CZ288239B6

CZ288239B6 - Apparatus for simultaneous biological removal of phosphorus and nitrogen from waste water and removal process thereof

Info

Publication number: CZ288239B6
Application number: CZ19962709A
Authority: CZ
Inventors: Reinhard Koch; Volkmar Peukert; Peter Ott
Original assignee: Peter Ott; Reinhard Koch; Volkmar Peukert
Priority date: 1994-03-19
Filing date: 1994-12-15
Publication date: 2001-05-16
Also published as: CZ270996A3; DE4409435C2; PL177643B1; EP0751913B1; ES2117389T3; DE59405668D1; RU2136613C1; WO1995025697A1; DE4409435A1; DK0751913T3; ATE164821T1; CN1143942A; EP0751913A1; PL316524A1; CN1105086C

Description

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení pro současné biologické odstraňování fosforu a dusíku z odpadní vody v aerobních, anoxických a anaerobních zónách, které obsahují plovoucí nosný materiál, s připojeným dočišťovacím stupněm a potrubím pro zpětně vedený kal, s nitrifikačním stupněm s integrovanou současnou denitrifikací, který obsahuje maximálně 80 % objem, nosného materiálu pro mikroorganismy a kterému je předřazen hydrolyzační a okyselovací stupeň, který je proveden jako filtr s plovoucím ložem a je rozdělen na denitrifikační anoxickou zónu a anaerobní zónu pro vázání fosforečnanů, přičemž dočišťovací stupeň je potrubím pro zpětně vedený kal propojen s hydrolyzačním a okyselovacím stupněm. Vynález se dále týká způsobu současného biologického odstraňování fosforu a dusíku z odpadní vody v aerobních, anoxických a anaerobních krocích, s využitím suspendovaných mikroorganismů a mikroorganismů vázaných na nosiče, přičemž zpracovávaná odpadní voda a suspendovaná biomasa jsou v okruhu vedeny hydrolyzačním a okyselovacím stupněm, nitrifikačním stupněm s integrovanou denitrifikací a dočišťovacím stupněm. Zařízení a způsob podle vynálezu umožňují současnou a po celý rok stabilní biologickou eliminaci fosforu a dusíku, zejména v malých a středních zařízeních na zpracování komunálních a průmyslových odpadních vod a odpadních vod z výroby potravin a poživatin.

Dosavadní stav techniky

V literatuře jsou popsána technologická a konstrukční řešení s a bez fixování biomasy a nosných materiálů pro mikroorganismy.

V dokumentu DE36 39 153 jsou popsány nosné materiály pro mikroorganismy. Tyto nosné materiály jsou tvořeny neplovoucími kulovými sintrovanými tělísky z anorganického materiálu s otevřenými póry. Tělíska se mohou použít jako pevné nebo vířivé lože.

V dokumentu DE33 01 643 je popsáno zařízení a způsob, podle kterého je nosný materiál přemisťován z aerobní zóny přes anoxickou zónu do anaerobní zóny a současně se odebírá ekvivalentní množství nosného materiálu, který se speciálními zařízeními přepravuje zpět do aerobní zóny.

Další způsob a reaktor jsou popsány v dokumentu DD 300 362.Vířitelné nosné materiály se zde používají jako tekoucí anoxické lože a zavzdušňované vířivé lože.

Vynález popsaný v dokumentu DE 41 33 954 AI se rovněž týká zařízení a způsobu pro biologickou eliminaci fosforu a dusíku z odpadní vody s využitím mikroorganismů, které jsou vázány na nosiče.

Další stav techniky vyplývá z DATABASE WPI, AN 82-07608J & JP-A-57 150 495, září 1982.

V dokumentu DE 42 37 716 je popsán způsob, podle kterého se uhlíkové sloučeniny, obsažené v odpadní vodě, vážou na povrchově aktivním adsorpčním prostředku, například na aktivním uhlí, a ukládají pro následující denitrifikační procesy.

V dokumentu DE 38 33 185 je popsán způsob biologického čištění odpadní vody, při kterém se nitrifikace provádí mikroorganismy vázanými na nosný materiál, příměsi odpadní vody ve formě částic se oddělují a zavádějí jako zdroj uhlíku do denitrifikačního stupně, kteiý navazuje na nitrifikační stupeň.

-1 CZ 288239 B6

V literatuře popsané způsoby a zařízení pro současné biologické odstraňování fosforu a dusíku s nebo bez použití nosičů pro mikroorganismy se přes značné náklady na technologii a regulaci a velké objemy reaktorů vyznačují nedostatečnou stabilitou procesu a nedostatečným čisticím 5 výkonem. Známými způsoby a zařízeními na biologickém principu není zaručeno celoroční dodržování platných minimálních požadavků na vypouštění fosforu a dusíku do vodních toků.

Jedna z příčin nedostatečných výkonů biologických eliminačních procesů a nestability známých způsobů a zařízení obecně se spatřuje v tom, že vysoce specializované mikroorganismy se 10 cyklicky znovu a znovu prohánějí všemi stupni procesu, kde jsou pro ně v daném prostředí zčásti nepříznivé životní podmínky. V důsledku toho dochází ke ztrátám na účinnosti a výkonu látkové výměny těchto mikroorganismů, které nemohou být kompenzovány ani za cenu zvýšených provozních nákladů a nákladů na regulaci.

Vyskytující se poruchy a nestability v provozu těchto zařízení mají často příčinu také v nedostatečné nabídce biologicky využitelných sloučenin uhlíku, především v obdobích nízkého zatížení v noci a na konci týdne.

Organické příměsi odpadní vody ve formě částic lze při těchto způsobech jen v omezené míře 20 využít jako zdroj uhlíku pro denitrifikující mikroorganismy a mikroorganismy shromažďující fosfor. Tyto částice se dostávají buď do aerobních oblastí, kde při svém odbourávání vyvolávají zvýšenou spotřebu kyslíku, nebo v reaktorech s plovoucím a pevným ložem vedou k nasycení produkty odbourávání, které brzdí látkovou výměnu, a k metanové fermentaci, v důsledku čehož se odbourávají nízkomolekulámí organické kyseliny, které jsou důležité pro eliminaci kyslíku. 25 V důsledku nasycení plynnými produkty odbourávání dochází k hydraulickým poruchám a ke zkratovým prouděním.

Úkolem vynálezu je vyvinutí zařízení a způsobu, jejichž pomocí bude možno při zpracování odpadní vody dosáhnout vyššího biologického výkonu při eliminaci sloučenin fosforu a dusíku, a 30 to i za nízkých teplot. Dalším úkolem vynálezu je docílení menších objemů reaktorů cestou kratšího setrvání odpadní vody a vyšších výkonů látkové výměny za jednotku času na jednotku objemu. Vysoce specializované mikroorganismy mají být v jednotlivých stupních procesu vystaveny vždy optimálním podmínkám prostředí.

Podstata vynálezu

Uvedený úkol řeší a nedostatky obdobných zařízení do značné míry odstraňuje zařízení pro současné biologické odstraňování fosforu a dusíku z odpadní vody v aerobních, anoxických a 40 anaerobních zónách, které obsahují plovoucí nosný materiál, s připojeným dočišťovacím stupněm a potrubím pro zpětně vedený kal, kde nitrifíkačnímu stupni s integrovanou současnou denitrifikací, který obsahuje maximálně 80 % objem, nosného materiálu pro mikroorganismy, je předřazen hydrolyzační a okyselovací stupeň, který je proveden jako filtr s plovoucím ložem a je rozdělen na denitrifikační anoxickou zónu a anaerobní zónu pro vázání fosforečnanů, přičemž 45 dočišťovací stupeň je potrubím pro zpětně vedený kal propojen s hydrolyzačním a okyselovacím stupněm, podle vynálezu, jehož podstata spočívá vtom, že anaerobní zóna pro vázání fosforečnanů je opatřena zavzdušňovacím zařízením.

Z hlediska optimálního provozu je výhodné, jestliže anaerobní zónu pro vázání fosforečnanů 50 obsahující hydrolyzační a okyselovací stupeň zaujímá 10 až 25 % celkového objemu hydrolyzačního a okyselovacího stupně a nitrifikačního a denitrifikačního stupně.

Z hlediska optimálního výkonu je dále výhodné, jestliže anaerobní zóna pro vázání fosforečnanů je přes anoxickou zónu hydrolyzačního a okyselovacího stupně propojena se zavzdušňovanou 55 nitrifikační zónou s vířivým ložem nitrifikačního a denitrifikačního stupně.

-2CZ 288239 B6

Hydrolyzační a okyselovací stupeň je pro zvýšení výkonu s výhodou opatřen míchacím ústrojím. Způsob současného biologického odstraňování fosforu a dusíku z odpadní vody v aerobních, anoxických a anaerobních krocích, s využitím suspendovaných mikroorganismů a mikroorganismů vázaných na nosiče, přičemž zpracovávaná odpadní voda a suspendovaná biomasa jsou v okruhu vedeny hydrolyzačním a okyselovacím stupněm, nitrifikačním stupněm s integrovanou denitrifikací a dočišťovacím stupněm, spočívá podle vynálezu v tom, že doba setrvání zpracovávané odpadní vody v anoxické zóně a v anaerobní zóně hydrolyzačního a okyselovacího stupně činí maximálně 1,5 hodiny, kultivační nosiče se zadržují ve svých příslušných stupních a anaerobní zóna pro vázání fosforečnanů se intervalově maximálně každých 6 hodin po dobu maximálně každých 6 hodin po dobu maximálně 15 minut zavzdušňuje.

Z hlediska optimalizace procesuje dále výhodné, jestliže odpadní voda z nejméně 80 % objem, a biologicky aktivní zpětně vedený kal v množství odpovídajícím 60 až 400 % objem, množství odpadní vody se zavádějí do anoxické zóny hydrolyzačního a okyselovacího stupně a zbylá část se zavádí do nitrifikačního a denitrifikačního stupně.

V hydrolyzačním a okyselovacím stupni, ve kterém se nacházejí viřitelné plovoucí nosné materiály pro mikroorganismy, se tedy uvede ve styk nejméně 80 % objem, přitékající odpadní vody a biologicky aktivní zpětně vedený kal v množství odpovídajícím 60 až 400% objem, odpadní vody. Tento hydrolyzační a okyselovací stupeň zařízení, který zaujímá 10 až 25 % celkového objemu obou prvních stupňů zařízení a obsahuje plovoucí nosný materiál pro mikroorganismy, sestává z anoxické zóny a anaerobní zóny, popřípadě zón s takovými prostředími. Kultivační nosiče jsou spolu se znehybněnou biomasou zadržovány v příslušných stupních.

V hydrolyzačním a okyselovacím stupni dochází zásluhou filtračního účinku a adsorpčního ukládání na slizové vrstvě kultivačních nosičů k částečnému zadržení částečkových a vysokomolekulámích složek odpadní vody. Mikroorganismy vázané na kultivační nosiče jsou specializovány na denitrifikaci dusičnanů a na hydrolytické štěpení a zkvašování vysokomolekulámích organických látek v biologicky využitelné nízkomolekulámí sloučeniny uhlíku. Mikroorganismy, které jsou vázány na kultivační nosiče, se ve zmíněném slizu vyznačují dlouhodobou životností.

Biologické procesy v hydrolyzačním a okyselovacím stupni jsou do značné míry nezávislé na procesech látkové výměny v oživeném kalu. Mikroorganismy v oživeném kalu přejímají při krátkodobém průchodu tímto hydrolyzačním a okyselovacím stupněm nízkomolekulámí produkty látkové výměny vytvářené mikroorganismy, které jsou vázány na kultivační nosiče, využívají je jako organické živiny a ukládají je do svých buněk.

Při procesech hydrolýzy, kvašení a denitrifikace vznikají produkty látkové výměny, jako například dusík, vodík, sirovodík, oxid uhličitý a metan, které ve zvýšené koncentraci nepříznivě působí na některé procesy látkové výměny a na hydraulické poměry v tomto hydrolyzačním a okyselovacím stupni. Aby se předešlo vzniku a zvyšování koncentrace těchto látek, zavádí se do hydrolyzačního a okyselovacího stupně v časových intervalech maximálně 6 hodin po dobu maximálně 15 minut vzduch.

Směs odpadní vody s oživeným kalem pak po setrvání maximálně 1,5 hodiny v hydrolyzačním a okyselovacím stupni a po oddělení kultivačních nosičů přichází do nitrifikačního a denitrifikačního stupně, který je z maximálně 80 % objem, rovněž vyplněn kultivačními nosiči. Tento nitrifikační a denitrifikační stupeň je rozdělen na zavzdušňované nitrifíkační vířivé lože, na nezavzdušňované denitrifikační vznášející se lože a na volitelně provozovatelné vířivé/vznášející se lože. Mikroorganismy, které jsou vázány na kultivační nosiče a mikroorganismy obsažené v oživeném kalu jsou spolu s odpadní vodou proháněny těmito zónami.

-3CZ 288239 B6

Řízeným zaváděním vzduchu může být tento nitrifíkační a denitrifíkační stupeň také přerušovaně provozován jako vířivé lože nebo vznášející se lože.

Po průchodu tímto nitrifikačním a denitrifíkačním stupněm je čištěná odpadní voda po oddělení 5 kultivačních nosičů zbavena v dočišťovacím stupni oživeného kalu. Část tohoto oživeného kalu se průběžně zavádí zpět do hydrolyzačního a okyselovacího stupně.

Přehled obrázků na výkresech

Podstata vynálezu je dále objasněna na příkladech jeho provedení, které jsou popsány na základě připojených výkresů, které znázorňují:

- na obr. 1 schematický celkový půdorysný pohled na zařízení pro čištění komunální 15 odpadní vody s připojovací kapacitou přibližně 25 000 obyvatel,

- na obr. 2 schematický celkový půdorysný pohled na kompaktní zařízení pro čištění komunální odpadní vody s připojovací kapacitou přibližně 4 000 obyvatel, a

- na obr. 3 schematický celkový půdorysný pohled na kontejnerové provedení zařízení pro čištění komunální odpadní vody s připojovací kapacitou přibližně 400 obyvatel.

Příklad provedení 1

Podstata vynálezu je dále na základě obr. 1 objasněna na příkladu komunálního čisticího zařízení s připojovací kapacitou přibližně 25 000 obyvatel.

100% objem, zpětně vedeného kalu 5 z dočišťovacího stupně 3 a 250% objem, recirkulátu 30 (vztaženo na přitékající množství) z nitrifikačního a denitrifikačního stupně 2, jakož i 50 % objem, čerstvé komunální odpadní vody, která obsahuje fosfor, dusík a částice organických hmot a rozpuštěné organické hmoty, se vedou do anoxické zóny la hydrolyzačního a okyselovacího stupně 1, kde se ponechají v kontaktu přibližně 40 až 60 minut. Směs se přitom úplně zbaví rozpuštěného kyslíku a částečně kyslíku vázaného na dusičnany. Částice hmot obsažených 35 v odpadní vodě se částečně zadrží filtračním účinkem a adsorpčním uložením na biomase a kultivačním nosiči.

Anoxická zóna la hydrolyzačního a okyselovacího stupně 1 je nejméně do výšky 30 mm vyplněna plovoucími granulovanými nosnými materiály pro mikroorganismy. Tyto nosné 40 materiály jsou tvořeny dutými válcovými tělísky s hvězdicovým průřezem, s měrnou hmotností přibližně 0,90 g/cm³, o délce 6 mm, s vnitřním průměrem 3,5 mm a kultivační plochou pro mikroorganismy přibližně 100m²/m³ sypaného objemu. Tato tělíska tvoří v anoxické zóně la biologicky aktivní plovoucí lože, na kterém se s vysokou hustotou uchycují především anoxicky žijící, denitrifikující a zčásti hydrolyticky působící mikroorganismy.

Nosiče zůstávají s usedlou biomasou v anoxické zóně la hydrolyzačního a okyselovacího stupně 1.

Kultivační nosiče plovoucího filtračního lože a suspendovaná biomasa jsou převrstvovány, popřípadě udržovány ve vznosu cirkulačním zařízení. Tím se zabrání nasycení plynnými 50 produkty odbourávání, například dusíkem.

Objemový podíl anoxické zóny la v celkovém objemu hydrolyzačního a okyselovacího stupně 1 a nitrifikačního a denitrifikačního stupně 2 činí přibližně 12 % objem.

-4CZ 288239 B6

Směs odpadní vody s oživeným kalem a dalších 50 % objem, nevyčištěné odpadní vody pak přicházejí do anaerobní zóny lb hydrolyzačního a okyselovacího stupně L Tato anaerobní zóna lb je rovněž z 50 % objem, naplněna popsanými nosnými materiály pro mikroorganismy. Kultivační nosiče vytvářejí v této anaerobní zóně lb anaerobní biologické vznášející se lože, na kterém se s vysokou hustotou uchycují především hydrolyticky působící mikroorganismy, které produkují kyseliny. Mikroorganismy, které jsou vázány na nosné materiály, zůstávají spolu s kultivačními tělísky v anaerobní zóně lb hydrolyzačního a okyselovacího stupně L

Rychlost látkové výměny za jednotku času na jednotku objemu je v této anaerobní zóně lb hydrolyzačního a okyselovacího stupně 1 zásluhou vysokých měrných koncentrací biomasy a zásluhou dalekosáhlého souladu mezi nároky anaerobních mikroorganismů na prostředí a podmínkami tohoto prostředí, jakož i zásluhou přivádění podílu čerstvé odpadní vody přívodem 4, velmi vysoká.

V anaerobní zóně lb hydrolyzačního a okyselovacího stupně 1 probíhají následující biologické, biochemické a fyzikální procesy.

V hydraulicky uklidněných dutinách kultivačních tělísek a vznášejícího se lože jsou zadrženy částečkové složky obsahu odpadní vody, a to adsorpčním ukládáním na přítomné biomase a vrstvách kalu. Část organických částeček a rozpuštěné vysokomolekulámí organické látky v přiváděné směsi odpadní vody s oživeným kalem jsou exoenzymy biomasy, která je vázána na nosná tělíska, hydrolyticky štěpeny v nízkomolekulámí sloučeniny. Část produktů hydrolýzy je dalšími anaerobními biologickými procesy zkvašována na organické kyseliny a alkoholy.

Tímto způsobem se z biologicky obtížně odbouratelných organických látek v krátké době získají biologicky snáze využitelné uhlíkové sloučeniny.

Syntéza nízkomolekulámích organických látek podporuje biologické procesy, které probíhají v tomto hydrolyzačním a okyselovacím stupni 1 a potřebují uhlíkaté látky, jako je například ukládání organických látek mikroorganismy, které eliminují fosfor. Zdroj uhlíku je mikroorganismus rovnoměrně k dispozici nezávisle na množství přiváděné odpadní vody, tedy také v nočních hodinách a o víkendu, kdy je přítok odpadní vody menší.

Rychlost látkové přeměny za jednotku času na jednotku objemu je v této anaerobní zóně lb hydrolyzačního a okyselovacího stupně 1 zásluhou vysokých koncentrací specifické biomasy a zásluhou dalekosáhlého souladu mezi nároky anaerobních-anoxických mikroorganismů na prostředí a podmínkami tohoto prostředí ve srovnání s biologicky ekvivalentními stupni ve známých procesech podstatně vyšší. Bioaktivita oživeného kalu, který prochází tímto hydrolyzačním a okyselovacím stupněm 1, má pro anaerobní-anoxické procesy v tomto hydrolyzačním a okyselovacím stupni 1 v důsledku poměrně krátké doby kontaktu je druhořadý význam. Mikroorganismy, usazené v oživeném kalu, které akumulují fosfor, pojímají při průchodu anaerobní zónou lb hydrolyzačního a okyselovacího stupně 1 nízkomolekulámí organické látky a ukládají je ve svých buňkách. Proces eliminace je zásluhou poměrně vysoké koncentrace látek ukončen v krátké době. Doba setrvání směsi odpadní vody s oživeným kalem v tomto hydrolyzačním a okyselovacím stupni 1 činí s přihlédnutím k výtlačnému objemu kultivačních nosičů v průměru jen 25 až 35 minut.

Při anaerobních hydrolyzačních a kvasných procesech vznikají ve zvýšené míře vodíkové ionty, které by mohly vést k brzdění octového kvašení. Aby se předešlo tomu, že v důsledku rušení látkové výměny znovu vzniknou biologicky méně dobře využitelné uhlíkaté sloučeniny, jako je například kyselina máselná nebo kyselina propionová, přivádí se do hydrolyzačního a okyselovacího stupně 1 v časových odstupech přibližně 2 až 3 hodiny po dobu 1 až 2 minuty vzduch. Část vodíku se přitom váže ve formě vody.

-5CZ 288239 B6

I Diskontinuálním zaváděním vzduchu se současně dosáhne převrstvení plovoucího filtračního lože. S tím spojené uvolnění plynných a zčásti toxických produktů odbourávání, jako je dusík, uhlovodík nebo oxid uhličitý, působí jako stimulátor biologických procesů a zajišťuje rovnoměrný průtok skrze plovoucí lože. Diskontinuálním zaváděním kyslíku se také brzdí 5 aktivita metanových bakterií.

Podíl objemu této anaerobní zóny lb v celkovém objemu hydrolyzačního a okyselovacího stupně 1 a nitrifikačního a denitrifikačního stupně 2 činí přibližně 12 až 15 % objem.

Směs odpadní vody s oživeným kalem přichází po průchodu anaerobní zónou lb do nitrifikačního a denitrifikačního stupně 2, který je rozdělen na nevětranou denitrifikační zónu 2a se vznášejícím ložem, větranou nitrifikační zónu 2c s vířivým ložem a volitelně provozovatelnou zónu 2b s vířivým/vznášejícím se ložem. Nitrifikační a denitrifikační stupeň 2 obsahuje 10 % objem, kultivačních nosičů, jejichž tvar a vlastnosti odpovídají kultivačním nosičům, které jsou 15 použity v hydrolyzačním a okyselovacím stupni 1.

Kultivační nosiče, oživený kal a odpadní voda jsou pomocí cirkulačního zařízení nepřetržitě proháněny jednotlivými zónami 2a, 2b a 2c nitrifikačního a denitrifikačního stupně 2.

V nitrifikačním a denitrifikačním stupni 2 jsou vnější kultivační plochy kultivačních nosičů porostlé především nitrifikujícími mikroorganismy, které též odbourávají BSB/CSB a také eliminují fosfor. V důsledku vysokých střihových sil se na povrchu vytváří tenký a zásluhou toho biochemicky velmi aktivní film z mikroorganismů. Uvnitř nosných tělísek ve tvaru dutých válečků narůstá zásluhou potlačených střižných sil silnější biologický porost.

V důsledku brzděné látkové výměny dochází uvnitř dutých tělísek, především ve spodních vrstvách biologického porostu, k poklesu koncentrace kyslíku na hodnoty pod 0,5 mg/1. Nedostatkem kyslíku se podporuje růst a procesy látkové výměny denitrifikujících mikroorganismů. Zásluhou současného bujení jak aerobně, tak i anoxicky působících mikro- organismů na kultivačních nosičích probíhají v zavzdušňované nitrifikační zóně 2c kromě nitrifikačních také denitrifikační procesy.

V důsledku zvláštních biochemických poměrů v dutinách kultivačních nosičů a přerušování zavádění vzduchu jsou v tomto nitrifikačním a denitrifikačním stupni 2 vytvořeny podmínky, které umožňují osídlení kultivačních nosičů také mikroorganismy, které shromažďují fosfor.

Procesy biologické eliminace dusíku a fosforu jsou podpořeny tím, že směs odpadní vody s oživeným kalem a kultivační nosiče jsou nepřetržitě proháněny jednotlivými zónami 2a. 2b. 2c tohoto nitrifikačního a denitrifikačního stupně 2 s různými podmínkami prostředí.

Vzájemné objemové podíly zavzdušňovaných, popřípadě nezavzdušňovaných zón v nitrifikačním a denitrifikačním stupni 1 mohou být regulovány volitelným provozem zóny a vířivým/vznášejícím se ložem. Například, v průběhu špičky zatížení a v průběhu chladných ročních období může být za účelem stimulace nitrifikačních procesů zvětšena zavzdušňovaná 45 část a naopak v noční době se slabým zatížením může být tato část v zájmu podpoření denitrifikačních procesů zmenšena.

V zónách 2a, 2b, 2c nitrifikačního a denitrifikačního stupně 2 probíhá zásluhou suspendovaných a na nosiče vázaných mikroorganismů nitrifikace amoniového dusíku, částečná denitrifikace dusičnanového dusíku v molekulární dusík, biologická eliminace fosforu ukládáním v buňkách a odbourávání organických látek, jako jsou biochemická spotřeba kyslíku (BSK) a chemická spotřeba kyslíku (CHSK).

Tímto způsobem zpracovaná směs odpadní vody s oživeným kalem se následně zavádí do 55 dočišťovacího stupně 3. Zde dochází k oddělení oživeného kalu a biologicky neodbouraných

-6CZ 288239 B6 částic od čištěné vody. Minimálně 60 a maximálně 400 % objem, odděleného kalu se průběžně zavádí zpět do hydrolyzačního a okyselovacího stupně 1. Vyčištěná odpadní voda se odvádí výtokem 6.

Pomocí zařízení podle vynálezu lze koncentrace komunálních odpadních vod průměrných vlastností zredukovat na následující hodnoty:

	mg/1	% hmotn. odbourání
bsk₅	< 10	98
CHSK	<60	95
P celkem	<1,5	95
P-ortho	<1,0	95
N-NH4	< 10	95
suma anorganického N	< 15	80

io Příklad provedení 2

Vynález je dále popsán na příkladu kompaktního čisticího zařízení, které je znázorněno na obr. 2 a které je určeno pro obydlenou oblast s připojovací kapacitou s přibližně 4000 jednotkovými obyvateli.

Odpadní voda z přívodu 4 a zpětně vedený kal 5 se shora zavádějí do svisle uspořádaného hydrolyzačního a okyselovacího stupně 1, který je zcela naplněn kultivačními nosiči, které byly blíže popsány v příkladu 1. Kultivační nosiče vytvářejí v celém hydrolyzačním a okyselovacím stupni 1 vznášející se lože a zůstávají spolu s usedlou biomasou v tomto hydrolyzačním a 20 okyselovacím stupni L

V horní části hydrolyzačního a okyselovacího stupně 1 se vytváří anoxická denitrifíkační zóna la a pod ní anaerobní zóna lb, tedy zóna s anaerobním prostředím. Hydrolyzační a okyselovací stupeň 1 zaujímá přibližně 20 % celkového objemu hydrolyzačního a okyselovacího stupně 1 a nitrifikačního a denitrifikačního stupně 2.

V hydraulicky uklidněných dutinách kultivačních tělísek a vznášejícího se lože jsou zadrženy částečkové složky obsahu odpadní vody, a to adsorpčním ukládáním na přítomné biomase a na vrstvách kalu. Část organických částeček a rozpuštěné vysokomolekulámí organické látky v přiváděné směsi odpadní vody s oživeným kalem jsou exoenzymy biomasy, která je vázána na nosná tělíska, hydrolyticky štěpeny v nízkomolekulámí sloučeniny. Část produktů hydrolýzy je dalšími anaerobními biologickými procesy zkvašována na organické kyseliny a alkoholy.

Tímto způsobem se z biologicky obtížně odbouratelných organických látek v krátké době získají 35 biologicky snáze využitelné uhlíkové sloučeniny.

Rychlost látkové přeměny za jednotku času na jednotku objemu je v této anaerobní zóně lb hydrolyzačního a okyselovacího stupně 1 zásluhou vysokých koncentrací specifické biomasy a zásluhou dalekosáhlého souladu mezi nároky anaerobních-anoxických mikroorganismů na 40 prostředí a podmínkami tohoto prostředí ve srovnání s biologicky ekvivalentními stupni ve známých procesech podstatně vyšší. Přispívá ktomu také přivádění čerstvé odpadní vody přívodem 4.

Biologické procesy v hydrolyzačním a okyselovacím stupni 1 jsou do značné míry odděleny od 45 procesů látkové výměny v oživeném kalu. Určité mikroorganismy v oživeném kalu, například mikroorganismy shromažďující fosfor, zachycují při krátkodobém průchodu tímto hydrolyzačním a okyselovacím stupněm 1 nízkomolekulámí produkty látkové výměny, produkované

-7CZ 288239 B6 mikroorganismy vázanými na nosiče, a to jako organické výživné substráty, a ukládají je ve svých buňkách.

Při hydrolyzačních, kvasných a denitrifikačních procesech vznikají produkty látkové výměny, jako například dusík, vodík, sirovodík, oxid uhličitý a metan, které při svém nahromadění působí nepříznivě na některé procesy látkové výměny a na hydraulické poměry v tomto hydrolyzačním a okyselovacím stupni 1. Aby se předešlo nasycování těmito látkami a dosáhlo částečného převrstvování vznášejícího se lože, přivádí se do hydrolyzačního a okyselovacího stupně 1 v časových odstupech přibližně 4 hodiny po dobu přibližně 2 minuty zespodu vzduch.

Směs odpadní vody s oživeným kalem přichází po svislém průchodu hydrolyzačním a okyselovacím stupněm 1 zespodu do nitrifíkačního a denitrifikačního stupně 2, který je z maximálně 80 % objem, vyplněn kultivačními nosiči. Tento nitrifikační a denitrifikační stupeň 2, který je jako prstenec uspořádán kolem hydrolyzačního a okyselovacího stupně 1, je rozčleněn 15 na nezavzdušňovanou denitrifikační zónu 2a se vznášejícím se ložem, zavzdušňovanou nitrifikační zónu 2c s vířivým ložem a volitelně provozovatelnou zónu 2b s vířivým nebo vznášejícím se ložem. Mikroorganismy vázané na nosiče a mikroorganismy obsažené v kalu jsou spolu s odpadní vodou postupně vedeny těmito zónami 2a, 2b, 2c. Při tomto průchodu probíhá zásluhou nitrifikace a denitrifikace odbourávání organických látek a fosforu a také eliminace 20 dusíku.

Po opakovaném průchodu těmito zónami 2a, 2b, 2c se čištěná odpadní voda po předchozím oddělení kultivačních nosičů známým způsobem v dočišťovacím stupni 3 oddělí od oživeného kalu. Nejméně 60 % objem, kalu se průběžně zpětně zavádí do hydrolyzačního a okyselovacího 25 stupně 1.

Pomocí zařízení podle vynálezu lze koncentrace komunálních odpadních vod průměrných vlastností zredukovat na podobné hodnoty jako v příkladu 1.

Příklad provedení 3

Vynález je dále popsán na příkladu kontejnerového čisticího zařízení, které je znázorněno na obr. 3 a které má připojovací kapacitu přibližně 400 obyvatel.

Zpětně vedený kal 5, který představuje přibližně 400 % objem, množství přiváděné odpadní vody, a čerstvá komunální odpadní voda, která je jen zbavena hrubých nečistot a obsahuje však fosfor, dusík a částečkové a rozpuštěné organické látky, se zavádějí zespodu do anoxické zóny la hydrolyzačního a okyselovacího stupně £, kde se ponechají v kontaktu po dobu přibližně 30 až 40 40 minut. Směs se tam úplně zbaví rozpuštěného kyslíku a částečně kyslíku vázaného na dusičnanech. Zásluhou „dusičnanového dýchání“ se biologicky odbourá přibližně 30 % hmotn. rozpuštěných, převážně nízkomolekulámích organických látek.

Směs odpadní vody s oživeným kalem pak shora přitéká do anaerobní zóny lb hydrolyzačního a 45 okyselovacího stupně L Tato anaerobní zóna lb je plně vyplněna nosnými materiály pro mikroorganismy, které byly popsány v příkladu 1. Tyto nosné materiály vytvářejí v této okyselovací anaerobní zóně lb biologicky aktivní vznášející se lože s filtračním účinkem. Vznášející se lože je s vysokou hustotou osídleno především anaerobně hydrolyticky působícími mikroorganismy, které produkují kyseliny a mají denitrifikační účinek.

V anaerobní zóně lb probíhají biologické, biochemické a fyzikální procesy, které byly popsány v příkladu 1.

Aby se předešlo vytváření a zvyšování koncentrace takových produktů látkové výměny, které 55 brzdí látkovou výměnu nebo mají toxické vlastnosti, zavádí se do této anaerobní zóny lb v

-8CZ 288239 B6 časových intervalech 3 hodiny zespodu vzduch. Zásluhou odplynění a převrstvení vznášejícího se lože se zlepšují i biologické a hydraulické podmínky v této anaerobní zóně lb.

Směs odpadní vody s oživeným kalem se po průchodu anaerobní zónou lb hydrolyzačního a okyselovacího stupně 1 zavádí do nitrifikačního a denitrifikačního stupně 2, který může být volitelně provozován jako zavzdušňované vířivé lože nebo jako nezavzdušňované vznášející se lože. Tento nitrifikační a denitrifikační stupeň 2 je zčásti, například na 15 % objem., naplněn kultivačními nosiči, které byly popsány v příkladu 1. Tvar a vlastnosti těchto kultivačních nosičů odpovídají kultivačním nosičům, které jsou použity v hydrolyzačním a okyselovacím stupni L

Zásluhou biochemických poměru v dutinách kultivačních nosičů a ve vznášejícím, se popřípadě vířivém loži, a také opakovaného přerušovaného zavádění vzduchu jsou v prostředí vytvořeny podmínky, které umožňují osídlení kultivačních nosičů také mikroorganismy, které zachycují fosfor.

Hlavní část mikroorganismů, které zachycují fosfor, je však usídlena v suspendované biomase. Tyto mikroorganismy zachycují v zavzdušňovaném stupni ve zvýšené míře fosforečnany, které se v buňkách ukládají jako polyfosfáty. Tímto způsobem se více jak o 90 % hmotn. sníží obsah fosforu obsaženého v odpadní vodě a zároveň se koncentrace fosforu v suspendované biomase zvýší z průměrného 1 % na 5 až 6 % hmotn.

Směs odpadní vody s oživeným kalem přichází po průchodu zavzdušňovaným stupněm do dočišťovacího stupně 3. Zde se od čištěné odpadní vody oddělí oživený kal a biologicky neodbourané látky ve formě částic. Část odděleného kalu se opětovně zavádí zpět do anoxické zóny la hydrolyzačního a okyselovacího stupně 1.

Způsobem podle vynálezu lze obsah nečistot v komunálních odpadních vodách běžných vlastností, jak byly popsány v příkladu 1, do značné míry zredukovat i v malých čisticích zařízeních.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Zařízení pro současné biologické odstraňování fosforu a dusíku z odpadní vody v aerobních, anoxických a anaerobních zónách, které obsahují plovoucí nosný materiál, s připojeným dočišťovacím stupněm a potrubím pro zpětně vedený kal, kde nitrifikačnímu stupni s integrovanou současnou denitrifikací, který obsahuje maximálně 80 % objem, nosného materiálu pro mikroorganismy, je předřazen hydrolyzační a okyselovací stupeň, který je proveden jako filtr s plovoucím ložem a je rozdělen na denitrifikační anoxickou zónu a anaerobní zónu pro vázání fosforečnanů, přičemž dočišťovací stupeň je potrubím pro zpětně vedený kal propojen s hydrolyzačním a okyselovacím stupněm, vyznačující se tím, že anaerobní zóna (lb) pro vázání fosforečnanů je opatřena zavzdušňovacím zařízením.
2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že anaerobní zónu (lb) pro vázání fosforečnanů obsahující hydrolyzační a okyselovací stupeň (1) zaujímá 10 až 25 % celkového objemu hydrolyzačního a okyselovacího stupně (1) a nitrifikačního a denitrifikačního stupně (2).
3. Zařízení podle nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že anaerobní zóna (lb) pro vázání fosforečnanů je přes anoxickou zónu (la) hydrolyzačního a okyselovacího stupně (1) propojena se zavzdušňovanou nitrifikační zónou (2c) s vířivým ložem nitrifikačního a denitrifikačního stupně (2).

-9CZ 288239 B6
4. Zařízení podle některého z nároků 2a 3, “vyznačující se tím, že hydrolyzační a okyselovací stupeň (1) je opatřen míchacím ústrojím.
5. Způsob současného biologického odstraňování fosforu a dusíku z odpadní vody v aerobních, 5 anoxických a anaerobních krocích, s využitím suspendovaných mikroorganismů a mikroorganismů vázaných na nosiče, přičemž zpracovávaná odpadní voda a suspendovaná biomasa jsou v okruhu vedeny hydrolyzačním a okyselovacím stupněm, nitrifikačním stupněm s integrovanou denitrifikací a dočišťovacím stupněm, vyznačující se tím, že doba setrvání zpracovávané odpadní vody vanoxické zóně (la) a v anaerobní zóně (lb)

10 hydrolyzačního a okyselovacího stupně (1) činí maximálně 1,5 hodiny, kultivační nosiče se zadržují ve svých příslušných stupních (1,2) a anaerobní zóna (lb) pro vázání fosforečnanů se maximálně každých 6 hodin zavzdušňuje po dobu maximálně 15 minut.
6. Způsob podle nároku 5, vyznačující se tím, že odpadní voda z nejméně 80 % 15 objem, a biologicky aktivní zpětně vedený kal (5) v množství odpovídajícím 60 až 400 % objem.

množství odpadní vody se zavádějí do anoxické zóny (la) hydrolyzačního a okyselovacího stupně (1) a zbylá část se zavádí do nitrifikačního a denitrifíkačního stupně (2).