CS259077B1 - Zařízení pro biotechnologickou detoxikaci a dekontaminaci vod s ochranou biotechnologických náplní - Google Patents

Abstract

Zařízením se chrání v něm použité biologické detoxikační a dekontaminačni náplně před kolísáním obsahu odstraňovaných škodlivin z připojeného dočasného nebo trvalého vodného zdroje, kterým se biologicky détoxikují a dekontaminují vody. Jeho podstata spočívá v tom, že ke zdroji znečistěné vody je připojena směšovací vana napojená na recirkulační okruh sestávající z vyrovnávací nádrže, propojené se zásobníkem tlakové vody, spojená s ionexovou kolonou, která je zpětně připojena do eměsovaoí vany. Přitom vstupy ionexovó kolony jsou opatřeny kultivátorem tvořeným mikroorganismy Pusarium moniliforme a Chlorella vulgaris, popřípadě Scenedesmus quadricauda, Scenedesmus oblicus, Stygioolonium. Zařízení lze' využít při řešení oplachových systémů v povrchových úpravách umístěných přímo za zdrojem znečištění. Také při řešení likvidace odpadních vod speciálního složení.

Description

Vynález se týká zařízení, chránícího v nám použité biologické detoxikační a dekontaminačni náplně před kolísáním obsahu odstraňovaných škodlivin z připojeného dočasného nebo trvalého vodnfho zrdroje, kterým se biologicky detoxikují a dekontaminují vody, zvláště s obsahem kyanidových a jim podobných sloučenin a iontů některých obecných, zvláště těžkých kovů, přičemž vzniká možnost úplné recirkulace zpracovávané vody a úplného nebo částečného zachycení zvláště těžkých kovů. a popřípadě i jiných odpadových látek.

, V současné době jsou biotechnologické postupy destrukce kyanidových a jim podobných sloučenin provozovány v zařízeních, které pracují odstavným režimem i při průběžném provozu. Přitom nejsou známá zařízení pro detoxikaci a dekontaminaci vod s obsahem takových škodlivin za přítomnosti těžkých kovů. Zařízení pro odstavné režimy, upravená pro průběžný provoz, jsou provozně náročná, například pro obtíže s přípravou a kultivací dostatečného množství kultury s potřebnou aktivitou a homogenitou k době předpokládané spotřeby. Nevýhody některých jiných metod čištění kyanidových odpadních vod, např. alkalické chlorace, při níž dochází k zasolování vod, jsou příčinou, proč jsou hledána a navrhována řešení, využívající enzymatické aktivity vhodných kmenů mikroorganismů, případně jejich schopnosti vázat na biomasu těžké kovy. Tyto metody nedoznaly zatím rozšíření, snad také proto, že k nim chybí vhodná zařízení odstraňující jejich zdánlivou nepohotovost a zdlouhavost. Setrvávající stav má pak vcelku za následek odklon od technologií, u nichž zneškodňování odpadních vod a odpadů vůbec je spojeno s neλ žádoucími riziky.

Tyto dosavadní nedostatky v podstatě odstraňuje zařízení pro biotechnologickou detoxikaci a dekontaminaci vod s ochranou biotechnologických náplní podle tohoto vynálezu, jehož podstata spo259077

- 3 čivá v tom, že ke zdroji znečistěné vody je připojena směšovací Vana napojená na alespoň jeden reciikulační okruh tvořený spojovacím potrubím přivedeným do vyrovnávací nádrže, převáděcím potrubím připojeným přes recirkulační čerpadlo zásobníku tlakové vody, který je napojen recirkulačním potrubím na vstup alespoň jedné ionexové kolony napojené pokračujícím recirkulačním potrubím zpětně do směšovací vany, přičemž vstupy ionexové kolony jsou opatřeny kultivátorem tvořeným mikroorganismy Fusarium moniliforme a Chlorella vulgaris, popřípadě Scenedesmus quadricauda, Scenedesmus oblicus, Stygioclonium. K vyrovnávací nádrži je jednak potrubím pro přívod mikroorganismů připojen biocenotický kultivátor s výplní vyjímatelných nosičů kulturou mikroorganismů, rozmnoženou v živném roztoku, jednak potrubím pro přívod živin ze zásobníku živin, Ve směšovací vaně je vytvořena obchvatná část opatřená filtrační stěnou a regulační štěrbinou, přičemž v obchvatné částí ústí recirkulační potrubí přivedené z ionexových kolon. Recirkulační čerpadlo má hodinový čerpací výkon v rozmezí od 0,01 až 100 násobku objemu zpracovávané vody, obsažené v recikrulačním okruhu. Recikrulační okruh je společný pro nejméně dvě směšovací vany s obdobným, popř. podobným charakterem odpadové vody.

Výhodou zařízení je jeho schopnost zvyšovat účinnost nasazením biologických detoxikačních a dekontaminačních náplní při čistění s kolísavým obsahem různorodých škodlivin a jedů, jako iontů těžkých kovů, kyanidů a jiných látek, spotřebovávajících ve vodě rozpuštěný kyslík, přičemž zařízení nezbytně chrání biologické použité násady proti kolísajícímu obsahu škodlivin ve zpracovávaných vodách. Přitom umožňuje využívat zpracováním vyčištěné vody k recirkulaci a zachycené části některých škodlivin k jejich regeneraci. Proces čištění v takovém zařízení je spolehlivý i při zpožděném, účinku nasazených kultur mikroorganismů na škodliviny obsažené ve zpracované vodě, zvláště při jejím větším obsahu v likvidační smyčce proti objemu udržovanému ve směšovací vaně.

Příklad provedení zařízení je schematicky znázorněn na přiloženém vyobrazení.

Zařízení sestává ze směšovací vany 1 napojené přívodním potrubím 2 nebo jiným převáděcím zařízením, jako je jednosměrný

V dopravník oplachovaných součástí, na zdroj 3 znečistěné vody.

například ze zlaticí kyanidové lázně. Spojovacím potrubím 4 jo směšovací vana 1 připojena s vyrovnávací nádrží 5, která je převáděcím potrubím 6 přes recirkulaění čerpadlo 7 spojena se zásobníkem 8 tlakové vody. Ve vyrovnávací nádrži 5 ústí jednak potrubí 9 pro přívod mikroorganismů, vyvedené z biocenotického kultivátoru 10, jednak potrubí 11 pro přívod živin, vyvedené ze zásobníku 12 živin. Zásobník 8 tlakové vody je' recirkulačním potrubím 13 spojen přes ionexové kolony 14. 15 s obchvatnou částí 16 směšovací vany χ, od níž je oddělena filtrační ctěnou 17. V prostoru obchvatné části 16 je umístěna regulační štěrbina 18 průtoku. Vstupy ionexových kolon 14. 15 jsou opatřeny kultivátorem 19, tvořeným kulturou mikroorganismů pozůstávajících např. z kmene nižší houby Fusarium moniliforme a z kmene* řasy Chlorella vulgaris. Kultivátory 19 jsou doplněny výplní vyjímatelných nosičů s obsahem živin. Směšovací vana 1 je přepadovým potrubím 20 nebo jiným převáděcím zařízením, jako je jednosměrný dopravník oplachovaných součástí, spojena s oplachovou · vanou 21. která je opatřena výpustním potrubím 22 nebo jiným převáděcím zařízením, jako je jednosměrný dopravník oplachovaných součástí, připojeným například na koncové oplachovací zařízení.

Popsané zařízení ve zjednodušeném provedení s vypuštěním biocenotického kultivátoru 10, zásobníku 12 živin, obchvatné části 16, filtrační stěny 17, regulační štěrbiny 18 a k nim příslušných potrubí 9, 11, je použitelné u systémů se sníženou provozní náročností.

Podstatnou částí tohoto zařízení je řecirkulační okruh £

- na výkrese znázorněno čárkovaně*, tvořený spojovacím potrubím 4 vycházejícím ze směšovací vany 1, vyrovnávací nádrže 5, převáděcím potrubím 6, recirkulačnim čerpadlem 7, zásobníkem 8 tlakové vody, ionexovými kolonami 14, 15 a recirkulačnim potrubím 13 zpětně připojeným do směšovací vany Π Přitom těchto recirkulačních okruhů A může být několik, vycházejících a zpětně přivedených do jedné směšovací vany χ. Je také možné, aby recirkulaění okruh A byl společný pro nejméně dvě na sebe vzájemně připojené směšovací vany 1, l/ s obdobným, případně podobným charakterem odpadní vody.

259Ó77

Všechny části zařízení jsou z konstrukčních materiálů kov, plasty , s výhodou pak ze skla. Jsou osvětlovány denním a umělým osvětlením pracovní místnosti.

V popsaném zařízení jsou vytvořeny minimálně nutné podmínky pro ochranu kultivovaných mikroorganismů, které svou činností detoxikují a dekontaminují zpracovávanou vodu. Za tím účelem se na směšovací vanu 1_, do níž se přivádí ze zdroje 3 znečistěné vody škodliviny ve formě vodného roztoku nebo disperze, připojuje recirkulační okruh A, v němž se zpracovávaná voda s obsahem škodlivin detoxikuje a/nebo dekontaminuje. Ve směšovací vaně 2 se tedy kříží proud škodliviny s proudem recirkulačního okruhu A. Přitom proud škodliviny způsobuje v náplni směšovací vany _1 koncentrační nárazy. Ty by za kritických podmínek mohly být příčinou poškození nasazených kultur mikroorganismů,a£ již jednodruhových nebo směsných. Proto se ve vstupní části recirkulačního okruhu A voda přicházející ze směšovací vany 2 ředí recirkulační vodou z náplně vyrovnávací nádrže 5, recirkulačního čerpadla 7 a zásobníku 8 tlakové vody. Tím se koncentrační rozdíly v obsahu jednotlivých složek zpracovávané vody snižují, popřípadě vyrovnávají, takže zpracovávaná odpadní voda přichází do hlavního biotechnologického stupně ve značné míře homogenizovaná. Kromě toho je zpracovávaná voda také provzdušněná z vyrovnávací nádrže 5, tím odpadá nebo se snižuje významně riziko přestoupení mezní koncentrace škodliviny kultivovaných mikroorganismů s následnou možností poškození kultur. Samotný detoxikační a/nebo dekontaminační proces probíhá působením náplně mikroorganismů intenzitou, která je úměrná jejich místnímu rozložení jak v kultivátorech 19 ionexových kolon 14, 15, tak i v celém recirkulačním okruhu A. Biomasa je převážně lokalizována do kultivátorů 19 s výplní výhodně preparovanou živinami mikroorganismů a ozařovaných denním i umělým světlem.

Samotný detoxikační a/nebo dekontaminují čí proces zahrnuje jednak enzymatický rozklad škodlivin z rozpuštěných oxidovatelných látek až na oxid uhličitý, případně uhličitany, dusičnany, popřípadě jiné dobře nebo i méně rozpustné látky, jednak také zachycování přítomných obecných a Máště těžkých kovů a jiných nereagujících komponentů na odumírající biomase. Biomasa je zčásti vyplavována do celého objemu náplně recirkulačního okruhu A.

Vzhledem k tomu, že kultury jsou z nepathogenních mikroorganismů, není toto vyplavování mikroorganismů na závadu. V případech potřeby, např. z hygienických důvodů, je možno oddělit objemy pěstovaných detoxikaěních kultur fyzikálně i mechanicky, například filtry různých typů, membránami a podobně. V tomto případě jeto provedenu v obchvatné části 16 směšovací vany 1^ opatřené filtrační stěnou 17. Regulace průtoku je přitom obstarávána regulační štěrbinou 18 této obchvatné části 16. Rostoucí a posléze odumírající kultury mikroorganismů zužitkují ke svému růstu biogenní prvky a složky, a to zejména tehdy, je-li zařízení provozováno se směsnou kulturou, obsahující též fototrofnl organismy , např. zelené kokální řady rodu Chlorella scenedesmus apod. . Objem takových kultur roste trvale za současné kumulace obecných i těž^ kých kovů a nereagujících komponentů do žijící a odumřelé biomasy· Podíly biogenních prvků a složek jsou v autochtonním procesu vytvářeny v optimální skladbě, ale v jisté Části zpravidla v nadbytku. Tyto složky byse jinak hromadily v recirkulační náplni v rozpuštěném stavu a jen Částečně by byly z náplně vynášeny nebo jinak odstraňovány, což by mohlo být příčinou utlumení biologických procesů. Proto je v recirkulačním okruhu A zařazena sorpční nebo ionexová kolona, skládající se zpravidla z anexu ane bo katexu v aktivním cyklu, popř. z náplně aktivní sorpční hmoty, jako je aktivní uhlí. Na tyto látky se produkty rozkladu zachycují, jako např. NOg*, CO^** aj· Tím má recirkulační náplň v celém objemu dlouhodobě přibližně stálé, jen málo kolísající složení. Výkon recirkulačního čerpadla 7 se určuje podle objemu náplně recirkulačního okruhu A a velikosti koncentračních nárazů škodliviny ze směšovací vany 1. Je zpravidla výhodné, je-li poměr výkonu čerpadla k objemu náplně v rozmezí 0,01 až 100 h”¹. V mnohých případech je možné využít společného recirkulačního okruhu A, jehož přívody a vývody se větví v potřebném počtu do různých směšovacích van 1, a to někdy i v případech s rozdílným složením odpadních vod. K zachycení předpokládaného většího množství škodliviny, zvláště při její vyšší koncentraci, je zpravidla zapotřebí většího množství biomasy. Za tím účelem je v zařazení umístěn zásobník 12 s kulturou na syntetickém živném médiu. Zásobník 12 živin může být opatřen neznázorněným dávkov acím zařízením, vyústěným do recirkulačního okruhu A, zpravidla do její vstupní části. Nadbytek při259077 vedených živin má za následek zpomalení rozkladných procesů. Jestliže nepředvídatelná dojde k překročení mezní koncentrace škodliviny, dojde sice k částečnému poškození a zhoršení fyziologického stavu exponovaných částí kultury, ale za současného zvýšení záchytu škodlivin do těchto poškozených částí kultury, např. při jejich odumírání, takže nakonec po opětovném snížení koncentrace škodliviny dojde opét k obnovení předchozí rovnováhy a detoxikačních schopností* Při trvalém a značném překročení přípustné mezní koncentrace škodliviny se nasazené kultury mikroorganismů trvale poškozují a odumírají. Velikost zařízení se tedy volí zpravidla podle hodnot optimální koncentrace pro zneškodňování po zředění v recirkulačním okruhu A nebo podle jejího maximálně přípustného nárazového množství i v jednotlivých částech zařízení. Zařízení může pracovat v uzavřeném cyklu s úplnou recirkulací, tedy bez vzniku odpadních vod nebo v režimu s částečnou recirkulací s možností vypouštění náplní v požadovaný čas. To se týká i výměny náplní kultivátorů 19, ionexových kolon 14, 15, zásobníku živin 12 biocenotického kultivátoru 10.

Jak je patrné z přiloženého vyobrazení, je zpracw ávaná voda s obsahem škodlivin přiváděna ze zdroje 3 znečistěné vody přívodním potrubím 2 nebo zpracovávaným zbožím do směšovací vany 1, to je do základní části recirkulačního okruhu Odtud je půso- . bením recirkulačního čerpadla 7 přiváděna spojovacím potrubím 4 do vyrovnávací nádrže 5 a dále do zásobníku 8 tlakové vody. Z něj se recirkulačním potrubím 13 přivádí na vstupy ionexových kolon 14, 15, v nichž prochází kultivátory 19. Z ionexových kolon 14, 15 je zpětně recirkulačním potrubím 13 přivedena do směšovací vany 1^.

A to přímo anebo přes její obchvatnou část 16 s regulační štěrbinou 18 a filtrační stěnou 17. Ze směšovací vany 1^ je již detoxikovaná a/nebo\kontaminovaná voda přiváděna přepadovým potrubím 20 nebo zpracovávaným zbožím do oplachové vany 21. Z ní je pak výpustním potrubím 22 nebo zpracovávaným zbožím vedena do koncových, na obrázku nezakreslených van.

Vynálezu lze využít při řešení oplachových systémů v povrchových úpravách umístěných přímo za zdrojem znečistění, při řešení likvidace odpadních voď speciálního složení, při řešení havarijních situací zařízení obsahujících škodliviny a při řešení místních ekologických problémů, například při aktivní ochraně vodních nádrží.

Claims (5)

1. Zařízení pro biotechnologickou detoxikaci a dekontaminaci vod s ochranou biotechnologických náplní, napojené na zdroj znečistěné vody, zejména obsahující kyanidové a jim podobné sloučeniny pro zachycení ve vodě rozpuštěných obecných, zvláště těžkých a drahých kovů s úplnoy^yecirkulací zpracovávané vody, vyznačené tím, že ke zdroji>znečistěné vody je připojena směšovací vana (1) napojená na alespoň jeden recirkulační okruh (a) tvořený spojovacím potrubím (4) přivedeným do vyrovnávací nádrže (5), převáděcím potrubím (6) připojeným přes recirkulační čerpadlo (7) zásobníku (8) tlakové vody, který je napojen recirkulačním potrubím (13) na vstup alespoň jedné ionexové kolony (14, 15) napojené pokračujícím recirkulačním potrubím (13) zpětně do směšovací vany (1), přičemž vstupy ionexové kolony (14, 15) jsou opatřeny kultiváto, rem (19) tvořeným mikroorganismy Fusarium moniliforme a Chlorella vulgaris, popřípadě Scenedesmus quadricauda, Scenedesmus oblicus,· Stygioclonium.

2. Zařízení podle bodu 1, vyznačené tím, že k vyrovnávací nádrži (5) je jednak potrubím (9) pro přívod mikroorganismů připojen biocenotický kultivátor (10) s výplní vyjímatelných nosičů kulturou mikroorganismů, rozmnoženou v živném roztoku, jednak potrubím (11) pro přívod živin ze zásobníku (12) živin,

3. Zařízení podle bodu 1, vyznačené tím, že ve směšovací vaně (1) je vytvořena obchvatná část (16) opatřená filtrační stěnou (17) a regulační štěrbinou (18), přičemž v obchvatné části (16) ústí recirkulační potrubí (13) přivedené z ionexových kolon (14, 15).

4. Zařízení podle bodu 1 až 3, vyznačené tím, že recirkulační čerpadlo (7) má hodinový čerpací výkon v rozmezí od 0,01 až 100 násobku objemu zpracovávané vody, obsažené v recirkulačním okruhu (A).

5. Zařízení podle bodu 1 až 4, vyznačené tím, že r=cirkulační okruh (A) je společný pro nejméně dvě směšovací v_any (1, l').