CZ8352U1 - Zařízení pro biologické čištění odpadních vod - Google Patents

Description

Zařízení pro biologické čištění odpadních vod

Oblast techniky

Technické řešení se týká zařízení pro biologické čištění odpadních vod, zejména splaškových odpadních vod z malých lokálních domovních objektů nenapojených na kanalizační síť, obsahujícího v jedné nádrži lapač mechanických nečistot, aktivační prostor, vzhůru se rozšiřující separační prostor pro fluidní filtraci a vnitřní cirkulační okruh mezi jednotlivými prostoty nádrže.

Dosavadní stav techniky

Je známa řada řešení zařízení pro biologické čištění odpadních vod pomocí aktivačního čištění v režimu nízko zatěžovaného aktivovaného kalu, kde v jedné nádrži jsou integrovány vzájemně propojené separační a aktivační prostory aje v nich využívána řada postupů včetně fluidní filtrace s biomasou ve vznosu, jako je např. zařízení dle CZ PAT 280254 nebo CZ UV 6698. Nevýhodou těchto řešení je, že jednotlivé prostory jsou mezi sebou propojeny, a proto je při nárazovém přítoku odpadních vod přetížen separační prostor, kde může docházet k vyplavování kalu, a proto je nutno separační prostor rozměrově předimenzovávat, což má za následek zvětšování stavebních rozměrů zařízení. Pro zamezení výplavu kalu z hladiny separačního prostoru nejsou u těchto zařízení vytvořeny žádné zábrany a další nevýhodou uvedených řešení pak je, že vesměs obsahují míchadla rotačního typu, které jsou častým zdrojem poruch, zejména v oblasti ložisek.

Je dále známo řešení dle CZ UV 7121, u něhož je separační prostor zcela oddělen od aktivačního prostoru aje opatřen přepážkou ukončenou nade dnem nádrže a vytvářející podél jedné ze stěn sestupovou zónu, ve které je uloženo první mamutkové čerpadlo zaústěné nad koš lapače. Vnitřní cirkulační okruh je realizován mezi aktivačním prostorem aseparačním prostorem pomocí druhého mamutkového čerpadla se vstupem u dna nádrže v oxidní zóně aktivačního prostoru a vyústěním nad sestupovou zónou separačního prostoru, přičemž u dna nádrže je v lapači uložen zdroj tlakového vzduchu, vanoxidní zóně aktivačního prostoru alespoň jedno vzduchové míchadlo a v oxidní zóně aktivačního prostoru provzdušňovač aktivačního prostoru. Nevýhodou tohoto řešení je, že při náhlém přítoku odpadních vod dochází k rychlému promíchávání vody v anoxidní a oxidní zóně, čímž se snižuje kvalita a účinnost čistícího procesu.

V řešení dle CZ UV 7706 je anoxidní zóna aktivačního prostoru opatřena u dna nádrže alespoň jedním vzduchovým míchadlem aje zcela oddělena od oxidní zóny aktivačního prostoru, opatřené alespoň jedním provzdušňovaěem. Separační prostor je u dna nádrže propojen s odplyňovacím prostorem, vytvořeným v oblasti dělící stěny podél pláště nádrže, přičemž u dna nádrže je v tomto odplyňovacím prostoru zaústěno první mamutkové čerpadlo, které je vyústěné nad aktivačním prostorem. V anoxidní zóně je zaústěno druhé mamutkové čerpadlo, které je propojeno s řídící plovákovou armaturou a které je vyústěné v oxidní zóně aktivačního prostoru. Nevýhodou tohoto zařízení je, že nemá anaerobní zónu a v anoxidní zóně neprobíhá denitrifikace optimálně, neboť se do této zóny dostává vzduch od vzduchového míchadla. Mamutkové čerpadlo umístěné v separaěním prostoru narušuje klid v této části zařízení, nasycuje vratný kal kyslíkem, což je nežádoucí, přičemž se nedá přesně nastavit množství vratného kalu. Umístění vzduchových míchadel na výkyvné základně uložené na středové ose uchycené v bočních stěnách pláště pak může být zdrojem poruch funkčnosti, stejně jako připojení zdrojů vzduchu flexibilními hadicemi, které trpí neustálými výkyvy základny.

Podstata technického řešení

Uvedené nevýhody odstraňuje do značné míry zařízení pro biologické čištění odpadních vod, zejména splaškových odpadních vod z malých lokálních domovních objektů nenapojených na

-1 CZ 8352 Ul kanalizační síť, obsahující v jedné nádrži alespoň lapač mechanických nečistot, aktivační prostor, vzhůru se rozšiřující separační prostor pro fluidní filtraci, a vnitřní cirkulační okruh mezi jednotlivými prostory nádrže, kde jednak anoxidní zóna aktivačního prostoru, opatřená u dna nádrže alespoň jedním vzduchovým míchadlem, je zcela oddělena od oxidní zóny aktivačního prostoru, opatřené alespoň jedním provzdušňovačem, a jednak separační prostor je u dna nádrže propojen s odplyňovacím prostorem, vytvořeným v oblasti dělící stěny podél plášté nádrže, přičemž v anoxidní zóně je zaústěno mamutkové čerpadlo, které je propojené s řídící plovákovou armaturou a které je vyústěné v oxidní zóně aktivačního prostoru. Podstatou řešení je, že aktivační prostor je rozdělen na anaerobní zónu, anoxidní zónu a oxidní zónu, kde ve spodní části separaěního prostoru je zaústěno propojovací potrubí, které je vyvedeno přes anoxidní zónu nad úroveň hladiny odpadní vody a je vyústěno nad lapačem do anaerobní zóny, přičemž vzduchové míchadlo je spřaženo s promíchávaěem anaerobní zóny.

Dále je podstatou řešení, že řídící plováková armatura je uložena v anaerobní zóně, že v separačním prostoru je před vývodem vody z nádrže umístěna nomá stěna, že přepážka mezi anaerobní zónou a anoxidní zónou aktivačního prostoru je v nádrži upevněna vyjímatelně a že propojovací potrubí je nad vyústěním do lapače opatřeno třetím odtokovým regulátorem.

Ve výhodném provedení je vzduchové míchadlo upevněno na nosníku, který je uložen horizontálně výkyvné a který je uchycen na středové ose, vyvedené do anaerobní zóny, kde je na ní připevněn alespoň jeden promíchávač, přičemž středová osa je jednak připevněna ke dnu nádrže výkyvnými úchytkami, které jsou tvořeny řetězovými články, a jednak je do anaerobní zóny vyvedena propojovacím otvorem přepážky.

Pro zlepšení funkčnosti zařízení je vzduchové míchadlo vytvořeno ve tvaru dutého hřibu s výkyvnou hlavou upevněnou na řetízcích a trysky pro přívod vzduchu do vzduchových míchadel jsou pevně uchyceny na dně nádrže pod výkyvnými hlavami vzduchových míchadel.

Novou konstrukcí zařízení se dosahuje vyššího účinku v tom, že rozdělením aktivačního prostoru na anaerobní, oxidní a anoxidní zónu se podstatně zvýší celkový čistící efekt zařízení. Značným zjednodušením vnitřního cirkulačního okruhu mezi jednotlivými prostory nádrže s využitím jediného mamutkového čerpadla řízeného plovákovou armaturou uloženou v anaerobní zóně a samospádových přepadů se zvýšila v porovnání s dosud známými čistícími zařízeními jeho funkční spolehlivost při snížení nároků na údržbu. Mamutkové čerpadlo udržuje hadinu v anaerobní a anoxidní zóně nižší než je hladina v oxidní zóně a v separačním prostoru, a tím vytváří vyrovnávací prostor proti nárazovému přítoku odpadní vody a umožňuje zároveň odvádění plovoucích nečistot samospádem z hladiny odplyňovacího a separaěního prostoru zpět do anoxidní zóny a vratného kalu ze separačního prostoru zpět do anaerobní zóny. Současně pak mamutkové čerpadlo při své činnosti obohacuje kyslíkem odpadní vodu přečerpávanou do oxidní zóny a zajišťuje případné odfukování saponátové pěny.

Rovněž nová jednoduchá konstrukce upevnění vzduchových míchadel bez použití ložisek či kluzných spojení ajejich spřažení s promíchávači anaerobní zóny má vliv na snížení poruchovosti a zvýšení životnosti zařízení. Umístění plovákové armatury do klidné anaerobní zóny umožňuje její přesnější nastavení a menší četnost spínání mamutkového čerpadla neboť její činnost není ovlivňována probublávajícím vzduchem, jako tomu je u dosud známých řešení, což má za důsledek zvýšení hydraulické stability zařízení. Umístění lapače hrubých nečistot nad hladinu vody anaerobní zóny brání jeho ucpávání, a vytvoření nomé stěny před výtokem vody ze separačního prostoru brání vyplavování nečistot do odtoku. Plynulý odtok vody z hladiny separaěního prostoru i v době, kdy nepřitéká odpadní voda, a stálý přítok čerstvé vody nasycené kyslíkem do tohoto prostoru způsobuje, že zde neprobíhá denitrifikace a fluidní vrstva ve spodní části prostoru zůstává ve vznosu, tedy v aktivním stavu.

-2CZ 8352 Ul

Přehled obrázků na připojených výkresech

Konkrétní příklady provedení zařízení dle technického řešení jsou znázorněny na připojených výkresech, kde obr. 1 je půdorys zařízení, obr. 2 vertikální řez A-A zařízením z obr. 1, obr. 3 vertikální řez B-B zařízením z obr. 1 a obr. 4 blokové schéma zařízení se znázorněním vzájemného propojení jednotlivých prostorů zařízení.

Příklady provedení technického řešení

Zařízení je tvořeno nádrží i, s výhodou válcového tvaru, v níž jsou excentricky uspořádány aktivační prostor 2, separační prostor 3 a odplyňovací prostor 4, kde aktivační prostor 2 je rozdělený na anaerobní zónu 20, anoxidní zónu 21 a oxidní zónu 22. V horní části anaerobní zóny 20 aktivačního prostoru 2 je nad hladinou vody umístěn lapač 5 mechanických nečistot, např. ve tvaru koše, do něhož je zaústěn přívod 6 odpadní vody. Separační prostor 3 ve tvaru směrem vzhůru se rozšiřujícího půlkužele je u dna nádrže 1 propojen přepouštěcí štěrbinou 31 s odplyňovacím prostorem 4, který je u dna 101 nádrže propojen průtokovým otvorem 19 s oxidní zónou 22. Ve spodní části separačního prostoru 3 je zaústěno propojovací potrubí 7, které je vyvedeno přes anoxidní zónu 21 nad úroveň hladiny odpadní vody aje vyústěno nad lapačem 5 do anaerobní zóny 20 aktivačního prostoru 2, přičemž na své vyústění je opatřeno třetím odtokovým regulátorem 71. V horní části je separační prostor 3 opatřen přepouštěcí trubkou ii, vyvedenou nad hladinu anoxidní zóny 21. Na úrovni hladiny v odplyňovacím prostoru 4 je zaústěno přepadové potrubí 8, které je vyvedeno do horní části anoxidní zóny 21 nad úrovní hladiny. Přitom jsou přepadové potrubí 8 i přepouštěcí trubka 11 na svém vyústění opatřeny prvním odtokovým regulátorem 81 a druhým odtokovým regulátorem 111. provedenými s výhodou ve tvaru vertikálně otočného kolena s nastavitelnou výškou hladiny průtoku. V separačním prostoru 3 je dále vytvořen vývod 10 vyčištěné vody, před nímž je umístěna nomá stěna 102 pro zachycení plovoucích nečistot.

U dna 101 nádrže i je v anoxidní zóně 21 dále zaústěno mamutkové čerpadlo 12, které je vyústěno v oxidní zóně 22 nad hladinou vody a které je propojené s plovákovou vzduchovou armaturou 13, uloženou v anaerobní zóně 20 a řídící jeho činnost. U dna 101 nádrže 1 jsou pak umístěna vzduchová míchadla 14, napojená na neznázoměný zdroj tlakového vzduchu. Vzduchová míchadla 14 jsou upevněna na nosníku 15, který je vzhledem ke dnu 101 uložen horizontálně výkyvné. Nosník 15 je uchycen na středové ose 16, připevněné ke dnu 101 výkyvnými úchytkami 161, tvořenými například články řetězu. Středová osa 16 svírá v horizontální rovině s nosníkem 15 pravý úhel a prochází propojovacím otvorem 23 přepážky 24 do anaerobní zóny 20, kde jsou k této středové ose 16 připevněny promíchávače 9 anaerobní zóny 20, například ve tvaru trojúhelníkových lopatek, jak je patrno z obr. 1. Vzduchová míchadla 14 jsou napojena přes trysky 143 uchycené na dně 101 na neznázoměný společný zdroj tlakového vzduchu a jsou vytvořena s výhodou ve tvaru dutého hřibu s výkyvnou hlavou 141 upevněnou na řetízcích 142. Oxidní zóna 22 aktivačního prostoru je pak u dna 101 nádrže 1 vybavena jemnobublinkovými provzdušňovači 18 a ve spodní části dělící stěny 17 je propojena přepouštěcím otvorem 19 s odplyňovacím prostorem 4. Přepážka 24 mezi anaerobní zónou 20 a anoxidní zónou 21 je pak v nádrži 1 upevněna z důvodu umožnění oprav vzduchových míchadel 14 či promíchávaěů 9 vyjímatelně.

Při běžném chodu zařízení přitéká znečištěná voda přívodem 6 do nádrže 1 v oblasti lapače 5, kde se zachytí hrubé nečistoty a kam rovněž přitéká samospádem vratný kal ze separačního prostoru 3, který tyto nečistoty rozmělňuje. Voda stéká směrem dolů do anaerobní zóny 20 aktivačního prostoru 2, kde je promíchávačem 9 promíchávána bez přístupu vzduchu a propojovacím otvorem 23 v přepážce 24 protéká do anoxidní zóny 21, kde je dále promíchávána nepravidelným probubláváním vzduchu ze vzduchových míchadel 14, pod jejichž výkyvné hlavy 141 je vzduch přiváděn ode dna 101 ze vzduchových trysek 143. Po zaplnění celého objemu jednoho zvrchlíků výkyvné hlavy 141 dojde k jejímu vykývnutí a následnému

-3 CZ 8352 Ul odtržení velké vzduchové bubliny, což způsobuje rychlý pokles výtlačné síly a následné vykývnutí nosníku £6 a současně spřaženého promíchávače 9 anaerobní zóny 20. Vzduchové bubliny probublávají směrem vzhůru způsobují promíchávání odpadní vody, která do anoxidní zóny 21 přitéká propojovacím otvorem 23, přepadovým potrubím 8 a přepouštěcí trubkou ££. V anoxidní zóně 21 drží vzduchová míchadla 14, pracující impulsivně s velkými vzduchovými bublinami, ve vznosu organické látky, přičemž nedochází k oxidaci těchto látek nad úroveň přesahující podmínky anoxidních procesů. Přitom voda je průběžně přečerpávána mamutkovým čerpadlem 12 do oxidní zóny 22 aktivačního prostoru 2, čímž se pomocí regulační plovákové armatury 13 vytváří vyrovnávací prostor pro nárazové přívaly odpadní vody do anaerobní zóny 20 a anoxidní zóny 21. V oxidní zóně 22 je voda intenzivně provzdušňována pomocí provzdušňovačů £8 a dochází k oxidaci v ní obsažených organických látek. Z oxidní zóny 22 voda přes přepouštěcí otvor 19 protéká do odplyňovacího prostoru 4, kde postupuje pomalu směrem nahoru a dochází kjejímu uklidnění a odplyňování. Ze spodní části odplyňovacího prostoru 4 voda protéká přepouštěcí štěrbinou 31 do separačního prostoru 3, kde vlivem rozšiřujícího se průřezu separačního prostoru 3 dochází ke zpomalování její rychlosti a vlivem gravitace a filtračního účinku fluidní vrstvy se kal udržuje do určité hladiny ve vznosu a usazuje se. K hladině se pak dostává v podstatě čistá voda, která pod nomou stěnou 102 odtéká vývodem 10 mimo zařízení.

Při zastavení přítoku čerstvé odpadní vody do přívodu 6, hladina v anoxidní zóně 21 aktivačním prostoru 2 mírně klesne a při dosažení minimální úrovně nastavené plovákovou vzduchovou armaturou 13 se zmenší dodávka vzduchu do mamutkového čerpadla 12. Přitom vratný kal ze separačního prostoru 3 a také voda z hladiny odplyňovacího prostoru 4 a z hladiny separačního prostoru 3 přitéká nepřetržitě samospádem, čímž dochází k nepatrnému zvedání úrovně hladiny v anoxidní zóně 21. Proto nedochází k přerušování činnosti mamutkového čerpadla 12 a cirkulace vody ve vnitřním cirkulačním okruhu nádrže £ probíhá nepřetržitě.

Při přerušení dodávky elektrického proudu nebo při poruše zdroje tlakového vzduchu, a tím odstavení činnosti mamutkového čerpadla 12 z činnosti, dojde ke zvedání hladiny v anaerobní zóně 20 a v anoxidní zóně 21 a voda přes přepadové potrubí 8 a přepouštěcí trubku 11 přeteče do separačního prostoru 3, kde dojde k částečnému usazení nečistot a vytékání pouze mechanicky vyčištěné vody vývod 10, přičemž nomá stěna 102 zabraňuje odplavování plovoucích nečistot.

Při cyklickém provozu zařízení nebo při jeho úplném zastavení se vratný kal ze separačního prostoru 3 po určitý časový interval vrací zpět samospádem do anoxidní zóny 21 až do doby, kdy hladina v separačním prostoru 3 neklesne pod úroveň spodní části vyústění propojovacího potrubí 7.

Při náhlém přívalu splaškových vod přívodem 6 dojde pouze ke zvednutí hladiny v anaerobní zóně 20 a v anoxidní zóně 21 a po impulsu od plovákové vzduchové armatury £3 k sepnutí mamutkového čerpadla 12 na plný výkon. Tím nedochází k rychlému přítoku vody do separačního prostoru 3 a zabraňuje se výplavu kalu.

Popsané provedení není jediným možným řešením zařízení ale mamutkové čerpadlo 12 může být nahrazeno jiným vzduchovým přečerpávacím zařízením, vzduchová míchadla 14 mohou být jiné než hřibovité konstrukce se zmenšujícím se průřezem pláště výkyvné hlavy 141 směrem odspodu nahoru. Rovněž vzájemné uspořádání prostorů 2, 3 a 4 v nádrži 1 a jejich tvarové řešení může být upraveno dle velikosti nádrže 1 nebo požadované kapacity a účinnosti čistícího zařízení. Různá může být i konstrukce vzájemného spřažení a uchycení vzduchových míchadel 14 a promíchávače 9 anaerobní zóny 20 aktivačního prostoru 2.

Průmyslová využitelnost

Zařízení podle technického řešení je vhodné zejména pro malé biologické čistírny odpadních vod, zejména pro čištění lokálních zdrojů splaškových vod, které je po vyčištění možno použít

-4CZ 8352 UI jako užitkovou vodu, např. pro postřik zahrádek, a nebo je možno ji odvádět pomocí trativodů zpět do půdy bez nebezpečí ohrožení kvality spodních vod.

Claims (11)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Zařízení pro biologické čištění odpadních vod, zejména splaškových odpadních vod z malých lokálních domovních objektů nenapojených na kanalizační síť, obsahující v jedné nádrži alespoň lapač mechanických nečistot, aktivační prostor, vzhůru se rozšiřující separační prostor pro fluidní filtraci, a vnitřní cirkulační okruh mezi jednotlivými prostoty nádrže, kde jednak anoxidní zóna aktivačního prostoru, opatřená u dna nádrže alespoň jedním vzduchovým míchadlem, je zcela oddělena od oxidní zóny aktivačního prostoru, opatřené alespoň jedním provzdušňovačem, ajednak separační prostor je u dna nádrže propojen s odplyňovacím prostorem, vytvořeným v oblasti dělící stěny podél pláště nádrže, přičemž v anoxidní zóně je zaústěno mamutkové čerpadlo, které je propojené s řídící plovákovou armaturou a které je vyústěné v oxidní zóně aktivačního prostoru, vyznačující se tím, že aktivační prostor (2) je rozdělen na anaerobní zónu (20), anoxidní zónu (21) a oxidní zónu (22), kde ve spodní části separačního prostoru (3) je zaústěno propojovací potrubí (7), které je vyvedeno přes anoxidní zónu (21) nad úroveň hladiny odpadní vody a je vyústěno nad lapačem (5) do anaerobní zóny (20), přičemž vzduchové míchadlo (14) je spřaženo s promíchávačem (9) anaerobní zóny (20).
2. 2. Zařízení pro biologické čištění odpadních vod podle nároku 1, vyznačující se tím, že řídící plováková armatura (13) je uložena v anaerobní zóně (20).
3. 3. Zařízení pro biologické čištění odpadních vod podle nároků la2, vyznačující se tím, že v separačním prostoru (3) je před vývodem (10) vody z nádrže (1) umístěna nomá stěna (102).
4. 4. Zařízení pro biologické čištění odpadních vod podle nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že přepážka (24) mezi anaerobní zónou (20) a anoxidní zónou (21) aktivačního prostoru (2) je v nádrži upevněna vyjímatelně.
5. 5. Zařízení pro biologické čištění odpadních vod podle nároků laž4, vyznačující se tím, že propojovací potrubí (7) je nad vyústěním do lapače (5) opatřeno třetím odtokovým regulátorem (71).
6. 6. Zařízení pro biologické čištění odpadních vod podle nároků laž5, vyznačující se tí m , že vzduchové míchadlo (14) je upevněno na nosníku (15), který je uložen horizontálně výkyvné a který je uchycen na středové ose (16), vyvedené do anaerobní zóny (20), kde je na ní připevněn alespoň jeden promíchávač (9).
7. 7. Zařízení pro biologické čištění odpadních vod podle nároků laž6, vyznačující se tím, že středová osa (16) je připevněna ke dnu (101) nádrže (1) výkyvnými úchytkami (161).
8. 8. Zařízení pro biologické čištění odpadních vod podle nároků laž7, vyznačující se tím, že úchytky (161) jsou tvořeny řetězovými články.
9. 9. Zařízení pro biologické čištění odpadních vod podle nároků laž8, vyznačující se tím, že středová osa (16) je do anaerobní zóny (20) vyvedena propojovacím otvorem (23) přepážky (24).

   -5CZ 8352 Ul
10. 10. Zařízení pro biologické čištění odpadních vod podle nároků laž9, vyznačující se tím, že vzduchové míchadlo (14) je vytvořeno ve tvaru dutého hřibu s výkyvnou hlavou (141) upevněnou na řetízcích (142).
11. 11. Zařízení pro biologické čištění odpadních vod podle nároků lažlO, vyznačující 5 se tím, že trysky (143) pro přívod vzduchu do vzduchových míchadel (14) jsou pevně uchyceny na dně (101) nádrže (1) pod výkyvnými hlavami (141) vzduchových míchadel (14).