CZ307198B6 - Dosazovák pro zahušťování aktivovaného kalu při čištění odpadních vod - Google Patents

Abstract

Dosazovák (10) pro zahušťování aktivovaného kalu při čištění odpadních vod v čistírně odpadních vod. tvořený dutým tělesem s jehlancovou nebo kuželovou spodní částí zakončenou rovným dnem, je opatřen pulzátorem, který'je tvořený alespoň jednou deskou (6) umístěnou v blízkosti rovného dna dosazováku (10) a pohonem (9) spřaženým s deskou (6) pro kmitavý pohyb desky (6) s dobou trvání kmitu od 1 do 300 s. Deska, která se cyklicky pohybuje a vnáší do zahuštěného aktivovaného kalu energii, a tím překonává tixotropní vazby v kalu a zlepšuje jeho tekutost.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká biologického čištění odpadních vod aktivačním procesem se separací a zahušťováním aktivovaného kalu v dosazovací nádrži, nebo v dosazovací vestavbě.

Dosavadní stav techniky

Aktivační proces byl vyvinut před více než sto lety a doznal univerzálního rozšíření a použití. Jeho podstatou je kultivace směsné kultury mikroorganismů, označované jako aktivovaný kal, na substrátech pocházejících z odpadní vody a následná separace a zahuštění aktivovaného kalu, jehož část je recyklována do kultivace. Směs odpadní vody a recyklovaného aktivovaného kalu se nazývá aktivační směs. Způsob provozu aktivačního procesu může být kontinuální, nebo semikontinuální. Známá provedení biologických čistíren odpadních vod využívajících aktivační proces a pracujících kontinuálně používají pro usazování a zahušťování aktivovaného kalu převážně samostatné dosazovací nádrže, nebo dosazovací vestavby vložené do aktivačního prostoru, kde pro obě řešení se používá shodné pojmenování „dosazovák“. V dosazovácích klesá aktivovaný kal působením tíhové síly ke dnu a zahušťuje se, zatímco odsazená vyčištěná odpadní voda se odvádí z oblasti nad usazujícím se aktivovaným kalem.

V současné době se u menších čistíren odpadních vod používají dosazováky s kruhovým nebo čtvercovým půdorysem. Válcová část kruhových dosazováků přechází v kuželovou, krychlová část čtvercových dosazováků přechází v jehlancovou. Dosazovací vestavby v aktivačních nádržích, někdy nazývané kalové kapsy, jsou charakteristické obdélníkovým půdorysem, viz např. vynález z patentového dokumentu US 7 270 750 B2. Tyto typy dosazováků, vložených i samostatných, zpravidla nejsou vybaveny pohyblivými mechanismy pro shrabování zahuštěného aktivovaného kalu, což se považuje za jejich hlavní cenovou a provozní výhodu. Naproti tomu jejich nevýhoda spočívá ve zmenšující se ploše horizontálního řezu dosazovákem od vtoku aktivační směsi k odběru kalu, a tím ve snižující se výkonnosti dosazováků, vyjádřené např. velikostí hmotnostního toku částic aktivovaného kalu.

Aktivovaný kal je tixotropní kapalina, jejíž odpor vůči tečení, označovaný jako viskosita, stoupá s časem. Tekutost tixotropních kapalin lze zlepšit dodáváním energie, rozrušující tixotropní vazby.

Výkonnost dosazováků často ještě zhoršují vlastnosti aktivovaného kalu v systémech s nitrifikací a denitrifikací. Aktivovaný kal z těchto systémů obsahuje zpravidla více vláknitých mikroorganismů, které prorůstají vločkami aktivovaného kalu a zvyšují jeho tixotropii, tedy odpor vůči tečení, což se negativně projevuje zejména u dosazováků bez zařízení pro shrabování kalu.

Pro zkosené stěny dosazováků a dosazovacích vestaveb vyžadují příslušné technické normy sklon až 1 : 1,7, tedy spád až 60°, v některých zemích při použití hladkých povrchů stěn spád 1 : 1,4. V závislosti na velikosti mívají dosazováky podíl zkosené části od 60 do 100 % z celkové hloubky. Dosazováky s podstatným podílem jejich výšky tvořené zkosenými stěnami proto musí být při stejné ploše hladiny vody a stejném celkovém objemu hlubší, než dosazováky s vertikálními stěnami. Výhoda jednoduchosti a levnosti provedení dosazováků se zkosenými stěnami je tím zpochybněna, protože čistírny musí být zakládány do větších hloubek, nebo musí být současně zřízeno více mělkých dosazováků. Procesně i cenově optimálním řešením je založení aktivačních nádrží a dosazováků ve stejné hloubce. Z patentového spisu CZ 300996 B je zřejmé, že dosazováky ve tvaru komolého kužele jsou rozděleny na více jednotek, aby se zmenšila potřebná hloubka čistírny. Podobně z patentového spisu EP 0 804 955 Bl je zřejmé, že

- 1 CZ 307198 B6 hloubka dosazováku je snížena tím, že místo jediného kužele je vytvořena dvojice kuželů se společným válcovým prostorem nad nimi.

Jiným řešením, které se snaží zlepšit malou procesní výkonnost kuželového, resp. jehlancového dosazováku, je obrácení směru průtoku přiváděné aktivační směsi, tedy ne směrem ze shora dolů, ale směrem ze zdola nahoru. Odběr kalu je realizován v různých výškách vodního sloupce, často s pomocí vestaveb. Příkladem jsou patentové spisy US 6 171 498 B a CZ 295871 B.

Další nevýhody dosazováků s dlouhými zkosenými stěnami vložených do aktivačních nádrží spočívají v nepříznivém ovlivňování přenosu kyslíku způsobeném koalescencí jemných bublinek na zkosené ploše vnějšího povrchu vloženého dosazováku, tedy v aeračním prostoru, a tím ve snížení účinnosti přestupu kyslíku z přiváděného vzduchu do aktivační směsi. Množství dmychaného vzduchu proto musí být větší, což zvyšuje provozní náklady malé čistírny odpadních vod, přičemž platí, že čím větší je podíl zkosené stěny z celkové hloubky dosazováku, tím výraznější je koalescence bublinek, a tím horší účinnost přestupu kyslíku do provzdušované aktivační směsi.

Úkolem vynálezu je vytvoření dosazováku pro zahušťování aktivovaného kalu při čištění odpadních vod, který by podporoval tekutost aktivovaného kalu rozrušováním tixotropních vazeb v zahuštěném aktivovaném kalu, čímž by zlepšoval chod čistírny odpadních vod, a který by byl konstrukčně jednoduchý a měl oproti stávajícím řešením příznivé pořizovací a servisní náklady.

Podstata vynálezu

Vytčený úkol je vyřešen vytvořením dosazováku pro zahušťování aktivovaného kalu při čištění odpadních vod v čistírně podle následujícího vynálezu.

Podstata vynálezu spočívá v tom, že se v blízkosti dna působí na zahuštěný aktivovaný kal deskou, která se cyklicky pohybuje a vnáší do zahuštěného aktivovaného kalu energii, a tím překonává tixotropní vazby v kalu a zlepšuje jeho tekutost. Doba trvání cyklu pohybu desky pulzátoru leží v rozmezí od 1 do 300 s.

Ve výhodném provedení vynálezu se deska vratně naklápí kolem osy rovnoběžné s jednou její hranou. Otáčením desky okolo osy rovnoběžné s její hranou se z desky vytvoří jednoramenná páka, která nemá tendenci se v zahušťovacím prostoru vychylovat ze své polohy. Obdobně může být pohyb desky jen ve vertikálním směru, kdy se celá deska ležící v horizontální poloze zvedá a klesá v cyklech, a je fixována např. zařízením typu vertikální vodicí tyče a kluzného ložiska.

Dále je ve výhodném provedení vynálezu deska opatřena otvory nebo štěrbinami, kterými při pohybu desky aktivovaný kal protéká.

A dále se ve výhodném provedení vynálezu pohyb desky spouští a zastavuje v předem nastavených časových intervalech, a/nebo v závislosti na aktuální hodnotě přítoku odpadní vody do čistírny, a/nebo odtoku z dosazováku. Ten může být indikován např. snímačem výšky hladiny vody v dosazováku.

Podstata vynálezu spočívá v tom, že je dosazovák opatřen pulzátorem. Pulzátor je tvořen alespoň jednou deskou umístěnou v blízkosti dna dosazováku a pohonem spřaženým s deskou pro cyklický pohyb desky s dobou trvání cyklu od 1 do 300 s. Pohon je s deskou spřažen táhlem, přičemž je deska pulzátoru otočně upevněna ke stěně dosazováku za alespoň část své jedné hrany pro naklápění protilehlé volné části desky pulzátoru, a současně je jeden konec táhla uspořádán k volné části desky pulzátoru a druhý konec táhla je připojen k pohonu. Uchycením desky ke stěně dosazováku se z desky vytvoří jednoramenná páka, která nemá tendenci se vychylovat ze své polohy. Současně se připojí jeden konec táhla za volný konec jednoramenné páky, čímž se

-2CZ 307198 B6 zjednoduší přenos mechanické energie od pohonu přes táhlo do desky pulzátoru. Obdobně může být deska fixována zařízením typu vertikální vodicí tyče a kluzného ložiska, a její pohyb je vertikální, bez změny náklonu desky.

Ve výhodném provedení dosazováku podle vynálezu je deska pulzátoru opatřena alespoň jedním typem perforování ze skupiny kruhové otvory, štěrbiny, nebo n-úhelníkové otvory, kde n > 3. Průchodem aktivovaného kalu perforacemi dochází k účinnému rozrušování tixotropních vazeb.

Ve výhodném provedení dosazováku podle vynálezu je pohon tvořen motorem osazeným na svém hřídeli kotoučem nebo pákou, přičemž jeden konec táhla je excentricky upevněn ke kotouči nebo páce. Kombinace kotouče a táhla umožňuje přeměnu otáčivého pohybu na pohyb lineární, který je vhodný pro manipulaci s volnou částí desky pulzátoru.

Ve výhodném provedení dosazováku podle vynálezu je pohon pulzátoru spřažen s prostředkem pro stírání plovoucích látek z hladiny vody v dosazováku, přičemž lze stírací prostředek s výhodou pohánět stejným pohonem, jako pulzátor.

Ve výhodném provedení dosazováku podle vynálezu je dosazovák opatřen řídicí jednotkou, na jejíž vstup je připojen výstup z prostředku pro měření chronologického času, a/nebo výstup z prostředku pro měření přítoku na čistírnu a/nebo odtoku z dosazováku, a/nebo výstup z prostředku pro měření výšky hladiny vody v čistírně a/nebo výšky hladiny vody v dosazováku. Vybavení dosazováku řídicí jednotkou umožňuje přizpůsobit chod provozu pulzátoru provozním podmínkám čistírny a snížit tak potřebu energie a opotřebování mechanismů pulzátoru a jeho pohonu.

Konstrukce pulzátoru je mechanicky jednoduchá, takže dosazovák s pulzátorem má přijatelné pořizovací, provozní a servisní finanční náklady, přičemž je možné dosazovák snadno opatřit prostředkem pro stírání plovoucích látek z hladiny vody v dosazováku.

Objasnění výkresů

Uvedený vynález bude blíže objasněn na následujících vyobrazeních, kde:

obr. 1 znázorňuje pohled na schematické vyobrazení dosazováku v řezu, obr. 2 znázorňuje pohled na schematické vyobrazení kruhového provedení dosazováku v půdorysu, obr. 3 znázorňuje pohled na schématické vyobrazení pravoúhlého provedení dosazováku v půdorysu, obr. 4 znázorňuje pohled na schématické provedení dosazováku v řezu opatřeného prostředkem pro stírání plovoucího znečištění z vodní hladiny.

Příklady uskutečnění vynálezu

Rozumí se, že dále popsané a zobrazené konkrétní případy uskutečnění vynálezu jsou představovány pro ilustraci, nikoliv jako omezení vynálezu na uvedené příklady. Odborníci znalí stavu techniky najdou nebo budou schopni zajistit za použití rutinního experimentování větší či menší počet ekvivalentů ke specifickým uskutečněním vynálezu, která jsou zde popsána. I tyto ekvivalenty jsou zahrnuty v rozsahu následujících patentových nároků.

-3 CZ 307198 B6

Na obr. 1 je vyobrazeno schéma řezu dosazovákem 10 pro menší čistírnu odpadních vod, do kterého je přítokem i přiváděna aktivační směs. Aktivační směs je do dosazováku 10 zavedena pomocí svislého vtokového válce 3, který případně může být nahrazen kuželem nebo jehlanem. Dosazovák 10 je tvořen válcovou a na ní navazující kuželovou, případně jehlancovou částí, která je zakončena rovným dnem. U dna je situováno potrubí 7 pro odběr kalu, zatímco u hladiny je situován odtok 2 odsazené vody.

Poblíž dna je kyvně uchycena deska 6 pulzátoru. Deska 6 je opatřena v tomto pohledu neviditelnými perforacemi rovnoměrně rozmístěnými na celé její ploše. Deska 6 je za jednu svoji hranu kyvně uchycena k vnitřní stěně dosazováku 10. Uchycení je provedeno v kuželovém zahušťovacím prostoru pomocí jednoho oka, vjehlancovém zahušťovacím prostoru více oky, jak na hraně desky 6, tak na stěně dosazováku 10, a jimi protaženým čepem. Hrana desky 6 s párem ok tvoří osu otáčení jednoramenné páky, ve kterou byla deska 6 pulzátoru přeměněna.

Na obr. 1 je dále patrný kotouč 4, který je poháněn nevyobrazeným pohonem 9. Ke kotouči 4 je excentricky uchycen jeden konec táhla 5, zatímco druhý konec táhla 5 je uchycen k volné části desky 6, konkrétně ke středu desky 6 pulzátoru. Doba trvání jednoho cyklu pohybu desky 6 leží v rozmezí od 1 do 300 s.

Na obr. 2 je schematicky vyobrazen půdorys dosazováku 10 v kruhovém provedení s komolým kuželem a na obr. 3 je schematicky vyobrazen půdorys dosazováku ve čtvercovém provedení s komolým jehlanem.

Na obr. 4 je schematicky vyobrazen řez dosazovákem 10, který je opatřen prostředkem 8 pro stírání plovoucích látek z hladiny vody v dosazováku. Prostředek 8 je tvořen částečně ponořenou lopatkou upevněnou k pohyblivému rameni. Rameno je pomocí nevyobrazeného převodu spřaženo s pohonem 9 desky 6 pulzátoru.

Dosazovák 10 může být opatřen nevyobrazenou řídicí jednotkou. K řídicí jednotce je přes její ovládací vstupy a výstupy připojen například prostředek pro měření chronologického času, díky němuž je připojený pohon 9 desky 6 pulzátoru uváděn do chodu a vypínán chronologickým časem. Dále např. prostředek pro měření přítoku na čistírnu a/nebo odtoku z dosazováku l_0. A/nebo prostředek pro měření výšky hladiny vody v čistírně a/nebo výšky hladiny vody v dosazováku 10.

Průmyslová využitelnost

Dosazovák pro zahušťování aktivovaného kalu při čištění odpadních vod nalezne uplatnění v oblasti čištění odpadních vod, zejména na menších nově budovaných nebo rekonstruovaných čistírnách odpadních vod.

Claims (7)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Dosazovák (10) pro zahušťování aktivovaného kalu při čištění odpadních vod v čistírně odpadních vod, tvořený dutým tělesem s jehlancovou nebo kuželovou spodní částí zakončenou rovným dnem, vyznačující se tím, že je opatřen pulzátorem, který je tvořený alespoň jednou deskou (6) umístěnou v blízkosti rovného dna dosazováku (10) a pohonem (9) spřaženým s deskou (6) pro kmitavý pohyb desky (6) s dobou trvání kmitu od 1 do 300 s.

   -4CZ 307198 B6
2. 2. Dosazovák (10) podle nároku 1, vyznačující se tím, že deska (6) je otočně upevněna ke stěně dosazováku (10) za alespoň část své jedné hrany pro naklápění volné části desky (6), nebo deska (6) leží v horizontální poloze a je upevněna pomocí alespoň jednoho kluzného ložiska k alespoň jedné vodicí tyči pro možnost lineárního vratného pohybu.
3. 3. Dosazovák (10) podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že pohon (9) je s deskou (6) spřažen táhlem (5), přičemž je jeden konec táhla (5) uspořádán k desce (6) a druhý konec táhla (5) je připojen k pohonu (9).
4. 4. Dosazovák (10) podle některého znároků 1 až 3, vyznačující se tím, že deska(6) je opatřena alespoň jedním typem perforování ze skupiny kruhové otvory, štěrbiny, nebo n-úhelníkové otvory, kde n > 3.
5. 5. Dosazovák (10) podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že pohon (9) je tvořen motorem osazeným na hřídeli kotoučem (4) nebo pákou, přičemž jeden konec táhla (5) je excentricky upevněn ke kotouči (4) nebo k páce.
6. 6. Dosazovák (10) podle alespoň některého z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že pohon (9) pulzátoru je spřažen s prostředkem (8) pro stírání plovoucích látek z hladiny vody v dosazováku (10).
7. 7. Dosazovák (10) podle alespoň některého z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že je opatřen řídicí jednotkou, na jejíž vstup je připojen výstup z prostředku pro měření chronologického času, a/nebo výstup z prostředku pro měření přítoku na čistírnu a/nebo odtoku z dosazováku (10), a/nebo výstup z prostředku pro měření výšky hladiny vody v čistírně a/nebo výšky hladiny vody v dosazováku (10).