CZ305074B6

CZ305074B6 - Způsob zpracování perkolátu získaného z odpadní vody z bioplynových stanic a zařízení

Info

Publication number: CZ305074B6
Application number: CZ2013-797A
Authority: CZ
Inventors: Lukáš Fuka; Tomáš Fuka
Original assignee: W.P.E. A.S.
Priority date: 2013-10-16
Filing date: 2013-10-16
Publication date: 2015-04-22
Also published as: CZ2013797A3

Abstract

Způsob zpracování perkolátu z odpadní vody z bioplynových stanic po oddělení pevných částic dle vynálezu spočívá v tom, že se u získaného perkolátu upraví pH na 1,5 až 5,5, přidá se flokulant, po koagulaci se oddělí kal a vodní fáze se zahustí, získaný koncentrát je vhodný pro kapénkovou závlahu, destilát má kvalitu technologické vody. Zařízení sestává z první jímky (1) perkolátu umístěné za separátorem (2), která je spojena s reaktorem (3), výpusť reaktoru (3) je spojena s prvním kalolisem (4) přes kalovou jímku (4A), reaktor (3) je opatřen míchadlem (5) a přívodem propojeným s prvním zásobníkem (6) kyselin pro úpravu pH a s druhým zásobníkem (7) flokulantu, výstup pro filtrát z prvního kalolisu (4) je spojen s druhou jímkou (8) filtrátu, která je propojena s odparkou (9), odparka (9) je spojena se třetí jímkou (10) destilátu a se čtvrtou jímkou (11) koncentrátu, čtvrtá jímka (11) koncentrátu je propojena se třetím zásobníkem (12) pro hydroxid sodný na úpravu pH koncentrátu, a je propojena s druhým kalolisem (13), jehož výpusť pro vodnou fázi je spojena s pátou jímkou (14) pro hnojivý koncentrát, kal z prvního kalolisu (4) a z druhého kalolisu (13) je po odvodnění uložen na skládku.

Description

Vynález se týká způsobu zpracování perkolátu z odpadní vody z bioplynových stanic a zařízení k provádění tohoto způsobu zpracování.

Dosavadní stav techniky

Při procesu anaerobního zplynování organické hmoty se musí z reaktoru kontinuálně odebírat přebytečná voda. Obsahuje cca 18 % sušiny a označuje se jako digestát. Pevné částice se odseparují na separátoru (odstředivka, síta aj.) a vznikne separát, což je tuhá složka konzistence rašeliny a fugát, také zvaný perkolát, což je suspenze, které je dle velikosti bioplynové stanice a sušiny zpracovávané biomasy produkované denně 2 až 20 krychlových metrů. V letním období se likviduje v rámci možností rozvozem na pole. V zimním období se skladuje a naplnění skladovacích kapacit se stává limitujícím faktorem zpracovávání biomasy a výroby energie. Obsahem organických látek a živin perkolát odpovídá hnojivu. Organické zatížení je o jeden a půl řádu vyšší, než by bylo možno zpracovat na běžné biologické čistírně odpadních vod, kde v zimě, je zvyšování zátěže čistírny problematické. Zatím se oficiálně řeší v prostoru bioplynových stanic jímkami, které mají zachytit půlroční produkci perkolátu a za vhodných klimatických podmínek se rozváží jako hnojivo po zemědělské půdě.

Podstata vynálezu

Způsob zpracování perkolátu z odpadní vody z bioplynových stanic po oddělení pevných částí, tak zvaného separátu a získání vodné suspenze zvané perkolát podle vynálezu spočívá v tom, že se pH perkolátu upraví kyselinou na 1,5 až 5,5 a přidá se polyflokulant, po koagulaci se oddělí kal a vodní fáze se zahustí, u koncentrátu se upraví hydroxidem sodným pH na 5,5 až 8,5, úprava se řídí dle užití hnojivá, případný kal se odstraní, koncentrát po odstranění kalu, zvaný hnojivý koncentrát, je vhodný pro kapénkovou závlahu, destilát má kvalitu technologické vody, jejíž CHSKcr se pohybuje v mezích 140 až 300 mg/1 a rozpuštěné anorganické soli (RAS) se pohybují v mezích 200 až 400 mg/1.

Pro úpravu pH perkolátu lze použít kyselinu sírovou, nebo fosforečnou, případně dusičnou, pro úpravu pH koncentrátu po oddestilování vody lze použít hydroxid sodný.

Způsob zahuštění vodní fáze po koagulaci lze provést destilací nebo přes permeabilní membránu umístěnou jako poslední článek kalolisu, nebo za kalolisem. Jako flokulant lze použít organické oligomery, například na bázi kyseliny akrylové, polyakiylamidy, škrob a jeho deriváty a sloučeniny železa a hliníku.

Po koagulaci se kal oddělí na kalolisu, nebo jiném separátoru (např. síto, odstředivka, filtr) a lze jej použít společně se separátem jako hnojivo.

Zařízení pro provádění způsobu zpracování perkolátu získaného z odpadní vody z bioplynových stanic po odstranění pevných částic v separátoru podle vynálezu sestává z první jímky navazující na separátor, první jímka je spojena s reaktorem, výpusť reaktoru je spojena s prvním kalolisem přes kalovou jímku, reaktor je opatřen míchadlem a přívodem propojeným s prvním zásobníkem kyselin pro úpravu pHas druhým zásobníkem flokulantu, výstup pro filtrát z prvního kalolisu je spojen s druhou jímkou filtrátu, která je propojena s odparkou, odparka je spojena se třetí jímkou destilátu a se čtvrtou jímkou koncentrátu, čtvrtá jímka koncentrátu je propojena se třetím zásobníkem pro hydroxid sodný na úpravu pH koncentrátu, a je propojena s druhým kalolisem, jehož

- 1 CZ 305074 B6 výpusť pro vodnou fázi je spojena s pátou jímkou pro hnojivý koncentrát, kal z prvního kalolisu a z druhého kalolisu je po odvodnění skládkován společně se separátem.

Separátor může být síto, nebo odstředivka.

Čtvrtá jímka koncentrátu může být opatřena míchadlem nebo čerpadlem.

První kalolis může být alternativně též spojen se čtvrtou jímkou koncentrátu a s pátou jímkou pro hnojivý koncentrát. První kalolis může být i rozdělen deskou a místo odparky je pro zahuštění vodní fáze vycházející z prvního kalolisu využita semipermeabilní membrána, umístěná jako poslední článek prvního kalolisu nebo za ním.

Zpracování vod se děje v koagulačním reaktoru úpravny vybaveném mícháním, dávkováním chemikálií a měřením pH a hladiny. Proces koagulace je veden v mírně kyselé oblasti pH za použití pomocného flokulantu pro lepší tvorbu vloček, nebo přímo za použití specifických typů organických flokulantů. Pro úpravu pH je možno použít jak kyselinu sírovou, případně fosforečnou, nebo dusičnou, dle požadavků odběratele hnojiv do kapénkové závlahy. Kaly se oddělí sedimentací v reaktoru a celá reakční směs se zpracuje na kalolisu, vyfiltrovaná voda se přepouští do zásobní jímky odparky, odkud se čerpá do zahušťovacího procesu. Tento krok předúpravy slouží k oddělení nerozpuštěných látek, které limitují použití odparky a dále jsou nežádoucí v koncentrátu z odparky, který je využíván jako hnojivo pro kapénkové závlahy.

Po zahuštění se koncentrát z odparky po případné úpravě pH opět přefiltruje, aby neobsahoval nerozpuštěné podíly, které by omezovaly použití v kapénkové závlaze. Výsledný produkt - hnojivý koncentrát se stáčí do distribučních nádob. Destilát je možno dočistit na biologické čistírně či rybníku, případně využít jako zálivkovou, či technologickou vodu, neboť zbytkové znečištění je poměrně nízké. Uvedeným postupem je možno produkovaný objem perkolátu rozdělit na : cca 30 % hnojivého koncentrátu, 60 % destilátu a 10 % kapaliny obsažené v produkovaném kalovém koláči o sušině cca 25 až 30 %. Uvedené bilanční položky byly získány zpracováním odebraných vzorků z bioplynové stanice. Celý proces čištění je veden automaticky, celé zařízení pracuje na jmenovitý výkon, pokud jsou vody v pracovní první jímce perkolátu nad minimální hladinou. Takto jsou udržovány volné jímací kapacity odpadní vody, která je po odstranění pevných částic zdrojem perkolátu. Kaly po odvodnění v kalolisech jsou skládkovány společně se separátem a v souladu s platnou legislativou dále zemědělsky využívány jako hnojivo a dále pak je možno je aplikovat při rekultivačních pracích.

Způsob zpracování odpadních vod z bioplynových stanic a zařízení velmi jednoduchým a energeticky nenáročným způsobem řeší možnost zvýšení kapacity bioplynových stanic a současně snižuje riziko znečištění podzemních vod, neboť jejích část se ve formě hnojivého koncentrátu využije jako kapalné hnojivo a zbývající část — destilát, je jíž mírně znečištěna.

Objasnění výkresu

Obr. 1 znázorňuje schéma zařízení na zpracování odpadní vody.

Příklad uskutečnění vynálezu

Produkce odpadních vod z celého provozu bioplynové stanice byla v průměru 6 m³/d, po 365 dní v roce. Složení vstupních vod perkolátu je uvedeno v Tab. č. 1 K perkolátu do reaktoru 3 byl přidáván při pH 4,5 flokulant na bázi polyakrylamidu (W 2530) v dávce 2g na kg sušiny. Po koagulaci byla směs z reaktoru 3 převedena přes kalovou jímku 4A do prvního kalolisu 4. Vodní fáze se zahustila v odparce 9. Po úpravě pH na 6,5 a následném oddělení kalu v druhém kalolisu 13 byl získán hnojivý koncentrát.

-2CZ 305074 B6

Zpracování perkolátu bylo prováděno na zařízení znázorněném na obr. 1. Zařízení sestává z první jímky i pro perkolát, umístěné za odstředivkou 2. První jímka I je spojena s reaktorem 3. Reaktor 3 je opatřen míchadlem 5 a je propojen s prvním zásobníkem 6 kyselin pro úpravu pH a s druhým zásobníkem 7 polyflokulantu. Výpusť reaktoru 3 je spojena s prvním kalolisem 4 přes jímku kalů 4 A, výstup pro filtrát z prvního kalolisu 4 je spojen s druhou jímkou 8 filtrátu, která je propojena s odparkou 9. Odparka 9 je spojena se třetí jímkou 10 destilátu a se čtvrtou jímkou JJ_ koncentrátu s míchadlem 15, čtvrtá jímka 11 koncentrátu je propojena se třetím zásobníkem 12 pro hydroxid sodný na úpravu pH koncentrátu a je propojena s druhým kalolisem 13, jehož výpusť pro vodnou fázi je spojena s pátou jímkou 14 pro hnojivý koncentrát, kal z prvního kalolisu ío 4 a z druhého kalolisu 13 byl po odvodnění uložen na skládku.

Pro ilustraci výsledků vedení celého procesu je dále v tabulkách uvedeno složení jednotlivých materiálových proudů. Uspořádání celé technologie a vzájemné návaznosti jsou zřejmé z připojené technologického schématu na obr. 1. Produkce perkolátu z celého provozu bioplyno15 vé stanice činí nejčastěji 5 až 8 m³/den.

Tab. č. 1 Složení perkolátu

Parametr	Stanoveno (mg/l)	Denní produkce (kg/d)
PH	7,4-8,2	-
CHSKcr*	65 000 - 78 000	390 - 468
RL	50 000 - 80 000	300 - 480
NL	45 000 - 58 000	270- 348
Fe	4-20	0,024-0,120
Mn	6-10	0,033-0,06
Cu	0,9-1,2	0,0054-0,0072
Zn	2-4	0,012-0,024
SOZ	80 - 400	0,48-2,4
ci-	550 - 730	3,3-4,3
no₃-	10-300	0,060-1,8
PO?’	200- 500	1,2-3,0

* Stanoveno v odsedimentovaném vzorku RL = rozpuštěné látky NL = nerozpuštěné látky

-3CZ 305074 B6

Tab. č. 2 složení destilátu

Parametr	Stanoveno (mg/1)	Denní produkce (kg/d)
pH	6,5-7,5	-
CHSKcr*	140-300	0,504-1,08
RAS	200 - 400	0,72-1,44

Denní produkce destilátu 3,6m³RAS = rozpuštěné anorganické soli

Tab. č. 3 složení koncentrátu

Parametr	Stanoveno (mg/l)	Denní produkce (kg/d)
PH	4,5 -8,5	-
CHSKcr	7500 - 8 800	10,5-12,32
RL	130 000- 140 000	182-196

Denní produkce koncentrátu 1,4m³

Průmyslová využitelnost

Způsob zpracování odpadních vod a zařízení podle vynálezu lze využít při provozu bioplynových stanic.

Claims

1. Způsob zpracování perkolátu získaného z odpadní vody z bioplynových stanic po oddělení pevných částí zvaných separát, vyznačující se tím, žeseu perkolátu upraví kyselinou pH na 1,5 až 5,5, přidá se polyflokulant, po koagulaci se oddělí kal a vodní fáze se zahustí, u koncentrátu se hydroxidem sodným upraví pH na 5,5 až 8,5 úprava se řídí dle užití hnojivá, případný sediment se odstraní, koncentrát po odstranění sedimentu zvaný hnojivý koncentrát je vhodný pro kapénkovou závlahu, destilát má kvalitu technologické vody, jejíž CHSK_c, se pohybuje v mezích 140 až 300 mg/1 a obsah rozpuštěných anorganických solí se pohybuje v mezích 200 až 400 mg/1.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, žepH perkolátu se upravuje kyselinou sírovou, nebo fosforečnou, případně dusičnou.

-4CZ 305074 B6

3. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se vodní fáze po koagulaci zahustí destilací nebo přes permeabilní membránu umístěnou jako poslední článek kalolisu, nebo za kalolisem.

4. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že polyflokulant je vybrán ze skupiny tvořené organickými oligomery na bázi kyseliny akrylové, polyakiylamidy, škrobem a jeho deriváty nebo sloučeninami železa a hliníku.

5. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že sedimenty se odstraní pomocí kalolisů a po odvodnění se uloží na skládku společně se separátem.

6. Zařízení pro provádění způsobu podle nároků laž5, vyznačující se tím, že sestává z první jímky (1) perkolátu umístěné za separátorem (2), která je spojena s reaktorem (3), výpusť reaktoru (3) je spojena s prvním kalolisem (4) přes kalovou jímku (4A), reaktor (3) je opatřen míchadlem (5) a přívodem propojeným s prvním zásobníkem (6) kyselin pro úpravu pH a s druhým zásobníkem (7) flokulantu, výstup pro filtrát z prvního kalolisu (4) je spojen s druhou jímkou (8) filtrátu, která je propojena s odparkou (9), odparka (9) je spojena se třetí jímkou (10) destilátu a se čtvrtou jímkou (11) koncentrátu, čtvrtá jímka (11) koncentrátu je propojena se třetím zásobníkem (12) pro hydroxid sodný na úpravu pH koncentrátu, a je propojena s druhým kalolisem (13), jehož výpusť pro vodnou fázi je spojena s pátou jímkou (14) pro hnojivý koncentrát.

7. Zařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že první kalolis (4)je alternativně též spojen se čtvrtou jímkou (11) koncentrátu.

8. Zařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že místo odparky (9) je jako koncentrační člen využita semipermeabilní membrána, umístěná jako poslední článek kalolisu (4) nebo za nim.