PL167645B1 - Sposób i reaktor do oczyszczania wody PL PL PL - Google Patents

Abstract

1 . Sposób oczyszczania wody, wedlug którego scieki przeprowa- dza sie przez reaktor, zawierajacy nosniki, na których narasta folia biolo- giczna, która przyczynia sie do potrzebnej przemiany zanieczyszczen, przy czym stosuje sie nosniki, które sa plastikowymi elementami czasteczkowymi o rozwinietej powierzchni, znamienny tym , ze utrzymuje sie nosniki z folia bilogiczna w zawieszeniu i ruchomo w wodzie wewnatrz reaktora, przy czym stosuje sie nosniki majace powierzchnie przynajmniej 1,5-krotnie wieksza niz zewnetrzna powierzchnia elementów gladkich o tych samych wymiarach, majace gestosc w zakresie od 0,90 do 1,20, korzystnie od 0,92 do 0,98, a szczególnie od 0,92 do 0,96 kg/dm3 , majace ksztalt chroniacy czesc powierzchni nosników przed zuzyciem podczas stosowania, oraz ma- jace wewnetrzne scianki tworzace kanaly umozliwiajace latwe przepusz- czanie wody prze te nosniki 7 Reaktor do czyszczenia wody w warunkach niedotlenionych i beztlenowych, zawierajacy komore z rura wlotowa i rura wylotowa oraz ewentualnie zespól mieszajacy przy czym ta komora zawiera duza ilosc nosników dla folii biologicznej, stanowiacych plastikowe elementy czas- teczkowe o rozwinietej powierzchni, znamienny tym, ze komora zawiera nosniki (2) z folia biologiczna zawieszone w wodzie, przy czym te nosniki (2) maja powierzchnie przynajmniej 1,5-krotme wieksza niz zewnetrzna powierzchnia elementów gladkich o tych samych wymiarach, maja gestosc w zakresie od 0,90 do 1,20, korzystni e od 0,92 do 0,98, a w szczególnosci od 0,92 do 0,96 kg/dm3 , maja ksztalt chroniacy czesc powierzchni nosników przed zuzyciem podczas stosowania, oraz maja wewnetrzne scianki tworza- ce kanaly umozliwiajace latwe przepuszczanie wody przez te nosniki (2), przy czym objetosc nosników (2) w pustym reaktorze stanowi 30-70% obje- tosci reaktora F i g 5 PL PL PL

Description

Wiele różnych sposobów, służących do oczyszczania ścieków jest znanych, na przykład sposób mechaniczny za pomocą sedymentacji lub przesiewania, oczyszczenie chemiczne za pomocą dodania środków chemicznych oraz obróbka gazowa na przykład za pomocą ozonu lub chloru. Ponadto znany jest sposób uzdatniania wody środkami biologicznymi, to jest za pomocą poddania wody działaniu kultury bakteryjnej, która powoduje potrzebną przemianę zanieczyszczeń. Wymienione wyżej sposoby są w dużym stopniu wykorzystywane łącznie.

Obecny wynalazek odnosi się do problemów, występujących przy biologicznym oczyszczaniu za pomocą kultur bakteryjnych.

Warstwa bilogiczna, tak jak niżej omawia się, jest pojmowana, jako warstwa kultury bakteryjnej, przy czym bakterie w tej warstwie mogą być typu bakterii tlenowych lub typu bakterii beztlenowych, zależnie od tego, jaki rodzaj oczyszczania jest potrzebny.

Sposoby oczyszczania bilogicznego są przede wszystkim stosowane do ścieków, mogą być one jednak również stosowane do oczyszczania wody w kulturach wodnych i dla wody pitnej. Wynalazek można wykorzystywać we wszystkich dziedzinach, w których można stosować metody biologiczne do oczyszczania wody i ścieków komunalnych, zwłaszcza w biologicznych procesach beztlenowych, w których zawartość reaktora jest nasycana tlenem i mieszana za pomocą napowietrzania, lecz także można go wykorzystywać w procesach beztlenowych, w których zawartość reaktora nie jest napowietrzana, lecz jest utrzymywana pod działaniem mieszania mechanicznego lub hydrodynamicznego.

Sposoby biologiczne są powszechnie stosowane w celu oczyszczania wody zanieczyszczonej. Tradycyjnie, sposoby biologiczne były stosowane do zmniejszania zawartości materiału organicznego w wodzie, lecz w ostatnich latach sposoby biotechnologiczne również zastosowano, szczególnie do usuwania amonu /nitryfikacja/, usuwania azotu za pomocą denitryfikacji i usuwania fosforu.

Odróżnia się procesy tlenowe i procesy beztlenowe. W procesach tlenowych, mikroorganizmy potrzebują tlenu, natomiast mikroorganizmy istniejące w procesach beztlenowych muszą mieć środowisko pozbawione tlenu. Większość oczyszczalni na świecie wykorzystuje procesy tlenowe, lecz narasta zainteresowanie stosowaniem procesów beztlenowych, zwłaszcza odnośnie do usuwania azotu oraz oczyszczania związanego z usuwaniem azotu i oczyszczaniem stężonych organicznych ścieków przemysłowych.

Odróżnia się również systemy biozawiesinowe i systemy biowarstwowe. W systemach biozawiesinowych, mikroorganizmy pływają w wodzie i są razem skupiane w cząstkach osadu ściekowego w bioreaktorze. W systemach zawiesiny tlenowej, w systemach zawiesiny aktywnej, cząstki zawiesinowe oddziela się od wody i następnie są one powrotnie przesyłane do bioreaktora, aby przez to utrzymać możliwie wysoki poziom ilości biomasy.

W systemach biowarstwowych, mikroorganizmy rozwijają się na ustalonych powierzchniach bioreaktora. Warstwa biologiczna zwiększa swoją grubość w miarę, jak rozrastają się mikroorganizmy, a części warstwy biologicznej odrywają się w końcu i nowa warstwa biologiczna zaczyna tworzyć się. Ponieważ warstwa bilogiczna jest nieruchoma, a woda przepływa, biomasa nie musi być zwracana, aby mikroorganizmy można było wykorzystywać w maksymalnym stopniu.

167 645

Ostatnio wystąpiła wyraźna tendencja do zastąpienia systemów zawiesinowych systemami z warstwą biologiczną. Głównymi przyczynami są następujące:

a. Ilość biomasy na jednostkę objętości może być znacznie zwiększona, przy czym bioreaktor może mieć z tego powodu mniejszą objętość.

b. Reaktory o warstwie biologicznej mogą wytrzymywać większe zmiany obciążenia oraz również zmiany składu wody nieoczyszczonej, co sprawia, że sposoby z warstwą biologiczną są mocniejsze niż sposoby z zawiesiną aktywną.

c. Wynik awarii w procesie biologicznym nie ma tak dramatycznych skutków przy stosowaniu sposobów z warstwą biologiczną, jak ma to miejsce w wypadku sposobów z zawiesiną aktywną, ponieważ stężenie zawiesiny poza bioreaktorem jest dużo mniejsze.

Obecnie istniejące reaktory z warstwą biologiczną są oparte na różnych rozwiązaniach układowych, takich jak wirniki biologiczne /obrotowe kontaktory biologiczne/, złoża biologiczne zraszane i reaktory ze złożem fluidalnym. W patencie brytyjskim Nr 2197308, w patencie europejskim ET-A2 301.237 i patencie francuskim Nr 73. 17859 są przedstawione przykłady odmian złoża biologicznego zraszanego, w których reaktor jest upakowany elementami nieruchomymi. Są również złoża biologiczne lub biofiltry, w których czynnik nośnikowy dla warstwy biologicznej jest zanurzany, a objętość wody jest napowietrzana, lecz systemy te opierają się na stałym nośniku, zajmującym nieruchome położenie w reaktorze, albo na elementach podobnych do gumy piankowej, które mogą pływać w reaktorze z zawiesiną aktywną.

Systemy z zawiesiną aktywną /systemy zawiesinowe/ mają tę wadę, że można napotkać trudności przy uzyskiwaniu wystarczającej kontroli nad oddzielaniem zawiesiny, przy czym z tego powodu może występować niezamierzona utrata zawiesiny przy poważnych konsekwencjach dla odbiorcy tej zawiesiny.

Inną, oczywistą wadą tych systemów jest to, że objętość reaktora jest bardzo duża, ponieważ ilość biomasy na jednostkę w reaktorze staje się mała.

W porównaniu do tradycyjnych systemów z warstwą biologiczną /biowirniki oraz złoża biologiczne zraszane/, systemy z zawiesiną aktywną mają jednak tę zaletę, że ma się do czynienia z otwartym reaktorem biologicznym, który w żaden sposób nie może zatykać się.

Największą wadą systemów biowirnikowych jest to, że wykorzystują one prefabrykowany biowirnik, co sprawia, że układ taki jest mało elastyczny. Biowirniki miały duże problemy mechaniczne, a gdy biowirnik ulega awarii, to występują duże trudności przystosowania biowirnika do innego układu. Można przytoczyć kilka przykładów reaktorów z biowirnikami, które przebudowano na reaktory z filtrem biologicznym, lecz wtedy z układem opartym na nieruchomym materiale filtrowym.

Główną wadą tradycyjnego systemu z filtrem biologicznym /złoże biologiczne zraszane/, w którym woda cieknie na materiale nośnikowym dla warstwy biologicznej, a nasycanie tlenem dokonuje się poprzez wentylację naturalną, jest to, że objętość bioreaktora staje się stosunkowo duża. Ponadto znaczną wadąjest to, że w tym systemie ilość tlenu dostarczana do procesu nie może być regulowana według ilości, która jest stosowana w procesie biologicznym, a która odpowiada ładunkowi organicznemu. Wiadomo, że w tych okolicznościach tradycyjne filtry biologiczne /złoża biologiczne zraszane/ wykonują gorsze oczyszczanie dla danego ładunku organicznego w przeliczeniu na obszar powierzchni, niż osiąga się to innymi sposobami warstw biologicznych.

Innym rodzajem filtru biologicznego jest tak zwany zanurzany filtr biologiczny. Jego zasada działania polega na tym, że nieruchomy materiał złoża biologicznego zanurza się w reaktorze podczas gdy biomasa jest nasycana tlenem za pomocą napowietrzania. Wzrostowa powierzchnia zanurzonego filtru biologicznego jest nieruchoma i najczęściej zawiera faliste płatki z tworzywa sztucznego, sklejone wzajemnie ze 'sobą, aby tworzyć kostki sześcienne, które umieszcza się jedną na drugiej, tak jak cegły budowlane, lub dowolnie rozmieszczone pojedyńcze elementy lub cząstki granulowane, lecz one wszystkie są jednak nieruchome podczas stosowania filtru biologicznego. Główną wadą związaną ze stałym zanurzonym filtrem biologicznym jest to, że dostęp do spodniej strony filtru biologicznego jest bardzo utrudniony. Gdy filtr biologiczny zatyka się od spodu, albo jeśli zespół napowietrzania umieszczony pod

167 645 filtrem biologicznym zatyka się, to cały filtr biologiczny trzeba wyjmować w celu oczyszczenia. Występował również problem polegający na tym, że elementy całego filtru biologicznego wypłynęły do góry, jako skutek częściowego zatykania, lub utworzenia się wielkich kieszeni powietrznych w materiale filtru biologicznego.

Innym systemem jest tak zwany bioreaktor ze złożem fluidalnym. Jest on oparty na reaktorze biologicznym, napełnionym piaskiem, a woda jest pompowana od spodu do wierzchołka reaktora biologicznego przy wystarczającej prędkości, aby fluidyzować piasek. Warstwa biologiczna rośnie na ziarnach piasku. Przy zastosowaniu tego systemu można otrzymywać bardzo dużą biomasę w przeliczeniu na jednostkę objętości reaktora, ponieważ powierzchnia właściwa przyrostu dla warstwy biologicznej będzie duża.

Wadą tego systemu jest wynik o bardzo dużym organicznym ładunku na jednostkę objętości, który jest przez to powodowany. Odpowiednio do tego systemy tlenowe nie mogą być zasilane wystarczającą ilością tlenu na jednostkę objętości, aby zastępować tlen, wykorzystywany przez biomasę. W praktyce, inny problem polegał na oddzielaniu warstwy biologicznej od ziaren piaskowych, ponieważ są one bardzo małe /zwykle od 0,4 do 0,6 mm/.

Ponadto są inne systemy na pograniczu tych, które wyżej przedstawiono, jako systemy tradycyjne. Większość tych systemów ma na celu zwiększenie ilości biomasy na jednostkę objętości bioreaktora za pomocą tworzenia warstwy biologicznej. Większość tych systemów alternatywnych opiera się na pewnym układzie, który można klasyfikować między systemem z warstwą biologiczną a systemem z zawiesiną aktywną, przy czym zawiesina od stopnia następującego po oddzieleniu przepływa powrotnie do pojemnika po operacji oddzielania, aby ustanowić kulturę zawiesinową dodatkowo do kultury warstwy biologicznej w reaktorze biologicznym. Tym sposobem podejmuje się próbę jazdy na obydwu koniach.

System taki jest niekorzystny z następujących powodów:

a. Stężenie zawiesiny w pojemniku oddzielania zawiesiny staje się bardzo duże, a to powoduje zwiększone ryzyko dla odbiorcy z powodu utraty zawiesiny.

b. Cząstki zawiesiny będą przedstawiały organiczone naprężenie na warstwie biologicznej, co stanowi fakt demonstrowany w kilku projektach badawczych.

Bardzo istotną wadą systemu, opartego na biomasie, która rośnie na małych kostkach gumy piankowej i wewnątrz nich, pływających w reaktorze, polega na tym, że kostki te pływają tak dobrze, iż będą one pływać na powierzchni wody reaktora biologicznego, przy czym tworzą nie wystarczające zetknięcie między biomasą i podłożem dopływającym. Inną zasadniczą wadą okazało się to, że biomasa rośnie tylko na powierzchni kostki, a nie w objętości porowej, tak jak zamierzano. Stanowi to skutek tego faktu, że warstwa biologiczna na zewnętrznej powierzchni zapobiega dostępowi wody i substratu do wewnętrznej objętości.

Stwierdzono, że można uniknąć zasadniczych wad wyżej omówionych systemów, podczas gdy jednocześnie większość istotnych zalet każdego z nich może być zachowana.

Sposób oczyszczania wody według wynalazku wykorzystuje nowy rodzaj nośnika dla warstwy biologicznej oraz można go zastosować w reaktorze biologicznym, w którym odpowiednie organizmy biologiczne mogą rosnąć na nośniku.

Według wynalazku proponuje się sposób oczyszczania wody, przy czym ścieki doprowadza się do reaktora, zawierającego nośniki z warstwą biologiczną przyczyniającą się do potrzebnej przemiany zanieczyszczeń, przy czym stosuje się nośniki, które są plastikowymi elementami cząsteczkowymi o rozwiniętej powierzchni, który to sposób charakteryzuje się tym, że utrzymuje się nośniki z folią biologiczną w zawieszeniu i ruchomo w wodzie wewnątrz reaktora, przy czym stosuje się nośniki mające powierzchnie przynajmniej 1,5-krotnie większą niż zewnętrzna powierzchnia elementów gładkich o tych samych wymiarach, mające gęstość w zakresie od 0,90 do 1,20 korzystnie od 0,92 do 0,98, a szczególnie od 0,92 do 0,96 kg/dm³, mające kształt chroniący część powierzchni nośników przed zużyciem podczas stosowania, oraz mające wewnętrzne ścianki tworzące kanały umożliwiające łatwe przepuszczanie wody przez te nośniki.

Reaktor do tlenowego, niedotlenionego i beztlenowego oczyszczania wody, zawierający komorę z rurą wlotową i rurą wylotową oraz ewentualnie zespół mieszający, przy czym ta

167 645 komora zawiera dużą ilość nośników dla folii biologicznej, stanowiących plastikowe elementy cząsteczkowe o rozwiniętej powierzchni, według wynalazku charakteryzuje się tym, ze komora zawiera nośniki z folią biologiczną zawieszone w wodzie, przy czym te nośniki mają powierzchnię przynajmniej 1,5-krotnie większą niż zewnętrzna powierzchnia elementów gładkich o tych samych wymiarach, mają gęstość w zakresie od 0,90 do 1,20, korzystnie od 0,92 do 0,98, a w szczególności od 0,92 do 0,96 kg/dm3, mają kształt chroniący część powierzchni nośników przed zużyciem podczas stosowania, oraz mają wewnętrzne ścianki tworzące kanały umożliwiające łatwe przepuszczanie wody przez te nośniki, przy czym objętość nośników w pustym reaktorze stanowi 30-70% objętości reaktora. Korzystnie stosuje się nośniki, mające powierzchnię co najmniej 2-krotnie większą niż zewnętrzna powierzchnia elementów gładkich o tych samych wymiarach. Korzystnie także stosuje się nośniki, mające wymiary liniowe w zakresie od 0,2 do 3 cm, a zwłaszcza od 0,5 do 1,5 cm.

W sposobie i urządzeniu według wynalazku korzystnie stosuje się nośniki z miękkiego tworzywa sztucznego, ewentualnie z recyrkulowanego tworzywa sztucznego, które mają postać odcinków rury z wewnętrznymi oddzielającymi ściankami. Można też stosować nośniki stanowiące kawałki rury wytłaczanej z tworzywa sztucznego, mającej ścianki oddzielające w kierunku wzdłużnym rury na obwodzie zewnętrznym rury. Komora reaktora zawiera zespół sitowy dla oddzielania nośników z cieczy przy wylotowej rurze. Komora zawiera też zespół doprowadzający powietrze, który jest zasilany powietrzem poprzez powietrzną wlotową rurę, a także zespół mieszający o postaci mechanicznego mieszadła lub pompy cyrkulacyjnej.

Jest korzystne, aby nośnik był sporządzony z miękkiego tworzywa sztucznego, bo wówczas nie wywołuje zużycia innych nośników, ani też nie przyczynia się do zużywania samego reaktora razem z wyposażeniem.

Nie występuje żadne konkretne ograniczenie odnośnie postaci nośnika pod warunkiem, aby miał on dużą powierzchnię w przeliczeniu na jednostkę masy oraz wyżej określoną gęstość, tak aby mógł tworzyć zawiesinę. Zarówno na wewnętrznych, jak i na zewnętrznych ścianach, a także na ścianach oddzielających nośnika będzie tworzyła się warstwa folii biologicznej potrzebnej kultury bakteryjnej. Zwykle powinno być możliwie dużo ścian oddzielających, w celu utworzenia szczególnie dużej powierzchni dodatkowej, lecz z drugiej strony trzeba dołożyć starań, aby otwory między oddzielającymi ścianami nie stawały się tak małymi, że otwory te zatykają, się. Gdy nośnik ma postać kawałka rurki z wewnętrznymi ścianami oddzielającymi, ściany rur. mogą odpowiednio zawierać zagięcia skierowane do wewnątrz, tak aby wewnętrzna ściana była poddawana mniejszemu tarciu względem innych nośników lub względem reaktora - podczas działania. Przez to folia biologiczna na zewnętrznej ścianie nośnika zachowuje się,-jako bardziej nietknięta. Rura stosowana do sporządzenia nośnika może, na przykład, mieć, odpowiednio zewnętrzne ściany, które tworzą krzyż. Ponadto, zewnętrzne ściany w rurze mogą tworzyć układ plastra miodu, lecz inne układy, które tworzą dużą powierzchnię i łatwe przejście, można również stosować. Można też stosować cząstki o chropowatej powierzchni, na przykład gruboziarniste granule, nawet jeśli one będą miały mniejszą powierzchnię niż wspomniane kawałki rurkowe.

Najkorzystniej, nośnik jest kawałkiem wytłaczanej rury, mającej oddzielające ściany w kierunku wzdłużnym tej rury i żebrami po stronie zewnętrznej. Taki nośnik jest szczególnie korzystny z tego powodu, że łatwo go można wykonać w przeciwieństwie do nośnika wykonanego innymi możliwymi sposobami, na przykład za pomocą odlewania ciśnieniowego, według którego każdy nośnik trzeba indywidualnie wykonywać. W wypadku wytłaczania, rura jest ciągle wytłaczana i cięta na odpowiednie odcinki. Wszystkie oddzielające ściany, będą wtedy ustawione w kierunku wzdłużnym rury, wobec czego niezależnie od tego, gdzie rura jest cięta, przekrój poprzeczny będzie taki sam.

Dodatkowo do nośnika, zawierającego wewnętrzne oddzielające ściany, stwierdzono, że jest korzystne, jeśli ma on także żebra po stronie zewnętrznej, przy czym ma on wtedy postać odcinka wytłaczanej rury, zawierającej oddzielające ściany w kierunku wzdłużnym rury zarówno wewnątrz, jak i zewnątrz obwodu rury. Za pomocą takiego układu otrzymuje się szczególnie dużą powierzchnię ze stosunkowo małej ilości materiału, na przykład z tworzywa

167 645 sztucznego, w porównaniu do powierzchni. Podobnie, jak wewnętrzne powierzchnie rury, także zewnętrzne powierzchnie blisko miejsca, w którym żebra wytłacza się z obwodu rury, będą chronione przed działaniem na folię biologiczną podczas użytkowania.

Odpowiedni rodzaj nośnika z żebrami jest przedstawiony w przekroju poprzecznym na fig. 1. Z boku nośnik wygląda, - jak prostokąt, jest to prawie najprostszy, możliwy do wymyślenia kształt. Inny kształt jest przedstawiony na fig. 2, na której rura ma kwadratowy przekrój poprzeczny i kilka ścian wewnętrznych. Modyfikacja tego wykonania jest przedstawiona na fig. 3, na której wewętrzne ściany i zewnętrzne ściany, wysuwają się poza obwód rury, aby tworzyć wyżej wspomniane żebra. Tak, jak na fig. 1, żebra takie nie tylko nie muszą być przedłużeniem wewnętrznych ścian lub zewnętrznych ścian, lecz mogą być również niezależnymi żebrami między tymi, które na przykład przedstawiono na fig. 3.

Nośnik wykorzystuje się w reaktorach do oczyszczania wody, przez doprowadzenie regulowanej ilości nośnika do reaktora, a oczyszczana woda jest uzdatniana w reaktorze folią biologiczną, która jest utworzona i będzie rosła na nośnikach, przy czym będzie powodowała potrzebną przemianę czynników zanieczyszczających. Wykorzystuje się reaktor o dopływie wodnym u spodu i wypływie oczyszczonej wody u góry, lecz takie rozmieszczenie nie jest konieczne, zwłaszcza, jeśli stosuje się odpowiednie urządzenia mieszające i cyrkulacyjne. Jest korzystne, jeśli reaktor ma urządzenie sitowe, przy czym szerokość oczka sitowego jest mniejsza niż najmniejsza średnica nośnika. Będzie to służyło do tego, aby zapobiegać, że nośniki wydostaną się z reaktora. Nośniki można łatwo pompować do reaktora i z reaktora, natomiast czynności konserwacyjne nie wymagają przerwy w działaniu.

Nośniki, ich stosowanie, reaktor oraz sposób według wynalazku tworzą system, który w porównaniu do tego, co wyżej opisano o poprzednich znanych systemach, ma kilka zalet:

- Objętość reaktora jest całkowicie otwarta, a wzrostowa powierzchnia dla folii biologicznej, zawierającej stałe nieporowate cząstki, obiega wokół reaktora biologicznego, natomiast ciężar właściwy cząstek jest bardzo bliski 1,0 kg/dm³

- Reaktor biologiczny może być całkowicie zamknięty, a materiał nośnikowy zanurzony, przy czym umożliwia się tworzenie optymalnego kontaktu między zanieczyszczeniami w wodzie a mikroorganizmami na nośnikach, jak również całkowitą kontrolę, dotyczącą możliwych zapachowych czynników, pochodzących od procesu.

- Reaktor biologiczny można nasycać tlenem za pomocą napowietrzania, co umożliwia prawidłowe regulowanie zużycia i zasilania tlenu. Tym sposobem można regulować organiczny ładunek odpowiednio do tego, co jest pobierane przez biomasę.

System według wynalazku ma tę samą zaletę, jak systemy z zawiesiną czynną, przy czym reaktor jest otwarty i dlatego nie może zatykać się. Ponadto, reaktor może praktycznie mieć dowolny kształt.

Dużą zaletą systemu według wynalazku w porównaniu do innych systemów z folią biologiczną jest to, że istniejące systemy z zawiesiną czynną można łatwo przebudować w taki sposób, że układ według wynalazku przystosowuje się do istniejących instalacji, opartych na zasadzie zawiesiny czynnej. Taka przebudowa jest bardzo skomplikowana w wypadku innych systemów z folią biologiczną

Różnica między systemem według wynalazku a wyżej omawianym zanurzonym filtrem biologicznym przede wszystkim polega na tym, że powierzchnia wzrostu dla folii biologicznej w systemie według wynalazku obiega wokół wewnątrz reaktora biologicznego, jako skutek turbulencji, tworzonej napowietrzaniem lub siłami hydrodynamicznymi, natomiast powierzchnia wzrostu w zanurzonym filtrze biologicznym, tak jak wyżej podano, jest stacjonarna i zwykle zawiera faliste płatki z tworzywa sztucznego, sklejone wzajemnie ze sobą, jako kostki sześcienne, umieszczone jedna na drugiej, tak jak cegły budowlane, albo pojedyncze elementy lub granule dowolnie rozmieszczone w reaktorze biologicznym, lecz które nadal są stacjonarne podczas działania filtru biologicznego.

W układzie według wynalazku zatykanie czynnika filtru biologicznego nie jest możliwe, ponieważ czynnik filtru biologicznego nie jest stacjonarny, lecz przesuwa się razem ze strumieniami wewnątrz reaktora biologicznego. Gdy urządzenia napowietrzania w reaktorze zaty8

167 645 kąją się, bardzo łatwo można usunąć czynnik filtru biologicznego za pomocą prostego wypompowania go. Podobnie, można go pompować do reaktora biologicznego, kiedy proces rozpoczyna się.

Gdy reaktor biologiczny jest stosowany do procesów beztlenowych, w których nie występuje żadne napowietrzanie, czynnik reaktora biologicznego poddaje się ciągłemu lub doraźnemu mieszaniu, na przykład za pomocą mieszadła śmigłowego lub za pomocą pompowania obiegowego. Zgodnie z tym, możliwość zatykania jest bardzo mała, co jest przeciwstawne do sytuacji, kiedy stosuje się stacjonarny filtr biologiczny, w którym ryzyko zatykania w systemie beztlenowym jest raczej wielkie. Zawartość reaktora może być tu podgrzewana w celu zwiększania wydajności reakcji w procesach beztlenowych.

Według wynalazku można uzyskać zgodnie z potrzebą wartość powierzchni na jednostkę objętości do działania roboczego przy czym ze względu na to, można regulować doprowadzanie tlenu w dokładnej zgodności ze zużyciem tlenu, jakie aktualnie zachodzi. Doprowadzanie tlenu można również regulować, tak aby stosowano powietrze, zamiast czystego tlenu, w celu nasycania tlenem. Cząstki, na których rośnie folia biologiczna, są stosunkowo duże oraz one nie toną, lecz krążą, lub są utrzymywane w obiegu cyrkulacyjnym, tak aby gęstość cząstek mogła być wybierana niezależnie od ilości wody, potrzebnej do przepływu poprzez reaktor.

W układzie według wynalazku, zawiesina nie powinna normalnie powracać do reaktora biologicznego w tym celu, aby zwiększać biomasę. To jednak nie zapobiega temu, że zawiesina może powrotnie popłynąć, jeśli na przykład system jest wykorzystywany w istniejących instalacjach zawiesiny czynnej.

Szczególnym przedmiotem wynalazku jest otrzymanie większej wydajności rozpadu substratu na jednostkę objętości reaktora, niż ta, która jest otrzymywana za pomocą konkurencyjnych systemów oraz otrzymanie przez to mniejszych kosztów w przeliczeniu na jednostkę ciężaru substratu.

Ceł osiąga się za pomocą tego, że folia biologiczna rośnie na nośnikach według wynalazku, umieszczonych w reaktorze, poprzez który przepływa woda uzdatniana.

Gdy biologiczny proces tlenowy ma zachodzić w reaktorze biologicznym, zawartość reaktora jest napowietrzana. Za pomocą napowietrzania nośniki dokładnie mieszają się w objętości reaktora i przez to zapewnia się dobry kontakt między folią biologiczną, rosnącą na nośnikach, a substratem w ściekach.

Gdy proces beztlenowy ma zachodzić w reaktorze biologicznym, zawartość reaktora nie jest napowietrzana. Dokładne mieszanie zawartości reaktora zostanie wtedy zapewnione, na przykład za pomocą mieszania mechanicznego /mieszadło śmigłowe/ lub pompowaniem obiegowym zawartości reaktora.

Normalnie nośniki znajdują się w reaktorze, kiedy woda wypływa z reaktora poprzez zespół sitowy o oczku mniejszym niż przekrój poprzeczny nośników. Do specjalnych zastosowań, na przykład przy biologicznym usuwaniu fosforu, można pozwolić nośnikom na wypływanie razem z wodą z reaktora, aby później zostały oddzielone i powrotnie doprowadzone do reaktora. W tym wypadku wykonuje się to, aby rosnąca na nośnikach folia biologiczna mogła przepływać zarówno poprzez reaktor tlenowy, jak i poprzez reaktor beztlenowy.

Reaktory w postaci prefabrykowanej mogą być całkowicie zamknięte zarówno dla procesów tlenowych, jak i beztlenowych. Umożliwia to całkowite kontrolowanie zapachu, który może być wytwarzany w reaktorze. Zarówno kiedy reaktor wykorzystuje się w procesach tlenowych i beztlenowych, gazy wylotowe z procesu są wychwytywane i odprowadzane. W procesach tlenowych, gazy wylotowe przede wszystkim zawierają dwutlenek węgla i mniejsze ilości innych gazów, które wyprowadza się do atmosfery, opcjonalnie po osobnym odwanianiu. W procesach beztlenowych, gazy odpadkowe zawierają głównie metan i dwutlenek węgla z mniejszymi ilościami innych gazów. Ten gaz biologiczny ma dużą wartość opałową i odpowiednio do tego może być opcjonalnie wykorzystany do produkcji energii.

167 645

Gdy wynalazek zostaje zastosowany do polepszania istniejących oczyszczalni, reaktor zwykle jest otwarty, ponieważ można wtedy wykorzystywać istniejące już pojemniki /na przykład, zbiorniki napowietrzania w instalacjach z zawiesiną czynną/.

Ilość nośników w reaktorze zmienia się odpowiednio do dziedziny stosowania i dostępnej objętości reaktora. Zwykle ilość jest taka, że nośniki w pustym zbiorniku zajmują od 30 do 70% objętości reaktora. Można jednak ilość regulować według ładunku substratowego, tak jak ma działać reaktor przy tym ładunku. Tym sposobem ilość można określać za pomocą zdolności reaktora do nasycania tlenem.

Trzema najbardziej istotnymi wartościami wymagającymi decyzji, przy określaniu wymiarów reaktora biologicznego są objętość reaktora, ilość nośników na jednostkę objętości i ilość dostarczonego tlenu /w wypadku reaktora tlenowego/.

Sam reaktor można budować przy zastosowaniu dowolnych odpowiednich materiałów, lecz prefabrykowane zamknięte reaktory są zwykle budowane ze stali lub GAP, natomiast otwarte reaktory zwykle buduje się z betonu lub stali.

Zawiesina folii biologicznej może być oddzielana za reaktorem biologicznym dowolnym sposobem oddzielania cząstek, na przykład za pomocą sedymentacji, flotacji, filtracji i metodą przeponową.

Tak jak wyżej ogólnie opisano, reaktor biologiczny można stosować według wszystkich metod oczyszczania, opartych na biologicznej degradacji substancji, która ma być usunięta.

Najbardziej powszechnymi dziedzinami zastosowania sąjednak następujące:

- Usuwanie substancji organicznych w ściekach za pomocą reakcji tlenowej.

- Usuwanie substancji organicznej w stężonych ściekach organicznych za pomocą reakcji beztlenowej.

- Usuwanie amonu za pomocą utleniania do azotynu i azotanu za pomocą reakcji tlenowej /nitryfikacja/.

- Usuwanie azotu za pomocą redukcji azotynu i azotanu do gazu azotowego za pomocą reakcji beztlenowej /denitryfikacja/.

- U suwanie fosforu za pomocą reakcj i tlenowej /beztlenowej.

Wynalazek zapewnia następujące zalety przy oczyszczaniu ścieków:

- Reaktor biologiczny według wynalazku potrzebuje mniejszej objętości reaktorowej w celu usuwania danej jednostkowej masy czynnika zanieczyszczającego /substancja organiczna, amon, itp./ niż istniejące tradycyjne układy, ponieważ ilość biomasy na jednostkę objętości jest większa.

- W prefabrykowanej postaci obecny reaktor biologiczny normalnie jest zamknięty, w celu otrzymania lepszych warunków kontroli co do możliwych zapachowych gazów, niż ma to miejsce w rozwiązaniach tradycyjnych.

- W wykonaniu tlenowym istnieje lepsza możliwość regulowania dostawy tlenu odpowiednio do potrzeby tlenu niż ma to miejsce w systemach tradycyjnych.

- Dzięki dużej powierzchni kontaktowej między biomasą a dostarczanym powietrzem, istnieje powód do przekonania, że tlen lepiej wykorzystuje się w obecnym reaktorze, niż ma to miejsce w tradycyjnych instalacjach z zawiesiną czynną. Pociąga to za sobą zmniejszoną potrzebę powietrza i odpowiednio obniża koszty energetyczne przy eksploatowaniu obecnego reaktora w porównaniu do systemów z zawiesiną czynną

- Reaktor ma w przybliżeniu taką samą budowę zarówno dla systemów tlenowych, jak i dla systemów beztlenowych. W wyniku, system tlenowy można łatwo przebudować na system beztlenowy i odwrotnie. Ma to szczególną zaletę dla tych systemów, które potrzebują zarówno czynności tlenowych, jak i czynności beztlenowych, na przykład dla systemów służących do biologicznego usuwania azotu i fosforu.

- W porównaniu do zanurzonych filtrów biologicznych o stacjonarnej powierzchni wzrostu dla folii biologicznej, wzrostowa powierzchnia dla folii biologicznej, jaką się tutaj przewiduje, może być dużo łatwiej usuwana z pojemnika reaktorowego, co upraszcza oczyszczanie, kontrolę wizualną i czynności konserwacyjne zarówno pojemnika reaktorowego, jak i systemu napowietrzania oraz zmniejsza to ryzyko zatykania czynnika powierzchni wzrostu.

167 645

- Istniejące oczyszczalnie biologiczne oparte na zawiesinie czynnej można bardzo łatwo rozbudować do większej wydajności, kiedy stosuje się istniejące reaktory w systemie według wynalazku.

Prosty reaktor przedstawiono na fig. 4, przy czym reaktor 1 jest cylindrem, który zawiera nośniki 2 dla folii biologicznej, na wylocie służącym do uzdatnionej wody 5 reaktor ma zespół sitowy 3. Wodę doprowadza się rurą u spodu pojemnika 4, a gaz odlotowy wyprowadza się poprzez rurę u wierzchołka 6. Można zapobiegać tworzeniu piany za pomocą układu tryskatowego 7, który może natryskiwać wodę na powierzchnię.

Na fig. 5 przedstawiono reaktor, który jest wyposażony w zespół 8 służący do doprowadzenia powietrza, przy czym powietrze doprowadza się rurociągiem 9. Reaktor ten jest przeznaczony do procesów tlenowych.

Na fig. 6 i fig. 7 przedstawiono reaktory, które mają zespoły mieszadłowe do stosowania w procesach beztlenowych. Reaktory te są skądinąd podobne do reaktora na fig. 1. Na fig. 6 zespół mieszadłowy jest śmigłowym mieszadłem 10 napędzanym silnikiem, oraz na fig. 7 przedstawiono pompę cyrkulacyjną 11 w połączonej cyrkulacyjnej rurze 12.

Claims (15)

1. Sposób oczyszczania wody, według którego ścieki przeprowadza się przez reaktor, zawierający nośniki, na których narasta folia biologiczna, która przyczynia się do potrzebnej przemiany zanieczyszczeń, przy czym stosuje się nośniki, które są plastikowymi elementami cząsteczkowymi o rozwiniętej powierzchni, znamienny tym, że utrzymuje się nośniki z folią bilogiczną w zawieszeniu i ruchomo w wodzie wewnątrz reaktora, przy czym stosuje się nośniki mające powierzchnię przynajmniej 1,5-krotnie większą niż zewnętrzna powierzchnia elementów gładkich o tych samych wymiarach, mające gęstość w zakresie od 0,90 do 1,20, korzystnie od 0,92 do 0,98, a szczególnie od 0,92 do 0,96 kg/dm³, mające kształt chroniący część powierzchni nośników przed zużyciem podczas stosowania, oraz mające wewnętrzne ścianki tworzące kanały umożliwiające łatwe przepuszczanie wody prze te nośniki.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się nośniki, mające powierzchnię co najmniej 2-krotnie większą niż zewnętrzna powierzchnia elementów gładkich o tych samych wymiarach.

3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że stosuje się nośniki, mające wymiary liniowe w zakresie od 0,2 do 3 cm, a zwłaszcza od 0,5 do 1,5 cm.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się nośniki z miękkiego tworzywa sztucznego, ewentualnie z recyrkulowanego tworzywa sztucznego, które mają postać odcinków rury z wewnętrznymi oddzielającymi ściankami.

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się nośniki stanowiące kawałki rury wytłaczanej z tworzywa sztucznego.

6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że stosuje się nośniki w postaci kawałków wytłaczanej rury, mającej ścianki oddzielające w kierunku wzdłużnym rury na obwodzie wewnętrznym oraz żebra w kierunku wzdłużnym na obwodzie zewnętrznym rury.

7. Reaktor do czyszczenia wody w warunkach niedotlenionych i beztlenowych, zawierający komorę z rurą wlotową, i rurą wylotową oraz ewentualnie zespół mieszający przy czym ta komora zawiera dużą ilość nośników dla folii biologicznej, stanowiących plastikowe elementy cząsteczkowe o rozwiniętej powierzchni, znamienny tym, że komora zawiera nośniki (2) z folią biologiczną zawieszone w wodzie, przy czym te nośniki (2) mają powierzchnię przynajmniej 1,5-krotnie większą niż zewnętrzna powierzchnia elementów gładkich o tych samych wymiarach, mają gęstość w zakresie od 0,90 do 1,20, korzystnie od 0,92 do 0,98, a w szczególności od 0,92 do 0,96 kg/dm3, mają kształt chroniący część powierzchni nośników przed zużyciem podczas stosowania, oraz mają wewnętrzne ścianki tworzące kanały umożliwiające łatwe 'przepuszczanie wody przez te nośniki (2), przy czym objętość nośników (2) w pustym reaktorze stanowi 30-70% objętości reaktora.

8. Reaktor według zastrz. 7, znamienny tym, że nośniki (2) mają powierzchnię co najmniej 2-krotnie większą niż zewnętrzna powierzchnia elementów gładkich o tych samych wymiarach.

9. Reaktor według zastrz. 7 albo 8, znamienny tym, że nośniki (2) mają wymiary liniowe w zakresie od. 0,2 do 3 cm, a zwłaszcza od 0,5 do 1,5 cm.

10. Reaktor według zastrz. 7, znamienny tym, że nośniki (2) są wykonane z miękkiego tworzywa sztucznego, ewentualnie z recyrkulowanego tworzywa sztucznego, i mają postać odcinków rury z wewnętrznymi oddzielającymi ściankami.

11. Reaktor według zastrz. 7, znamienny tym, że nośniki (2) stanowią kawałki rury wytłaczanej z tworzywa sztucznego.

12. Reaktor według zastrz. 11, znamienny tym, że nośniki (2) mają postać kawałków wytłaczanej rury, mającej ścianki oddzielające w kierunku wzdłużnym rury na obwodzie wewnętrznym oraz zebra w kierunku wzdłużnym na obwodzie zewnętrznym rury.

167 645

13. Reaktor według zastrz. 7, znamienny tym. że komora zawiera zespół sitowy (3) dla oddzielania nośników z cieczy przy wylotowej rurze (5).

14. Reaktor według zastrz. 7, znamienny tym, że komora zawiera zespół (8) doprowadzający powietrze, który jest zasilany powietrzem poprzez powietrzną wlotową rurę (9).

15. Reaktor według zastrz. 11, znamienny tym, że komora zawiera zespół mieszający w postaci mechanicznego mieszadła (10) lub pompy cyrkulacyjnej (11).

Obecny wynalazek dotyczy sposobu oczyszczania wody i reaktora, służącego do stosowania tego sposobu.