CZ20013956A3 - Metoda a zařízení na čiątění odpadních vod modifikovanou membránovou filtrací - Google Patents

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu čištění odpadních vod, při němž se kombinují metody membránové filtrace a elektrolysy a tím jsou umožněny vysoké čisticí efekty při maximálním provozování bez zpětného proplachu.

Dosavadní stav techniky

Jsou známa zařízení podle aktivačních, metod, která pracují na principu průtoku nebo vzdutí. Nevýhodou těchto řešení je však potřeba . ploch, prostoru a/nebo času potřebného pro sedimentační procesy. Eliminace fosforu se dosahuje hlavně extrakcí aktivovaného kalu. Zařízení podle vzdouvacího principu s více jak 7 kg TS/m₃ s maximální mineralizací aktivovaného kalu mají ještě poměrně vysoké zatížení fosforem mezi 5-15 mg/1. Odtokové hodnoty s Peliminací <2 mg/1 se bez vločkování/vypadávání nedocílí.

Mikrofiltrační zařízení jako deskové flitry nebo trubkové filtry dosahují velmi dobré eliminace BSB / CSB, mají však v odtoku rovněž vysoké obsahy N0₃ a P0₄’· Přímým postřikováním membrán směsí aktivovaný kal/voda se membrány rychle ucpávají, kalcinují nebo zasolují, takže mohou být očišťovány pouze vysokým výkonem zpětného proplachu, což je velice náročné na energii a omezuje výkon zařízení.

Elektrolytické články pro čištění odpadních vod mají výhodu vysokých rychlostí odbourávání CSB, jakož i dobré eliminace dusíku a fosforu, používají-li se reakční anody, • · · ·

které tvoří soli. Nevýhodou je však velký nápor kalu, který se sice dobře vyvločkuje vysokým podílem železa (anodový materiál), ale také vyžaduje zvláštní vytvoření dna nádrže, poněvadž tento kal není na dně nádrže téměř odváděn. Určité mikroorganizmy dospějí i- nadále do odtoku a tvorba zárodků je podstatně vyšší než u mikrofiltrace.

Úkolem vynálezu je proto vyčistit vodu tak, aby bylo dosaženo vysokých čisticích výkonů u přepravovaného biologického nákladu a při sloučeninách minerálních látek, jakož i nízkého počtu zárodků zbývajících mikroorganizmů, a aby odpadní voda byla k disposici ve vysoké kvalitě. V tomto stupni kvality má být bez problému použitelná jako užitková voda v domácnosti. Zpracovatelské náklady nemají být přitom podstatně vyšší než ve větších komunálních zařízeních. Zařízení mají být kompaktní a nalézat použití jak instalováním v budově, tak také na volném prostranství, jakož i montážní doplněk stávajících odkalovacích zařízení.

Podstata vynálezu

Tato úloha se podle vynálezu řeší tím, že je navržena metoda a zařízení k jejímu provádění, při zahrnutí zcela nových znaků, při níž je dosaženo vysokého biologického odbourání a dobré eliminace CSB, N a P při malém počtu jader a nízkých provozních nákladech.

Metoda aktivovaného kalu se provádí z velké části při dalekosáhlém čištění odpadních vod jako nitrifikace/denitrifikace. V denitrifikační fázi klesá aktivovaný kal. Drží se ve vznosu míchacími nástroji nebo malým provzdušněním, aby se získaly povrchy aktivovaného kalu. Sedimentační chování v denitrifikační fázi je velmi dobré (zpravidla rychlostí usazování lm/30min, analogicky metodě SBR).

Λ · · « • ·

Denitrifikační fáze se využívá k tomu, aby se cirkulace krátkodobě na cca 15 až 20 min. vypojila a odsála se vznikající čirá fáze. To se může alternativně provádět také pomocí sedimentačních jímek se sešikmenými stěnami. Snahou je, aby vysoký podíl aktivovaného kalu zůstával v aktivační nádrži/denitrifikační nádrži. Potom mohou být výkyvy nákladů na základě vysokého obsahu TS >5 kg/kgd s jistotou zachyceny. Přitom se biologické čištění nedovádí až k jeho maximálnímu výkonu, nýbrž se přerušuje, jestliže klesne konverze kyslíku/stravgt. Tím se může pracovat energeticky optimálně.

Čirá fáze s malým podílem aktivovaného kalu přichází do zařízení podle vynálezu, které se skládá z kombinace elektrolytického článku a membránové filtrace. Při tom se pro vytvoření membrány nebo jako opěrný materiál pro membránu využívá elektricky vodivý materiál, který je zapojen jako katoda. Obzvláště dobře se k tomu hodí vzácné kovy, kovové mřížky, kovové sítě nebo povrstvené membrány na základě uhlíkových vláken, nerezové oceli nebo jsou rovněž vhodné jiné materiály, které vysílají elektrony.

Jako reakční anody se užívají materiály ze železa, hliník atd. nebo jejich kombinace.

Také jsou možné elektrody grafitové. Vhodným uspořádáním katody a anod se vytvoří štěrbina, kterou může protékat odpadní voda, načež ionizované částice odpadní vody SO₄, NO₃, N0₂~, Cl, PO₄, bakterie a viry atd. dospějí na anodu a provedou výměnu elektronů, konvertují do plynného stavu nebo klesají jako kal z anody bez vazebných sil.

Vylučování Fe⁺⁺⁺ z anody urychluje sedimentační chování. Je však také možné použít jako anodu grafit nebo nerezovou ocel, jestliže nejsou požadovány žádné vyšší anodové efekty.

• · ·

Příklady provedení vynálezu

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude blíže vysvětlen prostřednictvím konkrétního příkladu provedení znázorněného na výkresu, na kterém představuj e obr. 1 Zařízení k dalšímu čištění odpadní vody po biologickém zpracování v čelním pohledu obr. 2 Zařízení podle obr. 1 v bokorysu obr. 3 Zařízení podle obr. 1 v nárysu

Přívodem 3, který lze uzavírat a který může být řízen, běží odpadní voda z předem uloženého stupně čiření do nádrže

1. Vtok je umístěn tak, aby v přívodu vznikala vysoká rychlost proudění na anodách 5 a na katodě nebo membráně 6. Nádrž 1 je opatřena plynotěsným poklopem 2. Dále se předpokládá odplyňovací vedení 4. Anody 5 a katodová membrána 6 jsou umístěny na distančním rámu 7. Nakloněné dno 8 je sešikmeno dvojrozměrně, takže se odtah kalu 10 nachází na nejhlubším místě.

Stejnosměrný proud vyžadovaný pro elektrolýzu se poskytuje za použití síťové přípojky 13, nastavovacího transformátoru 12 a usměrňovače 11. Distanční rám 7 je vytvořen tak, aby mohla být měněna šířka štěrbiny mezi anodou 5 a katodovou membránou 6, takže může být přizpůsobena elektrolytickému chováni odpadni vody, právě tak jako intenzita proudu, napětí a doba. Regulaci je možno provádět známými regulačními přístroji.

Vedení procesu je přitom závislé na kvalitě vody a tvrdosti vody. Napětí vkládané na elektrody se volí tak, aby na katodě respektive v katodě docházelo k lehkému přetlaku iontů OH“, který produkuje negativní pole před membránou, přeměňuje kovové ionty pokud možno před membránou na hydroxidy a pokud možno nepropouštějí kovové ionty do membránové cely. Při tom existuje vzájemný vztah mezi napětím / proudovým tokem, šířkou pórů a průtokovou rychlostí, respektive podtlakem v membráně.

Pro komunální odpadní vodu je například dostačující napětí 2-4 V, šířka pórů 1-2 μπι a přetlak 20 cm vodního sloupce, aby se dosáhlo odtokových hodnot <100 mg/1 CSB, <5 mg/1 NH₄-N, <2 mg/1 P a počtu jader <10 .

Zvětšením šířky pórů na 1-2 μαη v průměru se zvýší průniková plocha z 0,03 - 0,2 μιη² při známé mikrofiltraci na 0,78-1,5 μιη².

Důsledkem jsou malé podtlaky na membráně. 20 cm vodní sloupec je dostačující pro volný odtok, jakož i malé zpětné proplachovací tlaky 0,1-0,2 bar. Mohou tak být dosaženy velmi vysoké výkony prosazení 100 až 200 1/m².

Konfigurované zařízení k provádění metody vykazuje níže popsané prvky, které jsou spolu vázány svou funkčností: Vedení proudu pro elektrolýzu se provádí připojením elektrod 14 k anodám 5 a katodové membráně 6 u čistší membrány, to znamená, že odpadní voda, která je čištěna, vstupuje bez překážek póry ke katodové membráně 6. Čistá voda odtéká beztlakově nebo s malým produkovaným podtlakem odvodem čisté vody 5. Hladina vody se nachází na takové úrovni, která je udána značkou polohy 16 [min]. Při vzestupu odpadní vody, která se čistí například na úroveň, která je ozřejměna polohovou značkou 15 [max] (poněvadž se průniková plocha katodové membrány 6 poněkud zmenší), provádí se zpětné proplachování katodové membrány 6 za použití neznázorněného čerpadla zpětného proplachu pomocí odtoku 9 a uzavíráním přívodu 3. Do vody zpětného proplachu se může přidávat zředěná kyselina, čímž je zamezeno zablokování katodové • · · · · · membrány 6 hydroxidy. V krátké době se pak provádí opačné přepnutí přiváděného proudu a odrážení částic na anodách 5 a katodové membráně 6, přičemž zpětný proud odpadní vody částice rozviřuje. Potom se přívod proudu odpojí přípojkami elektrod 14. Kal se usazuje na šikmém dně 8 a - jak už bylo dříve popsáno - je odebírán odvodem kalu 10.

Výkon prosazení plochou obnáší cca 175-200 l/m²h v beztlakovém provozu (volný výtok, rozdíl vodních hladin 20 cm) .

Tak například pro osmičlennou domácnost se 1200 1/d při době nitrifikace/denitrifikace 16h/8h a při zohlednění srážkového zatížení Q_dio x 120 1/h postačuje plocha 0,6m².

Na katodu dopadají převážně ionty vodíkové a amoniové, které na katodě zplyní.

Zvláštní výhoda kombinace způsobu a zařízení spočívá v tom, že anodovým vlivem zbytkový aktivovaný kal nedorazí na katodu tj. membránu a na straně katody nepřibývá tvorba solí SOzT, PO₄ jejich srážecím účinkem. OH ionty, tvořené na katodové membráně 6, negativně nabíjejí celkový povrch membrány. Kovové ionty přitahované ke katodě se přeměňují v tenké vrstvě již před membránou na kovové hydroxidy a vypadávají, a nedostanou se tak dovnitř membrány. Regulováním proudového toku se zamezí, aby se tvořilo příliš mnoho OH iontů, respektive příliš málo, protože jinak vypadává kovový hydroxid uvnitř membrány.

Tento postup je dobře ovladatelný, protože po určité době prodlení klesá vodivost a tím i tok proudu. Proudovým tokem a tokem odpadní vody lze nastavit dobré regulační podmínky.

Redox měření v prostoru anoda - katoda respektive v odpadní vodě membrány může pro toto přinést exaktní důkaz. Navíc katodová membrána 6 vykazuje nové aktivní vlastnosti fyzikálně chemického chování odpadní vody při současné

ochraně membrány před ucpáváním respektive usazováním solí a bakteriálních kultur.

Membrána je tak nejen prvek odlučující mechanický kal, nýbrž aktivní prvek pro fyzikálně-chemické zpracovávání odpadní vody.

Malá spotřeba proudu cca 1 kWh na m³ odpadní vody umožňuje vysoké úspory energie, protože může tlumit biologické vnášení 0₂. Aby se řešil problém kalcinace membrány, může se ke zpětnému proplachu vodou přidávat zředěná kyselina. Usazené hydroxidy se tím odstraňují a současně se reguluje hodnota pH , která se posunuje při vyšším napětí do basické oblasti (tvorba iontů OH^-) . Při příliš vysokém obsahu vápníku v odpadní vodě se může předřadit známý elektrolytický článek nebo jiný vhodný pomocný prostředek nebo zařízení.

9 99 99 9

99 · · * · ·9

9 9 9 9 9 • 9 9 9 9 9 9 9

9 999 9999 9· 9·9

Claims (14)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Metoda na čištění odpadních vod za použití modifikované membránové filtrace, přičemž vodu je možno odebrat usazené fázi biologického čisticího zařízení, vyznačující se tím, že odpadní voda se vede do nádrže (1), elektricky vodivá membrána ve smyslu katodové membrány (8) a anody (5) jsou uspořádány tak, aby odpadní voda vstupovala v prostoru mezi anodami (5) a katodovou membránou (6), zatímco negativní ionizované částice jako látky obsažené v odpadní vodě jsou od membrány (6) dpuzovány, tyto negativní ionizované částice se usazují na anodách (5) a vyčištěná odpadní voda opouští po filtraci nádrž (1) odvodem vyčištěné vody (9) .
2. 2. Metoda na čištění odpadních vod podle nároku 1, vyznačující se tím, že při čištění katodové membrány (6) a anod (5) se provádí přepólování elektrodovými přípojkami (14) a tím odpuzování nahromaděných částic, současně se koná zpětný proplach membrány (6) a za použití tohoto zpětného proplachu vodou se provádí rozviřování partikul! odpadní vody mezi katodovou membránou (6) a anodami (5).
3. 3. Metoda na čištění odpadních vod podle nároku 2, vyznačující se tím, že k vodě zpětného proplachu může být přidávána zředěná kyselina.
4. 4. Metoda na čištění odpadních vod podle nároku 1, vyznačující se tím, že anody (5) vážou adicí partikul! v odpadní vodě zejména biologický kal a soli.
5. 5. Metoda na čištění odpadních vod podle nároku 1, vyznačující se tím, že sedimentované a • 9 ·· · • 9 · 9 9 9 • 9 9 9 • •99 * • 9 9 ·

   9 ···· »· zpět získané látky obsažené v odpadní vodě se odebírají z nádrže (1) odvodem kalu (10).
6. 6. Metoda na čištění odpadních vod podle nároku 1, vyznačující se tím, že odpadní voda po filtrování opouští nádrž (1) pomocí odvodu vyčištěné vody (9) bez tlaku nebo s malým podtlakem.
7. 7. Metoda na čištění odpadních vod podle nároku

   1, vyznačující se tím, že přívod proudu jakož i trvání a intensita zpětného proplachu jsou regulovány.
8. 8. Metoda na čištění odpadních vod podle nároku 1, vyznačující se tím, že vznikající plyny, zejména vodík, se vytřídí a přivádějí k dalšímu použití.
9. 9. Zařízení na čištění odpadních vod za použití modifikované membránové filtrace podle nároku 1, s přívodem (3), nádrží (1) s anodami (5), elektricky vodivou katodovou filtrační membránou (6) a elektrickými přípojkami (14), přičemž elektricky vodivá katodová filtrační membrána (6) je umístěna v prostoru mezi anodami (5) a vnitřní prostor katodové filtrační membrány (6) je spojen s výtokem vyčištěné vody (9).
10. 10. Zařízení na čištění odpadních vod podle nároku 1 a 9, vy z n a č u j í c í se tím, že nádrž (1) je opatřena plynotěsným poklopem (2).
11. 11. Zařízení na čištění odpadních vod podle nároku 1 a 9, vyznačující se tím, že katodová filtrační membrána (6) je ve formě trubek nebo desek a zvláštní katoda je namontována s prostorovou distancí od katodové filtrační membrány (6) uvnitř membránového prostoru.
12. 12. Zařízení na čištění odpadních vod podle nároku 1 a 9, vyznačující se tím, že katodová filtrační • · 9 · 9 · γι/ 3ss-(, • · ftft ft • · · 9 9 ft • · ft ft • · · ft « • ftftft • ftftftft ftft ftftft membrána (6) vykazuje vodivou vrstvu, která je fixována na nosiči.
13. 13. Zařízení na čištění odpadních vod podle nároku 1 a 9, vyznačující se tím, že samotné nevodivé katodové filtrační membrány s vodivými vrstvami tvoří prostorovou jednotku, přičemž vodivé vrstvy jsou uspořádány před nebo za, nebo před a za katodovými filtračními membránami.
14. 14. Zařízení na čištění odpadních vod podle nároku 1 a 9, vyznačující se tím, že v reakčních prostorech mezi katodovou filtrační membránou (6) a anodou (5) a/nebo v odvodu jsou vsazeny redox-, pH- nebo vodivostní elektrody.