CZ283591B6 - Způsob čištění odpadních vod v dvojici reaktorů s přerušovanou činností - Google Patents

Abstract

Způsob čištění odpadních vod v dvojici reaktorů s přerušovanou činností, kde se měří rychlost plnění reaktorů odpadními vodami a na základě změřených hodnot se upravuje délka čistících fází pro dosažení stanoveného rozmezí od minimální do maximální doby čistícího cyklu, při splnění podmínky, že v okamžiku naplnění prvního reaktoru je druhý vyprázdněn a připraven k novému plnění odpadními vodami. Při podkapacitním plnění, kdy přítoky odpadních vod nedosáhnou v jednom z dvojice reaktorů ve stanoveném maximálním časovém limitu požadované maximální hladiny aktivace, je reaktor doplněn na tuto hladinu vyčištěnou vodou. ŕ

Description

Způsob čištění odpadních vod v dvojici reaktorů s přerušovanou činností

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu čištění odpadních vod v dvojici reaktorů biologickou cestou s využitím aktivačního systému aktivovaným kalem ve vznosu.

Dosavadní stav techniky

Čištění odpadních vod biologickou cestou využívá aktivovaného kalu, což je směs rozličných bakterií a drobných mikroorganismů. Tento kal potřebuje ke svému životu organické látky obsažené v odpadních vodách, které rozkládá a tím odpadní vody čistí. Aktivační proces je možný pouze při nepřetržitém okysličování, které je zpravidla řešeno vháněním vzduchu do aktivační nádrže.

K. čištění odpadních vod se využívají jednak mikroorganismy pevné přisedlé k podkladu, ve formě různých systému biofiltrů a bioreaktorů, které jsou smáčeny odpadními vodami, a jednak aktivační systémy s kalem ve vznosu, kde jsou vločky kalu promíchávány s odpadní vodou a vzduchem.

Dosud známé čistírny odpadních vod s kalem ve vznosu lze dělit na systémy s kontinuálním průtokem odpadních vod aktivační nádrží a na systémy s diskontinuálním průtokem.

U kontinuálního systému čištění jsou odpadní vody po hrubém předčištění vedeny do aktivační nádrže a po technologicky nutné době, kdy je voda vyčištěna, je odvedena spolu s aktivovaným kalem do samostatné dosazovací nádrže. V této nádrži dojde k odsazení kalu a čistá voda je odvedena do odtoku.

U systému s diskontinuálním průtokem jsou odpadní vody po hrubém předčištění přivedeny do aktivační nádrže přímo nebo po přečerpání z vyrovnávací nádrže. Po vyčištění vody se přeruší aktivační proces, to jest zastaví se provzdušňování a případné promíchávání vody v aktivační nádrži, a po odsazení kalu se vyčištěná voda odčerpá nebo odtáhne gravitačně do odpadu. Pak se opět napouští aktivační nádrž a popsaný cyklus se opakuje. Ve srovnání s kontinuálním čištěním odpadá dosazovací nádrž a napouštění aktivační nádrže se cyklicky opakuje.

Čistírny s přerušovanou činností jsou v současné době provozovány v mnoha různých technických variantách a s různou úrovní počítačového řízení.

Nejjednoduší variantu představují klasické monobloky s provozním cyklem 24 hodin. Reaktor se obvykle plní cca 20 hodin a většinou se nepřetržitě provzdušňuje. V nočních hodinách, kdy je nejmenší přítok splašků, se napojí přítok do akumulační nádrže a reaktor se převede do fáze dosazování a následné dekantace vyčištěné vody. Před ranním přítokem splašků je reaktor opět ve fázi plnění.

Další variantou řešení, která se používá hlavně u menších zdrojů odpadních vod, je systém, kdy reaktoru je předřazena vyrovnávací nádrž, ze které se reaktor v pravidelných cyklech načerpává a proces čištění v reaktoru je pak řízen počítačem podle nastaveného programu. Po dobu činnosti reaktoru se odpadní vody akumulují ve vyrovnávací nádrži. V průběhu čištění v reaktoru tedy odpadní vody do reaktoru nepřitékají, nebo jen řízeným způsobem. Výhodou tohoto řešení je možnost spolehlivě řídit všechny procesy v reaktoru, a tak zajistit optimální účinnost čištění. Ve vyrovnávací nádrži je možné zajistit homogenizaci odpadních vod, případně jejich předúpravu.

- 1 CZ 283591 B6

Nevýhodou jsou zvýšené náklady na vyrovnávací nádrž a omezená schopnost systému reagovat na zvýšené průtoky - například za deště při instalaci čistírny na jednotné stokové síti. Proto tento systém je využíván hlavně pro komunální odpadní vody z oddílné kanalizace nebo pro vody průmyslové.

Poslední výraznou variantou řešení reaktorů s přerušovaným provozem je systém více reaktorů, které se v činnosti střídají tak, aby odpadní vody vždy mohly natékat do některého z reaktorů. Jeden z reaktorů musí být vždy ve fázi plnění, nebo je systém doplněn o vyrovnávací nádrž. Při systému dvou reaktorů se tyto reaktory střídají. Před naplněním jednoho musí být druhý vyprázdněn. Reaktory se plní ze společné jímky buď gravitačně přes elektrouzávěry nebo čerpáním. Režim reaktorů je řízen obvykle počítačem v závislosti na hladině vody v reaktorech nebo časově.

Při řízení podle hladin se jeden reaktor plní až po nastavenou hladinu a aktivace probíhá již při plnění nebo až po naplnění. Po dosažení nastavené hladiny se nátok odpadní vody převede do druhého reaktoru. Při časovém řízení se reaktor plní po nastavenou dobu a pak se nátok odpadní vody převede do druhého reaktoru.

Při použití systémů s více reaktory, jsou reaktory plněny postupně za sebou podle individuálního programového vybavení. Používají se tak systémy až 20 reaktorů, které jsou plněny ze společné vyrovnávací nádrže.

Nevýhody těchto systémů spočívají v tom, že se změny fází aktivačního cyklu odvozují pouze od objemu přítoků odpadních vod bez ohledu na aktuální stav aktivace ve zbývajících reaktorech. Aktivační režim je stanoven stejně pro všechny reaktory a je výsledkem změřené velikosti přítoku a počtu reaktorů. Například, v případě zvýšeného přítoku odpadních vod dochází ke krácení aktivačních fází vždy, i když je jiný reaktor připravený k plnění a potřeba krácení aktivace není nutná. Vzájemné stavy reaktorů jsou srovnávány pouze v tom případě, kdy reaktor, který se právě plní, ukončí plnění i před plnou hladinou, v okamžiku, kdy reaktor následující započal fázi plnění.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky odstraňuje způsob čištění odpadních vod v dvojici reaktorů s přerušovanou činností, kde se měří rychlost plnění reaktorů odpadními vodami a na základě změřených hodnot se upravuje délka čisticích fází pro dosažení stanoveného rozmezí od minimální do maximální doby čisticího cyklu, za podmínky, že v okamžiku naplnění prvního reaktoru je druhý vyprázdněn a připraven k novému plnění odpadními vodami. Podstata vynálezu spočívá v tom, že při podkapacitním plnění, kdy přítoky odpadních vod nedosáhnou v jednom z dvojice reaktorů ve stanoveném maximálním časovém limitu požadované maximální hladiny aktivace, je reaktor doplněn na tuto hladinu vyčištěnou vodou.

Vyčištěná voda se čerpá z druhého reaktoru, v němž je po ukončení čisticího cyklu a následném čerpání do odtoku, ponecháno právě takové množství vyčištěné vody, které je nutné k doplnění na maximální hladinu aktivace.

Jiné řešení spočívá v tom, že potřebné množství vyčištěné vody je ponecháno v reaktoru, před jeho plněním odpadními vodami po předchozím čisticím cyklu.

Aktivační fáze se zkracuje přímo úměrné množství přečerpané čisté vody, kterou byl doplněn reaktor na maximální hladinu aktivace.

-2 CZ 283591 B6

Vyčištěná voda, přečerpaná do reaktoru, nebo ponechaná v reaktoru před započetím aktivační fáze se promíchává s odpadními vodami bez provzdušňování až do naplnění reaktoru na maximální hladinu aktivace.

Po skončení aktivační fáze se reaktor doplní do úrovně hladiny pro denitrifikaci odpadními vodami a obsah se zhomogenizuje.

Aktivační fáze se přerušuje časovými úseky míchání bez provzdušňování.

Výhody řízení dvojice reaktorů podle vynálezu spočívají v optimálním přizpůsobení chodu čistírny skutečnému zatížení. Výraznou výhodou je skutečnost, že i při malých průtocích se vždy provádí aktivace do reaktoru s plnou hladinou, a tím je zaručena vyšší účinnost přestupu kyslíku do vody než u jiných systémů, kde se při malých průtocích reaktory plní na menší výšku. Zkrácením aktivační doby podle velikosti náplně reaktoru surovou vodou se snižuje spotřeba elektrické energie, což má velký význam hlavně u menších čistíren, kde není použita kyslíková sonda.

Volbou velikosti objemů reaktorů a možností nastavení jeho parametrů v širokém rozsahu umožňuje způsob podle vynálezu kromě odstranění uhlíkatého znečištění, zvýšením stáří kalu, kdy množství kalu je regulováno výškou sání čerpadla kalu, zajistit nitrifikaci a nastavením denitrifikační fáze i denitrifikaci vyčištěné vody.

Způsob podle vynálezu je použitelný pro jakýkoliv druh biologicky čistitelných odpadních vod. Požadovaná kvalita vody na odtoku a kapacitní výkon čistírny jsou dány nastavením optimálních časů jednotlivých fází čištění a velikostí objemů dvojíce reaktorů. Řídicí systém a kvalita čištění je stejná pro čistírny například pro 200 nebo pro 500 000 připojených obyvatel.

Příklady provedení vynálezu

Surové odpadní vody přitékají do objektu hrubého předčištění, který se řeší individuálně dle charakteru odpadních vod. Součástí hrubého předčištění je obvykle i rozdělovači nádrž, ze které jsou odpadní vody načerpávány nebo gravitačně napouštěny samostatně do obou reaktorů. Po naplnění prvního reaktoru na maximální hladinu aktivace se ukončí plnění a nastávají jednotlivé fáze čištění. V tomto okamžiku je již druhý reaktor vyprázdněn a začíná jeho plnění, které trvá po celou dobu čišticího procesu probíhajícího v prvním reaktoru až do jeho vyprázdnění. Oba reaktory se tak v činnosti pravidelně střídají.

Při návrhu objemů reaktorů se vychází z předpokládaného látkového zatížení, průměrného denního množství odpadních vod a požadované kvality vody na odtoku. Z těchto údajů se navrhuje oxigenační kapacita systému a optimální délky jednotlivých fází čištění, které tvoří jeden čisticí cyklus.

Při reálném provozu však bývají návrhové podmínky splněny jen výjimečně. Ve skutečnosti čistírna pracuje v režimu podkapacitním, kapacitním nebo nadkapacitním, přičemž přechází plynule a automaticky z jednoho režimu do druhého, v závislosti na předem nastavených délkách jednotlivých fází čištění v rozsahu maximálních a minimálních hodnot a v závislosti na velikosti přítoku odpadních vod na čistírnu. Je zřejmé, že stejná čistírna při konstantním přítoku bude při nastavení krátkých maximálních časů jednotlivých fází čištění pracovat v režimu podkapacitním a naopak při nastavení dlouhých maximálních časů jednotlivých fází bude pracovat v režimu nadkapacitním. Stejným způsobem čistírna reaguje na změny ve velikostech přítoku. Předpokládá se, že návrhový, to jest kapacitní, průtok prochází čistírnou při dodržení maximálních časů čištění a při dodržení nastavené minimální doby klidu před dalším plněním reaktoru.

- 3 CZ 283591 B6

Při provozování systému v režimu podkapacitním se první reaktor začne plnit v okamžiku, kdy druhý reaktor ukončil fázi anoxického plnění a zahájil fázi aktivace. V obou reaktorech je umístěno zařízení na snímání hladiny vody, které v určených intervalech podává počítači informace o výšce hladiny vody v reaktoru, který je ve fázi plnění. Počítač tak z rychlosti stoupání hladiny při fázi plnění vypočítává, jak ještě dlouho bude trvat fáze plnění než hladina vody dosáhne maximální hladiny aktivace. Pro vyloučení krátkodobých výkyvů v přítoku počítač z naměřených údajů vždy za stanovený čas vyhotoví zprůměrovanou hodnotu rychlosti stoupání hladiny a s touto hodnotou pak dále pracuje. Znamená to tedy, že pri zahájení plnění prvního reaktoru počítač po určitou dobu, která je závislá na stanoveném čase pro vyhotovení zprůměrovaných hodnot, pracuje s hodnotami, které odpovídají z věší části hodnotám naměřeným před skončením fáze plnění druhého reaktoru. Počítač má tedy údaje o rychlosti plnění, které nejsou závislé na tom, který reaktor se plní, ale pouze na stanoveném čase, za který se průměrná rychlost plnění vyhodnocuje.

V podkapacitním režimu je pro systém rozhodující podmínkou dodržení nastavené maximální doby anoxického plnění. Řídicí počítač porovnává dobu, která zbývá do naplnění prvního reaktoru při dané rychlosti plnění a v okamžiku, kdy druhý reaktor je ve fázi dekantace čisté vody, odčerpá do odtoku z druhého reaktoru jen tolik vody, aby zbylý objem vyčištěné vody zkrátil dobu plnění prvního reaktoru právě tak, aby byla dodržena nastavená maximální doba plnění. Fakticky se tak část vyčištěné vody z druhého reaktoru přečerpá do prvního reaktoru, který je ve fázi plnění.

Dosažení maximální hladiny aktivace při podkapacitním režimu je možné i jiným způsobem. Pokud řídicí počítač zjistí, že při dané rychlosti plnění nebude reaktor naplněn na maximální hladinu aktivace ve stanoveném maximálním limitu, ponechá po dekantaci v reaktoru tolik vyčištěné vody, aby při stávající rychlosti plnění tohoto reaktoru bylo v maximální době plnění dosaženo maximální hladiny aktivace. Zbývající vyčištěná voda se tedy v tomto případě nepřečerpá do druhého reaktoru, ale ponechá se v původním reaktoru před dalším plněním odpadními vodami.

Během fáze plnění může v reaktoru probíhat míchání po celou dobu plnění nebo s přerušováním v nastavených intervalech. Fáze plnění může být nastavena bez provzdušňování nebo s provzdušňováním v libovolných intervalech. Fáze plnění reaktoru končí dosažením maximální hladiny aktivace a po ní nastává fáze aktivace, která je nastavena na maximální dobu. Tuto maximální nastavenou dobu řídicí počítač zkrátí v závislosti na objemu vyčištěné vody přečerpané do reaktoru nebo ponechané v reaktoru před plněním odpadními vodami. Fáze aktivace může být rozdělena libovolně na intervaly s provzdušňováním nebo mícháním. Intervaly s provzdušňováním mohou být ještě přerušovány, na základě měření obsahu kyslíku v náplni reaktoru kyslíkovou sondou, kterou je řízen optimální chod dmychadel z hlediska spotřeby elektrické energie.

Systém je možno nastavit tak, aby na odtoku byla voda v požadované kvalitě. Čistírna může být provozována jen pro odstranění uhlíkatého znečištění, nebo pro zajištění nitrifikace vyčištěné vody, popřípadě denitrifikace. Procesu nitrifikace se dosáhne zvýšeným průměrným stářím kalu, postačující je doba 25 dní, a dostatečnou dobou aktivace, kterou lze v podkapacitním režimu vždy snadno zajistit. Množství kalu v aktivační nádrži se reguluje výškou ústí čerpadla kalu.

Denitrifikace lze dosáhnout trojím způsobem, popřípadě kombinací těchto způsobů.

Postdenitrifikace následuje bezprostředně po ukončení aktivační fáze. Reaktor s vyčištěnou vodou se začne plnit surovou vodou až na maximální hladinu denitrifikace, popřípadě na hladinu nižší, pokud je přítok odpadních vod nedostatečný. Výše denitrifikační hladiny je vypočtena tak, aby po ukončeném denitrifikačním procesu nebyla na odtoku snížena kvalita vody. Během této fáze se obsah reaktoru promíchává bez přístupu vzduchu.

- 4 CZ 283591 B6

Simultánní denitrifikace probíhá v době aktivační fáze, kdy se proces provzdušňování přerušuje na stanovenou dobu při stálém míchání.

K predenitrifikaci dochází v průběhu plnění reaktoru, pokud je za účelem dosažení maximální hladiny aktivace ve stanoveném časovém limitu do reaktoru přidána, nebo po předchozím čisticím cyklu v reaktoru ponechána, již dříve vyčištěná voda, která se bez provzdušňování míchá s napouštěnou surovou vodou.

Claims (7)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob čištění odpadních vod v dvojici reaktorů s přerušovanou činností, kde se měří rychlost plnění reaktorů odpadními vodami a na základě změřených hodnot se upravuje délka čisticích fází pro dosažení stanoveného rozmezí od minimální do maximální doby čisticího cyklu, při splnění podmínky, že v okamžiku naplnění prvního reaktoru je druhý vyprázdněn a připraven k novému plnění odpadními vodami, vyznačující se tím, že při podkapacitním plnění, kdy přítoky odpadních vod nedosáhnou v jednom z dvojice reaktorů ve stanoveném maximálním časovém limitu požadované maximální hladiny aktivace, je reaktor doplněn na tuto hladinu vyčištěnou vodou.
2. 2. Způsob čištění odpadních vod podle nároku 1, vyznačující se tím, že vyčištěná voda je přečerpána z druhého reaktoru, v němž byla ponechána po ukončení čisticího cyklu a následném čerpání do odtoku.
3. 3. Způsob čištění odpadních vod podle nároku 1, vyznačující se tím, že vyčištěná voda je ponechána v reaktoru, před jeho plněním odpadními vodami po předchozím čisticím cyklu.
4. 4. Způsob čištění odpadních vod podle nároků laž3, vyznačující se tím, že aktivační fáze se zkracuje přímo úměrně množství přečerpané čisté vody, kterou byl doplněn reaktor na maximální hladinu aktivace.
5. 5. Způsob čištění odpadních vod podle nároků laž4, vyznačující se tím, že vyčištěná voda přečerpaná do reaktoru nebo ponechaná v reaktoru se promíchává s odpadními vodami bez provzdušňování až do naplnění reaktoru na maximální hladinu aktivace.
6. 6. Způsob čištění odpadních vod podle nároků laž4, vyznačující se tím, že po skončení aktivační fáze se reaktor doplní do úrovně hladiny pro denitrifikaci odpadními vodami a obsah se zhomogenizuje.
7. 7. Způsob čištění odpadních vod podle nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že aktivační fáze se přerušuje časovými úseky míchání bez provzdušňování.