CZ20022162A3

CZ20022162A3 - Způsob biologického čištění odpadních vod

Info

Publication number: CZ20022162A3
Application number: CZ20022162A
Authority: CZ
Inventors: Kurt Dipl. Ing. Dr. Tech. Ingerle
Original assignee: Kurt Dipl. Ing. Dr. Tech. Ingerle
Priority date: 1999-12-21
Filing date: 2000-11-30
Publication date: 2002-09-11
Also published as: HU227187B1; SK9192002A3; YU46402A; EP1244604A2; SK287560B6; CN1413173A; HUP0204007A2; BG65888B1; EP1110916A1; EP1244604B1; CN1277763C; WO2001046075A3; EA003629B1; US6802975B2; SI20872A; ATE244205T1; DE50002780D1; HUP0204007A3; RO120840B1; WO2001046075A2

Description

Způsob biologického čištění odpadních vod

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu biologického čištění komunální (městské) nebo podobné odpadní vody pomocí aktivovaného kalu, při kterém je odpadní voda přivedena nejdříve do nádrže s provzdušněným aktivovaným kalem (B nádrž) a po té střídavě do jedné z několika usazovacích a recirkulačních nádrží (SU nádrž), které jsou trvale spojené se zmíněnou B nádrží a ve kterých několikrát denně probíhá provozní cyklus zahrnující míchací fázi (F fáze), předusazovací fázi (V fáze) a vypouštěcí fázi (A fáze), ve kterém se po řadě v R fázi aktivovaný kal znovu promíchává s vodou, ve V fázi se aktivovaný kal usazuje a v A fázi je odváděna čistá voda a ve kterém cykly v SU nádržích jsou navzájem fázově posunuty a A fáze jsou sousední, pouze v A fázích SU nádrže protékají, je dosahována přibližně stálá hladina vody, což má za příčinu, že odtok z čistící stanice odpovídá jeho přítoku (průtokový princip).

Dosavadní stav techniky

Z Evropské patentové přihlášky EP 968 965 je znám způsob biologického čištění odpadních vod pomocí aktivovaného kalu, kde odpadní voda je nejdříve přivedena do provzdušněné aktivační nádrže a následně do usazovací nádrže, ve které probíhá oddělování aktivovaného kalu od čisté vody a po oddělení je aktivovaný kal vrácen do aktivační nádrže a čistá voda se odvádí. Provozní cyklus probíhá několikrát za den, a zahrnuje míchací fázi, sekundární fázi předběžného usazování a vypouštěcí fázi, ve kterých v míchací fázi se aktivovaná usazenina znovu smíchává s vodou, v sekundární předusazovací fázi se aktivovaná usazenina usazuje a ve vypouštěcí fázi se odvádí čistá voda. Podle výše uvedeného způsobu ze stavu techniky, se čištění provádí v biologickém dvou-nádržovém systému - aktivační a sedimentační nádrži s nepřetržitým přítokem a přerušovaným odtokem. V intervalech bez odtoku roste úroveň hladiny vody díky přítoku (princip vzdutí vody). Patentové nároky u této metody spočívají v tom, že po předusazovací fázi a před míchací fází je usazený aktivovaný kal vrácen do aktivační nádrže z „dvou-nádržového systému s principem vzdutí“. Stejně tak, tato metoda vztahující se k nadržovací operaci vyplývá z popisu dokumentu (strana 14 a 15), kde je uvedeno: „když voda je trvale přiváděna do první oblasti a z ní je přiváděna do druhé oblasti. Odtékání vyčištěné odpadní vody je zde prováděno pouze v průběhu třetího kroku způsobu. V průběhu dalších kroků se odpadní voda hromadí v obou oblastech - nebo při přítomnosti anaerobních předběžné úpravy - také v této oblasti.“ Také v nároku 13 je zřetelně jasné, že se týká „dvou-nádržového systému s principem vzdutí“, který“je spojený souběžně a ovládaný s časovým zpožděním“. Tento způsob ze stavu techniky je velmi vhodný pro malé čistící stanice. Avšak, pro střední nebo velkorozměrové čistící stanice je daleko lepší užití průtokového principu. Potom odtok z čistící stanice odpovídá přítoku.

Podobný způsob je znám z WO 97/08104, kde na začátku každého cykluje v aktivační a usazovací nádrži nastavena stejná koncentrace kalu, a zpětné zavedení neusazeného aktivovaného kalu probíhá v průběhu míchací fáze. Předpokládá se zpětné zavedení usazeného a dobře zahuštěného aktivovaného kalu před míchací fází.

Kromě toho, je znám podobný způsob z Evropského patentu EP 0 670 817 B1 z 29.12.1999, kde odpadní voda je upravována v dvou buňkách, ve kterých je odpadní voda provzdušněna a smíchána v upravovači a vypouštěcí buňce a ve které znovu zavedení kalu z upravovači a vypouštěcí buňky do první upravovači buňky probíhá v průběhu míchací fáze (B a R fáze). Zde je podstatné, že v upravovači a vypouštěcí buňce je provedeno provzdušnění a míchání a není zpětně zaveden usazený a zahuštěný aktivovaný kal, což je důvod potřebné dlouhé doby pro zpětné zavedení a je dosaženo nižšího množství sušiny v první upravovači buňce, tedy vznikají časové ztráty pro ostatní fáze (viz nárok 1 dokumentu).

Podobný způsob je znám z Evropské přihlášky EP 1 110 916 z 17.1.2000. V čistící stanici pracující podle průtokového principu a využívající jedno-nádržovou technologii, je usazený a zahuštěný aktivovaný kal vrácen po V fázích a před R fázemi do první upravovači nádrže. Znovu zavedení kalu je prováděno v relativně krátkém čase, což vyžaduje velké zpětné množství.

EP 0 399 013 se vztahuje k zařízení pro zpracování odpadní vody, ve kterém je možné vyrovnání většího množství odpadní vody (účinky odpadní vody) jednoduchým způsobem. Toho je dosaženo tím, že uzavírací nástroj odtoku aktivační nádrže se skládá z pohyblivého uzávěrového těla vyrobeného z elasticky deformovatelné folie. Tekutina z aktivační nádrže je dopravována do sekundární čistící nádrže pomocí zdvihání proudem vzduchu. Dno obou nádrží je opatřeno uzavíratelným otvorem, který slouží pro dopravování usazeného kalu ze sekundární čistící nádrže do aktivační nádrže a který je otevírán pouze na krátký čas. Tudíž, spojení dvou nádrží je hydraulicky přerušováno a je příčinou rozdílné výšky hladiny vody ve dvou nádržích. Způsob obsahující tento prostředek je aktivační metoda pracující ·· · · · · · · ·· · · *··· · · · · · · · • · · · · · · · · · · • · · · · · · · · · ···· ·· ·· ·· ·· ···· podle principu vzdutí s přerušovaným, krátkodobým zpětným zavedením kalu z dočisťovací nádrže do aktivační nádrže, jako opaku k průtokové metodě jak je citována na začátku.

Podstata vynálezu

Úkolem vynálezu je zlepšit výše uvedené způsoby pro biologické čištění odpadních vod způsobem, který umožňuje přihláška ve středních a velkorozměrových čistících stanicích užitím průtokového principu a současně dosahující vyšší koncentrace kalu v aktivační nádrži v kratším čase zpětného zavádění prostřednictvím zpětného zavedení usazeného a dobře zahuštěného aktivovaného kalu. Tato úloha je řešena prostřednictvím znaků nároku 1, podle kterého po V fázích a před R fázemi, je usazený a zahuštěný aktivovaný kal zpětně zaveden do B nádrže z SU nádrží (S fáze).

Vynález je vyznačený tím, že aby bylo dosaženo průtokového principu, je aktivační nádrž (B nádrž) trvale hydraulicky propojena s několika usazovacími a recirkulačními nádržemi (SU nádrže), kde v SU nádržích probíhá několikrát za den pracovní cyklus zahrnující míchací fázi (R fáze), předusazovací fázi (V fáze) a vypouštěcí fázi (A fáze). V R fázi se aktivovaný kal znovu promíchává s vodou, ve V fázi se aktivovaný kal usazuje a v A fázi se vypouští čistá voda. Cykly v SU nádržích jsou fázově posunuty takovým způsobem, že A fáze jsou vzájemně ohraničeny což způsobuje, že odtok z čistící stanice odpovídá jeho přítoku (průtokový princip). Z kontextu je podstatné, že před R fází je převáděn usazený a dobře zahuštěný aktivovaný kal do B nádrže (S fáze). Výhodně je dosažena vysoká kalová koncentrace v B nádrži a krátký návratový čas v případě, kdy zpětné zavedení je provedeno pouze po ukončení vypouštěcí fáze čisté vody (A fáze).

Aktivovaný kal, který je zpětně zaveden, je výhodné vybrat ze dna SU nádrže, když zde vzniká nej vyšší koncentrace kalu.

Po zpětném zavedení usazeného kalu je voda přemístěna do B nádrže, kterážto voda je vrácena do SU nádrže prostřednictvím otvoru v blízkosti hladiny. Tato voda také obsahuje aktivovaný kal, nicméně v menší koncentraci ve srovnání s navráceným usazeným kalem. Aby se minimalizoval tento zpětný tok kalu, je účelné podle předloženého vynálezu přerušit nebo přiškrtit provzdušňování v aktivační nádrži před začátkem zpětného zavedení aktivovaného kalu. Tím aktivovaný kal vířený nahoru prostřednictvím provzdušňování poklesne pod úroveň otvoru v blízkosti hladiny, a koncentrace kalu v přemístěné vodě je snížena.

• · · · · · · • · · · ···· • · · · ·· ·· ··

Otvory v blízkosti hladiny jsou opatřeny klapkami otvíracími se automaticky a uzavíracími se ve V a A fázích.

Zpětné zavedení usazeného kalu může být provedeno elektrickými zařízeními (čerpadly, míchacími zařízením) nebo zdviháním proudem vzduchu.

Míchání v SU nádržích (R fáze) může být prováděno stejně tak několika způsoby. Vzduch může být vstřikován, může být užit elektricky řízený míchací přístroj nebo zdvihání proudem vzduchu.

Pro zpětné zavedení kalu a míchání v SU nádržích může být použito kombinované zdvihání proudem vzduchu obr. 2 (dvojitý vodní uzávěr). Při přítomnosti jemně bublinatého provzdušnění pro B nádrž, toto provzdušnění může být odpojeno a stlačený vzduch takto dosažený může být použit pro chod dvojitého vodního uzávěru. V tomto případě je důležité, že pro míchání je generován takto silný proud vody, který víří nahoru aktivovaný kal usazený na dně, homogenizuje obsah SU nádrže a dopravuje plovoucí kal, který může být vyvolán, do B nádrže, kde může být znovu zpracován v aktivovaný kal.

B nádrž například může být hydraulicky spojena s dvěma SU nádržemi a časy cyklu se předpokládají 140 minutové: S fáze přibližně 5 minut, R fáze přibližně 5 minut, V fáze přibližně 60 minut, A fáze přibližně 70 minut, tedy A = (S + R + V).

Se třemi SU nádržemi je získán cyklus přibližně 105 minutový: S fáze přibližně 5 minut, R fáze přibližně 5 minut, V fáze přibližně 60 minut, A fáze přibližně 35 minut, tedy A = (S + R + V) : 2.

Pro odvod čisté vody se vhodně osvědčil pevně upevněný tlakovzdušný uzávěr (obr.

4). Pro odvod nadbytečného a plovoucí kalu může být použito také automaticky pracující zdvihání proudem vzduchu.

Přehled obrázků na výkresech

Další detaily vynálezu mohou být zjištěny z následujícího popisu, s odvoláním na výkres. Na něm obrázky ukazují:

Obr. 1 schematické znázornění jednotlivých fází v průběhu (během) cyklu

Obr. 2 schematické znázornění dvojitého vodního uzávěru pro dopravu tekutin v obou směrech

Obr. 3 schematické znázornění jednotlivých fází v průběhu cyklu užívající dvojitého vodního uzávěru

Obr. 4 schematické znázornění odvodu přečištěné vody (tlakovzdušný uzávěr).

Popis příkladných provedení

Obrázky la až ld schematicky znázorňují fáze S, R, V a A. Svislý řez podél směru toku vede skrze B nádrž a jednu z nejméně dvou SU nádrží. Nepřetržitý přítok je opačný k odtoku pouze v A fázi. V tomto znázornění jsou S a R fáze řízeny míchacím zařízením. Otvory v blízkosti hladiny jsou ve V a A fázích uzavřeny. Aktivační nádrž je označena B, usazovací a recirkulační nádrž SU. S fáze je schematicky znázorněna na obr. la. Zahuštěný kal Qsje dopravován z SU nádrže do B nádrže, v tomto případě, pomocí míchacího zařízení prostřednictvím trvale otevřeného otvoru umístěného v blízkosti dna, a stejné množství Qs proudí zpět přes otvor umístěný v blízkosti hladiny mezi B nádrží a SU nádrží. V místě míchacího zařízení může být například stejně tak dobře umístěn zdvih proudem vzduchu. Obr. lb představuje míchací fázi. V tomto případě pomocí míchacího zařízení je vytvořen silný proud tekutiny Qr, který víří směrem nahoru a homogenizuje obsah SU nádrže. Průtok o stejné velikosti přichází z SU nádrže do B nádrže přes otvor v blízkosti hladiny. Na obr. lc je vidět V fáze. Zatímco v SU nádrži se kal usazuje a vytváří definovanou úroveň kalu sl, B nádrž je provzdušněna v tomto případě jemnými bublinkami stlačeného vzduchu. Také otvor v blízkosti hladiny je uzavřen. Konečně, obr. ld ukazuje A fázi, ve které uskutečněný výtok Qab odpovídá přítoku Q_zu. Otvory blízko hladiny jsou uzavřeny. Množství tekutiny, odpovídající přítoku Q_zu a skládající se z vody a kalu, proudí do SU nádrže přes trvale otevřené hydraulické spojení na dně nádrže.

Na obr. 2 je schematicky zobrazen dvojitý vodní uzávěr. Obr. 2 ukazuje činnost v S fázi, a obr. 2b pak v R fázi. Na obr. 2a, po zavedení stlačeného vzduchu (vzduchové bubliny jsou zobrazeny) je množství tekutiny Qs dopravováno z SU nádrže do B nádrže. Na obr. 2b je vyvolán protichůdný proud tekutiny z B nádrže do SU nádrže, ve které je Qr větší než Qs- Také je podstatné, že proudící tekutina Qr vstupuje do SU nádrže s tak vysokou rychlostí toku (v ~ 2,0 m/s), že kalové usazeniny na dně jsou vířeny směrem nahoru a obsah SU nádrže je homogenizován.

Obr. 3a až 3d schematicky znázorňuje fáze S, R, V a A s užitím dvojitého vodního uzávěru zobrazeného na obr. 2. Po straně lze vidět příslušný stav otvorů sklapkami umístěných blízko hladiny. Pro obr. 3a až 3d je podstatně použitelné stejně tak dobře pojednání z obr. la až ld.

· 4 · · · 4 · « 4 4

4 4 · · ··· · • •44 44 4· · · · *

Konečně, obr. 4 ukazuje možný odvod čisté vody tlakovzdušným uzávěrem. Ve vzdálenosti přibližně 1 m jsou uspořádány podél trubky vodorovně upevněné drenážní nástavce orientované kolmo dolů. Pro realizaci uzávěru je stlačený vzduch Ql hnán do vodorovné trubky. Obr. 4a ukazuje uzavřený tlakovzdušný uzávěr, ve kterém malé množství nepřerušovaně vstřikovaného stlačeného vzduchu Ql uniká skrz malou trubici, aby se udržela konstantní úroveň rozdílu ΔΗ vody. Maximální úroveň vody v SU nádrži je označena „max.wl“ a úroveň vody ve výpustním kanálu oc je označena „wl-oc“. V tlakovzdušném uzávěru je přítomen stlačený vzduch odpovídající rozdílu ΔΗ. Na obr. 4b je zobrazen otevřený tlakový uzávěr. Množství odtoku je Q. Výpustní kanál oc je, v tomto případě, odvodňovací příkop; stejně tak dobře může být zrealizován jako tlaková trubka. Uvnitř a vně tlako vzdušného uzávěru je stejný tlak vzduchu.

γΐ/JtfQZ _ .Μ 1,24 4 • 444

44 4444 44#

4444 44 44 44 44 4444

Claims

Patentové nároky

1. Způsob biologického čištění odpadních vod pomocí aktivovaného kalu, při kterém je odpadní voda přivedena nejdříve do nádrže s provzdušněným aktivovaným kalem (B nádrž) a po té střídavě do jedné z několika usazovacích a recirkulačních nádrží (SU nádrž), které jsou trvale hydraulicky spojené se zmíněnou B nádrží a ve kterých probíhá několikrát za den pracovní cyklus zahrnující míchací fázi (R fáze), předusazovací fázi (V fáze) a vypouštěcí fázi (A fáze), po řadě se v R fázi aktivovaný kal znovu promíchává s vodou, ve V fázi se aktivovaný kal usazuje a v A fázi se vypouští čistá voda, a ve kterém cykly v SU nádržích jsou fázově posunuty, A fáze jsou vzájemně ohraničeny, pouze v A fázích SU nádrže protékají, je dosahována přibližně stálá hladina vody, což má za příčinu, že odtok z čistící stanice odpovídá jeho přítoku (průtokový princip), vyznačující se tím, že po V fázích a před R fázemi je usazený a zahuštěný aktivovaný kal zpětně zaveden z SU nádrže do B nádrže (S fáze).
2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že zpětné zavedení usazeného aktivovaného kalu probíhá v průběhu nebo výhodněji po A fázi.
3. Způsob podle nároku 2, vyznačující se tím, že množství přemístěné do B nádrže v průběhu S fáze s menším množstvím sušiny než zavedeným usazeným aktivovaným kalem je vráceno přes otvor v blízkosti hladiny v SU nádržích, a otvory v blízkosti hladiny umožňují průtok pouze v S a R fázích a jsou uzavřeny ve V a A fázích.
4. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že míchání v SU nádržích (R fáze) je prováděno prostřednictvím vstřikování vzduchu pomocí elektricky řízeného míchacího zařízení nebo zdvihání proudem vzduchu.
5. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že pro zpětné zavedení usazeného aktivovaného kalu a pro míchání v SU nádržích (S a R fáze), je použito kombinované zdvihání proudem vzduchu (dvojitý vodní uzávěr), který umožňuje dopravení tekutiny v obou směrech a zajišťuje trvalé hydraulické spojení mezi B nádrží a SU nádrží ve V a A fázích, ve kterých míchací účinek v SU nádrži je vyvolán pomocí silného proudu vody, který víří nahoru ze dna usazený aktivovaný kal, vytváří vodní válec s homogenizačním účinkem a dopravuje možný vyvolaný plovoucí kal přes otvor v blízkosti hladiny do B nádrže.

TY <2^1

0« 00 04 00 0· 00

0404 «44 040 4

0 4 4 0 0 000 4 4 4

0 00 0000 000 0000 00 00 00 00 0000
6. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že provzdušnění B nádrže je přerušeno v R fázích, v S fázích nebo v obou.
7. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že B nádrž je hydraulicky spojena s dvěmi SU nádržemi a doba cyklu je založena na přibližně 140 minut (S fáze přibližně 5 minut, R fáze přibližně 5 minut, V fáze přibližně 60 minut, A fáze přibližně 70 minut, tedy A = (S + R + V)) nebo se třemi SU nádržemi a doba cyklu je založena na přibližně 105 minut (S fáze přibližně 5 minut, R fáze přibližně 5 minut, V fáze přibližně 60 minut, A fáze přibližně 35 minut, tedy A = (S + R + V):2).
8. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že odvod je proveden jako pneumatický uzávěr, který má vodorovnou trubku a nejméně jednu drenážní trubku orientovanou směrem dolů, do kteréžto vodorovné trubky může být vstřikován stlačený vzduch.
9. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že na konci V fáze je koncentrace kalu měřená v předem definované hloubce přibližně 1,0 až 1,5 m pod hladinou vody, a na konci A fáze je zahuštěný přebytečný kal odváděn na krátkou dobu (několik minut), jestliže měření kalové koncentrace zjistilo úroveň kalu ležícího nad měřenou polohou.
10. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 1 až 9, vyznačující se tím, že B nádrž je trvale hydraulicky spojena s SU nádrží přes jeden nebo více otvorů ve střední oblasti (kolem poloviny hloubky vody), v S fázi zahuštěný kal je veden ze dna SU nádrže do horní oblasti (blízko povrchu) B nádrže a obsah B nádrže takto přemístěný je vrácen skrze otvory ve střední oblasti nádrží, v R fázi obsah SU nádrže je vířen směrem nahoru a homogenizován bez vytvoření cirkulačního oběhu přes B nádrž, a v A fázi proud z B nádrže do SU nádrže probíhá stejně tak dobře přes otvory ve střední oblasti.