CS228208B1 - Zařízení pro biologické čištění odpadních vod obsahujících uhlíkaté a dusíkaté látky - Google Patents

Abstract

Zařízeni pro biologické čištění odpadních vod, obsahujících uhlíkaté a dusíkaté látky. Denitrifikační prostor je spojen s přívodem surové vody, vytvořeným v nádrži se svislým válcovým pláštěm. V nádrži je vytvořen také separačnl prostor pro fluidní filtraci, který je napojen na denitrifikační prostor prostřednictvím odvodu aktivního kalu. S denitrifikačním prostorem nádrže je spojen aktivační prostor, vytvořený v další nádrži β válcovým pláštěm, opatřeným aeračními elementy.

Description

Vynález se týká zařízení pro biologické čištění odpadních vod, obsahujících uhlíkaté a dusíkaté látky, prostřednictvím aerobní aktivace a nitrifikace a anaerobní denitrifikace jednotným aktivovaným kalem.

Zařízení je vhodné zvlášť pro komplexní čištění splaškových vod při jejich vypouštění do stojatých vod, nebo pro zpracování odpadních vod s vysokým obsahem čpavku a organického vázaného dusíku, jako je např. kejda hospodářských zvířat.

Procesy odstraňování dusíkatých látek v odpadních vodách současně s odstraňováním uhlíkatých látek jsou v technologii čištění vody známé a využívané. Nejvíce používanou technologií pro dosažení tohoto cíle je metoda jednotného aktivovaného kalu střídavě vystaveného aerobním a anaerobním podmínkám.

U těchto komplexních způsobů čištění vody probíhají v aerobním aktivačním procesu enzymatické oxidační procesy organických látek a oxidace amoniaku na dusičnany a v anaerobní části procesu pak redukce dusičnanů za přítomnosti organických uhlíkatých látek, jako donátorů vodíku na plynný dusík. Jsou známé i podmínky účinného průběhu nitrifikačních a denitrifikačních procesů, z nichž nejdůležltější je teplota v rozmezí 13 až 35 °C, vhodné pH a zejména dostatečné stáří kalu, zajišťující potřebnou koncentraci nitrifikačních a denitrifikačních mikroorganismů v aktivovaném kalu.

Při čištění odpadních vod se současným odstraňováním dusíkatých látek se doposud nejčastěji používají klasická zařízení, u kterých vlastní procesy aerobní aktivace i anaerobní denitrifikace probíhají v samostatných oddělených nádržích, separace aktivovaného kalu je prováděna sedimentací v samostatné sedimentační nádrži, ze které je oddělený aktivovaný kal přečerpáván zpět do prvního stupně v procesu čištění vody.

Existují různé kombinace zapojení čistících nádrží, případně i s přidáváním sekundárních živin. Jako nejvhodnější kombinace se prosadilo zapojení dvou čistících nádrží za. sebou, z nichž první obsahuje denitrifikaci a druhá aktivaci, přičemž surová voda přichází do denitrifikace, z aktivace se voda recirkuluje do denitrifikace a rovněž aktivovaný kal, separovaný sedimentací, se přečerpává do denitrifikace. Uvedená kombinace se prosadila vzhledem ke své jednoduchosti a vzhledem k tomu, že nevyžaduje přidávání sekundárních živin.

Byla též navržena zařízení, která pro uvedené čištění používají separaci aktivovaného kalu fluidní filtrací se samočinným vracením aktivovaného kalu do procesu. Tato zařízení rovněž používají anaerobní denitrifikace s přívodem surové vody a aerobní aktivaci s recirkulací čištěné vody z aktivace do denitrifikace. Vzhledem k tomu, že při tomto procesu je voda, ze které je separován aktivovaný kal, odváděna do separace z aerobní aktivace, je separace umístěna nad aerobní aktivací a separovaný aktivovaný kal je vracen do aerobní aktivace a do denitrifikace se dostává uvedenou recirkulacl.

Uvedená známá zařízení mají však různé nevýhody. U všech těchto zařízení vyžaduje denitrififcační prostor míchání pro udrženi aktivovaného kalu v suspenzi. Známá zařízení mají poměrně nízký specifický výkon a značnou závislost na klimatických poměrech. V důsledku poměrně nízké efektivnosti separace sedimentací je v těchto zařízeních dosahována nepříliš vysoká koncentrace aktivovaného kalu. Protože procesy nitrifikace/denltrifikace značně závisí na stáří kalu, musí být pro dosažení dostatečné velikosti tohoto parametru použity velké specifické objemy zařízeni, což znamená nízký specifický výkon. Velké objemy zařízení ee negativně projevují jednak ve vysoká ceně zařízení, jednak ve značně velké výměně tepla a okolím, což vzhledem k teplotní závislosti procesů nitrifikacj/denitrifikace je silně nepříznivé, zejmána v zimním období.

U zařízeni se separací aktivovaného kalu fluidní filtrací je sice koncentrace aktivovaného kalu v zařízeni dosti vysoká, ale koncentrace v denitrifikaci nižší než v aerobní aktivaci, protože aktivovaný kal, jak bylo již uvedeno, se dostává do denitrifikace recir3 kulaci z aerobní aktivace. DalSí nevýhodou tSchto zařízení jsou problémy s likvidací pěny, které vzniká na hladině aerobní aktivace obzvláště při čištění koncentrovaných odpadních vod, v důsledku toho, že volná hladina aerobní aktivace je podstatně zmeněena separací, umístěnou nad touto aktivaci.

Vynález si klade za cíl vytvořit zařízení, jež odstraňují nedostatky známých řešení a jež umožňují podstatnou intenzifikaci procesu čištění, dále pak účinné rozrušování pěny tvořící se v aerobním aktivačním prostoru, spolehlivou funkci i při nízkých teplotách a zařízení, jež jsou i výrobně a provozně jednoduché, s možností snadného přizpůsobení i rozdílným nebo kolísavým podmínkám.

Podstata vynálezu spočívá v tom, že nad denitrifikačnlm prostorem napojeným na přívod surové vody a vytvořeným v nádrži přednostně se svislým válcovým pláětěm je v táže nádrži vytvořen separační prostor pro fluidní filtraci, napojený na odtok a oddělený od děnitrifikačního prostoru, šikmou dělicí stěnou s výhodou kuželovitou, kterýžto separační prostor je propojen β denitrifikačním prostorem prostřednictvím kalového odvodu, přičemž s denitrifikačnim prostorem nádrže je propojen aktivační prostor, vytvořený v dalěí nádrži přednostně s válcovým pláštěm a opatřený provzduěňovacími elementy a výstupem napojeným na přívod do separačního prostoru.

Podle jiného provedení podle vynálezu nádrž, v níž je vytvořen denitrlfikačnl prostor, nad nímž je separační prostor a nádrž, v níž je vytvořen aktivační prostor, jsou uspořádány tak, že nádrž, v níž je vytvořen denitrifikačni prostor, nad nímž je separační prostor, je umístěna v nádrži, v níž je vytvořen aktivační prostor.

U dalšího provedeni podle vynálezu je kalový odvod vytvořen trubkou, navazující na spodní okraj šikmé dělicí stěny směrem dolů.

Dalším význakem je, že kalový odvod je vyveden až do spodní části denitrifikačního prostoru, nebo že je zakončen tangenciálním vyústěním, jež je uspořádáno v rozdělovaclm prostoru mezi rozšířením a protilehlou částí kónického dna, a dále že v separačním prostoru je uspořádán přívod aktivační směsi, vytvořený jako svislé trubice, β výhodou koaxiální s osou nádrže.

Jiným význakem je, že v přívodu aktivační směsi je uspořádán přívod surové vody, jehož vyústění sahá do kalového odvodu.

Výhodné řešení je to, podle něhož přívod aktivační směsi je tvořen prostorem mezi spodní vnější částí šikmé dělicí stěny a protilehle uspořádanou oddělovací stěnou, v jejíž horní části jsou vytvořeny otvory, tvořící odvod aktivační směsi, přičemž na spodní okraj oddělovací stěny navazuje kalový odvod.

Pro dobrou funkci je výhodné řešení, kde propojení denitrifikačního prostoru s aktivačním prostorem je vytvořeno odvodem aktivační směsi, čerpadlem a výtlakem, jehož hubice je vyvedena do aktivačního prostoru, s výhodou nad volnou hladinu aktivační směsi.

Je rovněž výhodné řešeni, kde propojení denitrifikačního prostoru e aktivačním prostorem je tvořeno průchody, vytvořenými v horní části svislého válcového pláště, popř. i spodními průchody, vytvořenými ve spodní části svislého válcového pláště, popř. kde propojení denitrifikačního prostoru s aktivačním prostorem je tvořeno odvodem, zavedeným pod kónické dno s otvory, přičemž odvod směsi je v aktivačním prostoru zakončeném mamutkovým čerpadlem.

Podle vynálezu je dále aktivační prostor s denitrifikačním prostorem propojen regulačním obtokem buň přímo, nebo prostřednictvím regulačního přepadu, popř. i částí odvodu aktivační směsi a kalového odvodu.

Příklady provedení podle vynálezu jsou schematicky znázorněny na připojených vyobrazeních, kde obr. 1 představuje svislý osový řez zařízením uspořádaným ve dvou samostatných nádržích, umístěných vedle sebe, obr. 2 svislý řez zařízením, rovněž se dvěma vedla sebe uspořádanými nádržemi jiného provedení, obr. 3 svislý osový řez monoblokovým provedením, v němž jsou obě nádrže uspořádány souose, obr. 4 a 5 pak jiná monobloková provedení, rovněž ve svislém osovém řezu.

U provedeni podle obr. 1 je anaerobní denitrifikační prostor £ v nádrži se svislým válcovým pláštěm £ umístěn vedle nádrže tvořené válcovým pláštěm 111. v daném případě rovněž svislým víkem ££ a dnem 100. obsahující aerobní aktivační prostor 2 s volnou hladinou 116. V nádrži se svislým válcovým pléětěm £ je v její horní Sásti Šikmou dělicí stěnou 2« v daném případě kuželovitou, vytvořen separaSní prostor 2 Ρ^Γθ fluidnl filtraci, opatřený ve své spodní Sásti kalovým odvodem 13 pro odvod separovaného kalu, pod nímž je umístěna clona 46. překrývající kolmý průmět vyústění kalového odvodu £2·

Anaerobní dentrifikační prostor £ je dole vymezen kónicky směrem dolů se zužujícím dnem 40. opatřeným u spodku výpustí 101 a odvodem 113 aktivační směsi napojeným na čerpadlo 20. sloužící jako zdroj cirkulace v uzavřeném cirkulačním okruhu aktivační směsi mezi anaerobním denitrifikačním prostorem £ a aerobním aktivačním prostorem 2·

Výtlak 23 čerpadla 20 je zaústěn hubicí 24 s výhodou do protipěnováho prostoru 22» vytvořeného válcovým pláětěm 111 nad volnou hladinou 116 v aerobním aktivačním prostoru 25. Aktivační prostor 2 má ve dně 100 výpust 102 a je opatřen pneumatickým provzdužňovaclm systémem sestávajícím z neznézorněného známého dmychadla, rozváděče 60 vzduchu a provzduíňovacích elementů 2S·

U volné hladiny 116 aerobního aktivačního prostoru 2 d® umístěn regulační známý přepad 241 ze kterého je odděleně vyveden odvod 115 aktivované směsi do přívodu g, a tím i do separačnlho prostoru 2, dále regulační obtok 114. který je zaústěn tangenciálně pcď Šikmou dělicí stěnu 2 do denitrifikačního prostoi*u 6 a dále pak odvod 56 přebytečného aktivovaného kalu, vyvedený mimo zařízení.

Přívod g do separačního prostoru 2 d® ukončen nad jeho spodní části, přičemž spodní hrana ££ přívodu g a dělicí stěna 2 vytváří vstup do separačního prostoru 2· ^Ned vstupem 12 je odplyňovaci kužel g propojen s přívodem g odvzduěňovacími otvory 10. V úrovni hladiny 30 separačnlho prostoru 2 d^e umístěn sběrný žlab 22, opatřený odtokem 21 vyčištěné vody. Vrcholová část denitrifikačního prostoru £ je opatřena odplyňovacími trubkami 2£·

Popsané zařízení pracuje následovně: Surová voda je vedena přívodem £Z surové vody přes regulační přepad 54 do denitrifikačního prostoru £ regulačním obtokem 114.

Aktivační směs cirkuluje v podstatě v uzavřeném cirkulačním okruhu, do něhož je zařazen anaerobní denitrifikační prostor £ a aerobní aktivační prostor £. Přitom dochází k oxidaci čpavku obsaženého v odpadní vodě a redukci dusitanů a dusičnanů na plynný dusík enzymatickou činností mikroorganismů aktivovaného kalu, a tím k odstranění dusíkatých látek ze znečistěné vody.

Odvod 115 aktivační směsi z aerobního aktivačního prostora 2 d® napojen na známý regulační přepad 54 do nějž ústí výstup 119. a je připojen na separační prostor 2 přes přívod g, přičemž aktivovaný kal, zachycený ve fluidnl filtraci v separačním prostora 2 d* automaticky gravitačně vracen do denitrifikačního prostora £ kalovým odvodem £2, a tím do řečeného uzavřeného cirkulačního okruhu.

Jelikož účinnost denitrifikace je v tomto propojeni závislá na intenzitě cirkulace v uzavřeném cirkulačním okruhu, je intenzita cirkulace xvýžena na desetinásobek průtoku surové vody. Toto zvýěené množství cirkulace je vedeno mimo přívod g do separačního pro5 storu 2 s použitím regulačního obtoku 2L2 z důvodů odstranění rušivých vlivů, které by měla zvýšená intenzita proudění v přívodu £ na fluidní filtraci v separačním prostoru 2·

Pro přítok do separace je optimální cca dvojnásobné množství přítoku surové vody do zařízení, což zaručuje optimální funkci separace ve fluidním filtru. Pro rozdělení aktivační směsi odtékající z aerobního aktivačního prostoru 2 výstupem 119 slouží zmíněný regulační přepad 54. který mimo rozdělení aktivační směsi na přívod 8 do separačního prostoru 2 a na regulační obtok 1.14 zajišluje i prostřednictvím odvodu 56 přebytečného aktivačního kalu jeho odvod mimo zařízeni.

Tangenciálně zaústěný regulační obtok 114 vytváří v anaerobním denitrifikačním prostoru 6 krouživá sestupná proudění, do kterého je přimíšen separovaný aktivovaný kal, vra“ cející se do separačního prostoru 2 kalovým odvodem 12» Clona 46 zabraňuje pronikání plynů z denitrifikačního prostoru 6 do separačního prostorní 2 ^a současně napomáhá rovnoměrnému rozmíseni vraceného aktivovaného kalu do aktivační směsi v tomto prostoru.

Aktivační směs je odebírána ze spodní kónicky se zužující části aktivačního prostoru £ odvodem 113 aktivační směsi. Recirkulace aktivační směsi je u příkladného zařízení využíváno současně i pro rozrušování pěny vznikající u odpadních vod s větší koncentrací povrchově aktivních látek při provzdušňování pneumatickým provzdušňovacím systémem, a to postřikem v protipěnovém prostoru 25. vytvořeném nad volnou hladinou 116. Potřebný tlak pro postřik pěny se dosahuje použitím čerpadla 20. pro vytvoření postřiku je použito vhodné hubice £2·

Vyčištěná voda, zbavená jak uhlíkatých, tak dusíkatých látek, je po separaci aktivovaného kalu ve fluidním filtru odebírána v hladině 30 sběrnými žlaby 29 a odtokem 31 je odváděna mimo zařízení. Vyloučené plyny uvolňované z denitrifikačního prostoru 6 odplyňovacími trubkami 22> plyny vyloučené na spodní straně 11 přívodu § jsou shromažáovény v odplynovacím kužel! 2 a odváděny odvzduěnovacími otvory 10 do přívodu £ a déle do volné atmosféry. Vypouštění denitrifikačního prostoru 6 je prováděno výpustí 101 a vypouštěni aktivačního prostoru 2 výpustí 102. Provzdušňování aktivačního prostoru 2 je pneumatické s použitím známých provzdušňovacích elementů 28. napojených rozváděčem 60 vzduchu na neznázorhěný zdroj stlačeného vzduchu.

Popsané zařízení je určeno pro čištění silně znečištěných odpadních vod s vysokým obsahem uhlíkatých a dusíkatých a povrchově aktivních látek, např. kejdy hospodářských zvířat.

Technické řešení aparátu pro komplexní čištění vody podle vynálezu může být při zachování základních prvků provedeno i jinak. Příklad takové modifikace zařízení podle vynálezu je zobrazen na obr. 2.

Zařízení podle obr. 2 sestává ze dvou nádrží přednostně se svislým válcovým pláštěm 2 a 111. V nádrži s pláštěm 2 je v její horní části vytvořen separační prostor 2 pro fluidní filtraci, napojený na odtok 31 a oddělený od denitrifikačního prostoru 6 šikmou dělicí stěnou 2» s výhodou kuželovitou. Přívod £ aktivační směsi do separačního prostoru 2 je tvořen prstencovým prostorem mezi spodní vnější částí šikmé dělicí stěny 2 a protilehle uspořádanou oddělovací stěnou 121. v jejíž horní části jsou vytvořeny otvory 22.) napojené na odvod 115 aktivační směsi. Na spodní okraj oddělovací, stěny 121 navazuje směrem dolů kalový odvod 22) který zasahuje do spodní části denitrifikačního prostoru 6.

S denitrifikačním prostorem 6 je propojen aktivační prostor 2> vytvořený v další nádrži přednostně s válcovým pláštěm 111. která'u tohoto provedení je umístěna vedle nádrže s válcovým pláštěm 2· ^K tomuto propojení slouží odvod 113 aktivační směsi opatřený čerpadlem 22) např. mamutkovitého typu, umístěným přímo v aktivačním prostoru 2· Aktivační prostor 2 je opatřen odvzdušňovacími elementy 28 napojenými na neznázorněný zdroj stlačeného vzduchu a déle je opatřen výstupem 114 napojeným na regulační přepad 54 se třemi přepady, z nichž první je napojen na přívod § do separačního prostoru £, druhý na recirkulační obtok 114 zaústěný do denitrifikačního prostoru £ a třetí je vyveden do odvodu ££ přebytečného aktivovaného kalu. Do reoirkulačního obtoku 114 je zaústěn i přívod XJ surové vody. Popsané zařízeni je zejména vhodné pro silně znečištěné odpadní vody, např. zootechnické kapalné odpady.

Popsané zařízení pracuje následovně: Čištění- odpadní vody obsahující uhlíkaté a dusíkaté látky probíhá v popsaném zařízeni následovně: Čištění uhlíkatých látek se současnou oxidací amoniaku probíhá v aktivačním prostoru £. Zde za přítomnosti kyslíku dodávaného do aktivační směsi provzdušňovacími elementy 28 odbourávají mikroorganismy aktivovaného kalu organická uhlíkatá znečištění odpadní vody a oxidují amoniak na dusičnany.

Výstupem 119 je aktivační směs odváděna z aktivačního prostoru £ do regulačního přepadu 5,4, ^ve kterém je proud aktivační směsi rozdělován na tři části, a to odvodu 115 aktivační směsi, ústícího do přívodu £ v separačním prostoru i, déle do recirkulačního obtoku 114 a do odvodu 56 přebytečného aktivovaného kalu. Přívodem £ aktivační směs vstupuje do separačního prostoru £, kde ve vzestupném prouděni dochází filtrací ve fluidnl vrstvě aktivovaného kalu k oddělení vyčištěné vody od aktivovaného kalu. Vyčištěná voda je sbíráná sběrným žlabem 29 a odtokem 31 odváděna mimo zařízení.

Zachycené částice aktivovaného kalu vzájemně koagulují a gravitačně propadávají do spodní části separačního prostoru i a kalovým odvodem 13 jsou vedeny do spodní části denitrifikačního prostoru £. Do horní části je recirkulačním obtokem 114 přiváděna aktivační směs z aktivačního prostoru £ spolu se surovou vodou přiváděnou přívodem 17 do regulačního přepadu 54. V denitrifikačním prostoru £ jsou anaerobní podmínky, za kterých denitrifikační bakterie, přítomné v aktivačním kalu, redukují dusičnany vzniklé v aktivačním prostoru £ na plynný dusík, který odchází do volné atmosféry odvzdušněním 57. -Aktivační směs je pak ze spodní části denitrifikačního prostoru £ přiváděna do aktivačního prostoru £.

Jiné, monoblokové provedení je znázorněno na obr. 3. U tohoto provedení nádrž s válcovým pláštěm 111. obsahující aerobní aktivační prostor £ prstencového tvaru s volnou hladinou 116 obklopuje nádrž se svislým válcovým pláštěm X, obsahující anaerobní denitrifikační prostor £ a separačnl prostor £· Mimo tuto změnu ve vzájemném uspořádání obou nádrží vykazuje zařízení podle obr. 3 i některé další změny ve vzájemném propojení a hydraulickém uspořádáni v anaerobním prostoru denitrifikace.

Výstup 119 aktivačního prostoru je u tohoto zařízení tvořen výtlakem čerpadla 21. např. mamutkováho, a přívodem £2 vzduchu, umístěného v aktivačním prostoru £, ve kterém je rovněž umístěn pneumatice provzdušňovaci systém sestávající z rozváděče ££ vzduchu a provzdušňovacích elementů ££·

Výstup 119. tj. výtlak z čerpadla 21» ústi do regulačního přepadu 54. ve kterém se rozděluje proud aktivační emčai na tři čáati. Jedna část je odvodem 115 aktivační směsi odvádtaa do přívodu £ a odtud vstupem 12. tvořeným spodní hranou ,1J přívodu £ a protilehlou čáati Šikmé dělicí stěny 2 proudí do separačního prostoru £. Druhá část aktivační směsi ja vedena regulačním obtokem 114. napojeným na přívod £Z surová vody, do kalového odvodu 1£, a tím do spodní části denitrifikačního prostoru £.

řro odvod třetí čáati aktivační směsi z regulačního přepadu ££ slouží odvod ££ přebytečnáho aktivovaného kalu.

la kalový odvod 1£ navazuje v jeho spodní části rozšířeni ££, která s protilehlým kónickým dnem ££ vytváří rozdšlovací prostor X£, do kterého je kalový odvod U vyveden tangenciálním vyústěním 18. Rozdělovači prostor X£ je propojen s denitrifikačním prostorem £. Odvod aktivační směsi z anaerobního denitrifikačního prostoru £ je tvořen průchody ££

v horní části pláště 2, kterými tento prostor ve vrcholu komunikuje se sousedícím aerobním aktivačním prostorem £, průtok aktivační směsi v denitrifikačním prostoru 6 má tedy směr zespodu nahoru.

Separační prostor 2 je opatřen odplyňovacím kuželem 2« ^pro odvzdušnSní odplyňovacího kužele 2 slouží odplyňovací otvory 10 v přívodu § do separačního prostoru J. U hladiny 30 separačního prostoru J je sběrný žlab 22 s odtokem 21· Nádrž se svislým válcovým pláštěm 2 je opatřena víkem £ó, které uzavírá separační prostor J, Válcový pléěl 21i nad volnou hladinou 116 aktivačního prostoru 2 a nad víkem 26 vytváří protipěnový prostor 25 s pěnovou hladinou 21S» ve kterém jsou osazeny mechanické rozražeče 117 pěny, Denitrifikační prostor 6 je opatřen výpustí 101 a aktivační prostor 2 výpustí 102.

Zařízení zobrazené na obr. 3 pracuje obdobně jako zařízení na obr. 1. Surová voda je přiváděna přítokem 22 do regulačního obtoku 114. který je zaústěn do kalového odvodu 22, jímž je současně vracen aktivovaný kal, oddělený fluidní filtrací v separačním prostoru 2, zpět do aktivačního procesu čištění. Kalový odvod 13 ústí do rozdělovacího prostoru 25.» kde jeho tangenciální vyústění 22 způsobuje žádoucí rotační pohyb suspenze. Pasáží 16 vstupuje aktivační směs do denitrifikačního prostoru 6 a proudí směrem nahoru a průchody 49 ve svislém válcovém plášti 2 přechází do aktivačního prostoru 2·

Velikost průtočné plochy pasáže 16 činí 2 až 2,5 % průtočné plochy denitrifikačního prostoru 6, což zaručuje optimální podmínky dokonalé fluidizace aktivovaného kalu, a tím i příznivé podmínky pro děnitrifikační procesy. V případě intenzívní cirkulace lze doséhnout mnohonásobku přítoku surové vody na zařízení.

Cirkulace mezi denitrifikačním prostorem 2 ⁸ aktivačním prostorem 2 3® zabezpečena zmíněným mamutkovým čerpadlem 22» které čerpá aktivační směs do regulačního přepadu 54. sloužícího pro rozdělení aktivační směsi na tři části, a to jak již uvedeno, na část přiváděnou do separačního prostoru 2, odkud je po separaci aktivovaného kalu fluidní filtrací odebírána vyčištěná voda sběrným žlabem 29. ⁸ odváděna odtokem 31. dále na část tvořící regulační obtok 114 a na část, které odvádí přebytečný aktivovaný kal odvodem 56 mimo čistící zařízeni.

K tomuto účelu je regulační přepad 54 vybaven třemi přepady, od nichž jsou vedeny: odvod 115 aktivační směsi, regulační obtok 114 a odvod 56 přebytečného aktivovaného kalu.

Na rozdíl od příkladného zařízení zobrazeného na obr. 1 není u zař/ ·' ni používána cirkulované aktivační směs pro rozrušování pěny postřikem. K tomuto účels eiauží mechanické rozražeče 117 pěny, jejichž působením, jakož i působením gravitačních sil na pěnu, je udržována pěnová hladina 118 na potřebné úrovni.

Zařízení podle obr. 3 je určeno pro čištění odpadních vod s vysokým obsahem uhlíkatých, dusíkatých látek a povrchově aktivních látek, svým monoblokovým uspořádáním j-s však zvláště vhodné pro chladnější oblasti a pro případy, kdy pro likvidaci pěny stačí mechanické rozražeče pěny bez nutnosti postřiku.

Další příkladné provedení zařízení zobrazené na obr. 4 zachovává zélí ^;’· »jrvky, je však svým konkrétním řešením provedeno jinak. U tohoto provedení nádrž válcový» pláštěm 111. obsahující aktivační prostor 2> obklopuje nádrž se svislým válcovým pláště® 2> obsahující denitrifikační prostor 6 a separační prostor 2> přičemž separační prostor 2 zaujímá celou plochu nádrže s pláštěm 111. tedy šikmá dělicí stěna 2 přesahuje v půdorysném pohledu denitrifikační prostor 2 ⁸ zakrývá aktivační prostor 2· Jako zdroj cirkulace je použito opět čerpadlo 22» např. mamutkové, s přívodem 52 vzduchu, na jehož výtlaku, tvořícím vystup 119 je regulační přepad 54. z něhož vychází odvod 115 aktivační směsi z aerobního aktivačního prostoru 2> zavedený do přívodu £, a tím i do separačního prostoru 2«

Déle je na regulační přepad 54 napojen odvod 56 přebytečného aktivovaného kalu. Vstup do separačního prostoru £ je tvořen spodní hranou 11 přívodu £ a protilehlou částí Šikmá dělicí stěny £, vymezující separační prostor £ zespodu. V separačním prostoru £ je umístěn odplyňovací kužel £, propojený odplyňovacími otvory 10 s přívodem £.

U hladiny 30 je sběrný žlab 29 opatřený odtokovým potrubím £1.. Spodní část kónického separačního prostoru £ je propojena kalovým odvodem 13 separovaného aktivovaného kalu s anaerobním denitrifikačním prostorem £. Do kalového odvodu 13 ústí přívod 12 surové vody a pod vyústěním kalového odvodu 13 je umístěna clona 46 tak, že překrývá svislý průmět vyústění odvodu 13.

Odvod aktivační směsi z anaerobního denitrifikačního prostoru £ je tvořen jednak spodními průchody 50 v pláěti £ umístěnými u dna 40. jednak průchody 49 v horní části denitrifikačního prostoru £, přičemž průtok aktivační směsi anaerobním denitrifikačním prostorem 6 směřuje seshora dolů v oblasti pod zaústěním kalového odvodu 13 separovaného kalu a zespodu nahoru v oblasti nad řečeným zaústěním.

Aerobní aktivační prostor £ komunikuje s volnou atmosférou pomocí odvzduěnění 57. Pro odvodnění celého zařízení slouží výpusť 102.

Zařízení podle obr. 4 pracuje proti předchozím příkladům s těmi rozdíly, že není použit recirkulační obtok 114. čerpadlo £1, tj. zdroj kapaliny recirkulace, čerpá pouze množství, nutné pro přivádění do separačního prostoru £, což minimálně činí dvojnásobek celkového přítoku do aparátu a stačí pro odvod separovaného aktivovaného kalu. V takovém případě intenzita cirkulace se rovné jedné. To by nestačilo na udržení aktivovaného kalu v anaerobním denitrifikačním prostoru £ v podmínkách dokonalé fluidizace a je proto zvoleno proudění v tomto prostoru se shora dolů, jako u zařízení podle obr. 1. Protože však zde není recirkulační obtok 114. který je u zařízeni podle obr. 1 zaveden do horní části aerobního aktivačního prostoru £, byla by část anaerobního denitrifikačního prostoru £ nad kalovým odvodem 13 nevyužita, a proto je odvod 113 aktivační směsi z anaerobního denitrifikačního prostoru £ uspořádán jak dole - spodními průchody 50 - tak nahoře - průchody l£.

Oba průchody jsou ve formě otvorů v pláěti £ a jejich rozdílnou průtočnou velikostí je rozdělen průtok nahoru a dolů v poměru objemu anaerobního denitrifikačního prostoru £ pod a nad kalovým odvodem 13. Separační prostor £ pokrývá celý průřez nádrže s pláštěm 111. odvedení vzduchu přiváděného provzdušňovacim systémem je zajištěno odvzdušnšním £2.

Zařízení je určeno pro čištění odpadních vod znečištěných menšími koncentracemi uhlíkatých a dusíkatých látek s malým množstvím povrchovš aktivních látek nemajících tendenci k pěnění, např. splaškových vod z.odpadních vod masného průmyslu apod.

U provedení podle obr. 5 je nádrž, v níž je denitrifikační prostor £, nad nímž je separační prostor £ a nádrž, v níž je vytvořen aktivační prostor £, uspořádány tak, že nádrž, v níž je vytvořen denitrifikační prostor £ je umístěna v nádrži, v níž je vytvořen aktivační prostor £. Umístění obou řečených nádrží-je s výhodou koaxiální, přičemž šikmá dšlicí stěna i, oddělující separační prostor £, přesahuje denitrifikační prostor £ a překrývá i aktivační prostor £.

Převod £ aktivační směsi je tvořen prostorem mezi spodní vnější částí šikmé dšlicí stěny £ a protilehle uspořádanou oddělovací stěnou 121. v jejíž horní části jsou vytvořeny otvory 115. do aktivačního prostoru £. Na spodní okraj oddělovací stěny 121 navazuje kalový odvod 1 3. Propojení denitrifikačního prostoru £ s aktivačním prostorem £ je tvořeno odvodem 113 aktivační směsi, zavedeným pod kónické dno 40. mající otvory i££. Odvod 113 aktivační směsi je ukončen v aktivačním prostoru £ mamutkovým Čerpadlem 122. V horní Sásti je denitrifikační prostor £ propojen s aktivačním prostorem £ recirkulačním obtokem 114. do kterého je zaústěn přívod 17 surové vody. Ve vrcholu denitrifikačního prostoru £ v plášti £ jsou odplyňovací otvory 120.

Aktivační prostor £ je opatřen provzdušnovacími elementy 28 napojenými zaváděčem vzduchu 60 na neznázorněný zdroj stlačeného vzduchu. Ve vrcholové části aktivačního prostoru £, shora uzavřeného dělicí stěnou 2» 3® odvzdušnění ££. V separačním prostoru £ je umístěn odplyňovací kužel £ a sběrný žlab 29. ze kterého je vyveden odtok 31 vyčištěné vody.

Popsané zařízení pracuje následovně: Surová odpadni voda je přiváděna přívodem 17 do recirkulačnlho obtoku 114. který spojuje aktivační prostor £ s denitrifikačním prostorem 6. Recirkulační obtok je vyústěn v horní části denitrifikačního prostoru 6 tangenciálně, čímž vstupující recirkulovaná aktivační směs se surovou vodou vykonává v denitrifikačnim prostoru 6 rotační pohyb. Aktivační směs, vstupující do denitrifikačního prostoru 6, obsahuje dusičnany, vzniklé v procesu aerobního aktivačního čiětění v aktivačním prostoru

- £ souběžně s biodegradací organických látek.

Za přítomnosti organických látek přiváděné surové odpadní vody, jakožto donátorů vo- díku, probíhají v denitrifikačním prostoru 6 redukce dusičnanů na plynný dusík, kterýžto proces probíhá při šroubovitém pohybu aktivační směsi v denitrifikačním prostoru 6 směrem dolů. Vzniklý plynný dusík přechází odplyňovaeími otvory 120 do aktivačního prostoru £ a odtud odvzduěněním 57 do volné atmosféry.

Odběr aktivační směsi z denitrifikačního prostoru 6 je prováděn v jeho spodní části, a to pomocí odvodu 113. vyvedeného do aktivačního prostora £. Jako čerpadlo je použito mamutkového čerpadla 122. Pro rovnoměrný odběr aktivační směsi z aktivačního prostora £ a pro zabráněni mrtvým koutům slouží kónické dno 40 s otvory 123. pod které je zaústěn odvod 113.

V aktivačním prostoru £ za přítomnosti rozpuštěného kyslíku, dodávaného provzdušňovacím systémem, probíhá aerobní aktivační biodegradace uhlíkatých organických látek s nucenou oxidací čpavku na dusičnany, které jsou jak bylo výše popsáno, redukovány na plynný dusík denitrifikačním! pochody v denitrifikačním prostora 6.

Účinnost odstranění dusičnanů je závislé na intenzitě cirkulace aktivační směsi mezi aktivačním a denitrifikačním prostorem. Pro docíleni této cirkulace slouží popsaný recirkulační obtok 111 a odvod 113 aktivační směsi a lze ho nastavit množstvím vzduchu přiváděného do mamutkového čerpadla 122. Pro nižěí znečištění odpadní vody dusíkatými látkami postačuje intenzita cirkulace mezi aktivačním prostorem £ a denitrifikačním prostorem 6 v jednotkách násobku nátoku na čistírnu.

Pro odpadní vody s vyšší koncentrací dusíkatých látek vyžaduje účinné odstraňování dusičnanů cirkulaci v desítkách násobklbnátoku. Pro odstraňování aktivovaného kalu od vyčištěné vody je použita filtrace ve fluidnim filtru v separačním prostora £. Aktivační směs přichází do separačního prostoru £ otvory, majícími funkci odvodu 115 aktivační směsi, již zmíněným přívodem g. Okolo spodního okraje šikmé dělicí stěny 2 obrací se proud aktivační směsi vzhůru a vstupuje do fluidního filtru, kde dochází k filtračnímu oddělení částic aktivovaného kalu od vyčištěné vody. Částice vzduchu, které se vylučují na spodní hraně dělicí stěny 2> v místě ohybu proudění aktivační směsí, jsou zachytávány odplynovacím kuželem £, vyčištěná voda zbavená aktivovaného kalu je odebírána sběrným žlabem 29 a odtokem 31 odváděna mimo aparát.

Filtrací zachycené a vykoagulované částice aktivovaného kalu propadají gravitačně do spodní části separačního prostora £ a odtud kalovým odvodem 13 do denitrifikačního prostora

6. Vysokou účinnosti separace aktivovaného kalu fluidní filtrací se dociluje vysoké koncentrace aktivovaného kalu v čisticím procesu, a tím i potřebného stáří kalu, což je zvláště důležité pro průběh nitrifikačních a denitrifikačních procesů, které jsou způsobeny nitrifikačními a denitrifikačními mikroorganismy, mající růstovou rychlost podstatně nižší, než-li mikroorganismy působící biodegradací uhlíkatých organických látek. Proto má-li dojít k namnožení specifických nitrifikačních a denitrifikačních mikroorganismů, je nezbytné zajistit potřebné stáří kalu. Příkladné zařízení popsané na obr. 5 je výhodné zejména pro méně koncentrované odpadní vody s menším obsahem uhlíkatého znečištění.

Zařízení podle vynálezu mají četné výhody. Ve srovnání a tradičními typy zařízení se separací aktivovaného kalu sedimentují a nuceným vracením separovaného aktivovaného kalu dosahuje se u zařízení podle vynálezu významných zlepšení technologického rázu. Dosahuje se podstatně vyšší koncentrace aktivovaného kalu proti zařízením se separací suspenze sedimentací v důsledku toho, že látkové povrchové zatížení fluidního filtru je 2 až 3násobně vyšší, nežli u sedimentace. Dosažení vyšší koncentrace aktivovaného kalu v poměru účinnosti obou separačních procesů je zvláště důležité pro nitrifikační a denitrifikační procesy, nebol intenzita procesu závisí na množství nitrifikačních a denitrifikačních mirkoorganismů v biocenoze aktivovaného kalu. Protože kultury odbourávající dusíkaté látky se množí přibližně o řád pomaleji nežli kultury mikroorganismů biodegradujících uhlíkaté organické látky, je poměrně zastoupení nitrifikačních a denitrifikačních mikroorganismů závislé na stáří kalu, který je závislý na koncentraci aktivovaného kalu v procesu. Přináší proto použití fluidní filtrace pro odstraňování dusíkatých látek z vody podstatnou intenzifikaci procesu čištění.

Proti známým zařízením používajícím fluidní filtraci pro čištění vody uhlíkatých látek současně s dusíkatými, kde se vrací separovaný aktivovaný kal do aerobního aktivačního prostoru, je u zařízení podle vynálezu dosahována též vyšší koncentrace aktivovaného kalu jeho vracením přímo do anaerobního denitrifikačního prostoru.

Další podstatnou výhodou uspořádání zařízení podle vynálezu je možnost vytvořeni velkého protipěnového prostoru nad volnou hladinou v aerobním aktivačním prostoru, s možností jejího rozrušování postřikem nebo mechanicky gravitačně. To je zvléšl důležité u odpadních vod s velkou tendenci k tvorbě pěny při vysokém obsahu povrchově aktivních látek, jako je tomu například u zootechnických odpadních vod. To přináší další přednosti technologického rázu, nebol účinné rozrušování pěny u zařízení podle vynálezu umožňuje použít pneumatický provzdušňovaci systém. Pneumatický systém, na rozdíl od mechanických povrchových provzduěňovacích systémů, sice nepřispívá k rozrušování vznikající pěny, spíše k tvorbě pěny, ale jeho velkou výhodou je to, že neochlazuje aktivační směs, jak to činí mechanické provzduěňovací systémy. To rozhodující měrou přispívá k zachování optimálních podmínek pro průběh nitrifikačních a denitrifikačních pochodů, u nichž nemá klesnout teplota aktivační směsi pod 13 °C, pod níž dochází již k výraznému zpomalování čisticích procesů, a proto je nutná aktivační směs v zimním období přihřívat. U zařízení podle vynálezu lze zejména u provedení podle obr. 2 docílit takovou teplotní bilanci, že ani v silných mrazech do -30 °C není nutné teplo do systému přidávat, čímž jsou vytvářeny předpoklady pro dosažení velkých úspor, např. až 100 000 kcal.Q^-1 při čistírnu pro 15 000 ks prasat. Výhodou je i velká účinnost odstraňování dusíkatých látek, regulovatelná velikostí cirkulačního obtoku.

Mimo těchto technologických výhod mé zařízení podle vynálezu i značné výhody konstrukční. Obecně představuje konstrukci výrobně jednoduchou, značně přizpůsobivou pro růané kapacity a pro proměnná znečištění jak do obsahu uhlíkatých, tak dusíkatých a povrchově aktivních látek. Lze proto při zachování základních prvků dílčími změnami hydraulického uspořádání a změnami objemu jednotlivých funkčních prostorů přizpůsobit zařízení druhu odpadní vody. To umožňuje pokrýt velkou škálu potřeby čištění vody - od čištění splaškových vod, až po koncentrované zootechnické odpadní vody.

Vertikální koncepce konstrukce nádrží je výhodná jak pro aerobní aktivaci z hlediska použitého pneumatického provzdušňovacího systému, tak i pro anaerobní denitrifikaci, nebol umožňuje takové proudění v denitrifikačním prostoru, které nevyžaduje mechanické míchání, jak je tomu u používaných známých systémů. Propojení separačního prostorní s anaerobním denitrifikačním prostorem, ve kterém není intenzívní cirkulační proudění vyvolané provzdušňovénlm, podstatně zjednodušuje i hydraulický systém separace proti doposud známým systé11 mům, kde vracení separované aktivační směsi bylo vyvedeno do aerobního aktivačního prostoru. Při monoblokovém uspořádání přistupuje k řečeným výhodám jednoduchost propojení a minimální externí plocha pláStě, což přispívá k příznivé tepelné bilanci procesu. Válcové tvary plášlů nádrže umožňuji snadnou výrobu a montáž.

Jednoduchost zařízení podle vynálezu a jeho rozsáhlé flexibilita na rozdílné složení odpadních vod, spolu s dosahovanou vysokou intenzitou čistících procesů, mající za důsledek malé rozměry zařízení a vysokou účinnost čištění, činí ze zařízení podle vynálezu nový typ s vysokými užitnými parametry, umožňující v rozsáhlé míře ekonomicky pokrýt zvyěující se nároky na kvalitu čištěné vody. Jedná se proto o novou generaci zařízení pro čištění vody.

Claims (13)

1. Zařízení pro biologické čištění odpadních vod obsahujících uhlíkaté a dusíkaté látky, prostřednictvím anaerobní denitrifikace, aerobní aktivace a nitrifikace jednotným aktivovaným kalem, vyznačené tlm, že nad denitrifikačním prostorem (6) napojeným na přívod (7) surové, vody a vytvořeným v nédrži přednostně se svislým válcovým pláštěm (1) je v téže nádrži vytvořen separační prostor (3) pro fluidní filtraci, napojený na odtok (31) a oddělený od denitrifikačního prostoru (6) šikmou dělicí stěnou (2), s výhodou kuželovitou, kterýžto separační prostor (3) je propojen s denitrifikačním prostorem (6) prostřednictvím kalového odvodu (13), přičemž s denitrifikačním prostorem (6) nádrže je propojen aktivační prostor (5), vytvořený v další nédrži přednostně s válcovým pláštěm (111), opatřený provzdušňovacími elementy (26) a výstupem napojeným na přívod (8) do separačního prostoru (3).

2. Zařízení podle bodu 1, vyznačené tím, že nádrž, v níž je vytvořen denitrifikační prostor (6), nad nimž je separační prostor (3) a nádrž, v níž je vytvořen aktivační prostor (5), jsou uspořádány tak, že nádrž, v níž je vytvořen denitrifikační prostor (6), nad nímž je separační prostor (3), je umístěna v nádrži, v níž je vytvořen aktivační prostor (5).

3. Zařízení podle bodu 1 a 2, vyznačené tím, že nádrž, v níž je vytvořen denitrifikační prostor· (6) a nádrž, v níž je vytvořen aktivační prostor (5), jsou uspořádány koaxiálně a šikmé dělicí stěna (2) přesahuje denitrifikační prostor (6) a zakrývá aktivační prostor (5).

4. Zařízení podle bodu 1, vyznačené tím, zující na spodní okraj šikmé dělicí stěny (2)

5. Zařízení podle bodu 4, vyznačené tím, řáděna clona (4č).

6. Zařízení podle bodu 4, vyznačené tím, části denitrifikačního prostoru (6).

že kalový odvod (13) je tvořen trubkou, navasměrem dolů.

že proti ústí kalového odvodu (13) je uspože kalový odvod (13) je vyveden až do spodní

7. Zařízení podle bodu 6, vyznačené tím, že kalový odvod ním vyústěním (18), jež je uspořádáno v rozdělovacím prostoru protilehlou čésti kónického dna (40).

(13) je zakončen tangenciél(15) mezi rozšířením (14) a

8. Zařízení podle bodu 1, vyznačené tlm, že v separačním prostoru (3) je uspořádán přívod (8) aktivační směsi, vytvořený jako svislá trubice, s výhodou koaxiální s osou nádrže, přičemž jeho spodní okraj sahá do spodní části separačního prostoru (3) a jež je napojen na výstup (119) aktivačního prostoru (5) prostřednictvím odvodu (115) aktivační směsi a regulačního přepadu (54).

9. Zařízení podle bodu 8, vyznačený tím, že v přívodu (8) aktivační směsi je uspořádán přívod (17) surová vody, jehož vyústění sahá do kalového odvodu (13).

10. Zařízení podle bodu 1, vyznačené tím, že přívod (8) aktivační směsi je tvořen prostorem mezi spodní vnější částí šikmá dělicí stěny (2) a protilehle uspořádanou oddělovací stěnou (121), v jejíž horní části jsou vytvořeny otvory, tvořící odvod (115) aktivační směsi, přičemž na spodní okraj oddělovací stěny (121) navazuje kalový odvod (13).

11. Zeřízení podle bodu 1, vyznačené tím, že propojení denitrifikačního prostoru (6) s aktivačním prostorem (5) je tvořeno odvodem (1,3) aktivační směsi čerpadlem (20) a výtlakem (23), jehož hubice (24) je vyvedena do aktivačního prostoru (5), s výhodou nad volnou hladinu (116) aktivační směsi.

12. Zařízení podle bodu 1, vyznačené tím, že propojení denitrifikačního prostoru (6) s aktivačním prostorem (5) je tvořeno průchody (49), vytvořenými v horní části svislého válcového pláště (1), popř. i spodními průchody (50), vytvořenými ve spodní části svislého válcového pláště (1).

13. Zařízení podle bodů 1 a 10, vyznačené tím, že propojeni denitrifikačního prostoru (6) s aktivačním prostorem (5) je tvořeno odvodem (113), zavedeným pod kónické dno (40) s otvory (123), přičemž odvod (113) směsi je v aktivačním prostoru (5) zakončen mamutkovým čerpadlem (122).

,4. Zařízení podle bodu 1, vyznačené tím, že aktivační prostor (5) je s denitrifikačním prostorem (6) propojen regulačním obtokem (114) bu3 přímo, nebo prostřednictvím regulačního přepadu (54), popřípadě i částí odvodu aktivační směsi (115) a kalového odvodu (13).