PL174641B1

PL174641B1 - Układ do oczyszczania wody

Info

Publication number: PL174641B1
Application number: PL94310678A
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: EP0689521A1; TW268929B; PL174626B1; PL310678A1; CZ286508B6; JPH08510952A; HU217372B; HU9502698D0; EP0689521A4; HRP940173A2; HUT73513A; US5306422A; CZ240795A3; WO1994021561A1; AU6411594A

Abstract

1. Uklad do oczyszczania wody, zawiera- jacy przewód wlotowy wody zanieczyszczo- nej oraz co najmniej jedna klarownice ze zbiornikiem flotacyjnym i wylot wody oczy- szczonej, znamienny tym, ze zawiera co naj- mniej pierwszy stos (112) klarownicy górnej (114) i klarownicy dolnej (116), umieszczo- nych w ukladzie pietrowym na zespole pod- porowym (115,115a,166,166a), przy czym klarownica górna (114) ma zbiornik flotacyj- ny (138), który jest polaczony z przewodem wlotowym (120) wody zanieczyszczonej i który zawiera zespól do flotacji rozpuszczo- nym powietrzem, a klarownica dolna (116) zawiera zbiornik wewnetrzny (14), stano- wiacy flokulator hydrauliczny, który jest po- laczony z przewodem wylotowym (148) klarownicy górnej (114) i jest polaczony ze zbiornikiem zewnetrznym (12), z którym jest polaczony wylot wody oczyszczonej. F I G . 1 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ do oczyszczania wody.

Niniejszy wynalazek dotyczy ogólnie oczyszczania wody metodą flotacji za pomocą rozpuszczonego powietrza (DAF), a zwłaszcza układu o zwartej konstrukcji i zmiennej wydajności, przeznaczonego 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 21 I 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.

174 641

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 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 Zjednoczonych Ameryki nr 4 022 696, 4 377 485, 4 625 345, 4 184 967 i 4 931 175.

W klarownicy ujawnionej w opisie patentowym 4 022 696, określanej jako SPC i Supracell, flotacja odbywa się w okrągłym zbiorniku. Brudną wodę doprowadza się do zbiornika usytuowaną centralnie rurą, z której rozprowadza się ją wielu wylotami znajdującymi się pod poziomem wody w zbiorniku, obracającymi się wokół zbiornika. Woda wpływa w kierunku przeciwnym do kierunku obrotów rury wlotowej z prędkością względem tej rury dobraną w taki sposób, że jej prędkość wypadkowa na wlocie do zbiornika jest równa zeru. Zespół doprowadzający wodę do zbiornika oraz zgarniacz do usuwania szlamu flotacyjnego są osadzone na wózku obracającym się wokół zbiornika. Korzystnie, zgarniacz jest urządzeniem takiego typu, jaki przedstawił zgłaszający niniejszy wynalazek w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki Nr 4 184 967. Prędkość obrotową dobiera się w taki sposób, żeby cząstki stałe dochodziły do powierzchni wody w zbiorniku w ciągu jednego obrotu. Każdy obrót wózka umożliwia oczyszczenie w odpowiednim stopniu.

W opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki Nr 4 377 485 ujawniono nowszą klarownicę niniejszego wynalazcy, określoną jako SAF i Sandfloat, w której zastosowano podstawowe koncepcje według US 4 022 696. Również to urządzenie działa na zasadzie zerowej prędkości wypadkowej, ale zastosowano w nim dodatkowo drugi stopień filtrowania z zespołem klinowych podkładów piasku pokrywających dno zbiornika flotacyjnego. Oczyszczona w procesie flotacji woda płynie przez leżące na spodzie złoże piasku do komory zbiorczej. Zamontowane na wózku urządzenie ssące przepłukuje okresowo każdą sekcję filtra za pomocą strumienia wody płuczącej doprowadzanego przez komorę zbiorczą. W procesie oczyszczania, podczas flokulacji, do otwartego, dolnego końca komory flokulacyjnej doprowadza się przewodem z wielu wylotami wodę z rozpuszczonym w niej pod ciśnieniem powietrzem. Pęcherzyki unoszą sflokulowane cząstki stałe do góry, gdzie powstaje warstwa szlamu flotacyjnego. Wydajność oczyszczania jest porównywalna z uzyskiwana w klarownicy Supracell.

W opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki Nr 4 626 345 ujawniono klarownicę sprzedawaną określaną jako SASF i Sandfloat-Sedifloat. Urządzenie to nie działa już na zasadzie zerowej prędkości wypadkowej, natomiast zawiera pokład piasku do oczyszczania dwuetapowego. W tym przypadku zanieczyszczona woda wpływa do cylindrycznej komory centralnej, pełniącej rolę hydraulicznego zespołu flokulacyjnego, po czym przepływa nad ścianką działową do otaczającego, okrągłego zbiornika flotacyjnego. Woda nasycona powietrzem dopływa nieruchomą rurą. Zespołami wirującymi są zgarniacz do usuwania szlamu flotacyjnego oraz instalacja ssąca do oczyszczania pokładów filtrujących. Zgarniacz jest urządzeniem takiego samego typu jak w opisanych już wcześniej instalacjach Supracell i Sandfloat. Urządzenie według SASF US 4 626 345 umożliwia oczyszczanie dwustopniowe, ma bardziej zwartą budowę i jest tańsze od klarownicy SAF.

Stosowane dotychczas instalacje służyły głównie do usuwania zawieszonych cząstek stałych, natomiast 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).

174 641

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 ze zbiornikami sedymentacyjnymi. Reaktor taki może mieć tak prostą konstrukcję, na przykład być zbiornikiem w którym do bakterii dodaje się powietrze umożliwiające reagowanie z substancjami organicznymi. Odpowiednie bakterie tlenowe osadza się na osnowie zanurzonej następnie w napowietrzonych wodach ściekowych. Do znanych osnów należą pianki, tworzywa sztuczne i piasek. Jednym z przykładów takiej koncepcji jest instalacja LINPOR. Zastosowano w niej jako osnowę 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. Generalnie, oczyszczanie za pomocą reaktorów biologicznych jest powolne, kosztowne i wymaga stosowania dodatkowej obróbki w celu regulacji całkowitej zawartości zawieszonych cząstek oraz związku azotu i fosforu.

Same urządzenia oczyszczające typu DAF są doskonałymi urządzeniami do obniżania całkowitej zawartości cząstek stałych ale jak dotychczas nie są w stanie zapewnić wspomnianych już standardów państwowych w odniesieniu do biologicznego zapotrzebowania na tlen i kombinacji biologicznego zapotrzebowania na tlen i całkowitej zawartości cząstek stałych. Na przykład urządzenia Supracell bardzo skutecznie i ekonomicznie obniżają całkowitą zawartość cząstek stałych ale generalnie ich sprawność w zmniejszaniu biologicznego zapotrzebowania na tlen z wody za pomocą flokulantów chemicznych wynosi od 40% do 60%.

Również 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 intensyfikowane chemicznie usuwanie 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 typu DAF 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.

Układ do oczyszczania wody, według wynalazku, zawierający przewód wlotowy wody zanieczyszczonej oraz co najmniej jedną klarownicę ze zbiornikiem i wylot wody oczyszczonej, charakteryzuje się tym, że zawiera co najmniej pierwszy stos klarownicy górnej i klarownicy dolnej, umieszczonych w układzie piętrowym na zespole podporowym. Klarownica górna ma zbiornik flotacyjny, który jest połączony z przewodem wlotowym wody zanieczyszczonej i który zawiera zespół do flotacji rozpuszczonym powietrzem. Klarownica dolna zawiera zbiornik wewnętrzny, stanowiący flokulator hydrauliczny, który jest połączony z przewodem wylotowym klarownicy górnej i jest połączony ze zbiornikiem zewnętrznym, z którym jest połączony wylot wody oczyszczonej.

174 641

Obok pierwszego zespołu podporowego pierwszego stosu klarownicy górnej i klarownicy dolnej jest ustawiony drugi zespół podporowy drugiego stosu zawierającego klarownicę górną i klarownicę dolną.

Klarownicę górna i dolna są osłonięte obudową.

Pomiędzy klarownicę górną i klarownicę dolną jest włączony, połączony z nimi przepływowo reaktor biologiczny. Przewód dolotowy zbiornika reaktora biologicznego, prowadzący przy jego dnie do jego strefy tlenowej, korzystnie jest połączony z przewodem wylotowym klarownicy górnej.

Przewód dolotowy zbiornika reaktora biologicznego, jest dołączony do dolnego końca strefy beztlenowej reaktora biologicznego usytuowanej przed jego strefą tlenową względem kierunku przepływu.

Układ do oczyszczania cieczy według wynalazku ma zwartą konstrukcję, dzięki czemu można go całkowicie obudować, co zmniejsza hałas i odór, a także umożliwia wygodne i skuteczne nadzorowanie jej pracy. Koszty inwestycyjne i eksploatacyjne instalacji tego typu są stosunkowo niskie w porównaniu z konwencjonalnymi instalacjami sedymentacyjnymi. Układ według wynalazku zapewnia drastyczne zmniejszenie zawartości cząstek stałych oraz znaczne zmniejszenie zawartości zanieczyszczeń typu chemicznego i biologicznego, azotu i fosforu bez konieczności stosowania obróbki biologicznej. Dzięki zastosowaniu reaktora biologicznego układ zapewnia dotrzymanie wymagań wszystkich państwowych norm w odniesieniu do wymienionych powyżej zanieczyszczeń.

Układ według wynalazku łatwo może być przystosowany się do zmian natężeń przepływu w takim zakresie, w jakim występują one w dniach suchych i deszczowych oraz podczas sezonowych zmian liczby ludności. Ponadto niniejszy wynalazek zapewnia możliwość obróbki biologicznej, która łącznie ze stosunkowo małą przestrzenią zajmowaną przez instalacje i bardzo znacznymi oszczędnościami na kosztach nośników substancji biologicznej, jest porównywalna z technikami konwencjonalnymi. Ponadto niniejszy wynalazek zapewnia układ, z którego otrzymuje się na wylocie stosunkowo suchy szlam, zawierający typowo od 2% do 6% suchej substancji stałej, dzięki czemu można go łatwo transportować na wysypiska lub do kolejnych instalacji przetwórczych, takich jak instalacje do utleniania lub ozonowania. Dalsze przetwarzanie w zbiorniku do obróbki z wbudowanym mieszadłem do intensywnego mieszania tlenu i/lub ozonu zmniejsza zawartość substancji suchych do 20-40%, prawie równoważną ich zawartości w jabłku.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia uproszczony widok perspektywiczny jednego stosu klarownie układu do oczyszczania wody według niniejszego wynalazku, fig. 2 - rzut z góry całego układu do oczyszczania wody z dwoma stosami klarownie pokazanymi na fig. 1, opartymi na podporach betonowych, fig. 3 - rzut z przodu układu pokazanego na fig. 2, fig. 4 - uproszczony przekrój pionowy reaktora biologicznego, przystosowanego do pracy łącznie z układem pokazanym na fig. 1-3, fig. 5- przekrój poziomy reaktora biologicznego z fig. 4 poprowadzony płaszczyzną 5-5 z fig. 4, fig. 5A - rzut perspektywiczny jednego pasa nośnika substancji biologicznej pokazanego na fig. 5, fig. 5B - rzut perspektywiczny alternatywnego nośnika substancji biologicznej do reaktora biologicznego z fig. 4, fig. 6 - rzut perspektywiczny klarownicy dwustopniowej typu pokazanego na fig. 1-3 z usuniętą częścią ścianki; oraz fig. 7 - rzut perspektywiczny wytłoczki wielokanałowej przeciętej pod kątem w celu, utworzenia liniowego układu skośnych kanałów przegrodowych na górnym końcu każdej z komór flotacyjnych pokazanych na fig. 6.

Na fig. 1-3 pokazano układ do oczyszczania 100 do bardzo skutecznego oczyszczania ścieków komunalnych, o wydajności umożliwiającej obróbkę ścieków w razie gwałtownego wzrostu ich ilości, na przykład w czasie silnych opadów burzowych lub sezonowego napływu ludności, jaki zdarza się na przykład w miejscowościach wypoczynkowych w sezonie turystycznym.

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,

174 641 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 klarownica dwustopniową. Klarownicę dolną 116 opisano dalej w odniesieniu do fig. 6 i 7.

Wodę 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 (406-457mm) i przy wysokich wydajnościach, np. około 14m³/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. Na fig. 6 i 7 pokazano typową dwustopniową klarownicę dolną 116, oznaczoną SAF-BP; zalecaną do stosowania w niniejszym wynalazku. Zawiera ona zbiornik zewnętrzny 12 otaczający zbiornik wewnętrzny 14 pełniący rolę flokulatora hydraulicznego. Zbiornik zewnętrzny 12 jest zbiornikiem flotacyjnym, w którym unoszące się pęcherzyki powietrza porywają do góry kłaczki zawiesiny, oczyszczając z nich wodę. Na zbiorniku zewnętrznym 12 obraca się wielołopatkowy zgarniacz 16 usuwający warstwę szlamu flotacyjnego powstającą w zbiorniku. Zgarniacz 16 przesuwa szlam do stożka zbiorczego 18, który z kolei przemieszcza go dalej do rury wylotowej 20 zasilającej przewód wylotowy 148. Zgarniacz 16 jest napędzany pierwszym silnikiem 22. Drugi silnik 24 napędza koło 26 poruszające wózek 28 wokół zbiornika zewnętrznego 12. Koło 26 toczy się po kołnierzu 30 na górnej krawędzi

174 641 zbiornika zewnętrznego 12. Na wózku 28 jest osadzony zgarniacz 16 i osłona 32. Siłownik 34 podnosi i opuszcza osłonę 32 synchronicznie z ruchem wózka 28 wokół zbiornika zewnętrznego 12. Kiedy trzeba przepłukać komorę, osłonę 32 opuszcza się i przykrywają, po czym kieruje wodę płuczącą wraz z zanieczyszczeniami do flokulacyjnego zbiornika wewnętrznego 14. Obrotowy stycznik 36 doprowadza prąd elektryczny do silników 22, 24 i siłownika 34.

Zbiornik zewnętrzny 12 ma ściankę zewnętrzną 38 i ściankę wewnętrzną 40 połączone pierścieniowym dnem 42. Ścianka wewnętrzna 40 łączy się w sposób ciągły z dnem 42, i kończy się na nim, natomiast ścianka zewnętrzna 38 jest przedłużona w dół i tworzy dolną część 38a ciągnącą się do okrągłego, w zasadzie płaskiego dna 44 klarownicy dolnej 116. Dna 42 i 44, ścianka wewnętrzna 40 oraz dolna część 38a ścianki zewnętrznej 38 tworzą zbiornik wewnętrzny 14. Zbiornik wewnętrzny 14 ma większą objętość w porównaniu z flokulatorem hydraulicznym klarownicy typu SASF. W klarownicy typu SASF obszar pod dnem jest wykorzystywany jako studzienka do gromadzenia oczyszczonej wody. Przestrzeń ta nie jest już obecnie potrzebna i dlatego można ją wykorzystać do zwiększenia pojemności flokulatora. Dla ilustracji, ale bez intencji ograniczania, w klarownicy dolnej 116 o średnicy 1,5 m pojemność zbiornika wewnętrznego 14 według niniejszego wynalazku wynosi około 1936 litrów w porównaniu z 530 litrami dla porównywalnej klarownicy SASF. Przy tym samym natężeniu przepływu wody, na przykład 140 l/min, czas jej przebywania w klarownicy dolnej 116 typu SAF-BP o tych wymiarach wynosi 13,8 minut, w porównaniu z 3,8' minut dla porównywalnego znanego urządzenia typu SASF. Przy natężeniu przepływu 227 l/min czas przebywania wody w klarownicy dolnej 116 typu SaF-BP o tych samych wymiarach wynosi 8,5 minuty, co ciągle jest ponad dwa razy dłużej w porównaniu z czasem przebywania wody w porównywalnej znanej klarownicy typu SASF.

Na zewnętrznym zbiorniku 12 zamocowany jest wielodyszowy _ pierścień 46 rozprowadzający wodę. Nieoczyszczana woda dopływa do tego pierścienia wlotem głównym 48. Jak widać na fig. 1-3, wpływająca woda spływa grawitacyjnie z wylotu klarownicy górnej 114. Do wody dodaje się przewodem 50 środek flokulujący, na przykład ałun. Na przewodzie wlotowym 48 znajduje się zawór 48a regulujący natężenie przepływu wody na wlocie. W dolnej części 38a ścianki zewnętrznej 38 jest umieszczony zespół dysz wtryskowych 46a, z których każda połączona jest z pierścieniem 46. Dysze wtryskowe 46a kończą się pochylonymi pod katem, zwężającymi się końcówkami 46b. Korzystnie, dysze wtryskowe 46a są rozmieszczone w równych odstępach kątowych, a w zbiorniku zewnętrznym 12 ' o średnicy 1,5 m jest ich osiem. Końcówki 46b są poziome i pochylone pod tym samym kątem, dzięki czemu wytwarzają ruch wirowy 52 w zbiorniku wewnętrznym 14. Ruch ten intensyfikuje mieszanie chemicznych środków flokulujących z wodą, ułatwiając powstawanie kłaczków w zbiorniku wewnętrznym 14 przed przelaniem się wody przez górną krawędź 14a do zbiornika zewnętrznego 12. Jak widać, korzystnie, pierścień 46 rozprowadzający wodę otacza ściankę zewnętrzną 38 bezpośrednio nad dnem 44 klarownicy 116.

W zbiorniku zewnętrznym 12 znajduje się zespół promieniowo biegnących pionowych ścianek działowych 53, które dzielą go, z wyjątkiem górnej części, na pewną liczbę komór 54, w tym przypadku jedenaście. Ścianki działowe 53 są pełne i biegną pionowo od dna 42 zbiornika zewnętrznego 12 do miejsca znajdującego się w pobliżu górnej krawędzi 14a zbiornika wewnętrznego 14. Dzięki takiej konstrukcji napowietrzna, zawierająca kłaczki zawiesiny woda może równomiernie rozpływać się w górnej części zbiornika zewnętrznego 12, a jednocześnie oczyszczanie flotacyjne w każdej z komór 54 przebiega niezależnie od oczyszczania w innych komorach.

Każda z komór 54 jest na tyle wysoka, że mieści złoże 56 substancji filtrującej na swoim dnie i wystaje ponad nie na wysokość co najmniej wystarczającą do tego, żeby podczas przepłukiwania, złoże 56, którego objętość wtedy rośnie, zazwyczaj o 20-30%, nie przesypywało się do innych komór 54. Dla przykładu, w klarownicy 116 o średnicy 1,5 m ze złożem 56 o wysokości około 61 cm wysokość komór 54 wynosi około 132 cm. Taką samą wysokość ma również każda z zespołu przegród 58 zainstalowanych w górnej części każdej z komór 54.

W pokazanym na rysunkach zalecanym przykładzie wykonania pomiędzy przegrodami 58 znajduje się wiele kanałów 58a biegnących skośnie względem płaszczyzny pionowej. Każdy z kanałów 58a blokuje bezpośredni ruch czynnika filtrującego ku górze, natomiast przepuszcza

174 641 strumień wody płuczącej, która unosi szlam i zebrane cząstki z czynnika filtrującego do zbiornika wewnętrznego 14 w celu ich ponownego przerobu. Kanały 58a spowalniają również proces flotacji, zmuszając unoszące się ku górze kłaczki do przebycia dłuższej drogi niż podczas bezpośredniego wznoszenia. Im mniejszy kąt pochylenia (mierzony od poziomu) tym dłuższa droga ruchu. Ograniczeniem tego efektu jest dostępne miejsce oraz skłonność szlamu do skupiania się w kanałach 58a i wstrzymywania procesu flotacji dla zbyt małych katów pochylenia (mierzonych od płaszczyzny poziomej) lub zbyt małych kanałów 58a. Wymiary i kąty pochylenia są różne w zależności od zastosowań i związanych z nimi parametrów roboczych.

Korzystnie, kanały 58a formuje się w liniowym układzie 58b wytłoczonym w tworzywie sztucznym, jak pokazano na fig. 7. Każdy z takich liniowych układów 58b jest ustawiony w komorze 54 w kierunku poprzecznym do promieniowego. Układy 58b są korzystnie sklejone końcami w taki sposób, że biegną w poprzek komory 54. W podobny sposób można sklejać ze sobą sąsiadujące w kierunku promieniowym ścianki boczne tych układów 58b. Sąsiadujące ze sobą w kierunku promieniowym liniowe układy 58b formuje się w taki sposób, że biegną skośnie w przeciwnych kierunkach. Skos pokazanych lin cięcia 58d, 58d jest poprowadzony w przeciwnych kierunkach. W zalecanej postaci wewnętrzne ścianki działowe 58f są rozmieszczone w pewnej odległości od siebie, w wyniku czego powstają kanały 58a, wszystkie o przekroju poprzecznym zbliżonym do kwadratowego i o w zasadzie równych polach przekroju dla przepływu. Dla przykładu, pole przekroju poprzecznego kanałów 58a może wynosić 6,45 cm2 a kąt pochylenia względem płaszczyzny poziomej 60°. Wysokość pionowa przegród 58 wynosi zazwyczaj od 15,2 do 20,3 cm. Przegrody 58 umieszczone są na całej szerokości celi.

Korzystnie, w klarownicy dolnej 116 układu do oczyszczania 100 stosuje się równocześnie dwa czynniki filtrujące, warstwę piasku 56a, albo podobnego drobnoziarnistego materiału filtrującego, oraz leżącą na niej warstwę materiału gruboziarnistego 56b, korzystnie antracytu. W zalecanej postaci wykonania, przeciętna średnica ziaren piasku wynosi 0,35 mm a przeciętna średnica ziaren antracytu od 0,8 do 1,0 mm. Korzystnie, grubość każdej z warstw 56a, 56b wynosi około 30 cm. Kiedy stosuje się zespoły przegród 58 i kiedy złoże 56 zwiększa swoją objętość, albo fluidyzuje, podczas przepłukiwania, nawet przy natężeniu przepływu rzędu od 842 do 1052 l/min na m2, z towarzyszącym temu intensywnym, gwałtownym mieszaniem złoża 56 przez strumień sprężonego powietrza, straty czynnika filtrującego są pomijalnie małe.

Podwójna, pierścieniowo/ rozgałęźna przewodowa instalacja zbiorcza 60 gromadzi oczyszczoną wodę, wodę po pierwszym filtrowaniu i doprowadza wodę płuczącą do wybranej komory 54 lub komór 54, nie pozwalając na mieszanie się ze sobą, oczyszczonej wody i wody po pierwszym filtrowaniu. Pierwszy pierścieniowy przewód 62 do oczyszczonej wody otacza zbiornik zewnętrzny 12 w pobliżu jego dna 42. Przewód 64 do wody po pierwszym filtrowaniu również biegnie wokół zbiornika zewnętrznego 12, korzystnie równolegle do pierwszego przewodu pierścieniowego 62 i blisko niego, jak pokazano na rysunku. Każdy z pierścieniowych przewodów 62, 64 tworzy zamkniętą pętlę i stanowi wspólny przewód doprowadzający i odprowadzający wodę z każdej z komór 54. Zgromadzona w pierwszym pierścieniowym pierścieniu 62 oczyszczona woda płynie do głównego wylotu 66 wody oczyszczonej przepływając po drodze przez zawór regulacyjny 66a. Jak widać na fig. 6, oczyszczona woda wypływa z dużej wysokości do znajdującego się pod klarownicą dolną 116 zbiornika dolnego 67. Korzystnie, zbiornik 67 znajduje się 3 m pod zbiornikiem zewnętrznym 12. Alternatywnie, jak pokazano na fig. 1-3, zainstalowana na przewodzie wylotowym oczyszczonej wody pompa 167 wytwarza ciśnienie równe temu spadkowi. Wspomniany spadek oraz zastosowanie pomp 167 do wytworzenia ciśnienia przepłukiwania wywołują w klarownicy dolnej 116 stosunkowo duże natężenia przepływu. Zawory 48a i 66a, działając łącznie lub w taki sposób, że natężenie przepływu przez jeden z nich jest stałe, a przez drugi zmienne, regulują poziom wody w zbiorniku wewnętrznym 14 w zależności od wskazań konwencjonalnego czujnika poziomu wody.

Podczas oddzielania pierwszego filtratu od strumienia oczyszczonego, mętna woda z pierwszego filtratu płynie drugim przewodem pierścieniowym 64 i spływa przewodem 70 prowadzącym do zbiornika zbiorczego 68 pierwszego filtratu, znajdującego się na zewnątrz zbiornika zewnętrznego 12. Pompa 74 zainstalowana jest na drugim przewodzie 72 włączonym pomiędzy zbiornik zbiorczy 68 i drugi przewód pierścieniowy 64. Odsysa ona wodę ze zbiornika

174 641 i kieruje ją do przepłukiwania. Objętość wody odprowadzonej w czasie szczytowego zmętnienia z przepłukiwanej komory 54 do zbiornika zbiorczego 68 jest wystarczająca do przepłukania innej komory 54. Ponadto oczyszczoną wodę ze zbiornika dolnego 67 można tłoczyć pompą 69a i przewodem 69 do zbiornika zbiorczego 68 w celu utrzymania w nim wody na z góry określonym poziomie wystarczającym do przepłukiwania.

Oba pierścieniowe przewody 62 i 64 łączą się za pośrednictwem układu pneumatycznych, automatycznych zaworów 76 z zespołem przewodów rozgałęźnych 78 ze szczelinami znajdujących się w pobliżu dna 42 każdej z komór 54, w warstwie piasku 56a. W pokazanym, zalecanym przykładzie wykonania, każdy z przewodów rozgałęźnych 78 składa się z przewodu głównego 78a i przewodów bocznych 78b, 78c i 78d o mniejszych średnicach biegnących poziomo pod kątami prostymi do przewodu głównego 78a ku ściankom działowym 53 komór 54 i kończących się tuż przy nich. W spodnich częściach tych przewodów znajdują się podłużne szczeliny 78e, w które może wpływać oczyszczona woda, która przepłynęła przez czynnik filtrujący, ale do których nie może dostać się piasek. Szczeliny te przechodzą przez ścianki przewodu, ich długość wynosi zazwyczaj od 5-15 cm a szerokość od 0,2 do 1 mm, w zależności od wielkości ziaren piasku. Każdy z głównych przewodów 78a przechodzi przez część dolną 38a ścianki zewnętrznej 38 i łączy się krótkim trójnikiem 80 z obu pierścieniowymi przewodami 62 i 64. Na każdym rozgałęzieniu trójnika 80, na przeciwległych bokach głównego przewodu 78a, jest zainstalowany jeden z zaworów 76 w taki sposób, że otwarcie jednej pary zaworów 76 z równoczesnym zamknięciem innego zaworu 78 kieruje strumień wody z przewodu rozgałęźnego 78 do przewodu pierścieniowego 62 lub 64, natomiast blokuje przepływ pomiędzy nimi.

W normalnych warunkach eksploatacji, bez przepłukiwania żadnej z komór 54 wszystkie górne zawory 76, sąsiadujące z drugim przewodem pierścieniowym 64, są zamknięte, a wszystkie dolne zawory 76 są otwarte, wskutek czego oczyszczona woda zebrana w przewodach rozgałęźnych 78 wpływa do pierwszego przewodu pierścieniowego 62, a następnie płynie do głównego wylotu 66. Podczas przepłukiwania komory 54 otwiera się zainstalowany przy niej zawór górny 76, natomiast zamyka odpowiedni zawór dolny 76 przy pierwszym przewodzie pierścieniowym 62. Pozostałe zawory górne 76 są zamknięte, a zawory dolne 76 otwarte. Równoczesne uruchomienie pompy 74 i siłownika 34 osłony 32 wytwarza przepływ wody ze zbiornika zbiorczego 68 do komory 54, którą trzeba przepłukać. Wodę tę rozprowadza się przewodem rozgałęźnym 78 na dnie złoża 56, powodując skuteczną, fluidyzację całego złoża 56. Natężenie przepływu wody płuczącej w klarownicy dolnej 116 o średnicy 1,5 m wynosi, korzystnie, 979-1224 l/min na m2 Po zakończeniu przepłukiwania nie zmienia się stanu zaworów. Dzięki temu woda po pierwszym filtrowaniu płynie z komory 54 już przepłukanej do zbiornika zbiorczego 68, natomiast zebrana woda oczyszczona dalej wypływa przez pierwszy przewód pierścieniowy 62 z innych komór 54. Oddzielenie pierwszego filtratu od wody oczyszczonej jest możliwe dzięki dwóm przewodom pierścieniowym 62,64, układowi zaworów automatycznych 76 połączonych z przewodami rozgałęźnymi 78 oraz ustawieniu zbiornika zewnętrznego 12 i złoża filtrującego 56 w komorach 54, które podczas pracy są w dużym stopniu rozdzielone. Oddzielenie tego typu ma decydujące znaczenie w instalacjach do oczyszczania wody pitnej, ale można je również stosować do uzdatniania wód ściekowych. W zależności od dopuszczalnego poziomu zawartości zanieczyszczeń w końcowym strumieniu oczyszczonej wody, można w procesie uzdatniania wody pominąć oddzielanie pierwszego filtratu.

Część oczyszczonej wody odprowadza się przewodem 84 za pomocą pompy 86 do rury 82 z rozpuszczonym powietrzem, w celu podniesienia ciśnienia wody. Sprężarka powietrza 88 podaje sprężone powietrze do rury 82 w celu rozpuszczenia go w wodzie pod ciśnieniem. Rura 82, pompa 86 i sprężarka 88 mogą być takiego samego typu jak rura 136, pompa 134 i sprężarka 132 w klarownicy górnej 114. Przewód 90 doprowadza wodę pod ciśnieniem z rozpuszczonym w niej powietrzem, wytworzonym w rurze 82, do klarownicy dolnej 116. Dokładniej, wodę pod ciśnieniem dodaje się do zbiornika wewnętrznego 14 w jego górnej części za pomocą pierścienia rozdzielczego 92 zasilającego zespół zaworów rozprężnych 94. Umieszczenie zaworów rozprężnych 94 w pobliżu górnej części zbiornika wewnętrznego 14 umożliwia bezpośrednie napowietrzanie oczyszczanej wody i zmniejsza możliwość łączenia się ze sobą mikroskopijnych pęcherzyków powietrza w oczyszczanej wodzie.

174 641

Klarownica dolna 116 opisanego powyżej typu jest w stanie nie tylko oczyszczać wodę płynącą z większymi natężeniami przepływu niż znane klarownice SASF o porównywalnych wielkościach, ale jest również sprawniejsza. Pomiary wykazują, że w przypadku doprowadzania do klarownicy dolnej 116 wody zawierającej cząstki stałe w stężeniu 400 części na milion (ppm), zawartość cząstek stałych w wodzie oczyszczonej wypływającej z klarownicy dolnej 116 wynosi

11.2 ppm.

Jak widać na fig. 1-3, w zalecanym przykładzie wykonania układu oczyszczającego według wynalazku stosuje się 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. 2 i 3 układu złożonego z dwóch stosów 112 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. 1 ) lub betonowych (fig. 2 i 3) 166, 166a. Jak widać na fig. 1, na słupach 166 leży kratownica ze stalowych belek 115, na której jest osadzone dno klarownicy górnej 114. Na fig. 2 i 3 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 klarownicach 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.

174 641

Układ do oczyszczania 100 korzystnie zawiera reaktor biologiczny 200 przedstawiony na fig. 4 i 5 przystosowany do współpracy z klarownicami 114 i 116 i włączony pomiędzy klarownice górna 114 i dolna 116. Oczyszczona woda, wypływająca przewodem 202 zjednostopniowej klarownicy górnej 114, 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 napowietrzający 214 w postaci porowatych rur, 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 zespołu 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 barterii 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. 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

174 641 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 280jest 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 posuwistozwrotny. 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 CO2 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.

Podczas pracy, wymiary klarownic 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 mi 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. Z tego 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. 1-3 przedstawiono opisane wcześniej średnie układy oczyszczające 10, a mianowicie dwa zespoły klarownie SPC 40 w układzie równoległym zamontowane nad klarownicami SAF36-BP.

174 641

Jak zauważono wcześniej, układ tego typu wymaga wybudowania budynku o wymiarach wynoszących w przybliżeniu 18 x 36 x 9,5 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 I przedstawiono oprócz wymiarów instalacji do oczyszczania ścieków i odpowiednich klarownie również typowe poziomy oczyszczania, które można uzyskać za pomocą instalacji do oczyszczania ścieków według niniejszego wynalazku.

TABELA 1

TABELA I	cząstki stałe (ppm)	biologiczne zapotrzebowanie na tlen (ppm)	nh₄ (ppm)	całkowity azot organiczny (ppm)	całkowity fosfor (ppm)
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 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 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 wyniki kilku testów na sprawność oczyszczania układu do oczyszczania 100 według wynalazku na poziomie C.1 za pomocą klarownicy Supracell, pełniącej rolę klarownicy górnej 114, i klarownicy SASF, pełniącej rolę dwustopniowej klarownicy dolnej 116, ale bez obróbki biologicznej.

174 641

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/l	biologiczne zapotrzebowanie na tlen BOD, mg/l
WLOT	-	140	360	172
wyl. z SPC	31	37	198	83
wyl z SASF	1,1	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 =151 LPM (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

174 641

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	NH3N, 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. Z przedstawionych danych wynika możliwość skonstruowania zwartego, a tym samym łatwego do obsługi i utrzymania układu 10 takiego typu jaki przedstawiono na fig. 1-3, umożliwiającego skuteczne oczyszczanie wody bez dodatkowych kosztów związanych z obróbką biologiczną. Umożliwia to, na przykład, władzom komunalnym łatwe rozwiązanie problemów w razie wzrostu liczby ludności. Układ oczyszczający tego typu można stosować albo jako podstawową oczyszczalnię ścieków, albo też jako instalację pomocniczą, zmniejszającą w znaczącym stopniu zawartość zanieczyszczeń chemicznych i biologicznych, co umożliwia istniejącym konwencjonalnym oczyszczalniom ścieków poradzenie sobie ze zwiększonym zapotrzebowaniem.

Znaczące oczyszczanie fizyko-chemiczne w fazie C. 1 jest również ekonomiczne w kategoriach kosztów flokulantów chemicznych używanych podczas normalnej pracy instalacji. W zależności od konkretnego typu mieszanki środków chemicznych, na przykład siarczanu żelazowego, PAC, polimeru anionowego, polimeru kationowego, etc., całkowite koszty środków chemicznych, na osobę, na rok w obecnych dolarach USA wynoszą od 2,92$ do 7,30$.

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. Przykładowo, wynalazek przedstawiono na przykładzie stosu lub zespołu klarownie, z których częściowo oczyszczona wodajest poddawana obróbce biologicznej konkretnego typu, ale rozumie się samo przez się, że pomiędzy dwiema klarownicami można zastosować konwencjonalną instalację do obróbki biologicznej. Można również stosować re16

174 641 aktor biologiczny tylko ze strefą tlenową. Ponadto wynalazek przedstawiono w zalecanym przykładzie wykonania w odniesieniu do instalacji składającej się z dwóch zespołów po dwie klarownice w każdym, ale rozumie się samo przez się, że układ według niniejszego wynalazku można rozbudować do trzech lub więcej takich stosów pracujących równoległe. Zatem można zastosować dodatkowy stos 112 klarownie 114,116 w układzie trójkątnym lub liniowym z dwiema pokazanymi klarownicami 114,116. Wynalazek przedstawiono również w odniesieniu do pewnych typów klarownie flotacyjnych z rozpuszczonym powietrzem, ale znane są również i możliwe do zastosowania inne typy klarownie DAF. Przykładowo, dwustopniową klarownicę SAF-BP można zastąpić klarownicą typu SAF, chociaż jest ona znacznie większa, znacznie droższa i wymaga większych ciśnień niż klarownice typu SASF lub SAF-BP, i dlatego rozwiązanie tego typu nie ma pewnych zalet niniejszego wynalazku, takich jak stosunkowo niskie nakłady inwestycyjne. Ponadto, jak już zauważono, klarownice typu SAF i SASF są nieco gorsze z eksploatacyjnego punktu widzenia w porównaniu z urządzeniami typu SAF-BP. Tego typu zmiany i modyfikacje również mieszczą się w zakresie ujętym w załączonych zastrzeżeniach patentowych.

174 641

FIG. 5A

FIG. 4

174 641

FIG. 7

174 641

FIG. 1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 4,00 zi

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Układ do oczyszczania wody, zawierający przewód wlotowy wody zanieczyszczonej oraz co najmniej jedną klarownicę ze zbiornikiem flotacyjnym i wylot wody oczyszczonej, znamienny tym, że zawiera co najmniej pierwszy stos (112) klarownicy górnej (114) i klarownicy dolnej (116), umieszczonych w układzie piętrowym na zespole podporowym (115,115a,166,166a), przy czym klarownica górna (114) ma zbiornik flotacyjny (138), który jest połączony z przewodem wlotowym (120) wody zanieczyszczonej i który zawiera zespół do flotacji rozpuszczonym powietrzem, a klarownica dolna (116) zawiera zbiornik wewnętrzny (14), stanowiący flokulator hydrauliczny, który jest połączony z przewodem wylotowym (148) klarownicy górnej (114) i jest połączony ze zbiornikiem zewnętrznym (12), z którym jest połączony wylot wody oczyszczonej.
2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że obok pierwszego zespołu podporowego (115,115a, 166,166a) pierwszego stosu (112) klarownicy górnej (114) i klarownicy dolnej (116) jest ustawiony drugi zespół podporowy (115,115a, 166,166a) drugiego stosu (112) zawierającego klarownicę górną (114) i klarownicę dolną (116).
3. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że klarownicę górna (114) i dolna (116) są osłonięte obudową.
4. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że pomiędzy klarownicę górną (114) i klarownicę dolną (116) jest włączony, połączony z nimi przepływowo reaktor biologiczny (200).
5. Układ według zastrz. 4, znamienny tym, że przewód dolotowy (206) zbiornika (208) reaktora biologicznego (200), prowadzący przy jego dnie do jego strefy tlenowej (212), jest połączony z przewodem wylotowym (148) klarownicy górnej (114).
6. Układ według zastrz. 5, znamienny tym, że przewód dolotowy (206) zbiornika (208) reaktora biologicznego (200), jest dołączony do dolnego końca strefy beztlenowej (210) reaktora biologicznego (200) usytuowanej przed jego strefą tlenową (212) względem kierunku przepływu.