CZ20011095A3 - Způsob čiątění odpadních vod a zařízení k provádění způsobu - Google Patents

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu čištění odpadních vod biologickou cestou a zařízení k provádění způsobu, který je vhodný zejména pro malé domovní čistírny .

Dosavadní stav techniky

V současné době se k čištění odpadních vod využívají systémy, které pracují jednak na základě biologicky aktivního kalu ve vznosu, tzv. aktivační systémy, a dále systémy s kalem pevně přisedlým na podkladu, to jsou různé systémy biokontaktorů a biologických filtrů. Systémy s kalem ve vznosu se dále v principu dělí na systémy s kontinuálním a diskontinuálním průtokem tj. SBR reaktory. Ve všech těchto systémech je posledním procesem čištění, oddělení aktivovaného kalu, který je těžší než voda, ze směsi s vyčištěnou odpadní vodou. Toto se děje u systémů kontinuálních, ať už se jedná o systémy aktivační nebo s kulturami pevně přisedlými na podkladu, zařazením dosazovací nádrže, kde dojde gravitačně, sedimentací kalu, k jeho oddělení od vyčištěné vody, a ta pak přepadá do odtoku. U systémů diskontinuálních, k oddělení kalu dochází přerušením činnosti reaktoru, odsazením kalu v celé ploše a následně odčerpáním vrstvy vyčištěné vody do odtoku. Odpadá tedy samostatná dosazovací nádrž, ale princip oddělení kalu od čisté vody je obdobný.

Protože princip oddělení kalu od vyčištěné vody není dokonalý , dochází často k odtoku mikrovloček kalu s čistou vodou. To samozřejmě zhoršuje kvalitu na odtoku. Kvalitu vody na odtoku ovlivňuje také struktura kalu, která závisí na mnoha okolnostech, jako je chemické složení odpadní vody, teplota, množství kalu v aktivační nádrži, stáří kalu a podobně. Přímo z aktivačního stupně je obtížné garantovat kvalitu na odtoku s množstvím nerozpuštěných látek menším než 15 mg/1. To platí zejména u menších čistíren, kde jsou větší výkyvy v kvalitě surové vody. Drobný rozptýlený kal , který pak odchází s čistou vodu, zhoršuje i biologickou kvalitu vyčištěné odpadní vody.

Pro případy, kdy je třeba garantovat zvýšené požadavky na vyčištěnou odpadní vodu, zařazuje se obvykle třetí stupeň čištění, který je tvořen buď mechanickými filtry, obvykle pískovými, nebo dočišťovacími nádržemi. Nejčastější variantou řešení je mechanické dočištění pískovou filtrací. To se děje buďto gravitačními pískovými filtry protékanými odshora dolů s odběrem vyčištěné odpadní vody ze dna pískového filtru, nebo se též používají tlakové pískové filtry s ručním nebo automatickým praním. Největší problémy jsou u nej menších typů čistíren řádově od 5 do 100 obyvatel, kde tlakové pískové filtry jsou investičně ještě drahé a navíc vyžadují zařadit zásobní akumulační nádrž mezi čistírnou a pískovým filtrem. Pokud se použije automatické praní filtrů jsou náklady neúměrné, ruční praní je zase náročné na obsluhu a dohled.

Obvykle používané gravitační filtry fungují jako aerobní a kromě mechanického čištění mají také účinnost biologickou. Nevýhodou těchto řešení je, jednak nutnost čerpání ze dna pískového filtru a nebo pokles úrovně odtoku na pískovém filtru o cca lm. Největším provozním problémem je časté zanesení povrchu pískového filtru a jeho obtížné a někdy až nemožné čištění. Jak již bylo výše popsáno při biologických procesech čištění, které nejsou vždy standardní, může docházet i v krátkém časovém úseku i několika hodin k intenzivnímu úniku kalu z aktivačního systému a tím k ucpání filtru. Ten pak je velice obtížné čistit, protože je většinou zakryt v podzemních nádržích.

·· ♦ ··· λ* φφφφ

-2Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky třetího stupně čištění řeší technické provedení čistírny a gravitačního pískového filtru dle předloženého vynálezu, ve kterém se předčištěné odpadní vody z dosazovací nádrže přivádějí na pískový filtr vestavěný většinou v čistírně, který je zcela zatopený a má tlakový průtok se ztrátou hladiny cca 10-50 cm. Podstata vynálezu spočívá v automatickém cyklickém čištění výše zmíněného pískového filtru. Toto zařízení je vhodné pro systémy domovních ČOV, které obsahují na přítoku vyrovnávací nádrž. V těchto systémech kdy je přítok odpadních vod do vyrovnávací nádrže, jsou odpadní vody z této nádrže postupně přečerpávány do nádrže aktivační , nebo do zóny biokontaktorů a předčištěná odpadní voda se směsí kalu pak odchází do dosazovací nádrže, zde se usazuje u dna nádrže kal, který se obvykle plynule přečerpává nebo jiným způsobem dopravuje zpět do aktivačního prostoru a předčištěná voda přepadá do odtoku dosazovací nádrže. Odtok z dosazovací nádrže není zaveden přímo do odtoku z čistírny , ale na pískový filtr. Tento pískový filtr je opatřen mezidnem a odpadní voda prostupuje zavodněnou náplní pískového filtru do mezidna. V mezidnu je sbírána a vytlačována hydrostatickým přetlakem do odtoku. Nad pískovým filtrem je trvale udržována volná hladina vody tak, aby jeho povrch nemohl být zanesen plovoucími nečistotami. Odtok z pískového filtru je vyústěn do odtoku z čistírny obvykle ve výšce 10-.50 cm pod hladinou dosazovací nádrže, tj. ztrátová výška, která je k dispozici pro průtok pískovým filtrem. Náplň pískového filtru je obvykle z tříděného vodárenského písku o zrnitosti 1-2 mm. Na tomto pískovém filtru se zachytí dokonale všechny nečistoty, protože průtoková rychlost je velice nízká cca 0,4 m/hod. Během tohoto průtoku se postupně zanáší vrstva písku. Při odčerpání vody ve vyrovnávací nádrži na nastavené minimum se zastaví přítok odpadních vod z vyrovnávací nádrže do nádrže aktivační a zároveň se začne provzdušňovat náplň pískového filtru prostřednictvím provzdušňovacích trysek umístěných v mezidně . Provzdušňování a čištění pískového filtru tedy dochází v době, kdy neodtékají předčištěné odpadní vody z čistírny. Zároveň se uvede do činnosti vzduchové nebo jiné čerpadlo, které odčerpává znečištěnou vodu z vrstvy nad pískovým filtrem. Obvyklá výše vody nad pískovým filtrem je 10-100cm, tzn. že při provzdušňování se uvolněné nečistoty shromažďují v této vrstvě a s touto vodou jsou potom odčerpány mimo pískový filtr. Tak se tento pískový filtr automaticky čistí v periodách, kdy je minimální přítok odpadních vod na čistírnu. Odpadá tedy ruční čištění.

Hlavní výhodou uvedeného technického řešení tedy je, že k čištění pískového filtru dochází pravidelně bez ohledu na stupeň jeho zanesení, vždy v časových periodách, kdy nedochází k odtoku vyčištěných odpadních vod, protože na čistírnu žádné odpadní vody nepřitékají, a nebo přitékají jen v takovém množství, které je možné bez provozních problémů v čistírně akumulovat.

Přehled obrázků na výkrese

Na přiložených výkresech jsou znázorněny příklady provedení čistírny odpadních vod podle vynálezu. Na obr.l je uvedena kontinuální čistírna spískovým filtrem, na obr. 2 s pískovým filtrem a membránovou mikrofiltrací a na obr. 3 diskontinuální čistírna s pískovým filtrem.

· ·· 9 9 9 9 9 9 99

9 99 9 9 9 9 • 9999 9 · 9 9 >

• 9 9 9 9 9 9 9 9 9

9999 99 99 99 99 ·99 ·· ·99·

-3Příkladv provedení vynálezu

Aktivační čistírna 1 podle obr. 1, která je tvořena vyrovnávací nádrží 2 , aktivační nádrží 3 , dosazovací nádrží £a pískovým filtrem 5 , tvoří jeden funkční celek. Odpadní vody přitékají přítokem 6 do akumulační nádrže 2 . ze které jsou plynule přečerpávány čerpadlem 7 surové vody do aktivační nádrže 3_. Zde dochází průběžně k čištění odpadní vody aktivovaným kalem za současného dodávání O₂ prostřednictvím kompresoru, čímž je zároveň zajištěno míchání aktivační směsi. Směs vyčištěné odpadní vody s kalem odtéká nebo je načerpávána do dosazovací nádrže 4 , kde kal sedimentuje u dna a vyčištěná voda bez kalu stoupá k odtoku 8 z dosazovací nádrže 4 , na zavodněný povrch pískového filtru 5_a protéká tímto pískovým filtrem_5 odshora dolů do mezidna 10 nebo sběrných trysek 11 a odtud zase je vytlačována již mechanicky dokonale vyčištěná voda výtlačnou trubkou 12 do odtoku 13 vyčištěné vody, který je snížen o výšku 14 potřebnou k pokrytí tlakových ztrát na průtok pískovým filtrem 5 , proti výšce odtoku 8 z dosazovací nádrže 4_. Tato výška 14 mezi odtokem 8 z dosazovací nádrže 4 a odtokem 15 z pískového filtru 5 obvykle činí 10-50 cm.

Instalací vyrovnávací nádrže 2 dojde k rozprostření maximálních přítoků na čistírnu, a tím se sníží maximální, hydraulické zatížení jak dosazovací nádrže 4 , tak především pískového filtru 5. Pokud by se nerealizovala vyrovnávací nádrž 2 musí být pískový filtr 5 dimenzován svou plochou na průtok maximálního hodinového přítoku na čistírnu. Při zvýšeném přítoku, pokud například čerpadlo 7 surové vody zvyšuje výkon podle množství vody ve vyrovnávací nádrži 2_, zvyšuje se též hladina vody 9 nad pískovým filtrem 5_, případně až po odtok 8 dosazovací nádrže 4 , a tím se zvyšuje hydrostatický tlak na pískovém filtru 5 , a tím se zvyšuje i průtočnost pískového filtru 5. Pokud by pískový filtr_5 nestačil svou průtočností intenzitě přítoku vody z dosazovací nádrže 4, dojde k nastoupání hladiny až po druhý, zvýšený odtok 16 z dosazovací nádrže 4_, který je veden buď zpět do vyrovnávací nádrže 2 , a nebo do odtoku 13 vyčištěné vody z čistírny, jako bezpečnostní přepad 17 pískového filtru 5_.

Pokud dojde k poklesu hladiny ve vyrovnávací nádrži 2 na stanovenou minimální hladinu 18 a objem vyrovnávací nádrže 2 je tedy dostatečný k akumulaci splašků po dobu nezbytně nutnou k čištění pískového filtru 5 , dojde k přerušení načerpávání odpadních vod z vyrovnávací nádrže 2 do nádrže aktivační 3 , a tím zároveň k přerušení přítoku na pískový filtr 5. Toto se obvykle děje za stavu minimálních průtoků pískovým filtrem 5_, a tudíž okamžitá hladina vody 9 nad pískovým filtrem 5 je snížena až k odtoku 15 z pískového filtru

5. V tomto okamžiku je do mezidna 10 , a nebo samostatného rozvodu 19 vzduchu, zaveden vzduch z kompresoru buď samostatného nebo centrálního, kde elektroventil přesměruje vzduch z aktivační nádrže 3 na provzdušňování pískového filtru 5 . V této době je také uvedeno do chodu čerpadlo 30 , obvykle vzduchové, takzvaná mamutka, které odčerpává vrstvu znečištěné vody 20 nad povrchem pískového filtru 5 buď do akumulační nádrže 2 nebo do aktivační nádrže 3_. Obvyklá doba, po kterou se provzdušňuje a čistí pískový filtr 5_, je rovna době do naplnění vyrovnávací nádrže 2 z minimální hladiny 18 na návratovou hladinu 21 , pro uvedení čistírny do normálního průtočného stavu. Aby tento stav netrval nepřiměřeně dlouho, což by mělo špatný vliv na kvalitu aktivační směsi v aktivační nádrži 3 čistírny, která obvykle není po dobu čištění pískového filtru 5 provzdušňována, je čištění pískového filtru 5 omezeno časovačem, nebo se obsah aktivační nádrže 3 zvolna přečerpává do vyrovnávací nádrže 2 , čímž se podstatně zkrátí doba, která je potřebná pro dosažení návratové hladiny 21 ve vyrovnávací nádrži 2_, kdy opět dojde k plnění aktivační nádrže 3 a následně k průtoku vody pískovým filtrem 5.

·· ΦΦ·· •Φ ···» φφ

Λ «Φ·Φ«· • Φ Φ · « 99

Φ Φ Φ · ·ΦΦ··

Φ 9 9 9 9 9 9 99

9999 99 99 99«·

ΦΦΦ

-4Tento systém je ještě možné doplnit o membránovou mikrofiltraci podle obr. 2, čímž je dosažena maximální mechanická čistota vody, neboť tento druh filtrace zadržuje všechny mechanické částice včetně bakterií. Tím je zajištěna kvalita vody, včetně bakteriologické nezávadnosti, na takové úrovni, že jí je možné využít zpětně v domácnosti jako užitkovou. Membránová filtrace funguje obdobně jako filtrace písková, přičemž mechanickým přečištěním odpadních vod na pískovém filtru 5 je zajištěna prodloužená životnost membrán

22. Membrány 22 jsou osazeny na nízkotlaký průtok, řádově od 1 do 3 m vodního sloupce

23. Předčištěná odpadní voda z pískového filtru 5 přepadá do nádrže membrán 24. Po průchodu membránami 22 vyčištěná voda přepadá obvykle do mezidna 25, ze kterého je odčerpávána do zásobníku 26 čisté vody. U malých systémů je toto odčerpávání prováděno obvykle vzduchovou pumpou 27 , mamutkou, u větších pak neznázoměnými elektrickými čerpadly. Při průchodu vody membránami 22 se zároveň bublinami 28 vzduchu čeří jejich povrch, čímž se zamezí jejich zanesení. Při zastavení chodu čistírny 1, to jest v okamžiku, kdy je prázdná akumulační nádrž 2 a dochází k provzdušňování a čištění pískového filtru 5 se zároveň zapne čerpadlo 29 v nádrži membrán 24, které odčerpává znečištěnou vodu z nádrže 24 membrán zpět do čistírny L To opět slouží k prodloužení životnosti membrán 22 . Alternativně je možné stejný systém použít např. u čistíren s biokontaktory či biodisky, kde je obvykle předřazena před vlastním biologickým čištěním vyrovnávací nádrž. Princip technického řešení je shodný s tím rozdílem, že u biokontaktorů není obvykle zabudován kompresor a je možné ho instalovat samostatně jen na provzdušňování pískového filtru.

U systémů čistíren odpadních vod 1 bez předřazené vyrovnávací nádrže 2 podle obr. 3, je rovněž možné instalovat dočištění pískového filtru 5, ale fimkčně je to již méně výhodné. Čištění pískového filtru 5 vzduchem se pak provádí v době přerušení chodu čistírny, neznázoměným časovým spínačem, v čase minimálních přítoků na čistírnu 1. K tomu dochází většinou v nočních hodinách, a tak v praxi je pískový filtr 5 čištěn zpravidla jen jednou denně. Shodně jako u kontinuálních čistíren je v době přerušení chodu čistírny, také hladina vody na pískovém filtru 9 snížena na minimum k úrovni odtoku 15 z pískového filtru 5.

pr otdol- ΊΟ3Τ-

Claims (11)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob čištění odpadních vod biologickou cestou, při němž odpadní vody, přivedené do aktivační nádrže se po předčištění přivádějí spolu s kalem do dosazovací nádrže, kde se kal usazuje u dna, vyznačující se tím, že předčištěná voda stoupá k přepadu na zatopený pískový filtr, kterým protéká do sběrného potrubí u dna pískového filtru, odkud je pak čistá voda vytlačována hydrostatickým přetlakem do odtoku, přičemž při snížených přítocích na čistírnu dochází k čištění pískového filtru provzdušňováním.
2. 2. Způsob čištění odpadních vod podle nároku 1, kdy odpadní vody jsou přiváděny do aktivační nádrže z vyrovnávací nádrže, vyznačující se tím, že k čištění pískového filtru dochází při poklesu hladiny odpadních vod ve vyrovnávací nádrži pod stanovenou minimální hladinu, kdy je současně přerušeno přečerpávání odpadních vod z vyrovnávací nádrže do aktivační nádrže a provzdušňování aktivační nádrže, přičemž čištění pískového filtru trvá do té doby, dokud se nezvýší hladina ve vyrovnávací nádrži na návratovou hladinu, kdy se obnoví načerpávání aktivační nádrže.
3. 3. Způsob čištění odpadních vod podle nároku 1, vyznačující se tím, že doba čištění pískového filtru je řízena časovým spínačem v době sníženého přítoku odpadních vod do čistírny.
4. 4. Způsob čištění odpadních vod podle nároku 1, vyznačující se tím, že vyčištěné odpadní vody jsou vedeny z pískového filtru na membránovou filtraci, přičemž zakalená voda je po dobu čištění pískového filtru čerpána z prostoru nádrže membrán zpět do čistírny.
5. 5. Způsob čištění odpadních vod podle nároku 2, vyznačující se tím, že při dlouhodobě sníženém přítoku odpadních vod do vyrovnávací nádrže je doba klidu v aktivační nádrži a současně doba čištění pískového filtru omezena časovačem.
6. 6. Způsob čištění odpadních vod podle nároku 2, vyznačující se tím, že při dlouhodobě sníženém přítoku odpadních vod do vyrovnávací nádrže je doba klidu v aktivační nádrží a doba čištění pískového filtru omezena přečerpáváním odpadních vod z aktivační nádrže do vyrovnávací nádrže.
7. 7. Aktivační čistírna odpadních vod biologickou cestou, tvořená aktivační nádrží, dosazovací nádrží, přítokem odpadních vod a odtokem vyčištěné vody, vyznačující se tím, že odtok (8) dosazovací nádrže (4) je veden do zatopeného pískového filtru (5), opatřeného vzduchovým čerpadlem (30) znečištěné vody z povrchu pískového filtru (5) a ve spodní části rozvodem (19) vzduchu a mezidnem (10), které je výtlačnou trubkou (12) spojeno s odtokem (13) vyčištěné vody.
8. 8. Aktivační čistírna odpadních vod biologickou cestou podle nároku 7, vyznačující se tím, že odtok (12) vyčištěné vody je veden do nádrže (24) membrán (22), opatřené čerpadlem (29) znečištěné vody a ve spodní části mezidnem (25) s čerpadlem (27) vyčištěné vody, které ústí do zásobníku (26) čisté vody.

   ·· ···· ·· ···· ·· · ·· · ·· · ···· • · ··· · · · • ···· ···· ·
9. 9. Aktivační čistírna odpadních vod biologickou cestou podle nároků 7 a 8, vyznačující se tím, že aktivační nádrži (3) je předřazena vyrovnávací nádrž (2) s čerpadlem (7) surové vody.
10. 10. Aktivační čistírna odpadních vod biologickou cestou podle nároků 7 až 9, vyznačující se tím, že dosazovací nádrž (4) je opatřena zvýšeným odtokem (16), ústícím do vyrovnávací nádrže (2).
11. 11. Aktivační čistírna odpadních vod biologickou cestou podle nároků 7 až 9, vyznačující se tím, že dosazovací nádrž (4) je opatřena zvýšeným odtokem (16), ústícím do odtoku (13) vyčištěné vody.