CZ306420B6

CZ306420B6 - Způsob použití ve vodě rozpustných polymerů v membránovém biologickém reaktoru

Info

Publication number: CZ306420B6
Application number: CZ2004-771A
Authority: CZ
Inventors: John H. Collins; Kristine S. Salmen; Deepak A. Musale; Seong-Hoon Yoon; William J. Ward
Original assignee: Nalco Company
Priority date: 2002-01-04
Filing date: 2003-01-06
Publication date: 2017-01-18
Also published as: US6926832B2; CA2486835A1; SK288076B6; HUP0402564A2; AU2003200842A1; US20030159990A1; HU228884B1; SK2682004A3; EP1461141B1; RO122766B1; CZ2004771A3; IN2004KO00921A; IN237550B; RU2326722C2; AU2003200842B2; PL371060A1; RU2005104552A; EP1461141A1; DE60335518D1; WO2003057351A1

Abstract

Způsob úpravy směsné tekutiny v membránovém biologickém reaktoru, způsob klasifikace odpadní vody v membránovém biologickém reaktoru, způsob zabránění zanášení filtrační membrány v membránovém biologickém reaktoru, způsob snižování tvorby kalu v membránovém biologickém reaktoru za použití ve vodě rozpustných kationtových, amfoterních nebo zwitteriontových polymerů pro úpravu směsné tekutiny v membránových biologických reaktorech, které vede ke sníženému zanášení a zvýšenému průtoku vody membránou.

Description

Způsob použití ve vodě rozpustných polymerů v membránovém biologickém reaktoru

Oblast techniky

Tento vynález se týká použití ve vodě rozpustných kationtových, amfotemích nebo zwitteriontových polymerů pro úpravu směsné tekutiny v membránových biologických reaktorech, které vede ke sníženému zanášení a zvýšenému průtoku vody membránou. Tento vynález se tak konkrétně týká způsobu úpravy směsné tekutiny v membránovém biologickém reaktoru, způsobu klarifikace odpadní vody v membránovém biologickém reaktoru, způsobu zabránění zanášení filtrační membrány v membránovém biologickém reaktoru, jakož i způsobu snižování tvorby kalu v membránovém biologickém reaktoru.

Dosavadní stav techniky

Biologické zpracování odpadní vody pro odstranění rozpuštěných organických látek je velmi známým a Široce prováděným způsobem v komunálních i průmyslových provozech. Tento aerobní biologický způsob je obecně známý jako způsob „aktivovaného kalu“, ve kterém mikroorganismy spotřebovávají v průběhu svého růstu organické sloučeniny. Tento způsob nezbytně zahrnuje sedimentaci mikroorganismů či „biomasy“ pro jejich oddělení z vody a dokončení snížení biologické spotřeby kyslíku (BSK) a celkových suspendovaných tuhých látek v konečném odtoku. Obvykle se provádí sedimentační krok v klarifíkační jednotce. Biologický proces je tedy omezený nutností vytvořit biomasu, která nemá dobré usazovací vlastnosti. Tyto podmínky se zvláště obtížně udržují v průběhu přerušovaných časových intervalů vysoké organické zátěže a výskytu kontaminujících složek, které jsou pro biomasu toxické.

Obvykle má toto zpracování aktivovaného biologického kalu poměr přeměny organických látek na kal zhruba 0,5 kg kalu/kg CHSK (chemická spotřeba kyslíku), což způsobuje tvorbu značného množství přebytečného kalu, který je třeba ukládat do odpadu. Výdaje na zpracování přebytečného kalu se odhadují na 40 až 60 % celkových výdajů čistírny odpadních vod. Navíc může konvenční způsob ukládání zavážkou vést k sekundárním problémům znečištění životního prostředí. Proto rychle roste zájem o způsoby snížení objemu a hmotnosti přebytečného kalu.

Membrány ve spojení s biologickými reaktory pro zpracování odpadní vody jsou dobře známé, avšak nepoužívají se v široké míře v praxi. V těchto systémech nahrazují ultra-filtrační (UF) membrány, mikrofiltrační (MF) membrány nebo nanofiltrační (NF) membrány sedimentaci biomasy s cílem oddělení tuhých látek od kapaliny. Membránu lze instalovat v nádobě bioreaktoru nebo v některé přiléhající nádobě, kde se míchaná tekutina nepřetržitě čerpá z nádoby biologického reaktoru a zpět s obdržením odtoku s mnohem nižším obsahem celkových suspendovaných tuhých látek, obvykle nižším než 5 mg/litr oproti 20 až 50 mg/litr z klarifíkační jednotky. Důležitější je, že MBR (membránové biologické reaktory) oddělují biologický proces od nutnosti usazovat biomasu, neboť membrána slouží jako síto oddělující biomasu od vody. To umožňuje provozování tohoto biologického způsobu za podmínek, které by byly v konvenčním systému nepřekonatelné včetně: 1) vysokých hodnot MLSS (bakteriální zátěž) 10 až 30 g/litr, 2) dlouhého retenčního času kalu a 3) krátkého hydraulického retenčního času. V konvenčním systému by takové podmínky mohly vést k nabývání objemu kalu a špatné schopnosti usazování.

Výhody provozu membránových biologických reaktorů zahrnují nízkou tvorbu kalu, úplné oddělení tuhých složek od odtékající kapaliny, dezinfekci odtékající kapaliny, kombinované snížení biologické spotřeby kyslíku, obsahu tuhých látek a obsahu živin v jedné jednotce, schopnost zpracování vysoké zátěže, eliminaci problémů s nabýváním objemu kalu a malé množství zbytku. Nevýhody zahrnují omezení provzdušňování, zanášení membrán a náklady na membrány.

- 1 CZ 306420 B6

Náklady na membrány jsou v přímém vztahu k potřebné ploše membrány pro daný objemový tok membránou či „průtok“. Průtok se vyjadřuje v litrech/h/m² (LMH) nebo v galonech/-den/stopa²(GFD). Obvyklé průtoky se mění od zhruba 10 do zhruba 50 LMH. Tyto relativně nízké průtoky, které nastávají hlavně následkem zanášení membrán, zpomalují růst použití systémů membránových biologických reaktorů pro zpracování odpadních vod.

Membrána biologického reaktoru tvoří rozhraní s tak zvanou „směsnou tekutinou“, která obsahuje vodu, rozpuštěné tuhé látky, jako jsou proteiny, polysacharidy, suspendované tuhé látky, jako jsou koloidní látky a látky ve formě částic, agregáty bakterií či „vločky“, volné bakterie, prvoci a různé rozpuštěné metabolity a buněčné složky. Při provozu se koloidní a částicové tuhé látky a rozpuštěné organické látky usazují na povrchu membrány. Koloidní částice vytvářejí vrstvu na povrchu membrány zvanou „koláčová vrstva“. Tvorba koláčové vrstvy je zvláště problematická v membránových biologických reaktorech provozovaných v režimu se „slepým koncem“, kde není žádný příčný tok, to jest tok v tečném směru k membráně. V závislosti na pórovitosti koláčové vrstvy vzrůstá hydraulický odpor a klesá průtok.

Navíc ke tvorbě koláče na membráně mohou malé částice ucpávat póry membrány, což je stav zanášení, který nemusí být reverzibilní. Ve srovnání s konvenčním způsobem aktivovaného kalu je údajně vločka (částice) v obvyklých jednotkách membránového biologického reaktoru menší. Jelikož se velikost póru membrány membránového biologického reaktoru mění od zhruba 0,04 do zhruba 0,4 pm, mohou menší částice způsobovat ucpávání pórů. Ucpávání pórů zvyšuje hydraulický odpor a snižuje průtok.

K obdobné problematice, jako předmětné řešení, se vztahuje patent US 6 203 705 a také dokument WO 96/07 615. V žádném materiálu však nejsou popsána řešení, která používají membránový biologický reaktor, jaký je používán podle nárokovaného řešení. Dokument WO 96/07 615 popisuje použití iontoměničové pryskyřice pro odstraňování organického uhlíku z vody, zatímco patent US 6 203 705 je zaměřen na použití flokulantu a koagulantu ke zvýšení velikosti částic, co má umožnit filtraci. Tak patent US 6 203 705 vyžaduje filtraci, zatímco dokument WO 96/07 615 je zaměřen na použití kolony naplněné iontoměničovou pryskyřicí bez filtrace, pro separaci vytékající kapaliny od znečišťujících látek.

Ani z kombinace patentu US 6 203 705 s dokumentem WO 96/07 615 není zřejmá možnost kombinování obou diskutovaných řešení, ani náznak toho, že by k takové kombinaci mohlo dojít. Šlo by totiž o kombinování dvou zcela odlišných technických postupů separace, protože patent US 6 203 705 popisuje řešení, při kterém se používá mikrofiltrace bez flokulantu či koagulantu, zatímco v případě dokumentu WO 96/07 615 se používá iontoměničové pryskyřice, sloužící jako flokulant a koagulant, aniž by se používala filtrace.

Polymerní koagulační a flokulační prostředky rozpustné ve vodě se dosud v jednotkách membránových biologických reaktorů nepoužívaly, neboť se obecně mělo za to, že nadbytečný polymer zanáší povrchy membrán, což způsobuje dramatické poklesy průtoku membránou.

Proto zde nastává potřeba vyvíjet zlepšené způsoby úpravy směsné tekutiny v jednotkách membránových biologických reaktorů pro zvýšení průtoku a snížení zanášení membrán.

Podstata vynálezu

Předmětem tohoto vynálezu je způsob úpravy směsné tekutiny v membránovém biologickém reaktoru, jehož podstata spočívá v tom, že se ke směsné tekutině přidává účinné koagulační a flokulační množství alespoň jednoho ve vodě rozpustného kationtového, amfotemího nebo zwitteriontového polymeru nebo jejich kombinace.

-2CZ 306420 B6

Výhodné provedení tohoto vynálezu spočívá v tom, že tyto ve vodě rozpustné kationtové, amfotemí či zwitteriontové polymery mají molekulovou hmotnost od 2000 do 10 000 000 daltonů.

Jiné výhodné provedení tohoto vynálezu spočívá v tom, že tento kationtový polymer je kopolymerem akrylamidu a jednoho či více kationtových monomerů zvolených z případů diallyldimethylamonium-chlorid, kvartémí sůl dimethylaminoethylakrylát-methylchlorid, kvartémí sůl dimethylaminoethylmethakrylát-methylchlorid a kvartémí sůl dimethylaminoethylakrylátbenzylchlorid. Je obzvláště výhodné, pokud tento kationtový polymer má kationtový náboj v množství alespoň 5 % molámích. Je také obzvláště výhodné, pokud tímto kationtovým polymerem je kopolymer diallyldimethylamonium-chlorid/akrylamid.

Jiné výhodné provedení tohoto vynálezu spočívá v tom, že se tento amfotemí polymer volí z případů kopolymer kvartémí sůl dimethylaminoethylakrylát-methylchlorid/akrylová kyselina, kopolymer diallyldimethylamonium-chlorid/akrylová kyselina, kopolymer dimethylaminoethylakrylát-methylchlorid/N,N-dimethyl-N-methakrylamidopropyl-N-(3-sulfopropyl)amoniumbetain, kopolymer akrylová kyselina/N,N-dimethyl-N-methakrylamidopropyl-N-(3-sulfopropyljamonium-betain a terpolymer DMAEA.MCQ/akrylová kyselina/-N,N-dimethyl-Nmethakrylamidopropyl-N-(3-sulfopropyl)amonium-betain. Je obzvláště výhodné, pokud tento amfotemí polymer má molekulovou hmotnost od 5000 do 2 000 000 daltonů. Je také obzvláště výhodné, pokud tento amfotemí polymer má kationtový náboj odpovídající ekvivalentnímu poměru aniontového náboje od 0,2:9,8 do 9,8:0,2. Dále je také obzvláště výhodné, pokud tento kationtový polymer má kationtový náboj v množství, které odpovídá 100 % molámím a zvláště pokud tento kationtový polymer má molekulovou hmotnost od 2000 do 500 000 daltonů. Dále je také obzvláště výhodné, pokud se tento ve vodě rozpustný kationtový polymer volí z případů polydiallyldimethyl-amonium-chlorid, polyethylenimin, polyepiamin, polyepiamin síťovaný amoniakem nebo ethylendiaminem, kondenzační polymer ethylendichloridu a amoniaku, kondenzační polymer triethanolaminu a mastné kyseliny lojového oleje, poly(dimethylaminoethylmetakrylát-sulfát) a poly(kvartérní sůl dimethylaminoethylakrylát-methylchlorid).

Další provedení tohoto vynálezu spočívá v tom, že se tento ve vodě rozpustný zwitteriontový polymer skládá z 1 až 99 % molámích N,N-dimethyl-N-methakrylamidopropyl-N-(3-sulfopropyljamonium-betainu a z 99 až 1 % molámího jednoho či více neiontových monomerů. Výhodné provedení tohoto vynálezu spočívá v tom, že tímto neiontovým monomerem je akrylamid.

Dalším předmětem tohoto vynálezu je způsob klarifikace odpadní vody v membránovém biologickém reaktoru, kde mikroorganismy spotřebovávají organickou látku v odpadní vodě s tvorbou směsné tekutiny obsahující vodu, mikroorganismy a rozpuštěné a suspendované tuhé látky, jehož podstata spočívá v tom, že zahrnuje kroky (i) přidání ke směsné tekutině efektivního koagulačního a flokulačního množství alespoň jednoho kationtového amfotemího či zwitteriontového polymeru nebo jejich směsi s vytvořením směsi obsahující vodu, mikroorganismy a koagulované a flokulované tuhé látky a (ii) oddělení klarifikované vody od mikroorganismů a koagulovaných a flokulovaných tuhých látek filtrací membránou.

Ještě dalším předmětem tohoto vynálezu je způsob zabránění zanášení filtrační membrány v membránovém biologickém reaktoru, kde mikroorganismy spotřebovávají organickou látku ve směsné tekutině odpadní vody obsahující vodu, mikroorganismy a rozpuštěné koloidní a suspendované tuhé látky, a kde se klarifikovaná voda odděluje od směsné tekutiny filtrací filtrační membránou, jehož podstata spočívá v tom, že se ke směsné tekutině přidává množství alespoň jednoho kationtového, amfoterního či zwitteriontového polymeru nebo jejich kombinace, které je dostatečné k zabraňování zanášení membrány.

-3 CZ 306420 B6

Ještě dalším předmětem tohoto vynálezu je způsob zabránění zanášení filtrační membrány v membránovém biologickém reaktoru, kde mikroorganismy spotřebovávají organickou látku ve směsné tekutině odpadní vody obsahující vodu, mikroorganismy a rozpuštěné koloidní a suspendované tuhé látky a kde se klarifikovaná voda odděluje od směsné tekutiny filtrací filtrační membránou, jehož podstata spočívá v tom, že se ke směsné tekutině přidává účinné množství alespoň jednoho kationtového, amfotemího či zwitteriontového polymeru nebo jejich kombinace zvyšující průtok.

Ještě dalším předmětem tohoto vynálezu je způsob snižování tvorby kalu v membránovém biologickém reaktoru, kde mikroorganismy spotřebovávají organickou látku v odpadní vodě s vytvořením směsné tekutiny obsahující vodu, mikroorganismy a kal obsahující koloidní a suspendované látky a kde se klarifikovaná voda odděluje ze směsné tekutiny filtrací membránou, jehož podstata spočívá v tom,

1) že se ke směsné tekutině přidává účinné koagulační a flokulační množství alespoň jednoho kationtového, amfotemího či zwitteriontového polymeru nebo jejich kombinace a

2) že se zvyšuje koncentrace mikroorganismů ve směsné tekutině.

2) že se prodlužuje doba, po kterou mikroorganismy setrvávají ve styku s odpadní vodou.

Z výše uvedeného je zřejmé, že původci tohoto vynálezu zjistili, že při použití určitých kationtových, amfotemích a zwitteriontových polymerů rozpustných ve vodě v membránových biologických reaktorech pro koagulaci a flokulaci biomasy ve směsné tekutině a pro vysrážení rozpustného biopolymeru se podstatně snižuje zanášení membrány a to může vést ke vzrůstu průtoku membránou až o 500 % v podstatě bez zanechání nadměrného množství polymeru ve zpracovávané vodě při účinné dávce. Tento vzrůst průtoku membránou umožňuje použití menších systémů se současným snížením kapitálových nákladů nebo alternativně zvyšuje objemový průtok odpadní vody z existujícího systému s odpovídajícím snížením provozních nákladů.

V souladu s tím, jako první aspekt tento vynález poskytuje způsob úpravy směsné tekutiny v membránovém biologickém reaktoru, který zahrnuje přidávání k této směsné tekutině účinného koagulujícího a flokulujícího množství jednoho či více ve vodě rozpustných kationtových, amfotemích nebo zwitteriontových polymerů nebo jejich kombinace.

V dalším aspektu tento vynález poskytuje způsob klarifikace vody v membránovém biologickém reaktoru, ve kterém mikroorganismy spotřebovávají organickou látku v odpadní vodě s vytvoře ním směsné tekutiny obsahující vodu, mikroorganismy a rozpuštěné a suspendované tuhé látky, který zahrnuje (i) přidání k této směsné tekutině účinného koagulujícího a flokulujícího množství jednoho či více kationtových, amfotemích nebo zwitteriontových polymerů nebo jejich směsi s obdržením směsi, která obsahuje vodu, mikroorganismy a koagulované a flokulované tuhé látky a (ii) oddělení klarifikované vody od mikroorganismů a koagulovaných a flokulovaných tuhých látek filtrací membránou.

V dalším aspektu tento vynález poskytuje způsob zabránění (prevence) zanášení filtrační membrány v membránovém biologickém reaktoru, při kterém mikroorganismy spotřebovávají organickou látku v odpadní vodě ve směsné tekutině obsahující vodu, mikroorganismy a rozpuštěné, koloidní a suspendované tuhé částice, a při kterém se klarifikovaná voda odděluje ze směsné tekutiny filtrací filtrační membránou, zahrnující přidávání ke směsné tekutině množství jednoho či více kationtových, amfotemích nebo zwitteriontových polymerů nebo jejich kombinace dostatečné pro zabránění (prevenci) zanášení membrány.

V dalším aspektu tento vynález poskytuje způsob zvyšování průtoku filtrační membránou v membránovém biologickém reaktoru, ve kterém mikroorganismy spotřebovávají organickou látku v odpadní vodě ve směsné tekutině obsahující vodu, mikroorganismy a rozpuštěné koloidní a suspendované tuhé látky a ve kterém se klarifikovaná voda odděluje od směsné tekutiny filtrací filtrační membránou, zahrnující přidávání ke směsné tekutině účinného množství zvyšujícího průtok jednoho či více kationtových, amfotemích nebo zwitteriontových polymerů nebo jejich kombinace.

V dalším aspektu tento vynález poskytuje způsob snižování tvorby kalu v membránovém biologickém reaktoru, ve kterém mikroorganismy spotřebovávají organickou látku v odpadní vodě s vytvořením směsné tekutiny obsahující vodu, mikroorganismy a kal obsahující rozpuštěné koloidní a suspendované tuhé látky a ve kterém se klarifikovaná voda odděluje od směsné tekutiny filtrací membránou, zahrnující

1) přidávání ke směsné tekutině účinného koagulujícího a flokulujícího množství jednoho či více kationtových, amfotemích či zwitteriontových polymerů nebo jejich kombinace a

2) zvyšování koncentrace mikroorganismů ve směsné tekutině.

V dalších aspektu tento vynález poskytuje způsob snižování tvorby kalu v membránovém biologickém reaktoru, ve kterém mikroorganismy spotřebovávají organickou látku v odpadní vodě s vytvořením směsné tekutiny obsahující vodu, mikroorganismy a kal obsahující rozpuštěné koloidní a suspendované tuhé látky a ve kterém se klarifikovaná voda odděluje od směsné tekutiny filtrací membránou, který zahrnuje

2) prodlužování časového období, po které mikroorganismy zůstávají ve styku s odpadní vodou.

Objasnění výkresů

Obrázek 1 je schematické znázornění typického systému membránového biologického reaktoru pro biologické zpracování odpadní vody, který se skládá z provzdušňovací nádoby 1, ponořeného

- 5 CZ 306420 B6 membránového modulu 2, sacího čerpadla 3, provzdušňovacích zařízeni 4 pro čištěni membrány, provzdušňovacích zařízeni 5 pro biologickou reakci a případného rozmělňovaěe kalu 6.

Obrázek 2 ukazuje křivky nárůstu kalu vypočítané současným řešením rovnic 1 a 2 uvedených níže. Parametry a konstanty použité v tomto výpočtu shrnují tabulky 1 a 2. Rychlost produkce kalu při dané hodnotě tuhých látek suspendovaných ve směsné tekutině (MLSS) (například 18 000 mg litr¹) se může obdržet ze směrnice tečny. „Nulová směrnice“ tedy znamená „netvoří se žádný kal“.

Na obrázku 2 směrnice tečny 1) klesá s vyšším hydraulickým retenčním časem (HRT) při konstantním MLSS a 2) klesá s vyšším obsahem MLSS při konstantním HRT. Pro první případ, kde MLSS je konstantní, například 14 000 mg/litr, se nebude vytvářet žádný přebytečný kal zvýšením HRT na 12 h. Pro druhý případ, ve kterém je HRT konstantní, například 10 h, se nebude tvořit žádný kal zvyšováním MLSS na 17 000 mg/litr.

Doba retence kalu (SRT) se vypočítá dělením celkového množství kalu v biologickém reaktoru (kg) rychlostí odstraňování kalu (kg/d). SRT tedy stoupá při menší tvorbě nadměrného kalu a nakonec se stává „nekonečnou“ za podmínek bez tvorby nadbytečného kalu.

V biologickém procesu zpracování odpadní vody mikroorganismy v biologickém reaktoru rostou se spotřebou organického substrátu obsaženého v odpadní vodě. Navíc mikroorganismy endogenně dýchají, čímž spotřebovávají samy sebe. Tyto jevy se popisují rovnicí (1), ve které se mikrobiologický růst vyjadřuje Monodovou rovnicí s odečtením endogenní respirace reprezentovanou kinetickou rovnicí prvního řádu (k_dx) na konci pravé strany rovnice.

dt K + S s θ

V této rovnici p_m je maximální specifická rychlost růstu (d^-1), Ks je konstanta polovičního nasycení (mg litr¹), kd je konstanta endogenního rozpadu (d ¹), S_e je koncentrace substrátu ve směsné tekutině (mg litr¹), x je MLSS (mg litr¹) a t je čas (d).

Když mikroorganismy rostou, většina substrátu (organické znečisťující složky v přítoku) se spotřebovává a určitý podíl odchází s odtokem. Tuto rovnováhu lze popsat rovnicí (2), ve které první člen na pravé straně vyjadřuje rovnováhu organické hmoty mezi přítokem a odtokem a druhý člen spotřebu substrátu mikroorganismy.

--- = -(S^ - SJ-------dt V y k_s + s (2)

Kde Q je průtok přitékající kapaliny (m³d ') a Y je koeficient výtěžku (kg MLSS kg CHSK¹), V je objem v reaktoru (m³) a S, je CHSK přitékající tekutiny (mg litr '). Veškeré konstanty a parametry použité v předcházejících výpočtech shrnují tabulky 1 a 2.

-6CZ 306420 B6

Tabulka 1

Hodnoty kinetických a stechiometrických parametrů použitých ve výpočtu

Parametr	Jednotka Hodnota
V K ²'³s Y³	d’¹ 0,028 mg litr’¹ 100 kg MLSS kg CHSK’¹ 0,5
β³	kg CHSK kg MLSS’¹ 1,2
μ ²'³~ m	d’¹ 3

Tabulka 2

Hodnoty prov	ozních parametrů použité ve výpočtu³
Parametr	Jednotka Hodnota
Q	m³ d’¹ 1 χ 10³
S (t=0) S_±	mg litr“¹ 30 mg litr’¹ 400
x(t=0)	mg litr’¹ 5000
* Grady	a kol. (1999)

'H. Nagaoka, S. Yamanishi a A. Miya, Modeling of biofouling by extracellular polymers in a membrane separation activated sludge system, Water Science and Technology, 38 (4-5), 497504(1998).

^ZM. Henze, C. P. L. Grady, W. Gujer, G. V. R. Marais a T. Matsuo, A general model for singlesludge wastewater treatment systems, Water Research, 21 (5), 505-515 (1987).

³C. P. L. Grady, G. T. Daigger a H. C. Lim, Biological Wastewater Treatment, str. 61-125, Marcel Dekker, NY, 1999.

Následuje podrobný popis vynálezu.

Definice pojmů

Následující zkratky a pojmy, jak se zde používají, mají následující významy:

AcAm je akrylamid, DMAEA.BCQ je kvartémí sůl dimethylaminoethylakrylát-benzylchlorid, DMAEA.MCQ je kvartémí sůl dimethylaminoethylakrylát-methylchlorid, Epi-DMA je epichlorhydrindimethylamin, DADMAC je diallyldimethylamonium-chlorid, pDADMAC je poly(diallyldimethylamonium-chlorid) a PE1 je polyethylenimin.

-7 CZ 306420 B6 „Amfotemí polymer“ znamená polymer odvozený od kationtových monomerů i aniontových monomerů a případně dalšího neiontového monomeru (dalších neiontových monomerů). Amfotemí polymery mohou mít výsledný kladný či záporný elektrický náboj. Reprezentativní amfotemí polymery zahrnují kopolymer akrylová kyselina/DMAEA.MCQ, kopolymer DADMAC/akrylová kyselina, terpolymer DADMAC/akrylová kyselina/akrylamid a podobně.

Amfotemí polymer se též může odvodit od zwitteriontových monomerů a kationtových nebo aniontových monomerů a případně neiontových monomerů. Reprezentativní amfotemí polymery obsahující zwitteriontové monomery zahrnují kopolymer DMAEA.MCQ/N,N-dimethyl-Nmethakrylamidopropyl-N-(3-sulfopropyl)amonium-betain, kopolymer akrylová kysel ina/N,Ndimethyl-N-methakrylamidopropyl-N-(3-sulfopropyl)amonium-betain, terpolymer

DMAEA.MCQ/akrylová kyselina/N,N-dimethyl-N-methakrylamidopropyl-N-(3-sulfopropyl)amonium-betain a podobně.

„Aniontový monomer“ znamená monomer, jak se zde definuje, který má nad určité rozmezí pH záporný elektrický náboj. Příslušné aniontové monomery zahrnují akrylovou kyselinu a její soli včetně, avšak bez omezení, akrylátu sodného a akrylátu amonného, methakrylovou kyselinu a její soli včetně, avšak bez omezení, methakrylátu sodného a methakrylátu amonného, 2-akrylamido2-methylpropansulfonovou kyselinu (AMPS), sodnou sůl AMPS, natrium-vinylsulfonát, styrensulfonát, kyselinu maleinovou a její soli, včetně, avšak bez omezení, sodné soli a amonné soli, sulfonát, itakonát, sulfopropylakrylát nebo methakrylát nebo další ve vodě rozpustné formy těchto či dalších polymerizovatelných karboxylových či sulfonových kyselin, sulfomethylovaný akiylamid, allylsulfonát, natrium-vinylsulfonát, itakonovou kyselinu, akrylamidomethylbutanovou kyselinu, fumarovou kyselinu, vinylfosfonovou kyselinu, vinylsulfonovou kyselinu, allylfosfonovou kyselinu, sulfomethylovaný akrylamid, fosfonomethylovaný akrylamid a podobně.

„Kationtový polymer“ znamená polymer mající celkový kladný elektrický náboj. Kationtové polymery podle tohoto vynálezu zahrnují polymery sestavené zcela z kationtových monomerů a polymery sestavené z kationtových a neiontových monomerů. Kationtové polymery též zahrnují kondenzační polymery epichlorhydrinu a dialkylmonoaminu nebo polyaminu a kondenzační polymery ethylendichloridu a amoniaku nebo formaldehydu a aminové soli. Kationtové polymery podle tohoto vynálezu zahrnují polymery v roztoku, emulzní polymery, disperzní polymery a strukturně modifikované polymery, jak se popisuje v PCT US01/10867.

„Kationtový monomer“ znamená monomer, který má celkový kladný elektrický náboj. Reprezentativní kationtové monomery zahrnují dialkylaminoalkylakryláty a methakryláty a jejich kvartémí či kyselé soli včetně, avšak bez omezení, kvartémí soli dimethylaminoethylakrylátmethylchloridu, kvartémí soli dimethylaminoethylakrylátmethylsulfátu, kvartémí soli dimethylaminoethylakrylát-benzylchloridu, dimethylaminoethylakrylát-sulfátu, dimethylaminoethylakryláthydrochloridu, kvartémí soli dimethylaminoethyl-methakrylátmethylchloridu, kvartémí soli dimethylamino-ethylmethakrylátmethylsulfátu, kvartémí soli dimethylaminoethylmethakrylát-benzylchloridu, dimethylaminoethyl-methakrylátsulfátu, dimethylaminoethylmethakrylát-hydrochloridu, dialkylaminoalkylakrylamidů nebo methakrylamidů a jejich kvartémích solí nebo kyselých solí, jako je akrylamidopropyltrimethylamonium-chlorid, kvartémí soli dimethylaminopropylakrylamid-methylsulfátu, dimethylaminopropylakrylamid-sulfátu, dimethylaminopropylakrylamid-hydrochloridu, methakrylamidopropyltrimethylamoniumchloridu, kvartémí soli dimethylaminopropylmethakryl-amidmethylsulfátu, dimethylaminopropylmethakrylamid-sulfátu, dimethylaminopropylmethakrylamid-hydrochloridu, diethylaminoethylakrylátu, diethylaminoethylmethakrylátu, diallyldiethylamoniumchloridu a diallyldimethylamoniumchloridu. Alkylové skupiny jsou obecně C| ₄ alkylové skupiny.

„Úprava“ znamená vysrážení rozpustného biopolymeru a koagulaci a flokulaci částicové či koloidní organické látky ve směsné tekutině s vytvořením větších agregátů částic s výsledným vzrůstem průtoku filtrační membránou biologického reaktoru a snížením zanášení membrány.

-8CZ 306420 B6 „Hydraulický retenční čas“ (HRT) znamená dobu, po kterou odpadní voda setrvává v biologickém reaktoru. Obdrží se dělením celkového objemu biologického reaktoru průtokem přitékající kapaliny.

„Směsná tekutina“ nebo „kal“ znamená směs odpadní vody, mikroorganismů používaných pro rozklad organických látek v odpadní vodě, materiálu obsahujícího organické látky odvozeného od buněčných složek, buněčné vedlejší produkty a/nebo odpadní produkty nebo zbytky po rozpadu buněk. Směsná tekutina může též obsahovat koloidní a částicové látky (například biomasa/biologické tuhé látky) a/nebo rozpustné molekuly nebo biopolymery (to jest polysacharidy, proteiny atd.).

„Tuhé látky suspendované ve směsné tekutině“ (MLSS) znamenají koncentraci biomasy, která zpracovává organický materiál ve směsné tekutině.

„Monomer“ znamená polymerizovatelnou allylovou, vinylovou nebo akrylovou sloučeninu. Monomer může být an iontový, kationtový nebo neiontový. Preferují se vinylové monomery, více se preferují akrylové monomery.

„Neiontový monomer“ znamená monomer, který je elektricky neutrální. Reprezentativní neiontové monomery zahrnují akrylamid, methakrylamid, N-methylakrylamid, N,N-dimethyl(meth)akrylamid, N,N-diethyl(meth)akrylamid, N-isopropyl(meth)akrylamid, N-terc.butyl(meth)akrylamid, N-(2-hydroxypropyl)methakrylamid, N-methylolakrylamid, N-vinylformamid, N-vinylacetamid, N-vinyl-N-methylacetamid, poly(ethylenglykol)(meth)akrylát, poly(ethylenglykol)monomethylethermono(meth)akrylát, N-vinyl-2-pyrrolidon, glycerolmono((meth)akrylát), 2hydroxyethyl(meth)akrylát, 2-hydroxypropyl(meth)akrylát, vinylmethylsulfon, vinylacetát, glycidyl(meth)akrylát a podobně.

„Bránění“ zahrnuje jak bránění tak inhibici.

„Kalový retenční čas“ (SRT) znamená dobu, po kterou mikroorganismy, které zhruba představují kal, setrvávají uvnitř biologického reaktoru. SRT se vypočítá dělením celkového množství kalu v biologickém reaktoru rychlostí odstraňování kalu.

„Zwitteriontový monomer“ znamená polymerizovatelnou molekulu obsahující kationtovou aaniontovou (elektricky na bitou) funkční skupinu ve stejném poměru, takže molekula je výsledně celkově neutrální. Reprezentativní zwitteriontové monomery zahrnují N,N-dimethylN-akryloyloxyethyl-N-(3-sulfopropyl)amonium-betam, N,N-dimethyl-N-akrylamido-propylN-(2-karboxymethyl)amonium-betain, N,N-dimethyl-N—akiylamidopropyl-N-(3-sulfopropyl)amoníum-betain, N,N-dimethyl-N-methakrylamidopropyl-N-(3-sulfopropyl)amoniumbetain (DMMAPSB), N,N-dimethyi-N-akrylamidopropyl-N-(2-karboxymethyl)amoniumbetain, 2-(methylthio)ethylmethakryloyl-S-(sulfopropyl)sulfonium-betain, 2-[(2-akryloylethyl)dimethylamonio]ethyl(2-methylfosfonát), 2-(akryloyloxyethyl)-2'-(trimethylamonium)ethylfosfát, [(2-akryloylethyl)dimethylamonio]methylfosfonovou kyselinu, 2-methakryloyloxyethylfosforylcholin (MPC), 2-[(3-akryl-amidopropyl)dimethylamonio]ethyl-2'-isopropylfosfát (AAPI), l-vinyl-3-(3-sulfopropyl)imidazoliumhydroxid, (2-akryloxyethyl)karboxymethylmethylsulfonium-chlorid, l-(3-sulfopropyl)-2-vinylpyridium-betain, N-(4-sulfobutyl)~ N-methyl-N,N-diallylaminamonium-betain (MDABS), N,N-diallyl-N-methyl-N-(2-sulfoethyl)amonium-betain a podobně. Preferovaný zwitteriontový monomer je N,N-dimethyl-Nmethakrylamido-propyl-N-(3-sulfopropyl)amonium-betain.

„Zwitteriontový polymer“ znamená polymer složený z zwitteriontových monomerů a případně dalšího neiontového monomeru (dalších neiontových monomerů). Reprezentativní zwitteriontové polymery zahrnují homopolymery, jako je homopolymer N,N-dimethyl-N-(2-akryloyloxyethyl)—N—(3—sulfopropyl)amonium—betainu, kopolymery, jako je kopolymer akrylamidu a N,N— dimethyl-N-(2-akryloyloxyethyl)-N-(3-sulfopropyl)amonium-betainu a terpolymery, jako je

-9CZ 306420 B6 terpolymer akrylamidu, N-vinyl-2-pyrrolidonu a l-(3-sulfopropyl)-2-vinylpyridinium-betainu. Ve zwitteriontových polymerech jsou všechny polymemí řetězce a úseky v rámci těchto řetězců přísně elektricky neutrální. Zwitteriontové polymery proto představují podsoubor amfoterních polymerů, které nezbytně zachovávají neutralitu náboje po celé délce polymerových řetězců a segmentů, jelikož aniontový náboj a kationtový náboj jsou zavedené v rámci téhož zwitteriontového monomeru.

„Redukovaná specifická viskozita“ (RSV) je ukazatelem délky řetězce polymeru a střední molekulové hmotnosti. RSV se měří při dané koncentraci polymeru a teplotě a vypočítává se následujícím způsobem

[(-)-!]

RSV -----c kde η = viskozita polymemího řetězce, η₀ = viskozita rozpouštědla při téže teplotě a c = koncentrace polymeru v roztoku.

Jednotky koncentrace „c“, jak se zde používají, jsou g/l00 ml nebo g/dl).

Jednotky RSV jsou tedy dl/g. RSV se měří při teplotě 30 °C. Viskozity η a η₀ se měří s použitím Cannonova-Ubbelohdeho semimikrodilučního viskozimetru, velikost 75. Viskozimetr se připevňuje do dokonale svislé polohy v lázni o konstantní teplotě nastavené na 30 ± 0,02 °C. Chyba, která je vlastní výpočtu RSV je zhruba 2 dl/g. Podobné hodnoty RSV změřené pro dva lineární polymery identického či velice podobného složení ukazují na to, že tyto polymery mají podobné molekulové hmotnosti s podmínkou, že se vzorky polymeru zpracovávají stejným způsobem a že se hodnoty RSV měří za identických podmínek.

IV znamená vnitřní viskozitu, což je RSV při mezním či nekonečném zředění polymeru zředění (to jest koncentrace polymeru rovná nule). IV, jak se zde používá, se obdrží z úseku na ose y vynesení RSV proti koncentraci polymeru v rozmezí 0,015 až 0,045 hmotnostních % polymeru.

Preferovaná ztělesnění

Ve vodě rozpustné kationtové, amfotemí nebo zwitteriontové polymery podle tohoto vynálezu se přidávají do jednotky membránového biologického reaktoru pro podporu zabudování koloidních částic, jako jsou buněčné fragmenty a jednotlivé bakterie, do struktur agregátů či vloček a/nebo pro zvýšení poréznosti vrstvy koláče. Polymery rozpustné ve vodě mohou být polymery v roztoku, latexové polymery, suché polymery nebo disperzní polymery.

„Latexový polymer“ znamená invertibilní polymerovou emulzi typu voda v oleji obsahující kationtový, amfotemí nebo zwitteriontový polymer podle tohoto vynálezu ve vodné fázi, uhlovodíkový olej pro olejovou fázi, emulgační prostředek pro systém voda v oleji a případně povrchově aktivní látku pro inverzi. Inverzní emulzní polymery mají spojitou uhlovodíkovou fázi s polymery rozpustnými ve vodě, které jsou dispergované jako částice mikrometrového rozměru v uhlovodíkové matrici. Latexové polymery se poté podrobí „inverzi“ nebo aktivují pro použití vypuštěním polymeru z částic působením smykové síly, zředění a obecně další povrchové látky, která může a nemusí být složkou této inverzní emulze.

Příprava polymerů v emulzi typu voda v oleji se popisuje například v patentech US 2 982 749, US 3 284 393 a US 3 734 873. Viz též Hunkeler a kol., „Mechanism, Kinetics and Modeling of the Inverse-Microsuspension Homopolymerization of Acrylamide“, Polymer, 30(1), 127-142 (1989) a Hunkeler a koi., „Mechanism, Kinetics and Modeling of Inverse-Microsuspension

- 10CZ 306420 B6

Polymerization: 2. Copolymerization of Acrylamide with Quaternary Ammonium Cationic Monomers“, Polymer, 32(14), 2626-2640 (1991).

Latexové polymery se připravují rozpuštěním požadovaných monomerů ve vodné fázi, rozpuštěním emulgačního prostředku (emulgačních prostředků) v olejové fázi, emulgací vodné fáze v olejové fázi pro přípravu emulze voda v oleji, v některých případech, homogenizací emulze typu voda v oleji, polymerizací monomerů rozpuštěných ve vodné fázi emulze typu voda v oleji pro obdržení polymeru jako emulze typu voda v oleji. V případě požadavku lze po dokončení polymerizace přidat samoinvertující povrchově aktivní látku pro obdržení samoinvertující emulze typu voda v oleji.

„Disperzní polymer“ znamená polymer rozpuštěný ve vodě dispergovaný ve vodné spojité fázi obsahující jednu či více anorganických/organických solí. Reprezentativními případy polymerů připravených disperzní polymeraci ve vodě rozpustných monomerů ve vodné spojité fázi se popisují například v patentech US 4 929 655, US 5 006 590, US 5 597 859 a US 5 597 858, v evropském patentu 657 478 a 630 909 a v PCT/US01/09060.

Obecný způsob přípravy disperzních polymerů je následující. Typy a množství specifických složek ve vzorci (například solí a stabilizačních polymerů) se budou měnit v závislosti na daném polymeru, který se připravuje.

Vodný roztok obsahující jednu či více anorganických solí nebo jeden či více monomerů a jakékoliv další ve vodě rozpustné monomery, jakékoliv polymerizační přísady, jako jsou chelatotvorné prostředky, pufry pro úpravu pH, prostředky pro přenos řetězce, větvící či síťující prostředky a jeden či více stabilizačních polymerů rozpustných ve vodě se dodává do reaktoru vybaveného míchacím zařízením, termočlánkem, trubicí na promývání proudem dusíku a zařízením na kondenzaci vody.

Monomem í roztok se energicky míchá, zahřívá se na požadovanou teplotu a poté se přidá iniciátor rozpustný ve vodě. Roztok se promývá proudem dusíku při udržování teploty a míchání po dobu několika h. Po této době se produkty ochladí na teplotu místnosti a veškeré post-polymerizační přísady se přidají do reaktoru. Disperze polymerů rozpustných ve vodě se spojitou vodnou fází jsou volně proudící kapaliny s viskozitami produktu obecně 100 až 10000 cP (10⁴ až 10⁶ Pa.s) měřenými při nízké smykové síle.

„Polymer v roztoku“ znamená polymer rozpustný ve vodě ve spojitém vodném roztoku.

Při polymerizačním procesu v roztoku se přidává jeden či více monomerů do nádoby s následnou neutralizací vhodnou bází. Poté se do reakční nádoby přidá voda, která se poté zahřívá a promývá dusíkem. Lze též přidat polymerizační katalyzátory do nádoby na počátku nebo je dodávat postupně v průběhu reakce. Iniciátory polymerizace ve vodném roztoku, jako jsou jakékoliv azo nebo redox iniciátory nebo jejich kombinace, se přidávají spolu s monomemím roztokem do reakční směsi v oddělených dodávkách v průběhu stejného času. Zahřívání nebo chlazení lze použít pro nezbytnou kontrolu reakční rychlosti. Další iniciátor lze použít po dokončení přidávání pro snížení hladin zbytkového monomeru.

„Suchý polymer“ znamená polymer připravený gelovou polymerizací. Při způsobu gelové polymerizace se vodný roztok monomerů rozpustných ve vodě, obecně o koncentraci 20 až 60 hmotnostních %, spolu s jakýmikoliv polymerizačními či procesními aditivy, jako jsou prostředky pro přenos řetězce, chelatotvomé prostředky, pufry pro úpravu pH nebo povrchově aktivní látky, umístí do izolované reakční nádoby vybavené trubicí pro promývání proudem dusíku. Přidá se iniciátor polymerizace, roztok se promývá proudem dusíku a teplota reakční směsi se ponechá bez kontroly vzrůstat. Když se polymerizovaná hmota ochladí, odstraní se výsledný gel z reaktoru, rozřeže, vysuší a rozemele na požadovanou velikost částic.

- 11 CZ 306420 B6

V jednom preferovaném aspektu tohoto vynálezu mají ve vodě rozpustné kationtové, amfotemí či zwitteriontové polymery molekulovou hmotnost od zhruba 2000 do zhruba 10 000 000 daltonů.

V dalším preferovaném aspektu je kationtový polymer kopolymerem akrylamidu a jednoho či více kationtových monomerů zvolených z případů diallyldimethylamonium-chlorid, kvartémí sůl dimethylaminoethylakrylát-(methyl)chlorid, kvartémí sůl dimethylaminoethylmethakrylát(methyl)chlorid a kvartémí sůl dimethylaminoethylakrylát-benzylchlorid.

V dalším preferovaném aspektu má kationtový polymer kationtový náboj v množství alespoň 5 molámích %.

V dalším preferovaném aspektu je kationtovým polymerem kopolymer diallyldimethylamoniumchlorid/akrylamid.

V dalším preferovaném aspektu se amfotemí polymer volí z případů kopolymer kvartémí sůl dimethylaminoethylakrylát-methylchlorid/akrylová kyselina, kopolymer diallyldimethylamonium-chlorid/akrylová kyselina, kopolymer dimethylaminoethylakrylát-methylchlorid/N,Ndimethyl-N-methakrylamidopropyl-N-(3-sulfopropyl)amonium-betain, kopolymer akrylová kyselina/N,N-dimethyl-N-methakrylamido-propyl-N-(3-sulfopropyl)amonium-betain a terpolymer DMAEA.MCQ/akrylová kyselina/N,N-dimethyl-N-methakrylamido-propyl-N-(3-sulfopropyljamonium-betain.

V dalším preferovaném aspektu má amfotemí polymer molekulovou hmotnost zhruba 5000 až zhruba 2 000 000 daltonů.

V dalším preferovaném aspektu má amfotemí polymer kationtový náboj ekvivalentní ekvivalentnímu poměru aniontového náboje zhruba 0,2:9,8 až zhruba 9,8:0,2.

V dalším preferovaném aspektu má kationtový polymer kationtový náboj 100 molámích %.

V dalším preferovaném aspektu má kationtový polymer molekulovou hmotnost zhruba 2000 až zhruba 500 000 daltonů.

V dalším preferovaném aspektu se kationtový polymer volí z případů zahrnujících polydiallyldimethylamonium-chlorid, polyethylenimin, polyepiamin, polyepiamin síťovaný amoniakem nebo ethylendiaminem, kondenzační polymer ethylendichloridu a amoniaku, kondenzační polymer triethanolaminu a mastné kyseliny z loje, poly(dimethylaminoethylmethakrylát-sulfát) a kvartémí sůl poly(dimethylaminoethylakrylát-methylchlorid).

V dalším preferovaném aspektu obsahuje zwitteriontový polymer rozpustný ve vodě zhruba 1 až zhruba 99 molámích % N,N-dimethyl-N-methakrylamidopropyl-N-(3-sulfopropyl)amoniumbetainu a zhruba 99 až zhruba 1 molámí % jednoho či více neiontových monomerů.

V dalším preferovaném aspektu je neiontovým monomerem akrylamid.

Jednotka membránového biologického reaktoru kombinuje dva základní procesy, biologickou degradaci a membránovou separaci, do jednoho procesu, ve kterém se suspendované tuhé látky a mikroorganismy odpovědné za biodegradaci oddělují od zpracovávané vody membránovou filtrační jednotkou. Viz Water Treatment Membráně Processes, McGraw-Hill, 1996, s. 17.2. Celková biomasa je uzavřená uvnitř systému, což zajišťuje možnost kontroly času setrvání pro mikroorganismy v reaktoru (stáří kalu) i dezinfekci odtékající kapaliny.

V obvyklé jednotce membránového biologického reaktoru se odpadní voda 7 čerpá nebo proudí působením vlastní tíhy do provzdušňovací nádoby 1, kde se přivádí do styku s biomasou, která biologicky degraduje organický materiál v odpadní vodě. Provzdušňovací zařízení, jako jsou

- 12CZ 306420 B6 dmychadla, poskytují pro biomasu kyslík. Výsledná směsná tekutina se čerpá z provzdušňovací nádoby do membránového modulu 2, kde se filtruje membránou pod tlakem nebo se prosává membránou při působení nízkého vakua. Odtékající tekutina 11 se vypouští ze systému a koncentrovaná směsná tekutina se vrací do biologického reaktoru. Nadměrné množství kalů 9 se čerpá mimo pro udržování konstantního stáří kalu a membrána se pravidelně čistí promýváním zpětným proudem, chemickým mytím nebo oběma způsoby.

Membrány používané v jednotce membránového biologického reaktoru zahrnují způsoby ultrafiltrace, mikrofiltrace a nanofiltrace, použití vnitřní a vnější povrchové vrstvy, dutých vláken, tubulámích a plochých organických, kovových, keramických elementů a podobně. Preferované membrány pro komerční aplikaci zahrnují dutá vlákna s vnější ultrafiltrační vrstvou, ploché vrstvy (naskládané) pro mikrofiltraci a dutá vlákna s vnější mikrofiltrační vrstvou.

Preferované membránové materiály zahrnují chlorovaný polyethylen (PVC), polyvinylidenfluorid (PVDF), polyakrylonitril (PAN), polysulfon (PSF), polyethersulfon (PES), polyvinylalkohol (PVA), acetát celulosy (CA), regenerovanou celulosu (EC), stejně tak jako anorganické látky.

K membránovému biologickému reaktoru lze připojit další zařízení pro rozmělňování kalu 6. Přebytečný kal 9 z provzdušňovací nádoby 1 se čerpá do rozmělňovacího zařízení k další degradaci. Zkapalněný kal 8 opouštějící rozmělňovací zařízení se recykluje zpět k bioreaktoru a použije se jako dodávaný materiál. Příklady zařízení pro rozmělňování kalu zahrnují ozonizaci, alkalické zpracování, tepelné zpracování, ultrazvuk a podobně. V tomto případu přispívá protoplasmatický materiál obsažený v rozmělněném kalu ke zvýšeným hladinám biopolymerů (to jest proteinů a polysacharidů) ve směsné tekutině. Tento přídavný biopolymer se odstraňuje zpracováním polymerů, které se zde popisuje.

Odpadní voda se může předběžně zpracovávat před vstupem do membránového biologického reaktoru. Například lze použít roštové mříže, štěrkové komory nebo rotační bubnová síta pro odstranění hrubých tuhých látek.

V průmyslových provozech, kde jsou v nezpracované odpadní vodě přítomny syntetické oleje, jako je tomu v rafineriích olejů, se provádí předběžné zpracování pro odstranění oleje v jednotkách, jako je separátor s nakloněnou deskou a jednotka pro indukovanou vzduchovou flotaci (IAF). Často se používá některý kationtový flokulační prostředek, jako je kopolymer DMAEM a AcAm v jednotce IAF pro zlepšení odstranění oleje. Nadbytečný fosfát se také někdy sráží v biologickém reaktoru přidáním kovových solí, jako je chlorid železitý, takže fosfát neprochází membránou do konečné odtékající tekutiny.

V závislosti na konečném použití vody a čistotě tekutiny procházející membránovým biologickým reaktorem se může odpadní voda též podrobit dodatečnému zpracování. Například pro zpětné získávání vody, při kterém se zpracovaná odpadní voda v konečném stupni vypouští zpět do některé vodonosné vrstvy využívané jako zdroj pitné vody, se může procházející tekutina dále zpracovávat reverzní osmózou (RO) pro snížení obsahu rozpuštěných minerálních látek. Má-li se voda recyklovat do procesu, potom mohou požadavky tohoto procesu vytvářet nezbytnost dalšího zpracování procházející tekutiny pro odstranění rezistentních organických látek, které se nepodařilo odstranit v membránovém biologickém reaktoru. V těchto případech lze použít způsoby, jako je nanofiltrace nebo adsorpce na aktivním uhlí. Konečně lze veškerou biologicky zpracovanou odpadní vodu dále dezinfikovat před vypuštěním do recipientního vodního toku, obecně přidáním chlornanu sodného, avšak tento způsob se nepožaduje při vypouštění do komunální kanalizace.

Jak se diskutuje výše, při způsobu použití membránového biologického reaktoru umožňuje úplné zadržení biomasy membránou udržovat v biologickém reaktoru vysoké hodnoty MLSS (bakteriální zátěže) v bioreaktoru a tyto vysoké hodnoty MLSS umožňují dosažení delších retenčních časů tuhých látek (SRT). Následkem toho rychlost tvorby kalu v membránovém biologickém

- 13 CZ 306420 B6 reaktoru, která je nepřímo úměrná retenčnímu času tuhých látek SRT se značně snižuje ve srovnání s konvenčním způsobem aktivovaného kalu na zhruba 0,3 kg kalu/kg BSK. Avšak výdaje na zpracování kalu v provozu s membránovým biologickým reaktorem jsou stále podle odhadu 30 až 40 % celkových výdajů.

Jak se diskutuje výše, lze tvorbu kalu značně snížit prostým zvýšením HRT (hydraulického retenčního času) nebo cílových hodnot MLSS (rozpuštěných tuhých látek ve směsné tekutině) bioreaktoru. Avšak tento způsob zrychluje zanášení membrány a v konečném důsledku zvyšuje „frekvenci čištění membrány“.

Ve skutečnosti vysoké hodnoty HRT a vysoké hodnoty MLSS způsobují vysoké hodnoty SRT (retenčního času tuhých látek). Za těchto podmínek mikroorganismy setrvávají v biologickém reaktoru po delší časové období a v průběhu tohoto času se některé staré mikroorganismy samovolně rozpadají. V průběhu tohoto procesu rozpadu se vytvářejí podstatná množství různých protoplasmatických materiálů, jako jsou polysacharidy, proteiny a tak dále. Tyto materiály se společně popisují jako „biopolymer“. Tento biopolymer je zde navíc k základnímu biopolymeru, tak zvanému extracelulámímu polymeru (ECP) vylučovanému mikroorganismy. Následkem toho vysoké hodnoty SRT (retenčního času tuhých látek) způsobují vysoké hladiny biopolymeru, který je hlavním faktorem způsobujícím zanášení membrány.

Proto se snižování kalu zvyšováním HRT (hydraulického retenčního času) a/nebo MLSS (suspendovaných tuhých látek ve směsné tekutině) omezuje zrychleným zanášením membrány biologickým polymerem. Vysoká hladina rozpustného biologického polymeru ve směsné tekutině se může snižovat použitím polymerů podle tohoto vynálezu, které reagují s biologickým polymerem a vedou k jeho koagulaci a flokulaci s vytvořením nerozpustné sraženiny ve formě větších částic.

V praxi lze v novém zařízení s membránovým biologickým reaktorem snižovat tvorbu kalu o zhruba 50 až 90 %, neboť použití polymerů, které se zde popisují, umožňují zvyšování HRT (hydraulického retenčního času) na zhruba 10 až 15 h bez zvýšení MLSS (suspendovaných tuhých látek ve směsné tekutině).

V případu daného zařízení s konstantním HRT (hydraulickým retenčním časem) lze snížit tvorbu kalu o zhruba 30 až 50 %, neboť použití polymerů, které se zde popisují, umožňuje zvýšení MLSS (suspendovaných tuhých látek ve směsné tekutině) o zhruba 2 až 2,5 %.

Kationtové, amfotemí nebo zwitteriontové polymery se zavádějí do provzdušňovacího bazénu/biologického reaktoru různými způsoby, například dávkováním do dodávacího potrubí odpadní vody před biologickým reaktorem nebo dávkováním přímo do biologického reaktoru.

Ve všech případech je třeba polymer důkladně promísit se směsnou tekutinou v bioreaktoru pro dosažení maximální adsorpce. To lze uskutečnit dodávkou polymeru do oblasti biologického reaktoru, ve které je provzdušňovací tryska. Je třeba se vyhnout tak zvaným „mrtvým“ zónám v bioreaktoru, ve kterých je nízké proudění nebo není žádné proudění. V některých případech je třeba použít ponořené vrtulové míchadlo pro zvýšení míchání v bazénu nebo lze recirkulovat kal boční smyčkou.

Polymery v roztoku lze dávkovat pomocí chemického odměřovacího čerpadla, jako je LMI Model 121 od Milton Roy (Acton, MA).

Doporučené dávkování polymeru vztažené na směsnou tekutinu v biologickém reaktoru je zhruba 1 až 200 ppm na aktivní bázi, při MLSS (obsahu tuhých suspendovaných látek ve směsné tekutině) zhruba 1 až 2 %. Pokud je MLSS nižší než 1 %, lze použít úměrně nižší dávkování. Polymer lze periodicky čerpat přímo do směsné tekutiny biologického reaktoru nebo do dodávacího potrubí odpadní vody. Polymer se může čerpat přerušovaně („nárazové dodávání“) nebo

- 14CZ 306420 B6 spojitě do odpadní vody. Pokud se polymer dodává do dodávky odpadní vody nepřetržitě, potom bude dávkování zřetelně nižší, zhruba 0,25 až zhruba 10 ppm.

Předávkování polymeru může vést ke snížení biologické aktivity a odstraňování organických látek v biologickém reaktoru. Z tohoto důvodu je na počátku třeba používat nízké dávky polymeru: například zhruba 25 až zhruba 100 ppm ve směsné tekutině. Další polymer lze poté dodávat pro zvýšení průtoku při udržování biologické aktivity. TOC (celkový obsah organického uhlíku) v procházející tekutině, CHSK (chemická spotřeba kyslíku) nebo BSK (biologická spotřeba kyslíku) se může monitorovat pro určení biologické aktivity.

Alternativně lze provádět se vzorky směsné tekutiny zkoušku ve skleněných nádobách. S použitím čtyřpádlového míchadla se do nádob na vzorky postupně dávkují vyšší množství polymeru a jedna nádoba zůstává bez ošetření. Po míchání se vzorky ponechají usadit po dobu několika h, takže tuhé látky mohou sedimentovat ke dnu nádobky. Zákal vody nad usazenými tuhými látkami (v supematantu) se měří pro zjištění účinnosti dávkování polymeru. Lze použít turbidimetr od Hach Company (Loveland, Co). Dávkování, které poskytuje nižší zákal v nádobce než v neošetřeném vzorku, obvykle zvyšuje průtok v membránovém biologickém reaktoru.

V případu předávkování polymeru je třeba dávkování polymeru zastavit do návratu biologické aktivity k normálním hladinám. Může též nastat nutnost vypouštět z reaktoru více kalu, aby se napomohlo obnovení biologické aktivity. Může též napomoci přidáním bioargmentačních produktů obsahujících příslušné bakterie pro obnovení aktivity po předávkování polymeru.

Příklady uskutečnění vynálezu

Výše popsané skutečnosti lze lépe pochopit při odkazu na následující příklady, které se poskytují pro účely ilustrace a nazamýšlejí se tak, aby omezovaly obsah tohoto vynálezu.

Reprezentativní kationtové, amfotemí a zwitteriontové polymery podle tohoto vynálezu se uvádějí v tabulce 3. Polymery B a C jsou od Ciba (Tarrytown, NY), polymery M a N jsou od BASF (Mount Olive, NJ). Všechny ostatní polymery jsou od Ondeo Nalco Company, Naperville, IL.

Tabulka 3

Reprezentativní polymery

Polymer	Chemické složky	Mol. hm.	I .V. (RSV)	% akt. polymeru
A	Epi-DMA, síťovaný	amoniakem	0,18	50
B	Epi-DMA, síťovaný	EDA	0,3	50
C	Epi-DMA, síťovaný	EDA		45
D	Epi-DMA, lineární		0,1	50
E	PDADMAC		0,2	30
F	pDADMAC		1,0	18

- 15 CZ 306420 B6

G	polymer ethylendichlorid/amoniak	<15000		30
H	póly(dimethylaminoethylmethakrylát-sulfát)	100000		30-40
I	póly(kvartérní sůl triethanolamin-methylchlorid)	50000		100
J	póly(bis-hexamethylentri-	<500000		50
	amin), síťovaný EO na diethylenglykolu pokrytém epichlorhydrinem, dále síťovaný EP-hydrochloridem	<500000		80
K	kopolymer N,N-diallylcyklohexylamin/směs N-allylcyklohexylaminu a akry1amidu
L	kopolymer triethanolaminu a	<100000		50
	kvartérní soli methylchloridu
	mastné kyseliny z lojového oleje
M	polyethylenimin		0,32	20
N	polyethylenimin síťovaný EO		0,35	20
0	kopolymer DADMAC/akrylamid		1,2	20
P	kopolymer kvartérní sůl dimethylaminoethylakrylát-methylchlorid/akrylamid		16-24	30
Q	kopolymer, kvartérní sůl dimethylaminoethylakrylát- -methylchlorid/akrylová kyselina (molární poměr 70:30)			25
	kopolymer DADMAC/akrylová		1,2	20

kyselina (molární poměr 90:10)

S kopolymer DADMAC/akrylová (0,9) 35 kyselina (molární poměr 51:49)

- 16CZ 306420 B6

T kopolymer akrylamid/Ν,Ν-(20-dimethyl-N-methakrylamido-25) propyl-N-(3-sulfopropyl)amonium-betain (molární poměr 99:1)

U terpolymer akrylamid/N,N-di-(20methyl-N-methakrylamidopropyl-25)

-N-(3-sulfopropyl)amonium-betain/kvarterní sůl dimethylaminoethylakry1á t-methylchlorid (molární poměr 99,5:1:0,5)

Příklad 1

Vzorek aerobně zpracované směsné tekutiny ze středozápadní čistírny komunálních odpadních vod (celkový obsah tuhých látek TSS zhruba 10 až 1,5 %) se míchá s reprezentativním polymerem rozpustným ve vodě podle tohoto vynálezu s použitím lopatkového míchadla při frekvenci otáčení 110 min“¹ po dobu 5 min. Směs se poté umístí do míchané komory Amicon Model 8400 Stirred Cell (Millipore Corporation, Bedford, MA) a protlačuje se polyvinylidendifluoridovou membránou Durapore^R o nominálním rozměru póru 0,1 pm s efektivní plochou membrány 0,0039 m² (Millipore Corporation, Bedford, MA) při konstantním tlaku 179,4 kPa (26 psi). Průtok se stanoví vážením procházející kapaliny v určených časových intervalech na váhách zatěžovaných shora Mettler Toledo Model PG5002S. Hmotnost zaznamenává počítač v časových intervalech 2 nebo 6 s. Objem se vypočítá za předpokladu hustoty 1,00 g/ml a neprovádí se žádná oprava hustoty na teplotu. Průtok se vypočítá následujícím způsobem:

J = 913,7 delta W/delta t, kde J = průtok (litrů/m²/h), delta W = rozdíl mezi dvěma stanoveními hmotnosti (v g) a delta t = rozdíl mezi dvěma měřeními času (v s).

Výsledky ukazuje tabulka 4.

- 17CZ 306420 B6

Tabulka 4

Průtok membránou pro reprezentativní kationtové polymery ve směsné tekutině při tlaku 179,4 kPa (26 psi)

Polymer

Dávkování, akt. složky, ppm litrů/m²/h při 80 g

žádný	0	65
A	50	576
A	100	1296
A	150	2088
D	100	295
E	150	900
E	90	612
E	30	252
F	150	1836

Další testy se provádějí na směsné tekutině z téže městské čistírny. Ve všech testech se vzorky směsné tekutiny s polymerem a bez polymeru míchají při frekvenci otáčení 275 min“¹ po dobu 15 min před testováním v komoře Amicon. Tlak dodávaný na komoru je 103,5 kPa (15 psi). Výsledky ukazuje tabulka 5.

Tabulka 5

Průchod membránou pro reprezentativní kationtové polymery ve směsné tekutině při tlaku 103,5 kPa (15 psi)

Polymer

Dávkování, akt. složky, ppm litrů/m²/h při 80 g

žádný	0	57,6
A	100	410,4
I	100	358,9
H	100	359,3
L	100	181,4
K	100	57,24
G	100	284,4
N	100	286,9
M	100	1728
M	80	860,4
M	40	482,4

- 18CZ 306420 B6

M	20	162
žádný	0	(49)
A	100	(522)
P	100	(183)

Údaje v tabulkách 4 a 5 zřetelně ukazují významný vzrůst toku membránou při použití kationtových polymerů rozpustných ve vodě pro zpracování kalu. Zejména Epi-DMA síťovaný amo5 niakem vykazuje až 700% vzrůst průtoku a PEI vykazuje vzrůst zhruba 1500 %. Další kationtové polymery včetně lineárního Epi-DMA a pDADMAC rovněž vykazují vzrůst průtoku vzhledem ke kalu bez ošetření.

Příklad 2

Nadměrné množství přítomného rozpustného kationtového polymeru se měří přidáním různých množství reprezentativního kationtového polymeru Epi-DMA ke směsné tekutině ze středozápadní komunální čistírny odpadních vod při míchání směsi při frekvenci otáčení 110 min¹, cent15 rifugování při frekvenci otáčení 20000 min ¹ po dobu 25 min a následném měření zbytkového polymeru v odstředěné hmotě titrací koloidu 0,001 M roztokem draselné soli kyseliny polyvinylsírové (PVSK). Výsledky shrnuje tabulka 6.

Tabulka 6

Zbytkový polymer v odstředěné hmotě v ppm

Akt. polymer v kalu

Akt. polymer v odstř. hmotě

0	0
22,5	0
45	0
90	0
135	0
1350	4,5
1800	79,7
2250	211
4500	1650

--------------------------------------------------------------------Jak ukazuje tabulka 6, v odstředěné hmotě odpadní vody se nedetekuje žádný zbytkový polymer při dávkách polymeru, které poskytují podstatné vzrůsty průtoku membránou. Pro výskyt zbytkového polymeru v odstředěné hmotě je třeba dodat 30násobek optimálního množství. To je velice 30 důležitý objev, neboť je známo, že nadměrné množství polymeru zanáší membránové povrchy a tím způsobuje dramatické poklesy průtoku membránou.

-19CZ 306420 B6

Příklad 3

Odebere se 5 galonových věder směsné tekutiny z komunální čistírny odpadních vod ze západu USA s jednotkou membránového biologického reaktoru, ponechají se za přístupu vzduchu přes noc a testují následujícího dne. Vzorek se udržuje v lednici přes noc a poté se ochladí na teplotu místnosti pro zkoušky v následných dnech. Do kádinky o obsahu 400 ml se přidá kationtový polymer (2,0 g 1% roztoku polymeru) a 198 g směsné tekutiny. Směs se míchá na míchačce s motorkem po dobu 15 min při frekvenci otáčení 275 min^-1 pro opětovnou dispergaci tuhých látek. Směsný kal se přenese do komůrky Amicon s polyvinylidendifluoridovou membránou o nominálním rozměru póru 0,2 pm těsně před provedením filtrační zkoušky.

Směs se protlačuje membránou při konstantním tlaku 103,5 nebo 55,2 kPa (15 nebo 8 psi). Průtok se stanoví vážením procházející tekutiny v časových intervalech na váhách s horním zatížením Mettler Toledo Model PG5002S. Počítač zaznamenává hmotnost v intervalech 2 s. Objem se vypočítá za předpokladu hustoty 1,00 g/ml bez provedení korekce hustoty na teplotu. Průtok se vypočítá jako v příkladu 1.

Ke konci testu se vzorkem kalu se membrána odloží do odpadu. Veškeré zkoušky se zpracováním polymerem zahrnují zkoušku, ve které se nepřidává žádný polymer pro stanovení výchozích podmínek. Tento test srovnává průtoky pro kal zpracovaný polymerem s průtoky pro směsnou tekutinu bez zpracování. To se provádí pro kvantifikaci účinků dávkování, chemických složek, tlaku a tak dále na průtok. Výsledky shrnuje tabulka 7.

Tabulka 7

Průtok membránou pro reprezentativní kationtové polymery ve směsné tekutině membránového biologického reaktoru při tlacích 55,2 a 103,5 kPa (8 a 15 psi)

Polymer	Tlak kPa	Dávk. akt. sl. ppm	Průtok při 80 g litrů/m²/h*
žádný	103,5	0	311,4
A	103,5	25	806,4
A	103,5	50	1155,6
A	103,5	100	1512
M	103,5	0	370,8
M	103,5	20	928,8
M	103,5	40	1915,2
žádný	55,2	0	138,2
A	55,2	25	367,2
A	55,2	50	500,4
A	55,2	100	694,8

Průtok čisté vody při 55,2 kPa (8 psi) byl 1140 litrů/m²/h a při 103,5 kPa (15 psi) 2160 litrů/m²/h

-20CZ 306420 B6

Údaje v tabulce 7 zřetelně ukazují významný vzrůst průtoku membránou při obou tlacích 55,2 a 103,5 kPa (8 a 15 psi) při použití kationtových polymerů A a M vzhledem ke stavu kalu před zkouškou.

Příklad 4

Směsná tekutina z membránového biologického reaktoru čistírny komunálních odpadních vod ze středozápadu USA se míchá s amfotemím polymerem Q při různých dávkách a poté se filtruje 10 foliovou membránou Kubota s použitím filtrační komůrky se slepým koncem při tlaku 103,5 kPa (15 psi) za míchání zpracovávané směsné tekutiny při frekvenci otáčení 300 min¹ a teplotě 22 °C. Za podobných podmínek se též filtruje kontrolní směsná tekutina bez zpracování polymerem. Procentické zvýšení průtoku procházející kapaliny po zpracování amfotemím polymerem o různých dávkách ukazuje tabulka 8.

Tabulka 8

Zvýšení membránového toku pro reprezentativní amfotemí polymer ve směsné tekutině z mem20 bránového biologického reaktoru ze středozápadu USA

Dávkování polymeru (ppm - akt. sl.)	% zvýšení průtoku
75	23
250	32
875	55
2000	117

Údaje v tabulce 8 zřetelně ukazují významný vzrůst průtoku membránou ve srovnání s kontrolou při použití reprezentativního amfotemího polymeru oproti stavu směsné tekutiny před testem.

Příklad 5

Odpadní voda městské čistírny odpadních vod ze západu USA s membránovým biologickým reaktorem se smísí s amfotemím polymerem Q a měří se průtok membránou s použitím způsobu příkladu 4. Výsledky ukazuje tabulka 9 níže.

-21 CZ 306420 B6

Tabulka 9

Zvýšení membránového toku pro reprezentativní amfotemí polymer ve směsné tekutině z membránového biologického reaktoru ze západu USA

Dávkování polymeru (ppm - akt. sl.)

250 % zvýšení průtoku

485

818

Údaje v tabulce 9 zřetelně ukazují významný vzrůst průtoku membránou vzhledem ke kontrole při použití reprezentativního amfoterního polymeru oproti stavu směsné tekutiny před zkouškou.

Příklad 6

Směsná tekutina z jednotky membránového biologického reaktoru čistírny komunálních odpadních vod ze západu USA se smísí s amfotemím polymerem R a měří se průtok membránou s použitím způsobu příkladu 4. Výsledky ukazuje tabulka 10 níže.

Tabulka 10

Dávkování polymeru (ppm - akt. sl.)	% zvýšení průtoku
105	28
350	34

Údaje v tabulce 10 zřetelně ukazují významný vzrůst průtoku membránou vzhledem ke kontrole při použití reprezentativního amfoterního polymeru oproti stavu směsné tekutiny před zkouškou.

Příklad 7

Pro potvrzení tvorby komplexu polysacharidu ze směsné tekutiny s amfoterním polymerem se provádí kolorimetrický test hladiny polysacharidu s odstředěnou hmotou směsné tekutiny obdrženou po přidání polymeru ke směsné tekutině a následné centrifugaci.

Tabulka 11 ukazuje množství zbytkové glukosy (přímá míra množství polysacharidu) ve směsné tekutině po tvorbě komplexu s amfotemím polymerem Q pro směsnou tekutinu z membránového

-22CZ 306420 B6 biologického reaktoru v čistírně komunálních odpadních vod s jednotkou membránového biologického reaktoru ze západu USA.

Tabulka 11

Účinek reprezentativního amfotemího polymeru na hladinu polysacharidu ve směsné tekutině membránového biologického reaktoru ze západu USA

Dávkování polymeru Glukosa (ppm - akt. sl.) (ppm)

0 (kontrola)	7,96
25	4,14
75	3,50
250	3,80

Jak ukazuje tabulka 11, úprava směsné tekutiny reprezentativním polymerem podle tohoto vynálezu vede k podstatnému poklesu hladiny polysacharidu ve směsné tekutině membránového biologického reaktoru s výsledkem významného zvýšení průtoku ukázaného v tabulce 9.

Navíc se nedetekuje žádný zbytkový polymer v odstředěné hmotě směsné tekutiny z membránového biologického reaktoru ze středozápadu USA po přidání až 2000 ppm aktivní složky amfotemího polymeru Q a centrifugaci takto zpracované směsné tekutiny. To ukazuje na téměř úplnou spotřebu přidávaného polymeru na koagulaci suspendovaných tuhých látek a tvorbu komplexu s rozpustným biopolymerem. Proto je nepravděpodobné, že by přidávaný amfotemí polymer sám přispíval k zanášení membrány, jestliže poskytuje vyšší průtoky procházející tekutiny.

Navíc není kvalita procházející tekutiny ohrožena zpracováním polymerem, jak prokazuje turbidita procházející tekutiny, která je obecně nižší než 0,5 NTU pro směsnou tekutinu kalu z membránového biologického reaktoru jak ze západu tak ze středozápadu USA po zpracování polymerem.

Příklad 7

Směsná tekutina ze západu USA se zpracuje reprezentativním amfoterním polymerem, jak popisuje příklad 4 s tím rozdílem, že se použije průtok komůrkou s ponořenými membránami. Rozsah zvýšení průtoku odráží hodnota sacího tlaku požadovaného pro konstantní průtok procházející tekutiny. Čím vyšší sací tlak se požaduje pro daný průtok procházející kapaliny, tím vyšší je zanášení membrány. Profil sacího tlaku se měří v průběhu 24 h pro kontrolní a polymerem zpracovanou směsnou tekutinu pro udržení konstantního průtoku procházejí tekutiny 30 litrů/m^a/h. Objem kalu je 8 litrů a průtok vzduchu pro čištění membrány je 10 litrů/min. Výsledky ukazuje tabulka 12.

-23CZ 306420 B6

Tabulka 12

Účinek zpracování reprezentativním amfotemím polymerem na sací tlak pro průchod směsné tekutiny z membránového biologického reaktoru ze západu USA membránou

Čas (h)

Sací tlak (kPa) Kontrola Zpracování 13 ppm

- akt. polymeru

0	0	0
3	0,304	0,152
6	0,814	0,207
9	1,201	0,324
12	1,566	0,449
15	1,925	0,593
18	2,215	0,738
21	2,588	0,925
24	2,795	1,111

Příklad 8

Účinnost odstraňování biopolymeru kationtovým polymerem se také provádí analýzou v infračerveném světle následujícím způsobem. Směsná tekutina z membránového biologického reaktoru se odstředí a obdrží se supernatant. Poté se přidá reprezentativní kationtový polymer P. Infračervená analýza sraženiny a supernatantu ukazuje, že většina původně obsaženého biopolymeru v supernatantu je ve sraženině, zatímco v objemu roztoku jsou pouze stopová množství. Navíc neexistuje žádný důkaz zanášení membrány kationtovým polymerem při koncentracích až do 100 ppm ve směsné tekutině.

Tříměsíční poloprovozní experiment dále ukazuje, že se polymerem P zdržuje zanášení membrány. V případu vsádkového pokusu provedeného s míchanou komůrkou se nepozoruje pokles průtoku ani při koncentraci polymeru P 1000 ppm. Navíc kationtové polymery, jako je polymer P a polymer A při extrémně vysokých koncentracích polymeru 3000 ppm neovlivňují biologickou aktivitu.

I když se tento vynález popisuje podrobně za účelem ilustrace, je třeba si uvědomit, že tyto podrobnosti slouží pouze pro tento účel a že ti, kteří mají zkušenost v oboru, mohou provádět četné modifikace, pozměnění a změny bez odchylky od ducha a obsahu tohoto vynálezu s výjimkou omezení daných patentovými nároky. Veškeré změny, které nastávají v rámci smyslu a rozmezí ekvivalence nároků patří do jejich obsahu.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob úpravy směsné tekutiny v membránovém biologickém reaktoru, vyznačující se tím, že se ke směsné tekutině přidává účinné koagulační a flokulační množství alespoň jednoho ve vodě rozpustného kationtového, amfotemího nebo zwitteriontového polymeru nebo jejich kombinace.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že tyto ve vodě rozpustné kationtové, amfotemí či zwitteriontové polymery mají molekulovou hmotnost od 2000 do 10 000 000 daltonů.

3. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že tento kationtový polymer je kopolymerem akrylamidu a jednoho či více kationtových monomerů zvolených z případů diallyldimethylamonium-chlorid, kvartémí sůl dimethylaminoethylakrylát-methylchlorid, kvartémí sůl dimethylaminoethylmethakrylát-methylchlorid a kvartémí sůl dimethylaminoethylakrylátbenzylchlorid.

4. Způsob podle nároku 3, vyznačující se tím, že tento kationtový polymer má kationtový náboj v množství alespoň 5 % molámích.

5. Způsob podle nároku 3, vyznačující se tím, že tímto kationtovým polymerem je kopolymer diallyldimethylamonium-chlorid/akrylamid.

6. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se tento amfotemí polymer volí z případů kopolymer kvartémí sůl dimethylaminoethylakrylát-methylchlorid/akrylová kyselina, kopolymer diallyldimethylamonium-chlorid/akrylová kyselina, kopolymer dimethylaminoethylakryIát-methylchlorid/N,N-dimethyl-N-methakrylamidopropyl-N-(3-sulfopropyl)amoniumbetain, kopolymer akrylová kyselina-/N,'N-dimethyl-N-methakrylarnidopropyl-N-(3-sulfopropyljamonium-betain a terpolymer DMAEA.MCQ/akrylová kyselina/-N,N-dimethyl-Nmethakrylamidopropyl-N-(3-sulfopropyl)amonium-betain.

7. Způsob podle nároku 6, vyznačující se tím, že tento amfotemí polymer má molekulovou hmotnost od 5000 do 2 000 000 daltonů.

8. Způsob podle nároku 6, vyznačující se tím, že tento amfotemí polymer má kationtový náboj odpovídající ekvivalentnímu poměru aniontového náboje od 0,2:9,8 do 9,8:0,2.

9. Způsob podle nároku 6, vyznačující se tím, že tento kationtový polymer má kationtový náboj v množství, které odpovídá 100 % molámím.

10. Způsob podle nároku 9, vyznačující se tím, že tento kationtový polymer má molekulovou hmotnost od 2000 do 500 000 daltonů.

11. Způsob podle nároku 9, vyznačující se tím, že se tento ve vodě rozpustný kationtový polymer volí z případů polydiallyldimethylamonium-chlorid, polyethylenimin, polyepiamin, polyepiamin sítovaný amoniakem nebo ethylendiaminem, kondenzační polymer ethylendichloridu a amoniaku, kondenzační polymer triethanolaminu a mastné kyseliny lojového oleje, poly(dimethylaminoethylmetakrylát-sulfát) a poly(kvartémí sůl dimethylaminoethylakrylát-methylchlorid).

12. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se tento ve vodě rozpustný zwitteriontový polymer skládá z 1 až 99 % molámích N,N-dimethyl-N-methakrylamidopropyl

-25CZ 306420 B6

N-(3-sulfopropyl)amonium-betainu a z 99 až 1 % molámího jednoho či více neiontových monomerů.

13. Způsob podle nároku 12, vyznačující se tím, že tímto neiontovým monomerem je akrylamid.

14. Způsob klarifikace odpadní vody v membránovém biologickém reaktoru, kde mikroorganismy spotřebovávají organickou látku v odpadní vodě s tvorbou směsné tekutiny obsahující vodu, mikroorganismy a rozpuštěné a suspendované tuhé látky, vyznačující se tím, že zahrnuje kroky (i) přidání ke směsné tekutině efektivního koagulačního a flokulačního množství alespoň jednoho kationtového amfotemího či zwitteriontového polymeru nebo jejich směsi s vytvořením směsi obsahující vodu, mikroorganismy a koagulované a flokulované tuhé látky a (ii) oddělení klarifikované vody od mikroorganismů a koagulovaných a flokulovaných tuhých látek filtrací membránou.

15. Způsob zabránění zanášení filtrační membrány v membránovém biologickém reaktoru, kde mikroorganismy spotřebovávají organickou látku ve směsné tekutině odpadní vody obsahující vodu, mikroorganismy a rozpuštěné koloidní a suspendované tuhé látky a kde se klarifikovaná voda odděluje od směsné tekutiny filtrací filtrační membránou, vyznačující se tím, že se ke směsné tekutině přidává množství alespoň jednoho kationtového, amfoterního či zwitteriontového polymeru nebo jejich kombinace, které je dostatečné k zabraňování zanášení membrány.

16. Způsob zabránění zanášení filtrační membrány v membránovém biologickém reaktoru, kde mikroorganismy spotřebovávají organickou látku ve směsné tekutině odpadní vody obsahující vodu, mikroorganismy a rozpuštěné koloidní a suspendované tuhé látky a kde se klarifikovaná voda odděluje od směsné tekutiny filtrací filtrační membránou, vyznačující se tím, že se ke směsné tekutině přidává účinné množství alespoň jednoho kationtového, amfotemího či zwitteriontového polymeru nebo jejich kombinace zvyšující průtok.

17. Způsob snižování tvorby kalu v membránovém biologickém reaktoru, kde mikroorganismy spotřebovávají organickou látku v odpadní vodě s vytvořením směsné tekutiny obsahující vodu, mikroorganismy a kal obsahující koloidní a suspendované látky a kde se klarifikovaná voda odděluje ze směsné tekutiny filtrací membránou, vyznačující se tím,

1) že se ke směsné tekutině přidává účinné koagulační a flokulační množství alespoň jednoho kationtového, amfotemího či zwitteriontového polymeru nebo jejich kombinace; a
2) že se zvyšuje koncentrace mikroorganismů ve směsné tekutině.

18. Způsob snižování tvorby kalu v membránovém biologickém reaktoru, kde mikroorganismy spotřebovávají organickou látku v odpadní vodě s vytvořením směsné tekutiny obsahující vodu, mikroorganismy a kal obsahující koloidní a suspendované látky a kde se klarifikovaná voda odděluje ze směsné tekutiny filtrací membránou, vyznačující se tím,

1) že se ke směsné tekutině přidává účinné koagulační a flokulační množství alespoň jednoho kationtového, amfotemího či zwitteriontového polymeru nebo jejich kombinace; a

2) že se prodlužuje doba, po kterou mikroorganismy setrvávají ve styku s odpadní vodou.