CZ2023359A3 - Způsob čištění odpadních vod a zařízení k provádění tohoto způsobu - Google Patents

Abstract

Řešení se týká způsobu čištění odpadních vod aktivovaným kalem ve vznosu na diskontinuálním principu s využitím jejich mikrofiltrace polopropustnými membránami. Odpadní vody jsou přiváděny do aktivační nádrže, kde se plní z minimální na maximální hladinu. V průběhu plnění akumulační nádrže dochází k provzdušňování bioreaktoru a k mikrofiltraci odpadních vod v membránové jednotce, uložené v bioreaktoru. Filtrát je odčerpáván z vnitřního prostoru jednotlivých membrán do zásobní nádrže filtrátu a z ní odtéká přepadem do odtoku z čistírny. Po naplnění akumulační nádrže na maximální hladinu se ukončí provzdušňování bioreaktoru a odčerpávání filtrátu do zásobní nádrže filtrátu. Po následné sedimentaci aktivovaného kalu u dna aktivační nádrže se zahájí přečerpávání předčištěných odpadních vod z akumulační nádrže do bioreaktoru a současně odčerpávání filtrátu ze zásobní nádrže zpět do vnitřního prostoru jednotlivých membrán pro čištění jejich vnějšího povrchu. Po snížení hladiny odpadních vod v akumulační nádrži na minimální hladinu se obnoví plnění akumulační nádrže, provzdušňování bioreaktoru a zahájí se odčerpávání filtrátu z čistírny.

Description

Způsob čištění odpadních vod a zařízení k provádění tohoto způsobu

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu čištění odpadních vod aktivovaným kalem ve vznosu na diskontinuálním principu s využitím jejich mikrofiltrace polopropustnými membránami.

Dosavadní stav techniky

Membrány, dosud používané při čištění odpadních užitkových a pitných vod, jsou polopropustné materiály, které propouští vodu, ale zadržují nerozpuštěné látky. Pro tento účel se obvykle používají membrány o velikosti pórů 0,2 nm, v nichž jsou zadržovány částice do velikosti bakterií a procházející voda je tak zajištěna hygienicky. Membrány se běžně vyrábějí buď jako duté desky, kdy z vnitřního prostoru, který je vytvořen těmito deskami se odvádí přefitrováná voda - filtrát, nebo jako dutá tenká vlákna a filtrát se pak odvádí z vnitřního prostoru těchto vláken. Membrány jsou ponořeny v kapalině a pro vlastní filtraci je třeba vyvinout přetlak mezi vnějším a vnitřním povrchem polopropustné membrány. To se obvykle řeší vytvořením podtlaku ve vnitřním prostoru membrány. Membrány používané pro filtraci odpadních vod se obvykle provozují při rozdílu tlaku na stěnu od 10 do 50 kPa,. Platí, že při vyšším podtlaku se zvyšuje hydraulický výkon systému, ale obvykle se zvyšují i nároky na četnost čištění. Podtlak na vnitřní stranu membrány je možné vytvořit prakticky dvěma způsoby. Sáním čerpadel, nebo instalací vývěvy. V praxi se používají oba způsoby. Nejobvyklejší u menších systémů je odsávání čerpadly, kdy čerpadlo vytvoří sáním podtlak a zároveň filtrát přečerpá na potřebnou dopravní výšku, potřebnou pro zajištění technologického procesu.

Problémem při provozování membránové filtrace je udržování dlouhodobé průtočnosti. Povrch membrán se postupně zanáší, a proto je součástí technologie i čištění membrán od usazených nečistot. Střídají se tedy fáze odsávání a čištění, kdy se do filtrátu přidávají chemické čisticí prostředky pro lepší účinnost čištění povrchu membrán. Systém je řízen programovatelnou řídicí jednotkou, kde se nastavují časy filtrace, zpětného praní a dávkování chemických čisticích prostředků. I přes takto ošetřené membránové systémy je nezbytné nejméně jednou ročně membránové bloky vyjmout a ve speciálních lázních obnovit jejich průtočnost.

Tento dosud známý systém membránové filtrace je však nepoužitelný pro malé domovní čistírny do velikosti 2 m³ pro neúměrně vysokou cenu a vysoké provozní náklady.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky odstraňuje způsob čištění odpadních vod podle vynálezu, kde jsou odpadní vody přiváděny do akumulační nádrže, která se plní z minimální hladiny na maximální hladinu. V průběhu plnění akumulační nádrže dochází k provzdušňování bioreaktoru ak mikrofiltraci odpadních vod v membránové jednotce, uložené v bioreaktoru. Filtrát je z vnitřního prostoru jednotlivých membrán odčerpáván do zásobní nádrže filtrátu a z ní odtéká přepadem do odtoku z čistírny. Po naplnění akumulační nádrže na maximální hladinu se ukončí provzdušňování bioreaktoru a odčerpávání filtrátu do zásobní nádrže. Po následné sedimentaci aktivovaného kalu u dna bioreaktoru se zahájí přečerpávání odpadních vod z akumulační nádrže do bioreaktoru a současně odčerpávání filtrátu ze zásobní nádrže zpět do vnitřního prostoru jednotlivých membrán za účelem čištění jejich vnějšího povrchu od usazených částic, které brání řádné filtraci vody. Po snížení hladiny odpadních vod v akumulační nádrži na minimální hladinu se obnoví plnění akumulační nádrže, provzdušňování bioreaktoru a zahájí se odčerpávání filtrátu z čistírny.

- 1 CZ 2023 - 359 A3

V době, kdy se akumulační nádrž plní z minimální na maximální hladinu, v bioreaktoru „SBR“ (Sequencing Batch Reactor) probíhá biologické čištění aktivovaným kalem, kdy směs biologicky vyčištěné vody a aktivovaného kalu omývá povrch dutých filtračních membrán. Ty jsou odsávány ponořeným průtokovým čerpadlem filtrátu, které dopravuje filtrát, průtokem přes průtokové čerpadlo pro čištění membrán do zásobní nádrže filtrátu a z ní ven z čistírny, čímž se v bioreaktoru vytváří prostor pro odpadní vody přečerpávané z akumulační nádrže. Konstrukční uspořádání obou čerpadel umožňuje jejich průtočnost v opačném směru v případě jejich vypnutí. Při filtrační fázi je tak průtokové čerpadlo filtrátu aktivní a průtokové čerpadlo pro čistění membrán, které je vypnuto umožňuje průtok čerpaného filtrátu do zásobní nádrže filtrátu. Při fázi čištění membrán je průtokové čerpadlo pro čištění membrán aktivní a vypnuté průtokové čerpadlo filtrátu umožňuje průtok filtrátu zpět do vnitřního prostoru polopropustných membrán, kde vytváří přetlak pro průnik filtrátu do bioreaktoru, čímž dochází k čištění vnějšího povrchu membrán od kalu.

Řídicí jednotka čistírny pracuje s informacemi o množství přitékajících odpadních vod a optimalizuje dobu provzdušňování v obou nádržích, a tím i dodávku kyslíku potřebného pro biologické čištění odpadních vod. Odčerpávání a přítok filtrátu z a do membrán je rovněž řízen touto řídicí jednotkou.

Domovní čistírna odpadních vod je tvořená akumulační nádrží s přítokem, filtrem hrubých nečistot a vzduchovým čerpadlem odpadních vod ústícím do bioreaktoru a dále bioreaktorem s aeračním zařízením. V bioreaktoru je uložena membránová jednotka pro mikrofiltraci vyčištěných vod, jejíž výstup je spojen přes obě čerpadla se zásobní nádrží filtrátu s přepadem do odtoku z čistírny.

Pro odsávání a následné zpětné praní membrán jsou s výhodou vyžita malá čerpadla, využitelná například i v akvaristice a podobně. Tato čerpadla jsou konstruována pro malou dopravní výšku a trvalý provoz, při současně nízké ceně. Jejich výhoda spočívá v tom, že umožňují průtok oběma směry. Čerpadla jsou schopna vyvinout podtlak na sání do cca 20 kPa a stejné hodnoty platí i pro výtlak. Když je čerpadlo vypnuto, umožňuje průtok opačným směrem s minimálními tlakovými ztrátami. Této vlastnosti je využito jak pro čerpadlo filtrátu, tak i pro čerpadlo pro čištění membrán, kdy je možné obě čerpadla připojit na stejné potrubí či hadici za sebou. Pro zvýšení účinnosti praní je vhodné do zásobní nádobky filtrátu vložit chlorovací bazénovou tabletu, nebo u větších systémů dávkovat chlornan sodný dávkovacím čerpadlem.

Výraznou výhodou uvedeného technického řešení je to, že k řízení celého filtračního systému je možné využít řídicí jednotku čistírny, kdy střídání fází filtrace a zpětného praní je navázáno na řízení procesu používaného v tomto typu čistíren a nevyžaduje tak samostatnou řídicí jednotku jen pro membránovou technologii. Hlavní předností uvedeného zařízení je tedy jeho jednoduchost, z toho plynoucí vysoká spolehlivost a v neposlední řadě nízká cena.

Objasnění výkresů

Na připojených obrázcích je znázorněno jedno z možných konstrukčních řešení domovní čistírny s membránovou filtrací, přičemž na obr. 1 je znázorněna domovní čistírna ve fázi filtrace; a na obr. 2 ve fázi zpětného čištění vnějšího povrchu membrán.

Příklady uskutečnění vynálezu

Při filtrační fázi odpadní vody natékají přítokem 1 do přítokové akumulační nádrže 2. V ní hladina odpadních vod stoupá z hladiny minimální na hladinu maximální a po dobu přítoku se odpadní vody zpravidla provzdušňují provzdušňovacím zařízením 15 a míchají s aktivovaným kalem. Současně v bioreaktoru 3 probíhá provzdušňování a tím i biologické čištění odpadních

-2 CZ 2023 - 359 A3 vod aktivovaným kalem. Provzdušňovací zařízení 4 v bioreaktoru 3 dodává pro biologické procesy, probíhající v bioreaktoru 3, kyslík a zároveň zajišťuje omývání povrchu membrán v membránové jednotce 5 směsí bublinek vzduchu s aktivovaným kalem. V této době průtokové čerpadlo 6 filtrátu čerpá filtrát 7 z vnitřního prostoru dutých membrán do zásobní nádržky 8 5 filtrátu. Z nádržky 8 filtrátu pak filtrát 7 odtéká gravitačně přepadem 9 do odtoku 10. Hladina vody v bioreaktoru 3 postupně klesá.

Po dosažení maximální hladiny v akumulační nádrži 2 se předčištěné odpadní vody přečerpávají přes filtr 11 hrubých nečistot vzduchovým čerpadlem 12 odpadních vod do bioreaktoru 3, kde ίο hladina vody v důsledku toho stoupá. Současně se zapíná průtokové čerpadlo 13 pro čistění vnějšího povrchu membrán, které zpětně přečerpává filtrát 7, vypnutým průtokovým čerpadlem 6 filtrátu, ze zásobní nádržky 8 filtrátu přes membránovou jednotku 5 do bioreaktoru 3. Zároveň pracuje odkalovací vzduchové čerpadlo 14. které odčerpává přebytečný kal z bioreaktoru 3 například do akumulační nádrže 2.

Po snížení hladiny odpadních vod v akumulační nádrži 2 na minimální hladinu se obnoví proces provzdušňování bioreaktoru 3, spojený s fází filtrace a odtoku vyčištěné vody - filtrátu 7 do odtoku 10.

Claims (6)

1. Způsob čištění odpadních vod aktivovaným kalem ve vznosu v domovních čistírně, v níž jsou odpadní vody přiváděny do akumulační nádrže, kde se plní z minimální na maximální hladinu, zatímco v průběhu plnění akumulační nádrže dochází k provzdušňování bioreaktoru, vyznačující se tím, že v průběhu plnění akumulační nádrže dochází k mikrofiltraci odpadních vod v membránové jednotce, uložené v bioreaktoru, přičemž filtrát z vnitřního prostoru jednotlivých membrán je odčerpáván do zásobní nádrže filtrátu a z ní odtéká přepadem do odtoku z čistírny, přičemž po naplnění akumulační nádrže na maximální hladinu se ukončí provzdušňování bioreaktoru a odčerpávání filtrátu do zásobní nádrže filtrátu a po následné sedimentaci aktivovaného kalu u dna bioreaktoru se zahájí přečerpávání předčištěných odpadních vod z akumulační nádrže do bioreaktoru a současně odčerpávání filtrátu ze zásobní nádrže zpět do vnitřního prostoru jednotlivých membrán pro čištění jejich vnějšího povrchu, přičemž po snížení hladiny odpadních vod v akumulační nádrži na minimální hladinu se obnoví plnění akumulační nádrže, provzdušňování bioreaktoru a zahájí se odčerpávání filtrátu z čistírny.

2. Způsob čištění odpadních vod podle nároku 1, vyznačující se tím, že po dobu provzdušňování bioreaktoru jsou provzdušňovány i odpadní vody v akumulační nádrži.

3. Způsob čištění odpadních vod podle nároku 1, vyznačující se tím, že z bioreaktoru se po dobu jeho plnění odčerpává přebytečný kal.

4. Domovní čistírna odpadních vod k provádění způsobu čištění podle nároků 1 až 3, tvořená akumulační nádrží (2) s přítokem (1) odpadních vod, vzduchovým čerpadlem (12) odpadních vod do bioreaktoru (3), a bioreaktorem (3) s aeračním zařízením (4), vyznačující se tím, že v bioreaktoru (3) je uložena membránová jednotka (5) pro mikrofiltraci vyčištěných vod, jejíž výstup je spojen průtokovým čerpadlem (6) filtrátu a dále průtokovým čerpadlem (13) pro čištění vnějšího povrchu membrán v membránové jednotce (5) se zásobní nádrží (8) filtrátu, opatřené přepadem (9) pro odtok (10) z čistírny.

5. Domovní čistírna odpadních vod podle nároku 4, vyznačující se tím, že bioreaktor (3) je opatřen odkalovacím vzduchovým čerpadlem (14) pro odčerpání přebytečného kalu.

6. Domovní čistírna odpadních vod podle nároku 4, vyznačující se tím, že akumulační nádrž (2) je opatřena provzdušňovacím zařízením (15).