PL174900B1 - Sposób biologicznego aktywacyjnego oczyszczania ścieków i urządzenie do biologicznego aktywacyjnego oczyszczania ścieków - Google Patents

Abstract

1. Sposób biologicznego aktywacyjnego oczyszczania sc ie - ków, w którym scieki poddaje sie procesom nitryfikacji i denitryfi- kacji, znamienny tym, ze mieszanine aktywacyjna wprowadza sie w obieg cyrkulacyjny, podczas którego mieszanine napowietrza sie, przy czym czesc mieszaniny, która poddaje sie nitryfikacji i den itry- fikacji przemieszcza sie w przeplywie tlokowym, zas w koncowej czesci przeplywu tlokowego oddziela sie z mieszaniny oczyszczona wode i poddaje filtrowaniu w zlozu fluidalnym, natomiast pozosta- jacy w mieszaninie zageszczony osad tloczy sie do poczatkowego miejsca doprowadzenia surowych scieków. 9. Urzadzenie do biologicznego aktywacyjnego oczy- szczania scieków zawierajace we wspólnym zbiorniku przestrzen aktywacji i przebiegajace do góry wzdluzne przestrzenie oddzie- lania, w których wyprowadzone sa wyloty kanalów odprowadza- jacych oczyszczona wode, a kazda przestrzen oddzielania jest okreslona przez przegrody i sciany czolowe oraz laczy sie z przestrzenia aktywacji przy jednej stronie wzdluznej, gdzie pomiedzy przegrodami przestrzeni oddzielania oraz pomiedzy przegrodami i scianami zbiornika znajduja sie kanaly wzdluzne, w których umieszczone sa elementy napowietrzajace, znamien- ne tym, ze dwie przestrzenie oddzielania (4) sa umieszczone zawsze obok siebie swymi scianami wzdluznymi, w których utwo- rzone sa polaczenia komunikacyjne z przestrzenia aktywacji, a podluzny kanal rozdzielczy (5) utworzony pomiedzy wymienio- nymi scianami wzdluznymi jest calkowicie zamkniety przez czolowa sciane (6) po jednej stronie, natomiast po przeciwnej stronie przez sciane (6'), w której znajduje sie przejscie (26), za pomoca którego kanal rozdzielczy (5) jest polaczony z ukladem kanalów przeplywu (7, 9) oddzielonych bocznie od przestrzeni oddzielania (4), przy czym uklad kanalów przeplywu (7, 9) i przynajmniej jeden kanal rozdzielczy (5) tworza czesc ukladu cyrkulacji, zas inna czesc ukladu cyrkulacji jest utworzona przez urzadzenie zbiorcze z wylotem (27) mieszaniny aktywacyjnej z przestrzeni oddzielania (4) dolaczone do przynajmniej........... FIG.1 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób biologicznego aktywacynego oczyszczania ścieków, w którym ścieki poddaje się procesom nitryfikacji i denitryfikacji oraz urządzenie do biologicznego aktywacy’nego oczyszczania ścieków.

Skuteczna ochrona wód powierzchniowych, łącznie z morzami, przed eutrofizacją wymaga najwyższej skuteczności usuwania pierwiastków makrobiogennych, takich jak azot i fosfor, których występowanie w ściekach jest główną przyczyną zjawiska eutrofizacji. Właśnie dlatego wszystkie systemy oczyszczania ścieków muszą uwzględniać wymaganie usuwania azotu i fosforu.

Znane dotychczas i stosowane systemy oczyszczania ścieków z równoczesnym zmniejszaniem azotu nakierowane są na procesy biologiczne, które wydają się być najbardziej opłacalne. Wszystkie te procesy wymagają najpierw przetworzenia postaci azotu podlegających utlenianiu, to znaczy azotu amoniakalnego i organicznego, przez proces nitryfikacji do postaci azotanowej. Potem, w wyniku procesu denitryfikacji następuje redukcja azotków do gazowego azotu.

Nitryfikacja wymaga obecności bakterii nitryfikacy’nych w aktywowanym osadzie, co stawia wymagania odnośnie wystarczającego wieku osadu, przy czym praktycznie pełna nitryfikacja uzyskiwana jest przy wieku osadu 30 dni. Odpowiada to zapotrzebowaniu osadu na biologiczny tlen w ilości 0,12 kg w ciągu pięciu dni na 1 kg lotnych składników stałych w zawiesinie aktywowanego osadu pomnożone przez liczbę dni, co dalej nazywane jest kg BODs/kg VSS.d. Ponadto proces nitryfikacji wymaga wystarczającego stężenia rozpuszczonego tlenu, z reguły większego niż 2 mg na jeden litr cieczy, co dalej zwane jest 2 mg O2/l. Denitryfikacja następuje później, podczas braku rozpuszczonego tlenu w cieczy, przy czym mikroorganizmy otrzymują niezbędny tlen przez redukcję azotanów.

Stan techniki zna trzy zasadnicze alternatywy rozwiązania systemu pełnego, biologicznego oczyszczania ścieków z równoczesną nitryfikacją i denitryfikacją.

174 900

Pierwszą alternatywą jest denitryfikacja przerywana. W rozwiązaniu tym, fazy nitryfikacji i denitryfikacji oczyszczania aktywacyjnego występują okresowo na przemian z przechodzeniem przez pośrednie napowietrzanie. Wadą tego rozwiązania jest zmniejszona skuteczność procesu przerywanego w porównaniu z procesem ciągłym, skomplikowana regulacja procesu oraz przerywanie osadzania się aktywowanego osadu podczas przerwy na napowietrzanie.

Inną alternatywą jest postępująca denitryfikacja. W rozwiązaniu tym przewidziana jest oddzielona denitryfikacja w zbiorniku z dokładnym, intensywnym mieszaniem doprowadzanego materiału, odbywającym się przed aktywacją z napowietrzaniem. Podczas procesu z postępującą denitryfikacją ścieki transportowane są razem z mieszaniną aktywacyjną zawracaną do obiegu z aktywacji z napowietrzaniem. Wadą postępującej denitryfikacji jest konieczność utworzenia oddzielonej, aktywacyjnej przestrzeni denitryfikacji z niezależnym źródłem ruchu mieszaniny aktywacyjnej w celu zapewnienia utrzymywania aktywowanego osadu w zawiesinie.

Potrzebna objętość aktywacji denitryfikacji zależy od jakości ścieków i od parametrów procesu i dlatego zmienia się w zależności od czasu i lokalizacji. W celu zapewnienia oczyszczania o dobrej jakości stała objętość musi mieć wielkość wystarczającą dla ekstremalnego przypadku i dlatego jest zwykle przewymiarowana.

Inną wadą jest to, że część powierzchni przestrzeni denitryfikacji nie jest wykorzystana do oddzielania aktywowanego osadu, a ta nie wykorzystana część stanowi do 25% powierzchni w reaktorze w oczyszczalni ścieków miejskich.

Przykład rozwiązania z oddzieloną przestrzenią denitryfikacji i oddzieloną napowietrzaną przestrzenią aktywacji przedstawiają np. opisy patentowe CA-A 1 155 976 i EP-A 0 367 756. W pierwszym wymienionym opisie patentowym przedstawiony jest przykład realizacji, gdzie zastosowana jest pojedyncza, centralnie umieszczona strefa beztlenowa i dwie strefy tlenowe usytuowane po dwóch, końcowych stronach zbiornika reakcyjnego, przy czym każda strefa tlenowa jest podzielona przez litą przegrodę ścianową na strefę napowietrzania z przepływem do dołu i strefę złoża fluidalnego z przepływem do góry. Wadą rozwiązania jest stałość objętości funkcjonalnych.

W drugim wymienionym opisie patentowym opisane są wewnętrzny obszar denitryfikacji i zewnętrzny obszar nitryfikacji, a rozwiązanie to nakierowane jest na regulację przepływu cyrkulacynego za pomocą zmieniania przekroju przejścia pomiędzy tymi przestrzeniami. Rozwiązanie to również ma wady stałych objętości funkcjonalnych.

Trzecią znaną alternatywą denitryfikacji podczas biologicznego oczyszczania ścieków denitryfikacja w układzie cyrkulacyjnym typu z rowami utleniania i z systemami karuzelowymi. W tym przypadku funkcje napowietrzania i mieszania ścieków z mieszaniną aktywacyjną są połączone z dostarczaniem ruchu mieszaninie aktywacyjnej w systemie oczyszczania, w postaci mechanicznego aeratora. Przy przepływie mieszaniny aktywacyjnej poprzez układ cyrkulacyjny następuje nasycenie mieszaniny aktywacynej rozpuszczonym tlenem, poprzez który następuje nitryfikacja, a przez stopniowe zużywanie tlenu przez procesy utleniania, biodegradacji i nitryfikacji zawartość tlenu w mieszaninie aktywacynej maleje, tak że przy końcu układu cyrkulacynego proces denitryfikacji odbywa się przy braku tlenu.

Takie rozwiązanie techniczne denitryfikacji wykazuje wiele wad. Mechaniczne napowietrzanie wymaga płaskich, niezbyt głębokich zbiorników, które wymagają wiele miejsca na budowę. Powierzchnia zbiornika nie jest wykorzystywana do oddzielania aktywowanego osadu, na skutek czego pojawia się wymaganie uzupełnienia urządzenia aktywacyjnego przez niezależne urządzenie oddzielające, co dodatkowo zwiększa miejsce potrzebne na budowę i koszty inwestycyjne. Niezależnie od linii bocznej oddzielanie z wymuszoną recyrkulacją poprzez osadzanie oddzielonego osadu nie jest bardzo skuteczne i powoduje niskie stężenie robocze w części aktywacynej. Wymaganie małej ilości aktywowanego osadu w wieku 30 dni daje w wyniku olbrzymie objętości przestrzeni aktywacyjnej.

Znaczną wadą układów cyrkulacyjnych jest również wysoki wskaźnik osadu w aktywowanym osadzie powodowany przez niewystarczające uwalnianie się pęcherzyków gazowego

174 900 azotu przywierających do cząstek aktywowanego osadu podczas denitryfikacji, co powoduje znaczne zmniejszenie przepustowości urządzenia.

Inną wadą połączenia trzech funkcji, to znaczy napowietrzania, dostarczania ruchu mieszaniny aktywacyjnej i mieszania ścieków z mieszaniną aktywacyjną, jest to, że połączenie takie powoduje zmniejszenie skuteczności denitryfikacji w ściekach o większym zanieczyszczeniu azotem, co jest spowodowane brakiem dostarczania węgla niezbędnego dla procesu denitryfikacji. Aby zapewnić wystarczająco skuteczną nitryfikację i denitryfikację, konieczne jest zatem połączenie wymienionego urządzenia z przerywanym napowietrzaniem mieszaniny aktywacyjnej ze wszystkimi wadami procesu przerywanego.

Wspomniane powyżej znane rozwiązania denitryfikacji mają wady zarówno przy budowie nowej oczyszczalni ścieków, jak i przy przebudowie istniejących, klasycznych oczyszczalni ścieków, które nie spełniają już wzrastających wymagań odnośnie jakości oczyszczonej wody, jeśli chodzi o pierwiastki powodujące eutrofizację. Istnieje wiele oczyszczalni ścieków miejskich zbudowanych w dobrze rozwiniętych krajach przemysłowych, które wymagają już unowocześnienia lub przebudowy. Istniejące dotychczas rozwiązania denitryfikacji nie nadają się do tego, ponieważ wymagają one albo zbudowania nowej oczyszczalni ścieków, albo przynajmniej znacznej przebudowy klasycznych oczyszczalni ścieków miejskich. Właśnie dlatego pojawiła się pilna potrzeba opracowania rozwiązania umożliwiającego wykorzystanie istniejących dotychczas oczyszczalni ścieków miejskich, które spełniałyby aktualne wymagania ekologiczne.

Celem przedmiotowego wynalazku jest wyeliminowanie możliwie wielu wad znanych rozwiązań oraz opracowanie nowego sposobu i urządzenia zapewniających znaczną intensyfikację oczyszczania ścieków z aktywacją biologiczną, również z możliwością wykorzystania już istniejących klasycznych oczyszczalni ścieków.

Istota sposobu biologicznego aktywacyjnego oczyszczania ścieków, według wynalazku, polega na tym, że mieszaninę aktywacyjną wprowadza się w obieg cyrkulacyjny, podczas którego mieszaninę napowietrza się, przy czym część mieszaniny, którą poddaje się nitryfikacji i denitryfikacji przemieszcza się w przepływie tłokowym, zaś w końcowej części przepływu tłokowego oddziela się z mieszaniny oczyszczoną wodę i poddaje filtrowaniu w złożu fluidalnym, natomiast pozostający w mieszaninie zagęszczony osad tłoczy się do początkowego miejsca doprowadzenia-surowych ścieków.

Korzystnie, oczyszczoną wodę odprowadza się w ilości mniejszej od ilości mieszaniny znajdującej się w obiegu cyrkulacyjnym.

Korzystnie, mieszaninę aktywacyjną zmieszaną z surowymi ściekami napowietrza się stopniowo utrzymując aktywowany osad w zawiesinie, aż do uzyskania stężenia rozpuszczonego tlenu w zawiesinie co najmniej 2 mg/l mieszaniny aktywacyjnej.

Korzystnie, stopniowe napowietrzanie realizuje się poprzez zmianę intensywności w funkcji czasu i miejsca obiegu mieszaniny lub w funkcji czasu lub miejsca obiegu mieszaniny.

Korzystnie, oczyszczoną wodę odprowadza się z intensywnością co najwyżej dwukrotnie mniejszą od intensywności cyrkulacji mieszaniny aktywacyjnej.

Korzystnie, mieszaninę aktywacyjną wprowadza się w obieg cyrkulacji w miejsce doprowadzenia surowych ścieków przy odprowadzeniu oczyszczonej wody i wymuszonym doprowadzeniu zagęszczonej mieszaniny aktywacyjnej w miejsce za procesem oddzielania.

Korzystnie, oczyszczoną wodę odprowadza się podczas każdego obiegu mieszaniny aktywacyjnej poprzez złoże fluidalne.

Istota urządzenia do biologicznego aktywacyjnego oczyszczania ścieków zawierającego we wspólnym zbiorniku przestrzeń aktywacji i przebiegające do góry wzdłużne przestrzenie oddzielania, w których wyprowadzone są wyloty kanałów odprowadzających oczyszczoną wodę, przy czym każda przestrzeń oddzielania jest określona przez przegrody i ściany czołowe oraz łączy się z przestrzenią aktywacji przy jednej ścianie wzdłużnej, gdzie pomiędzy przegrodami przestrzeni oddzielania oraz pomiędzy przegrodami i ścianami zbiornika znajdują się kanały wzdłużne, w których umieszczone są elementy napowietrzające, według wynalazku, polega na tym, że dwie przestrzenie oddzielania są umieszczone zawsze obok siebie swymi wzdłużnymi ścianami, w których utworzone są połączenia komunikacyjne

174 900 z przestrzenią aktywacji, a podłużny kanał rozdzielczy utworzony pomiędzy wymienionymi ścianami wzdłużnymi jest całkowicie zamknięty przez czołową ścianę po jednej stronie, natomiast po przeciwnej stronie przez inną ścianę, w której znajduje się przejście, za pomocą którego kanał rozdzielczy jest połączony z układem kanałów przephyvu oddzielonych bocznie od przestrzeni oddzielania, przy czym układ kanałów przepływu i przynajmniej jeden kanał rozdzielczy tworzą część układu cyrkulacji, zaś inna część układu cyrkulacji jest utworzona przez urządzenie zbiorcze z wylotem mieszaniny aktywacyjnej z przestrzeni oddzielania dołączone do przynajmniej jednego układu pompującego, którego wylot stanowi jednocześnie początek układu cyrkulacji, natomiast wspólny wlot surowych ścieków i surowej wody znajduje się w obszarze układu pompującego, przy czym układ cyrkulacji ma przynajmniej jedną przegrodę płytową.

Korzystnie, przestrzeń oddzielania jest połączona z przestrzenią aktywacji przez otwory górny i dolny, oba usytuowane po tej samej stronie przestrzeni oddzielania, przy czym górny otwór jest połączony z przedłużeniem przestrzeni oddzielania, a dolny jest usytuowany blisko jej dna, przy czym otwór górny jest mniejszy niż dolny.

Korzystnie, przestrzeń oddzielania jest połączona z przestrzenią aktywacji poprzez przejście utworzone w przegrodzie przestrzeni oddzielania, blisko dna zbiornika, w której to przestrzeni oddzielania umieszczone są zbiorcze przewody rurowe z otworami wlotowymi dla zagęszczonej mieszaniny aktywacyjnej, połączone z agregatem pompującym, którego wylot uchodzi w przestrzeń aktywacji.

Korzystnie, przestrzeń oddzielania jest umieszczona na całej długości kanałów przepływu układu cyrkulacji, natomiast otwór wlotowy mieszaniny aktywacyjnej w przestrzeń oddzielania i urządzenie zbiorcze do odprowadzania zagęszczonej mieszaniny aktywacyjnej z przestrzeni oddzielania są umieszczone na całej długości układu cyrkulacji.

Korzystnie, układ cyrkulacji jest utworzony przez przynajmniej jeden moduł podstawowy, w którym kanał rozdzielczy jest utworzony przez dwie wewnętrzne przegrody, a zewnętrzne przegrody razem z przegrodami wewnętrznymi tworzą przestrzeń oddzielania, a razem z obwodową ścianą zbiornika lub z zewnętrzną ścianą następnego modułu obwodowy kanał przepływu, przy czym kanał rozdzielczy jest połączony z przodu z obwodowym kanałem przepływu, a z boku z przestrzenią oddzielania.

Korzystnie, do modułu podstawowego dołączone są prostopadle dodatkowe moduły o identycznym wyk onaniu.

Korzystnie, moduł podstawowy jest umieszczony tak, że jego oś przechodzi przez środek zbiornika, a pozostałe moduły są umieszczone symetrycznie i prostopadle do modułu podstawowego.

Korzystnie, do modułu podstawowego dołączony jest równolegle przynajmniej jeden moduł dodatkowy, a utworzony w ten sposób układ równoległych modułówjest symetryczny względem osi przechodzącej przez środek zbiornika.

Korzystnie, urządzenie zbiorcze zawiera umieszczone blisko dna przestrzeni oddzielania zbiorcze przewody rurowe, studzienkę zbiorczą i przynajmniej jedną pompę.

Korzystnie, pompa jest pompą odśrodkową umieszczoną w studzience zbiorczej.

Korzystnie, wylot urządzenia zbiorczego i wylot pompy uchodzą w studzienkę zbiorczą, za przegrodą płytową, na początku obwodowego kanału przepływu.

Korzystnie, wspólny wlot surowych ścieków i surowej wody umieszczony jest na wejściu układu pompującego, lub na jego wyjściu, lub w studzience zbiorczej.

Korzystnie, w obszarze wspólnego wlotu surowych ścieków i surowej wody elementy napowietrzające są umieszczone w większych odstępach, niż w innych częściach układu cyrkulacji.

Korzystnie, pole przekroju poprzecznego otworu wlotowego jest większe niż 10% pola powierzchni przestrzeni oddzielania.

Korzystnie,urządzenie ma pułapkę pływającego osadu, umieszczoną w górnej części przestrzeni oddzielania i utworzoną przez pochyły dach i głowicę, do której to pułapki dołączone jest w jej dolnej części doprowadzenie sprężonego powietrza, a dolna jej część wyposażona jest w urządzenie odprowadzające osad w postaci powietrznego podnośnika

174 900 cieczy uchodzącego w przestrzeń aktywacji, przy czym cały dach znajduje się pod poziomem powierzchni zbiornika.

Korzystnie, w obszarze przejścia między przestrzenią oddzielania i przestrzenią aktywacji urządzenie ma rozdzielacz przepływu umieszczony na przegrodzie od strony przestrzeni aktywacji.

Korzystnie, na początku przestrzeni aktywacji umieszczone jest mieszadło, do którego doprowadzony jest wylot agregatu pompującego i wspólny wlot surowych ścieków i surowej wody.

Korzystnie, agregat pompujący jest pompą wyposażoną w zanurzalny, nawrotny silnik elektryczny.

Korzystnie, nawrotny silnik elektryczny i wirnik agregatu pompującego są umieszczone suwliwie na drążkach prowadzących umieszczonych pionowo do dna zbiornika.

Korzystnie, agregat pompujący jest połączony z dwiema gałęziami zbiorczego przewodu rurowego.

Korzystnie, w przestrzeni aktywacji umieszczone są węże napowietrzające połączone z doprowadzeniem sprężonego powietrza poprzez zawory.

Korzystnie, węże napowietrzające umieszczone są w dwóch gałęziach, wzdłuż obwodowych kanałów przepływu, po przeciwnych stronach.

Sposób i urządzenie według wynalazku reprezentują bardzo skuteczne środki zapobiegania eutrofizacji zasobów wodnych w naturze. Główną zaletą jest wysoka skuteczność oczyszczania ścieków z substancji organicznych, jak i zmniejszania nich zawartości pierwiastków powodujących eutrofizację, to znaczy azotu i fosforu. Złożone oczyszczanie ścieków, zwłaszcza ścieków miejskich, jest przy tym realizowane prostym sposobem oczyszczania aktywacyjnego, bez konieczności stosowania dodatkowych procedur denitryfikacji i defosfatyzacji. Upraszcza to znacznie rozwiązanie techniczne reaktorów do złożonego biologicznego oczyszczania ścieków.

System modułowy reaktora według wynalazku umożliwia modułową konstrukcję reaktorów w szerokim zakresie przepustowości, aż do największych reaktorów odpowiednich dla konurbacji o milionach mieszkańców. Z kanałami utworzonymi przez wprowadzenie przestrzeni oddzielania dla filtrowania poprzez złoże fluidalne w przestrzeń aktywacji system kanałów połączonych w jednolity układ cyrkulacyjny umożliwia maksymalne uproszczenie i równocześnie skrócenie dróg łączących pomiędzy połączonymi procesami oczyszczania aktywacyjnego, łącznie z oddzielaniem aktywnego osadu przy minimalnych oporach hydraulicznych w systemie. System cyrkulacji mieszaniny aktywacyjnej umożliwia również punktowe wprowadzanie wody do reaktora, co obniża koszt rozdzielania surowych ścieków w oczyszczalni ścieków.

Inną zaletą sposobu i urządzenia według wynalazku jest duża przepustowość wynikająca z maksymalnego wykorzystania pola powierzchni reaktora do oddzielania, co umożliwia działanie tego reaktora przy dużym stężeniu aktywowanego osadu, które powoduje lepsze parametry jakościowe i ilościowe urządzenia.

Sposób i urządzenie według wynalazku umożliwiają również przebudowę istniejących dotychczas klasycznych oczyszczalni ścieków, co oznacza znaczne zmniejszenie kosztów w porównaniu z budowaniem nowych oczyszczalni ścieków lub rozszerzaniem starych oczyszczalni ścieków.

Przedmiot wynalazkujest opisany w oparciu o jego przykłady realizacji przedstawione na załączonym rysunku, gdzie fig. 1 jest widokiem z góry podstawowego modułu układu cyrkulacji mieszaniny aktywacyjnej; fig. 2 jest przekrojem pionowym poprzez moduł wzdłuż linii A-A z fig. 1; fig. 3 jest przekrojem pionowym wzdłuż linii B-B z fig. 1; fig. 4 jest przekrojem pionowym wzdłuż linii C-C z fig. 1; fig. 5 jest widokiem aksometrycznym podstawowego modułu układu cyrkulacji według fig. 1-4; fig. 6 jest widokiem z przodu pułapki pływającego osadu; fig. 7 jest przekrojem wzdłuż linii D-D z fig. 6; fig. 8 jest widokiem z góry reaktora o prostokątnym planie podstawy wynikającego z połączenia innych modułów układu cyrkulacji z podstawowym modułem układu cyrkulacji; fig. 9 jest przekrojem pionowym poprzez reaktor wzdłuż linii A-A z fig. 8; fig. 10 jest przekrojem

174 900 pionowym wzdłuż linii B-B z fig. 8; fig. 11 jest przekrojem pionowym wzdłuż linii C-C z fig. 8; fig. 12 jest widokiem ukośnym innego przykładu realizacji reaktora z wyrywaniami; fig. 13 jest schematycznym przedstawieniem przekroju poprzecznego poprzez przykład realizacji pokazany na fig. 9.

Urządzenie według przedmiotowego wynalazku zawiera przynajmniej jeden układ cyrkulacji. Każdy układ cyrkulacji zawiera przynajmniej jeden moduł podstawowy. W przypadku, gdy urządzenie zawiera więcej modułów lub jeden moduł podstawowy i inne moduły dodatkowe, konstrukcje modułu podstawowego i modułów dodatkowych są korzystnie identyczne.

Na figurach 1 - 4 przedstawiono przykład realizacji modułu podstawowego układu cyrkulacji reaktora o prostokątnym planie podstawy zbiornika z obwodowymi ścianami 1, na przykład ścianami betonowymi oraz dnem 8 podzielonym przez system wprowadzonych przegród 2 na funkcjonalne przestrzenie, to znaczy przestrzenie zarówno dla procesów biologicznego aktywacyjnego oczyszczania ścieków, jak i dla rozdzielania flokulacyjnej zawiesiny przez filtr ze złożem fluidalnym.

W przedstawionym przykładzie realizacji modułu podstawowego sąsiednie przegrody 2 wewnętrzne ograniczają przestrzenie oddzielania 4, które tworzą filtr ze złożem fluidalnym. Każda z nich ma obwodowy kanał przepływowy 7 przechodzący wzdłuż jednego z jej boków i kanał rozdzielczy 5 wzdłuż innego boku. Czołowa ściana 6, całkowicie zamyka przestrzeń oddzielania 4 dla filtrowania poprzez złoże fluidalne i kanał rozdzielczy 5 zjednej strony, a ściana 6' z drugiej strony. W module podstawowym istnieją dwie przestrzenie oddzielania 4 stykające się ze sobą swymi wzdłużnymi ścianami, przy czym pomiędzy nimi utworzony jest kanał rozdzielczy 5. Przestrzenie oddzielania 4 rozciągają się na całej długości modułu podstawowego i łączą się na całej długości z kanałem rozdzielczym 5. Obwodowe kanały przepływu 7 są usytuowane pomiędzy zewnętrznymi przegrodami 2 a obwodowymi ścianami 1 zbiornika i są oddzielone od przestrzeni oddzielania 4 wzdłuż swych boków. Pułapka 29 przepływającego osadu i kanały odprowadzające 15 do odprowadzania oczyszczonej wody są usytuowane w górnej części przestrzeni oddzielania 4 dla filtrowania poprzez złoże fluidalne.

Przestrzeń oddzielania 4 dla filtrowania poprzez złoże fluidalne jest całkowicie zamknięta przez czołową ściankę 6' przy przeciwległym końcu, natomiast kanał rozdzielczy 5 łączy się z obwodowym kanałem przepływu 7 poprzez przejście 26. Przejście 26 ma kształt prostokątny, przy czym jego dłuższy bok jest pionowy (fig. 3). Ten przykład realizacji jest łatwy do wykonania i działa zadawalająco. Jednakże przejście 26 może mieć również inny kształt, na przykład kształt nawiązujący do przekroju poprzecznego kanału rozdzielczego 5, aby uzyskać minimalne opory hydrauliczne.

Może być również wykonany, nie pokazany na rysunku, moduł zawierający tylkojedną przestrzeń oddzielania 4. W takim przypadku, obwodowy kanał przepływu 7 jest wykonany wzdłuż dłuższego i krótszego boku przestrzeni oddzielania 4, natomiast kanał rozdzielczy 5 jest wykonany wzdłuż drugiego dłuższego boku. Przez umieszczenie dwóch z tych nie pokazanych modułów obok siebie uzyskuje się wspomniany powyżej moduł podstawowy o dwóch przestrzeniach oddzielania 4.

Pułapka 29 pływającego osadu (fig. 6, 7) jest zanurzona pod powierzchnią. Zawiera ona pochyły dach z głowicą 40 (fig. 7). Istotna część dachu jest pozioma, natomiast głowica 40 dołączona do dachu lub tworząca z nią jeden zespół jest pochylona, a jej przekrój poprzeczny stopniowo zmienia się. Głowica 40 jest pochylona pod stosunkowo małym kątem do płaszczyzny poziomej. Dolny koniec pułapki 29 jest połączony poprzez doprowadzenie 38 z nie pokazanym, oddzielnym źródłem sprężonego powietrza pod ciśnieniem odpowiadającym stosunkowo niewielkiej głębokości zanurzenia, co oznacza, że pułapka 29 jest napowietrzana. Przy przeciwległym, wyższym końcu pułapki 29 usytuowany jest wylot pływającego osadu, którego główną częścią jest powietrzny podnośnik cieczy 39, korzystnie połączony z tym samym źródłem sprężonego powietrza co doprowadzenie 38. Ten powietrzny podnośnik cieczy 39 może być również połączony z innym oddzielnym źródłem sprężonego powietrza (nie pokazano). Końcówka powietrznego podnośnika cieczy 39 jest

174 900 wyprowadzona w optymalnym miejscu przy kanałach przepływu 7,9. Odprowadzanie osadu może odbywać się w sposób ciągły lub przerywany, co oznacza, że źródło sprężonego powietrza, ewentualnie źródła sprężonego powietrza mogą działać nieprzerwanie lub w sposób przerywany, w zależności od prędkości wypływania osadu. Przedmiotowy wynalazek może być wykorzystywany również bez pułapki 29, na przykład, gdy nie ma zwiększonego wypływania osadu przy oddzielaniu.

Przegrody 2 są kątowe w górnej części przestrzeni oddzielania 4 (fig. 2,3,9,10). Dolna część 12 przegrody 2 w przestrzeni oddzielania 4 jest dołączona do górnej części, przy czym przegrody 2 w dolnej części 12 są korzystnie proste i równoległe do siebie. W górnej części każdej przestrzeni oddzielania 4 wykonany jest górny otwór 10, a w dolnej części 12 dolny otwór 11. Oba otwory 10,11 tworzą połączenie między kanałem rozdzielczym 5 a przestrzenią oddzielania 4 i oba znajdują się po tej samej stronie przestrzeni oddzielania 4. Górny otwór 10 jest dołączony do przedłużenia przestrzeni oddzielania 4 i tworzy równocześnie wlot mieszaniny aktywacyjnej do przestrzeni oddzielania 4. Wymieniony górny otwór 10 ma z reguły mniejszy przekrój wlotowy niż dolny otwór 11, przy czym górny otwór 10 powoduje dodatkowe opory dla mieszaniny aktywacyjnej przepływającej z kanału rozdzielczego 5 do przestrzeni oddzielania 4 (fig. 2,3). Górny otwór 10 tworzy korzystnie szczelinę rozciągającą się na całej długości przestrzeni oddzielania 4, ewentualnie szczelinę przerywaną lub oddzielne, równomiernie rozmieszczone otwory szczelinowe. Oś dolnych części 12 przestrzeni oddzielania 4 jest korzystnie pionowa, ale może być również ukośna, tak że dolna część 12 przestrzeni oddzielania 4jest odchylona od kanału rozdzielczego 5. Dolny otwór 11 jest umieszczony blisko dna 8 przestrzeni oddzielania 4 i jest wykonany jako otwór w ścianie dolnej części 12 przestrzeni oddzielania 4, a jego całkowity przekrój jest większy niż całkowity przekrój górnego otworu 10, aż do jego wielokrotności. Dolny otwór 11 jest przewidziany w szczególności do wciągania mieszaniny aktywacyjnej w dolną część 12 przestrzeni oddzielania 4 w celu wyrównywania poziomów w przestrzeni oddzielania 4 i w przestrzeni aktywacyjnej, jak również do usuwania osadu, kiedy działanie jest przerwane.

Pole przekroju poprzecznego otworu wlotowego 14 do filtru ze złożem fluidalnym jest w dużych oczyszczalniach ścieków miejskich o współczynniku nierówności hydraulicznej do

1,5 równy przynajmniej 10% pola powierzchni oddzielania.

Wylot 27 urządzenia zbiorczego, który jest jednocześnie ujściem zagęszczonej mieszaniny aktywacyjnej z przestrzeni oddzielania, jest dołączony do przynajmniej jednego układu pompującego. Według korzystnego przykładu realizacji, zbiorcze przewody rurowe 13 urządzenia zbiorczego są usytuowane przy dnie 8, w pobliżu dolnych części 12, przy czym są one połączone ze studzienką zbiorczą 35, w której usytuowana jest przynajmniej jedna pompa 36, korzystnie pompa odśrodkowa, która jest również źródłem lokalnej turbulencji. Wylot 27' pompy 36 jest skierowany do obwodowego kanału przepływu 7 za przegrodą płytową 28 patrząc w kierunku przepływu mieszaniny aktywacyjnej (fig. 1). Przegroda płytowa 28 zamyka czoło obwodowego kanału przepływu 7 albo całkowicie, co jest rozwiązaniem korzystnym, albo przynajmniej częściowo. Istotne jest, że wylot 27' wraz z wlotem 22 surowego osadu lub surowej wody uchodzi w układ cyrkulacji w kierunku przepływu za przestrzeniami oddzielania 4. Wlot 22 może zatem uchodzić albo w obszar dopływu układu pompującego, albo w obszar odpływu układu pompującego za przegrodą płytową 28. Wlot 22 jest korzystnie skierowany do studzienki zbiorczej 35 (nie pokazano na fig. 1).

Kanał rozdzielczy 5 łączy się poprzez górny otwór 10 z przestrzeni oddzielania 4 i poprzez dolny otwór 11 z głównym przewodem zbiorczym 13 (fig. 1, 8), przy czym zastosowana jest przynajmniej jedna pompa jako układ pompujący, na przykład powietrzny podnośnik cieczy (nie pokazano) lub kilka powietrznych podnośników cieczy (nie pokazano), ewentualnie wymieniona odśrodkowa pompa 36 jest usytuowana w studzience zbiorczej 35 (fig. 1, 8, 11), jak wspomniano powyżej. Jeżeli stosowana jest odśrodkowa pompa 36 usytuowana w studzience zbiorczej 35, nie stosuje się powietrznego podnośnika cieczy, ewentualnie powietrzrny podnośnik cieczy jest zawarty w niektórych odgałęzieniach zbiorczego przewodu rurowego 13, tylko w celu zwiększenia efektu mieszania w zagęszczonej mieszaninie aktywacyjnej opuszczającej wylot 27 i spadającej w mieszaninę aktywacyjną w

174 900 zbiorniku, ewentualnie w studzienkę zbiorczą 35. Powietrzny podnośnik cieczy lub odśrodkowa pompa 36, jeżeli zastosowana jest studzienka zbiorcza 35, uchodzi swym wylotem 27' w obwodowy kanał przepływu 7 przepływu za przegrodą płytową 28 (fig. 1). Odśrodkowa pompa 36 może być również zastąpiona powietrznym podnośnikiem cieczy. Oba rodzaje pomp mogą być usytuowane albo w studzience zbiorczej 35, albo na zewnątrz studzienki zbiorczej 35, przy czym w każdym przypadku pompa jest częścią wylotu ze studzienki zbiorczej 35, a zatem łączy się ze studzienką zbiorczą 35.

Na skutek wzajemnego połączenia pomiędzy obwodowym kanałem przepływu 7, kanałem rozdzielczym 5, przestrzeniami oddzielania 4 i za pomocą zbiorczego przewodu rurowego 13 urządzenia zbiorczego i studzienki zbiorczej 35, poprzez połączenie zwrotne przez wylot 27 z obwodowym kanałem przepływu 7, utworzony jest układ cyrkulacji mieszaniny aktywacyjnej, w którym mieszanina aktywacyjna płynie w przepływie tłokowym. Obwodowy kanał przepływu 7 jest na całej swej długości całkowicie oddzielony od przestrzeni oddzielania 4 przez przegrodę 2.

Elementy napowietrzania 3 są umieszczone przy dnie 8 w obwodowym kanale przepływu 7 oraz w kanale rozdzielczym 5, korzystnie z różnymi odstępami tak, że różne sekcje układu cyrkulacji mają różną intensywność napowietrzania. Według korzystnego przykładu realizacji, elementy napowietrzania 3 są w obszarze doprowadzania surowego usytuowane w większym odstępie od siebie niż w innych częściach układu cyrkulacji.

Możliwe jest również usytuowanie elementów napowietrzania 3 w równych odstępach, ale z różną intensywnością napowietrzania w różnych miejscach układu cyrkulacji, dzięki czemu urządzenie według wynalazku może być dostosowane do różnych warunków. Możliwe jest również stosowanie elementów napowietrzania 3 o intensywności napowietrzania zmiennej w czasie.

Wspomniana powyżej przegroda płytowa 28 jest umieszczona w obwodowym kanale przepływu 7, po stronie czołowej ściany 6' z przejściem 26 do kanału rozdzielczego 5. Wlot 22 surowej wody prowadzi za wymienioną przegrodę 28 wraz z wylotem 27' powietrznego podnośnika cieczy lub powietrznych podnośników cieczy (nie pokazano), ewentualnie odśrodkowej pompy 36. Obwodowy kanał przepływu 7 ma w swych wzdłużnych częściach wzdłuż przestrzeni oddzielania 4 kształt wąskiego korytarza, a jego przekrój określony jest przez kształt przestrzeni oddzielania 4. Z reguły obwodowy kanał przepływu 7 przebiega najpierw do dołu (fig. 2), a w dolnej częścijego ściany są pionowe i równoległe. Jeżeli stosuje się inny kształt przestrzeni oddzielania 4, ściany obwodowego kanału przepływu 7 mogą być usytuowane na przykład pod kątem i równolegle, ewentualnie usytuowane pod kątem i rozbieżne.

Działanie opisanego modułu podstawowego układu cyrkulacji i sposobu biologicznego aktywacyjnego oczyszczania ścieków z dynamiczną nitryfikacją i denitryfikacjąjest następująca:

Mieszanina aktywacyjna cyrkuluje w układzie cyrkulacji w przepływie tłokowym i jest nieprzerwanie utleniana przez pneumatyczne napowietrzanie, które równocześnie zabezpiecza utrzymywanie aktywnego osadu w zawiesinie. Wszystkie oddzielne cząstki mieszaniny aktywacyjnej przemieszczają się w obwodzie cyrkulacji z przynajmniej jedną składową wektorową jej prędkości w kierunku przepływu mieszaniny aktywacyjnej jako całości w układzie cyrkulacji. Korzystne jest zatem, że przez działanie elementów napowietrzania 3 poszczególne cząstki przemieszczają się również w poziomie prostopadle do przemieszczania się w układzie cyrkulacji i wykonują na przykład ruch helikoidalny. Aby osiągnąć wysokie stężenie aktywowanego osadu w układzie cyrkulacji, mieszanina aktywacyjna jest poddawana filtracji poprzez złoże fluidalne w trakcie każdej cyrkulacji, a podczas filtracji oczyszczona woda jest oddzielana od mieszaniny, natomiast oddzielanie odbywa się w przestrzeniach oddzielania 4, które pokrywają praktycznie całą powierzchnię zbiornika z obwodowymi ścianami 1. Oczyszczona woda oddzielona przez filtrowanie poprzez złoże fluidalne jest odprowadzana przez kanał odprowadzający 15, a jej ilość jest zawsze mniejsza, niż ilość mieszaniny aktywacyjnej cyrkulującej w układzie cyrkulacji w tym samym czasie. Korzystne jest, że oczyszczona woda jest odprowadzana przez filtrowanie poprzez złoże fluidalne tylko z części cyrkulującej mieszaniny aktywacyjnej, co umożliwia osiągnięcie wysokiej intensywności cyrkulacji, a przez to możliwy jest wysoki stopień denitryfikacji. Jest to osiągane w wyniku odciągania mieszaniny aktywacyjnej z kanału rozdzielczego 5 poprzez dolny otwór 11 w obszarze urządzenia zbiorczego przy dnie 8 przestrzeni oddzielania 4.

Cyrkulacja realizowana jest przez doprowadzanie surowych ścieków, przez pompowanie zagęszczonej mieszaniny aktywacyjnej z filtru ze złożem fluidalnym z powrotem do układu cyrkulacji za przegrodą płytową 28 i przez wyprowadzanie oczyszczonej wody poprzez kanały odprowadzające 15. Mieszanina aktywacyjna przepływa przy tym w układzie cyrkulacyjnym w przepływie o charakterze tłokowym. Surowe ścieki są doprowadzane do układu cyrkulacji korzystnie za przegrodą płytową 28 lub do studzienki zbiorczej 35. Powoduje to brak tlenu na powierzchni cząstek aktywowanego osadu i rozpoczęcie procesów denitryfikacji. Mieszanina aktywacyjna jest następnie przez działanie elementów napowietrzających 3 stopniowo utleniana przez napowietrzanie z równoczesnym utrzymywaniem aktywowanego osadu w zawiesinie podczas cyrkulacji w obwodowych kanałach przepływu 7, aż zostaną osiągnięte warunki niezbędne dla procesów nitryfikacji. Następnie mieszanina aktywacyjna jest poddawana filtracji poprzez złoże fluidalne w przestrzeniach oddzielania 4. Surowe ścieki zostają zmieszane z zagęszczoną mieszaniną aktywacyjną z azotem pochodzącym z utlenienia zanieczyszczeń azotowych, na przykład w studzience zbiorczej 35, przez co wszystkie procesy złożonego oczyszczania ścieków z usuwaniem substancji organicznych i azotowych są realizowane podczas jednego obiegu. Z reguły mieszanina aktywacyjna jest stopniowo utleniana przez napowietrzanie aż stężenia tlenu rozpuszczonego w mieszaninie aktywacyjnej osiągnie lub przewyższy przynajmniej 2 mg tlenu na 1 litr mieszaniny aktywacyjnej. W ten sposób realizowany jest optymalny proces biologicznego oczyszczania ścieków jak to zostanie teraz opisane bardziej szczegółowo poniżej.

Mieszanina aktywacyjna wchodzi w przestrzenie oddzielania 4 dla filtrowania poprzez złoże fluidalne przez górny otwór 10 i komorę przedłużającą przestrzeni oddzielania 4 i jest przeprowadzana przez otwór wlotowy 14 z dolnej części 12 w część przedłużającą przestrzeni oddzielania 4, gdzie odbywa się filtrowanie poprzez złoże fluidalne. Skuteczność oddzielania przez filtrowanie poprzez złoże fluidalne zależy między innymi od wielkości otworu wlotowego 14. Optymalna wielkość otworu wlotowego 14 wynosi przynajmniej 10% powierzchni oddzielania w dużych oczyszczalniach ścieków miejskich o współczynniku nierównomiemości hydraulicznej do 1,5. Oddzielanie oczyszczonej wody od aktywowanego szlamu przeprowadzane jest w filtrze ze złożem fluidalnym w przestrzeni oddzielania 4 przez filtrowanie poprzez złoże fluidalne, gdzie woda pozbawiona zawiesiny aktywowanego osadu jest odprowadzana poprzez kanały odprowadzające 15 z układu oczyszczania. Pływający osad przechwytywany przez pułapkę 29 jest wprowadzany do przestrzeni aktywacji w dowolnym miejscu jednego z obwodowych kanałów przepływu 7, 9. Na skutek filtracji zagęszczony aktywowany osad opada przeciwprądowo poprzez otwór wlotowy 14 w dolną część 12 do zbiorczego przewodu rurowego 13 usytuowanego przy dolnej części 12. Wylot 27 urządzenia zbiorczego, ewentualnie przy braku pompy same zbiorcze przewody rurowe 13 uchodzą w studzienkę zbiorczą 35, skąd aktywowana mieszanina jest wypompowywana przez odśrodkową pompę 36, która powoduje silną lokalną turbulencję.

Lokalna turbulencja wzbudzana przez odśrodkową pompę 36 jest niezbędna dla uwalniania pęcherzyków gazowego azotu, które przywierają do cząstek aktywowanego osadu podczas procesu denitryfikacji. Przepływ mieszaniny aktywacyjnej w studzience zbiorczej 35 jest typu grawitacyjnego dzięki różnicy poziomów pomiędzy zbiornikiem a studzienką zbiorczą 35. Jeżeli lokalne warunki wymagają tego, możliwe jest również umieszczenie pompy w urządzeniu zbiorczym, na przykład powietrznego podnośnika cieczy.

Dolny otwór 11 umożliwia w przypadku przerwania napowietrzania reaktora przechodzenie aktywowanego osadu z przestrzeni oddzielania 4 do kanału rozdzielczego 5, przez co uniemożliwione jest niepożądane zbieranie się osadu w dolnej części 12. Dolny otwór 11 zapewnia równocześnie wyrównanie poziomu w oddzielaniu i aktywacji podczas napełniania reaktora lub podczas wydmuchiwania osadu, a to umożliwia bezciśnieniowe rozwiązanie wewnętrznej konstrukcji reaktora.

174 900

Surowe ścieki są mieszane w układzie cyrkulacji w obwodowym kanale przepływu 7 z mieszaniną aktywacyjną zagęszczoną po filtrowaniu przez złoże fluidalne, przy czym ścieki te powodują gwałtowne zmniejszenie stężenia rozpuszczonego tlenu w mieszaninie aktywacyjnej, zwłaszcza na powierzchni cząstek aktywowanego osadu, przez co zapewnione są dobre warunki dla dynamicznej denitryfikacji. Procesy denitryfikacji nie wymagają jednak warunków beztlenowych w całej objętości mieszaniny aktywacyjnej a całkowicie wystarczające jest utworzenie lokalnych warunków beztlenowych na powierzchni, ewentualnie na powierzchni cząstek aktywowanego osadu. Kanał przepływu obwodowego w kształcie wąskiego korytarza umożliwia, że również niewielka intensywność napowietrzania jest wystarczająca dla utrzymywania w zawiesinie aktywowanego osadu podczas znacznej prędkości przepływu mieszaniny aktywacyjnej. Nie jest przez to wymagany reżim denitryfikacji wymagający niskiej zawartości tlenu w mieszaninie aktywacyjnej. W trakcie napowietrzania podczas przepływu tłokowego dochodzi do biodegradacji substancji zanieczyszczających w mieszaninie aktywacyjnej przez utlenianie i stopniowe nasycanie mieszaniny aktywacyjnej tlenem aż do osiągnięcia warunków dla nitryfikacji substancji azotowych, co jest zwykle osiągane przez wartość powyżej 2 mg O2/L Zwiększona zawartość rozpuszczonego tlenu jest korzystnie przedstawiana również w skuteczności następującego potem oddzielania aktywowanego osadu przez filtrowanie poprzez złoże fluidalne, ponieważ większa zawartość tlenu w mieszaninie aktywacyjnej uniemożliwia procesy denitryfikacji podczas filtrowania poprzez złoże fluidalne. Uniemożliwia to wypływanie do góry aktywowanego osadu w przestrzeni oddzielania 4, jak również uwalnianie się fosforu do oczyszczonej wody.

Cyrkulująca mieszanina aktywacyjna doprowadza azotany pochodzące ze strefy nitryfikacji o wystarczającej zawartości tlenu do strefy układu cyrkulacji o zmniejszonej zawartości rozpuszczonego tlenu. Następnie azotany są redukowane do gazowego azotu w wymienionej strefie o zmniejszonej zawartości tlenu i ten sposób przeprowadzana jest denitryfikacja. Pęcherzyki gazowego azotu, które przywierają do cząstek aktywowanego osadu podczas denitryfikacji są usuwane z obiegu mieszaniny aktywacyjnej w układzie cyrkulacji przez zapewnienie ruchu o wysokiej intensywności lokalnej turbulencji, na przykład przez odśrodkową pompę 36. Siła przepływu dla wywołania intensywnych lokalnych turbulencji może być korzystnie stosowana do mieszania cyrkulującej mieszaniny aktywacyjnej z oczyszczanymi ściekami, przy czym surowe ścieki mieszane z cyrkulującą mieszaniną aktywacyjną powodują oprócz zmniejszenia zawartości rozpuszczonego tlenu również doprowadzanie węgla niezbędnego dla procesów denitryfikacji.

Skuteczność opisanej dynamicznej denitryfikacji ścieków w cyklu cyrkulacji mieszaniny aktywacyjne z okresowym przechodzeniem z procesu nitryfikacji do procesu denitryfikacji zależy od intensywności cyrkulacji mieszaniny aktywacyjnej zgodnie z następującym wyrażeniem:

4%1 = η4ύ^{χ 100} gdzie:

τ - oznacza skuteczność denitryfikacji w procentach n - oznacza stosunek ilości wody przepływającej przez jeden przekrój w układzie cyrkulacji w jednostce czasu do ilości surowej wody doprowadzonej w tej samej jednostce czasu

Proporcje te reprezentuje intensywność cyrkulacji w układzie cyrkulacji. Przykładowo, aby osiągnąć skuteczność 75% redukcji azotanów według wspomnianego wyżej wyrażenia potrzebne jest natężenie cyrkulacji trzykrotnie większe w porównaniu z ilością oczyszczanej surowej wody. Opisany proces biologicznego oczyszczania ścieków zwykle przebiega skutecznie przy intensywności cyrkulacji mieszaniny aktywacyjnej w zakresie od 2 do 6 razy ilość oczyszczanej wody. Intensywność cyrkulacji może być również znacznie większa dla bardzo skoncentrowanych ścieków i dlatego ilość wody przepływającej przez układ cyrkulacji może być wielokrotnie większa niż ilość doprowadzanych surowych ścieków. Ponadto, konieczne jest również aby było większe zasysanie mieszaniny aktywacyjnej poprzez dolny

174 900 otwór do wlotu urządzenia zbiorczego. Jest to określone przez malejącą wartość oporów, to znaczy przez wielkość górnego otworu 10.

Całkowita intensywność procesów biologicznego oczyszczania zależy od stężenia aktywowanego osadu w układzie oczyszczania, które zależy bezpośrednio od intensywności oddzielania. Cyrkulacja mieszaniny aktywacyjnej w układzie cyrkulacji potrzebna do osiągnięcia żądanej intensywności denitryfikacji zwiększa wymagania na wydajność oddzielania.

Integralne wprowadzenie filtrowania poprzez złoże fluidalne w układzie cyrkulacji mieszaniny aktywacyjnej z pełnym wykorzystaniem całej powierzchni aktywacyjnej do oddzielania zapewnia wysokie stężenie aktywowanego osadu, co zapewnia następnie niskie obciążenie osadem niezbędne dla nitryfikacji jako głównego celu usuwania zanieczyszczeń azotowych ze ścieków. Ważnym parametrem jakościowym opisanego sposobu dynamicznej nitryfikacji i denitryfikacji jest również jego wysoka skuteczność usuwania fosforanów ze ścieków przy całkowitym zmniejszeniu zawartości fosforu do 80%.

Według opisanego sposobu wszystkie procesy złożonego oczyszczania biologicznego z usuwaniem substancji organicznych i azotowych oraz z wysoką skutecznością usuwania fosforanów ze ścieków realizowane są w jednym obiegu w układzie cyrkulacji.

Przykład sposobu 1

Opisany sposób według wynalazku realizowany był w oczyszczalni ścieków miejskich w górskim ośrodku rekreacyjnym, a przede wszystkim chodzi o dokumentację wyników tego sposobu. Dla tej oczyszczalni ścieków charakterystyczne jest obciążenie sezonowe, przy czym maksymalne wartości są w zimie i w lecie. Szczytowe obciążenie hydrauliczne wynosi 200 m³ w ciągu jednej godziny, a poza sezonem wynosi 100 m³. Oczyszczalnia taka ma również zauważalne odchylenia obciążenia substancjami chemicznymi z wartościami maksymalnymi latem i zimą. Średnie stężenie zanieczyszczeń w sezonie lub poza sezonem podano w następującej tabeli 1:

Tabela 1

Rodzaj zanieczyszczeń	Dopływ sezonowy mg/l	Poza sezonem
wypływ mg/l	dopływ mg/l	wypływ mg/l
BOD5	488,0	6,3	116,0	2,6
COD	951,0	28,0	269,0	15,8
SS	606,0	17,0	165,0	9,0
P całk.	7,0	0,53	2,6	0,35
N-NH4+	36,0	3,90	8,9	0,48
N-N O3	0,17	9,50	0,3	7,0
N-N02	0,01	0,05	0,03	0,03
N org.	22,0	2,0	8,0	1,8
N całk.	57,0	15,5	17,2	9,3

gdzie:

BO5 - oznacza biologiczne zapotrzebowanie na tlen w ciągu 5 dni na jeden kilogram lotnych składników stałych w zawiesinie aktywowanego osadu

COD - oznacza chemiczne zapotrzebowanie na tlen

SS - oznacza ciała stałe w zawiesinie

P całk. - oznacza całkowitą ilość fosforu w ściekach

N org. - oznacza ilość azotu związanego w substancjach organicznych

N całk. - oznacza całkowitą ilość azotu

Przykład sposobu 2

Opisany sposób oczyszczania biologicznego został użyty do oczyszczania gnojówki z chlewni. Ścieki z chlewni stanowią przykład niezwykle zanieczyszczonych ścieków o stężeniu substancji organicznych, azotu i fosforu, które przewyższa to stężenie w ściekach miejskich o rząd wielkości. Znowu dokumentacja wyników sposobu według wynalazkujest w porządku.

174 900

Wartości wejściowe ścieków z chlewni po mechanicznym oddzieleniu grubych składników podano w tabeli 2.

Tabela 2

	ilość w mg/l
COD	24170,0
BOD5	7500,0
SS	9390,0
N-NH4+	1060,0
N całk.	1640,0
P całk.	1970,0

Zastosowano kontrolowany system napowietrzania, mianowicie stopniowo zmieniającą się intensywność napowietrzania w układzie cyrkulacji ze sterowanym czasem przebiegu napowietrzania według wynalazku. Na wyjściu uzyskano następujące parametry podane w tabeli 3.

Tabela 3

	ilość w mg/l
COD	160,0
BOD 5	20,0
SS	5,0
N-NH4+	20,0
N całk.	30,0
P całk.	3,0

Przykład realizacji według fig. 8 -11 jest przykładem modułowym opartym na module podstawowym układu cyrkulacji. Zwiększenie przepustowości reaktora uzyskano przez dodanie innych modułów układu cyrkulacji do modułu podstawowego.

Ilość dołączonych modułów może się zmieniać, dzięki czemu możliwe jest utworzenie reaktora w sposób modułowy o przepustowości zgodnej z potrzebami.

Korzystne rozwiązanie utworzone jest przez wielozespołowy układ kilku połączonych modułów bez innej przegrody pomiędzy nimi, jak pokazano w przekroju poprzecznym na fig. 9,10.

W tym przykładzie realizacji prostokątny zbiornik posiadający obwodowe ściany 1 jest podzielony przez system wprowadzonych przegród 2 na przestrzenie funkcjonalne dla aktywacyjnych procesów biologicznych oczyszczania ścieków i dla rozdzielania zawiesiny flokulacyjnej przez filtr ze złożem fluidalnym w taki sposób, jak w module podstawowym w układzie cyrkulacji. Różnica polega na tym, że przestrzenie oddzielania 4 dzielą przestrzeń aktywacji na kanały rozdzielcze 5 i nowe wlotowe kanały przepływu 9, przy czym kanały rozdzielcze 5 są takie same jak w pojedynczym module podstawowym, natomiast wlotowego kanału przepływu 9 nie ma w pojedynczym module podstawowym i jest on utworzony zasadniczo przez dwa przeciwległe obwodowe kanały przepływu 7 modułu podstawowego. Kanały rozdzielcze 5 i wlotowe kanały przepływowe 9 są zamknięte przy jednym końcu przez ściany czołowe 6, które całkowicie zamykają przestrzeni oddzielania 4 i kanały rozdzielcze 5. Jednakże ściany czołowe 6 są przerywane przy końcu wlotowych kanałów przepływowych 9 z utworzeniem przejść 25, za pomocą których wlotowe kanały przepływowe 9 są połączone z obwodowym kanałem przepływu 7 (fig. 8). Kanały 25 mają taki sam kształt jak kanały modułu podstawowego. Kanały przepływowe, na przykład obwodowy kanał przepływu 7 i wlotowy kanał przepływu 9, są we wszystkich przykładach realizacji przy swych stronach wzdłużnych całkowicie oddzielone od sąsiadujących przestrzeni, zwłaszcza przestrzeni oddzielających 4.

Kanały przepływowe są oznaczone jako wlotowy kanał przepływowy 9 i obwodowy kanał przepływu 7 dla jasności konstrukcji, ponieważ obwodowy kanał przepływu 7 jest

174 900 umieszczony wzdłuż obwodowej ścianki 1 zbiornika, a mieszanina aktywacyjna wchodzi w kanał wlotowy 9 zanim wejdzie w kanał rozdzielczy 5. Jednakże oznaczenie przepływowy jest ważniejsze dla obu tych kanałów, ponieważ oba są przeznaczone do przepływu tłokowego mieszaniny aktywacyjnej bez możliwości wydostawania się mieszaniny aktywacyjnej z tych kanałów przepływowych 7, 9, jak również bez zmieniania objętości przepływu w tych szeregowo połączonych kanałach.

Przestrzenie oddzielania 4 i wlotowe kanały przepływu 9 są przy drugim końcu całkowicie zamknięte ścianami czołowymi 6'. Te ściany czołowe 6' są również przerwane, tak że w miejscu przerwania powstają przejścia 26 w podobny sposób jak we wspomnianym wyżej module podstawowym, przy czym kanały rozdzielcze 5 łączą się poprzez przejścia 26 z obwodowym kanałem przepływu 7. Przestrzenie oddzielania 4 dla filtrowania poprzez złoże fluidalne są połączone z kanałami rozdzielczymi 5 w taki sam sposób jak w module podstawowym. Nie ma żadnych ścian obwodowych pomiędzy sąsiednimi modułami układu cyrkulacji (w przykładzie realizacji reaktora są trzy moduły), tak że przez dodanie dwóch modułów do siebie powstaje kanał przepływu 9, jak wspomniano powyżej.

Moduł w przykładzie realizacji według fig. 8 -11 prostopadły do sąsiednich modułów jest zmodyfikowany. Inaczej niż w oddzielnym module podstawowym według fig. 1 - 5 ten zmodyfikowany moduł podstawowy nie ma żadnego przejścia 26 utworzonego w ścianie czołowej 6', tak że kanały rozdzielcze 5 są zamknięte po obu stronach. Kanał rozdzielczy 5 tego zmodyfikowanego modułu podstawowego (fig. 8) nie łączy się zatem z obwodowym kanałem przepływu 7 tego zmodyfikowanego modułu podstawowego. Ponadto, przestrzenie oddzielania 4 są podzielone na dwie części, pomiędzy którymi umieszczonajest studzienka zbiorcza 35. Do tego celu zastosowano dwie przegrody płytowe 28 (fig. 8).

Zmodyfikowany moduł podstawowy jest oddzielony od systemu sąsiednich modułów przez ścianę przegradzającą 34, gdzie wykonane są przejścia 31 oznaczone strzałkami na fig. 8. Przejście 31 łączy obwodowy kanał przepływu 7 zmodyfikowanego modułu podstawowego z początkami wlotowych kanałów przepływu 9 sąsiednich modułów. Obwodowy kanał przepływu 7 sąsiednich modułów jest połączony poprzez połączenia 30, na przykład poprzez rury, z kanałami rozdzielczymi 5 zmodyfikowanego modułu podstawowego (fig. 8).Wyloty 27 zbiorczych przewodów rurowych 13 (urządzenia zbiorczego) uchodzą w studzienkę zbiorczą 35. W zakresie przedmiotowego wynalazku mieści się również tworzenie innych modyfikacji połączeń pomiędzy sąsiednimi modułami a prostopadłym zmodyfikowanym modułem podstawowym.

Działanie reaktora według fig. 8 -11 jest zasadniczo identyczne jak działanie modułu podstawowego w opisanym powyżej układzie cyrkulacji. Surowe ścieki są doprowadzane do studzienki zbiorczej 35, skąd ścieki zmieszane z zagęszczoną mieszaniną aktywacyjną są odprowadzane do obszaru pomiędzy studzienką zbiorczą 35 a ścianą przegradzającą 34. Dalej płyną one w kierunku do obwodowego kanału przepływu 7 zmodyfikowanego modułu podstawowego - na fig. 8 u dołu. Następnie płyną po obu stronach poprzez obwodowy kanał przepływu 7 aż do ściany przegradzającej 34 i poprzez przejścia 31 w tej ścianie przegradzającej we wlotowe kanały przepływu 9 sąsiednich modułów (fig. 8), skąd dostają się do obwodowego kanału przepływu, jak pokazano na fig. 8 powyżej. Mieszanina aktywacyjna wypływa stąd dalej poprzez obwodowe kanały przepływu 7 wzdłuż obu boków zbiornika. Dalej przedostaje się ona poprzez obwodowy kanał przepływu 7 i wzdłuż zmodyfikowanego modułu podstawowego do kanałów rozdzielczych 5 sąsiednich modułów poprzez przejścia 26, jak również do kanałów rozdzielczych 5 w module podstawowym poprzez połączenie 30. Mieszanina aktywacyjna dostaje się z kanałów rozdzielczych 5 do przestrzeni oddzielania 4. Zagęszczona mieszanina aktywacyjna z przestrzeni oddzielania 4 jest doprowadzana poprzez urządzenie zbiorcze, zwłaszcza poprzez zbiorczy przewód rurowy 13 i wyloty 27 do studzienki zbiorczej 35.

Inna alternatywa urządzenia według przedmiotowego wynalazku (nie pokazano) ma kołowy zbiornik, w którym kanały przepływu 9, 7, kanały rozdzielcze 5 i przestrzenie oddzielania 4 są skonstruowane podobnie, jak w przykładzie realizacji pokazanym na fig. 8, z tą różnicą, że długość przestrzeni oddzielania 4 i kształt obwodowych kanałów przepływu 7 są

174 900 dostosowane do kształtu zbiornika. Ten przykład realizacji jest odpowiedni głównie do przebudowy kołowych zbiorników osadowych zwykle stosowanych na przykład w już istniejących i eksploatowanych oczyszczalniach ścieków miejskich klasycznego typu, aby polepszyć ich parametry jakościowe i ilościowe. Przez przebudowę kołowych zbiorników osadowych w istniejących dotychczas oczyszczalniach ścieków miejskich możliwe jest utrzymanie oryginalnego pomostu wsporczego (nie pokazano) oraz wykorzystywanie go do zapewnienia dostępy do poszczególnych miejsc zbiornika reaktora przy przeprowadzaniu kontroli działania.

Działanie tego reaktora jest równocześnie zasadniczo identyczne jak działanie poprzednich przykładowych reaktorów opisanych powyżej, zwłaszcza reaktora według fig. 8 -11.

Inną odmianę urządzenia według wynalazku przedstawiono na fig. 12 i 13.

W prostokątnym zbiorniku z obwodową ścianą 1 przez wprowadzone przegrody 2 i ściany czołowe 6 i 6' utworzone są dwie wzdłużne przestrzenie oddzielania 4 rozciągające się w kierunku do góry. Przegrody 1 są korzystnie w swych dolnych częściach dołączone do dna zbiornika, a swymi górnymi częściami do nie pokazanej konstrukcji wsporczej. Przestrzenie oddzielania 4 tworzą w zbiorniku pomiędzy przegrodami 2 i ścianami czołowymi 6, 6' kanał rozdzielczy 5, który jest częścią przestrzeni aktywacyjnej. Ściana czołowa 6 przestrzeni oddzielania 4 sięga aż do obwodowej ściany 1 i tworzy ścianę przegrodową 28, która podobnie jak w poprzedniej alternatywie oddziela obwodowy kanał przepływu 7. Inna ściana czołowa 6' zamyka nie tylko przestrzenie oddzielania 4 ale oddziela również kanał rozdzielczy 5 od obwodowego kanału przepływu 7. Obwodowy kanał przepływu 7 jest kanałem przepływu przelotowego, nie łączy się z żadną inną przestrzenią oprócz kanału rozdzielczego 5, który jest dołączony do niej.

W przeciwległej ścianie czołowej 6 utworzony jest wlot 24 do kanału rozdzielczego 5. Przestrzeń oddzielania 4 jest na całej swej długości połączona z kanałem rozdzielczym 5 i dzięki temu również z przestrzenią aktywacyjną poprzez tylko jedno przejście 19, które jest przewidziane w przynajmniej jednym przerwaniu przegrody 2 przy dnie zbiornika (fig. 13). Przejście 19 może być albo wzdłuż całej swej długości bez przerwy, albo też może być utworzone jako zestaw otworów w przegrodzie 2 przestrzeni oddzielania 4.

Przegrody 2 mają w przekroju korzystnie kształt łuku (fig. 2). Przegrody 2 odchodzą od siebie w kierunku do góry tworzą przez to pryzmatyczną przestrzeń oddzielania 4 dla filtra ze złożem fluidalnym. Przegrody 2 są przy dnie oddzielone od siebie, a pomiędzy nimi umieszczony jest przy dnie perforowany zbiorczy przewód rurowy 13, który uchodzi do agregatu pompującego 41. Przegroda 2 może być wykonana z gładkiego materiału lub z materiału profilowanego. Korzystne jest wykonanie profilowania w kierunku od góry do dołu, co zapewnia utworzenie niskich żeber na powierzchni przegród 2.

W obszarze przejścia 19 do przegród 2 od strony przestrzeni aktywacyjnej, to znaczy od strony kanału rozdzielczego 5, dodany jest przynajmniej jeden rozdzielacz przepływu 20. Jest on przeznaczony do oddzielania przepływu mieszaniny aktywacyjnej w kanale rozdzielczym 5 od przepływu w przestrzeni oddzielania 4. Rozdzielacz przepływu 20 jest korzystnie przymocowany do przegrody 2 i jest zorientowany pionowo oraz przebiega zasadniczo wzdłuż całej długości przegrody 2. Możliwe jest umieszczenie wzdłuż długości przegrody 2 pewnej liczby rozdzielaczy przepływu 20 łączących się ze sobą. Rozdzielacz przepływu 20 jest umieszczony przy dolnej części przegrody 2, przy czym jego dolna krawędź jest usytuowana powyżej dolnej krawędzi przegrody 2, ale sięga on przynajmniej do poziomu krawędzi przegrody 2. Możliwe jest jednak również zaniechanie stosowania tego rozdzielacza przepływu 20. Kiedy rozdzielacz przepływu 20 jest stosowany, ogranicza on przenoszenie turbulencji w przestrzeni aktywacji do przestrzeni oddzielania. Jego skuteczność może być większa przy profilowanych przegrodach lub nawet przy gładkich ścianach oddzielających, gdzie profilowanie jest wykonane tylko w obszarze mocowania rozdzielacza przepływu 20, tam gdzie jest on przymocowany do żeber profilu przegrody 2 i dzięki temu nie styka się ściśle ze ścianą oddzielającą w całym obszarze połączenia. W ten sposób mała część mieszaniny aktywacyjnej pomiędzy rozdzielaczem przepływu 20 a

174 900 przegrodą 2 dochodzi do obszaru przejścia 19 i wspomaga ograniczanie przenoszenia turbulencji z kanału rozdzielczego 5 do przestrzeni aktywacji.

Agregat pompujący 41 złożony jest z korpusu pompy, w który uchodzi zbiorczy przewód rurowy 13 i który jest przymocowany do dna zbiornika oraz z ruchomego wirnika pompy, któryjest połączony poprzez wał z zanurzeniowym silnikiem elektrycznym 42, który jest korzystnie silnikiem nawrotnym. Wirujące części agregatu pompującego 41 są zamontowane z możliwością wyciągania ich powyżej poziomu reaktora podczas jego działania.

W agregat pompujący 41 uchodzi zbiorczy przewód rurowy 13 z innej przestrzeni oddzielania 4, a więc agregat pompujący 41 jest wspólny. W przypadku dużej długości przestrzeni oddzielania 4 agregat pompujący 41 może być korzystnie umieszczony w środku długości kanału rozdzielczego 5. W takim przypadku do agregatu pompującego 41 z obu sąsiadujących przestrzeni oddzielania 4 uchodzą cztery zbiorcze przewody rurowe 13, zawsze dwa i dwa z każdej strony. Przy dużej długości reaktora możliwe jest umieszczenie pewnej liczby agregatów pompujących 41 jeden za drugim, aby zmniejszyć długość zbiorczego przewodu rurowego 13 do 12 m, co jest optymalną długością dla układu zbiorczego.

Jednostką napędową agregatu pompującego 41 jest silnik elektryczny 42. Na nie pokazanej konstrukcji wsporczej umieszczony jest mechanizm podnoszący (nie pokazano). Nawrotny silnik elektryczny 42 i wirnik agregatu pompującego 41 są zamontowane suwliwie na drążkach prowadzących, które są usytuowane prostopadle do dna zbiornika. Dzięki temu mechanizmowi podnoszącemu możliwe jest wyciąganie zanurzonego nawrotnego silnika elektrycznego 42 i wirnika agregatu pompującego 41 na tych (nie pokazanych) drążkach prowadzących nawet bez opróżniania zbiornika. Agregat pompujący 41 i jego jednostka napędowa są modyfikowane dla ruchu nawrotnego dla przeciwnie skierowanego przepływu mieszaniny aktywacyjnej w zbiorczym przewodzie rurowym 13.

Na początku kanału rozdzielczego 5, a więc na początku przestrzeni aktywacji umieszczone jest mieszadło 46 do mieszania mieszaniny aktywacyjnej z surowymi ściekami. Wylot 43 z agregatu pompującego 41 jest poprowadzony za ścianą przegradzającą 28 na początku obwodowego kanału przepływu 7 do mieszadła 46, do którego uchodzi również wlot 22 surowych ścieków.

Wzajemne połączenie pomiędzy obwodowym kanałem przepływu 7, kanałem rozdzielczym 5, przestrzenią oddzielania 4 i układem zbiorczym, utworzone przez zbiorczy przewód rurowy 13 i agregat pompujący 41, tworzy wewnętrzny układ cyrkulacji. Z opisanego powyżej fragmentu wynika, że zbiorczy przewód rurowy 13 może być również traktowany jako rurowy przewód recyrkulacyjny, ponieważ poprzez ten przewód mieszanina aktywacyjna dostaje się z powrotem do układu cyrkulacji.

Obwodowy kanał przepływu 7 i kanał rozdzielczy 5 są wyposażone w system napowietrzania złożony z szeregu perforowanych elastycznych węży napowietrzających 47 dołączonych do wspólnego układu rozdzielczego 44 sprężonego powietrza. Otwory (nie pokazane) w perforowanych elastycznych wężach napowietrzających 47 są korzystnie małe w celu tworzenia gładkich pęcherzyków przy napowietrzaniu. Każdy wąż napowietrzający 47 jest wyposażony w niezależny zawór 45 lub w (nie pokazany) regulator do regulacji intensywności napowietrzania. Umieszczenie różnych liczb węży napowietrzających 47 w różnych miejscach kanału obwodowego 4 i kanału rozdzielczego 5 można wpływać na intensywność napowietrzania w zależności od potrzeb procesu oczyszczania. Inną regulacją intensywności napowietrzania w zależności od czasu można uzyskać przez zainstalowanie dmuchawy (nie pokazana) o zmiennej prędkości obrotowej lub przez zainstalowanie większej liczby dmuchaw i przez uruchamianie ich w zależności od wymagań napowietrzania. Przy korzystnym układzie węży napowietrzających 47 w przestrzeni aktywacji węże napowietrzające 47 są usytuowane w dwóch gałęziach, z których każda może zawierać kilka węży napowietrzających 47. Gałęzie te są umieszczone wzajemnie po przeciwnych stronach przekroju kanału obwodowego 7, regularnie blisko dna zbiornika.

Górna część przestrzeni oddzielania 4 jest wyposażona w kanały odprowadzające 15 do odprowadzania oczyszczonej wody po przefiltrowaniu przez złoże fluidalne.

174 900

Opisana alternatywa według fig. 12 i 13 działa analogicznie jak poprzednie alternatywy.

Przedmiotem jest zintegrowany reaktor do biologicznego oczyszczania ścieków, w którym przestrzenie oddzielania 4 do rozdzielania zawiesiny aktywowanego osadu przez filtrowanie przez złoże fluidalne są wbudowywane w przestrzeń aktywacji. Przez wbudowanie przestrzeni oddzielania 4 utworzony jest system kanałów, które są połączone szeregowo jeden za drugim w opisany powyżej sposób.

Surowe ścieki są doprowadzane poprzez wlotowy przewód rurowy do mieszadła 46 na początku kanału obwodowego 7 w kierunku przepływu za ścianą przegradzającą 28, gdzie agregat pompujący 41 doprowadza również zawracaną do obiegu mieszaninę aktywacyjną z przestrzeni oddzielania 4. W mieszadle 46 surowe ścieki są dobrze mieszane z zawracaną do obiegu mieszaniną aktywacyjną. Doprowadzanie substancji organicznych występujących w surowych ściekach do mieszaniny aktywacyjnej powoduje przejściowe zmniejszenie zawartości rozpuszczonego tlenu, na skutek czego na początku obwodowego kanału przepływu 7 powstają beztlenowe warunki dla procesów denitryfikacji.

Zawiesina aktywowanego osadu jest w tej beztlenowej części aktywacji utrzymywana przez napowietrzanie z bardzo niską intensywnością, które jest zadawalające dla utrzymywania zawiesiny, ale nie są zakłócane beztlenowe warunki dla procesu denitryfikacji. Dzięki temu zmniejsza się liczba węży napowietrzania 47 w tej części obwodowego kanału przepływu 7. W celu polepszenia utrzymywania zawiesiny możliwe jest wyposażenie tej części obwodowego kanału przepływu 7 w nie pokazane mechaniczne źródło mieszania, które ewentualnie umożliwia pełne usunięcie napowietrzania z tej części aktywacji.

Przebieg procesu denitryfikacji jest kontrolowany przez mierzenie parametrów mieszaniny aktywacyjnej przy użyciu sond (nie pokazano), które dostarczają impulsy do zespołów napędowych dmuchaw. W ten sposób zmieniana jest ich prędkość obrotowa i ilość dostarczanego powietrza. Przy zmniejszonej intensywności napowietrzania strefa denitryfikacji w kanale obwodowym 4 rozszerza się, przez co zwiększa się intensywność denitryfikacji. Proces ten może być całkowicie zautomatyzowany.

Podczas tłokowego przepływu mieszaniny aktywacyjnej przez obwodowy kanał przepływu 7 zawartość rozpuszczonego tlenu stopniowo zwiększa się, co jest spowodowane większą intensywnością napowietrzania i spadkiem zawartości substancji podlegających rozkładowi biologicznemu. W ten sposób powstaje tlenowe środowisko dla procesów aktywacji aerobowej biologicznego rozkładu substancji organicznych i dla nitryfikacji azotu amoniakalnego i organicznego. Jeżeli węże napowietrzające 47 są umieszczone w dwóch gałęziach usytuowanych po przeciwnych stronach obwodowego kanału przepływu 7, wówczas możliwe jest za pomocą zaworu 45 lub nie pokazanych regulatorów doprowadzania powietrza alternatywnie do jednej gałęzi, a następnie do drugiej gałęzi. Podczas doprowadzania powietrza na przykład do lewej gałęzi rozpoczyna się poprzeczny ruch cyrkulacyjny mieszaniny aktywacyjnej. Przy przerwaniu doprowadzania powietrza do lewej gałęzi i doprowadzaniu powietrza do prawej gałęzi rozpoczyna się przeciwprądowy przepływ powietrza i mieszaniny aktywacyjnej. Mieszanina aktywacyjna na skutek bezwładności kontynuuje swój dotychczasowy poprzeczny ruch cyrkulacji aż do chwili, kiedy jej ruch zostaje zatrzymany przez działanie płynącego powietrza i rozpoczyna się zmiana kierunku na przeciwny. Te cykle robocze mogą być regularnie powtarzane za pomocą regulacji. Czas utrzymywania powietrza w mieszaninie aktywacyjnej zostaje zatem przedłużony, co powoduje zwiększenie przenoszenia tlenu do mieszaniny aktywacyjnej. Innym wynikiem przeciwprądowego przepływu powietrza i mieszaniny aktywacyjnej jest skuteczniejsze utrzymywanie zawiesiny aktywowanego osadu.

W kanale rozdzielczym 5 przed lotem do przestrzeni oddzielania 4 intensywność napowietrzania może być ustawiona tak, że zawartość rozpuszczonego tlenu dochodzącego do warstwy filtru ze złożem fluidalnym w przestrzeni oddzielania 4 całkowicie zapewnia warunki tlenowe w trakcie całego procesu oddzielania. Krótki czas przebywania mieszaniny aktywacyjnej w przestrzeni oddzielania podczas filtrowania poprzez złoże fluidalne w wyniku małej objętości, w której odbywa się oddzielanie przyczynia się również do uzyskania optymalnych warunków tlenowych podczas oddzielania przez filtrowanie poprzez złoże

174 900 fluidalne. Jest to wynikiem pryzmatycznego kształtu przestrzeni oddzielania 4 i dużej prędkości filtracji w filtrze ze złożem fluidalnym.

Opisany przebieg aktywacyjnego biologicznego oczyszczania ścieków ze zmianą warunków tlenowych na beztlenowe w układzie cyrkulacji powoduje gromadzenie się fosforu ze ścieków w aktywowanym osadzie. Podczas dalszego oddzielania nadmiaru aktywowanego osadu w przestrzeni oddzielania warunki dokładnie tlenowe uniemożliwiają zwrotne wydzielanie nagromadzonego fosforu z powrotem do oczyszczonej wody. W ten sposób można osiągnąć wysoką skuteczność procesu biologicznego oczyszczania nawet jeśli chodzi o usuwanie fosforu ze ścieków. Czysta woda jest odprowadzana po przejście przez filtr ze złożem fluidalnym do kanałów odprowadzających 15.

Jak to zostało opisane, przestrzeń oddzielania 4 jest połączona z kanałem rozdzielczym 5 tylko przez jedno przejście 19, przy którym umieszczony jest jeden lub kilka rozdzielaczy przepływu 20. To proste rozwiązanie doprowadzania mieszaniny aktywacyjnej do przestrzeni oddzielania 4 umożliwione jest przez intensywną recyrkulację mieszaniny aktywacyjnej w układzie cyrkulacji wraz z jej odprowadzeniem przy dnie przestrzeni oddzielania poprzez zbiorczy przewód rurowy 13. Intensywność cyrkulacji mieszaniny aktywacyjnej w układzie cyrkulacji wpływa równocześnie na skuteczność procesów denitryfikacji zgodnie ze wzorem podanym dla pierwszej alternatywy.

Aktywowany osad oddzielony w przestrzeni oddzielania 4 podczas procesu filtrowania w złożu fluidalnym jest odsysany z dna przestrzeni oddzielania 4 wraz z cyrkulującą mieszaniną aktywacyjną z kanału rozdzielczego 5 aktywacji, to znaczy z procesu aktywacji. Intensywność przepływu w dolnej części przestrzeni oddzielania 4 w wyniku recyrkulacji mieszaniny aktywacyjnej uniemożliwia przenoszenie perturbacji z napowietrzanego kanału rozdzielczego 5 do przestrzeni oddzielania 4. W ten sposób zapewniono stabilność filtru ze złożem fluidalnym w przestrzeni oddzielania 4 oraz wysoką sprawność oddzielania.

Ograniczenie połączenia pomiędzy przestrzenią aktywacji a przestrzenią oddzielania 4 do tylko jednego przejścia 19 przy dnie zbiornika znacznie upraszcza konstrukcję przestrzeni oddzielania 4. Umożliwia to zastosowanie samonośnej konstrukcji skorupowej dla przestrzeni oddzielania 4, która składa się tylko z dwóch elementów, mianowicie z dwóch ścian oddzielania 3. Ściany te są przymocowane bezpośrednio do dna zbiornika, a swym drugim górnym końcem do nie pokazanej konstrukcji wsporczej.

System łączenia większej liczby zbiorczych przewodów rurowych 13 z jednym agregatem pompującym 41, ewentualnie z zainstalowaniem większej liczby agregatów pompujących 41 umożliwia utrzymywanie optymalnej długości zbiorczego przewodu rurowego 13 dla dużych przepustowości oczyszczalni ścieków, przy czym długość przestrzeni oddzielania może osiągać kilkaset metrów.

Odwrotny kierunek działania agregatu pompującego 41 jest wykorzystywany do oczyszczania zbiorczego przewodu rurowego 13 przez strumień wody płynący w odwrotnym kierunku.

Sposób i urządzenie według przedmiotowego wynalazku jest odpowiednie zarówno do budowy nowych oczyszczalni ścieków jak i do przebudowy dotychczas istniejących klasycznych oczyszczalni ścieków z oddzielnymi zbiornikowi aktywacji i sedymentacji, zwłaszcza do oczyszczalni o dużej przepustowości.

Przedmiotowy wynalazek może być konsekwentnie wykorzystywany do stosunkowo prostego przebudowania wymienionych istniejących oczyszczalni ścieków w celu osiągnięcia przez to znacznej intensyfikacji, mianowicie przez zwiększenie ich przepustowości i skuteczności oczyszczania, łącznie z usuwaniem fosforu i azotu.

174 900

FIG. 5

174 900

174 900

174 900

FIG. 12

174 900

FIG. 13

174 900

J.

• C_f73' \ri7

Ι^Χ |

3«· \— / ) !o ί ł1L

FIGA

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

Claims (32)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób biologicznego aktywacyjnego oczyszczania ścieków, w którym ścieki poddaje się procesom nitryfikacji i denitryfikacji, znamienny tym, że mieszaninę aktywacyjną wprowadza się w obieg cyrkulacyjny, podczas którego mieszaninę napowietrza się, przy czym część mieszaniny, którą poddaje się nitryfikacji i denitryfikacji przemieszcza się w przepływie tłokowym, zaś w końcowej części przepływu tłokowego oddziela się z mieszaniny oczyszczoną wodę i poddaje filtrowaniu w złożu fluidalnym, natomiast pozostający w mieszaninie zagęszczony osad tłoczy się do początkowego miejsca doprowadzenia surowych ścieków.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że oczyszczoną wodę odprowadza się w ilości mniejszej od ilości mieszaniny znajdującej się w obiegu cyrkulacyjnym.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że mieszaninę aktywacyjną zmieszaną z surowymi ściekami napowietrza się stopniowo utrzymując aktywowany osad w zawiesinie, aż do uzyskania stężenia rozpuszczonego tlenu w zawiesinie co najmniej 2 mg/l mieszaniny aktywacyjnej.
4. 4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że stopniowe napowietrzanie realizuje się poprzez zmianę intensywności w funkcji czasu i miejsca obiegu mieszaniny.
5. 5. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że stopniowe napowietrzanie realizuje się poprzez zmianę intensywności w funkcji czasu lub miejsca obiegu mieszaniny.
6. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że oczyszczoną wodę odprowadza się z intensywnością co najwyżej dwukrotnie mniejszą od intensywności cyrkulacji mieszaniny aktywacyjnej.
7. 7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że mieszaninę aktywacyjną wprowadza się w obieg cyrkulacji w miejsce doprowadzenia surowych ścieków przy odprowadzeniu oczyszczonej wody i wymuszonym doprowadzeniu zagęszczonej mieszaniny aktywacyjnej w miejsce za procesem oddzielania.
8. 8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że oczyszczoną wodę odprowadza się podczas każdego obiegu mieszaniny aktywacyjnej poprzez złoże fluidalne.
9. 9. Urządzenie do biologicznego aktywacyjnego oczyszczania ścieków zawierające we wspólnym zbiorniku przestrzeń aktywacji i przebiegające do góry wzdłużne przestrzenie oddzielania, w których wyprowadzone są wyloty kanałów odprowadzających oczyszczoną wodę, a każda przestrzeń oddzielania jest określona przez przegrody i ściany czołowe oraz łączy się z przestrzenią aktywacji przy jednej stronie wzdłużnej, gdzie pomiędzy przegrodami przestrzeni oddzielania oraz pomiędzy przegrodami i ścianami zbiornika znajdują się kanały wzdłużne, w których umieszczone są elementy napowietrzające, znamienne tym, że dwie przestrzenie oddzielania (4) są umieszczone zawsze obok siebie swymi ścianami wzdłużnymi, w których utworzone są połączenia komunikacyjne z przestrzenią aktywacji, a podłużny kanał rozdzielczy (5) utworzony pomiędzy wymienionymi ścianami wzdłużnymi jest całkowicie zamknięty przez czołową ścianę (6) po jednej stronie, natomiast po przeciwnej stronie przez ścianę (6'), w której znajduje się przejście (26), za pomocą którego kanał rozdzielczy (5) jest połączony z układem kanałów przepływu (7, 9) oddzielonych bocznie od przestrzeni oddzielania (4), przy czym układ kanałów przepływu (7, 9) i przynajmniej jeden kanał rozdzielczy (5) tworzą część układu cyrkulacji, zaś inna część układu cyrkulacji jest utworzona przez urządzenie zbiorcze z wylotem (27) mieszaniny aktywacyjnej z przestrzeni oddzielania (4) dołączone do przynajmniej jednego układu pompującego, którego wylot (27') stanowi jednocześnie początek układu cyrkulacji, natomiast wlot (22) wspólny

   174 900 dla surowej wody i surowych ścieków znajduje się w obszarze układu pompującego, przy czym układ cyrkulacji ma przynajmniej jedną przegrodę płytową (28).
10. 10. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że przestrzeń oddzielania (4) jest połączona z przestrzenią aktywacji przez górny otwór (10) i dolny otwór (11), oba usytuowane po tej samej stronie przestrzeni oddzielania (4), przy czym górny otwór (10) jest połączony z przedłużeniem przestrzeni oddzielania (4), a dolny otwór (11) jest usytuowany blisko jej dna (8), przy czym górny otwór (10) jest mniejszy niż dolny otwór (11).
11. 11. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że przestrzeń oddzielania (4) jest połączona z przestrzenią aktywacji poprzez przejście (19) utworzone w przegrodzie (2) przestrzeni oddzielania (4), blisko dna (8) zbiornika, w której to przestrzeni oddzielania (4) umieszczone są zbiorcze przewody rurowe (13) z otworami wlotowymi (14) dla zagęszczonej mieszaniny aktywacyjnej, połączone z agregatem pompującym (41), którego wylot (43) uchodzi w przestrzeń aktywacji.
12. 12. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że przestrzeń oddzielania (4) jest umieszczona na całej długości kanałów przepływu (5, 7, 9) układu cyrkulacji, natomiast otwór wlotowy (14) mieszaniny aktywacyjnej w przestrzeń oddzielania (4) i urządzenie zbiorcze do odprowadzania zagęszczonej mieszaniny aktywacyjnej z przestrzeni oddzielania (4) są umieszczone na całej długości układu cyrkulacji.
13. 13. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że układ cyrkulacji jest utworzony przez przynajmniej jeden moduł podstawowy, w którym kanał rozdzielczy (5) jest utworzony przez dwie wewnętrzne przegrody (2), a zewnętrzne przegrody (2) razem z wewnętrznymi przegrodami (2) tworzą przestrzeń oddzielania (4), a razem z obwodową ścianą (1) zbiornika lub z zewnętrzną ścianą następnego modułu obwodowy kanał przepływu (7), przy czym kanał rozdzielczy (5) jest połączony z przodu z obwodowym kanałem przepływu (7), a z boku z przestrzenią oddzielania (4).
14. 14. Urządzenie według zastrz. 13, znamienne tym, że do modułu podstawowego dołączone są prostopadle dodatkowe moduły o identycznym wykonaniu.
15. 15. Urządzenie według zastrz. 13, znamienne tym, że moduł podstawowy jest umieszczony tak, że jego oś przechodzi przez środek zbiornika, a pozostałe moduły są umieszczone symetrycznie i prostopadle do modułu podstawowego.
16. 16. Urządzenie według zastrz. 13, znamienne tym, że do modułu podstawowego dołączony jest równolegle przynajmniej jeden moduł dodatkowy, a utworzony w ten sposób układ równoległych modułów jest symetryczny względem osi przechodzącej przez środek zbiornika.
17. 17. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że urządzenie zbiorcze zawiera umieszczone blisko dna (8) przestrzeni oddzielania (4) zbiorcze przewody rurowe (13), studzienkę zbiorczą (35) i przynajmniej jedną pompę (36).
18. 18. Urządzenie według zastrz. 17, znamienne tym, że pompa (36) jest korzystnie pompą odśrodkową umieszczoną w studzience zbiorczej (35).
19. 19. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że wylot (27) urządzenia zbiorczego i wylot (27') pompy (36) uchodzą w studzienkę zbiorczą (35) za przegrodą płytową (28), na początku obwodowego kanału przepływu (7).
20. 20. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że wlot (22) umieszczony jest na wejściu układu pompującego.
21. 21. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że wlot (22) umieszczony jest na wyjściu układu pompującego.
22. 22. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że wlot (22) umieszczony jest w studzience zbiorczej (35).
23. 23. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że w obszarze wlotu (22) elementy napowietrzające (3) są umieszczone w większych odstępach, niż w innych częściach układu cyrkulacji.
24. 24. Urządzenie według zastrz. 11, znamienne tym, że pole przekroju poprzecznego otworu wlotowego (14) jest większe niż 10% pola powierzchni przestrzeni oddzielania (4).

    174 900
25. 25. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że ma pułapkę (29) pływającego osadu, umieszczoną w górnej części przestrzeni oddzielania (4) i utworzoną przez pochyły dach i głowicę (40), do której to pułapki (29) dołączone jest w jej dolnej części doprowadzenie (38) sprężonego powietrza, a górna jej część wyposażona jest w urządzenie odprowadzające osad w postaci powietrznego podnośnika cieczy (39) uchodzącego w przestrzeń aktywacji, przy czym cały dach znajduje się pod poziomem powierzchni zbiornika.
26. 26. Urządzenie według zastrz. 11, znamienne tym, że w obszarze przejścia (19) ma przynajmniej jeden rozdzielacz przepływu (20) umieszczony na przegrodzie (2) od strony przestrzeni aktywacji.
27. 27. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że na początku przestrzeni aktywacji umieszczone jest mieszadło (46), do którego doprowadzony jest wylot (43) agregatu pompującego (41) i wlot (22).
28. 28. Urządzenie według zastrz. 11, znamienne tym, że agregat pompujący (41) jest pompą wyposażoną w zanurzalny, nawrotny silnik elektryczny (42).
29. 29. Urządzenie według zastrz. 28, znamienne tym, że nawrotny silnik elektryczny (42) i wirnik agregatu pompującego (41) są umieszczone suwliwie na drążkach prowadzących umieszczonych pionowo do dna (8) zbiornika.
30. 30. Urządzenie według zastrz. 11, znamienne tym, że agregat pompujący (41) jest połączony z dwiema gałęziami zbiorczego przewodu rurowego (13).
31. 31. Urządzenie według zastrz. 11, znamienne tym, że w przestrzeni aktywacji umieszczone są węże napowietrzające (47) połączone z doprowadzeniem sprężonego powietrza poprzez zawory (45).
32. 32. Urządzenie według zastrz. 31, znamienne tym, że węże napowietrzające (47) umieszczone są w dwóch gałęziach, wzdłuż obwodowych kanałów przepływu (7), po przeciwnych stronach.