladiny. Dále je výhodné, že mikrovlnným zářením vystupujícím z výstupních komor se působí na plochu ošetřované biologické pěny o velikosti alespoň 200 x 80 mm. Rozměry vlnovodu, v tomto případě rozměry výstupních komor umožňují přeměnu elektromagnetického pole vystupujícího z magnetronu na účinné stojaté vlnění. Frekvence mikrovlnného záření vystupujícího z výstupních komor je 2450 MHz.

Dále je výhodné, že každá výstupní komora je alespoň v jedné své části opatřena perforacemi pro přívod vzduchu. Perforace zabraňují kondenzaci vody na vnitřních stěnách vlnovodu. Část vlnovodu opatřená perforacemi je uložena ve skříni.

Dále je výhodné, že výstupní komory jsou v oblasti nad perforacemi překryty mikanitovou deskou pro zabránění přístupu vlhkosti ke vstupu elektromagnetického záření do vlnovodu. Vstup elektromagnetického záření nebo též anténa magnetronu je velmi citlivý a náchylný k poškození. Proto je chráněn mikatinovou deskou, která je nicméně prostupná pro mikrovlnné záření.

Také je výhodné, že výkon magnetronu je 900 W a frekvence mikrovlnného záření je 2 450 MHz.

Ve výhodném provedení je alespoň část vlnovodu zahrnující vstup elektromagnetického záření uložena ve skříni, kde je dále uspořádáno elektrické příslušenství magnetronu ze skupiny transformátor, kondenzátor. Citlivé elektrické příslušenství magnetronu je díky tomu chráněno před vlhkostí a následným poškozením.

Výhody vynálezu spočívají v účinné a velmi rychlé destrukci biologické pěny a inhibici pěnotvorných mikroorganismů v aktivačních nádržích čistíren odpadních vod. Další výhodou předloženého vynálezu je, že po aplikaci výše uvedeného způsobu se biologická pěna v aktivačních nádržích neobnovuje. Výhody zařízení podle vynálezu spočívají v jeho konstrukci, která umožňuje vytvoření účinného stojatého vlnění uvnitř vlnovodu, čímž se dosahuje maximální možné účinnosti destrukce biologické pěny a inhibici pěnotvorných mikroorganismů v aktivačních nádržích čistíren odpadních vod.

Objasnění výkresů

Vynález bude blíže objasněn pomocí výkresů, na nichž znázorňují:

obr. 1 perspektivní pohled na zařízení pro destrukci biologické pěny a inhibici pěnotvorných mikroorganismů;

obr. 2 perspektivní pohled na vlnovod; a

- 2 CZ 309515 B6 obr. 3 přední pohled na zařízení pro destrukci biologické pěny a inhibici pěnotvorných mikroorganismů.

Příklady uskutečnění vynálezu

Předmětem vynálezu je vytvoření způsobu destrukce biologické pěny a inhibice pěnotvorných mikroorganismů způsobujících tvorbu této biologické pěny na vodní hladině v čistírnách odpadních vod. Předmětem vynálezu také je zařízení 1 pro provádění tohoto způsobu. Zařízení 1 má zdroj mikrovlnného záření, což je magnetron 2 o výkonu 900 W. Magnetron 2 je opatřen elektrickým příslušenstvím, tedy transformátorem 5 a kondenzátorem 6. Elektromagnetické záření z magnetronu 2 je vedeno vstupem 7 elektromagnetického záření neboli anténou magnetronu 2 do vlnovodu 3.

Magnetron 2, transformátor 5 kondenzátor 6 a část vlnovodu 3 jsou umístěny ve skříni 4, která brání magnetron 2 a jeho příslušenství proti poškození a zajišťuje kompaktní uspořádání celého zařízení 1. Vnější rozměry skříně 4 jsou 500 x 400 x 260 mm. Ve skříni 4 je dále umístěno chladicí potrubí 14 magnetronu 2, které odvádí teplo z magnetronu 2 pomocí ventilátoru ven ze skříně 4. Mimo ventilátor může být skříň 4 ještě opatřena mřížkou pro odvod přehřátého vzduchu. Ve skříni 4 je dále umístěn filtr 15 z důvodu elektromagnetické kompatibility zařízení.

Nedílnou součástí zařízení 1 je vlnovod 3. V tomto příkladu uskutečnění se jedná o rezonanční aplikátor ve tvaru „U“, který je vertikálně uspořádaný tak, že jeho horní část tvořená obloukovým vrchlíkem 13 je uložena ve skříni 4. Vlnovod 3 je dále tvořen dvěma paralelními výstupními komorami 8, 8‘ čtyřúhelníkového průřezu o rozměrech 80x80 mm. Výstupní komory 8, 8‘ jsou od sebe odděleny podélnou přepážkou 12. Výstupní komory 8, 8‘ vlnovodu 3 jsou v horní části zakončeny a tím i propojeny obloukovým vrchlíkem 13, který tvoří tvar „U“ vlnovodu 3. Obě výstupní komory 8, 8‘ jsou zakončeny obvodovými přírubami 9, 9‘ o rozměrech 200 x 80 mm.

Do jedné výstupní komory 8 je zaústěn vstup 7 elektromagnetického záření z magnetronu 2. Z magnetronu 2 je do vlnovodu 3 vysíláno prostřednictvím vstupu 7 elektromagnetické záření, které se pohybem ve vlnovodu 3 přeměňuje na mikrovlnné záření. Vstup 7 elektromagnetického záření je do vlnovodu zaústěn kolmo k podélným osám obou výstupních komor 8, 8“. V první výstupní komoře 8 je vstup 7 elektromagnetického záření umístěn ve vzdálenosti A od obvodové příruby 9. Mikrovlnné záření tak urazí v první výstupní komoře 8 dráhu A, což je 469 mm. Dráha mikrovlnného záření vedoucí druhou výstupní komorou 8‘ je delší, neboť musí překonat ještě vrchlík 13 vlnovodu a má délku 864 mm. Mikrovlnné záření vystupující z výstupních komor 8, 8‘ a působící na biologickou pěnu na vodní hladině má frekvenci 2450 MHz. Zařízení 1 a především vlnovod 3 je vytvořen tak, aby uvnitř vlnovodu 3 vznikalo stojaté vlnění, které je výhodné z toho důvodu, že lze zaměřit maximální energii do určeného prostoru, v případě tohoto vynálezu do biologické pěny v prostoru obou obvodových přírub 9, 9‘, čímž dochází k její účinné destrukci a současně je docíleno inhibice pěnotvorných organismů, čímž je zabráněno dalšímu vzniku nové biologické pěny.

Výstupní komory 8, 8‘ jsou opatřeny perforacemi 10 ve výšce 349 mm od obvodových přírub 9, 9\ Perforace 10 slouží pro přívod vzduchu do vlnovodu 3, aby nedocházelo ke kondenzaci vody na vnitřních stěnách vlnovodu 3. Vlnovod 3 je včetně části opatřené perforacemi 10 uložen ve skříni 4, což zajišťuje větší tuhost a kompaktnost celého zařízení 1. Ze skříně 4 vystupují výstupní komory 8, 8‘ vlnovodu 3 s obvodovými přírubami 9, 9^. Mikrovlnným zářením vystupujícím z obou výstupních komor 8, 8‘ se tak působí na plochu biologické pěny o velikosti 2 x 80 x 200 mm.

Obě výstupní komory 8, 8‘ jsou v oblasti těsně nad perforacemi 10 zakryty mikanitovou deskou 11, která zabraňuje přístupu vlhkosti ke vstupu 7 elektromagnetického záření.

- 3 CZ 309515 B6

Zařízení 1 je umístěno nad vodní hladinou aktivační nádrže v místě, kde se akumuluje biologická pěna tvořená mikroorganismy tak, že se spodní okraj obvodových přírub 9, 9‘ dotýká vodní hladiny. Výška obvodové příruby je 80 mm, což je i výška po níž se obvodové příruby 9, 9‘ noří do biologické pěny, na níž působí mikrovlnné záření vystupující z výstupních komor 8, 8ý V tomto příkladu uskutečnění je zařízení 1 umístěno stacionárně nad místem v aktivační nádrži ČOV, kde dochází k největší akumulaci biologické pěny.

V jiném příkladu uskutečnění je možné zařízení 1 prostřednictvím úchytů na skříni 4 umístit na pojezdy a pohybovat s ním v určeném horizontálním směru.

Způsob destrukce biologické pěny a inhibice pěnotvorných mikroorganismů způsobujících tvorbu této biologické pěny na vodní hladině v čistírnách odpadních vod byl testován v laboratorních podmínkách. Vzorky biologických pěn ze sledovaných čistíren odpadních vod byly umístěny na Petriho misku, která byla vsunuta pod výstupní komory 8, 8‘ vlnovodu 3. Následně bylo na pěnu působeno mikrovlnným zářením po předem stanovenou dobu, konkrétně se jednalo o časy 30 s, 60 s, 120 s a 300 s. Po uplynutí stanovené doby byl vzorek zpracován na analýzu LIVE/DEAD a analyzován na fluorescenčním mikroskopu. V tabulkách níže jsou uvedeny výsledky 3 laboratorních testů s pěnami ze 2 různých čistíren odpadních vod.

Z výsledků je patrné, že významného úbytku živých buněk bylo dosaženo již po 120 s působení mikrovlnného záření. Průměrně dosahovala po tomto čase mortalita u sledovaných vzorků 50 až 60 %.

Tab. 1: Souhrnné výsledky analýzy LIVE/DEAD: relativní zastoupení mrtvých a živých buněk po aplikaci mikrovlnného záření na pěnu z COV A (odběr 11.2. 2020)

Čas působení mikrovlnného záření	LIVE (%)	DEAD (%)	SMĚRODAT. ODCH.
Os	91 %	9%	10%
30 s	81 %	19%	17%
60s	85 %	15 %	12%
120 s	56%	44%	27%

Tab. 2: Souhrnné výsledky analýzy LIVE/DEAD: relativní zastoupení mrtvých a živých buněk po aplikaci mikrovlnného záření na pěnu z COV A (odběr 14. 5. 2020)

Čas působení mikrovlnného záření	LIVE (%)	DEAD (%)	SMĚRODAT. ODCH.
Os	93 %	7%	11 %
30 s	86%	14%	20%
60s	55 %	45 %	30%
120 s	39%	61 %	28 %
300 s	52%	48 %	17%

-4CZ 309515 B6

Tab. 3: Souhrnné výsledky analýzy LIVE/DEAD: relativní zastoupení mrtvých a živých buněk po aplikaci mikrovlnného záření na pěnu z COV K (odběr 22. 4. 2020)

Čas působení mikrovlnného záření	LIVE (%)	DEAD (%)	SMĚRODAT. ODCH.
Os	75 %	25 %	21 %
30 s	73 %	27%	28 %
60s	81 %	19%	17%
120 s	35 %	65 %	26%
300 s	32%	68 %	31 %

- 5 CZ 309515 B6

Claims (7)

1. Zařízení (1) pro destrukci biologické pěny a inhibici pěnotvorných mikroorganismů, zahrnující magnetron (2) tvořící zdroj mikrovlnného záření a vlnovod (3) se vstupem (7) elektromagnetického záření, vyznačující se tím, že vlnovod (3) je vertikálně uspořádaný rezonanční aplikátor, mající tvar písmene „U“ a tvořený dvěma paralelními výstupními komorami (8, 8‘) čtyřúhelníkového průřezu vzájemně oddělenými přepážkou (12), přičemž vlnovod (3) je v horní části uzavřen obloukovým vrchlíkem (13), ve spodní části vlnovodu (3) jsou výstupní komory (8, 8‘) zakončené obvodovými přírubami (9, 9') pro vymezení plochy a objemu ošetřované biologické pěny plovoucí na vodní hladině vystavené působení mikrovlnného záření, a vstup (7) elektromagnetického záření je zaústěn do jedné výstupní komory (8) kolmo k podélným osám obou komor (8, 8‘) ve vzdálenosti (A) od obvodové příruby (9) této výstupní komory (8) a ve vzdálenosti (B) od obvodové příruby (9‘) druhé výstupní komory (8'), přičemž vzdálenost (A) je menší než vzdálenost (B).

2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že vzdálenost (A) je alespoň 469 mm a vzdálenost (B) je alespoň 864 mm.

3. Zařízení podle nároku 1 a 2, vyznačující se tím, že výstupní komory (8, 8') mají vnitřní rozměry 80 mm x 80 mm a jejich délka mezi půlkruhovým vrchlíkem (13) a obvodovými přírubami (9, 9‘) je 539 mm.

4. Zařízení podle některého z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že každá výstupní komora (8, 8') je alespoň v jedné své části opatřena perforacemi (10) pro přívod vzduchu.

5. Zařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že perforace (10) jsou překryty mikanitovou deskou (11) pro zabránění přístupu vlhkosti ke vstupu (7) elektromagnetického záření do vlnovodu (3).

6. Zařízení podle některého z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že výkon magnetronu (2) je 900 W a frekvence mikrovlnného záření je 2450 MHz.

7. Zařízení podle některého z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že alespoň část vlnovodu (3) zahrnující vstup (7) elektromagnetického záření je uložena ve skříni (4), kde je dále uspořádáno elektrické příslušenství magnetronu (2) ze skupiny transformátor (5), kondenzátor (6).