CZ2007643A3 - Zpusob potlacování vláknitého bytnení aktivovaného kalu u aktivacního procesu biologického cištení odpadních vod - Google Patents

Abstract

Zpusob potlacování vláknitého bytnení aktivovaného kalu a zlepšování jeho separacních vlastností u aktivacního procesu biologického cištení odpadních vod, ke kterému dochází instalací hybridního selektoru do záhlaví biologické linky aktivacního procesu. Hybridní selektor je provzdušnovaný reaktor s aktivovaným kalem v suspenzi, kam je nasypán nosic biomasy a biomasa v tomto reaktoru je kultivována a narustá jak v suspenzi, tak i ve forme biofilmu na nosici biomasy. Prostrednictvím kinetické, metabolické a mechanické selekce dochází k potlacení rustu vláknitých baktérií a preferenci rustu vlockotvorných baktérií v aktivovaném kalu. Ke zlepšení separacních vlastností vlocek aktivovaného kalu dochází i strháváním kompaktních cástecek biofilmu z nosice a jejich následné inkorporaci do vlocek biomasy v suspenzi.

Description

Způsob potlačování vláknitého bytnění aktivovaného kalu u aktivačního procesu biologického čištění odpadních vod.

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu potlačování vláknitého bytnění aktivovaného kalu u aktivačního procesu biologického čištěni odpadních vod v aktivační nádrži aktivačního procesu kontinuálního nebo diskontinuálního typu.

Dosavadní stav techniky

Při biologickém čištěni odpadních vod aktivačním procesem je nezbytné vykultivovat biocenózu aktivovaného kalu vlakové formě, aby vykazovala uspokojivé sedimentační vlastností. Biocenóza aktivovaného kalu je směsnou biologickou kulturou v aktivačních reaktorech aktivačního procesu kontinuálního či diskontinuálního typu, která je ve finální fázi aktivačního procesu čištění odpadních vod gravitačně odseparována sedimentací od vyčištěné odpadní vody. V případě nedostatečné sedimentace aktivovaného kalu, tzv. bytněni aktivovaného kalu, je dosaženo nedostatečné separace aktivovaného kalu od vyčištěné vody a odtok z biologické linky aktivačního procesu je znehodnocen. Proto je nanejvýš žádoucí, aby kultivace baktérií aktivovaného kalu probíhala takovým způsobem, aby bylo omezeno bytněni aktivovaného kalu a vykultivována biomasa aktivovaného kalu v suspenzi vykazující uspokojivé sedimentační vlastnosti.

K eliminaci znečištění z odpadních vod při biologickém čištění odpadních vod dochází prostřednictvím skupiny baktérií, které jsou v aktivačním procesu kultivovány ve formě směsné kultury, biocenózy, aktivovaného kalu. Tuto směsnou kulturu baktérií lze rozdělit do několika funkčních skupin dle typu znečištěni, na jehož eliminaci z odpadní vody se podílejí (heterotrofní, autotrofni a polyfosfáty akumulujíci baktérie). Dále je možné směsnou kulturu baktérii rozdělit i do skupin podle jejich vlivu na schopnost tvořit sedimentujici čí nesedimentující biomasu: (1) vločkotvorné baktérie, vytvářející sedimentujíci biomasu, a (2) vláknité baktérie, vytvářející nesedimentující biomasu. Z technologického hlediska je pro aktivační proces vždy žádoucí selekce baktérií v aktivovaném kalu ve prospěch skupiny (1) vločktovorných baktérií, odpovědných za vytvářeni dobře sedimentujících vloček aktivovaného kalu a omezení růstu vláknitých baktérií skupiny (2), vytvářejících obvykle nesedimentující biomasu.

Biologické čištění odpadních vod prostřednictvím aktivačního procesu je známo několik desítek let. Rovněž termín bytnění aktivovaného kalu spojovaný s nedostatečnou separovatelností aktivovaného kalu od vyčištěné odpadní vody je znám mnoho let a popsán v literatuře. Například Wanner (Activated Sludge Bulking and Foaming Control, Technomic Publishing Company, lne., Lancaster, 1994) detailně a souhrnně popisuje celou problematiku bytnění a pěnění aktivovaného kalu při čištění odpadních vod, přičemž dosud neexistuje universální způsob, který by bytnění aktivovaného kalu stoprocentně eliminoval , , «·····* , , · · ··· · · · · ,, , . .... ... . ·* »· ·· ·

Principy kinetické a metabolické selekce jsou rovněž známy řadu let a popsány např. Chudobou et al. (Control oř Activate Sludge Fílamentous bulking - II. Selection of microorganisms by means of a selector, Wat. Res. 7, 1389-1406, 1973) a existuje o nich i mnoho jiných publikací (např. Jenkins et al.: Manual on the Causes and Control of Activated Sludge Bulking, Foaming and Other Solids Separation Problems, 3rd edition, IWA Publishing, London, 2004). Jejich účinnost však nebyla a není nikdy stoprocentní. Popsané aplikace selektorových aktivací vždy pracovaly pouze a jenom na bázi umístění selektoru, většinou s více kompartmenty, na začátek aktivačního procesu, výhradně s kultivací biomasy v suspenzi, kde docházelo ke kinetické a metabolické selekci baktérií podle zvoleného kultivačního prostředí (oxické, anoxické, anaerobní) v prostředí se zvýšeným gradientem substrátu (znečištění) podél selektoru, s výhodou vykazujícím hydraulickou charakteristiku pístového toku.

Vlastní princip kinetické selekce baktérií je založen na skutečnosti, že skupiny vločkotvorných a vláknitých baktérií vykazují různé růstové kinetiky při různých koncentracích substrátu v prostředí. Vločkotvorné baktérie vykazují vyšší růstové rychlosti při vyšších koncentracích substrátu v prostředí. U směšovacích aktivaci jsou však koncentrace substrátu vprostřed! již velmi nízké, na úrovni reziduálních koncentrací, kdy vykazují vyšší růstové rychlosti vláknité baktérie. Proto u směšovacích aktivací je často pozorováno vláknité bytnění aktivovaného kalu. Pokud je do záhlaví procesu umístěn selektor ve formě malého provzdušňovaného reaktoru, kde jsou dosaženy vyšší koncentrace substrátu, dochází k růstové preferenci vločkotvorných baktérií. Pokud tento reaktor není provzdušnován, podle typu kultivačního prostředí se jedná o anoxický čí anaerobní selektor. V tomto případě dochází k selekci metabolické, neboť vločkotvorné mikroorganismy vykazují rozdílné metabolismy využíváni substrátu voxickém, anoxickém a anaerobním prostředí ve srovnáni s vláknitými mikroorganismy. Celá problematika selekce baktérii je popsána např. v publikací Chudoby et al., Biologické čištěni odpadních vod, SNTL, Praha, 1991.

Na druhou stranu biologické reaktory, uplatňující nosiče biomasy ve vznosu, v naprosté většině případů využívaly výhody, že polyfunkční biomasa v systému je kultivována na nosiči biomasy a nikoliv v suspenzi. Literatura tyto procesy popisuje již více jak 20 let a souhrnný přehled lze nalézt např. u Odegaarda (Innovations in wastewater treatment: the moving bed biofilm process, Wat.Scí.Tech., Vol 53, pp 17 - 33, 2006). Tyto systémy proto nebyly vybaveny recirkulaci vratného aktivovaného kalu z dosazovací nádrže na začátek procesu tak, jak je tomu u aktivačního procesu s kultivací biomasy pouze v suspenzi. V posledních letech se rovněž začaly uplatňovat systémy hybridní, které kombinují aktivační proces s kultivací biomasy v suspenzi s procesem kultivace biomasy na nosiči ponořeném v aktivovaném kalu (pevném, či ve vznosu). Důvodem jejich vzniku bylo však vždy pouze zvýšeni účinnosti eliminace určitého typu znečištěni z odpadních vod (odstraňováni organického znečištění, biologické nitrifikace či denitrifikace). Nebylo však řešeno ovlivnění složení biomasy aktivovaného kalu v suspenzi u hybridních aktivací ve prospěch vločkotvorných baktérií.

Podstata vynálezu

Vynalezený způsob potlačování vláknitého bytnění aktivovaného kalu spočívá v tom, že k potlačování vláknitého bytněni aktivovaného kalu v aktivačním procesu biologického čištění odpadních vod dochází zapojením vynalezeného hybridního selektoru do biologické linky aktivačního procesu. Hybridní selektor vylepšuje výrazným způsobem dosud známé metody potlačování vláknitého bytnění aktivovaného kalu v aktivačních procesech biologického čištění odpadních vod. Hybridní selektor byl vyvinut na základě znalosti principů selektorové aktivace a principů systémů na bázi nosičů biomasy umístěných v aktivačních reaktorech. Navíc je zcela nově využito i principu dosud nepopsané mechanické selekce, kdy pomocí mechanických vlivů při pohybu nosiče biomasy ve vznosu, způsobujících mechanickou destrukci vláknitých baktérii při turbulentním pohybu nosiče v suspenzi aktivovaného kalu, dochází k negativnímu ovlivnění růstu vláknitých baktérií.

Konstrukce hybridního selektoru je formulována jako reaktor s aktivovaným kalem v suspenzi, který vznikne tím způsobem, že je do néj nasypán nosič biomasy, který je spolu s aktivační směsí udržován ve vznosu, obvykle pneumaticky, mechanicky či hydraulicky, případně kombinaci těchto způsobů mícháni. Do hybridního selektoru je dodáván kyslík buď prostřednictvím dmychaného vzduchu, kdy může být využita aerace jemnobublinná, středobublinná nebo hrubobublinnů, případně je dodáván čistý kyslík. Plnění hybridního selektoru nosičem biomasy je limitováno v rozmezí 5 % až 95 % objemových, podle typu nosiče biomasy a podle typu uplatněni při čištěni odpadních vod různého složeni tak, aby byla zajištěna potřebná účinnost hybridního selektoru. Nosič biomasy je v hybridním selektoru zadržován pomocí speciálně konstruovaných sít, která zabraňují jeho průniku do dalších části biologické linky; konstrukce sít závisí na typu použitého nosiče biomasy. Tento hybridní selektor je nedílnou součástí aktivačního procesu libovolného typu a je umístěný v přední částí biologické linky aktivačního procesu, kam je zaveden přítok odpadní vody či pouze jeho část. Do hybridního selektoru musí být zavedeno více jak 30 % objemových odpadní vody z přítoku či více jak 30 % látkového organického zatížení z přítoku vyjádřeného jako CHSK (chemická spotřeba kyslíku) nebo BSK₆ (biochemická spotřeba kyslíku). Pokud nejsou tyto podmínky splněny, lze očekávat jeho sníženou účinnost či nefunkčnost.

Podstata vynálezu spočívá v tom, že zvýšeného selekčního tlaku ve prospěch vločkotvorných baktérii je dosaženo díky kombinovanému růstu biomasy v suspenzi a na nosiči biomasy v hybridním selektoru. Díky implementaci biofilmového procesu do selektoru dochází zároveň jak ke kinetické, tak i metabolické selekci. Příčinou tohoto jevu je skutečnost, že u biofilmové kultury je řádové vyšší stratifikace koncentrace rozpuštěných ukazatelů znečištění a kyslíku od povrchu biofilmu k tělu nosiče, než je tomu ve srovnání se sférickým útvarem ideální vločky aktivovaného kalu. V biofilmu je proto mnohem snáze a zároveň dosaženo všech tří typů kultivačních prostředí: oxického, anoxického a anaerobního. Zároveň u vynalezeného hybridního selektoru dochází k výrazně většímu selekčnímu tlaku, ve srovnání s klasickým selektorem, neboť díky růstu části biomasy na nosiči může být dosaženo i více jak dvojnásobné koncentrace sušiny biomasy v hybridním selektoru oproti koncentraci sušiny biomasy v suspenzi. Tímto způsobem je dosaženo i více jak dvojnásobných volumetrických rychlostí odstraňování substrátu v hybridním selektoru oproti selektoru pracujícímu pouze s biomasou v suspenzi. Selekční tlak ve prospěch vločkotvorných baktérií je proto výrazné vyšší. Další nedílnou součásti vynálezu je i nové popsaný mechanický selekční tlak, který v hybridním selektoru vzniká mechanickým působením nosiče biomasy při jeho turbulentním pohybu v reaktoru. Pohybující se nosič biomasy narušuje mechanicky trichomy vláknitých baktérii a tím dochází k jejich destrukci na kratší a kratší vlákna. Růst vláknitých baktérií je tímto způsobem narušován a je zabráněno tvorbě delších trichomů, což vykazuje pozitivní vliv na sedimentační vlastnosti aktivovaného kalu. Zároveň dochází k dalším doprovodným jevům, které díky vynalezenému uspořádání působí pozitivně na sedimentační vlastnosti aktivovaného kalu. Jedná se především o skutečnost, že i více jak 50 % biomasy v systému narůstá ve formě kompaktního biofilmu na nosiči biomasy v hybridním selektoru, který je při udržované vysoké turbulenci suspenze kalu a nosiče biomasy z povrchu nosiče strháván a tvoří následně podstatnou část dobře sedimentujících vloček. Strhané částice biofilmu velmi kompaktní povahy vykazují extrémně dobré sedimentační vlastnosti. Inkorporací těchto strhaných částic biofilmu do vloček kalu tak dochází k jejich zatěžkáváni, přičemž leckdy tyto částice biofilmu tvoří potřebná jádra vloček a snáze pak dochází k jejich nárůstu. Vločky kalu z tohoto systému proto vykazují větší velikost, což opět pozitivně působí na zlepšení jejich sedimentačních vlastností.

Využiti vynalezeného hybridního selektoru odstraňuje řadu nedostatků dříve popsaných selektoru, které pro svoji účinnost musely být konstruovány s hydraulickým schématem pístového toku tím způsobem, že bylo nutno v sérii zapojit minimálně 4 kompartmenty selektoru, aby byla splněna podmínka pístového toku. Tento nedostatek odstraňuje hybridní selektor, který je konstruován jako jediný reaktor, čímž je dosaženo značného konstrukčního zjednodušení. Možné zapojení více reaktorů tohoto typu v sérii je přípustné.

Vynalezeny způsob potlačování vláknitého bytněni aktivovaného kalu a zlepšování jeho sedimentačních vlastností u aktivačního procesu biologického čištění odpadních vod následně pozitivně působí na zlepšení funkčnosti celé biologické čistírny odpadních vod.

Přehled obrázků na výkresech

Na přiloženém výkresu obr. 1 je znázorněno konstrukční uspořádání hybridního selektoru. Obr. 2 znázorňuje, jakým způsobem se tento hybridní selektor zapojuje do aktivačního procesu.

Přiklad provedení vynálezu

Konstrukce hybridního selektoru je znázorněna na obr. 1 a sestává z reaktoru, který je konstruován jako aktivační nádrž, do které je zaveden přítok odpadní vody a aktivovaný kal z následného aktivačního procesu. Do reaktoru je nasypán nosič biomasy, čímž vznikne popsaný hybridní selektor. Do reaktoru je dodáván kyslík, obvykle pneumatickou aerací, přičemž aerační elementy hrubobublinného, středobublinného či jemnobublinného provedení jsou umístěny na dně nádrže. Aktivační směs a nosič • · •a· a a · a a · aa ·· biomasy jsou udržovány ve vznosu mícháním vzduchem, případné i mechanicky. Mechanické míchání je nutné především v případě, že je kyslík do systému přidáván v čistém stavu jako u kyslíkové aktivace. Nosič biomasy je v reaktoru zachycován speciálními síty umístěnými v odtokové části reaktoru tak, aby z reaktoru odtékala pouze aktivační směs bez nosiče biomasy.

Na obr. 2 je znázorněno zapojení hybridního selektoru 1 do technologické linky aktivačního procesu. Podle způsobu na obr. 2 je odpadni voda přiváděna do hybridního selektoru 1, do kterého je zároveň přiváděn proudem 3 aktivovaný kal z aktivačního procesu 2. Aktivační proces 2 může být libovolným aktivačním procesem kontinuálního či diskontinuálního typu. Odtok ze systému je realizován z aktivačního procesu 2.

Claims (4)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob potlačování vláknitého bytnění aktivovaného kalu u aktivačního procesu biologického čištění odpadních vod vyznačující se tím, že do záhlaví biologické linky aktivačního procesu, ve kterém je kultivována biomasa aktivovaného kalu v suspenzi, je zařazen hybridní selektor, který je naplněn nosičem biomasy v rozsahu 5 % až 95 % objemových a do kterého je zavedeno alespoň 30 % objemových odpadní vody z přítoku nebo alespoň 30 % látkového organického zatíženi odpadní vody z přítoku, jež je vyjádřeno jako chemická spotřeba kyslíku (CHSK) nebo biochemická spotřeba kyslíku (BSK_s), přičemž do hybridního selektoru je dodáván kyslík aerací dmychaným vzduchem.
2. 2. Způsob podle nároku 1 vyznačující se tím, že místo dmychaného vzduchu je do hybridního selektoru dodáván čistý kyslík a obsah hybridního selektoru je míchán pneumaticky, mechanicky nebo hydraulicky.
3. 3. Způsob podle nároku 1 nebo 2 vyznačující se tím, že do záhlaví biologické linky aktivačního procesu je zařazeno více samostatných hybridních selektorú v sérii nebo jeden hybridní selektor má více kompartmentů v sérii.
4. 4. Způsob podle nároků 1 až 3 vyznačující se tím, že nosič biomasy je v hybridním selektoru nebo v kompartmentů hybridního selektoru zadržován pomoci sít, která zabraňuji jeho průniku do dalších částí biologické linky.