CS196593B1 - Způsob biologického čištění odpadních vod, zejména ze zemědělské velkovýroby a zařízení k provádění tohoto způsobu - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu čištění odpadních vod odpadajících zejména v zemědělské velkovýrobě a zařízení k provádění tohoto způsobu.

Převážná většina dosavadních popsaných nebo prováděných způsobů čištění odpadních vod ze zemědělské výroby a zemědělského průmyslu se zakládá na principech urychlení oxidačních procesů organických látek. Používá se aerace při současném účinku aerobních a zčásti anaerobních mikroorganismů. Je možno použít jednak přírodních způsobů, například biologických rybníků s chovem ryb, zavlažovačích zařízení apod., jednak uměle vytvořených způsobů pomocí různých aktivovaných kalů, biologických filtrů nebo podobných principů. Některé novější způsoby čištění odpadních vod ze zemědělství, případně městských odpadních vod, využívají vedle aerobní aktivace biologické činnosti mikroorganismů i elektrolytického předčišťování, např. podle čs. patentu č. 161.063. Přírodní způsoby čištění odpadních vod se zakládají na extenzivním využití rozsáhlejších vodních ploch a nejsou příliš používány, protože často je jejich účinek závislý na proměnlivých vlastnostech odpadních vod a na specifických místních poměrech. V rozsáhlejší míře se však používá umělých způsobů, například biologických filtrů složených z mikroorganismů tvořících tzv. biologický trávník nebo způsobů za pomoci aktivovaných kalů složených z různé bakteriální flóry. Vzduch nebo kyslík se u umělých způsobů přivádí zpravidla uměle.

Nevýhodou přírodních způsobů čištění odpadních vod je jejich omezená způsobilost limitovaná přírodními a místními podmínkami a dále závislost na specifických kvalitách odpadních vod. Umělé způsoby, ať již biologické filtry nebo aktivované kaly, vyžadují výstavbu rozsáhlých zařízení nebo čistíren a jsou náročné na investice. Dosavadní způsoby čištění odpadních vod ze zemědělství mají především tu nevýhodu, že živiny odcházející s odpadní vodou jsou nenávratně ztraceny z koloběhu živin a odcházejí do recipientu jako znečištění, tj. jako anorganická nebo organická zátěž. Všeobecnou nevýhodou dosavadních způsobů a také zařízení k jejich provádění je značná konstrukční náročnost, plošná rozlehlost čistírenských objektů, značné nároky na energii a závislost na ročním období.

Uvedené nedostatky dosavadních způsobů čištění odpadních vod podstatně odstraňuje řešení podle vynálezu, při kterém s cílem dosáhnout biologické a chemické degradace odpadních vod a jejich vyčištění se na odpadní vody působí rostlinami rodu okřehků z čeledi okřehkovitých, Lemnaceae, nasazenými na hladinu odpadních vod, za současného pohybu mělké vrstvy protékajících odpadních vod pod kořeny rostlin, přičemž se při nedostatku denního světla na probíhající biologický proces působí umělým osvětlením o intenzitě 8.000-12.000 luxů a dále se provádí temperace za teploty v rozmezí 15 až 30 °C. K tomuto způsobu se s výhodou použije závitka mnohokořenná, Spirodela polyrhiza, případně okřehek malý, Lemna minor. Tento způsob biologického čištění odpadních vod okřehky podle vynálezu se na rozdíl od jiných způsobů zakládá na principu převedení anorganických a organických látek asimilovaných okřehky na hodnotnou ústrojnou látku rostliny, kterou lze plně znovu využít v procesu zemědělské výroby jako krmivo. Rostliny okřehky obecně, zejména však závitka mnohokořenná, Spirodela polyrhiza a okřehek malý, Lemna minor, jsou schopny využívat živiny z odpadních vod, ve kterých zakořeňují a přetvářet je fotosyntézou na rostlinnou hmotu. Okřehky jakožto vyšší rostliny jsou schopny využívat živiny z odpadních vod daleko intenzivněji než jiné vodní rostliny. Tím dochází k čištění odpadních vod. Laboratorními pokusy a provozním ověřením bylo zjištěno a prokázáno, že okřehky, zejména závitka mnohokořenná, Spirodela polyrhiza a okřehek malý, Lemna minor, přenesené z přírodního prostředí a nasazené na odpadní vodu silně zásobenou biogenními prvky (N, P, K) rostly, zvyšovaly svou počáteční váhu a snižovaly prokazatelně obsah biogenních prvků v odpadní vodě a tím ji čistily. Pro růst okřehků a intenzitu čištění odpadních vod se ukázalo jako výhodné, když odpadní vody proudí v mělké vrstvě kolem kořenů okřehků a přivádějí k nim čisté živiny. Rovněž délka a intenzita osvětlení měly vliv na růst a čistící schopnost okřehků i rychlost asimilace, přičemž optimum osvětlení bylo shledáno při 8.000 až 12.000 luxech, stejně tak jako teplota odpadních vod a ovzduší, jejichž optimum bylo shledáno při 22 až 26 °C, přičemž okřehky vykazují přijatelný růst i v rozsahu teplot 15 až 30 °C. Poměr živin v ověřovaných odpadních vodách byl při laboratorním pokusu tento: Dusík (čistá živina): fosforu (ve formě P₂O₅) byl 2-20 : 1.

Obsah čistého dusíku se v ověřovaných odpadních vodách pohybuje řadově v desítkách až tisících mg/litr, přičemž nejintenzivnější asimilace a přírůstek okřehků byl dosahován při obsahu čistého dusíku ve stovkách mg/litr. Oxidovatelnost podle Kubela byla řádově 100 až 1.000 mg 0₂/litr. Důležitou vlastností okřehků je to, že využívají vzdušný kysličník uhličitý k asimilaci na rozdíl od řasa submersních rostlin, které asimilují kysličník uhličitý ve vodě rozpuštěný nebo vázaný. Toto je hlavní důvod proč růst okřehků není uhlíkem limitován. Okřehky svým kořenovým systémem umožňují také jejich fixaci na podložku (není předmětem vynálězu) pro výhodný rozvoj biomasy až do množství vhodného pro mechanizovatelnou sklizeň.

Laboratorní ověření použitého principu

Laboratorní maketou mělké nádrže o ploše 0,12 m² cirkulovalo 10 I vody za 24 hodin po dobu 7 dnů o stupni znečištění daném těmito hodnotami:

N celkový ....................................... 99,91 mg N/1

P₂O₅ .......................................... 30,0 mg P₂O₅/1

Oxidovatelnost manganistanem.................. 166,0 mg O₂/1

Rozpuštěný kyslík (nasycení v %)...........................0%

Počáteční hmotnost okřehků druhu

Spirodela polyrhiza..................................100g

Po 7 dnech laboratorního provozu při teplotě 20 až 24 °C klesl stupeň znečištění v těchto ukazatelích následovně:

N celkový .....................................22,51 mg N/1

P₂O₅ ..........................................18,75 mg P₂O₅/1

Oxidovatelnost manganistanem...........................62,0 mg O₂/1

Rozpuštěný kyslík (nasycení v %)........................... 55%

Přírůstek okřehků Spirodela polyrhiza........................ 23 g

Uvedené nedostaky dosavadních zařízení pro čištění odpadních vod velmi účinně odstraňuje zařízení podle vynálezu, které sestává nejméně z jedné, zejména však ze 4 až 12 nad sebou anebo vedle sebe umístěných nadzemních mělkých nádrží, na jejichž povrchu na odpadní vodě vegetují okřehky, přičemž jednotlivé nadzemní mělké nádrže jsou vzájemně prostorově vytvořeny v paralelním anebo sériovém uspořádání a gravitačním přepadem z jedné do druhé a celé zařízení je opatřeno umělým osvětlením povrchu nadzemních mělkých nádrží.

Jeden příklad možného výhodného provedení zařízení podle vynálezu je znázorněn na připojeném výkrese, kde obr. 1 znázorňuje pohled na nadzemní mělké nádrže uměstěné nad sebou v sériovém uspořádání s gravitačním přepadem z jedné do druhé a obr. 2 znázorňuje půdorys jedné nadzemní mělké nádrže pro kultivaci okřehků. Na obr. jsou vyobrazeny konstrukční prvky 2,3 a 4 nesené nadzemní mělké nádrže 1 umístěné nad sebou a tak navzájem přesazené, že umožňují přepadový průtok z jedné do druhé. Zařízení je opatřeno výtlačným potrubím 5, zakončeným rozstřikovacím potrubím 6 odpadní vody. Nadzemní mělké nádrže 1 jsou výhodně umístěny nad zásobníky 15 odpadní vody, z nichž se odpadní voda čerpá sacím potrubím 10 přes uzavírací šoupě 9 pomocí čerpadla 8, které odpadní vodu vhání do výtlačného potrubí 5 a rozstřikovacího potrubí 6. Odpadní voda přichází do zásobníku 15 přívodním potrubím 11, proti kterému je vytvořena norná stěna 12. V zásobníku 15 je dále umístěna na výšku regulovatelná stěna 13. Výtokový otvor 14 je určen pro odvádění vyčištěné odpadní vody. Na konstrukčních prvcích 3 a 4 je umístěno umělé osvětlení 7.

Zařízení podle vynálezu funguje následovně: Odpadní voda přichází přívodním potrubím 11 do zásobníku 15, v jehož levé části vytvořená norná stěna 12 uklidňuje proud odpadní vody přitékající potrubím 11. Ze zásobníku 15 se odpadní voda čerpá sacím potrubím 10 prostřednictvím čerpadla 8 do výtlačného potrubí 5 a z něho do rozstřikovacího potrubí 6, z kterého natéká na horní mělkou nádrž 1. Z horní mělké nádrže 1 přepadá odpadní voda gravitačně sama do níže položených mělkých nádrží 1, až nakonec z poslední přepadá do pravé části zásobníku 15. Podle potřeby je možno uzavíracím šoupětem 9 dosáhnout toho, že se odpadní voda čerpá z levé části zásobníku 15 nebo i z jeho pravé části. Přepadová stěna 13 je podle potřeby na výšku regulovatelná, například ubíráním nebo přidáváním prvků, z nichž sestává tak, aby k výtokovému otvoru 14 přicházela pouze dobře vyčištěná odpadní voda. Na povrchu odpadní vody nacházející se v nadzemních mělkých nádržích 1 se pěstují okřehky, k jejichž kořenům se neustále přivádí uvedeným způsobem odpadní voda, takže dochází k jejímu několikanásobnému čištění.

Okřehky pěstované na povrchu odpadní vody v mělkých nádržích 1 jsou podle potřeby osvětlovány umělým osvětlením 7, aby se zintenzivnil jejich růst a čisticí účinek. Výhodou popsaného zařízení je také zejména to, že je lze prostorově úsporně umístit do uzavřeného prostoru a tento prostor temperovat na teplotu vhodnou pro kultivaci okřehků. Okřehky vegetující na povrchu odpadní vody v mělkých nádržích 1 lze dobře mechanizovaně sklízet a dále jako krmivo upotřebit.

Způsob čištění odpadních vod a zařízení pro jeho provádění podle vynálezu má proti dosud používaným způsobům a zařízením řadu výhod a nových účinků. Použitím, kultivací a umístěním vhodných okřehků v nadzemních mělkých nádržích uspořádaných například nad sebou podle obr. 1 se umožní na relativně malém prostoru a na relativně malé ploše (např. 100 m²) dosáhnout asimilační a čisticí efekt ekvivalentní biologickému čisticímu účinku rybníku o výměře několika desítek arů, případně několika hektarů v závislosti na počtu nad sebou použitých mělkých nádrží. Zařízení dle vynálezu umožňuje svými rozměry, aby bylo umístěno do uzavřeného, například temperovaného nebo klimatizovaného prostoru a tím se stává nezávislým na ročním období a může být provozováno i za nízkých venkovních teplot v zimě, což není možné u dosavadních způsobů venkovního biologického čištění odpadních vod. Možnost osvětlení podle potřeby podstatně urychluje intenzitu růstu, asimilační způsobilost a čisticí účinek okřehků tím, že umožňuje biologické pochody v rostlině i v noci a v ročním období s krátkým denním světlem. Vyšší účinnek způsobu a zařízení podle vynálezu spočívá mimo vyčištění odpadních vod také v tom, že se produkuje značné množství biomasy okřehků, která je způsobilá jako kvalitní bílkovinné krmivo a svou nutriční biologickou hodnotou se blíží zelené vojtěšce, přičemž biomasa je mechanizovatelně skliditelná, což je dáno tím, že okřehky volně plují na hladině aniž by byly kořenovým systémem připoutány ke dnu.

Způsob a zařízení podle vynálezu lze využít k čištění odpadních vod ze zemědělské velkovýroby, podle potřeby mechanicky předčištěných, popřípadě i k čištění jiných organicky zatížených odpadních vod prostých cyklických uhlovodíků a detergentů, solí těžkých kovů, bez většího podílu saponátů nebo desinfekčních a asanačních chemopreparátů.

Claims (5)

1. Způsob biologického čištění odpadních vod, zejména ze zemědělské velkovýroby, vyznačený tím, že na odpadní vody se působí rostlinami rodu okřehků z čeledi okřehkovitých, Lemnaceae, nasazenými na hladinu odpadních vod, za současného pohybu mělké vrstvy protékajících odpadních vod pod kořeny kultivovaných rostlin, přičemž se při nedostatku denního světla působí na probíhající biologický proces umělým osvětlením o intenzitě 8000 až 12 000 luxů a dále se provádí temperace v rozmezí 15-30 °C

2. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že se použije závitka mnohokořenná, Spirodela polyrhiza anebo okřehek malý, Lemna minor.

3. Zařízení k provádění způsobu podle bodů 1 a 2, vyznačené tím, že sestává nejméně z jedné, zejména však ze 4 až 12 nad sebou anebo vedle sebe umístěných nadzemních mělkých nádrží (1), na jejichž povrchu vegetují okřehky

4. Zařízení podle bodu 3, vyznačené tím, že jednotlivé nadzemní mělké nádrže (1) jsou vzájemně prostorově vytvořeny v paralelním anebo sériovém uspořádání s gravitačním přepadem z jedné do druhé

5. Zařízení podle bodů 3 a 4, vyznačené tím, že je opatřeno umělým osvětlením (7) povrchu nadzemních mělkých nádrží (1)