CZ304269B6

CZ304269B6 - Zařízení pro mechanickou lyzaci biologického kalu zahuštěného v odstředivce

Info

Publication number: CZ304269B6
Application number: CZ2012-869A
Authority: CZ
Inventors: Josef Kutil; Michal Dohanyos; Jana Zábranská; Tomáš Ondra
Original assignee: Josef Kutil; Michal Dohanyos; Jana Zábranská; Tomáš Ondra
Priority date: 2012-12-04
Filing date: 2012-12-04
Publication date: 2014-02-05
Also published as: EP2740539B1; EP2740539A1; ES2720758T3; CZ2012869A3; PL2740539T3

Abstract

Zařízení pro mechanickou lyzaci biologického kalu zahuštěného v odstředivce se skládá z rotujících součástí, umístěných na bubnu odstředivky, a statické části, spojené pevně s krytem odstředivky, jehož podstata spočívá v tom, že rotujícími součástmi jsou čtyřhranné rotující prvky (4) symetricky rozmístěné mezi výstupními otvory (10) bubnu pro zahuštěný kal, přičemž statická část sestává ze dvou vnějších přepážek (3) a jedné středové přepážky (6) ve tvaru mezikruží, které jsou upraveny na nosném kruhu (7) v krytu (9) odstředivky tak, že do mezer mezi nimi zasahují ramena (8) čtyřhranných rotujících prvků (4).

Description

Zařízení pro mechanickou lyzaci biologického kalu zahuštěného v odstředivce

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení pro mechanickou lyzaci biologického kalu zahuštěného v odstředivce umožňující prohloubení rozkladu organických látek v zahuštěném biologickém kalu při jeho anaerobní stabilizaci za snížení jeho hmotnosti a zvýšení množství produkce bioplynu, jakož i snížení viskozity zahuštěného kalu, což zvyšuje jeho čerpatelnost při zahuštění až na dvojnásobnou koncentraci sušiny.

Dosavadní stav techniky

Zahuštěný biologický kal, vznikající při čištění odpadních vod aktivací se ve směsi s kalem přimárním, vznikajícím při usazování odpadních vod přitékajících na čistírnu, podrobuje anaerobní fermentaci, při které vzniká rozkladem organických látek v kalové směsi bioplyn, obsahující energeticky využitelný methan.

Tento stav techniky je popsán např. v patentech CZ 291 371, DE 195 02 856 C2, DE 195 02 856 Al a EPO 807 089 Bl.

Proces anaerobního rozkladu organických látek lze stimulovat přídavkem biomasy, která byla podrobena dezintegračnímu procesu, kdy je část mikrobiálních buněk rozrušena a jejich obsah lyzát, obsahující subcelulámí komponenty, což jsou biochemicky aktivní látky, se uvolní do okolní kapaliny. Lyzát významně pozitivně spolupůsobí na hlubší rozklad organických látek při anaerobním procesu a je tedy příčinou vyšší produkcí bioplynu. Tento postup popisuje patent CZ 242 979.

Rozrušování mikrobiálních buněk se provádí přímo a kontinuálně na zahušťovacích odstředivkách, kdy je proud kalu podrobován v přídavném zařízení destrukci. Mechanickou destrukcí je určitá část buněk rozrušena a uvolní se určité množství lyzátu. Tento stav techniky je popsán v patentech CZ291 371, DE 195 27 784 a EP 0 807 089 Bl.

Vlastní zahušťování je obvyklý proces na čistírnách odpadních vod při zpracování přebytečného aktivovaného kalu, kdy se do odstředivky čerpá kal o koncentraci sušiny od 0,5 do 1,2 % hmotnosti a z odstředivky vystupuje zahuštěný kal o koncentraci 5 až 8 % hmotnosti, jehož vysoká viskozita představuje hranici jeho čerpatelnosti. Zahušťování probíhá při rotaci bubnu odstředivky s otáčkami od 1800 ot./min. až 3200 ot./min., podle velikosti odstředivky. Na vnitřní ploše rotujícího bubnu odstředivky se shromažďuje zahuštěný kal a středem bubnu se odvádí čirá kapalina - fugát. Transport zahuštěného kalu zajišťuje šnekový dopravník, jehož otáčky jsou o několik jednotek otáček vyšší, než otáčky bubnu. Tento rozdíl v otáčkách jsou tzv. diferenční otáčky ajsou regulovatelné, protože pohon šneku je samostatný. Diferenčními otáčkami se volí stupeň zahuštění, to jest koncentrace sušiny v zahuštěném kalu. Zvy šováním koncentrace sušiny se snižuje objem zahuštěného kalu, ale zvyšuje se jeho viskozita. Naopak snižováním koncentrace sušiny se zvyšuje objem zahuštěného kalu a klesá jeho viskozita. Viskozita je důležitý parametr, protože její hodnota při koncentraci sušiny je limitem pro čerpatelnost zahuštěného kalu. Maximální zahuštění může dosahovat z tohoto důvodu hodnoty 6 % hmotn. až 7 % hmotn. což závisí na délce výtlačného potrubí.

Popsaný proces zahušťování je standardní provoz zahušťovacích odstředivek. Zařízení, která způsobují lyzaci zahuštěného kalu jsou umístěna vně bubnu odstředivky a nemají žádný vliv na zahušťovací proces, ale naopak, zahušťovací proces, tedy koncentrace a objem zahuštěného kalu mají vliv na účinnost lyzace v přídavném zařízení na mechanickou lyzaci zahuštěného kalu, který opustil buben odstředivky.

-1 CZ 304269 B6

Přidané lyzační zařízení nesmí omezovat kontinuální proces zahušťování, nesmí negativně ovlivňovat separační efekt odstředivky a v žádném případě nesmí vytvořit takovou přepážku proudu zahuštěného kalu na výstupu z bubnu odstředivky, který by způsobil její ucpání, tedy přerušení její funkce a odstávku a s tím spojenou demontáž, vyčištění, kontrolu stavu zařízení, montáž a opětné uvedení do provozu.

Jsou známa lyzační zařízení popsaná v patentech CZ 291 371, DE 195 27 784 a EP 0 807 089 Bl.

Je popsán frikční mlecí stroj s mlecími kotouči, kdy jeden je stabilní a druhýje spojen s rotujícím bubnem odstředivky a k rozrušování mikrobiálních buněk v kalu dochází jeho mechanickému roztírání mezi kotouči, jejichž povrch je zdrsněn. Mezera mezi oběma kotouči je regulovatelná od 0,5 až 5 mm. Nevýhody tohoto provedení spočívají především v tom, že mezera mezi kotouči i když je regulovatelná, brání volnému odtoku zahuštěného kalu z odstředivky a způsobuje často její ucpání. Přitom šířka mezery je rozhodující pro lyzační účinek. Stupeň rozbíjení mikrobiálních buněk se zvyšuje při zmenšování mezery, což ale způsobuje ucpávání odstředivky, což je provozní porucha. Zvětšování mezery usnadňuje výstup zahuštěného kalu, ale prudce klesá lyzační účinnost tohoto provedení. Zařízení je součástí výstupního konce odstředivky a proto jakákoli manipulace se zařízením, na příklad seřizování mezery mezi kotouči vyžaduje její odstavení z provozu. Povrch mlecích kotoučů může být poškozen pevnými částicemi, které do zařízení mohou vniknout spolu se zahuštěným kalem, a proto se osazuje síto, které se obtížně do konstrukce umístí a navíc představuje další hydraulický odpor, který brání volnému proudu zahuštěného kalu z odstředivky a tak přispívá kjejímu ucpání. Síto je nutné občas čistit, což znamená odstávku zařízení.

Další popsaný frikční mlecí stroj sestává z mlecích kuželů, z nichž jeden je stabilní a druhý je spojen s rotujícím bubnem odstředivky. Šířka spáry mezi kužely je nastavitelná. Nevýhody tohoto provedení jsou shodné jako u zařízení s mlecími kotouči a proto jejich popis je shodný aje uveden u předchozího provedení.

Popsáno je profdové struhadlo, kdy třecí plochy pevného pouzdra a rotující třecí plochy spojené s bubnem odstředivky jsou situovány axiálně. Mezi třecími plochami je úzká mezera, široká 1 až 10 mm, která se na obě strany, ve směru výstupu kalu zužuje. Nevýhoda tohoto provedení spočívá v ucpávání odstředivky, protože pro dosažení lyzačního účinku musí být nastavena mezera co nejmenší a tedy asi rovna 1 mm, ale z toho důvodu se omezuje volný proud zahuštěného kalu za odstředivky. Při volbě takové mezery, aby k ucpávání nedocházelo, se prudce snižuje lyzační účinek mačkáním a roztíráním. Je nutné rovněž instalovat síto proti vniknutí pevných předmětů, které rovněž omezuje volný proud kalu z odstředivky a přispívá kjejímu ucpávání. Možnost nastavení mezery je ale podmíněna nutnou odstávkou odstředivky z provozu, což je rovněž nevýhodné.

Popsané válcové mačkadlo lyžuje zahuštěný kal tlakem, když prochází několika sadami válců, přičemž jedna sada se sestává minimálně z deseti válců. Průchod kalu je regulován velikostí výstupního otvoru. Variabilita lyzačního procesu spočívá v možnosti volby počtu válců, volby počtů sad a volby šířky mezer mezi válci. Celé zařízení musí být velmi přesně vyrobeno aje citlivé na vniknutí pevných částic, rovněž jako u všech popsaných frikčních strojů a proto se musí předřazovat síto. Další nevýhodou je, že celá soustava je velmi složitá a její nízká průchodnost pro zahuštěný kal je příčinou ucpávání. Možná regulace ale zase vyžaduje odstávku odstředivky z provozu.

Popsaný protlačovací buben má nedostatek v úzké spáře, která je omezujícím činitelem pro volný průchod kalu z odstředivky. Při nesouladu mezi objemem kalu vystupujícího u odstředivky a průtokovými možnostmi protlačovacího bubnu dochází k ucpávání odstředivky. U protlačovacích prvků, které jsou pevně spojeny s rotujícím dílem zařízení, dochází často k destrukci, tak, že se

-2 CZ 304269 B6 lámou v místě upevnění s rotujícím dílem. Prvky jsou totiž namáhány pohybem ve vrstvě zahuštěného kalu a ještě odstředivou silou.

Popsaná strojní řezací jednotka lyžuje zahuštěný kal pomocí řezných prvků, které jsou uspořádány do řad rotujících prvků, které zasahují do mezer řad řezných prvků statických. Lyzační účinek je v tomto případě realizován střižnými silami. Střižné síly se uplatňují tehdy, když vzdálenost mezi řezným prvkem stojícím a rotujícím je minimální a tedy se může plně projevit účinek střihu hranami obou prvků. Nedostatkem tohoto provedení je ve lký počet řezných prvků v mnoha řadách, což vytváří překážku pro volný průtok kalu z odstředivky a proto dochází k jejímu ucpání. Soustava je velmi složitá. Šířka mezer musí respektovat chování bubnu odstředivky, s nímž je rotující díl soupravy pevně spojen. Buben odstředivky se totiž v průběhu provozu axiálně posouvá až o 6 mm v závislosti na průměru a délce bubnu odstředivky, a to v obou směrech. Tato skutečnost byla příčinou havárií řezných jednotek v případě, že nastavená mezera mezi řeznými jednotkami byla menší než 5 mm. Nastavitelnost různé velikosti mezer mezi řeznými prvky statickými a rotujícími je složitá a vyžaduje konstrukční úpravy. To je nevýhodou tohoto zařízení. Rovněž ovládání stavítka na výpusti lyžovaného kalu je možné jenom jednorázově, a to po odstavení a otevření odstředivky.

Provedení kolíkové mlecí jednotky má nevýhodu v tom, že k lyzaci dochází převážně nárazem, a to v jednosměrném proudu zahuštěného kalu. Počet řad statických i rotujících kolíků i jejich průměr musí odpovídat množství protékajícího kalu, aby nedocházelo k ucpávání odstředivky. Nastavitelnost kolíků je možná pouze po odstavení odstředivky, jejím otevření, demontáži kolíkové mlecí jednotky, výměnou řezných prvků s jiným rozmístěním kolíků a opětnou montáží, uzavření odstředivky a uvedení do provozu. Regulace doby zdržení pomocí stavítka rovněž vyžaduje odstavení odstředivky z provozu, její otevření, provedení změny polohy stavítka, opětné uzavření a uvedení do provozu.

Společným nedostatkem všech výše popsaných provedení je, že spolehlivé funkce se dosahuje pouze při konstantním nátoku kalu do zahušťovací odstředivky, při konstantní koncentraci sušiny v nátoku kalu a při konstantních diferenčních otáčkách, kdy je konstantní zahuštění kalu a rovněž je konstantní objem zahuštěného kalu za časovou jednotku vytlačovaný z odstředivky šnekovým dopravníkem. Tento soubor podmínek v kontinuálním a dlouhodobém provozu nelze prakticky dodržet. Dalším společným nedostatkem všech výše popsaných provedení je, že u každé odstředivky dochází k axiálnímu posunu bubnu v obou směrech v délce 1 až 6 mm, jehož příčinou je teplotní dilatace.

Když dojde ke změně v koncentraci sušiny zahuštěného kalu, která závisí na změně koncentrace sušiny vstupujícího nezahuštěného kalu, jeho nátoku a nastavení diferenčních otáček, dochází rovněž ke změně jeho objemu. Například, když dojde ke snížení koncentrace sušiny zahuštěného kalu ze 7 na 5 % hmotnosti, zvýší se objem zahuštěného kalu o 30 %. Toto kolísání objemu i hustoty kalu je příčinou ucpávání odstředivky, protože není možné v průběhu těchto změn v provozování odstředivky přizpůsobit průtočnost popsaných souprav, bez jejich regulace nebo dokonce demontáže, úpravou a seřízením prvků, opětné montáže a uvedení odstředivky do provozu.

Snížení průchodnosti kalu známými lyzačními zařízeními způsobuje nejen ucpávání odstředivky, tedy vyřazení z provozu, ale prudký nárůst spotřeby elektrické energie, což může mít za následek přetížení hlavního motoru, jeho výpadek, případně poškození.

Popsaná zařízení mají nevýhodu spočívající vtom, že je lze nastavit pouze na určitý provozní stav odstředivky. Každý provozní stav odstředivky vyžaduje určitou úpravu popsaného lyzačního zařízení, a to někdy i úpravu konstrukce, což je pro praktický provoz, kde se často mění vstupn í parametry zahušťovaného kalu nevýhodné. Tyto skutečnosti dále buď negativně ovlivňují chod odstředivky (ucpávání), což v nepřetržitém provozu je nežádoucí, nebo dosažený lyzační účinek je na nízké úrovni. Zahušťovaný kal obsahuje v různém množství pevné částice o velikosti i ně-3 CZ 304269 B6 kolika milimetrů. Tyto předměty se musí buď odstranit (síta), nebo může dojít nejen k poškození lyzačního zařízení, ale i vlastní odstředivky!

Podstata vynálezu

Předmětem vynálezu je zařízení pro mechanickou lyzaci biologického kalu zahuštěného v odstředivce, které se skládá z rotujících součástí, umístěných na bubnu odstředivky, a statické části, spojené pevně s krytem odstředivky, jehož podstata spočívá v tom, že rotujícími součástmi jsou čtyřhranné rotující prvky symetricky rozmístěné mezi výstupními otvory bubnu pro zahuštěný kal, přičemž statická část sestává ze dvou vnějších přepážek a jedné středové přepážky ve tvaru mezikruží, kteréjsou upraveny na nosném kruhu v krytu odstředivky tak, že do mezer mezi nimi zasahují ramena čtyřhranných rotujících prvků.

Výhodně je ve čtyřhranných rotujících prvcích vytvořena mezera, do níž zasahuje středová přepážka.

Výhodně jsou čtyřhranné rotující prvky připevněny k bubnu odstředivky šrouby tak, že mezerou prochází proud zahuštěného kalu.

Výhodně jsou vnější přepážky a středová přepážka vytvořené ve tvaru děleného mezikruží, přičemž vnější přepážky jsou opatřeny otvory a středová přepážka je opatřena výřezy.

Podstatou vynálezu je mechanický dezintegrátor uzpůsobený jako přídavné zařízení k zahušťovací odstředivce na lyzaci zahuštěného biologického kalu, které tvoří s odstředivkou jeden celek.

Zařízení podle vynálezu využívá k destrukci mikrobiálních buněk za účelem uvolnění buněčného lyzátu jednak sestavu dezintegračních prvků a také kinetickou energii rotujícího bubnu odstředivky a kinetickou energii vystupujícího proudu zahuštěného kalu.

Zařízení pro mechanickou dezintegraci zahuštěného biologického kalu podle vynálezu odstraňuje nedostatky mechanických zařízení k lyzaci ze známého stavu techniky, např. strojní řezací jednotky a kolíkové mlecí jednotky.

Hlavní výhoda zařízení podle vynálezu spočívá v tom, že lyzační zařízení je součástí zahušťovací centrifugy a tím dochází v jednom stroji k zahuštění biologického kalu a kjeho následné dezintegraci - lyzaci.

Dezintegrační zařízení dle vynálezu se liší od dosud známých dezintegračních zařízení montovaných na zahušťovací centrifugy tím, že má zvláštní konstrukci, která je jednodušší, umožňuje spolehlivý bezporuchový provoz při kolísajícím zatížení centrifugy, neovlivňuje separační efekt centrifugy, účinněji využívá kinetickou energii rotujícího bubnu centrifugy, není potřebné jej seřizovat a z toho důvodu odstavovat odstředivku z provozu, to vše při vysoké účinnosti lyzace.

Rotující prvky dezintegračního zařízení podle vynálezu jsou nekompaktní, mají malou hmotnost, a proto nedochází kjejich destrukci působením odstředivé síly. Vysoká průchodnost zahuštěného kalu dezintegračním zařízením podle vynálezu při zajištění vysokého stupně lyzace spolupůsobením nárazu, smykového napětí a kavitace zajišťuje jeho odolnost proti destrukci při možném vniknutí pevných částic.

Dezintegrace mikrobiálních buněk je dle vynálezu způsobena kombinací několika faktorů, a to mechanickými silami - nárazem částeček zahuštěného kalu na prvky zařízení a dále kavitací a rovněž působením smykového napětí.

-4CZ 304269 B6

Dezintegrátor sestává z prvků rotujících a prvků statických. Umístění rotujících prvků na bubnu odstředivky je symetrické tak, aby přidáním hmotnosti připevněných rotujících prvků nebylo narušeno dynamické vyvážení bubnu odstředivky. Jejich uspořádání neomezuje proud zahuštěného kalu z odstředivky, a proto nemůže dojít v žádném provozním režimu k jejímu ucpání. Rotující prvky dezintegrátoru jsou upevněny přímo na výstupní část bubnu odstředivky, a to na plochách, které jsou mezi otvory, kterými vystupuje zahuštěný kal z bubnu. Počet rotujících prvků je volitelný, jejich konečný počet je omezen počtem ploch bubnu mezi výstupními otvory při zacho vání dynamického vyvážení bubnu.

Proud vystupujícího kalu z odstředivky bez lyzační úpravy je zadržován jejím zádržným zařízením, výhodně vytvořeným jako konstrukční součást odstředivky, tedy např. kryt koncové válcovité části bubnu odstředivky, který je s výhodou podle vynálezu využit po úpravě k zabudování statických prvků dezintegrátoru.

Výhodou dezintegrátoru podle vynálezu je, že vyžaduje minimální zásahy do upravované odstředivky, využívá k instalaci její konstrukce a především neomezuje proud zahuštěného kalu, čímž je dáno, že dezintegrátor podle vynálezu vyžaduje minimální zásahy do konstrukce.

Proud zahuštěného kalu opouští odstředivku výstupními otvory ve formě rotujícího disku, to jest jako rotující masa zahuštěného kalu, jehož rovina je kolmá k ose odstředivky a tloušťka této rotující masy 1 až 2 cm.

Dezintegrátor podle vynálezu výhodně tohoto jevu využívá. Využívá kinetickou energii tohoto proudu tím, že vložená středová tvarovaná přepážka, spojená s krytem je umístěna tak, že se nachází uprostřed terčového proudu kalu, který se na ní dělí, naráží na plochy tvarované přepážky, čímž dochází k lyzaci nárazem, jejíž účinek zvyšují nárazy ploch rotujících prvků, které se pohybují po obou stranách středové přepážky. V mezerách po obou stranách přepážky dochází k nárazu pracovních ploch rotujících prvků na proud kalu a dále vznikají turbulence se smykovým napětím, které způsobuje další lyzaci.

Tento proud kalu mění svůj směr nárazem na kryt na opačný a směřuje k výstupním otvorům bočních přepážek, kterými opouští dezintegrátor do kalového prostoru vymezeného krytem. Při zpětném proudu k výstupním otvorům kal naráží na pracovní plochy rotujících prvků a podléhá lyzaci, jejíž účinek zvyšují plochy výstupních otvorů, kde dochází ke změně proudu kalu na axiální do kalového prostoru, přičemž smykové síly vznikající mezi pracovními plochami rotujících prvků a hranami otvorů bočních přepážek podporují další lyzaci.

Rotující prvky se pohybují obvodovou rychlostí 60 až 100 m/s, s výhodou 80 až 90 m/s. Tato vysoká rychlost a konstrukce rotujících prvků způsobují další lyzační efekt, a to hydrodynamickou kavitaci, protože dezintegraci je podrobována tekutina — suspenze. Dvojitá pracovní plocha rotujícího prvku vytváří na čelných plochách tlak, který se bezprostředně na zadní straně rotujících prvků mění na podtlak, vzniká rázová vlna která má destrukční účinek na okolí, tedy i na mikrobiální buňky.

Uspořádání dezintegrátoru podle vynálezu je konstrukčně jednoduché, je možné je snadno aplikovat na jakoukoli odstředivku bez demontáže bubnu, pouze se vyjme a upraví kryt koncové válcovité části bubnu, do kterého se umístí statická část dezintegrátoru, což je jedna středová a dvě boční přepážky spojené s nosným kruhem. Statická část dezintegrátoru podle vynálezu je integrována do krytu, který sestává ze dvou polovin upevněných krámu odstředivky. Rotující prvek dezintegrátoru podle vynálezu jsou výhodně umístěny přímo do koncové části bubnu odstředivky v ose vystupujícího proudu kalu.

Dezintegrací zahuštěného kalu podle vynálezu se dosahuje spolehlivě dostatečný lyzační efekt v tomto kalu, což je zvláště výhodné z důvodu zvýšení jeho biologické rozložitelnosti a tím i k zvýšení produkce bioplynu při anaerobní stabilizaci kalů.

-5CZ 304269 B6

Efekt dezintegrace je dvojí, jednak dezintegrací se dosáhne snížení velikosti částic kalu a tím zvětšení jejich povrchu, což má příznivý vliv na následný biologický rozklad. Druhým efektem dezintegrace - lyzace je rozbití buněk mikroorganizmů, čímž se uvolní do okolí buněční obsah lyzát obsahující enzymy a další biologicky aktivní látky, které pozitivně spolupůsobí na hlubší rozklad organických látek při anaerobním procesu. Výsledným efektem a cílem lyzace je zvýšení produkce bioplynu a s tím související snížení množství organických látek ve stabilizovaném kalu. Vedlejším efektem lyzace je snížení viskozity zahuštěného lyžovaného kalu, což příznivě ovlivňuje stupeň zahuštění kalu a jeho čerpatelnost.

Lyzační efekt se stanoví jako nárůst podílu koncentrace rozpuštěných organických látek k celkové koncentraci organických látek v lyžovaném kalu. Organické látky se stanoví jako CHSK_Cr. Lyzací se převede do kapalné fáze 5 až 10 % organických látek. Tohoto efektu se dosahuje lyzací podle vynálezu při minimálním nárůstu spotřeby elektrické energie, které se pohybuje v řádu jednotek procent celkového příkonu odstředivky. Podíl rozbitých mikrobiálních buněk se dále do 24 hodin zdvojnásobí, protože dojde k rozpadu buněk narušených a tak se zvýší na dvojnásobek i koncentrace organických látek převedených do roztoku. Kapalná fáze se tak obohatí o 10 až 20 % organických látek. Tento proces má další významný pozitivní provozní efekt, protože lyzací dojde k takovému snížení viskozity zahuštěného kalu, že je možné jej zahušťovat na sušinu 12 až 14 % hmotnosti, přičemž je spolehlivě čerpatelný.

Přehled obrázků na výkresech

Výhody a znaky předloženého vynálezu budou vysvětleny popisem a odkazy na připojené výkresy, na kterých:

obr. 1 znázorňuje celkový pohled na dezintegrátor podle vynálezu v podélném řezu;

obr. 2 znázorňuje umístění jednoho rotujícího prvku v bubnu odstředivky podle vynálezu v řezu;

obr. 3 znázorňuje umístění jednoho rotujícího prvku v bubnu mezi dvěma výstupními otvory podle vynálezu v řezu;

obr. 4 znázorňuje pohled na část středové přepážky podle vynálezu;

obr. 5 znázorňuje pohled na část vnější přepážky podle vynálezu;

obr. 6 znázorňuje půdorysná pohled na rotující prvek;

obr. 7 znázorňuje polohu umístěných rotujících prvků vzhledem k výstupním otvorům bubnu odstředivky podle vynálezu a znázornění roviny proudu vystupujícího kalu.

Příkladné uspořádání dezintegrátoru podle vynálezu a jeho umístění v zahušťovací odstředivce je zobrazeno na obr. 1. Dezintegrátor podle tohoto vynálezu je tvořen statickou částí a rotační částí, jejichž vzájemným spolupůsobením dochází k lyzací zahuštěného biologického kalu. Statická část sestavená ze statických prvků a vytváří lyzační prostor 18, ve kterém se pohybují čtyřhranné rotující prvky 4. Ve čtyřhranných rotujících prvcích 4 je vytvořena mezera 19, do které zasahuje středová přepážka 6. Čtyřhranné rotující prvky 4 jsou připevněny k bubnu odstředivky šrouby tak, že mezerou 19 prochází proud zahuštěného kalu. Statické prvky jsou uzpůsobeny jako plochá tvarovaná mezikruží tak, že dvě vnější přepážky 3 jednak ohraničují lyzační prostor 18 a jednak umožňují aby lyžovaný kal mohl prostor opustit. Středová přepážka 6 rozděluje proud kalu. Čtyřhranné rotující prvky 4 mají dvě ramena 8, mezi která zasahuje středová přepážka 6. Zahuštěný kal, který vstupuje do lyzačního prostoru J_8 a než jej opustí, podléhá v něm chvilkovému zdržení, přičemž je podroben dezintegraci jak vlastní kinetickou energií, tak rotujícími prvky 4.

-6CZ 304269 B6

Statická část dezintegrátoru je tvořena nosným kruhem 7, který je nosnou částí dvou vnějších přepážek 3 a středové přepážky 6 a je zabudován do krytu 9 odstředivky. Dvě vnější přepážky 3 a středová přepážka 6 jsou pevně spojeny s nosným kruhem 7.

Buben zahušťovací odstředivky má konickou část 2, která přechází do válcovité části s výstupními otvory 10 pro výstup zahuštěného kalu. Zahuštěný kal v odstředivce je dopravován do této koncové válcovité části bubnu odstředivky šnekovým dopravníkem i. Výstupní otvory 10 jsou opatřeny trubkovými vložkami 11 z tvrdokovu, odolávajícímu abrazi.

Proud vystupujícího kalu z trubkových vložek 11 opouští buben odstředivky radiálně ve tvaru disku, který je znázorněn na obr. 7 dvojitou šipkou. Tloušťka tohoto disku je 1 až 2 cm. Tento proud kalu vstupuje do lyzačního prostoru _1_8 a zde nejdříve naráží na plochy středové přepážky 6, jejíž axiální poloha je zvolena tak, že proud radiálně vystupujícího kalu naráží na její střed. Tloušťka středové přepážky 6 je 10 až 15 mm. Proud kalu po nárazu na středovou přepážku 6 postupuje podél ní radiálním směrem dál a naráží na vnitřní plochu nosného kruhu 7, kde dochází k další destrukci buněk v kalu nárazem. Kal se kumuluje v prostoru 5, který je vymezen nosným kruhem 7, středovou přepážkou 6 a dvěma vnějšími přepážkami 3.

Do vrstvy kalu, který se soustřeďuje v prostoru 5, zasahují čelní plochy ramen 8 čtyřhranných rotujících prvků 4 dezintegrátoru, které jsou připevněny na válcovité části konce bubnu odstředivky tak, že jsou umístěny mezi trubkovými vložkami 11, jak to ukazuje obr. 3. Počet čtyřhranných rotujících prvků 4 je volitelný ajejich maximální počet je určený počtem mezer mezi trubkovými vložkami 11, přičemž jejich rozmístění musí být rovnoměrné, aby nebylo narušeno vyvážení bubnu odstředivky. Umístěné čtyřhranné rotující prvky 4 musí mít naprosto stejnou hmotnost. Obr. 3 rovněž znázorňuje tvar čtyřhranného rotujícího pivku 4, kdy jeho zadní část je zešikmena z důvodu snížení hmotnosti prvku. Celní pracovní plochy ramen 8 jsou s výhodou opatřeny destičkami 14 ze slinutých karbidů.

Stálý přítok kalu do prostoru 5, který je uzavřený, je příčinou jeho zpětného proudění do lyzačního prostoru 18, odkud proudí otvory 15, mající zejména lichoběžníkový tvar, obou vnějších přepážek 3, přičemž zde dochází k další destrukci buněk tím, že mezi hranami čelních ploch ramen 8 a hranami otvorů 15 v obou vnějších přepážkách 3 je kal podrobován střižným silám smykového napětí. Dále pak proudí lyžovaný zahuštěný kal do kalového prostoru ]_6 odstředivky a odtud vystupuje z odstředivky k dalšímu využívání.

Na obr. 2 je znázorněno připevnění krytu 9 odstředivky, který je její součástí, a který je spojen s nosným kruhem 7 a dvěma vnějšími přepážkami 3 a středovou přepážkou 6, k rámu 12 odstředivky pomocí připevňovací patice 13 krytu 9. Kryt 9 odstředivky s vestavěným nosným kruhem 7 a dvěma vnějšími přepážkami 3 a středovou přepážkou 6 je dělen na dvě poloviny a tvoří celek statické části zařízení podle vynálezu.

Obr. 3 znázorňuje umístění čtyřhranného rotujícího prvku 4 mezi výstupními otvory W. Čelní plochy čtyřhranných rotujících prvků 4 je výhodné opatřit destičkami 14 z materiálů odolných proti abrazi na příklad ze slinutých karbidů.

Obr. 4 ukazuje tvar středové přepážky 6 s výřezem 17, kde pracovní plochy výřezů mohou být s výhodou opatřeny destičkami 14 ze slinutých karbidů. Středová přepážka 6 je zhotovena jako mezikruží rozděleného na dvě poloviny.

Obr. 5 ukazuje tvar jedné z vnějších přepážek 3, kde pracovní plochy otvorů 15 mohou být s výhodou opatřeny destičkami 14 ze slinutých karbidů. Dvě vnější přepážky 3 jsou zhotoveny jako mezikruží rozděleného na dvě poloviny s řadou otvorů 15, zejména ve tvaru rovnoramenného lichoběžníku.

-7CZ 304269 B6

Obr. 6 čtyřhranný znázorňuje rotující prvek 4 v půdorysu s rameny 8 opatřenými na čelních pracovních plochách destičkami 14 z tvrdokovu.

Zařízení pro mechanickou lyzaci biologického kalu podle vynálezu nemůže v žádném případě být příčinou ucpávání odstředivky, protože skrze otvory J5 ve vnějších přepážkách 3 proteče vždy jakékoli množství zahuštěného kalu podle nátokových parametrů dané odstředivky a nastaveného zahuštění, přičemž každý objem zahuštěného kalu vystupujícího ze zařízení je účinně lyžován nárazem, smykovým napětím a kavitací. Použitím zařízení podle vynálezu rovněž odpadá jakékoli vzájemné seřizování statické rotující části a tedy opakované odstávky odstředivky z provozu, protože jeho konstrukce umožňuje kontinuální účinnou mechanickou lyzaci jakéhokoli množství zahuštěného kalu v souladu s kapacitou odstředivky tím, že radiální proud zahuštěného kalu vždy vstupuje do středu zařízení, symetricky se rozděluje a oba proudy jsou podrobovány stejným destrukčním silám. Zařízení je konstrukčně jednoduché a využívá součásti odstředivek, kterým je samostatný kryt koncové válcovité části bubnu odstředivky k upevnění statických částí zařízení.

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1

Účinek vynálezu při využití se zjistí stanovením množství organických látek uvolněných lyzaci do roztoku. Ty se stanoví jako CHSK_Cr v kapalné fázi. Vstupní kal do zahušťovací odstředivky měl sušinu 1,1 % hmotnosti a koncentrace rozpuštěných organických látek stanovených jako CHSK_q činila 68 mg/1 a po zahuštění na 6,1 % hmotnosti byla koncentrace rozpuštěných organických látek stanovených jako CHSK_Cr rovna 5350 mg/1. Koncentrace rozpuštěných látek se zvýšila 78 krát.

Příklad 2

Další účinek vynálezu spočívá ve snížení viskozity zahuštěného lyžovaného kalu z příkladu 1, což je důležitý provozní parametr. Zahuštěný kal se čerpá k dalšímu zpracování v anaerobní fermentaci a kalová čerpadla jsou schopna čerpat zahuštěný kal s maximální sušinou 6 až 7 % hmotnosti, i když zahušťovací odstředivka je schopná regulací diferenčních otáček zahušťovat na vyšší hodnoty až do maximálního zatížení dané odstředivky, které je její provozním parametrem. Při zahušťování kalu na lyzační odstředivce bylo naměřeno, že při koncentraci sušiny v zahuštěném kalu 6 % hmotnosti se snížila viskozita (tečné napětí) o 25 %. Zvýšila se tekutost a při zahušťování na 11 % hmotnosti sušiny bylo čerpání tohoto kalu bez problémové.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Zařízení pro mechanickou lyzaci biologického kalu zahuštěného v odstředivce, které se skládá z rotujících součástí, umístěných na bubnu odstředivky, a statické části, spojené pevně s krytem odstředivky, vyznačené tím, že rotujícími součástmi jsou čtyřhranné rotující prvky (4) symetricky rozmístěné mezi výstupními otvory (10) bubnu pro zahuštěný kal, přičemž statická část sestává ze dvou vnějších přepážek (3) a jedné středové přepážky (6) ve tvaru mezikruží, které jsou upraveny na nosném kruhu (7) v krytu (9) odstředivky tak, že do mezer mezi nimi zasahují ramena (8) čtyřhranných rotujících prvků (4).

-8CZ 304269 B6
2. Zařízení podle nároku 1, vyznačené tím, že ve čtyřhranných rotujících prvcích (4) je vytvořena mezera (19), do níž zasahuje středová přepážka (6).
3. Zařízení podle nároku 2, vyznačené tím, že čtyřhranné rotující prvky (4)jsou připevněny k bubnu odstředivky šrouby tak, že mezerou (19) prochází proud zahuštěného kalu.
4. Zařízení podle nejméně jednoho z nároků 1 až 3, vyznačené tím, že vnější přepážky (3) a středová přepážka (6) jsou vytvořené ve tvaru děleného mezikruží, přičemž vnější přepážky (3) jsou opatřeny otvory (15) a středová přepážka (6) je opatřena výřezy (17).