PL174626B1

PL174626B1 - Reaktor biologiczny do oczyszczania wody

Info

Publication number: PL174626B1
Application number: PL94323230A
Authority: PL
Inventors: Milos Krofta
Original assignee: Lenox Water Tech Inst
Priority date: 1993-03-18
Filing date: 1994-03-18
Publication date: 1998-08-31
Also published as: WO1994021561A1; CZ286508B6; CZ240795A3; HRP940173A2; PL174641B1; HU217372B; HU9502698D0; US5306422A; EP0689521A1; AU6411594A; TW268929B; HUT73513A; EP0689521A4; JPH08510952A; PL310678A1

Abstract

1. Reaktor biologiczny, do oczyszczania wo- dy, zawierajacy zbiornik z przewodem wlotowym zanieczyszczonej wody i wylotem oczyszczonej wody oraz umieszczona w zbiorniku substancje biologiczna reagujaca z zanieczyszczeniami, które zawieraja substancje wywolujace biologiczne i che- miczne zapotrzebowanie na tlen rozpuszczone lub tworzace zawiesine w zanieczyszczonej wodzie, znamienny tym, ze zbiornik (208) zawiera strefe tlenowa (212), majaca wylot recyrkulujacy (224a) oraz zespól napowietrzajacy, a substancja biolo- giczna jest umieszczona w strefie tlenowej (212) zbiornika (208) na nosniku zamocowanym oscy- lacyjnie w zbiorniku (208), zas za wylotem zbior- nika (208) jest polaczony wlot klarownicy (220) do oddzielania oczyszczonej biologicznie wody i szla- mu, przy czym klarownica (220) jest polaczona z przewodem recyrkulacyjnym (224) polaczonym z przewodem dolotowym (206) do zawracania co najmniej czesci szlamu oraz z przewodem (232) polaczonym z przewodem dolotowym (206) do za- wracania co najmniej czesci oczyszczonej biologi- cznie wody. FIG . 1 P L 174626 B 1 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest reaktor biologiczny do oczyszczania wody, zwłaszcza do oczyszczania ścieków komunalnych w celu usunięcia z nich standardowych zanieczyszczeń do poziomu bezpiecznego dla środowiska naturalnego.

Oczyszczanie wody polega na usuwaniu z niej zawiesiny cząstek zanieczyszczeń. Oczyszczanie wody w celu obniżenia w niej całkowitej zawartości cząstek stałych (TSS), ma kluczowe znaczenie we wszelkich instalacjach do uzdatniania wody, jak również do oczyszczania ścieków.

Wodę można oczyszczać z cząstek stałych techniką sedymentacji lub flotacji. Instalacje sedymentacyjne są bardzo popularne, ale ich sprawność jest stosunkowo mała. Ich teoretyczna wydajność maksymalna wynosi 211. na minutę na metr kwadratowy. Oczyszczanie dużej ilości wody tą metodą wymaga stosowania instalacji z dużymi zbiornikami sedymentacyjnymi o dużej głębokości. Oczywistymi ich wadami są wysokie koszty budowy i zajmowane miejsce. Wydajność instalacji tego typu można zwiększyć pokrywając duży obszar wielu usytuowanymi obok siebie dużymi zbiornikami betonowymi. Ze względu na wagę takich zbiorników oraz znajdującej się w nich wody trzeba je wpuszczać w ziemię. Zbiorniki te są zazwyczaj otwarte do atmosfery w związku z czym wydobywający się z nich odór utrudnia wybór lokalizacji oczyszczalni.

Technika flotacyjna polega na rozpuszczaniu kilku procent objętościowych powietrza w znajdującej się pod ciśnieniem wodzie, a następnie uwalnianiu powietrza w postaci mikroskopijnych pęcherzyków, które przywierają do zawieszonych cząstek stałych. Pęcherzyki unoszą cząstki ku górze, gdzie tworzą szlam flotacyjny. Przed doprowadzeniem

174 626 pęcherzyków powietrza cząstki stałe zazwyczaj koaguluje się i flokuluje za pomocą ałunu i polimerów. Teoretyczna wydajność oczyszczania technik flotacyjnych wynosi 315 l na minutę/m² obszaru flotacji, co stanowi piętnaście razy więcej od maksymalnej wydajności teoretycznej technik sedymentacyjnych. Wcześniejsze typy urządzeń oczyszczających, pracujących na tej zasadzie ujawniono w opisach patentowych Stanów ZjednoczonychAmeryki nr 4 022 696,4 377 485, 4 625 345,4 184 967 i 4 931 175.

Tego typu urządzenia oczyszczające obniżają całkowitą zawartość cząstek stałych ale jak dotychczas nie są w stanie zapewnić standardów państwowych w odniesieniu do biologicznego zapotrzebowania na tlen i kombinacji biologicznego zapotrzebowania na tlen i całkowitej zawartości cząstek stałych. Na przykład urządzenie Supracell, ujawnione w opisie patentowym US 4 022 696, bardzo skutecznie i ekonomicznie obniża całkowitą zawartość cząstek stałych ale generalnie jego sprawność w zmniejszaniu biologicznego zapotrzebowania na tlen z wody za pomocą flokulantów chemicznych wynosi od 40% do 60%.

Stosuje się znane dwustopniowe urządzenia oczyszczające, ale również one nie zapewniają sprawności oczyszczania do poziomu wymaganego przez normy państwowe. Ponadto ewentualne zwiększenie sprawności filtrowania poprzez intensyfikowanie chemicznego usuwania biologicznego zapotrzebowania na tlen powoduje dodatkowe obciążenie czynnika filtrującego, a co za tym idzie jego zatkanie, a to z kolei wymaga zwiększenia intensywności przepłukiwania. Poza tym urządzenia dwustopniowe są na ogół mniejsze, wolniejsze, a ich instalacja i eksploatacja są droższe niż urządzeń jednostopniowych, takich jak klarownica Supracell.

W konwencjonalnych instalacjach do oczyszczania ścieków komunalnych, urządzenia oczyszczające wykorzystujące jedynie rozpuszczone powietrze mają z nielicznymi godnymi uwagi wyjątkami, ograniczone zastosowania, głównie do cząstek stałych, jako zespoły instalacji do oczyszczania wód w kanałach burzowych podczas i bezpośrednio po obfitych opadach deszczów.

Ze ścieków należy również usuwać rozpuszczone w nich i koloidowe cząstki organiczne, a także pewne nieorganiczne związki chemiczne, zwłaszcza związki azotu i fosforu, takie jak azotany, azotyny i fosforany znajdujące się w odpadach pochodzenia organicznego, nawozach sztucznych i detergentach. Nie zneutralizowane organiczne cząstki stałe gniją, czemu towarzyszy intensywny odór, który można regulować za pomocą utleniania biologicznego. Obecność odoru tego typu wyraża się zazwyczaj w kategoriach biologicznego zapotrzebowania na tlen (BOD). Inne zawieszone zanieczyszczenia neutralizuje się za pomocą utleniania chemicznego. Ich obecność wyraża się zazwyczaj w kategoriach chemicznego zapotrzebowania na tlen (COD). Problemem jest również nadmierna ilość azotanów i fosforanów, między innymi ze względu na stymulowanie przez nie wzrostu alg w wodach, do których zrzuca się oczyszczone ścieki. Obowiązujące w Stanach Zjednoczonych Ameryki normy państwowe wymagają, żeby całkowita zawartość cząstek stałych (TSS) wynosiła poniżej 30 mg/l, oraz żeby całkowita zawartość cząstek stałych i biologiczne zapotrzebowanie na tlen w oczyszczonych ściekach wynosiły poniżej 15% ich początkowego stężenia w ściekach nie oczyszczonych.

Z tego względu zmniejsza się poziomy zawartości tych zanieczyszczeń za pomocą różnorodnych instalacji. Jednym ze sposobów zmniejszania biologicznego zapotrzebowania na tlen jest szeregowe zestawianie reaktorów biologicznych ze zbiornikami sedymentacyjnymi.

Z opisu patentowego US nr 3 617 541 znany jest reaktor biologiczny, który zwiera zbiornik z przewodem wlotowym zanieczyszczonej wody i wylotem oczyszczonej wody oraz umieszczoną w zbiorniku substancję biologiczną reagującą z zanieczyszczeniami, obejmującą substancje wywołujące biologczne i chemiczne zapotrzebowanie na tlen rozpuszczone lub tworzące zawiesinę w zanieczyszczonej wodzie. W reaktorze biologicznym do bakterii dodaje się powietrze umożliwiające reagowanie z substancjami organicznymi. Odpowiednie bakterie tlenowe są osadzone na osnowie reaktora biologicznego, zanurzanej w napowietrzonych wodach ściekowych. Do znanych osnów należą pianki, tworzywa sztuczne i piasek.

Jednym z przykładów takiego reaktora biologicznego jest instalacja LINPOR, przedstawiona w publikacji Upgrading of Wastewater Treatment Plants (Ulepszenie instalacji oczyszczania ścieków”), Water Science and Technology, vol. 22, nr 7/8, 1990. Reaktor biologiczny w tej instalacji jako osnowę zawiera małe kostki sześcienne ze spienionego plastiku. Sześciany te dodaje się do zbiornika do napowietrzania, gdzie ulegają flotacji. Warunkiem odpowiednio głębokiego ich zanurzenia, a tym samym odpowiedniego oddziaływania ze ściekami, jest ich duża ilość (20% do 30% objętości zbiornika). Dzięki temu zwiększa się sprawność instalacji do oczyszczania bez konieczności zwiększania jej wymiarów fizycznych, ale jest to bardzo kosztowne.

Znany jest również reaktor biologiczny, ujawniony w opisie patentowym US nr 4 411780, który zawiera zbiornik posiadający środkowo usytuowaną rurę pionową, połączoną z zespołem napowietrzającym oraz rozmieszczone wokół niej pionowo pręty z zawieszonymi na nich włóknami. Ścieki doprowadzane rurą pionową do dolnej części zbiornika zawracają do góry przechodząc przez obszar z włóknami, na których są umieszczone substancje aktywne biologicznie, na przykład mikroorganizmy, powodujące oczyszczanie ścieków.

Generalnie, oczyszczanie za pomocą znanych reaktorów biologicznych jest powolne, kosztowne i wymaga stosowania dodatkowej obróbki w celu regulacji całkowitej zawartości zawieszonych cząstek oraz związku azotu i fosforu.

Reaktor biologiczny, według wynalazku, zawierający zbiornik z przewodem wlotowym zanieczyszczonej wody i wylotem oczyszczonej wody oraz umieszczoną w zbiorniku substancję biologiczną reagującą z zanieczyszczeniami, które zawierają rozpuszczone Iub tworzące zawiesinę w zanieczyszczonej wodzie substancje wywołujące biologiczne i chemiczne zapotrzebowanie na tlen, charakteryzuje się tym, że zbiornik zawiera strefę tlenową, mającą wylot recyrkulujący oraz zespół napowietrzający, a substancja biologiczna jest umieszczona w strefie tlenowej zbiornika na nośniku zamocowanym oscylacyjnie w zbiorniku, zaś za wylotem zbiornika jest połączony wlot klarownicy do oddzielania oczyszczonej biologicznie wody i szlamu, przy czym klarownica jest połączona z przewodem recyrkulacyjnym połączonym z przewodem dolotowym do zawracania co najmniej części szlamu oraz z przewodem połączonym z przewodem dolotowym do zawracania co najmniej części oczyszczonej biologicznie wody.

Nośnik substancji biologicznej zawiera pasy tkaniny włókienniczej.

Nośnik substancji biologicznej zawiera osnowę dywanową.

Pod zespołem napowietrzającym jest usytuowana strefa beztlenowa, w której dolny koniec jest połączony z przewodem dolotowym zanieczyszczonej wody, przy czym nośnik substancji biologicznej jest zamontowany oscylacyjnie w strefie beztlenowej.

Przewód do recyrkulacji szlamu i obrobionej biologicznie wody jest połączony z pompą perystaltyczną.

Reaktor biologiczny według wynalazku zapewnia doskonały poziom oczyszczania ścieków z substancji biologicznych i chemicznych, a przy tym jest tańszy i bardziej wydajny niż znane reaktory biologiczne.

Zapewnia on możliwość obróbki biologicznej ścieków przy stosunkowo małej przestrzeni zajmowanej przez instalację i bardzo znacznymi oszczędnościami na kosztach nośników substancji biologicznej, w porównaniu z reaktorami znanymi. Dzięki zastosowaniu reaktora biologicznego według niniejszego wynalazku można łatwo i niezawodnie spełnić wymagania wszystkich państwowych norm w odniesieniu do wszystkich wymienionych wcześniej zanieczyszczeń.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia uproszczony przekrój pionowy reaktora biologicznego według niniejszego wynalazku, fig. 2 - przekrój poziomy reaktora biologicznego z fig. 1 poprowadzony płaszczyzną 2-2 z fig. 1, fig. 3 - rzut perspektywiczny jednego pasa nośnika substancji biologicznej pokazanego na fig. 2, fig. 4 - rzut perspektywiczny alternatywnego nośnika substancji biologicznej do reaktora biologicznego z fig. 1, fig. 5 - uproszczony widok perspektywiczny jednego stosu klarownie przykładowego układu do oczyszczania ścieków

17-4626 komunalnych, przeznaczonego do współpracy z reaktorem biologicznym według wynalazku, fig. 6 - rzut z góry całego układu do oczyszczania wody z dwoma stosami klarownie pokazanymi na fig. 5, opartymi na podporach betonowych, fig. 7 - rzut z przodu układu pokazanego na fig. 6.

Reaktor biologiczny 200 według wynalazku, przedstawiony na fig. 1 - 4 zawiera przewód 202 doprowadzający oczyszczoną wstępnie wodę, korzystnie w układzie oczyszczania zawierającym klarownice górną 114 i dolną 116, jak pokazano na fig. 5-7. Woda płynie przez studzienkę 204 i przewód wlotowy 206 do w przybliżeniu cylindrycznego zbiornika 208 ze stali nierdzewnej. Woda ta dopływa do znajdującej się w dolnej części zbiornika 208 strefy beztlenowej 210 przewodem dolotowym 206 usytuowanym w jej dolnej części. Korzystnie, strefa beztlenowa 210 zajmuje w przybliżeniu dolną, trzecią część zbiornika 208. Górne, w przybliżeniu dwie trzecie zbiornika 208, zajmuje strefa tlenowa 212. Pomiędzy tymi strefami znajduje się zespół porowatych rur 214, z których wylatuje sprężone powietrze tłoczone dmuchawą 216 do oczyszczanej wody (roztworu biologicznego) płynącej do góry wewnątrz zbiornika 208 reaktora 200. Nad górną powierzchnią zbiornika 208 znajduje się platforma 218, na której jest osadzona mała, specjalna klarownica 220 typu DAF.

Wpływająca woda najpierw płynie do góry przez strefę beztlenową 210. Następnie unoszą ją pęcherzyki powietrza wydobywające się z urządzenia napowietrzającego 214 w strefie tlenowej 212. Roztwór biologiczny wypływa ze zbiornika 208 ku górze i płynie przez platformę 218 do klarownicy 220, gdzie przepływa nad cylindryczną ścianką centralną 220a i wpływa do zbiornika flotacyjnego 220b, co przedstawiono strzałkami 221. Część strumienia roztworu biologicznego ze strefy tlenowej 212 kieruje się przez wylot cyrkulujący 224a i przewód 224 z powrotem do przewodu wlotowego 206. Szlam flotacyjny z klarownicy 220 kieruje się, jak pokazano strzałką 225, przewodem wylotowym 226 do przewodu recyrkulacyjnego 224. Na przewodzie bocznym 228 znajduje się zawór wylotowy dla nadmiarowego szlamu.

Wodę, wypływającą z klarownicy 220 po oczyszczeniu i obróbce biologicznej, kieruje się poprzez zewnętrzny zespół regulacyjny poziomu 230 przewodem 232 do wylotu 234 wody oczyszczonej i obrobionej biologicznie, skąd doprowadza się ją do dwustopniowej klarownicy górnej 116. Przewód 232 biegnie od odgałęzienia doprowadzającego oczyszczoną i obrobioną biologicznie wodę do przewodu wlotowego 206 do zbiornika 208 reaktora 200. Przepływ szlamu i roztworu biologicznego płynącego przewodem recyrkulacyjnym 224 wymusza się pompą perystaltyczną 238, utrzymującą natężenie przepływu zazwyczaj na poziomie od około dwóch, a korzystnie do około pięciu razy większym od całkowitego natężenia przepływu do zbiornika 208 reaktora 200 z przewodu 206. Pompę perystaltyczną 238 stosuje się ze względu na mniejsze prawdopodobieństwo zniszczenia przez nią kolonii bakterii porwanych przez przepływ recyrkulacyjny. Na przewodzie 232 do odzysku oczyszczonej i obrobionej biologicznie wody jest zainstalowana konwencjonalna pompa odśrodkowa 240 z zadaniem utrzymania przepływu recyrkulacyjnego w przedziale od około 40% do 100% całkowitego przepływu wody oczyszczonej i obrobionej biologicznie.

Podstawową zasadą niniejszego wynalazku jest osadzenie bakterii używanych w reaktorze biologicznym 200 na lub w nośniku substancji biologicznej zawieszonym pionowo w każdej ze stref 210 i 212. W zalecanym tu przykładzie wykonania, nośnikiem substancji biologicznej są pasy 248, 248a z tkaniny włókienniczej, a zwłaszcza grubej tkaniny dywanowej, takiej jaką używa się podczas tkania dywanów, zwisające z ramy 280. Rama 280 składa się z centralnego zespołu 242 w postaci rury biegnącej pionowo wzdłuż centralnej osi zbiornika 208. W zalecanym przykładzie wykonania jej średnica wynosi od 12,7 do 15,2 cm. Na centralnym zespole 242 osadza się dwa, znajdujące się w pewnej odległości w pionie, zespoły ramion 244, korzystnie prętów rurowych o średnicy 5,1 cm. Każdy z tych prętów biegnie w przybliżeniu promieniowo od rury 242 dzieląc przestrzeń wewnętrzną każdej ze stref 210, 212 na sześć sektorów, każdy rozpięty na łuku o kącie rozwarcia około 60°. Jeden zespół promieniowych ramion 244 znajduje się w górnej części każdej ze stref 220 i 212. W pozostałych sekcjach znajdują się pasy 248, 248a.

174 626

Pasy 248 w strefie tlenowej 212 są dłuższe · od pasów 248a w strefie beztlenowej 210, co wynika z różnicy pomiędzy pionowymi wysokościami tych stref. Korzystnie, w każdym z pasów 248, 248a znajdują się otwory lub szereg wzmocnionych oczek 248b, w które wchodzą haczyki 249, osadzone na zespole znajdujących się w pewnej odległości od siebie krzywoliniowych płyt 251 z blachy ze stali nierdzewnej, zamontowanych w taki sposób, że biegną pomiędzy sąsiednimi promieniowymi ramionami 244. Korzystnie, obwód płyt 251 jest w przybliżeniu okrągły, a same płyty 251 mają wysokość około 5,1 cm. Ten prosty system montażu zawiesiowego umożliwia wygodne zakładanie i wymianę nośnika substancji biologicznej. Unika się w ten sposób problemów z kosztami i ładowaniem małych sześcianów flotacyjnych z pianki. Pasy 248, 248a wiszą pionowo w roztworze biologicznym dzięki swojej wadze.

Inny wiszący nośnik substancji biologicznej, który można stosować, wytwarza się mocując szereg standardowych podzespołów 270 z tworzyw sztucznych używanych w dostępnych w handlu złożach biologicznych zraszanych (w których wodę do oczyszczania wtryskuje się przez zbiornik magazynowy z masą tych składników, z których każdy stanowi pożywkę dla bakterii). Pas lub taśmę tych podzespołów 270 osadza się na pręcie 272 z oczkiem 273 lub na innych standardowych zawiesiach usytuowanych na jego górnym końcu. Każde oczko 273 osadza się na jednym z haczyków 249 w sposób umożliwiający demontaż. Wiele sznurów tego typu zawieszonych na jednej płycie 251 tworzy część nośnika substancji biologicznej przypominającego krzywoliniową zasłonę z paciorków.

Rama 280 jest osadzona w szczelnych dla cieczy łożyskach 250 zamontowanych w górnej i dolnej ściance końcowej zbiornika 208 reaktora 200. Dzięki tym łożyskom 250, rama 280 wraz z wiszącymi na niej pasami 248,248a może wykonywać ruchy oscylacyjne i jest napędzana za pomocą odpowiedniego konwencjonalnego mechanizmu wytwarzającego ruch posuwisto-zwrotny. Zalecany tu przykład wykonania układu przedstawiono na fig. 5. Zastosowano w nim parę liniowych silników elektrycznych 260, pracujących w układzie tandem i nadających ramie 240 oscylacyjny ruch obrotowy za pomocą przewodów 262 połączonych z jednym z ramion 244. Dzięki uszczelnieniom 264 przewody 262 mogą poruszać się ruchem liniowym, a jednocześnie roztwór biologiczny nie ucieka ze zbiornika 208. Korzystnie, każdy z silników 260 jest zaopatrzony w wyłączniki krańcowe 260a połączone za pośrednictwem obwodu opóźniającego 260b, dzięki któremu na końcu każdego wahnięcia ramy 280 występuje krótka przerwa.

W strefie tlenowej 212, na pasach 248 znajdują się zwykłe bakterie tlenowe. Natomiast w strefie beztlenowej 210, na pasach 248a znajdują się zwykłe bakterie beztlenowe. Są to takie same bakterie jak stosowane w instalacjach do obróbki szlamu do neutralizacji rozpuszczonych zanieczyszczeń organicznych, polegającej na przetwarzaniu rozpuszczonego materiału organicznego na drodze biologicznej na CO 2 i wodę. Ze względu na dużą ilość rozpuszczonych związków organicznych, które można zneutralizować za pomocą bakterii, ich ilość w biomasie znacznie rośnie. Oscylacyjny ruch dywanowych pasów 248, będących nośnikami substancji biologicznej zapewnia dobre oddziaływanie pomiędzy roztworem biologicznym a bakteriami, a ponadto usuwa nadmiar biomasy z nośnika substancji biologicznej. Nadmiar ten jest następnie odprowadzany w roztworze biologicznym do klarownicy 220, gdzie powstaje z niego szlam flotacyjny, który jest usuwany lub regenerowany lub do przewodu 224.

Reaktor biologiczny 200 według wynalazku korzystnie jest dostosowany do połączenia z układem do oczyszczania 100, pokazanym na fig. 5-7. Układ oczyszczający 100 składa się z dwóch stosów 112, z których każdy zawiera klarownicę górną 114 i dolną 116. Stosy 112 znajdują się obok siebie po obu stronach wspólnego, centralnie usytuowanego rurociągu 118 doprowadzającego wodę do urządzenia 100 i odprowadzającego z niego szlam. Klarownica górna 114 jest znaną klarownicą jednostopniową, która usuwa cząstki stałe z zawiesiny doprowadzanej głównym przewodem wlotowym 120. Klarownica dolna 116 jest klarownicą dwustopniową.

174 626

Wodę zanieczyszczoną z przewodu wlotowego 120 kieruje się odgałęzieniami 120a, do dystrybutorów zamontowanych na wózkach 124, obracających się wokół jednej z klarownie górnych 114 napędzanych silnikiem 126. Na wózkach 124 znajduje się również wielołopatkowy czerpak zgarniacza 128 takiego typu, napędzany silnikiem 130, również zamontowanym na wózku. Wodę ściekową obrabia się za pomocą flokulanta umieszczonego w zbiorniku 168 i doprowadzanego przez konwencjonalną chemiczną instalację przewodową 170 do przewodu z wodą pod ciśnieniem, zawierającą rozpuszczone powietrze. Każda klarownica górna 114 jest zasilana sprężonym powietrzem za pomocą sprężarki 132. Pompa 134 pompuje zregenerowaną oczyszczoną wodę. Sprężone powietrze doprowadza się i rozpuszcza w rurze 136. Rozpuszczone w wodzie powietrze uwalnia się w zbiorniku flotacyjnym 138 klarownicy górnej 114 w taki sposób, że w wodzie powstają mikroskopijne pęcherzyki. Oczyszczana woda wypływa w kierunku przeciwnym do ruchu wózka 124, a prędkość wypadkowa wody wpływającej do zbiornika flotacyjnego 138 jest w przybliżeniu równa zeru.

W ciągu jednego obrotu wózka 124 mikroskopijne pęcherzyki powietrza, powstające w wyniku uwolnienia rozpuszczonego powietrza, unoszą sflokulowane chemicznie cząstki stałe stanowiące zawiesinę. W procesie flotacji cząstki zawiesiny unoszą się ku powierzchni wody znajdującej się w zbiorniku flotacyjnym 138. Cząstki te tworzą szlam flotacyjny usuwany za pomocą zgarniacza 128 do centralnej komory zbiorczej 140. Niektóre cząstki stałe, na przykład piasek, osiadają na dnie. Na wózku 124 jest również osadzony zgarniacz denny, który przesuwa osadzone cząstki stałe po dnie zbiornika flotacyjnego 138 do studzienki 144. Osiadły na dnie szlam odprowadza się z klarownicy górnej 114 rurą 146 połączoną z przewodem wylotowym 148. Główny odlotowy przewód 150 kieruje cały zebrany szlam, zarówno flotacyjny jak i osadowy, z obu klarownie górnej 114 i dolnej 116 do szybu 152. Pompa 154 odprowadza rurą 156 szlam z szybu na zewnątrz do urządzeń do usuwania lub do dalszego przerobu, na przykład do instalacji usuwającej nadmiar wody, wyposażonej w taśmową prasę filtrującą 158 i/lub w zespół do utleniania i/lub ozonowania w stabilizatorze szlamu. Stabilizator szlamu może wytwarzać szlam ustabilizowany nie zawierający zanieczyszczeń biologicznych ani ciężkich metali, który można używać jako nawóz sztuczny lub ściółkę do przykrywania roli. Po dalszej obróbce takiego typu szlam ten jest też stosunkowo suchy (20% do 45% zawartości substancji suchej), co zmniejsza jego wagę i ułatwia transport na wysypiska lub do dalszego przerobu.

Klarownica górna 114 bardzo sprawnie usuwa cząstki stałe tworzące zawiesinę. Zmniejsza ona skutecznie stężenia od rzędu 300 ppm do 20 - 50 ppm. Godne uwagi jest również to, że tak znaczne oczyszczanie można uzyskać w płytkim zbiorniku flotacyjnym 138 (406 - 457 mm) i przy wysokich wydajnościach, np. około 14 m³/min dla klarownicy typu Supracell ze zbiornikiem o średnicy 12 m. Klarownica górna 114 zmniejsza również biologiczne zapotrzebowanie na tlen, ale już nie tak skutecznie jak całkowite stężenie cząstek stałych. Zazwyczaj obniża ona biologiczne zapotrzebowanie na tlen o około 50%.

Klarownica dolna 116 jest urządzeniem dwustopniowym. Usuwa ona tworzące zawiesinę cząstki stałe techniką DAF i filtrowania, zazwyczaj przez warstwę piasku lub podobnej substancji leżącej na dnie zbiornika flotacyjnego.

Jak widać na fig. 6-7, korzystnie układ oczyszczający 100 połączony z reaktorem biologicznym według wynalazku zawiera dwa stosy 112 znajdujące się w całości w budynku 160, o takich wymiarach, które umożliwiają łatwe śledzenie procesu przetwarzania, na przykład z centralnej, usytuowanej na górze kabiny 162. Stosy 112 zawierające klarownice górne 114 o średnicy 12,2 m i klarownice dolne 116 o średnicy 11,0 m, wraz z towarzyszącymi instalacjami przewodowymi można umieścić w budynku o długości około 38 metrów, szerokości 18 metrów i wysokości 9,5 metra. Warto zauważyć, że dzięki zwartemu upakowaniu klarownie 114,116 w stosach 112 wszystkie cztery klarownice 114, 116 można w całości zmieścić w jednym, zwartym budynku 160, który można wybudować stosunkowo tanio. Dzięki zwartości konstrukcji zmniejsza się również koszty eksploatacyjne związane z regularnymi kontrolami urządzeń i pobieraniem próbek wody. Wydajność oczyszczania pokazanego na fig. 6 i 7 układu złożonego z dwóch stosów 112

1.74 626 jest równoważna wydajności konwencjonalnej urządzenia sedymentacyjnego zajmującego obszar o powierzchni około czternaście razy większej. Dzięki obudowaniu wszystkich klarownie 114,116 można regulować emisję odorów i natężenie hałasu, co znacznie ułatwia wybór lokalizacji zakładów i zmniejsza problemy estetyczne i ekologiczne związane z działaniem instalacji do uzdatniania wody. Należy również zwrócić uwagę na to, że stosy 112 stoją na fundamentach betonowych 160a położonych na ziemi, z wyjątkiem poprzecznego szybu 164 i wzdłużnego szybu 165, w których znajdują się przewody 120,120a głównego strumienia wody oczyszczanej, wody oczyszczonej i szlamu. W szybach 164,165 znajdują się studzienki 164a, 164b i 164c przy wlocie wody oczyszczanej, wylocie wody oczyszczonej i szybie zbiorczym 152 szlamu.

Klarownica górna 114 jest osadzona na słupach stalowych (fig. 5) lub betonowych (fig. 6 i 7) 166, 166a. Jak widać na fig. 5, na słupach 166 leży kratownica ze stalowych belek 115, na której jest osadzone dno klarownicy górnej 114. Na fig. 6 i 7 podpory 115a są wykonane ze zbrojonego betonu. Taki piętrowy układ konstrukcji jest możliwy tylko dzięki bardzo małej głębokości wody w zbiorniku flotacyjnym 138. Przed wpłynięciem wody do klarownie 114, 116, filtr główny 172 w postaci wirującego cylindra o konwencjonalnej konstrukcji usuwa z niej materiał, który nie poddaje się flotacji. Korzystnie, stosuje się sita grubo- i drobnooczkowe, przy czym wielkość pionowych szczelin w sitach grubooczkowych wynosi około 25 mm. Wielkość oczek w sitach drobnooczkowych wynosi od 3 do 6 mm i można je czyścić oraz usuwać z nich śmieci. Sita te mogą mieć postać bębnów lub ruchomej szczeliny. Zaleca się zbiórkę zanieczyszczeń za pomocą kosza zsypowego. Istotne znaczenie ma to, że w związku ze stosowaniem w klarowniach technik flotacji za pomocą rozpuszczonego powietrza, instalacji tej nie trzeba wyposażać w dodatkowe urządzenia do oddzielania oleju, tłuszczów i gruzu flotacyjnego, jak w przypadku klarownie typu sedymentacyjnego. W razie spodziewanej wysokiej zawartości piasku w oczyszczanej wodzie korzystne jest również stosowanie konwencjonalnego, cyklonowego separatora piasku zainstalowanego na rurociągu dolotowym klarownicy głównej. Konwencjonalne separatory cyklonowe są wyposażone w automatyczne kolektory piasku, z których odprowadza się go do kosza zsypowego. Klarownica górna 114 jest w stanie poradzić sobie z wodami o niskiej lub średniej zawartości piasku odprowadzając osadzone ziarenka za pomocą zgarniacza dennego i studzienki ściekowej. W studzience ściekowej można zainstalować automatyczne urządzenie wyładowcze, a w większych instalacjach można również zamontować ślimakowy wyrzutnik piasku wbudowany w dno studzienki, jak w dostępnych w handlu klarownicach typu SPC.

Dzięki piętrowej konstrukcji klarownie 114, 116, umieszczeniu rur wylotowych wody oczyszczonej w szybach 164 i 165 pod poziomem ziemi i pompom 167 w instalacji wylotowej wody oczyszczonej, w klarownicach dolnych 116 powstaje ciśnienie wystarczające do filtrowania wody przez dwa czynniki filtrujące przy wysokim natężeniu przepływu.

Podczas pracy, wymiary klarownie 114,116 i natężenia przepływu do nich zależą od liczebności populacji obsługiwanej przez układ oczyszczający 10. Przykładowo, maksymalna ilość ścieków dopływających do układu oczyszczającego z obszaru zamieszkałego przez dwadzieścia tysięcy osób wynosi podczas dnia deszczowego około 9,5 m³/min, co wymaga obszaru flotacyjnego o powierzchni około 34,3 m² w stosie 112 i zastosowania instalacji typu SAF-BP o średnicy 6,7 m. W przypadku populacji o liczebności sześćdziesięciu tysięcy osób, maksymalna ilość ścieków podczas deszczowego dnia rośnie do

28,7 m³/min, niezbędne pole powierzchni obszaru flotacyjnego wynosi 102,5 m2 w stosie 112, a średnice klarownie 114 i 116 muszą wynosić odpowiednio 12,2 m i 11,0 m. Dla liczebności populacji rzędu dwieście tysięcy osób, maksymalna ilość ścieków podczas deszczowego dnia rośnie do 95,6 m³/min, niezbędne pole powierzchni obszaru flotacyjnego wynosi 341,1 m2, średnica klarownicy górnej 114 wynosi 21,3 m, a średnica klarownicy dolnej 116 wynosi 18,9 m. Równoległy układ stosów 112 zapewnia odpowiednią rezerwę. W normalnych warunkach oba pracują tylko podczas dni deszczowych.

174 626

Ztego względu wymiary jednego stosu 112 są dobrane w taki sposób, że jest on w stanie oczyszczać maksymalne ilości ścieków, jakie występują w dni suche. Na fig. 5 - 7 przedstawiono opisane wcześniej średnie układy oczyszczające 10, a mianowicie dwa zespoły klarownie SPC 40 w układzie równoległym zamontowane nad klarownicami SAF36-BP. Jak zauważono wcześniej, układ tego typu wymaga wybudowania budynku o wymiarach wynoszących w przybliżeniu 18x36x9,5 metra wysokości. Podczas dni deszczowych układ ten, przeznaczony do oczyszczania ścieków z obszaru zamieszkałego przez sześćdziesiąt tysięcy ludzi, jest w stanie oczyścić 50 milionów litrów dziennie. Instalacja dla populacji o liczebności dwudziestu tysięcy osób jest w stanie oczyścić 16,5 miliona litrów dziennie, a dla dwustu tysięcy osób 164,7 milionów litrów. W znajdującej się poniżej tabeli 1, oprócz wymiarów instalacji do oczyszczania ścieków i odpowiednich klarownie przeznaczonych do współpracy z reaktorem biologicznym według wynalazku, przedstawiono również typowe poziomy oczyszczania, które można uzyskać za pomocą układu do oczyszczania.

Tabela 1

Tabela 1	cząstki stałe (pp^m)	biologiczne zapotrzebowanie na tlen (pp^m)	NH4 (pp^m)	całkowity azot organiczny (ppm)	całkowity fosfór (pp^m)
Ścieki dopływające	300	350	20	35	6,5-2,5
Woda wypływająca Faza C.1	5	90	15	30	3,0-1,5
Woda wypływająca Faza C.2	5	30	10	20	3,0-0,3
Woda wypływająca Faza C.3	5	10	1	5	2,0-0,2

W fazie C.1 odbywa się oczyszczanie fizyko-chemiczne w klarownicach górnej 114 i dolnej 116. Obejmuje ona usuwanie fosforu, zwłaszcza podczas etapu filtrowania w klarownicy 116, natomiast nie obejmuje obróbki biologicznej, takiej jaką zapewnia przepływ strumienia z klarownicy górnej 114 do biologicznego reaktora 200. W fazie C.2 odbywa się dalsze oczyszczanie, które uzyskuje się po szeregowym włączeniu biologicznego reaktora 200 według wynalazku pomiędzy klarownice 114 i 116. Klarownice 114 i 116, pracujące bez biologicznego reaktora 200, są w stanie zmniejszyć biologiczne zapotrzebowanie na tlen o około 50% przy całkowitym jego zmniejszeniu do około 75%, natomiast biologiczny reaktor 200 jest w stanie zmniejszyć zawartość substancji wywołującej biologiczne zapotrzebowanie na tlen BOD do 30 ppm, co stanowi mniej niż 10% ich zawartości w ściekach dopływających do instalacji. W fazie C.3 zachodzi dodatkowo denitryfikacja w strefie beztlenowej 210 reaktora biologicznego 200 według wynalazku, z równoczesną recyrkulacją roztworu biologicznego i szlamu przewodem 224. Należy zwrócić uwagę, że dodanie tego etapu beztlenowego ma bardzo duży wpływ na zmniejszenia zawartości azotu w roztworze biologicznym. Zawartość amoniaku i całego azotu organicznego zmniejsza się prawie dziesięciokrotnie. Strefa beztlenowa 212 zmniejsza również poziomy zawartości substancji wywołującej biologiczne zapotrzebowanie na tlen z końcowej wartości 30 ppm do 10 ppm dla danych liczbowych przytoczonych w tym przykładzie. Cząstki stałe zawiesiny skutecznie usuwa się już w fazie C.1 procesu.

W tabelach 2-5 przedstawiono dla porównania wyniki kilku testów na sprawność oczyszczania układu do oczyszczania 100 na poziomie C.1 za pomocą klarownicy Supracell,

174 626 pełniącej rolę klarownicy górnej 114, i klarownicy SASF, pełniącej rolę dwustopniowej klarownicy dolnej 116, ale bez obróbki biologicznej.

Tabela 2

Siarczan żelazowy do SASF

Natężenie przepływu = 170 litr/min.,

SPC = 5 ppm polimeru kationowego,

SASF = 98 ppm siarczanu żelazowego, 0,5 ppm polimeru kationowego, Ozon dodawany do wody wypływającej z SPC (wyl.) = 2,8 mg/l

	NTU (zmętnienie)	Cząstki stałe mg/l	Chemiczne zapotrzebowanie na tlen COD mg/I	Biologiczne zapotrzebowanie na tlen BOD, mg/l
WLOT	-	140	360	1Ί2
Wyl. z SPC	31	37	198	83
Wyl. z SASF	U	N.W. Nie wykrywalne	95	44

Tabela 3

Siarczan żelazowy do SPC

Natężenie przepływu = 114 litr/min.,

SPC = 75 ppm siarczanu żelazowego, 4,4 ppm polimeru kationowego, SASF = 3,3 ppm polimeru kationowego

Ozon dodawany do wody wypływającej z SPC (wyl.) = 4,2 mg/l

	NTU (zmętnienie)	Całkowita zawartość cząstek stałych mg/l	Chemiczne zapotrzebowanie na tlen COD mg/l	Biologiczne zapotrzebowanie na tlen BOD, mg/l
WLOT	-	307	477	204
Wyl. z SPC	-	38	142	100
Wyl. z SASF	-	N.W.	89	33

Tabela 4

Zmiana warunków tylko w następującym zakresie Natężenie przepływu =151LPM (litr/min.) (40 GPM), SPC = 75 ppm siarczanu żelazowego, (bez ozonu)

	NTU (zmętnienie)	Całkowita zawartość cząstek stałych mg/l	Chemiczne zapotrzebowanie na tlen COD mg/l	Biologiczne zapotrzebowanie na tlen BOD, mg/l
WLOT	68	223	499	252
Wyl. z SPC	28	55	165	83
Wyl. z SASF	1,3	N.W.	99	44

17-1626

Tabela 5

Test z PAC (7157) jako koagulantem podstawowym

PAC dodawany do SPC

Natężenie przepływu = 114 (litr/min.),

SPC = 100 ppm PAC, 1,5 ppm polimeru anionowego

SASF = 78 ppm siarczanu żelazowego, 1,0 ppm polimeru kationowego Nie dodawano ozonu

	NTU (zmętnienie)	Całkowita zawartość cząstek stałych mg/l	Chemiczne zapotrzebowanie na tlen COD mg/l	Biologiczne zapotrzebowanie na tlen BOD, mg/l
WLOT	-	668	770	368
Wyl. z SPC	61	179	349	154
Wyl. z SASF	1,3	N.W.	84	37

	Całkowita zawartość P, mg/l	Całkowity azot organiczny mg/l	NO3-N, mg/l	NH 3-N, mg/l
WLOT	7,3	31	1,7	20
Wyl. z SPC	4,7	30	1,1	19
Wyl. z SASF	0,04	16	0,1	18

W tabelach tych przedstawiono między innymi potencjał układu do oczyszczania 100 wyposażonego w jednostopniowe klarownice 114, a następnie dwustopniowe 116, ale bez obróbki biologicznej lub innych specjalnych reaktorów, do regulacji zawartości substancji wywołujących zapotrzebowanie na tlen chemiczne i biologiczne, fosforu i azotu do poziomu, w którym są spełnione, albo prawie są spełnione, amerykańskie normy państwowe. Jak można zauważyć reaktor biologiczny 200 według wynalazku zapewnia doskonałe oczyszczenie ścieków w porównaniu z konwencjonalnym układem oczyszczającym zawierającym klarownice.

Wynalazek opisano na zalecanych przykładach wykonania, ale rozumie się samo przez się, że na podstawie zamieszczonego szczegółowego opisu i rysunków można w nim wprowadzić różne modyfikacje i zmiany. Reaktor biologiczny może na przykład mieć tylko strefę tlenową. Tego typu zmiany i modyfikacje również mieszczą się w zakresie ujętym w załączonych zastrzeżeniach patentowych.

174 626

FIG. 5

174 626

FIG. 3

FIG. 1

Departament Wydawnictw UP RP Nakład 90 egz.

Cena 4,00 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Reaktor biologiczny, do oczyszczania wody, zawierający zbiornik z przewodem wlotowym zanieczyszczonej wody i wylotem oczyszczonej wody oraz umieszczoną w zbiorniku substancję biologiczną reagującą z zanieczyszczeniami, które zawierają substancje wywołujące biologiczne i chemiczne zapotrzebowanie na tlen rozpuszczone lub tworzące zawiesinę w zanieczyszczonej wodzie, znamienny tym, że zbiornik (208) zawiera strefę tlenową (212), mającą wylot recyrkulujący (224a) oraz zespół napowietrzający, a substancja biologiczna jest umieszczona w strefie tlenowej (212) zbiornika (208) na nośniku zamocowanym oscylacyjnie w zbiorniku (208), zaś za wylotem zbiornika (208) jest połączony wlot klarownicy (220) do oddzielania oczyszczonej biologicznie wody i szlamu, przy czym klarownica (220) jest połączona z przewodem recyrkulacyjnym (224) połączonym z przewodem dolotowym (206) do zawracania co najmniej części szlamu oraz z przewodem (232) połączonym z przewodem dolotowym (206) do zawracania co najmniej części oczyszczonej biologicznie wody.
2. Reaktor biologiczny według zastrz. 1, znamienny tym, że nośnik substancji biologicznej zawiera pasy (248, 248a) tkaniny włókienniczej.
3. Reaktor biologiczny według zastrz. 2, znamienny tym, że nośnik substancji biologicznej zawiera osnowę dywanową.
4. Reaktor biologiczny według zastrz. 1, znamienny tym, że pod zespołem napowietrzającym jest usytuowana strefa beztlenowa (210), w której dolny koniec jest połączony z przewodem dolotowym (206) zanieczyszczonej wody, przy czym nośnik substancji biologicznej jest zamontowany oscylacyjnie w strefie beztlenowej (210).
5. Reaktor biologiczny według zastrz. 1, znamienny tym, że przewód (232) do recyrkulacji szlamu i obrobionej biologicznie wody jest połączony z pompą perystaltyczną (238).