CZ286508B6

CZ286508B6 - Bioreactor

Info

Publication number: CZ286508B6
Application number: CZ19952407A
Authority: CZ
Inventors: Milos Krofta
Original assignee: Lenox Water Tech Inst
Priority date: 1993-03-18
Filing date: 1994-03-18
Publication date: 2000-04-12
Also published as: WO1994021561A1; CZ240795A3; HRP940173A2; PL174641B1; HU217372B; HU9502698D0; US5306422A; EP0689521A1; AU6411594A; TW268929B; HUT73513A; EP0689521A4; PL174626B1; JPH08510952A; PL310678A1

Description

Oblast techniky

Tento vynález se obecně týká čištění vody flotací s mikrobublinkovou aerací. Tento vynález se blíže týká velmi kompaktního a variabilního zařízení pro čištění městských odpadních vod, sloužícího ke snižování koncentrace standardních znečišťujících látek na úroveň bezpečnou z hlediska ochrany životního prostředí.

Dosavadní stav techniky

Čištění vod spočívá v odstraňování suspendovaných pevných znečišťujících látek, obsažených ve vodě. Čištění vody, kterým se dosahuje odstranění všech suspendovaných pevných látek (total suspended solids - TSS), je základem kteréhokoliv systému čištění městských a povrchových odpadních vod. Voda může být čištěna sedimentací nebo flotací suspendovaných částic pevných látek.

Používání sedimentačních zařízení je velmi rozšířeno, jejich účinnost je však poměrně nízká. Teoretická špičková kapacita je 16 litrů/min/m². Pro zpracování velkých množství odpadní vody musí být příslušná zařízení, používající sedimentaci, velká a hluboká. To je zdrojem zřejmých nevýhod, týkajících se pořizovací ceny a velikosti zastavěných pozemků. Kapacita se zvyšuje tím způsobem, že se na velkém pozemku umístí větší množství navzájem sousedících velkých betonových nádrží. Vzhledem k tíze těchto nádrží a vody v nich obsažené, musí být nádrže zapuštěny do země. Zápach obvykle volně uniká do atmosféry, což způsobuje další potíže při umístění takového zařízení.

Při použití flotačních technik se v tlakové vodě rozpouští několik procent vzduchu, který po uvolnění tlaku atakuje ve formě mikroskopických bublinek suspendované částečky pevných látek. Bublinky vynášejí částečky směrem vzhůru a vytvářejí plovoucí kal. Před uvedením bublinek vzduchu jsou částečky suspendovaných látek obvykle koagulovány pomocí síranu hlinito-draselného a polymerů. Pomocí flotačních technik je možno teoreticky provádět čištění rychlostí 240 litrů/min/m², tj. patnáctkrát rychleji než sedimentačním způsobem. Patenty USAč. 4 022 696, 4 377 485, 4 625 345, 4 184 967 a 4 931 175, autor Miloš Krofta, popisují taková dosavadní čisticí zařízení, pracující na základě flotace s mikrobublinkovou aerací (dissolved air flotation - DAF).

V čisticím zařízení podle patentu č. 4 022 696, které je dodáváno s obchodním názvem SPC a Supracell, je flotace prováděna v cirkulační nádrži. Odpadní voda je přiváděna centrální přívodní trubkou a vytéká do nádrže řadou trysek, ponořených pod hladinou a otáčejících se uvnitř nádrže. Směr výtoku z trysek je opačný ke směru otáčení přívodní trubky a jeho rychlost je vzhledem k rychlosti otáčení taková, že vstupující voda má nulovou rychlost vzhledem k nádrži. Aparatura sloužící k přivádění vody do nádrže, a naběrák, sloužící k odstraňování flotačního kalu, jsou připevněny na nosné konstrukci, která se otáčí kolem středu nádrže. S výhodou je používán naběrák, popsaný v patentu USA č. 4 184 967, uděleném přihlašovateli tohoto vynálezu. Rychlost flotace je řízena tak, aby částečky flotačního kalu dorazily na hladinu v nádrži za dobu jedné otáčky. Během každé otáčky konstrukce je dosaženo značného stupně vyčištění.

Patent USA č. 4 377 485 popisuje další čisticí zařízení, kterého se týká tato patentová přihláška, dodávané pod obchodním názvem SAF nebo Sandfloat, které využívá základní koncepce podle patentu č. 4 022 696, rovněž pracuje na principu nulové přívodní rychlosti, je v něm však přidán druhý filtrační stupeň, prováděný sadou klínovitých pískových polí, pokrývajících dno

-1 CZ 286508 B6 flotační nádrže. Voda, vyčištěná flotací, prochází těmito pískovými poli do nádrže pro shromažďování vyčištěné vody. Jednotlivé sekce tohoto filtru jsou periodicky promývány pomocí sací aparatury, připevněné na nosné konstrukci, proudem promývací vody, přicházející z nádrže pro shromažďování vyčištěné vody. Během vytváření vloček při čištění se systémem, obsahujícím větší množství trysek, přivádí do otevřené spodní části flokulační komory tlaková voda, obsahující vzduch. Bublinky vynášejí flokulované částečky směrem vzhůru a vytvářejí vrstvu flotačního kalu. Rychlost čištění je srovnatelná s rychlostí čištění, dosahovanou čističkou Supracell podle patentu č. 4 022 696.

Patent USA č. 4 626 345 popisuje čističku, dodávanou pod obchodním označením SASF nebo Sandfloat-Sedifloat. Toto zařízení nepoužívá principu nulové přívodní rychlosti, využívá však pro dvojstupňové čištění pískového lože. Voda je přiváděna do centrální válcovité komory, která funguje jako hydraulický flokulátor, a poté přetéká přes dělicí stěnu do cirkulační flotační nádrže, která obklopuje zmíněnou centrální válcovitou komoru. Voda, obsahující rozpuštěný vzduch, je přiváděna nepohyblivým rozvodem. Otáčivými částmi jsou naběrák flotačního kalu a sací nástavec pro čištění filtračního lože. Naběrák je v podstatě stejného typu jako naběrák, užívaný u dříve popsaných jednotek Supracell a Sandfloat. Zařízení podle patentu č. 4 626 345 umožňuje dvojstupňové čištění pomocí kompaktnější jednotky a při nižších nákladech, než u zařízení typu SAF.

Zatímco jsou dosavadní čisticí zařízení určena především k odstranění suspendovaných pevných látek, je při čištění městských odpadních vod rovněž nutno odstraňovat rozpuštěné organické látky a organické látky koloidní povahy, jakož i některé anorganické látky, zvláště látky, obsahující dusík a fosfor, jako jsou dusitany, dusičnany a fosforečnany, vyskytující se zároveň s organickými nečistotami, umělými hnojivý a detergenty. Pokud organické látky nejsou odstraněny, způsobují množení choroboplodných bakterií a jsou zdrojem silného zápachu. Jejich odstranění probíhá biologickou oxidací. Obsah těchto látek je obvykle vyjadřován jako biologická spotřeba kyslíku (biological oxygen demand - BOD). Jiné nečistoty jsou odstraňovány chemickou oxidací. Jejich obsah je obvykle vyjadřován jako chemická spotřeba kyslíku (chemical oxygen demand - COD). Přebytečné dusičnany a fosforečnany představují rovněž problém, protože mimo jiné podporují růst řas ve vodních nádržích, do kterých jsou vyčištěné odpadní vody vypouštěny. Současná federální norma, platná v USA, vyžaduje, aby obsah BOD byl ve vyčištěné vodě nižší než 30 mg/1, celkový obsah suspendovaných nečistot (TTS) byl rovněž nižší než 30 mg/1 a celková koncentrace nečistot, vyjádřená jako součet TSS a BOD, byla nižší než 15% této celkové koncentrace v odpadních vodách, které přicházejí do čisticího zařízení.

Proto bylo navržena řada postupů, umožňujících snížení koncentrací těchto nečistot. Jedním z nich je zařazení reaktorů, sloužících ke snížení BOD, za sedimentační nádrže. Tyto reaktory jsou podobně jednoduché jako sedimentační nádrže a je do nich dodáván vzduch, který je spotřebováván bakteriemi, oxidujícími organické látky. Vhodné aerobní bakterie jsou fixovány na nosiče, ponořené do provzdušňované odpadní vody. Používanými nosiči jsou pěny, plastické hmoty a písek. Příkladem takového nosiče je systém LINPOR. Jako nosič jsou použity malé krychle z pěnového plastiku. Tyto krychličky mají tendenci v provzdušňovací nádrži plavat. Jejich množství musí být tedy velké (20 až 30 % objemu nádrže), aby bylo dosaženo jejich dobrého ponoření a tím dostatečného styku s odpadní vodou. Tento způsob zvyšuje účinnost čisticího postupu bez toho, že by bylo nutno zvyšovat objem použitého zařízení, je však velmi nákladný. Obecně způsob, používající bioreaktoiy, je pomalý, nákladný a vyžaduje použití dalších čisticích operací, které snižují obsah TTS a látek, obsahujících dusík a fosfor.

Čištění vody flotací s mikrobublinkovou aerací (dissoved air flotation - DAF) výborně vyhovuje pro levné a efektivní snížení obsahu TSS, avšak dosud není schopno vyhovět požadavkům federální vlády USA, týkajícím se BOD a součtu BOD a TSS. Tak například čističky Supracell

-2CZ 286508 B6 jsou velmi účinné při odstraňování TSS, avšak při užití flokulačních látek odstraňují 40 až 60 % BOD v odpadní vodě.

Bylo by možné použít dosud známá dvojstupňová čisticí zařízení, avšak ani v tomto případě není dosaženo vládou požadovaného stupně čistoty. Mimoto by zvýšené množství filtrací odstraňovaných látek, vznikajících chemickým způsobem odstranění BOD, znamenalo další zatížení filtračního média a jeho zanášení, což by dále vyžadovalo zvýšené zpětné promývání. Dvojstupňové jednotky jsou mimoto ve srovnání s jednostupňovými zařízeními, jako je čistička Supracell, menší, pomalejší ajejich pořizovací a provozní náklady jsou vyšší.

Až na několik málo výjimek byl dosavadní význam čističek DAF pro čištění městských odpadních vod omezeného použití a uplatnily se hlavně při náhlých zvýšeních průtoku odpadní vody při silných deštích.

Podstata vynálezu

Hlavním předmětem tohoto vynálezu je poskytnutí vysoce kompaktního čisticího systému DAF, který by účinně snižoval TSS a BOD.

Dalším předmětem tohoto vynálezu je poskytnout tyto vlastnosti při podstatném snížení pořizovacích i provozních nákladů ve srovnání s běžnými sedimentačními čisticími zařízeními se srovnatelnou účinností a kapacitou.

Jiným předmětem tohoto vynálezu je poskytnout zařízení pro biologické čištění a způsob, který by mohl být spojen s odstraňováním suspendovaných nečistot a zároveň splňoval všechny požadavky vlády USA, týkající se čistoty odpadních vod.

Jiným předmětem tohoto vynálezu je poskytnout shora zmíněné výhody a zároveň umožnit zpracování odpadních vod při náhlých zvýšeních jejich průtoku, například při prudkých deštích nebo při sezónním vzestupu počtu obyvatel.

Ještě dalším předmětem tohoto vynálezu je vedle poskytnutí shora zmíněných výhod současné omezení zápachu.

Ještě jiným předmětem tohoto vynálezu je vedle poskytnutí shora zmíněných výhod navržení způsobu, umožňujícího vytváření relativně suchého kalu, který může být snadným způsobem likvidován a/nebo dále zpracováván za účelem snížení biologického znečištění a znečištění těžkými kovy.

Městská odpadní voda je čištěna alespoň v jednom vertikálním komplexu čističek typu DAF, s výhodou ve dvou těchto komplexech. Odpadová voda je přiváděna nejdříve do homí čističky, která je jednostupňová, s výhodou typu Supracell, a odstraňuje značnou část celkového obsahu suspendovaných nečistot a podstatnou část BOD a dalších nečistot, poškozujících životní prostředí. Nádrž čističky je mělká, takže i v případě, že je čistička plná vody, může být umístěna nad dvojstupňovou čističkou s druhým filtračním stupněm, který je tvořen vrstvou písku nebo podobného materiálu, umístěného na dně poměrně vysoké flotační nádrže. Spodní nádrž je prstencového profilu a s výhodou je rozdělena radiálními stěnami na samostatné oddíly. Ze středového hydraulického flokulátoru je voda z jednostupňové čističky plněna do jednotlivých oddílů. Každý z oddílů obsahuje šikmo uložené přepážky, sloužící k prodloužení dráhy stoupajících vloček a k zadržení filtračního média při zpětném promývání. Součástí této dvojstupňové čističky je s výhodou rovněž dvojitý prstenec potrubí vně obvodu nádrže, sloužící jako odvod vyčištěné vody ze všech zmíněných oddílů, odvod vody po prvé filtraci a přívod vody

-3 CZ 286508 B6 pro zpětné promývání. Systém ventilů slouží k oddělení prvého filtrátu od vyčištěné vody. Sloučeniny fosforu jsou odstraňovány hlavně ve filtračním stupni této čističky.

Aby bylo možno vždy spolehlivě dosahovat hodnot obsahu nečistot, daných normami, je mezi uvedené dvě čističky zařazen bioreaktor. Tento bioreaktor má vysokou válcovitou nádrž s horní aerobní zónou a dolní bezkyslíkovou zónou. V každé z těchto zón se nacházejí biomasy vhodných bakterií, které odstraňují nečistoty. Vzduchovací zařízení, umístěné v reakční nádrži nad bezkyslíkovou zónou, uvádí pomocí sady porézních trubek vzduch do bioliquoru, tvořeného směsí vody, bakterií a jiných suspendovaných částeček a rozpustných látek. Vzduch abiomasa aerobních bakterií slouží k odstraňování organických látek v horní aerobní zóně.

Aerobní a anaerobní bakterie se nacházejí na povrchu biologického nosiče. S výhodou jsou tímto biologickým nosičem pásy vlněné textilie, podobné hrubě tkané textilii, používané pro koberce. Pásy kobercové tkaniny jsou upevněny na rámu z trubek, vykonávajícím vratný pohyb, a na kruhově zakřivených deskách z nerezové oceli. Bioliquor, ve kterém probíhá čištění, je směsí suspendovaných látek o značné koncentraci, která může činit např. 2000 až 3000 ppm. Tento bioliquor prochází směrem nahoru do jednoúčelové čističky typu DAF, který z bioliquoru odděluje strženou biomasu ajiné suspendované pevné látky ve formě plovoucího kalu. Tato čistička redukuje TSS na hodnotu, umožňující dvojstupňové čističce pracovat s biologicky vyčištěnou a vyčeřenou vodou. Jednoúčelová čistička je s výhodou malá jednostupňová čistička, upevněná na desce nad nádrží bioreaktoru.

Bioreaktor má dva recirkulační okruhy. Jeden z těchto okruhů přivádí prvou část biologicky vyčištěné avyčeřené vody, odcházející z jednoúčelové čističky zpět do bioreaktoru. Tento recirkulační proud má průtok, rovnající se 40 až 100% celkového průtoku. Druhá část biologicky vyčištěné a vyčeřené vody postupuje do dvojstupňové spodní čističky. Druhá část má průtok rovný přítoku do spodní části bioreaktoru zjednostupňové horní čističky komplexu čističek.

Druhým recirkulačním okruhem je přiváděna alespoň část plovoucího kalu z jednoúčelové čističky a část bioliquoru z nejvyšší části aerobní zóny reaktorové nádrže do hlavního přívodu reaktorové nádrže. Rychlost průtoku v tomto proudu je dvakrát až pětkrát vyšší, než přítok do reaktoru zjednostupňové čističky. Při reakcích s organickými nečistotami způsobují anaerobní bakterie v bezkyslíkové zóně denitrifikaci.

Tyto ajiné charakteristické rysy a předměty tohoto vynálezu budou zřejmé z následujících příkladů provedení vynálezu, který je třeba chápat na základě jej doprovázejících obrázků.

Přehled obrázků na výkresech

Obr. 1 je schematický perspektivní pohled na komplex čističek provozu na čištění městských odpadních vod podle tohoto vynálezu;

obr. 2 je půdorys celého provozu se dvěma čističkami, znázorněnými na obr. 1, které však spočívají na betonových podstavcích namísto ocelových podstavců;

obr. 3 je bokorys provozu, znázorněného na obr. 2;

obr. 4 je schéma vertikálního řezu bioreaktoru podle tohoto vynálezu, vhodného pro použití ve spojení s komplexem čističek, znázorněným na obr. 1 až 3;

obr. 5 je horizontální řez podél roviny 5-5 obr. 4;

-4CZ 286508 B6 obr. 5A je perspektivní pohled najeden pás biologického nosiče, znázorněného na obr. 5;

obr. 5B je perspektivní pohled na alternativní provedení biologického nosiče, umístěného v bioreaktoru, který je znázorněn na obr. 4;

obr. 6 je perspektivní pohled na dvojstupňovou čističku, znázorněnou na obr. 1 až 3, a na její vnitřek, viditelný po částečném odkrytí jejích vrchních částí;

obr. 7 je perspektivní pohled na výlisek z plastu s řadou kanálů sešikmených v určitém úhlu, které vytvářejí svazek průchodů, ohraničených kanály, nacházející se v horní části každého z flotačních oddílů, znázorněných na obr. 6.

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 až 3 je znázorněno zařízení 100 pro vysoce účinné čištění městské odpadní vody s kapacitou, umožňující zpracování vody při zvýšeném průtoku, spojeném například s prudkými dešti nebo sezónním vzestupem počtu obyvatel, nastávajícím například v lázeňských městech během turistické sezóny. Zařízení obsahuje dva komplexy 112, které sestávají z čističek 114 a 116. Komplexy 112 jsou umístěny po stranách potrubí 118, kterým je přiváděna do zařízení voda a odváděn kal. Vrchní čistička 114 je iednostupňová čistička, odstraňující suspendované pevné látky z odpadní vody, přiváděné hlavním přívodním potrubím 120. V preferovaném provedení se jedná o čističku s obchodním názvem SPC nebo Supracell, vyráběnou Krofta Engeneering Corp, a popsanou v patentu USA č. 4 022 696. Spodní čistička 116 je dvojstupňová čistička, s výhodou typu SAF-BP, rovněž vyráběná Krofta Engeneering Corp. Její popis je uveden dále s odkazy na obr. 6 a 7.

Hlavní přívodní potrubí 120 se dělí na dvě větve 120a, přivádějící odpadní vodu k rozvaděčům odpadní vody, upevněným na nosičích 124, které se otáčejí nad čističkami 114 a jsou poháněny motory 126. Na nosičích 124 je rovněž připevněn naběrák 128 s několika lopatkami typu, který je popsán v patentu USA č. 184 976, poháněný motorem 130, rovněž připevněným na nosiči. Do přiváděné odpadní vody je přidáván flokulační prostředek, uskladněný v zásobníku 168, přiváděný běžným chemickým dávkovacím systémem 170 do potrubí přívodu tlakové vody s rozpuštěným vzduchem. Tlakový vzduch pro obě čističky je dodáván vzduchovým kompresorem 132. Recyklovaná vyčištěná voda je tlakována pomocí čerpadla 134. Stlačený vzduch je přiváděn do tlakové vody pomocí rozpouštěcí trubky 136. Tento rozpuštěný vzduch je uvolňován ve flotační nádrži 138 čističky 114 takovým způsobem, že ve vodě vytváří mikroskopické bublinky. Přiváděná odpadní voda je vypouštěna v opačném směru vzhledem k pohybu nosiče 124, takže celková rychlost vody vzhledem k flotační nádrži, do níž je vypouštěna, je nulová.

Během jedné otáčky nosiče vynesou vzduchové bublinky, vytvářené při uvolňování rozpuštěného vzduchu, chemicky flokulované suspendované částice. Během flotace se vločky pohybují směrem nahoru ke hladině vody v nádrži 138. Tyto vločky vytvářejí vrstvu kalu, která je odstraňována naběrákem 128 a kal je přiváděn do komory pro ukládání kalu 140 ve střední části čističky. Některé částečky, jako písek, sedimentují. Na nosiči je rovněž připevněn škrabák na čištění dna, který shrnuje sedimentované částice ze dna nádrže 138 do odpadu 144. Sedimentovaný kal je odváděn potrubím 146, ústícím do potrubí pro odvádění kalu 148 z čističky 116. Potrubí 150 odvádí všechen kal, získaný sedimentací i flotací z obou čističek 114 a 116, do jímky 152. Pomocí čerpadla 154 je potrubím 156 kal odváděn k dalšímu zpracování, jako je odstranění přebytečné vody pomocí pásového tlakového filtru 158 a/nebo působení kyslíku a/nebo ozonu ve stabilizátoru kalu, který je popsán v patentu USA č. 5 013 429, uděleném přihlašovateli této přihlášky vynálezu. Pomocí stabilizátoru kalu je možno provádět stabilizaci kalu, který je potom do té míry zbaven biologických nečistot a těžkých kovů, že může být použit jako hnojivo nebo přísada zeminy. Dalším zpracováním kalu, popsaným v patentech

-5CZ 286508 B6

USA č. 5 013 429 a 5 145 582, je získáván poměrně suchý materiál (obsahující 20 až 40% sušiny), čímž je snižována jeho hmotnost a usnadňován jeho transport na místo užití nebo uložení.

Čistička 114 je velmi účinná při odstraňování suspendovaných pevných látek. Jejich původní obsah 300 ppm je spolehlivě snižován na 20 až 50 ppm. Významné je, že tohoto výjimečného stupně vyčištění je dosahováno v mělké (40 až 45 cm) flotační nádrži a při vysokých průtokových rychlostech, které jsou např. 14 m³ pro čističku Supracell o průměru 12,2 m. Čistička 114 snižuje rovněž BOD, nikoliv však tak výrazně, jako TTS. Obvykle je BOD snižováno asi na 50 % původní hodnoty.

Čistička 116 je dvojstupňová. Odstraňuje suspendované částečky metodou DAF a filtrací. Filtrace je obvykle prováděna přes pískový filtr na dně flotační nádoby, nebo podobným způsobem. Obr. 6 a 7 znázorňují dvojstupňovou čističky 116 typu SAF-BP, kterou je s výhodou možno použít pro provedení způsobu podle tohoto vynálezu. Jedná se o zlepšené provedení čističky typu SASF, popsané v patentu USA č. 4 626 345. Čistička má vnější nádrž 12, která obklopuje vnitřní nádrž 14, sloužící jako hydraulický flokulátor. Vnější nádrž je flotační nádrž, ve které stoupající bublinky vynášejí flokulované částečky a tím čistí odpadní vodu. Nad nádrží 12 se otáčí naběrák s několika lopatkami 16 a odstraňuje vrstvu kalu, vytvářející se v nádrži. Kal je naběrákem přemisťován do sběrného trychtýře 18, ústícího do potrubí 20, které dále ústí do potrubí 148. Naběrák je poháněn motorem 22. Motor 24 pohání kolo 26, které posunuje nosič 28 nad nádrží, přičemž toto kolo se pohybuje po přírubě 30 horní hrany nádrže 12. Na nosiči 28 je připevněn naběrák 16 a kryt zpětného promývání 32. Kryt 32 je poháněn pomocí pohonu krytu zpětného promývání 34, který zvedá a spouští kryt 32 v souladu s pohybem nosiče kolem nádrže. Je-li třeba jednotku promýt, kryt se spustí dolů, přikryje jednotku a usměrní promývací vodu a nečistoty do flokulační nádrže 14. Elektrická energie pro motor a pohon krytu je přiváděna otáčivým stykačem 36.

Flotační nádrž 12 je ohraničena vnější stěnou 38, vnitřní stěnou 40 a prstencovým dnem 42, které spojuje stěny 38 a 40. Vnitřní stěna 40 je spojena se dnem 42 a končí v úrovni tohoto dna, zatímco vnější sténaje prodloužena směrem dolů a je svojí spodní částí 38a spojena se dnem čističky 44. Vnitřní nádrž 14 je ohraničena dny 42 a 44, vnitřní stěnou 40 a spodní částí vnější stěny 38a. Tato nádrž má vyšší objem ve srovnání s dřívějším hydraulickým flokulátorem typu SASF. V čističce SASF byla část pod dnem 42 používána jako zásobník vyčištěné vody. Tento prostor není nyní potřebný a je proto možno jej použít pro zvýšení kapacity flokulátoru. Pro ilustraci, která však nikterak neomezuje předmět tohoto dokumentu, lze uvést, že kapacita nádrže 14 podle tohoto vynálezu je pro čističku o průměru 1,52 m asi 1936 1 ve srovnání s kapacitou 5301 u srovnatelné čističky SASF. Při téže rychlosti přítoku čištěné vody, např. 1401/min, odpovídá kapacita čističky SAF-BP 116 době zdržení 13,8 min, ve srovnání s 3,8 min u srovnatelné jednotky SASF. Při rychlosti průtoku 227 1/min je doba zdržení u čističky SAF-BP 116 8,5 min, stále ještě více než dvojnásobná, než doba zdržení u srovnatelné čističky SASF.

Tento zvětšený objem flokulátoru rovněž umožňuje použití kruhového distributoru vstupující vody s více tryskami 46. Do tohoto kruhového distributoru vstupuje voda hlavním přívodem 48. Jak je znázorněno na obr. 1 až 3, tato voda je přiváděna samospádem z výstupu vody z čističky 114. Přívodem 50 je do vstupující vody přiváděno flokulační činidlo, jako například kamenec. Rychlost vstupu vody je řízena ventilem 48a ve vstupním potrubí. Spodní částí vnější stěny 38a prochází několik přívodních trubek čištěné vody 46a, připojených na kruhový distributor, a ukončených zužujícími se horizontálními tryskami 46b, odkloněnými o určitý úhel od směru přívodních trubek. Počet trysek je pro vnější nádrž o průměru 1,52 m s výhodou osm a jsou na kruhovém distributoru rozmístěny zpravidla v rovnoměrných rozestupech. Tyto trysky mají horizontální směr a jsou poněkud odkloněny od směru přívodních trubek, aby v nádrži 14 způsobovaly vířivé proudění 52. Toto vířivé proudění podporuje míšení flokulačního činidla s čištěnou vodou a tvorbu vloček před tím, než čištěná voda v nádrži přeteče přes její horní hranu

-6CZ 286508 B6

14a do flotační nádrže 12. Jak je znázorněno, nachází se .distributor vstupující vody 46 vně obvodu vnější stěny 38 v úrovni, která je těsně nad dnem čističky 44.

Ve flotační nádrži se nachází řada svislých dělicích stěn 53, které oddělují většinu prostoru flotační nádrže kromě její nejvyšší části na stejný počet oddílů 54, kterých je na obrázku znázorněno jedenáct. Dělicí stěny jsou nepohyblivé a vycházejí ze dna nádrže 42 směrem vzhůru až do blízkosti homí hrany 14a vnitřní nádrže. Toto uspořádání umožňuje rovnoměrné rozdělení provzdušněné vody, podrobené flokulačnímu procesu, přičemž však čištění flotací v každém oddíle je nezávislé na čisticím procesu, probíhajícím v jiných oddílech.

Každý z oddílů 54 je dostatečně vysoký, aby na jeho dně mohla být umístěna vrstva filtračního materiálu 56 a aby nad touto vrstvou byl ještě prostor, odpovídající zvýšení jejího objemu v důsledku promývání zpětným proudem, které činí dvacet až třicet procent. Pro ilustraci je možno uvést, že u čističky o průměru 1,52 m s filtrační vrstvou tloušťky 61 cm jsou jednotlivé oddíly 132 cm vysoké. Tato výška je dostačující, aby v homí části oddílů mohlo být připevněno větší množství přepážek 58.

V preferovaném provedení, znázorněném na obrázku, jsou přepážky 58 tvořeny větším množstvím průchodů 58a, jejichž směr se odchyluje od vertikálního směru. Tyto průchody blokují přímý vertikální pohyb filtračního média směrem vzhůru a zároveň umožňují protékání vody, kterou je prováděno zpětné promývání a která unáší kal a nashromážděné drobné částečky do flokulační nádrže 14, kde jsou tyto látky podrobovány opakovanému čisticímu procesu. Tyto průchody rovněž zpomalují flokulační proces tím, že způsobují změnu dráhy částeček stoupajících směrem vzhůru, z vertikálního směru na směr šikmý a tím tuto jejich dráhu prodlužují oproti dráze, kterou by absolvovaly při vertikálním pohybu směrem vzhůru. Tento efekt je popsán ve zmíněném patentu USA č. 4 931 175. Čím menší je odklon průchodu od horizontálního směru, tím větší je délka zmíněné dráhy. Tento efekt je omezen prostorovými důvody a tendencí kalu zanášet průchody a tím zpomalovat flotační proces, je-li úhel sklonu, který průchody svírají s horizontálním směrem, příliš malý nebo mají-li průchody příliš malé rozměry. Tyto rozměry a sklon průchodů jsou proměnlivé v závislosti na druhu použití a s ním souvisejících provozních parametrech.

S výhodou jsou průchody uspořádány ve formě navzájem rovnoběžného svazku průchodů, které jsou navzájem rovnoběžné a procházejí výliskem z plastu, jak je znázorněno na obr. 7. Tyto průchody procházejí napříč oddílem 54 směrem, který je kolmý k radiálnímu směru. Konce svazku průchodů mohou být spojeny s konci jiného podobného svazku, takže mohou procházet napříč celého oddílu. Podobně mohou být navzájem připevněny stěny svazků, které spolu sousedí v radiálním směru. Svazky 58b sousedící v radiálním směru, jsou skloněny v navzájem obrácených směrech. Sklon řezů 58d je obrácený a tím jsou vytvářeny svazky se sklonem v opačném směru. V preferovaném provedení jsou stěny průchodů 58f uspořádány tak, že vytvářejí průchody obecně čtvercového průřezu, který má stejnou plochu. Pro ilustraci, která však neomezuje předmět tohoto dokumentu, je možno uvést, že průchody mohou mít průřez 6,45 cm² a jejich sklon k horizontální rovině může být 60°. Typická výška přepážek 58 je

15,2 cm až 20,3 cm. Přepážky 58 procházejí napříč celého oddílu.

V čističce 116 je s výhodou používáno filtru s dvěma filtračními materiály, tvořeného vrstvou písku 56a nebo podobného jemného filtračního materiálu, na které se nachází vrchní vrstva 56b, tvořená hrubším materiálem, s výhodou antracitem. Zrnka písku, který je používán, mají s výhodou střední průměr 0,35 mm a částečky antracitu mají střední průměr 0,8 až 1 mm. Tloušťka každé z těchto vrstev je s výhodou asi 30 cm. Jsou-li používány přepážky 58 a je-li tato vrstva expandována nebo propírána během zpětného promývání průtokem 81,5 l.min’’.m² až 101,9 l.min''.m² a krátkým prudkým profoukáním filtračního lože proudem stlačeného vzduchu, jsou ztráty filtračních materiálů zanedbatelné.

-7CZ 286508 B6

Systém 60, sloužící ke shromažďování a odvádění vyčištěné vody, v podobě dvou trubek kruhového tvaru, spojených navzájem krátkými spojkami, slouží ke shromažďování vyčištěné vody a vody po prvé filtraci a k přivádění vody, používané ke zpětnému promývání ke zvoleným oddílům, přičemž v tomto systému je oddělena vyčištěná voda od vody po první filtraci. Trubka odvodu vyčištěné vody 62 prochází kolem vnějšího obvodu nádrže 12 v blízkosti jejího dna 42. Trubka odvodu vody po prvé filtraci 64 prochází kolem vnějšího obvodu nádrže 12 s výhodou rovnoběžně s kruhovou trubkou 62 a v její blízkosti, jak je zřejmé z obrázku. Každá z kruhových trubek vytváří uzavřenou smyčku, čímž je umožněn přívod a odvod do každého a z každého oddílu 54. Vyčištěná voda, shromážděná v kruhové trubce 62, teče směrem ke hlavnímu odvodu vyčištěné vody 66 a protéká regulačním ventilem 66a. Jak je znázorněno na obr. 6, vyčištěná voda vtéká do nádrže 67, umístěné níže než čistička, aby vznikl dostatečně velký tlakový rozdíl. Nádrž 67 je s výhodou umístěna 3 m pod flotačni nádrži. Jinou alternativou, která je znázorněna na obr. 1 až 3, je umístění čerpadla 167 do potrubí odvodu vyčištěné vody, které vytváří pokles tlaku ekvivalentní tomuto výškovému rozdílu. Tento tlakový rozdíl a použití čerpadel pro vytváření tlaku nutného ke zpětnému promývání, vytvářejí hnací sílu, způsobující poměrně vysoký průtok čističkou 116. Ventily 48a a 66a používané k regulaci buď současně, nebo tak, že jeden je nastaven do stálé polohy a otevření druhého je proměnlivé, slouží k regulaci výšky hladiny ve flotačni nádrži 14 ve spojení s běžným čidlem výšky hladiny.

Je-li voda po prvé filtraci udržována odděleně od vyčištěné vody, je opalescentní voda po prvé filtraci přiváděna do kruhového potrubí 64 a do nádrže vody po prvé filtraci 68, která je umístěna vně nádrže 12 a spojena s ní potrubím 70. Potrubí 72, ve kterém je zařazeno čerpadlo 74, přivádí vodu, užívanou ke zpětnému promývání, zpět z nádrže 68 do kruhového potrubí 64. Množství vody, odváděné zpromývaného oddílu do nádrže 68, je dostačující pro zpětné promytí dalšího oddílu. Mimo to může být do nádrže 68 přiváděna pomocí čerpadla 69 a potrubím 69 vyčištěná voda z nádrže 67 a tím udržována hladina vody v nádrži 68 na předem určené výši, dostačující pro zpětné promývání.

Obě kruhové trubky 62 a 64 jsou spojeny sítí pneumatických, automaticky ovládaných ventilů 76 s větším množstvím rozvětvených trubek s mezerami 78, umístěných na dně každého z oddílů 54 uvnitř pískového lože 56a, poblíž jeho dna 42. V preferovaném provedení, které je znázorněno na obrázcích, se každá z trubek skládá z hlavní trubice 78a a z trubic o menším průměru 78b, 78c a 78d, tvořících větve, vycházející ve vodorovném směru a v pravých úhlech z hlavní trubice 78a směrem k dělicím stěnám, ohraničujícím jednotlivé oddíly, a končící v blízkosti těchto dělicích stěn. Na spodních stranách trubek se nacházejí podlouhlé štěrbiny 78e, kterými může být odváděna vyčištěná voda, prošlá přes filtrační média, kterými však neprojde písek. Štěrbiny procházejí napříč stěn trubek, jsou obvykle 5,1 až 15,2 cm dlouhé a v závislosti na velikosti zrnek písku 0,2 až 1 mm široké. Každá z hlavních trubic 78a prochází spodní částí vnější stěny 38a a ústí do T-spojky 80, spojující kruhové trubky 62 a 64. Ke každé z větví T-spojky je na opačných stranách hlavní trubice 78a připojen jeden ventil 76. takže otevřením jednoho ventilu 76 z páru těchto ventilů a zároveň uzavřením druhého ventilu z tohoto páru je voda z rozvětvené trubky 78 přiváděna k jedné z kruhových trubek 62 nebo 64, přičemž je znemožněno protékání vody z jedné z těchto kruhových trubek do trubky druhé.

Při běžném provozu, kdy žádný z oddílů není promýván zpětným proudem vody, jsou všechny horní ventily 76, nacházející se blíže kruhové trubce 64. uzavřeny a všechny spodní ventily 76 jsou otevřeny, takže voda odváděná rozvětvenými trubkami 78 přitéká do kruhové trubky 62 a poté odtéká odvodem 66. Během promývání určitého oddílu je příslušný horní ventil 76 otevřen a příslušný spodní ventil 76, vedoucí ke spodní kruhové trubce, je uzavřen. Zbývající horní ventily 76 jsou uzavřeny a zbývající spodní ventily 76 zůstávají otevřeny. Současným zapnutím čerpadla 74 a pohonu krytu zpětného promývání 34 začne procházet voda z nádrže 68 do oddílu, který má být promýván. Tato voda je rozdělována rozvětvenou trubkou do spodní části vrstvy filtračního materiálu 56, čímž dochází k intenzivnímu propírání celého lože. Rychlost zpětného promývání je pro čističku o průměru 1,52 m s výhodou 81,5 l.mm’ .m až

-8CZ 286508 B6

101,9 l.min'.m². Po ukončení zpětného promývání zůstává poloha ventilů nezměněna. Tím je způsobeno, že prvý filtrát je přiváděn do nádrže 68 z oddílu, který byl právě promýván zpětným proudem vody, přičemž pokračuje odvádění vyčištěné vody z ostatních oddílů kruhovou trubkou 62. Systém dvou kruhových trubek a síť automatických ventilů, spojených s větvemi potrubí, a uspořádání flotační nádrže a filtračních loží do jednotlivých oddílů, které jsou do značné míry provozně nezávislé, umožňuje oddělení prvého filtrátu od vyčištěné vody. V závislosti na koncentraci nečistot ve vodě, vycházející z čisticího zařízení, která je považována za přijatelnou, může být v čisticím procesu případně vynecháno shromažďování vody po prvé filtraci.

Část vyčištěné vody je potrubím 84 a přes čerpadlo 86 odváděna do tlakové nádoby pro rozpouštění vzduchu (air dissolved tube, ADT) 82. Vzduchový kompresor 88 dodává stlačený vzduch do ADT, kde je vzduch rozpouštěn v tlakové vodě. Součásti 82, 86 a 88 mohou být téhož typu, jako podobné součásti 136, 134 a 132, které přísluší k čističce 114. Potrubím 90 je vedena tlaková voda, obsahující rozpuštěný vzduch, do čističky 116. Přesněji vyjádřeno, je tlaková voda přidávána do homí části flokulační nádrže 14 pomocí rozdělovacího prstence 92, kterým je tato voda přiváděna do dekompresních ventilů 94. Umístění těchto ventilů v homí části flokulátoru umožňuje přímé provzdušňování čištěné vody a snižuje možnost spojování mikroskopických bublin. Ventily 94 jsou s výhodou ventily typu K-D, vyráběné firmou Krofta Engeneering Corp., Lennox, Massachusetts.

Čistička 116, která byla právě popsána, může nejen zpracovávat větší množství vody než dříve známé čističky typu SASF o srovnatelné velikosti, aleje navíc účinnější. Při obsahu nečistot TSS v odpadní vodě, vstupující do čističky 10, rovném 400 ppm byl naměřený obsah nečistot TSS na výstupu 11,2 ppm.

Jak je znázorněno na obr. 1 až 3, jsou v preferovaném provedení tohoto vynálezu používány dva komplexy čističek 112, které jsou umístěny v budově 160, jejíž rozměry dovolují snadný dozor nad provozem zařízení z jednoho místa, například z kanceláře 162, umístěné na vyvýšeném místě ve střední části budovy. Aby bylo možno umístit komplexy, sestávající z čističky 114 o průměru

12,2 m a čističky 116 o průměru ll,0m, je budova, ve které jsou umístěny oba komplexy a s nimi spojená zařízení a potrubí, přibližně 38 m dlouhá, 18 m široká a 9,5 m vysoká. Je třeba zdůraznit, že vzhledem ktomu, že čističky jsou kompaktním způsobem uspořádány do komplexů, je možno všechny čtyři čističky umístit uvnitř jedné budovy, jejíž pořizovací náklady nejsou příliš vysoké. Kompaktní uspořádání rovněž snižuje provozní náklady včetně pravidelných prohlídek zařízení a odebírání vzorků vody. Dva komplexy, znázorněné na obr. 2 a 3, mají kapacitu, která by vyžadovala asi čtmáctinásobně větší plochu, pokud by byly použity obvyklé sedimentační nádrže. Při umístění všech čističek uvnitř budovy je možné zabránit úniku pachů a hluku a tím výrazným způsobem usnadnit umístění celého technologického zařízení a snížit estetické problémy a problémy ochrany životního prostředí, spojené s procesem čištění vody. Je třeba rovněž věnovat pozornost faktu, že komplexy čističek jsou s výjimkou postranní prohlubně 164 a příčné prohlubně 165, ve kterých jsou umístěny hlavní přívody a odvody odpadní vody, vyčištěné vody a kalu, umístěny na betonovém podkladu 160a, překrývajícím zeminu. Zmíněné prohlubně obsahují jímky 164a, 164b a 164c na přívodu odpadní vody, odvod vyčištěné vody a jímku kalu 152.

Čistička 114 spočívá na ocelových (obr. 1) nebo betonových (obr. 2 a 3) podstavcích 166, 166a. Jak je znázorněno na obr. 1, k podstavcům 166 je připevněna konstrukce z ocelových nosníků 115, které jsou umístěny pod dnem čističky 114 a podpírají jej. Na obr. 2 a 3 jsou tyto nosníky zhotoveny z armovaného betonu. Toto uspořádání je možné pouze proto, že hloubka vody ve flotační nádrži 138 je velmi malá. Primární filtr, kterým je bubnový filtr 172 obvyklého typu, slouží k odstraňování neplovoucích předmětů a úlomků z odpadní vody před jejím vstupem do čističek. S výhodou jsou používána hrubá a jemná síta, přičemž hrubá síta mají světlost vertikální štěrbiny 25 mm. Jemné síto má s výhodou otvory velikosti 3 až 6 mm a je opatřeno zařízením na čištění síta a na odstraňování oddělených pevných látek. Síto může být buď bubnové nebo typu

-9CZ 286508 B6 pohyblivé štěrbiny. Vhodné je odstraňování odfiltrovaných nečistot pomocí výklopného zařízení. Důležité je, že v důsledku používání flotace s mikrobublinkovou aerací není nutné použití dalších zařízení pro oddělování oleje, tuků a plovoucích pevných předmětů, která jsou obvyklá u čističek sedimentačního typu. Pokud lze v odpadní vodě očekávat velký obsah písku, je vhodné používat obvyklého zařízení pro oddělování písku typu cyklonu, které je zařazeno v přívodním potrubí odpadní vody. Obvyklé separátory typu cyklonu mají automatické zařízení na shromažďování písku, které je vyprazdňováno do výsypky. Pokud odpadní voda obsahuje malá nebo střední množství písku, mohou být v čističce odstraňovány sedimenty pomocí shmovače, pohybujícího se po dnu nádrže ajímky. Jímka může mít automatické vyprazdňovací zařízení a velké jednotky mohou být rovněž vybaveny šroubovým dopravníkem, zabudovaným do dna jímky, jak je tomu u komerčně dostupných čističek typu SPC.

Je třeba poznamenat, že uspořádání čističek do komplexu, umístění potrubí, odvádějícího vyčištěnou vodu, pod úrovní terénu v prohlubních 164 a 165 a zařazení čerpadel 167 do potrubí pro odvádění vyčištěné vody, umožňuje vytvoření rozdílu výšky hladin, který je dostačující pro provádění dvojstupňové filtrace v čističce 116 vysokou rychlostí.

Na obr. 4 a 5 je znázorněn bioreaktor 200, určený pro použití ve spojení s čističkami 114 a 116. Přesněji popsáno, protéká vyčištěná voda, vytékající z výstupu jednostupňové čističky 114 potrubím 202, jímkou 204 a vstupní trubkou 206 do reaktorové nádrže 208 z nerezové oceli, obecně válcovitého tvaru. Voda vstupuje do bezkyslíkové zóny reaktoru 210, která se nachází ve spodní části nádrže 208. přívodem 206a. Zóna 210 zaujímá obvykle část nádrže, sahající poněkud výše, než do její spodní třetiny. Aerobní zóna 212 se nachází přibližně v horních dvou třetinách nádrže. Na rozhraní zón se nachází sada porézních trubek 214, ze kterých vychází stlačený vzduch, produkovaný dmýchadlem 216, do čištěné vody (bioliquoru), procházejícího reaktorovou nádrží směrem vzhůru. Na horní části nádrže se nachází deska 218, nesoucí malou jednoúčelovou DAF čističku 220, s výhodou typu Supracell.

Vstupující voda nejdříve protéká směrem vzhůru bezkyslíkovou zónou 210. Dále pokračuje oblastí, ve které vycházejí bublinky z porézních trubek 214, do aerobní zóny 212. Bioliquor vytéká z nádrže 208 směrem nahoru přes desku 218 do čističky 220, ve které přetéká přes středovou válcovitou stěnu 220a do flotační nádrže 220b, jak je znázorněno šipkami 221. Část bioliquoru, vycházejícího z aerobní zóny, protéká recirkulačním odvodem 224a a potrubím 224 zpět do vstupní trubky 206. Flotační kal z čističky 220 prochází ve směru šipky 225 výstupním potrubím 226 do potrubí 224. Odvětvené potrubí 228 slouží k řízenému odvodu přebytečného kalu.

Vyčeřená biologicky vyčištěná voda, vycházející zjednoúčelové čističky 220, je přes vnější regulační zařízení výšky hladiny 230 vypouštěna potrubím 232 do odvodu vyčeřené a biologicky vyčištěné vody 234 a z něho do dvojstupňové čističky 116. Z odvětvení vychází potrubí 232, sloužící k uvádění biologicky čištěné vody do vstupní trubky 206 nádrže bioreaktoru 208. Proudění kalu a bioliquoru, recirkulovaného potrubím 224, je poháněno peristaltickým čerpadlem 238, které udržuje rychlost proudění recirkulace na dvakrát až pětkrát vyšší hodnotě, než je celková rychlost proudění do reaktorové nádrže z potrubí 206. Peristaltické čerpadlo je používáno proto, že rozbíjení unášených kolonií bakterií jeho působením je méně pravděpodobné než u odstředivého čerpadla. V potrubí, sloužícím k recyklování vyčeřené biologicky čištěné vody, je umístěno odstředivé čerpadlo 240 běžného typu, sloužící k udržování recirkulace vody, která je prováděna rychlostí, odpovídající 40 až 100 % celkového průtoku vyčeřené biologicky čištěné vody.

Základním principem tohoto vynálezu je způsob, podle kterého jsou bakterie, používané v bioreaktoru, přichyceny nebo vázány na biologický nosič, který je zavěšen v bioreaktoru a prochází vertikálním směrem jeho zónami 210 a 212. V provedení, které je v současné době preferováno, je tento nosič tvořen pásy vlněné textilie 248 a 248a, zvláště hrubé tkané vlněné

- 10CZ 286508 Β6 textilie, jaká se používá pro koberce, které jsou zavěšeny na rámu 240. Tento rám je složen ze středové součásti ve tvaru trubice 242, procházející vertikálním směrem středem nádrže 208.

V preferovaném provedení je její průměr 12,7 až 15,2 cm. Na trubici 242 jsou připevněny dvě sady ramen 244, umístěné v různých výškách, kterými jsou s výhodou válcovité tyče o průměru 5,1 cm, které vycházejí z trubice 242 radiálním směrem a rozdělují zóny 210 a 212 do šesti sektorů, z nichž každý odpovídá přibližně úhlu 60°. Každá z těchto sad je umístěna v horní části jedné z uvedených zón 210 a 212. Vždy v jednom ze sousedních sektorů jsou umístěny pásy vlněné textilie 248 a 248a. V důsledku různé výšky jednotlivých zón jsou pásy 248 v zóně 212 delší, než pásy 248a v zóně 210. Pásy vlněné tkaniny jsou s výhodou opatřeny otvory, nebo větším počtem vyztužených oček 248b, do kterých jsou zaklesnuty háčky 249, připevněné na sadě zakřivených plechů z nerezové oceli 251, upevněných mezi sousedními radiálními rameny 244. Zakřivení těchto plechů je obecně kruhové a výška těchto plechů je asi 5,1 cm. Tento jednoduchý závěsný systém umožňuje pohodlnou instalaci a výměnu biologického nosiče. Tím je ušetřen náklad na pořízení malých plovoucích krychlí z pěnového plastu a problémy s jejich plněním do zařízení. Tíhou ponořených mokrých pásů vlněné tkaniny 248 a 248a jsou tyto pásy udržovány uvnitř bioliquoru ve vertikální poloze.

Jiným zavěšeným nosičem, který je možno použít, jsou závěsy, vytvářené z většího množství standardních plastikových součástí 270, používaných v biologických filtrech (ve kterých je odpadní voda čištěna průtokem nádrží, ve které je umístěno větší množství takovýchto závěsů, nesoucích bakterie). Závěs z těchto součástí je vytvořen tak, že tyto součásti jsou připevněny na tyč 272 s očkem 273 nebo jiným obvyklým závěsným elementem na jeho horním konci. Každé očko 273 je zavěšeno na jednom z háčků 249. Sada těchto závěsů, visících na jednom z plechů 251, se podobá zakřivenému zesílenému textilnímu pásu. Rám 240 je uložen ve vodotěsných ložiscích 250, která jsou upevněna ve spodní a horní stěně reaktorové nádrže. To umožňuje vratný pohyb rámu a na něm zavěšených textilních pásů 248 a 248a, vyvolávaný jakýmkoliv vhodným mechanickým zařízením, schopným vyvolávat vratné pohyby. Preferované provedení je znázorněno na obr. 5. Jsou používány dva lineární elektrické motory 260, jejichž současným působením vykonává rám 240 vratné pohyby. Motory otáčejí rámem pomocí dvou drátů 262, z nichž každý je připevněn k jednomu ramenu 244. Ucpávky 264 umožňují pohyb drátů, aniž by docházelo k úniku bioliquoru z nádrže. S výhodou má každý z motorů koncové spínače 260a, spojené zpožďovacím okruhem 260b, který zařazuje po každém otočení rámu krátkou pauzu.

Na textilním pásu 248 se v aerobní zóně 212 nacházejí standardní aerobní bakterie. Na textilním pásu 248a v bezkyslíkové zóně 210 se nacházejí standardní anaerobní bakterie. Používají se bakterie téhož typu, jaké jsou v čističkách s aktivním kalem používány k odstranění rozpuštěných organických nečistot jejich biologickou přeměnou na CO₂ a vodu. V důsledku velkého množství rozpuštěných organických látek, které mohou být bakteriemi odstraňovány, dochází ke značnému růstu jejich biomasy. Vratný pohyb textilních pásů zajišťuje dobrý styk mezi bioliquorem a bakteriemi. Pomocí tohoto pohybu je přebytečná biomasa rovněž z nosiče bakterií setřásána. Tento přebytek je potom zároveň s bioliquorem odváděn (1) do čističky 220, kde z něho vzniká plovoucí kal a poté je odstraňován nebo recyklován, nebo (2) do recirkulačního potrubí 224.

V provozu závisí velikost čističek a rychlosti průtoku v nich na počtu obyvatel, používajících kanalizační systém, napojený na příslušný systém čištění odpadních vod. Tak například pro asi dvacet tisíc lidí je při deštivém počasí průtok asi 9,5 m³/min, potřebná flotační plocha asi

34,3 m²/komplex a jednotka SAF-BP má průměr 6,7 m. Pro asi šedesát tisíc lidí vzrůstá průtok při deštivém počasí na 28,7 m³/min, potřebná flotační plocha 102,5 m²/komplex a čističky 114 a 116 mají průměry 12,2 a 11 m. Pro dvěstě tisíc lidí je maximální průtok při deštivém počasí 95,6m³/min, potřebná flotační plocha je 341,1 m²/komplex, čistička 114 má průměr 21,4 a čistička 116 má průměr 18,9 m. Použití dvou paralelních komplexů čističek umožňuje získání záložní kapacity. Zařízení je koncipováno tak, že normálně pracují oba komplexy současně pouze za deštivého počasí. Proto je velikost jednoho z komplexů volena tak, aby byl schopen zpracovat maximální průtok za počasí beze srážek. Na obr. 1 až 3 je znázorněno zařízení,

- 11 CZ 286508 B6 odpovídající střední ze tří shora uvedených kapacit, které tvoří dva paralelní komplexy, sestávající z čističek SPC 40, instalovaných nad čističkami SAF36-BP. Jak bylo uvedeno, vyžaduje toto uspořádání budovu, o velikosti 18 x 36 x 9,5 m. Za deštivého počasí zpracuje tento systém, určený pro šedesát tisíc obyvatel, 41,3 milionů litrů odpadní vody za den. Systém určený pro dvacet tisíc lidí zpracuje 13,6 milionů litrů odpadní vody za den a systém určený pro dvěstě tisíc lidí 137 milionů odpadní vody za den. Dále uvedená tabulka I uvádí mimoto typické koncentrace nečistot, které mohou být dosaženy při použití systému pro čištění odpadních vod podle tohoto vynálezu.

Tabulka I

	SS (PPm)	BOD (PPm)	NH4 (PPm)	TKN (PPm)	Pcelk. (PPm)
vstupující odpadní voda	300	350	20	35	6,5-2,5
výstup fáze C.l	5	90	15	30	3,0-1,5
výstup fáze C.2	5	30	10	30	3,0-0,3
výstup fáze C.3	5	10	1	15	2,0-0,2

Fáze C.l se týká fyzikálně-chemického čištění čističkami 114 a 116. Zahrnuje odstraňování fosforu, zvláště ve filtračním stupni čističky 116, avšak není v ní obsaženo biologické čištění, jako je čištění, prováděné vedením vody z čističky 114 Supracel do bioreaktoru 200. Fáze C.2 se týká dalšího čištění, kterého je dosahováno tím, že je přidáno biologické čištění, prováděné tak, že se přidá čištění v bioreaktoru 200, zařazeném v sérii mezi čističkami 114 a 116. Přesněji popsáno, jsou-li čističky 114 a 116 bez bioreaktoru schopny každá snížit BOD o přibližně 50 %, tj. celkově o 75 %, je bioreaktor schopen snížit BOD na 30 ppm, tj. na hodnotu, která je nižší, než 10 % BOD ve vstupující odpadní vodě. Ve fázi C.3 je přidávána denitrifikace v bezkyslíkové zóně 210, kombinovaná s recirkulací bioliquoru a kalu potrubím 224. Je třeba si povšimnout, že přidání tohoto biologického čištění v bezkyslíkové zóně způsobuje zásadní snížení obsahu dusíku v bioliquoru. Obsah amonného iontu a TKN (celkový obsah organicky vázaného dusíku) jsou sníženy téměř na desetinu. Použití biologického čištění v bezkyslíkaté zóně snižuje dále u tohoto ilustrativního příkladu hodnoty BOD z 30 ppm na 10 ppm. Obsah suspendovaných pevných látek je účinně snižován pouze ve fázi C.l.

V následujících tabulkách II až V jsou uvedeny výsledky, dosažené při zkušebním provozu v zařízení podle tohoto vynálezu ve fázi C.l, za použití čističky Supracell jako čističky 114, pracující v prvém stupni, a čističky SASF, pracující jako dvojstupňová čistička 116, avšak bez provádění biologického čištění.

-12CZ 286508 B6

Tabulka II

Čištění odpadní vody s přídavkem síranu železitého do čističky SASF

Průtok 1701/min, 5 ppm kationtového polymeru v čističce SPC, 98 ppm síranu železitého a 5 ppm kationtového polymeru v čističce SASF, do výstupu z čističky SPC dávkován ozon v množství 2,8 mg/1

	zákal	TSS (mg/1)	COD (mg/1)	BOD (mg/1)
vstupující odpadní voda	-	140	360	172
výstup z SPC	31	37	198	83
výstup z SASF	1,1	n.d.	95	44

n.d. = pod mezí citlivosti stanovení (not detectable)

Tabulka III

Čištění odpadní vody s přídavkem síranu železitého do čističky SPC

Průtok 114 1/min, 75 ppm síranu železitého a 4,4 ppm kationtového polymeru v čističce SPC,

3,3 ppm kationtového polymeru v čističce SASF, do výstupu z čističky SPC dávkován ozon v množství 4,2 mg/1

	zákal	TSS (mg/1)	COD (mg/1)	BOD (mg/1)
vstupující odpadní voda	-	307	477	204
výstup z SPC	-	38	142	100
výstup z SASF	-	n.d.	89	33

n.d. = pod mezí citlivosti stanovení (not detectable)

Tabulka IV

Čištění odpadní vody s přídavkem síranu železitého do čističky SPC

Průtok 151 1/min, 75 ppm síranu železitého a 4,4 ppm kationtového polymeru v čističce SPC,

3,3 ppm kationtového polymeru v čističce SASF, bez použití ozonu

	zákal	TSS (mg/1)	COD (mg/1)	BOD (mg/1)
vstupující odpadní voda	68	223	499	252
výstup z SPC	28	55	165	83
výstup z SASF	1,3	n.d.	99	44

n.d. = pod mezí citlivosti stanovení (not detectable)

- 13 CZ 286508 B6

Tabulka V

Čištění odpadní vody s použitím PAC, přidávaného do čističky SPC, jako hlavního koagulantu

Průtok 1141/min, 100 ppm PAC a 1,5 ppm aniontového polymeru v čističce SPC, 1,0 ppm kationtového polymeru a 78 ppm síranu železitého v čističce SASF, bez použití ozonu.

	vstupující odpadní voda	výstup z SPC	výstup z SASF
zákal		61	1,3
TSS (mg/1)	668	179	n.d.
COD (mg/1)	770	349	84
BOD (mg/1)	368	154	37
Pcelk (mg/1)	7,3	4,7	0,04
TKN (mg/1)	31	30	16
NOj-N (mg/1)	1,7	1,1	0,1
NH₃-N (mg/1)	20	19	18

n.d. = pod mezí citlivosti stanovení (not detectable)

Z těchto tabulek m.j. vyplývá, že komplexy pro čištění odpadních vod, ve kterých je používána kombinace jednostupňové a dvojstupňové čističky pro snižování COD, BOD a obsahu fosforu a dusíku, jsou schopny dosáhnout úrovně, které splňují požadavky federální normy, platné v USA, nebo jsou těmto požadavkům blízké, aniž by bylo použito biologického čištění nebo 15 jiných speciálních reaktorů. Tím je prokázáno, že může být vybudován kompaktní a tedy snadno prov.zovatelný provoz na čištění odpadních vod, znázorněný na obr. 1 až 3, kterýje schopen dosahovat podstatného vyčištění odpadní vody, aniž by byly nutné dodatečné náklady na zavedení biologického čištění. V důsledku toho je možné například zvládnout rychlé přírůstky městského obyvatelstva. Tento způsob čištění odpadních vod je možno použít buď samostatně, 20 nebo k podstatnému snižování obsahu chemických a biologických nečistot, v důsledku kterého stávající systémy čištění mohou zvládnout zvyšující se požadavky.

Podstatné vyčištění odpadní vody, dosahované ve stupni C.I fyzikálně-chemickými metodami, je rovněž úsporné ve srovnání s náklady na flokulační činidla, používaná při běžném způsobu 25 čištění. V závislosti na příslušném typu použitých chemikálií nebo jejich směsi, například síranu železitého, PAC, aniontového polymeru, kationtového polymeru atd., jsou roční náklady na jednu osobu 2,92 až 7,30 dolarů.

Byl popsán provoz pro čištění městských odpadních vod, který je vysoce kompaktní a v důsledku 30 toho je možné jeho úplné uzavření do provozní budovy, způsobující pokles hluku a úniku pachů a umožňující pohodlný a účinný dozor na jeho provoz. Tento systém se ve srovnání s obvyklými sedimentačními jednotkami vyznačuje relativně nízkými pořizovacími i provozními náklady. Tento vynález umožňuje zásadní snížení TSS a výrazné snížení COD, BOD a koncentrace nečistot, obsahujících dusík a fosfor bez toho, že by se užívalo biologického čištění. Při použití 35 bioreaktoru podle tohoto vynálezu je možno u všech uvedených typů nečistot snadno a spolehlivě dosáhnout koncentrací, splňujících federální normy USA.

Pomocí způsobu podle tohoto vynálezu je možno dosáhnout snadného přizpůsobení značnému kolísání průtokových rychlostí mezi průtoky za suchého počasí a průtoky za deštivého počasí 40 a v důsledku sezónních změn počtu obyvatel. Tento vynález dále poskytuje možnost biologického čištění, které při relativně malých nárocích na prostor ve srovnání s obvykle používanými postupy dosahuje velmi značné úspory biologických nosičů. Navíc je podle tohoto vynálezu poskytován způsob, při kterém vzniká jako odpad relativně suchý kal s obsahem sušiny 2 až 6 %, který umožňuje transport kalu na místo jeho ukládání nebo dalšího zpracování, jako jsou

- 14CZ 286508 B6 oxygenační nebo ozonizační procesy, popsané v patentech USA č. 5 013 429 a 5 145 582. V těchto patentech je popsána nádrž pro zpracování kalu se zabudovaným míchadlem, způsobujícím intenzivní promíchávání kyslíku a/nebo ozonu s poměrně hustým kalem, čímž je odstraňována biologická škodlivost kalu. Dalším zpracováním se sušina kalu zvyšuje na 20 až 40 %, což je přibližně stejná sušina, jako sušina jablka.

Ačkoliv byl tento vynález popsán na základě jeho preferovaných provedení, je zřejmé, že pro odborníka v této oblasti vyplývají z uvedeného detailního popisu a připojených výkresů různé modifikace a obměny. Tak například přestože byl tento vynález popsán na provedení, užívajícím komplexy čističek, ze kterých může být voda, vycházející z prvé čističky, přiváděna do popsaného zařízení pro biologické čištění, je zřejmé, že pro biologické čištění může být rovněž použito obvyklých způsobů, které jsou známy. Rovněž je možno použít bioreaktor, který má pouze aerobní zónu. Ačkoliv byl tento vynález popsán v jeho preferovaném provedení, používajícím dva komplexy čističek, je zřejmé, že uspořádání podle tohoto vynálezu může být rozšířeno na tři nebo více čističek, které mohou pracovat paralelně. Tak může být ke popsaným dvěma čističkám přidán další komplex čističek 112 v trojúhelníkovém nebo lineárním uspořádání. Přestože vynález byl popsán ve vztahu k určitým typům čističek, používajících flotaci s mikrobublinkovou aerací, jsou známé a mohou být použity další typy čističek, pracující tímto způsobem. Tak může například být dvojstupňová čistička SAF-BP nahrazena čističkou typu SAF. Tato čistička však je podstatně větší, nákladnější a vyžaduje vyšší rozdíl hladin než typy SASF nebo SAF-BP a v důsledku toho budou eliminovány některé z výhod tohoto vynálezu a poměrně nízké pořizovací náklady příslušného zařízení. Navíc, jak bylo již uvedeno, mají jednotky SAF a SASF některé provozní nedostatky ve srovnání s jednotkami SAF-BP. Tyto a jiné variace spadají do předmětu vynálezu, definovaného následujícími patentovými nároky.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Bioreaktor, odstraňující nečistoty, rozpuštěné nebo suspendované ve vodě, včetně nečistot, jejichž koncentrace je vyjadřována biologickou spotřebou kyslíku (BSK) nebo chemickou spotřebou kyslíku (CHSK), interakcí živých organismů s těmito nečistotami, vyznačující se tím, že obsahuje reaktorovou nádrž (208), jejímiž součástmi jsou aerobní zóna (212), přívod (206) čištěné vody, odvod vody, která byla podrobena čištění a recirkulační odvod (224a) vody z aerobní zóny (212), biologický nosič, nesoucí živé organismy, zavěšený v reaktorové nádrži (208) v aerobní zóně (212) pro oscilační pohyb uvnitř reaktorové nádrže (208), jednoúčelovou čističku (220), pracující na principu flotace s mikrobublinkovou aerací, do které je přiváděna biologicky vyčištěná voda z výstupu z reakotorové nádrže (208) a ze které je odváděna vyčeřená, biologicky vyčištěná voda a flotační kal, recirkulační potrubí (224) kalu a biologicky vyčištěné vody, které zavádí alespoň část flotačního kalu z jednoúčelové čističky (220), a biologicky vyčištěné vody z recirkulačního odvodu vody, do přívodu (206) odpadní vody k zpracování, recirkulační potrubí (232) biologicky vyčištěné vody, které zavádí alespoň část vyčeřené, biologicky vyčištěné vody z jednoúčelové čističky (220) do přívodu (206) odpadní vody k zpracování,

- 15 CZ 286508 B6 a aerátor (214) vody v aerobní zóně (212).
2. Bioreaktor podle nároku 1, vyznačující se tím, že biologický nosič obsahuje pásy (248, 248a) tkané textilie.
3. Bioreaktor podle nároku 2, vyznačující se tím, že biologický nosič obsahuje kobercovinu.
4. Bioreaktor podle nároku 1, vyznačující se tím, že reaktor zahrnuje bezkyslíkovou zónu (210) s nádrží, umístěnou pod aerátorem (214), přičemž bezkyslíková zóna (210) má na svém spodním konci přívod (206) odpadní vody a uvnitř bezkyslíkové zóny (210) vykonává oscilační pohyby biologický nosič, nesoucí živé organismy.
5. Bioreaktor podle nároku 1, vyznačující se tím, že recirkulační potrubí (224) kalu a biologicky vyčištěné vody zahrnuje peristaltické čerpadlo (238).