CZ303459B6

CZ303459B6 - Zpusob zpracování odpadu

Info

Publication number: CZ303459B6
Application number: CZ20021331A
Authority: CZ
Inventors: Rozich@Alan
Original assignee: Program Management Company
Priority date: 1999-10-19
Filing date: 2000-10-19
Publication date: 2012-09-26
Also published as: JP2003512159A; BR0014893A; WO2001028931A1; CA2387935A1; AU767197B2; EP1244601B1; DE60042891D1; AU1216201A; ATE441621T1; EP1244601A1; CN1379735A; HRP20020295A2; CZ20021331A3; MXPA02003936A; EA200200474A1; JP4184661B2; PL354649A1; HRPK20020295B3; KR20020043641A; EP1244601A4

Abstract

Integrovaný zpusob zpracování organického odpadu zahrnující podrobení organického odpadu biologické digesci v biologickém reaktoru (20); uvedení výsledné smesi biomasy a neprevedených organických látek do kontaktu s alespon jedním oxidacním cinidlem (42) v chemické zpracovatelské jednotce (40); monitorování oxidacne-redukcního potenciálu smesi biomasy a neprevedených organických látek v chemické zpracovatelské jednotce (40) a nastavení koncentrace alespon jednoho oxidacního cinidla (42), pri které se udrží oxidacne-redukcní potenciál smesi na hodnote vyšší než 0 mV, pri které jsou biomasa a neprevedené organické látky upraveny tak, že jsou biologicky rozložitelnejší; a návrat upraveného odtoku do biologického reaktoru (20). Kombinované úcinky zlepšení biologické rozložitelnosti chemickou úpravou a rízené recyklace biomasy redukují produkci biomasy na témer nulovou hodnotu.

Description

Způsob racování odpadu

Oblast te niky

Vynález : týká zlepšení způsobů a systémů určených pro zpracování organických odpadů, a zejmér 'lepšení, která redukují celkovou produkci biomasy v systémech používajících biologické zpr ovatelské procesy.

ιο

Dosavac stav techniky

Byla na* na celá řada způsobů biologického zpracování organických odpadů, které tento odpad zpracuji ekologicky přijatelné materiály. Při biologickém zpracování odpadu se odpadní voda uvádí dt ntaktu s aktivními biologickými pevnými látkami (tj. biologickými pevnými látkami, které ob ují živé organismy) ve snaze převést organické složky odpadu na formu, kterou lze ze zpracov no vodného proudu separovat. Nicméně tyto procesy zpravidla produkují velké množstv Uu obsahujícího zejména mikroorganismy a jiné pevné biologické látky ve vodě, které je třeba ledně dále zpracovat a likvidovat způsoby jako je spalování, ukládání na skládky nebo do oceá: i další chemické, biologické nebo mechanické procesy.

Kalová esce, která představuje další biologické zpracování biologických pevných látek, se používá irokém rozsahu k redukci objemu kalu před jeho následnou likvidací. Hlavním nedostatkem loto přístupu je to, že vyžaduje dlouhou dobu zadržení zpracovávaného materiálu a tomu ou vídající velkokapacitní zpracovatelské systémy. Pro zvýšení účinnosti kalové digesce byla na ena celá řada způsobů. Například podle patentů US 3 547 814 a US 3 670 887 se z odpad: ody nejprve na sítu odstraní hrubé částice pevných látek a zbývající voda se uvede do kontaktu olynem obsahujícím kyslík a s aktivovaným kalem.

Další te-. lika navržená pro zpracování kalu zahrnuje extenzivní provzdušňování, které zvýší stupeň . ^oxidace pevných látek a současně tak sníží celkovou produkci biomasy. Rychlost oxidace naneštěstí z pravidla příliš nízká na to, aby měla významnější vliv na celkovou produkci k< Kromě toho velké rozměry zařízení a vysoké provozní náklady těchto systémů často způsobu že se extenzívní provzdušňování stává nepraktickým a neekonomickým.

Patent l 4 246 099 popisuje kombinaci aerobních/anaerobních způsobů redukce a stabilizace biomasy odukované způsobem aktivovaného kalu. U jednoho tohoto způsobu se kal odváděný z čističk\ komunálního odpadu nejprve uvede za anaerobních podmínek zpracování do kontaktu s plynem >bsahujícím kyslík, přičemž při tomto kontaktu dojde k částečné redukci biologicky rozložité Lvch těkavých suspendovaných pevných látek, a následně se podrobí anaerobní digesci na parcia; ě stabilizovaný kal. Používá se termální aerobní digesce, v literatuře označovaná jako autotermu:ní aerobní digesce (ATAD), při které vyhnívací komora pracuje za zvýšených teplot, například přibližně 45 °C až 75 °C, nebo v termofilním rozmezí. Anaerobní krok se používá k biologickému rozpouštění organických sloučenin a stabilizaci pevných složek kalu. Kombinace obou procesů účelně redukuje objem biomasy v kalu na méně než 40 % biologicky rozložitelných těkavých suspendovaných pevných látek zavedených do digestační zóny.

Patent I 026 793 popisuje způsob aerobní digesce navržený pro redukci obsahu pevných látek v biologu - y rozložitelném organickém kalu, který spočívá v provádění digesce v nádobě, jejíž teplota se idržuje v rozmezí od 38 °C do 46 °C.

Evropská patentová přihláška EP 0936190 popisuje způsob, pri kterém se pevné látky separované z biologu cho zpracovatelského kroku podrobí oxidaci vzduchem za mokra, která má zlepšit biologick - rozklad biomasy nebo pevného odpadu, a následně vrátí do biologického reaktoru,

Chemick^- zpracovatelský krok používá oxidační plyn, jakým je například vzduch nebo čistý

- 1 CZ 303459 B6 kyslík, při teplotě 80 °C až 200 °C a tlaku 0,101 MPa až 4,04 MPa. Hodnota pH reakční směsi se může pohybovat od pH l do pH 11 a reakční časy od 10 min do 180 min. Oxidační činidla se přidávají do odpadní směsi ve stechiometrickém poměru, který se zvolí na základě odhadu chemické spotřeby kyslíku (ChSK) odpadu, což má zpravidla za následek použití mnohem větší5 ho množství chemických reakčních činidel, než je ve skutečnost zapotřebí. Schémata oxidace vzduchu za mokra (WAO) jsou rovněž nákladná ajejich řízení a kontrola je obtížná. Jakmile dochází ke změnám složení odpadu, stává se například nezbytným zvýšení reakční teploty a tlaku na hodnotu dostatečnou pro zpracování hůře zpracovatelných odpadů. Z výše uvedeného vyplývá, že navržené zařízení musí odolávat vysokým tlakům a teplotám. Návrh WAO procesu rovněž io nedefinuje ani nerozlišuje veškerý kal recyklovaný do biologického reaktoru při řízené produkci pevných látek.

Patent US 5 948 275 popisuje použití WAO při zpracování biomasy s recyklací biomasy do WAO procesu. Základním cílem tohoto zpracování je převést biomasu pomocí WAO způsobu na plyn. Tento patent rovněž popisuje možnost extrakce částečně zoxidovaného zpracovaného proudu pro biologické zpracování.

Patent US 5 965 096 a US 5 972 226 popisuje použití množiny oxidačních Činidel pro destrukci směsi biomasy a organických látek při WAO procesu. Oxidační činidla se do ChSK směsi pridá20 vají ve stechiometrických poměrech.

Patent US 6 126 838 využívá Fentonovo reakční činidlo ke katalytické oxidaci vysoce pevného organického odpadu s kontinuální elektrolytickou regenerací katalyzátoru mimo oxidační krok.

V předchozích patentech přihlašovatel popisuje vylepšené způsoby kalové digesce, které používají ke zlepšení biologického rozkladu buněčných materiálů a nepřevedených organických sloučenin chemickou hydrolýzu nebo chemickou oxidaci. Patent US 4 915 840 (Rozích) popisuje zlepšení kalové redukce u aerobního způsobu zpracování komunálního odpadu. Redukce kalu se řídí uvedením části biomasy a nepřevedených organických látek do kontaktu s kyselinou nebo bází, při kterém se makromolekulami organické látky hydrolyzují a anorganické látky rozpouštějí. Tato hydrolýza pomáhá modifikovat makromolekulámí složky buněčných struktur, takže jsou tyto struktury v podstatě rozpustné, čímž se zvyšuje schopnost biologicky aktivních organismů ovlivnit termofilní rozklad uvnitř biologického reaktoru.

Patent US 5 141 646 (Rozích) popisuje způsob, při kterém se kal zavádí přímo do kroku autotermální aerobní digesce (ATAD), kde dojde k okamžité digesci. Během následujících period se část usazené biomasy z ATAD reaktoru vypustí a zavede do chemické hydrolyzační jednotky, kde na ni působí roztok silné kyseliny nebo báze. Hydrolyzovaný proud se smísí s přiváděným kalem, který se následně zavede přímo do ATAD reaktoru.

Patent US 5 492 624 (Rozích) popisuje způsob zpracování organického odpadu, u kterého se namísto chemického hydrolyzační ho kroku používaného v patentech '840 nebo '646 používá chemický oxidační krok. Chemická oxidace výrazně redukuje chemickou spotřebu kyslíku (ChSK) organického materiálu, čímž zvyšuje účinnost a snižuje celkovou spotřebu oxidačního činidla v ATAD reaktoru. Způsob negeneruje velká množství rozpuštěných pevných látek vznikajících v důsledku přidání kyselin nebo bází potřebných pro podporu chemické hydrolýzy. Rozpuštěné pevné látky mohou mít nežádoucí dopad na biologické z pracování a další následné zpracovatelské procesy, které mohou být použity. Další výhodou tohoto způsobuje, že k rozpouštění vyvolanému zvýšenými teplotami v ATAD reaktoru dochází před chemickým oxidačním kro50 kem, čímž se eliminují nedostatky dřívějších způsobů, které byly definovány výše. Aby se zajistila oxidace odolných sloučenin, často se provádí chemický oxidační krok při teplotách vyšších než je teplota varu odpadu za atmosférického tlaku. Potřebné teploty se mohou v závislosti na změně složení přiváděného proudu pohybovat v širokém rozmezí. V případě, kdy jsou očekávány výrazné změny složení, je chemické oxidační zařízení navrženo pro nejvyšší teploty a tlaky, které lze při zpracování očekávat.

-2CZ 303459 B6

Jak je patrné zvýše uvedeného přehledu dosavadního stavu techniky týkajícího se biologických zpracovatelských procesů, byla navržena celá řada způsobů, které se snaží redukovat nebo minimalizovat produkci kalu a stabilizovat přebytek kalu produkovaný aerobním způsobem. Většina těchto způsobů je však příliš složitá a výsledkem je, že představují příliš vysoké provozní a pořizovací náklady. Kromě toho je extrémně ob tížné modifikovat většinu biologických zpracovatelských procesů tak, aby ekonomickým způsobem výrazně redukovaly objem kalu, vztaženo k objemu výchozích organických látek zaváděných do systémů, nemluvě kalem. Ve skutečnosti je poslední jmenovaný úkol často požadován, ale pouze zřídkakdy dosažen, pokud nejsou do io systému zařazeny finančně nákladné procesy fyzikální separace, tj. pokud není například použito odvodňování a následné spalování.

Podstata vynálezu

Vynález se tedy týká způsobů a systémů navržených pro redukci kalu produkovaného během biologických zpracovatelských způsobů. Vynález se týká způsobů biologického zpracování organického odpadu, u kterého se po podrobení organického odpadu biologické digesci alespoň část směsi biomasy a nepřevedených biologických látek přemístí do chemické zpracovatelské jednotky, kde se kontaktuje s alespoň jedním oxidačním činidlem při vysokém oxidačně-redukčním potenciálu (ORP), který se řídí monitorováním ORP směsi biomasy a organických látek a přidání oxidačních činidel do směsi, která potřebuje udržet ORP na zvolené vysoké úrovni. Udržením ORP směsi biomasy a organických látek v chemické zpracovatelské jednotce na dostatečně vysokých úrovních, tj. 0 mV a vyšší, lze produkovat vysoce kondiciovaný proud, který, pokud se následně podrobí další biologické digesci, prokáže významné zlepšení biologického rozkladu.

Aniž bychom se omezovali na některou konkrétní teorii, dá se předpokládat, že použití ORP k řízení oxidačního procesu bude účinněji řídit kvalitu zpracovaného proudu, a to nezávisle na konkrétní volbě použitého oxidačního činidla, protože ORP spíše souvisí s aktivitou oxidačních činidel ve směsi. Dá se předpokládat, že řízení chemických oxidačních činidel na základě ORP bude eliminovat celou řadu problémů, které vznikají, pokud se oxidační činidla přidávají na základě stechiometrických odhadů, přičemž mezi tyto problémy lze zařadit například potřebu kontinuální úpravy nastavení reakční teploty a tlaku v závislosti na změně složení zpracovávaného proudu, rizika podcenění rozsahu oxidace odpadu atd.

Vynález se tedy týká způsobu biologického z pracování organického odpadu, který zahrnuje:

(a) zavedení organického odpadu do biologického reaktoru a podrobení organického odpadu biologické digesci, při které se alespoň část biologického odpadu převede na čirou tekutinu, kte40 rou lze dekantovat, a směs biomasy a nepřevedených organických látek;

(b) uvedení alespoň části směsi biomasy a nepřevedených organických látek do kontaktu s alespoň jedním oxidačním činidlem v chemické zpracovatelské jednotce;

(c) monitorování oxidačně-redukčního potenciálu (ORP) směsi biomasy a nepřevedených biologických látek v chemické zpracovatelské jednotce a nastavení koncentrace oxidačního činidla, při které se udrží ORP směsi na hodnotě vyšší než 0 mV a biomasa a nepřevedené organické látky se převedou na kondiciovaný odtok; a (d) návrat kondiciovaného odtoku do biologického reaktoru, kde dojde k dalšímu zpracování.

U jednoho provedení vynálezu se ORP hodnota směsi biomasy a organických látek monitoruje a do odpadní směsi se ve snaze udržet ORP na požadované úrovni přidá jediné chemické oxidační činidlo, jakým je například plynný kyslík.

U dalšího provedení podle vynálezu se monitoruje ORP směsi biomasy a organických látek a do odpadní směsi se ve snaze zachovat požadovanou hodnotu ORP přidají kombinace chemických oxidačních činidel, jakými jsou například kyslík, manganistan, peroxid atd., a chemických katalyzátorů, jakými jsou například síran železnatý, peroxid, kyselina nebo báze atd.

U dalšího provedení podle vynálezu se monitoruje ORP směsi biomasy a organických látek a pro generování hydroxy radikálů, a tedy pro udržení ORP na požadované hodnotě, se použije elektrolytický rozklad (elektrolýza) vodné směsí.

io U dalšího provedení podle vynálezu se ORP směsi biomasy a organických látek nastaví v následných krocích ve snaze podpořit účinnější redukci kalu. Směs biomasy ve snaze podpořit účinnější redukci kalu. Směs biomasy a organických látek se uvede do kontaktu s prvním oxidačním činidlem, čímž se nastaví ORP směsi na hodnotu přibližně 0 mV nebo vyšší a následně se směs biomasy a organických látek uvede do kontaktu s druhým oxidačním činidlem, čímž se nastaví

ORP směsi na hodnotu přibližně +200 mV nebo vyšší, zatímco uvedená směs reaguje.

U ještě dalšího provedení podle vynálezu se ORP směsi biomasy a organických látek nastaví na přibližně +500 mV nebo na vyšší hodnotu přidáním oxidačních činidel podle některého ze zde popsaných způsobů a varem pod zpětným chladičem přibližně při atmosférickém tlaku.

Vynález se rovněž týká integrace různých chemických a fyzikálních zpracovatelských postupů, které umožňují výraznou redukci celkové produkce kalu, tj. redukci blížící se celkové produkci kalu, do biologických zpracovatelských systémů. U jednoho provedení podle vynálezu se integrují různé metody udržení rychlosti růstu systému na hodnotě nižší než přibližně 0,05 den ¹ nebo metody podporující respiraci aktivních organismů společně s kontrolou chemické oxidace na základě hodnoty ORP. Udržením rychlosti růstu systému na hodnotě nižší než přibližně 0,05 den“ ¹ se minimalizuje produkce biomasy v biologickém systému, čímž se minimalizuje recirkulace uhlíku tímto systémem.

Pro udržení nízké rychlosti růstu systému byla popsána celá řada různých metod včetně separace části směsi biomasy a organických látek produkované v biologickém reaktoru a její recyklace zpět do biologického reaktoru. Lze samozřejmě použít i další způsoby kontroly rychlosti růstu v systému včetně přidání enzymů do proudu zaváděného do biologického reaktoru, čímž se zvýší respirace biomasy a ovlivní buněčný výtěžek.

Vynález bude lépe pochopen po prostudování následujícího podrobného popisu, přičemž je třeba upozornit, že následující příkladná provedení vynálezu mají pouze ilustrativní charakter a nikterak neomezují rozsah vynálezu, který je jednoznačně vymezen přiloženými patentovými nároky.

Stručný popis obrázků

Obr. 1 znázorňuje blokové schéma integrovaného systému pro zpracování odpadu, který zahrnuje biologické zpracování a přímé monitorování a řízení oxidačně-redukčního potenciálu vjedno45 stupňovém chemickém oxidačním procesu;

obr. 2 znázorňuje blokové schéma dvoustupňové chemické oxidace zahrnující monitorování a řízení oxidačně-redukčního potenciálu v každém stupni;

obr. 3 znázorňuje blokové schéma dvoustupňového chemického oxidačního procesu zahrnujícího přidání množiny oxidačních činidel ve druhém stupni;

obr. 4 znázorňuje schematický diagram elektrolytické kontaktní komory;

-4CZ 303459 B6 obr. 5 znázorňuje blokové schéma dvoustupňového chemického oxidačního procesu zahrnujícího dopravu elektrolýzou rozložené vody do druhého stupně;

obr. 6 znázorňuje blokové schéma dvoustupňového chemického oxidačního procesu zahrnujícího 5 přímou elektrolýzu části látek, který opouští první stupeň;

obr. 7 znázorňuje blokové schéma jednostupňového chemického oxidačního procesu, kde se provozní proud vaří pod zpětným chladičem s oxidačním činidlem;

io obr. 8 znázorňuje schematický diagram in line respirometru;

obr. 9 znázorňuje blokové schéma provozu biologického reaktoru zahrnujícího řízení průměrné retenční doby buňky neboli „stáří kalu“ 0_C;

i5 obr. 10 znázorňuje blokové schéma provozu biologického reaktoru zahrnujícího přímou stimulaci endogenní respirace a řízení průměrné retenční doby buňky; a obr. 11 znázorňuje blokové schéma integrovaného systému z pracování odpadu, který zahrnuje biologický reaktor s recyklací biomasy použitou pro řízení průměrné retenční doby buňky a dvoustupňovou chemickou oxidaci s přímým monitorováním a řízením oxidaěně-redukčního potenciálu.

Výraz „biologický zpracovatelský proces“ nebo „biologické zpracování“, jak je zde použit, označuje libovolný v daném oboru známý biologický zpracovatelský proces, který zahrnuje například aerobní, anaerobní nebo fakultativní zníisnhv

Aerobní procesy jsou biologické zpracovatelské procesy, které probíhají v přítomnosti kyslíku a zahrnují například autotermální aerobní digesci (ATAD), která je například popsána v patentech US 5 492 624 a US 4 915 840.

Anaerobní způsoby zahrnují biologický rozklad organické a anorganické hmoty za absence plynného kyslíku a nejběžněji se využívají pro digesci biomasy, nicméně rovněž mohou být využity při stabilizaci vysoce pevného rozpustného odpadu při procesech, kdy se kontaktují suspendované a pevné látky.

Fakultativní procesy zahrnují biologický rozklad organické a anorganické hmoty, při kterém je činnost mikroorganismů nezávislá na přítomnosti respektive absenci kyslíku. Při fakultativních procesech se obsah reaktoru v takových systémech zpravidla nezahřívá a nemíchá, nicméně pro zkrácení doby potřebné pro digesci biomasy lze použít růstové procesy, při kterých se obsah reaktoru zahřívá a suspenduje.

Výraz „respirace“, jak je zde použit, označuje míru buněčné metabolické aktivity v biomase a konkrétně rychlost, jakou biomasa převádí organické látky obsažené v provozním proudu do plynného stavu. V případě aerobního systému lze resp i raci určit jako stupeň absorpce kyslíku biomasou nebo jako rychlost, kterou vznikají oxid uhličitý a ostatní plyny. Pro anaerobní a fakultativní procesy jsou dostupné další způsoby stanovení respirace.

Výraz „chemická spotřeba kyslíku“ (ChSK), jak je zde použit, označuje množství kyslíku, které je teoreticky nezbytné pro převedení směsi biomasy a proudu organických látek na oxid uhličitý.

Výraz „oxidačně-redukční potenciál“ (ORP) směsi, například směsi biomasy a organických látek, je zde použit k určení, zda ve směsí budou probíhat spíše oxidační reakce nebo naopak redukční reakce. ORP je vyjádřen v jednotkách elektromotorické síly, zpravidla v mV, přičemž kladné hodnoty označují tendenci k provádění oxidačních reakcí a záporné hodnoty označují ten55 denci k provádění redukčních reakcí.

-5 CZ 303459 B6

Výraz „elektrolýza“, jak je zde použit, označuje disociaci vody za vzniku hydroxyradikálů aplikací elektromotorického potenciálu na část vodného proudu. V případě vynálezu lze elektrolyzovanou vodu přidávat do odpadního proudu nebo lze část odpadního proudu elektrolyžovat přímo.

Vynález využívá biologické zpracování a chemické zpracování v integrovaném systému pro převedení proudu organického odpadu na oxid uhličitý a další plyny, při kterém v podstatě dochází k nulové produkci kalu. Biologické zpracování odpadu podle vynálezu zpravidla zahrnuje podrobení organického odpadu po předem stanovenou dobu biologické d i gesci a převedení alespoň části směsi biomasy a nepřevedených biologických látek do chemické zpracovatelské jednotky, kde se uvede do kontaktu s alespoň jedním oxidačním činidlem. Kondiciovaný proud opouštějící chemickou zpracovatelskou jednotku se potom vrací zpět do biologického zpracovatelského procesu. Tento způsob využívá monitorování specifického parametru k optimalizaci a řízení chemického zpracovatelského procesu, takže produkuje vysoce kondiciovaný proud, který se následně vrací do biologického reaktoru k dalšímu zpracování.

Obr. 1 až 11 reprezentují vybraná provedení podle vynálezu. Nicméně je třeba poznamenat, že není-li stanoveno jinak, potom jsou konkrétní detaily pouze ilustrativní a nikterak neomezují rozsah vynálezu. Kromě toho byly některé znaky, jakými jsou například místa a typy monitoro20 vacích bodů, nádoby pro skladování oxidačního činidla a zařízení pro řízení a vyrovnání průtoku, z důvodu zvýšení přehlednosti vynechána. Jejich rozmístění a integrace do systémů a způsobů podle vynálezu by měly být odborníkům v daném oboru zřejmé. Ačkoliv zvolená provedení představují kontinuální procesy, je samozřejmě možné vynález snadno přizpůsobit vsázkovému nebo semikontinuálnímu procesu a různým typům reaktoru a technikám, které jsou v oboru známy.

Jak ukazuje obr. 1, u výhodného provedení podle vynálezu se proud 11 odpadní vody obsahující organické látky smísí s odtokem 43 chemické zpracovatelské jednotky 40. Proud JJ. odpadní vody se s odtokem 43 chemické zpracovatelské jednotky smísí ve směšovacím zařízením 28. takže vytvoří vtok 21_. Směšovacím zařízením 28 může být in line statický směšovač nebo libo30 volné jiné vhodné v daném oboru známé směšovací zařízení. Vtok 21 se následně vypustí do biologického reaktoru 20, kde se biologicky zpracuje. Výhodně se kyslík dodává do biologického reaktoru 20 ve formě stlačeného vzduchu 22. Nej výhodněji se použije stlačený vzduch obohacený kyslíkem až do přibližně 50 %. Plyny produkované mikrobiologickým rozpadem organických látek lze spolu s přebytečným vzduchem jímat z biologického reaktoru 20 a použít při dalším zpracování (není znázorněno) nebo vypustit do atmosféry (není znázorněno). Obsah reaktoru sestávající z biomasy a nezreagovaných organických látek se vypustí ve formě proudu 23 biomasy a organických látek, výhodně do gravitační odkalovací nádrže 30, ve které se biomasa a zpracovaný odtok separují jako dvě nebo více vrstev v důsledku své rozdílné hustoty. Pro tyto účely lze použít i další metody, které jsou v daném oboru známy pro separaci pevných látek a které zahrnují například separaci na membráně, filtraci rozpuštěným vzduchem (DAF), filtraci stlačeným vzduchem (CAF) nebo vyvločkování v reaktoru (BFR). Přebytek pěny vytvořený v biologickém reaktoru 20 lze přemístit přímo do chemické zpracovatelské jednotky 40 za účelem dalšího zpracování (není znázorněno). Horní čirá vrstva se z odkalovací nádrže 30 odvádí jako druhý odtok 3J_, který lze vypustit nebo podrobit dalšímu zpracování (není znázorněno).

Spodní vrstva obsahující biomasu a nezreagované biologické látky se odvádí jako proud 34 biomasy a organických látek. Při některých aplikacích může funkce biologického reaktoru 20 a odkalovací nádrže 30 vykonávat jediná jednotka.

Proud 34 biomasy a organických látek se výhodně vede přes jednotku 35 pro redukci velikosti částic, která produkuje druhý proud 36 biomasy a organických látek obsahující částice biomasy se známou distribucí částic. Začleněním jednotky 35 pro redukci velikosti částic se zvýší efektivnost následného zpracování. Redukce velikosti částic je podrobněji diskutována níže.

Druhý proud 36 biomasy a organických látek se odvádí do chemické zpracovatelské jednotky 40, kde biomasa a nezreagované organické látky částečně oxidují. Chemické zpracování zvyšuje

-6CZ 303459 B6 rozložitelnost odpadů, tj. rychlost, kterou organické látky mineralizují na oxid uhličitý. Podle vynálezu se kvalita odtoku 43 chemické zpracovatelské jednotky a optimalizace biologického procesu řídí monitorováním oxidačné-redukčního potenciálu odtoku 43 chemické zpracovatelské jednotky a přidáním oxidačního činidla 42, které je nezbytné pro udržení zvolené hodnoty oxi5 dačně-redukčního potenciálu. Monitor 45 ORP a regulátor 46 průtoku mohou zahrnovat libovolná pro tyto účely vhodná zařízení, přičemž celá řada takových zařízení spadá do dosavadního stavu techniky. Vzhledem k tomu, že ORP se používá jako kontrolní parametr, lze monitor 45 ORP a regulátor 46 průtoku automatizovat tak, aby pracovaly nezávisle na použitých konkrétních oxidačních činidlech. V souladu s tímto přístupem lze chemická oxidační činidla přidat v odezvě ío na měření chemické aktivity v reálném čase a nikoliv podle předem určeného poměru stanoveného na základě odhadu ChSK směsi. Použití oxidačního činidla za relativně vysokých teplot vede k převedení buněčného materiálu a nezreagovaných organických látek v biomase na rozpustnější formy, které se následně snáze biologicky rozkládají. Udržováním zvolené hodnoty lze měnit rychlost chemické adice a tím optimalizovat rozpouštění organických látek tak, že lze řídit kva15 litu odtoku a snížit spotřebu chemikálií účinněji než při udržování stechiometrického poměru oxidačních činidel ku ChSK.

Oxidačně-redukční potenciál se výhodně udržuje na hodnotě 0 mV nebo vyšší. Výhodněji se oxidačně-redukční potenciál udržuje na hodnotě +200 mV nebo vyšší. Výhodné reakční podmínit) ky pro oxidaci při výhodném rozmezí oxidačné-redukčního potenciálu zahrnují přibližně neutrální pH hodnotu, relativně vysoké teploty, přibližně 120 °C až 300 °C, a relativně vysoké tlaky, přibližně 0,2 MPa až 1 MPa. Při zvýšení oxidačné-redukčního potenciálu odpadního proudu lze pro dosažení optimální účinnosti zpracování použít nižší teploty a tlaky. Při hodnotách oxidačnéredukčního potenciálu přibližně +500 mV a vyšších lze například biologickou rozložitelnost <mpQí hinmflw a nraanirkvrh látek účinně zvvšit varem směsi nod ZDětnvm chladičem za atmosférického tlaku. Odborníkům v daném oboru je zřejmé, že v závislosti na změně reakčních podmínek, požadované kvalitě odtoku a povaze odpadních proudů, které mají být zpracovány, bude docházet i ke změně dalších parametrů, jakými jsou například doba zdržení.

jo Pro účely vynálezu lze použít libovolné chemické oxidační činidlo vhodné pro zpracování odpadu, například stlačený vzduch, kyslíkem obohacený vzduch, plynný kyslík, manganistan, peroxid nebo některé další látky, které jsou schopny produkovat hydroxyradikál. Oxidačním činidlem 42 je výhodně stlačený vzduch, kyslíkem obohacený vzduch nebo plynný kyslík. Oxidačním činidlem 42 je nej výhodněji stlačený vzduch obohacený kyslíkem přibližně do 50 %.

Nicméně oxidační činidlo 42 může obsahovat kombinace chemických oxidačních činidel. Použití většího počtu oxidačních činidel umožňuje větší flexibilitu pri zpracování odpadu. Oxidační činidla se výhodně zvolí tak, aby poskytovala nej ekonomičtější režim zpracování pro určité rozmezí odpadů, které mohou být přítomny. Navíc vzhledem k tomu, že oxidačně-redukční potenciál lze kontrolovat nezávisle na konkrétně použitých oxidačních činidlech, lze různé kombinace chemických oxidačních činidel nebo kombinace oxidačních činidel a katalyzátorů (například síran železnatý, peroxid, nastavení pH atd.) nahrazovat, a tím se přizpůsobovat změnám v proudu 11 odpadní vody nebo požadavkům kladeným na druhý odtok 31.

Oxidační činidlo 42 lze rovněž tvořit in šitu elektrolýzou vody, při které vznikají hydroxyrad i kály. Elektrolýzou lze použít samotnou nebo v kombinaci s dalšími chemickými činidly pro zvýšení ORP odpadního proudu na požadovanou hodnotu. Výhodně se voda elektrolyzuje aplikací stejnosměrného proudu přes sérii elektrod v kontaktní komoře.

Po zpracování v chemické zpracovatelské jednotce 40 se výsledný kondiciovaný odtok 43 chemické zpracovatelské jednotky výhodně vrátí zpět na začátek procesu, kde se smísí s proudem il odpadní vody a vypustí do biologického reaktoru 20, kde dojde kjeho dalšímu zpracování. Drť nebo další těžké anorganické částice lze před zavedením odtoku 43 chemické zpracovatelské jednotky zpět do biologického reaktoru 20 z tohoto odtoku případně odstranit. Alternativně se drť nebo další těžké anorganické částice nechají usadit v biologickém reaktoru 20. Koncentrovaná

- 7 CZ 303459 B6 drť nebo další těžké anorganické částice se po realizaci kroku chemického zpracování z reaktoru odstraní za použití libovolné vhodné techniky pro odstraňování usazenin nebo anorganické drtě (není znázorněno).

Obr. 2 schématicky znázorňuje chemický zpracovatelský proces, který využívá dvě oxidační činidla v po sobě jdoucích krocích. Druhý proud 36 biomasy a organických látek se vypustí do prvního chemického reaktoru 50. Oxidačně-redukční potenciál obsahu reaktoru se výhodně udržuje na hodnotě přibližně 0 mV nebo vyšší za použití monitoru 55 ORP a regulátoru 56 průtoku, čímž se řídí přidání oxidačního činidla 52 do prvního chemického reaktoru 50. Oxidačním činidlem 52 je výhodně stlačený vzduch, kyslíkem obohacený vzduch nebo plynný kyslík. Oxidačním činidlem 52 je nej výhodněji stlačený vzduch obohacený kyslíkem přibližně do 50 %. Ostatní reakční podmínky jsou shodné s podmínkami popsanými pro chemický zpracovatelský krok znázorněný na obr. 1.

Obsah prvního chemického reaktoru 50 se odvádí jako odtok 53, který se následně smísí s druhým oxidačním činidlem 6L Smísení se výhodně provádí ve směšovacím zařízení 68. Proud odtékající z tohoto směšovacího zařízení 68 tvoří vtok 62, který se následně zavádí do druhého chemického reaktoru 60. Oxidačně-redukční potenciál reakční směsi se udržuje na hodnotě +200 mV nebo vyšší. Druhým oxidačním činidlem 6J_ může být libovolné chemické oxidační činidlo, které je vhodné pro zpracování odpadní vody. Druhé oxidační činidlo 61 výhodně obsahuje vodný roztok manganistanu a peroxid nebo některou jinou látku produkující hydroxyradikály, která bude sloužit jako katalyzátor/iniciátor oxidačních reakcí. Nejvýhodněji je druhým oxidačním činidlem 61 roztok peroxidu. Ostatní výhodné reakční podmínky jsou stejné jako v případě již diskutovaného chemického zpracovatelského procesu znázorněného na obr. 1. Obsah druhého chemického reaktoru 60 je odváděn jako druhý odtok 63 a vracen zpět na začátek zpracovatelského systému ke zpracování v biologickém reaktoru 20.

Použití kombinace oxidačních činidel umožňuje optimalizovat rychlost biologického rozkladu odpadů za měnících se podmínek, čímž umožňuje dosažení maximálního zvýšení biologického rozkladu při vynaložení nejnižších možných nákladů. Výhodně se oxidační činidlo přidává v momentu, kdy je hodnota oxidačně-redukčního potenciálu vtoku minimálně na hodnotě 0 mV, tj. po zpracování v prvním chemickém reaktoru 50. To podporuje účinnost oxidačních Činidel, pokud jde o zvyšování biologické rozložitelnosti zpracovávaných materiálů.

Obr. 3 reprezentuje provedení podle vynálezu, které je příbuzné provedení znázorněnému na obr. 2. Druhý proud 36 biomasy a organických látek je vypouštěn do prvního chemického reaktoru 150, kde se zpracuje při udržování oxidačně-redukčního potenciálu na hodnotě 0 mV nebo vyšší. Chemická oxidační činidla 161a, 161b se smísí s druhým proudem 36 biomasy a organických látek a odvedou do druhého chemického reaktoru 160, kde se zpracují při udržování oxidačně-redukčního potenciálu na hodnotě +200 mV nebo vyšší. Přidání více oxidačních činidel umožňuje vyšší flexibilitu při zpracování odpadu. Oxidační činidla 161a, 161b se výhodně zvolí tak, aby poskytla nej ekonomičtější režim zpracování pro příslušné rozmezí odpadů, které mohou být přítomny. Různé kombinace chemických oxidačních činidel nebo kombinace oxidačních činidel 161 a, 161b a katalyzátorů (například síran železnatý, peroxid, pH nastavení atd.) lze nahradit, a tím se přizpůsobit změnám v proudu 11 odpadní vody nebo požadavkům kladeným na kvalitu druhého odtoku 3E

Podle dalšího aspektu vynálezu se oxidační činidlo tvoří in šitu elektrolýzou vody, při které vznikají hydroxyradikály. Elektrolýzu lze použít samotnou nebo v kombinaci s dalšími oxidačními činidly pro zvýšení oxidačně-redukčního potenciálu odpadního proudu na požadovanou hodnotu. Výhodně se voda elektrolyžuje aplikací stejnosměrného proudu přes sérii elektrod v kontaktní komoře. Příklad kontaktní komory 80 je znázorněn na obr. 4. Kontaktní komora 80 je tvořena nádobou 83a s víkem 83b. Katoda 84 a anoda 86 jsou umístěny uvnitř kontaktní komory 80 tak, že jeden konec každé elektrody prochází víkem 83b, a to uzavíratelnými otvory 85. Katoda 84 zahrnuje perforovaný válec 84a a katodovou tyč 84b, které jsou elektricky vzájemně propojeny,

-8CZ 303459 B6 přičemž anodu 86 představuje válec, kterýje umístěn uvnitř perforovaného válce 84a, Pro dosažení požadovaného účinku lze použít i jiné tvary a uspořádání elektrod. Anoda 86 i katoda 84 jsou výhodně vyrobeny zocelí, uhlíku nebo jiného nereaktivního materiálu. Stabilní stejnosměrný proud, který je dostatečný pro generování požadovaného stupně elektrolýzy, se aplikuje na katodu 84 a anodu 86 z energetického zdroje 88. Typické proudové hustoty se budou pohybovat v rozmezí přibližně od 20 A/m² do 500 A/m². Jak proud 81 vody proudí skrze kontaktní komoru 80, tak dochází k disociaci molekul vody a ke tvorbě volných radikálů vodíku a kyslíku, které se vzájemně kombinují a tvoří převážně hydroxyradikály. Elektrolyžovaný odtok 82 se odvádí do kontaktní komory 80.

Obr. 5 reprezentuje jedno provedení dvoustupňového chemického zpracovatelského procesu z obr. 3, u kterého se kontaktní komora 80 použije pro generování elektro lyžované vody z Čirého proudu 81 vody. Elektro lyžovaná voda se odvádí jako oxidační činidlo 161b a odměřuje do odtoku. Výhodou tohoto provedení je, že se oxidační činidlo 161b generuje podle potřeby, čímž se i5 redukuje riziko koroze, exploze nebo vznícení, které přichází v úvahu při skladování chemických oxidačních činidel a při manipulaci s těmito činidly.

Obr. 6 reprezentuje alternativní provedení dvoustupňového chemického zpracovatelského procesu, u kterého je část 381 odtoku 353 z prvního chemického reaktoru 350 za účelem elektrolýzy odváděna do kontaktní komory 380. Elektro lyžovaný odtok 382 se přidává zpět do odtoku 353.

Množství odtoku 353, které se odvádí do kontaktní komory 380. je řízeno monitorem 365 ORP a regulátorem 386 průtoku tak, aby zůstal zachován konstantní ORP ve druhém odtoku 363.

Směs biomasy a organických látek se výhodně chemicky zpracuje varem směsi pod zpětným ?5 chladičem při tlaku přibližně OJ MPa. Při zvýšení ORP odpadního proudu lze pro dosažení optimální účinnosti zpracování použít nižší teploty a tlaky. Při hodnotách ORP přibližně +500 mV nebo vyšších lze biologickou rozložitelnost směsi biomasy a organických látek účinně zvýšit varem směsi pod zpětným chladičem za atmosférického tlaku. Obr. 7 reprezentuje systém podle tohoto provedení vynálezu. Chemické oxidační činidlo 461, jakým je výhodně silné oxidační činidlo, například kyselina chlomá, a elektrolyzovaný odtok 482 z kontaktní komory 480 se smísí s proudem 436 biomasy a organických látek, výhodně ve směšovacím zařízení 448, a vypustí do chemického reaktoru 440. Předehřívač 470, výhodně tepelný výměník, používající odtok 443 jako své tepelné médium, lze použít pro zvýšení teploty smíšeného vtoku 441 a k současnému ochlazení odtoku 443, kterýje odváděn do biologického reaktoru 20 (obr, 1). Předpokládá se, že oxidační reakce budou poskytovat dostatek tepla pro udržení podmínek varu pod zpětným chladičem v reaktoru. Za určitých okolností může být pro udržení varu pod zpětným chladičem zapotřebí dodávat další teplo. Chemický reaktor 440 může být tedy tvořen reflux ní nádobou 440a opatřenou pláštěm a atmosférickou refluxní věží 440b. Dodatečné teplo je dodáváno do pláště refluxní nádoby 440a pomocí pomocného horáku 490. Monitor 445 ORP a regulátory 446, 486 průtoku udržují oxidačně-redukční potenciál v reaktoru na cílové hodnotě +500 mV nebo vyšší. Zpracování se výhodně provádí přibližně při neutrální pH a teplotě odpovídající přibližně atmosférické teplotě varu obsahu reaktoru nebo nižší. Odborníkům vdaném oboru bude zřejmé, že ostatní parametry, například doba zdržení, se budou měnit v závislosti na reakčních podmínkách, požadované kvalitě odtoku a povaze odpadních proudů, které mají být zpracovány.

U všech provedení podle vynálezu je proud biomasy a organických látek podroben chemické oxidaci, jejímž úkolem je rozpustit buněčné materiály a ostatní organické látky a zvýšit rychlost, kterou se budou v biologickém reaktoru rozkládat za vzniku plynných a minerálních forem. Optimální podmínky pro chemickou reakci zahrnující neomezujícím způsobem pH hodnotu, teplotu, tlak a dobu zdržení, stejně jako vhodná chemická oxidační činidla lze stanovit za použití respirometrických metod. Tyto metody jsou zpravidla založeny na měření rychlosti absorpce kyslíku a/nebo produkce oxidu uhličitého ve známém množství biomasy. Zvýšená respirometrická odezva naznačuje zvýšení biologické rozložitelnosti ve zpracovaném odpadu. V praxi se tedy podmínky chemického zpracování nastaví tak, aby poskytovaly nej lepší respirometrickou odezvu v bio55 logickém reaktoru.

-9 CZ 303459 B6

Obr. 8 schématicky znázorňuje typický in line respirometr 29. Časovač 24 otevírá ventil 27 v předem stanoveném cyklu a umožňuje tak části proudu 23 biomasy a organických látek proudit do respirometru 29. Veškerý materiál obsažený uvnitř respirometru 29 je vypláchnut zpět do proudu 23 biomasy a organických látek kapalinou zaváděnou do respirometru 29, načež časovač 24 uzavře ventil 27. Monitory 25a, 25b měří změnu koncentrací kyslíku resp. oxidu uhličitého ve vzorku v závislosti na čase. Provozní podmínky jsou řízeny tak, aby změna koncentrace nepřekročila předem určené limity. Monitory 25a, 25b mohou být rovněž propojeny s regulátory průtoku (nejsou znázorněny) nebo dalšími provozně řídícími jednotkami, které regulují výkon sysio tému. Po uplynutí předem stanovené periody časovač 24 opět otevře ventil 27, čímž zahájí nový zkušební cyklus.

Další aspekt vynálezu se týká způsobu biologického zpracování organického odpadu, při kterém je produkce biomasy udržována na nízké úrovni udržováním nízké rychlosti růstu v systému.

Udržováním čisté rychlosti růstu v systému na hodnotě přibližně 0,05 den“¹ a výhodněji přibližně 0,01 den“¹ až 0,006 den“¹ se biologický rozklad výrazně zvýší oproti buněčnému výtěžku, čímž se minimalizuje recirkulace organického uhlíku v systému. Po biologickém rozkladu se výsledná směs biomasy a organických látek výhodně převede do jednotky pro separaci pevných látek, kde se pevná biomasa a organické látky oddělí od zpracovaného odtoku,

K udržení nízké čisté rychlosti růstu v systému lze použít libovolnou vhodnou metodu, V případě vynálezu je výhodně řídit celkovou rychlost růstu μ„ v reaktoru, což je převrácená hodnota průměrné doby zdržení buňky neboli „stáří kalů“ 0_c, tak, že se část separované biomasy a organických látek vrátí zpět do biologického reaktoru. Úplné zachycení biomasy v biologickém zpraco25 vatelském systému umožní udržet nízké hodnoty μ_η v systému. Tímto způsobem se získá systém s ekologickou inercí, u kterého jsou pozorovány nízké buněčné výtěžky Y_o. Udržení nízkých buněčných výtěžků v biologickém systému, které povedou k celkové nulové produkci biomasy nebo organického odpadu, je podstatné zejména v případě, kdy se použije pomocné chemické nebo fyzikální zpracování. Úkolem chemického z pracování je učinit cílovou biomasu nebo organické odpadní látky biologicky rozložit. Pokud se tyto biologicky rozložitelné látky vrátí po chemickém zpracování do biologického reaktoru, potom je žádoucí, aby se pouze malá část ChSK ve zpracovaném proudu převedla na biomasu. Pokud jsou hodnoty μ_η reaktoru vysoké, potom bude vysoký i buněčný výtěžek Y_o a relativně velká část chemicky zpracovaného materiálu se převede z pět do biomasy. Za těchto podmínek organický uhlík v podstatě „koluje“ v systé35 mu.

Tento aspekt vynálezu tedy poskytuje dostatečnou kontrolu produkce biomasy založenou na udržování nízké hodnoty μ_η a následně nízkých hodnot Y_o. Nízká hodnota Y_o znamená, že se určitý významný objem organického uhlíku v chemicky zpracovaném materiálu, který se vrátí z pět do biologického reaktoru, nepřevede do biomasy ale na plynnou formu (například oxid uhličitý, methan, vodík atd.) a opustí systém. To je důležité pro udržení optimálních ekonomických podmínek celkového systému a pro eliminaci nehospodámého a ekonomicky nevýhodného chemického zpracovatelského kroku. Hodnoty μ_η by měly být výhodně 0,05 den’¹ nebo nižší, což odpovídá hodnotám 20 dní a více pro hodnotu 0_t. Výhodněji by se hodnoty μ_η měly pohybovat v rozmezí od 0,01 den ¹ do 0,006 den což odpovídá hodnotám 100 dní až 150 dní pro hodnotu 0_C. Hodnoty Y_o by se měly monitorovat nepřímo pomocí zde diskutovaných respirometrických technik a pomocí provozních podmínek nastavených tak, aby udržovaly zvolený buněčný výtěžek.

Obr. 9 reprezentuje jedno provedení podle tohoto aspektu vynálezu. Proud 511 odpadní vody se sloučí s izolovanou biomasou 533 a odtokem 563, který se vrací z koncového místa zpracovatelského procesu (není znázorněno). Proud 511 odpadní vody, proud biomasy 533 a odtok 563 se smísí ve směšovacím zařízení 528 před tím, než se zavedou do biologického reaktoru 520. Kyslík

522 je dodáván do biologického reaktoru 520 nejvýhodněji ve formě kyslíkem obohaceného stla- 10CZ 303459 B6 čeného vzduchu. Obsah reaktoru je vypouštěn jako proud 523, který je zaváděn do jednotky pro separaci pevných částic, zde znázorněné jako odkalovací nádrž 530, ve které se biomasa a organické látky zahustí a z nádrže následně odvádějí jako proud 532 biomasy a organických látek. Čirý odtok je odváděn jako druhý odtok 53J_. In line respirometr 529 měří respirometrickou aktivitu biomasy v proudu 523 a řídí regulátor 536 průtoku, který odměřuje množství biomasy a organických látek zaváděných zpět do biologického reaktoru 520 jako izolovanou biomasu 533 tak, aby zůstala zachována požadovaná hodnota μ^. Zbytek 534 proudu 532 biomasy a organických látek se vypustí nebo výhodně podrobí dalšímu zpracování, nej výhodněji zde diskutovanému chemickému zpracování.

Výhodným způsobem udržení nízkých hodnot μ„ a Y_o je zvýšení hodnoty Θ¹ zadržením biomasy v systému. Další metody, které lze použít pro regulaci hodnot Y_o, zahrnují přidání zralé buněčné hmoty do systému, přidání enzymatických přípravků zvyšujících respiraci nebo potlačujících buněčný výtěžek a další v oboru známé metody. Podle dalšího aspektu vynálezu se pro potlačení i? produkce biomasy v biologickém reaktoru používají enzymatické přípravky. Buněčnou respiraci lze stimulovat přidáním enzymatických přípravků do obsahu biologického reaktoru. Taková stimulace vede ke zvýšení rychlosti biologického rozkladu a současně k potlačení buněčného výtěžku a účinné redukci hodnoty μ_π.

Pokud se přidání enzymů integruje s dalšími aspekty vynálezu, potom umožní redukovat čistou produkci biomasy na téměř „nulovou“ hodnotu. Jako výhodný se pro účely stimulace v rámci vynálezu jeví enzymatický přípravek WT-20G0 (Advanced BioCatalytics Corp., 4440 Von Karman Ave., Newpor Beach, CA), nicméně pro dosažení podobného účinku lze použít i další přípravky. Obr. 10 reprezentuje systém biologického reaktoru, ve kterém je integrováno přidání enzymu a recyklace biomasy. Enzymatický přípravek 691 se odměří znádobv 690 do nroudu vznikajícího smísením proudu 611 odpadní vody, druhého proudu 633 biomasy a organických látek a odtoku 663 prováděném ve směšovacím zařízení 628 a proud se odvádí do biologického reaktoru 620. In line respirometr 629 monitoruje respirometrickou odezvu proudu 623 biomasy a organických látek vytékajícího z biologického reaktoru 620 a reguluje průtok enzymatického přípravku 691 a proudu 633 biomasy a organických látek, který je zaváděn zpět biologického reaktoru 620 tak, aby zůstala zachována požadovaná hodnota Y_o a μ„.

Jak je zde diskutováno, míru chemického zpracování lze dále zlepšit redukcí velikosti částic biomasy před jejím zavedením do chemického reaktoru. Částice s redukovanou velikostí lze rovněž použít pro zlepšení míry biologického rozkladu v biologickém reaktoru, protože při redukci velikosti částic se zlepší přenos kyslíku do částice a rychlost rozpouštění rozpustných složek v částici. Pokud mají částice známou distribuci velikostí, potom lze navíc zpracovatelské procesy účinněji řídit. Obr. 11 například ilustruje použití mechanického zařízení 835a pro redukci velikosti částic biomasy v proudu 834 na známou distribuci velikostí, které umožní účinnější zpraco40 vání v chemickém reaktoru 840. Podobné mechanické zařízení 835b se používá pro kontrolu distribuce velikosti částic ve druhém proudu 833 biomasy a chemických látek, který se vrací zpět do biologického reaktoru 820. Pro redukci částic biomasy na řízenou distribuci velikostí jsou v daném oboru známa různá mechanická za řízení. Odborníci v daném oboru jsou s těmito zařízeními a s jejich aplikací seznámeni.

Požadovaná redukce velikosti částic lze rovněž dosáhnout kavitací (tvorba dutin) těchto částic, a to například pomocí hydraulických, ultrazvukových nebo dalších prostředků. Kavitace částic před zavedením do chemického zpracovatelského krokuje dále přínosná tím, že při ní dochází ke vzniku hydroxy radikálů. Alternativně lze kavitace využít v samotné chemické zpracovatelské jednotce. Oxidační činidla a chemické katalyzátory, jakými jsou například zde identifikovaná oxidační činidla a chemické katalyzátory, lze přidat do proudu biomasy a organických látek a směs následně podrobit kavitaci. Kavitace vytváří ve směsi podmínky podporující oxidační reakce a tedy biologickou rozložitelnost směsi biomasy a organických látek.

- 11 CZ 303459 B6

Cílem vynálezu je redukovat produkci biomasy v biologickém systému zpracování odpadu a dosáhnout v podstatě nulové čisté produkce kalu. Vynález integruje biologické a chemické zpracovatelské systémy a další zde popsané znaky systému a poskytuje sadu provozních parametrů, které lze nastavit tak, aby se přizpůsobily rozmanitým provozním cílům. Cílem této integrace je získání nej lepšího možného výkonu celého zpracovatelského systému, přičemž výkon systému se hodnotí na základě technických parametrů, například vyloučení ChSK nebo produkce biomasy, ekonomických parametrů, jako například celkových nákladů, a odpadu nebo na základě kombinace těchto parametrů. Obr. 11 představuje výhodné provedení zpracování vysoce koncentrovaných nebo nepoddajných těžko likvidovatelných odpadů, které kombinuje několik aspektů io vynálezu vjediném integrovaném systému. Blok 800A představuje zde diskutovanou biologicko-zpracovatelskou část systému, kterou nejblíže ilustrují obr. 9 a 10. Blok 800B reprezentuje chemicko-zpracovatělské procesy používané pro úpravu odtoku, které zvýší biologickou rozložitelnost odpadů. Tyto procesy zde byly rovněž diskutovány a ilustruje je obr. 8. Provozní operátoři závodů analyzují data respirometrické odezvy získaná z respirometru 825 a současně pro15 vádějí běžnou analýzu kvality vody, která je v daném oboru obecně známa, ve snaze vyhodnotit výkon a náklady zpracovatelského závodu a modifikují provozní parametry tak, aby dosáhli optimální vyváženosti požadované kvality odtoku a ekonomického výkonu. Výhodně provozní operátor nastaví požadovanou hodnotu monitoru 865 ORP pro udržení optimální kvality odtoku 843, čímž se podpoří konverze ChSK na oxid uhličitý v biologickém reaktoru 820. Průtok recyklovaného druhého proudu 833 biomasy a organických látek se nastaví pomocí regulátoru 836 průtoku v odezvě na respirometrickou odezvu respirometru 825 tak, aby zůstala zachována nízká hodnota μ„ a přiměřeně nízká hodnota Y_o a aby se tak redukovala čistá produkce kalu. Regulátor 896 průtoku odměřuje enzymatický přípravek 891 do biologického reaktoru 820 pro další potlačení hodnoty Y_o. Kombinované účinky řízené recyklace biomasy, přidání enzymů a zvýšení biologické rozložitelnosti chemickou úpravou redukuje produkci biomasy na téměř nulovou hodnotu.

Na závěr je třeba podotknout, že výše uvedená příkladná provedení vynálezu mají pouze ilustrativní charakter a nikterak neomezují rozsah vynálezu, který je jednoznačně vymezen přiloženými patentovými nároky.

Průmyslová využitelnost

Vynález lze použít při zpracování odpadních vod, které obsahují organické látky.

Claims

1. Způsob zpracování organického odpadu, vyznačený tím, že zahrnuje:

(a) zavedení organického odpadu do biologického reaktoru a podrobení organického odpadu 45 biologické digesci, při které se alespoň část biologického odpadu převede na čirou tekutinu, kterou lze dekantovat, a směs biomasy a nepřevedených organických látek;

(c) monitorování oxidačně-redukčního potenciálu směsi biomasy a nepřevedených biologic50 kých látek v chemické zpracovatelské jednotce a nastavení koncentrace alespoň jednoho oxidačního činidla, které je v kontaktu s alespoň částí uvedené směsi tak, že oxidačně-redukční potenciál alespoň části směsi zůstane zachován na hodnotě vyšší než 0 mV a alespoň Část směsi se převede na kondiciovaný odtok; a (d) návrat kondiciovaného odtoku do biologického reaktoru.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím, že krok (c) zahrnuje udržení oxidačněredukčního potenciálu na hodnotě přibližně +200 mV nebo vyšší.

3. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím, že krok (b) zahrnuje uvedení alespoň uve5 děné části směsi biomasy a nepřevedených organických látek do kontaktu s kyslíkem způsobem, který zvýší oxidačně-redukění potenciál uvedené alespoň části směsi na hodnotě 0 mV nebo vyšší, následní alespoň části směsi do kontaktu s alespoň jedním druhým oxidačním činidlem tak, že se zvýší oxidačně-redukění potenciál na hodnotu přibližně 200 mV nebo vyšší.

io

4. Způsob podle nároku 3, vyznačený tím, že alespoň jedno druhé oxidační činidlo obsahuje kombinaci oxidačních činidel.

5. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím, že alespoň jedno oxidační činidlo obsahuje oxidační Činidlo generované elektrolýzou.

6. Způsob podle nároku 5, vyznačený tím, že oxidační činidlo generované elektrolýzou se generuje podrobením alespoň části uvedené alespoň části směsi biomasy a nepřevedených organických látek elektrolýze.

20

7. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím, že se krok(c) provádí při teplotě přibližně

120 °C až 300 °C a tlaku přibližně 0,2 MPa až 1 MPa.

8. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím, že krok (c) zahrnuje udržování oxidačněredukěního potenciálu na hodnotě přibližně +500 mV nebo vyšší.

9. Způsob podle nároku 8, vyznačený tím, že se krok (c) provádí při tlacích přibližně 0,1 MPa a přibližně při atmosférické teplotě varu uvedené alespoň části směsi biomasy a nepřevedených organických látek nebo nižší.

30

10. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím, že dále zahrnuje návrat alespoň druhé části směsi biomasy a nezreagovaných organických látek do biologického reaktoru v množství, které udržuje čistou rychlost růstu v systému ve zvoleném rozmezí hodnot 0,05 den * a nižších.

11. Způsob podle nároku 10, vyznačený tím, že uvedeným zvoleným rozmezím hodnot

35 je přibližně 0,01 den'¹ až 0,006 den¹.

12. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím, že dále zahrnuje redukci velikostí částic biomasy v uvedené alespoň části směsi biomasy a nepřevedených organických látek před provedením kroku (b).

13. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím, že se krok (b) realizuje kavitací alespoň části směsi biomasy a nepřevedených organických látek.

14. Způsob podle nároku 1,vyznačený tím, že zahrnuje přidání enzymů do organického

45 odpadu během kroku (a) pro stimulaci buněčné respirace a potlačení buněčného výtěžku.

15. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím, že zahrnuje přidání zralých buněk do organického odpadu během kroku (a) pro potlačení buněčného výtěžku.