SK279389B6 - Spôsob čistenia vody a reaktor na uskutočnenie toh - Google Patents

Description

Oblasť techniky

Tento vynález sa týka spôsobu čistenia vody a reaktora, ktorý sa používa pri tomto spôsobe.

Doterajší stav techniky

Sú známe rôzne, navzájom odlišné spôsoby čistenia odpadovej vody, ktoré sa uskutočňujú napr. mechanicky, sedimentáciou alebo čistením na sitovom filtre alebo chemicky, čistením uskutočňovaným pôsobením pridaných chemikálií a plynu, ako napr. ozónu alebo chlóru. Ďalej je známe, že sa voda spracováva biologicky, t. j. vystavením vody bakteriálnej kultúre, ktorá spôsobí požadovanú premenu znečisťujúcich látok. Vo veľkom rozsahu sa všetky uvedené metódy kombinujú.

Tento vynález súvisí s problémom biologického čistenia pôsobením bakteriálnych kultúr.

Biologickým filmom (biofiltrom), ako bude vysvetlené ďalej, sa má rozumieť vrstva bakteriálnej kultúry, v ktorej môžu byť baktérie aeróbneho, anoxického alebo anaeróbneho typu, v závislosti od druhu požadovaného vyčistenia.

Biologické čistiace metódy sa predovšetkým používajú na odpadové vody, ale môžu sa tiež použiť na čistenie vody používanej na pestovanie vodných kultúr rastlín a na pitnú vodu. Tento vynález sa môže využívať vo všetkých oblastiach, kde sa môžu používať biologické spôsoby na čistenie vody a odpadových vôd, najmä pri aeróbnom biologickom spôsobe, kde obsah reaktora je okysličovaný (oxidovaný) a miešaný pomocou prevzdušňovania, ale tiež pri anaeróbnych spôsoboch, kde obsah reaktora nie je prevzdušňovaný, ale uskutočňuje sa mechanické alebo hydrodynamické miešanie.

Biologické spôsoby sa široko používajú na čistenie odpadových vôd. Zvyčajne sa biologické spôsoby používajú na zníženie obsahu organického materiálu vo vode, ale najmä v posledných rokoch biotechnologické spôsoby tiež nachádzajú použitie pri odstraňovaní amoniaku (nitrifikácia), odstraňovaní dusíku denitrifikáciou a odstraňovaní fosforu.

Je potrebné rozlišovať medzi aeróbnymi a anaeróbnymi spôsobmi. Pri aeróbnych spôsoboch mikroorganizmy potrebujú kyslík, zatiaľ čo mikroorganizmy, ktoré sa ako živé používajú pri anaeróbnych spôsoboch, nemusia mať zabezpečený kyslík z voľného okolitého prostredia. Väčšina závodov na čistenie odpadovej vody na celom svete je založená na využití aeróbnych procesov, ale vzrastá záujem o anaeróbne spôsoby, najmä v súvislosti s odstraňovaním dusíka a čistením, ktoré súvisí s odstraňovaním dusíka a čistením koncentrovaných odpadových vôd z priemyslu organických látok.

Rozdiel je tiež medzi biologickými suspenznými systémami a systémami na základe biologického filmu (biofilmu). V biologických suspenzných systémoch sa mikroorganizmy plávajúce vo vode zhlukujú s časticami kalu v biologickom reaktore (bioreaktore). V aeróbnych suspenzných systémoch, v systémoch s aktívnou suspenziou sa častice vytvárajúce suspenziu oddeľujú od vody, a potom vracajú do biologického reaktora, kde sa udržiava najväčšie možné množstvo biomasy.

V systémoch založených na biologickom filme mikroorganizmy rastú na pevných povrchoch biologického reaktora. Biologický film rastie do hrúbky, ako sa mikroorganizmy rozmnožujú, pričom časti biologického filmu budú prípadne odpadať a bude vznikať nový biologický film.

Pretože biologický film je pevne viazaný a pohybuje sa voda, biomasa sa nevracia na využitie mikroorganizmov v najvyššej možnej miere.

V poslednom čase bol veľký sklon k náhrade suspenzných systémov systémami naloženými na biologických filmoch. Hlavnými príčinami toho sú:

a) Biomasa pripadajúca na objemovú jednotku môže byť oveľa vyššia, čo má za výsledok biologický reaktor, ktorý bude mať menší objem.

b) Biologické filmové reaktory môžu odolávať väčším zmenám zaťaženia a tiež zloženiu surovej vody, čo spôsobuje, že biologické filmové metódy sú odolnejšie ako metódy využívajúce aktívnu suspenziu.

c) Porucha pri biologickom spôsobe nemá tak výrazné dôsledky pre metódy založené na biologickom filme, ako je tomu pri spôsoboch založených na aktívnom kale, pretože koncentrácia kalu z biologického reaktora je oveľa nižšia.

Teraz sa vyskytujúce biologické filmové reaktory sú založené na rozdielnych systémoch, ako sú biologické rotory (rotačné biologické stýkače), biologické fitre a reaktory s fluidným lôžkom. Príklady biologických filtrov sú uvedené v Britskom patente č. 2 197 308, Európskom patente č. 301 237a2 a Francúzkom patente č. 73 17859, v ktorých je reaktor naplnený konštrukčnými prvkami, ktoré sú nepohyblivé. Existujú však tiež biologické filtre, v ktorých nosné prostredie pre biologický film je ponorené a kde objem vody je okysličovaný, ale takéto systémy sú založené na pevných nosičových telieskach (nosičoch), ktoré sú umiestnené napevno v reaktore alebo na prvkoch podobných penovej gume, ktoré sú ponechané, aby plávali v aktívnom kale reaktora.

Systémy založené na použití aktívneho kalu (suspenzné systémy) majú nevýhodu v tom, že sa môže ťažko dosahovať dostatočné riadenie oddeľovania kalu, čo má za výsledok, že môže dochádzať k nežiaducej strate kalu s radom následkov pre zachytávač.

Inou zrejmou nevýhodou týchto systémov je, že objem reaktora je veľmi veľký, zatiaľ čo biomasa na jednotku objemu v reaktore je malá.

V porovnaní s bežnými biologickými filmovými systémami (biologickými rotormi a biologickými filtrami) však systémy pracujúce na základe aktívneho kalu majú výhodu v tom, že tieto systémy pracujú s otvoreným biologickým reaktorom, ktorý sa nemôže žiadnym spôsobom zaniesť.

Najväčšou nevýhodou biologických rotorových systémov je, že sú založené na vopred vyrobenom biologickom reaktore, ktorý spôsobuje, že systém je veľmi málo prispôsobivý. Tieto systémy majú značné mechanické problémy s radom biologických rotorov a pokiaľ sa biologický rotor pokazí, je ťažké prispôsobiť biologický rotor inému systému. Napriek tomu existuje niekoľko príkladov biologických rotorových reaktorov, ktoré boli prestavané na biologické filtrové reaktory, ale vtedy bol systém založený na pevnom filtračnom materiáli.

Hlavnou nevýhodou bežného biologického filtrového systému (biologického filtra), kde voda steká po nosnom materiáli na biologický film a kde dochádza k okysličovaniu prirodzeným prevetrávaním, je tá skutočnosť, že objem biologického reaktora je relatívne veľký. Značná nevýhoda je tiež v tom, že v tomto systéme sa množstvo kyslíka dávkované do procesu nemôže upraviť na množstvo, ktoré sa použije pri biologickom spôsobe a ktoré zodpovedá zaťaženiu organickými látkami. Všeobecne je známe, že výsledkom týchto podmienok je, že bežné biologické filtre poskytujú menší čistiaci účinok pre dané zaťaženie orga2 použije pri biologickom spôsobe a ktoré zodpovedá zaťaženiu organickými látkami. Všeobecne je známe, že výsledkom týchto podmienok je, že bežné biologické filtre poskytujú menší čistiaci účinok pre dané zaťaženie organickými látkami na jednotku objemu ako iné biologické fdmové metódy.

Iným typom biologického filtra je tzv. ponorený biologický filter. Jeho princíp spočíva v tom, že napevno upevnený materiál biologického filtra je ponorený do reaktora, zatiaľ čo biomasa sa okysličuje prevzdušňovaním. Rastový povrch ponoreného biologického filtra je stacionárny a najčastejšie spočíva v zvlnenej plastickej hmote šupinkového tvaru, navzájom zlepenej za vzniku kociek, ktoré sú na sebe umiestnené ako stavebné tehly alebo v náhodne umiestnených jednotlivých prvkoch alebo vo forme granulátu, ktoré sú však vždy umiestnené napevno pri svojom použití v biologickom filtri. Hlavnou nevýhodou, s ktorou sú spojené napevno umiestnené ponorené biologické filtre je, že prístup k odvrátenej strane biologického filtra je veľmi ťažký. Ak sa biologický filter zanesie zo spodnej strany alebo ak sa zanesie prevzdušňovacie zariadenie umiestnené pod biologickým filtrom, musí sa na vyčistenie odstaviť celý biologický filter. Tiež je problém v tom, že prvky celého biologického filtra vyplávajú ako dôsledok čiastočného zanesenia a zachytenia veľkých vzduchových vrecák v materiáli biologického filtra.

Iný systém tvorí tzv. biologický reaktor s fluidným lôžkom. Toto riešenie je založené na biologickom reaktore naplnenom pieskom, a vode, ktorá sa čerpá z dna k hornej časti biologického reaktora rýchlosťou, ktorá stačí na fluidizáciu piesku. Biologický film rastie na zrnách piesku. V tomto systéme sa môže dosiahnuť značne veľkého množstva biomasy na jednotku objemu reaktora, pretože špecifická plocha na rast biologického filmuje veľká.

Nevýhodou tohto systému je, že je príčinou veľmi veľkého zaťaženia organickými látkami na jednotku objemu. Preto aeróbne systémy nemôžu byť zásobené dostatočným množstvom kyslíka na jednotku objemu, na nahradenie kyslíka použitého v biomase. Pri praktickom uskutočnení je iným problémom oddeľovanie biologického filmu od zŕn piesku, pretože tie sú malé (zvyčajne 0,4 až 0,6 mm).

Okrem toho sú iné systémy, ktoré sú na hraniciach medzi obvyklými uvedenými systémami. Väčšina týchto systémov je zameraná na zvýšenie biomasy na jednotku objemu biologického reaktora a to pomocou vzniku biofilmu.

Väčšina týchto alternatívnych systémov je založená na riešeniach medzi biologickým filmovým systémom a systémom na základe aktívneho kalu. Kal z posledného separačného stupňa sa vracia z nádrže po poslednom delení do biologickej filmovej kultúry v biologickom reaktore, aby sa zaistila kultúra v suspenzii. Týmto spôsobom sa skúša zvládnutie všetkých problémov.

Tento systém je neuspokojujúci z týchto dôvodov:

a) Koncentrácia kalu v nádrži na oddeľovanie kalu sa stáva veľmi vysokou, čo má za výsledok veľké riziko pre zachytávač, pretože dochádza k strate kalu.

b) Častice suspenzie budú prítomné ako organická prímes na biologickom filme. Táto skutočnosť bola doložená v niekoľkých výskumných projektoch.

Veľmi dôležitou nevýhodou systému založeného na raste biomasy a na malých úlomkoch penovej gumy, ktoré plávajú v reaktore je to, že tieto úlomky plávajú, rovnako tak ako sú naplavené na povrchu vody v biologickom reaktore, a tak dochádza k zlému styku medzi biomasou a prichádzajúcim substrátom. Iná podstatná nevýhoda spočíva v tom, že biomasa rastie iba na povrchu úlomkov a nie v objeme pórov, ako je zamýšľané. To je dôsledkom skutočnosti, že biologický film na vonkajšej strane zabraňuje prístupu vody a substrátu k vnútornému objemu.

Teraz bolo zistené, že sa dá vyhnúť podstatným nevýhodám uvedených systémov, zatiaľ čo súčasne sa môžu zachovať najdôležitejšie výhody každého z týchto systémov.

Podstata vynálezu

Pri spôsobe čistenia vody podľa tohto vynálezu sa používa nový typ nosiča na biologický film, ktorý sa môže používať v biologickom reaktore, kde príslušné biologické organizmy môžu rásť na nosičových telieskach.

Tento vynález poskytuje spôsob čistenia vody, pri ktorom sa odpadová voda dávkuje do reaktora obsahujúceho nosičové telieska, na ktorých rastie biologický film, ktorý pomáha požadovanému precedeniu nečistôt. Tento spôsob napomáha požadovanému prevedeniu nečistôt. Spôsob je vyznačený použitím nosičových teliesok, ktorých častice sú tvorené prvkami pozostávajúcimi z plastu, ktoré majú

a) povrch, ktorý je aspoň 1,5-krát a najmä aspoň dvakrát väčší ako vonkajší povrch hladkých prvkov s rovnakým rozmerom

b) špecifickú hmotnosť v rozsahu od 0,90 do 1,20 kg/dm³, zvyčajne od 0,92 do 0,98 kg/dm³, najmä od 0,92 do 0,96 kg/dm³.

c) povrch chránený proti povlaku biologického filmu počas používania a

d) tvar, ktorý umožňuje ľahší prechod vody biologickým filmom, pričom nosičové telieska s biologickým filmom sa udržiavajú suspendované a pohybujúce sa v reaktore s privádzanou a odvádzanou vodou, pripadne pomocou miešacieho zariadenia.

Je otázkou, či je vhodný veľký rozsah veľkosti častíc nosičových teliesok. Vhodnú veľkosť budú mať častice, ktoré majú dĺžkový rozmer od 0,2 do 3 cm, najmä od 0,5 do 1,5 cm. Ale bolo by treba zdôrazniť, že podstatným znakom je, že nosičové telieska sa udržiavajú suspendované v reaktore a že iné rozmery, ako sú uvedené, sa môžu tiež očakávať.

Výhodne sa nosičové teliesko pripravuje z mäkkého plastu, takže sa nepovlieka na iné nosičové materiály alebo na samotný reaktor s príslušenstvom. V súvislosti s otázkou plastu je treba uvažovať taký plast, ktorý by bol predovšetkým nosičovým materiálom bakteriálneho filmu a recirkulovaný plast by sa mal môcť výhodne používať na prípravu nosičových teliesok.

Neexistujú žiadne zvláštne obmedzenia formy nosičového telieska za predpokladu, že majú veľký povrch na jednotku hmotnosti a uvedenú špecifickú hmotnosť, aby mohli byť vo forme suspenzie. Vhodné nosičové telieska môžu tiež pozostávať z kusov rúrky s vnútornými separačnými stenami. Tak na vonkajších, ako na vnútorných stenách sa bude tvoriť vrstva biologického filmu požadovanej bakteriálnej kultúry. Všeobecne by malo byť toľko separačných stien, koľko je možné na dosiahnutie povrchu mimoriadne veľkého, ale na druhej strane sa musí dosiahnuť to, aby otvory medzi separačnými stenami neboli tak malé, že by sa otvory upchávali. Pokiaľ je nosičové teliesko vo forme kúskov rúrky s vnútornými separačnými stenami, steny rúrky môžu výhodne mať vnútorné zakrivenie, takže na vonkajšej stene nenastáva trenie s inými nosnými telieskami alebo s reaktorom počas operácie. Pritom biologický film na vonkajšej stene nosičového telieska sa uchováva neporušenejší. Rúrka použitá na prípravu nosičového telieska môže mať napr. výhodne vnútorné steny, ktoré vytvárajú kríž. Tiež sa môžu vnútorné steny rúrky zhotoviť z plastového profilu, ale iné profily poskytujúce veľký povrch a jednoduchý priechod sa môžu použiť rovnako dobre. Je tiež možné použiť častice s hrubým povrchom, napr. hrubozmné častice, i keď tieto častice majú menší povrch, ako majú kusy z rúrky.

Oveľa výhodnejšie je nosičovým telieskom kus z vytlačenej rúrky, ktorý má deliace steny v pozdĺžnom smere rúrky, ktoré sú opatrené rebrami na vonkajšej strane. Príčina, prečo také nosičové teliesko je najmä výhodné, spočíva v tom, že sa veľmi ľahko pripravuje, na rozdiel od nosičových teliesok pripravovaných inými spôsobmi, napr. liatím pod tlakom, keď sa každé individuálne teliesko vyrába individuálne. Pri vytlačovaní sa rúrka vytláča nepretržite a reže sa na vhodné kusy. Všetky deliace steny sú potom v pozdĺžnom smere rúrky, takže bez ohľadu na to, kde je rúrka urezaná, priečne rezy sú vo všetkých prípadoch rovnaké.

Okrem toho pri nosičovom teliesku obsahujúcom vnútorné deliace steny je známe, že je výhodné, aby tiež obsahovalo rebrá na vonkajšej strane, takže je vo forme kusu z vytlačenej rúrky, ktorý má deliace steny v pozdĺžnom smere rúrky tak na vonkajšom, ako na vnútornom obvode rúrky. Pri takom usporiadaní sa dosiahne hlavne veľký povrch s relatívne malým množstvom materiálu, napr. plastu, v porovnaní s obvyklým povrchom. Podobne vnútorné povrchy rúrky, rovnako ako vonkajšie povrchy zakončené rebrami, ktoré sú vytlačené na obvode rúrky, budú chránené proti povlaku na biologickom filme počas použitia.

Nosičové teliesko sa používa v reaktore na čistenie vody tým, že sa zavedie príslušné množstvo nosičových teliesok do reaktora a voda sa čistí spracovaním v reaktore pomocou biologického filmu, ktorý sa vytvoril a ktorý rastie na nosičových telieskach. Toto spracovanie vedie k požadovanej premene nečistôt. Výhodne sa používa reaktor s prívodom vody na dne a s odvodom vyčistenej vody z hornej časti reaktora, ale také umiestnenie nie je nevyhnutné, najmä ak sa použije miešacie a cirkulačné zariadenie. Reaktor je bežne vybavený sitom, ktorého oká majú menšiu šírku, ako aký je najmenší priemer nosičového telieska. Toto usporiadanie slúži na to, aby zabránilo nosičovým telieskam uniknúť z reaktora. Nosičové telieska sa môžu ľahko vyčerpať z reaktora a udržovanie reaktora nevyžaduje prerušenie operácie.

Reaktor podľa tohto vynálezu na aeróbne, anoxické alebo anareóbne čistenie vody, vybavený prívodnou rúrkou, výtokom vyčistenej vody a výtokovou trubicou obsahuje biofilmové nosičové telieska so špecifickou hmotnosťou v rozmedzí od 0,90 do 1,20 kg/dm3, zvyčajne od 0,92 do 0,98 kg/dm3, najmä od 0,92 do 0,96 kg/dm3, pričom objem týchto biofilmových nosičových teliesok v prázdnom reaktore presdstavuje 30 až 70 % objemu reaktora, zahrnuje sito na oddeľovanie nosičových teliesok od kvapaliny pri výtoku vyčistenej vody a vybavený miešacím zariadením.

V opise tohto vynálezu a v pripojených patentových nárokoch sa používajú výrazy plastická hmota, mäkká plastická hmota a recirkulovaná plastická hmota. Tieto výrazy majú bežný význam, ktorý je zvyčajný v oblasti makromolekulámej chémie a plastické materiály takto označené nie sú obmedzené na žiadne špecifické plastické hmoty alebo ich skupiny. Takto označenými plastickými hmotami môžu byť ľubovoľné plastické hmoty, ktoré sa zvyčajne používajú v priemyselnej praxi. Ich predovšetkým výhodným príkladom je polyetylén.

Výrazom nosičové teliesko, pozostávajúce z častíc z plastickej hmoty sa označujú kúsky plastického materiálu, ktoré majú

a) povrch, ktorý je aspoň 1,5-krát a najmä aspoň dvakrát väčší ako vonkajší povrch hladkých prvkov s rovnakým rozmerom

b) špecifickú hmotnosť v rozsahu od 0,90 do 1,20 kg/dm3, zvyčajne od 0,92 do 0,98 kg/dm3, najmä od 0,92 do 0,96 kg/dm3.

c) povrch chránený proti povlaku biologického filmu počas používania a

d) tvar, ktorý umožňuje ľahší prechod vody biologickým filmom.

Výraz recirkulovaná plastická hmota sa vzťahuje na plastický materiál, ktorý sa získal z použitej plastickej hmoty. Výraz mäkká plastická hmota označuje plastický materiál mäkkého charakteru, na rozdiel od tvrdých plastických hmôt.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Na pripojených obrázkoch 1 až 3 sú znázornené vhodné typy nosičových teliesok a obrázky 4 až 7 ilustrujú typy reaktorov.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Vhodný typ nosičového telieska s rebrami je ilustrovaný na priečnom reze, ktorý je znázornený na obr. 1. Pri pohľade zo strany bude nosičové teliesko vyzerať ako obdĺžnik. To je takmer najjednoduchší predstaviteľný tvar. Iný tvar je ilustrovaný na obr. 2, kde rúrka má štvorcový prierez a je vybavená niekoľkými vnútornými stenami. Modifikácia tohto uskutočnenia je ilustrovaná na obr. 3, kde vnútorné strany, rovnako ako vonkajšie steny, sú predĺžené na druhú stranu obvodu rúrky, aby sa dosiahli uvedené rebrá. Ako je ilustrované na obr. 1, také rebrá nemusia byť iba pokračovaním vnútorných stien alebo vonkajších stien, ale tiež môžu byť vo forme nezávislých rebier, ktoré sú umiestnené napr. medzi rebrami ilustrovanými na obr. 3.

Jednoduchý reaktor je znázornený na obr. 4, kde reaktor 1 je tvorený valcom, ktorý obsahuje nosičové telieska 2 pre biologický film. Na výtoku 5 vyčistenej vody je reaktor 1 vybavený sitom 3. Voda sa zavádza rúrkou 4 ku dnu nádrže a odsávané plyny sa odvádzajú rúrkou 6 v hornej časti nádrže. Tvorbe peny sa môže zabrániť kropiacim systémom 7, ktorým sa môže rozstrekovať voda na povrch v reaktore.

Obr. 5 ilustruje reaktor vybavený zariadením 8 na zavádzanie vzduchu, ktorým sa zavádza vzduch privádzaný potrubím 9. Tento reaktor je určený na aeróbne spôsoby.

Obr. 6 a 7 ilustrujú reaktory vybavené miešadlom, ktoré sa majú používať pri anaeróbnych spôsoboch a ktoré sú inak podobné reaktoru znázornenému na obr. 1. Na obr. 6 je miešacie zariadenie tvorené vrtuľovým miešadlom 10,

SK 279389 Β6 ktoré je poháňané motorom. Na obr. 7 miešanie zabezpečuje cirkulačné čerpadlo 11, ktoré je prepojené cez cirkulačné potrubie 12.

Nosičové telieska používané v reaktore a spôsob podľa tohto vynálezu tvorí systém, ktorý v porovnaní so systémami známymi z doterajšieho stavu techniky a už opísanými, má niekoľko výhod:

- priestor reaktora je úplne otvorený a dochádza k povrchovému rastu biologického filmu na materiáli, ktorý je tvorený pevnými ncporcznymi časticami a nastáva cirkulácia v biologickom reaktore, pričom špecifická hmotnosť častíc je veľmi blízka 1,0 kg/dm²,

- biologický reaktor sa môže úplne uzatvoriť a nosičový materiál sa môže ponoriť, čo spôsobuje optimálny styk medzi nečistotami vo vode a mikroorganizmami na nosičových telieskach, aký je možný, rovnako ako možnosť plného potlačenia zapáchajúcich látok uvoľňujúcich sa pri spôsobe,

- biologický reaktor sa môže okysličovať prevzdušňovaním, čo umožňuje správne nastavenie spotreby a dodávania kyslíka. Tak sa zaťaženie organickými látkami môže upravovať v súlade so spotrebou v biomase.

Systém podľa tohto vynálezu má rovnaké výhody ako systém založený na aktívnej suspenzii v tom, že reaktor je otvorený, a preto nemôže dochádzať k upchávaniu. Okrem toho reaktor môže mať prakticky ľubovoľnú formu.

Je veľkou výhodou tohto systému, v porovnaní s inými biologickými filmovými systémami, že existujúci systém tvorený aktívnym kalom sa môže veľmi ľahko prestavať takým spôsobom, že sa systém podľa tohto vynálezu prispôsobí existujúcim zariadeniam, ktoré sú založené na princípe aktívneho kalu. Také prestavanie je veľmi komplikované pri iných biologických filmových systémoch.

Rozdiel medzi systémom podľa tohto vynálezu a ponoreným biologickým filtrom už objasneným je predovšetkým v tom, že rastový povrch biologického filmu v systéme podľa tohto vynálezu je vystavený cirkuláciou v biologickom reaktore, ako dôsledok turbulencie uskutočňovanej pri prevzdušňovaní alebo pôsobení hydrodynamických síl, zatiaľ čo rastový povrch v ponorenom biologickom filtri, ako je uvedené, je vstavaný napevno a zvyčajne pozostáva zo zvlneného plastu šupinkového tvaru navzájom zlepenej za vzniku kociek, ktoré sú na seba umiestnené ako stavebné tehly v náhodne umiestnených jednotlivých prvkoch alebo vo forme granulátu, ktoré sú však vždy umiestnené napevno počas prevozu biologického filtra.

V systéme podľa tohto vynálezu upchanie biologického filtračného prostredia nie je možné, pretože biologické filtračné prostredie nie je stacionárne a pohybuje sa pritom, ako dochádza k prúdeniu v biologickom reaktore. Pokiaľ by sa v reaktore upchalo prevzdušňovacie zariadenie, bolo by veľmi jednoduché odstrániť prostredie z biologického fitra jeho jednoduchým vyčerpaním. Podobne sa prostredie môže načerpať do biologického reaktora, ak sa proces začína.

Ak sa biologický reaktor použije na anaeróbne spôsoby, pri ktorých sa neuskutočňuje prevzdušňovanie, prostredie v biologickom reaktore sa podrobí nepretržitému alebo občasnému miešaniu, napr. pomocou vrtuľového miešadla alebo pomocou cirkulačného čerpadla. Preto je možnosť upchania veľmi malá. Naproti tomu, pokiaľ sa použije napevno vstavaný biologický filter, je riziko upchania v anaeróbnom systéme podstatne väčšie. Obsah reaktora sa pri uskutočnení podľa tohto vynálezu môže zahrievať, aby sa urýchlila reakčná rýchlosť pri anaeróbnych podmienkach.

Pri spôsobe podľa tohto vynálezu povrch na objemovú jednotku, požadovaný na operáciu, môže byť rozhodujúci a z neho sa dodávka kyslíka môže upraviť tak, aby bola presne v súlade so spotrebou kyslíka, ku ktorej dochádza. Dodávanie kyslíka sa tiež môže upraviť tak, že sa na okysličovanie použije vzduch, namiesto čistého kyslíka. Častice, na ktorých biologický film rastie, sú porovnateľne veľké a nedochádza k ich klesaniu, ale k cirkulácii alebo sa udržujú v cirkulácii, takže špecifická hmotnosť častíc sa môže voliť nezávisle od množstva vody, ktoré sa požaduje, aby bolo v reaktore.

V systéme podľa tohto vynálezu by sa kal nemal zvyčajne vracať do biologického reaktora na účel zvýšenia biomasy. Ale nedá sa zabrániť, aby sa kal mohol vrátiť, pokiaľ sa napr. použije systém v existujúcom zariadení na základe aktívneho kalu.

Zvláštnym znakom vynálezu je dosiahnutie väčšej dezintegračnej rýchlosti substrátu na objemovú jednotku reaktora, než aká sa dosahuje pri porovnateľnom systéme, a preto dochádza k nižším nákladom na jednotku hmotnosti dezintegrovaného substrátu.

Predmet vynálezu sa dosahuje tým, že sa biologický film nechá rásť na nosičových telieskach podľa tohto vynálezu, ktoré sú umiestnené v reaktore, ktorým preteká voda určená na vyčistenie.

Pokiaľ k aeróbnemu biologickému procesu má dochádzať v biologickom reaktore, obsah reaktora sa prevzdušňuje. Prevzdušňovaním sa nosičové telieska dôkladne miešajú v reakčnom objeme a zaisťuje sa dobrý styk medzi biologickým filmom, rastúcim na nosičových telieskach a substrátom v odpadovej vode.

Keď sa v biologickom reaktore má uskutočňovať anaeróbny spôsob, obsah reaktora sa neprevzdušňuje. Dôkladné miešanie obsahu reaktora sa potom zaisťuje napr. mechanickým miešaním (vrtuľovým miešadlom) alebo cirkulačným čerpaním obsahu reaktora.

Zvyčajne sa nosičové telieska budú udržiavať v reaktore, pokiaľ voda vyteká z reaktora pomocou sita s otvormi trocha menšími, ako je prierez týchto nosičových teliesok. Na zvláštne použitie, napr. na biologické odstraňovanie fosforu, bude tiež možné nechať nosičové telieska vytekať z reaktora s vodou, neskôr uskutočniť delenie a nosičové telieska vracať do reaktora. To v danom prípade umožňuje ponechať biologický film rastúci na nosičových telieskach pretekať tak aeróbnym, ako anaeróbnym reaktorom.

Reaktory môžu byť v dopredu zhotovenej forme, ktorá je úplne uzavretá tal na aeróbne, ako anaeróbne spôsoby. To umožňuje úplné potlačenie zápachu, ktorý môže vznikať v reaktore. Tak v reaktore používanom na aeróbne spôsoby ako v reaktore používanom na anaeróbne spôsoby, plyny odchádzajúce z procesu sa zachytávajú a odvádzajú. Pri aeróbnych spôsoboch odchádzajúce plyny pozostávajú predovšetkým z oxidu uhličitého a menšieho množstva iných plynov, ktoré sa nechávajú odchádzať do vzduchu, prípadne po oddelene uskutočnenej deodorizácii. Pri anaeróbnych spôsoboch odpadové plyny pozostávajú predovšetkým z metánu a oxidu uhličitého s obsahom menšieho množstva iných plynov. Tento bioplyn má vysokú výhrevnosť, a preto sa podľa potreby môže používať na výrobu elektrickej energie.

Pokiaľ sa vynález používa na zlepšenie existujúcich čistiacich zariadení, reaktor bude zvyčajne otvorený, aby sa

SK 279389 Β6 mohli využiť už existujúce nádrže (napr. prevzdušňovacie zásobníky v zariadeniach na základe aktívneho kalu).

Množstvo nosičových teliesok v reaktore sa bude meniť podľa oblasti použitia a použiteľného objemu reaktora. Obvyklé je také množstvo, pri ktorom nosičove telieska vo vyprázdnenom reaktore zaberajú 30 až 70 % objemu reaktora. Ale množstvo sa môže upraviť tak, aby zaťaženie reaktora substrátom bolo prispôsobené k zamýšľanej práci. Množstvo môže byť rozhodujúce pre oxidačnú kapacitu reaktora.

Tri najdôležitejšie hodnoty potrebné na stanovenie rozmerov biologického reaktora sú objem reaktora, počet nosičových teliesok na objemovú jednotku reaktora a množstvo kyslíka, ktoré sa musí zavádzať (v prípade aeróbneho reaktora).

Samotný reaktor sa môže zhotoviť z akéhokoľvek primeraného materiálu, ale napred zhotovené, uzavreté reaktory sa zvyčajne stavajú z ocele alebo GAP, zatiaľ čo otvorené reaktory' sa zvyčajne stavajú z betónu alebo ocele.

Kal z biologického filmu sa môže oddeľovať vypúšťaním z biologického reaktora ľubovoľným technickým postupom na oddeľovanie častíc, ako napr. sedimentáciou, ílotáciou, filtráciou a technickým postupom využívajúcim membrány.

Priemyselná využiteľnosť

Ako je všeobecne opísané, biologický reaktor sa môže používať na všetky čistiace technické postupy založené na biologickej degradácii látky, ktorá sa má odstrániť.

Najdôležitejšou oblasťou použitia však môže byť:

* odstránenie organických látok z odpadovej vody aeróbnou reakciou, * odstránenie organických látok z koncentrovaných organických odpadových vôd anaeróbnou reakciou, * odstránenie amoniaku na dusitan a dusičnan aeróbnou reakciou (nitrifikácia), * odstránenie dusíka redukciou dusitanu a dusičnanu na plynný dusík anaeróbnou (anoxickou) reakciou (denitrifikáciou), * odstránenie fosforu aeróbnou/anaeróbnou reakciou.

Tento vynález poskytuje tieto ďalšie výhody pri čistení odpadovej vody.

* Biologický reaktor podľa tohto vynálezu vyžaduje menší reakčný priestor na odstraňovanie daného počtu hmotnostných jednotiek odpadu (organických látok, amoniaku a pod.) ako existujúce obvyklé usporiadania, keďže je viac biomasy na jednotku objemu.

* V napred zhotovenej (prefabrikovanej) forme je biologický reaktor podľa tohto vynálezu zvyčajne uzavretý, aby sa dosiahlo lepšie potlačenie uvoľňovania zapáchajúcich plynov, ako je tomu pri obvyklých riešeniach.

* Pri aeróbnom uskutočnení je lepšia možnosť upraviť dodávku kyslíka podľa jeho potreby, než ako je to pri bežných systémoch.

* V dôsledku veľkého styčného povrchu medzi biomasou a zavádzaným vzduchom, je dôvod očakávať lepšie využitie kyslíka v reaktore podľa tohto vynálezu, než ako je to pri obvyklých zariadeniach na základe aktívneho kalu. To umožňuje znížiť potrebu vzduchu a následne vznik nákladov na energiu na prevádzku reaktora podľa tohto vynálezu, v porovnaní so systémami založenými na využití aktívneho kalu.

* Reaktor bude mať približne rovnaké znaky tak pre aeróbne, ako pre anaeróbne systémy. Výsledkom toho je, že sa aeróbny systém môže jednoducho prerobiť na anaeróbny systém a naopak. To je najmä výhodné pre systémy, ktoré vyžadujú tak aeróbny, ako anaeróbny stupeň, napr. pre systémy biologického odstraňovania dusíka a fosforu.

* V porovnaní s ponorenými biologickými filtrami so stacionárnym rastovým povrchom pre biofílm, tu nastáva povrchový rast biofilmu, ktorý je oveľa jednoduchšie odstrániť z reakčnej nádoby. Ľahko sa čistí, kontroluje a udržuje tak reaktor, ako aeróbny systém a znižuje sa nebezpečie upchania povrchu, kde dochádza k rastu, prostredím.

* Pri existujúcich biologických čistiacich zariadeniach založených na aktívnom kale sa veľmi ľahko zvýši kapacita, pokiaľ sa existujúce reaktory použijú v systéme podľa tohto vynálezu.

Claims (9)

1. Spôsob čistenia vody, pri ktorom sa odpadová voda dávkuje do reaktora obsahujúceho nosičové telieska, na ktorých rastie biologický film napomáhajúci požadovanej premene nečistôt, vyznačujúci sa tým, že sa použijú nosičové telieska, pozostávajúce z častíc z plastu, ktoré majú

a) povrch, ktorý je aspoň 1,5-krát väčší ako vonkajší povrch hladkých prvkov s rovnakým rozmerom,

b) špecifickú hmotnosť v rozsahu od 0,90 do 1,20 kg/dm^, zvyčajne od 0,92 do 0,98 kg/dm^, najmä od 0,92 do 0,96 kg/dmÁ

c) povrch chránený proti povlaku biologického filmu počas používania a

d) tvar, ktorý umožňuje ľahší prechod vody biologickým filmom, pričom nosičové telieska s biologickým filmom sa udržujú suspendované a pohybujúce sa v reaktore s prívodom a odvodom, a prípadne pomocou miešacieho zariadenia.

2. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa t ý m , že sa použijú nosičové telieska, ktoré majú povrch, ktorý je aspoň dvakrát tak veľký, ako je vonkajšia strana hladkých prvkov s rovnakým rozmerom.

3. Spôsob podľa niektorého z nárokov 1 a 2, vyzná č u j ú t i sa tým, že sa použijú nosičové telieska, ktoré majú dĺžkový rozmer v rozsahu od 0,2 do 3 cm, najmä od 0,5 do 1,5 cm.

4. Spôsob podľa niektorého z nárokov 1 až 3, v y značujúci sa tým, že sa použijú nosičové telieska, ktoré boli pripravené z mäkkej plastickej hmoty, prípadne z recirkulovanej plastickej hmoty a sú vo forme kusov rúrky s vnútornými deliacimi stranami.

5. Spôsob podľa niektorého z nárokov 1 až 4, v y značujúci sa tým, že sa použijú nosičové telieska, ktoré sú tvorené kusmi vytlačenej rúrky z plastickej hmoty.

6. Spôsob podľa nároku 5, vyznačujúci sa t ý m , že sa použijú nosičové telieska, ktorú sú tvorené kusmi rúrky z plastickej hmoty a ktoré majú deliace steny v pozdĺžnom smere rúrky na vnútornom obvode a rebrá na vonkajšej strane v pozdĺžnom smere.

7. Reaktor na aeróbne, anoxické alebo anaeróbne čistenie vody, vybavený prívodnou rúrkou, výtokom vyčistenej vody a výtokovou rúrkou, vyznačujúci sa t ý m , že obsahuje biofilmové nosičové telieska (2) so špecifickou hmotnosťou v rozmedzí od 0,90 do 1,20 kg/drrú, zvyčajne od 0,92 do 0,98 kg/drrú, najmä od 0,92 do 0,96 kg/dm3, pričom ich objem predstavuje 30 až 70 % prázdneho priestoru, ďalej obsahuje sito (3) na oddeľovanie nosičových teliesok od kvapaliny pri výtoku (5) vyčistenej vody a je vybavený miešacím zariadením.

8. Reaktor podľa nároku 7 na aeróbne čistenie vody, vyznačujúci sa tým, že miešacie zariadenie zahrnuje zariadenie (8) na zavádzanie vzduchu z potrubia (9).

9. Reaktor podľa nároku 7 na anaeróbne čistenie vody, vyznačujúci sa tým,že obsahuje miešacie zariadenie, ktoré je tvorené mechanickým miešadlom (10) alebo cirkulačným čerpadlom (11).