CZ29061U1 - Zařízení pro čištění odpadních vod využívající mikrořasy a bakterie - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká zařízení určeného pro biologické čištění odpadních vod systémem využívajícím bakterie a mikrořasy tak, že dodávka kyslíku pro bakterie je zajištěna činností fotosyntetizuj ících organismů.

Dosavadní stav techniky

Čištění odpadních vod má zásadní význam pro zachování kvality přírodních zdrojů. Typická mechanicko-biologická čistírna odpadních vod využívá v biologickém stupni aktivovaného kalu k odstranění organických znečišťujících látek z městských a průmyslových odpadních vod. Po vyčištění musí voda splňovat chemické a hygienické normy, zejména jsou to ukazatele spotřeby kyslíku. Kromě toho, zejména v oblastech citlivých na eutrofizaci, jsou přísně kontrolovány úrovně koncentrací dusíku a fosforu.

Čištění odpadních vod se všeobecně realizuje v zařízeních skládajících se z čisticích stupňů označovaných jako primární, sekundární a terciární. Na počátku čisticího procesuje voda podrobena předčištění, tzn. cezení na česlích a separaci štěrku, písku a tuků.

Primární čištění sestává z fyzikálního procesu usazování nerozpuštěných látek, které jsou usaditelné.

Sekundární čištění slouží k odstranění organických látek, dusíku a fosforu. Sekundární čištění může být realizováno prostředky biologickými, nebo fýzikálněchemickými, přičemž první způsob je běžnější a pro konvenční komunální odpadní vody je způsobem výhradním.

Terciární čištění slouží k eliminaci patogenů a dalšímu snížení znečištění. Toto může být realizováno koagulací-flokulací, dezinfekcí chlorem nebo ozonem a dalšími pokročilými způsoby dočištění odpadních vod.

Sekundární biologické čištění je realizováno především s využitím směsi mikroorganismů. Tyto mikroorganismy využívají organické látky jako zdroj uhlíku a energie. Směs mikroorganismů využívána k čištění je všeobecně nazývána jako aktivovaný kal. Odstranění organických znečišťovatelů je dosaženo kontaktem vody se směsí bohatou na bakterie, které degradují rozpuštěné a nerozpuštěné organické látky. Degradace těchto látek zapříčiňuje rozvoj aerobních mikroorganismů a uvolňování oxidu uhličitého a vody. Čištění aktivovaným kalem také umožňuje odstraňovat dusík prostřednictvím nitrifikace a denitrifikace. V přítomnosti kyslíku nitrifikační bakterie oxidují amonné ionty na dusičnany. Tyto dusičnany jsou v heterotrofním anoxickém prostředí převedeny denitrifikačními bakteriemi na plynný dusík.

Čištění odpadních vod aktivovaným kalem je realizováno v aktivačních nádržích. Z důvodu zachování aktivity bakterií a zaručení odstraňování organických látek a dusíku je nutný aerační systém. Aerace může být zajištěna povrchovými aerátory, nebo častěji systémem aerační ch elementů umístěných u dna nádrže zásobených tlakovým vzduchem. Energie potřebná pro provoz aeračního systému tvoří velkou část nákladů na likvidaci odpadní vod.

Pro čištění je možné využít alternativními a energeticky nenáročné čisticí procesy. Např. biologické rybníky využívají přirozené čisticí schopnosti vod. Při tomto čištění aerobní bakterie rozkládají organickou hmotu a produkují oxid uhličitý, jednoduché metabolity a minerální látky. Řasy využívají sluneční záření, bakteriemi vyprodukovaný oxid uhličitý, dusík a fosfor a produkují kyslík. Několik sériově zapojených biologických rybníků dokáže vyčistit odpadní vodu na požadovanou kvalitu, 1 přes veškeré výhody mají biologické rybníky nevýhodu ve velmi velkém záboru ploch, velké hydraulické době zdržení a v citlivosti na klimatické podmínky. Rovněž není dostatečně vyřešen sběr biomasy pro případné energetické využití a její separace na odtoku.

-1 CZ 29061 U1

Novějším systémem využívající podobný princip jsou tzv. HRAP (z angl. high rate algal pond). Jedná se o umělé systémy provozované s vyšším zatížením, menšími nároky na pozemky a s vyšší produkcí biomasy. Systém rovněž využívá symbiózy bakterií a řas. V tomto systému je voda cirkulována v nádrži tvaru uzavřené smyčky tak, aby nedocházelo k usazování biomasy. Voda v nádrži je v malé hloubce a je cirkulována pomocí lopatkového míchadla. Tyto systémy čištění sice mají výhodu ve vyšší intenzifikaci, avšak nejsou schopné splnit veškeré požadavky na kvalitu vyčištěné vody. Dále zůstává nevyřešený problém se separací biomasy z vody na odtoku.

Z výše uvedených důvodů je tlak na vyvinutí metod čištění odpadních vod, které jsou méně náročné na energii a umožňují čistit odpadní vody na požadovanou kvalitu bez výraznějších výkyvů v čase.

Podstata technického řešení

Výše uvedené nevýhody jsou eliminovány zařízením pro čištění odpadních vod využívající mikrořas a bakterií, které zahrnuje

- zařízení 1, 2 a 3 pro mechanické předčištění běžné pro konvenční komunální čistírny odpadních vod (ČOV),

- otevřenou mělkou reakční nádrž 4 s biomasou mikrořas a bakterií a variabilní výškou hladiny vody, aby bylo zajištěno její dostatečné prosvětlení, přičemž reakční nádrž 4 obsahuje systém míchání biomasy pro zabránění její sedimentace,

- dosazovací nádrž 5 pro separaci vyčištěné vody od sedlé biomasy, ve které je uspořádán odtok vyčištěné vody, odtok vratné biomasy do reakční nádrže 4, pro zajištění dostatečné koncentrace biomasy a přebytečné biomasy do zařízení kalového hospodářství.

Surová odpadní voda je po přivedení na ČOV předčištěna na jemných česlích i a je z ní na lapáku 2 odstraněn písek a/nebo tuk. Dalším vhodným krokem úpravy je mechanické vyčištění v primární usazovací nádrži 3, kde se odstraní mechanické nečistoty, které jsou lehčí nebo těžší než voda. Tyto tři čisticí procesy se realizují na zařízeních 1, 2 a 3, která jsou běžnou součástí konvenčních ČOV a u navrhovaného zařízení pro čištění odpadních vod na ně nejsou kladeny žádné speciální nároky.

Takto mechanicky vyčištěná odpadní voda je přivedena do reakční nádrže 4 s biomasou mikrořas a bakterií.

Reakční nádrž 4 je hloubky zajišťující dostatečné prosvětlení a je vybavena systémem míchání zabraňující sedimentaci biomasy. Výška hladiny vody v reakční nádrži 4 je v závislosti na intenzitě světla s výhodou 10 až 70 cm.

Reakční nádrž 4 je s výhodou řešena jako zemní nádrž těsněná polymemí hydroizolací.

V této nádrži dochází k odstraňování znečištění činností přítomných mikroorganismů.

Biomasa mikrořas a bakterií je obecně podobného složení jako kultura v biologických rybnících. Rozdílem však jsou vyšší koncentrace biomasy a výrazně lepší sedimentační vlastnosti.

Dobrých sedimentačních vlastností biomasy je dosaženo přídavkem malé dávky Fe³⁺ soli při rozběhu systému. Tuto sůl je možné v průběhu provozu dále přidávat buď pro další zlepšení sedimentačních vlastností, nebo za účelem podpory růstu mikrořas.

S výhodou je reakční nádrž 4 vybavena měřením pH a koncentrací rozpuštěného kyslíku.

K zajištění dostupnosti oxidu uhličitého je vhodné reakční nádrž 4 vybavit místem pro jeho dodávku ať již ve formě čistého plynu, nebo ve formě spalinových plynů, které jsou tímto využitím dále čištěny (dochází především k odstranění oxidů dusíku, síry a v menší míře i oxidu uhličitého). '

-2CZ 29061 U1

Směs vyčištěné vody s biomasou je dále přiváděna do dosazovací nádrže 5, kde dojde k oddělení vody od biomasy.

Dosazovací nádrž 5 je obecně stejného typu jako dosazovací nádrže konvenčních COV.

Biomasa sedlá na dně dosazovací nádrže 5 je čerpána přes odtok vratné biomasy zpět do reakční nádrže 4 k zajištění dodatečné koncentrace biomasy.

Přebytečná biomasa je z dosazovací nádrže 5 odváděna do kalového hospodářství a s výhodou je podrobena energetickému využití (např. anaerobní digesce).

Objasnění výkresu

Příkladné provedení zařízení podle technického řešení je schematicky znázorněno na obr. 1.

Příklad uskutečnění technického řešení

Navržené technické řešení na čištění odpadních vod je variabilní a je schopné se přizpůsobit se konkrétním podmínkám. Jako velmi vhodné jsou odpadní vody obsahující vysoký podíl organických látek jako např. vody z potravinářského průmyslu. Technologie je však vhodná i pro odpadní vody s běžnějším složením jako jsou komunální odpadní vody.

Uspořádání zařízení na čištění odpadních vod je patrné z obr. 1. Zařízení I, 2 a 3 sestává z mechanického předčištění běžného pro konvenční ČOV, kde dochází k odstranění hrubých nečistot, písku a jemných usaditelných látek.

Takto upravená voda přitéká do mělké reakční nádrže 4, ve které jsou osazena míchadla zamezující sedimentaci biomasy. Míchadla jsou navržena tak, aby zabránila sedimentaci a současně nevyvozovala vysoká smyková napětí. Biomasa mikrořas a bakterií je v reakční nádrži ve formě vloček, které sedimentují podobně jako aktivovaný kal. Přivedené znečištění je degradováno bakteriemi a mikrořasami a je dále sorbováno na vločky mikrořas a bakterií. Kyslík potřebný pro činnost bakterií je dodáván výhradně fotosyntetickou činností mikrořas.

V dosazovací nádrži 5 je biomasa odseparována od vyčištěné vody. Separovaná biomasa je následně vracena do reakční nádrže 4 pomocí čerpadla, které vyvozuje nízké smykové napětí, čímž je zabráněno rozpadu vloček. Plovoucí nečistoty z dosazovací nádrže 5 jsou odtahovány z hladiny do kalového hospodářství.

Claims (3)

NÁROKY NA OCHRANU

1. Zařízení pro čištění odpadních vod využívající mikrořasy a bakterie, zahrnující zařízení (1, 2 a 3) pro mechanické předčištění, a vyznačující se tím, že je v něm dále zařazena otevřená mělká reakční nádrž (4) s biomasou mikrořas a bakterií a variabilní výškou hladiny vody pro zajištění jejího dostatečného prosvětlení, přičemž reakční nádrž (4) obsahuje systém míchání biomasy pro zabránění její sedimentace, následně je zařazena dosazovací nádrž (5) pro separaci vyčištěné vody od biomasy ve které je uspořádaný odtok vyčištěné vody, a že dále je na jejím dně uspořádaný odtok vratné biomasy, který je napojený zpět do reakční nádrže (4) k zajištění dodatečné koncentrace biomasy a přebytečné biomasy, který je napojený do kalového hospodářství.

2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že výška hladiny vody v reakční nádrži (4) je v závislosti na intenzitě světla 10 až 70 cm.

3. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že reakční nádrž (4) obsahuje systém pro přidávání Fe³⁺ soli pro zajištění dobrých sedimentačních vlastností biomasy a pro podporu růstu mikrořas.