PL177643B1

PL177643B1 - Sposób i urządzenie do równoczesnego biologicznego usuwania fosforu i azotu ze ścieków

Info

Publication number: PL177643B1
Application number: PL94316524A
Authority: PL
Inventors: Peter Ott; Reinhard Koch; Volkmar Peukert
Original assignee: Reinhard Koch; Peter Ott; Volkmar Peukert
Priority date: 1994-03-19
Filing date: 1994-12-15
Publication date: 1999-12-31
Also published as: CN1105086C; RU2136613C1; CN1143942A; DK0751913T3; DE59405668D1; WO1995025697A1; EP0751913B1; CZ288239B6; EP0751913A1; PL316524A1; ATE164821T1; DE4409435A1; CZ270996A3; DE4409435C2; ES2117389T3

Abstract

1 . Sposób równoczesnego biologicznego usuwania fosforu i azotu ze scieków z zastosowaniem stopni obróbki w srodowisku ae robowym, niedotlenionym i anaerobowym oraz mikroorganizmów zawieszonych lub zwiazanych z podlozem, przy czym poddawane obróbce scieki i zawieszona biomase przeprowadza sie w obiegu przez jednostke hydrolizy i zakwaszania, jednostke nitryfikacji z rów noczesna denitryfikacja i osadnik wtórny, znam ienny tym , ze czas przebywania w zbiorniku ze srodowiskiem niedotlenionym i zbiorniku ze srodowiskiem anaerobowym wynosi co najwyzej 1,5 godziny, podloze wzrostowe zatrzymuje sie w kazdej z jednostek urzadzenia, a zbiornik.. . . 4. Urzadzenie do równoczesnego biologicznego usuwania fos- foru i azotu ze scieków w strefach aerobowej, niedotlenionej i ana erobowej zawierajacych plywalne podloze, z dolaczonym osadnikiem wtórnym i przewodem dla zawracanego osadu, przy czym jednostka nitryfikacji z równoczesna denitryfikacja zawiera co najwyzej 80% objetosciowych podloza dla mikroorganizmów i jest ona dolaczona do jednostki hydrolizy i zakwaszania stano- wiacej filtr w postaci zloza plywajacego i podzielonej na niedotle niona jednostke denitryfikacji i anaerobowa jednostke uwalniania od fosforanów, a przewód dla zawracanego osadu laczy osadnik wtórny z jednostka hydrolizy i zakwaszania, znam ienne tym , ze zbiornik ze srodowiskiem anaerobowym ( 1b) uwalniania od fosfo- ranów ma urzadzenie napowietrzajace (7), a jednostka (1) hydrolizy i zakwaszania obejmuje 10-25% calkowitej objetosci obróbkowych jednostek (1) i (2), przy czym napowietrzana jednostka (2c) ze zlozem fluidalnym w jednostce (2) nitryfikacji i denitryfikacji jest polaczona ze zbiornikiem (1a). Fig. 1 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do równoczesnego biologicznego usuwania fosforu i azotu ze ścieków. Wynalazek umożliwia równoczesne i ustalone w ciągu całego roku usuwanie fosforu i azotu, przede wszystkim w małych i średnich urządzeniach do obróbki ścieków dla oczyszczania ścieków komunalnych i przemysłowych oraz ścieków powstających przy produkcji środków spożywczych i używek.

W literaturze opisano różne rozwiązania dotyczące inżynierii procesowej i aparatury, z osadzaniem lub bez osadzania biomasy, a także podłoża dla organizmów.

W DE 36 39 153 opisano kuliste, nieorganiczne, nie pływające kształtki spiekane o otwartych porach, służące jako podłoża dla mikroorganizmów. Można je wykorzystywać tworząc złoże nieruchome lub złoże fluidalne.

W DE 33 01 643 przedstawiono sposób i urządzenie, w których podłoże kieruje się ze strefy aerobowej poprzez strefę niedotlenioną do strefy anaerobowej, a równocześnie odprowadza się równoważną ilość podłoża i zawraca do strefy aerobowej poprzez specjalne urządzenia.

177 643

W DD 300 362 przedstawiono inny sposób i reaktor z zastosowaniem podłoża w postaci niedotlenionego złoża pływającego i napowietrzanego złoża fluidalnego.

Wynalazek opisany w De 41 23 954 A1 również dotyczy sposobu i urządzenia do biologicznego usuwania fosforu i azotu ze ścieków z użyciem mikroorganizmów związanych z podłożem.

Inne rozwiązania są znane z DATABASE WPI, AN 82-07608J & JP-A-57 150 495, wrzesień 1982 r.

W DE 42 37 716 opisano sposób, zgodnie z którym związki węgla w ściekach wiąże się na adsorbencie o aktywnej powierzchni, np. na węglu aktywnym, i gromadzi się dla następnego procesu denitryfikacji.

W dE 38 33 185 opisano sposób biologicznego oczyszczania ścieków, zgodnie z którym nitryfikację prowadzi się za pomocą mikroorganizmów związanych z podłożem, oddziela się zawarte w ściekach substancje w postaci cząstek i stosuje się je jako źródło węgla w stopniu denitryfikacji następującym po stopniu nitryfikacji.

Opisane w literaturze sposoby i urządzenia do równoczesnego biologicznego usuwania fosforu i azotu, zużyciem lub bez złóż biologicznych, wykazująniewystarczającą stabilność i sprawność procesu usuwania, pomimo dużych nakładów związanych z technologią procesu i jego sterowaniem oraz dużej objętości reaktorów. Te znane sposoby i urządzenia do oczyszczania biologicznego nie zapewniają utrzymania w ciągu całego roku odpowiednich minimalnych wymagań dla poziomu fosforu i azotu w wodach.

Przyczyną niewystarczająco skutecznego procesu usuwania fosforu i azotu, i jego niestabilności jest to, że wysoce wyspecjalizowane mikroorganizmy cyklicznie przeprowadza się przez wszystkie stopnie obróbki przy częściowo niesprzyjających ich życiu warunkach środowiska. Wskutek tego występuje znaczny spadek wydajności procesu przemiany materii z udziałem mikroorganizmów, czego nie można skompensować podwyższając nakłady na eksploatację i urządzenia sterujące.

Zakłócenia i niestabilność pracy tych urządzeń często wynikają z niewystarczających podaży biologicznie użytecznych związków węgla, zwłaszcza przy małym obciążeniu podczas nocy i w końcu tygodnia.

W przypadku znanych sposobów, zawarte w ściekach substancje organiczne w postaci cząstek mogą być wykorzystane tylko w ograniczonym zakresie jako źródła węgla przez mikroorganizmy denitryfikacyjne i gromadzące fosfor. Dostają się one do obszarów aerobowych i wskutek rozkładu wywołujątam zwiększone zapotrzebowanie na tlen albo, w przypadku reaktorów ze złożem pływającym lub stałym, prowadzą do zwiększenia zawartości produktów rozkładu hamujących proces przemiany materii i do fermentacji metanowej, przy czym ulegają rozkładowi małocząsteczkowe kwasy organiczne, ważne dla procesu usuwania fosforu. Wskutek zwiększenia się zawartości gazowych produktów rozkładu występujązakłócenia hydrauliczne i przepływy obejściowe.

Celem wynalazku było opracowanie sposobu i urządzenia, dzięki którym przy obróbce ścieków można byłoby osiągnąć wyższy stopień biologicznego usuwania związków fosforowych i azotowych nawet w niższej temperaturze oraz przy mniejszej objętości reaktorów, krótszym czasie przebywania i wyższym stopniu wymiany masy na jednostkę czasu i jednostkę objętości. Wysoce wyspecjalizowane mikroorganizmy powinny przebywać w optymalnych warunkach środowiska w poszczególnych stopniach procesu.

Cel ten osiągnięto dzięki sposobowi równoczesnego biologicznego usuwania fosforu i azotu ze ścieków z zastosowaniem stopni obróbki w środowisku aerobowym, niedotlenionym i anaerobowym oraz mikroorganizmów zawieszonych lub związanych z podłożem, w którym poddawane obróbce ścieki i zawieszonąbiomasę przeprowadza się w obiegu przez jednostkę hydrolizy i zakwaszania, jednostkę nitryfikacji z równoczesnądenitryfikacjąi osadnik wtórny, przy czym według wynalazku czas przebywania w zbiorniku ze środowiskiem niedotlenionym i zbiorniku ze środowiskiem anaerobowym wynosi co najwyżej 1,5 godziny, podłoże wzrostowe za4

177 643 trzymuje się w każdej z jednostek urządzenia, a zbiornik ze środowiskiem anaerobowym uwalniania od fosforanów napowietrza się z przerwami przez krótki czas.

Aby zapobiec powstawaniu i zwiększaniu się zawartości tych substancji korzystnie do jednostki hydrolizy i zakwaszania doprowadza się z przerwami przez krotki czas powietrze maksymalnie co 6 godzin przez co najwyżej 15 minut.

Ponadto korzystnie w tym sposobie ścieki w ilości co najmniej 80% i zawracany osad biologicznie czynny w ilości stanowiącej 60-400% ilości ścieków wprowadza się do zbiornika ze środowiskiem niedotlenionym jednostki hydrolizy i zakwaszania, a pozostałą część wprowadza się do jednostki nitryfikacji i denitryfikacji.

W zakresie urządzenia cel wynalazku osiągnięto dzięki urządzeniu do równoczesnego biologicznego usuwania fosforu i azotu ze ścieków w strefach aerobowej, niedotlenionej i anaerobowej zawierających pływalne podłoże, z dołączonym osadnikiem wtórnym i przewodem dla zawracanego osadu, przy czym jednostka nitryfikacji z równoczesną denitryfikacją zawiera co najwyżej 80% objętościowych podłoża dla mikroorganizmów i jest ona dołączona do jednostki hydrolizy i zakwaszania stanowiącej filtr w postaci złoża pływającego i podzielonej na niedotlenionąjednostkę denitryfikacji i anaerobowąjednostkę uwalniania od fosforanów, a przewód dla zawracanego osadu łączy osadnik wtórny z jednostką hydrolizy i zakwaszania, w którym zbiornik ze środowiskiem anaerobowym uwalniania od fosforanów ma urządzenie napowietrzające, a jednostka hydrolizy i zakwaszania obejmuje 10-25% całkowitej objętości obu obróbkowych jednostek, tj. jednostki hydrolizy i zakwaszania oraz jednostki nitryfikacji i denitryfikacji, przy czym napowietrzana jednostka ze złożem fluidalnym w jednostce nitryfikacji i denitryfikacji jest połączona ze zbiornikiem ze środowiskiem niedotlenionym denitryfikacji w jednostce hydrolizy i zakwaszania.

W jednostce hydrolizy i zakwaszania, w wyniku filtracji i gromadzenia się przez adsorpcje na warstwie śluzu na podłożu wzrostowym, następuje częściowe zatrzymanie zawartych w ściekach substancji wielocząsteczkowych i w postaci cząstek. Mikroorganizmy unieruchomione na podłożu wzrostowym są wyspecjalizowane w denitryfikacji azotanów oraz hydrolitycznym rozszczepieniu wielkocząsteczkowych substancji organicznych i fermentacji z wytworzeniem biologicznie użytecznych małocząsteczkowych związków węgla. Organizmy związane z podłożem tworzą stary osad.

Procesy biologiczne w jednostce hydrolizy i zakwaszania przebiegają w dużej mierze niezależnie od procesów przemiany materii w osadzie czynnym. Organizmy w osadzie czynnym podczas krótkiego okresu przebywania w tej jednostce pobierają wytworzone przez związane z podłożem organizmy małocząsteczkowe produkty przemiany materii jako organiczne substancj e odżywcze i gromadzą je w komórkach.

W wyniku procesów hydrolizy, fermentacji i denitryfikacji powstają produkty przemiany materii, takie jak azot, wodór, siarkowodór, dwutlenek węgla i metan, i w miarę zwiększania się ich zawartości oddziaływująone niekorzystnie na określone procesy przemiany materii i na hydraulikę w tej jednostce.

Mieszaninę ścieków i osadu czynnego, po maksymalnym czasie przebywania wynoszącym 1,5 godziny i po oddzieleniu podłoża wzrostowego, kieruje się do jednostki nitryfikacji i denitryfikacji wypełnionej podłożem wzrostowym w ilości co najwyżej 80% objętościowych. Jednostka ta zawiera napowietrzane, nitryfikacyjne złoże fluidalne, denitryfikacyjne złoże zawiesinowe i złoże fluidalne/zawiesinowe pracujące stosownie do wyboru. Poprzez te strefy kolejno przeprowadza się wraz ze ściekami mikroorganizmy związane z podłożem i mikroorganizmy zawarte w osadzie czynnym.

Regulowanie doprowadzania powietrza w tej jednostce umożliwia przerywaną pracę złoża jako złoża fluidalnego lub zawiesinowego. Po przejściu tej jednostki i po uprzednim oddzieleniu podłoża wzrostowego oczyszczone ścieki oddziela się w znany sposób od osadu czynnego w osadniku wtórnym. Część szlamu zawraca się w sposób ciągły do jednostki hydrolizy i zakwaszania.

177 643

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1-3 przedstawiają schematycznie urządzenie według wynalazku.

Na figurach 1 -3 pokazano urządzenie do równoczesnego biologicznego usuwania fosforu i azotu ze ścieków w strefach aerobowej, niedotlenionej i anaerobowej zawierających pływalne podłoże, z dołączonym osadnikiem wtórnym i przewodem dla zawracanego osadu, przy czym jednostka 2 nitryfikacji z równoczesnądenitryfikacjązawiera co najwyżej 80% objętościowych podłoża dla mikroorganizmów i jest ona dołączona do jednostki 1 hydrolizy i zakwaszania stanowiącej filtr w postaci złoża pływającego i podzielonej na niedotlenionąjednostkę denitryfikacji i anaerobową jednostkę uwalniania od fosforanów, a przewód 5 dla zawracanego osadu łączy osadnik wtórny z jednostką hydrolizy i zakwaszania. W urządzeniu tym zbiornik ze środowiskiem anaerobowym 1b (strefa anaerobowa) uwalniania od fosforanów ma urządzenie napowietrzające 7, a jednostka 1 hydrolizy i zakwaszania obejmuje 10-25% całkowitej objętości obróbkowych jednostek 1 i 2, przy czym napowietrzana jednostka 2c ze złożem fluidalnym w jednostce 2 nitryfikacji i denitryfikacji jest połączona ze zbiornikiem 1 a ze środowiskiem niedotlenionym (strefa niedotleniona) denitryfikacji w jednostce 1 hydrolizy i zakwaszania.

Przykład 1. Wynalazek zilustrowano na przykładzie przedstawionej na fig. 1 oczyszczalni ścieków komunalnych, z przyłączem odpływu od około 25 000 mieszkańców.

100% osadu 5 zawracanego z osadnika wtórnego 3 i 250% mieszaniny (w przeliczeniu na ilość doprowadzaną) zawracanej z jednostki 2 nitryfikacji i denitryfikacji oraz 50% świeżych ścieków komunalnych zawierających fosfor i azot oraz substancje organiczne, rozpuszczone i w postaci cząstek, wprowadza się do niedotlenionej strefy jednostki 1 hydrolizy i zakwaszania i całość kontaktuje się tam przez około 40-60 minut. W tym czasie mieszanina zostaje całkowicie uwolniona od rozpuszczonego w niej tlenu i częściowo od tlenu związanego w postaci azotanów. Zawarte w ściekach substancje w postaci cząstek zatrzymuje się częściowo w wyniku filtracji i gromadzenia się przez adsorpcje na biomasie i podłożu wzrostowym.

Niedotleniona strefa w jednostce 1 hydrolizy i zakwaszaniajest wypełniona co najmniej do 30 cm pływającym, granulowanym podłożem dla mikroorganizmów. Kształtki w postaci wydrążonych cylindrów o przekroju w kształcie gwiazdy, o gęstości właściwej 0,50 g/cm³, długości 6 mm, średnicy wewnętrznej 3,5 mm i powierzchni osadzania około 1000 m²/m³ objętości nasypowej tworzą w tej strefie filtr w postaci biologicznie czynnego złoża pływającego, na który bardzo gęsto osadzają się przede wszystkim mikroorganizmy żyjące w środowisku niedocenionym, mikroorganizmy denitryfikacyjne i częściowo mikroorganizmy działające hydrolitycznie.

Podłoże z osadzoną biomasą pozostaje w niedotlenionej strefie jednostki 1 hydrolizy i zakwaszania.

Podłoże wzrostowe w filtrze w postaci złoża pływającego i zawieszoną biomasę przemieszcza się warstwami lub utrzymuje w stanie zawiesiny za pomocąurządzenia obiegowego. Zapobiega to zwiększaniu się zawartości gazowych produktów rozkładu, np. azotu.

Objętość strefy niedotlenionej stanowi około 12% objętościowych całkowitej objętości jednostek 1 i 2.

Następnie mieszaninę ścieków i osadu czynnego oraz 50% nie oczyszczonych pozostałych ścieków kieruje się do anaerobowej strefy jednostki 1 hydrolizy i zakwaszania. W tej strefie również znajduje się podłoże dla mikroorganizmów (50% objętościowych), opisane powyżej. Podłoże wzrostowe w tej strefie tworzy anaerobowe-biologiczne złoże zawiesinowe, przede wszystkim działających hydrolitycznie i tworzących kwasy mikroorganizmów bardzo gęsto osadzonych. Organizmy związane z podłożem pozostają na podłożu wzrostowym w postaci kształtek w · anaerobowej strefie jednostki 1 hydrolizy i zakwaszania.

Szybkość wymiany masy na jednostkę czasu i jednostkę objętości w tej części jednostki jest bardzo wysoka wskutek wysokiego stężenia właściwej biomasy i daleko idącej zgodności wymaganych warunków środowiska dla mikroorganizmów anaerobowych a warunkami danego środowiska, a także dzięki doprowadzaniu częściowego strumienia świeżych ścieków poprzez dopływ 4.

177 643

W anaerobowej strefie jednostki 1 hydrolizy i zakwaszania przebiegająnastępujące procesy biologiczne, biochemiczne i fizyczne.

W hydraulicznie spokojnych pustych przestrzeniach podłoża wzrostowego i złoża zawiesinowego ulegają zatrzymaniu zawarte w ściekach substancje w postaci cząstek wskutek gromadzenia się przez adsorpcję na obecnej biomasie i warstwie śluzu. Część cząstek organicznych, jak również rozpuszczone wielkocząsteczkowe substancje organiczne znajdujące się w dopływającej mieszaninie ścieków i osadu czynnego ulegają rozszczepieniu hydrolitycznemu przez egzoenzymy w biomasie związanej z podłożem do związków małocząsteczkowych. Część produktów hydrolizy ulega następnie fermentacji do organicznych kwasów i alkoholi w wyniku dalszych anaerobowych procesów biologicznych.

W ten sposób z substancji organicznych trudno ulegających rozkładowi biologicznemu otrzymuje się w krótkim czasie bardziej biologicznie użyteczne związki węgla.

Synteza małocząsteczkowych substancji organicznych sprzyja zachodzącym w tej jednostce procesom biologicznym z wykorzystaniem węgla, np. gromadzeniu substancji organicznych przez mikroorganizmy usuwające fosfor. Mikroorganizmy mogą równomiernie wykorzystywać źródło węgla niezależnie od obciążenia doprowadzanymi ściekami, nawet przy małym obciążeniu podczas godzin nocnych i w końcu tygodnia.

Szybkość wymiany masy na jednostkę czasu i jednostkę objętości jest znacznie wyższa wskutek wyższego stężenia właściwej biomasy i daleko idącej zgodności wymaganych warunków środowiska dla mikroorganizmów anaerobowych i żyjących w środowisku niedotlenionym a warunkami środowiska w tej jednostce, w porównaniu z biologicznie równoważnymi stopniami znanych procesów. Bioaktywność osadu czynnego w tej jednostce 1 hydrolizy i zakwaszania ma tylko podrzędne znaczenie dla procesów przemiany materii zachodzących w środowisku anaerobowym-niedotlenionym z powodu stosunkowo krótkiego czasu kontaktu.

Znajdujące się w osadzie czynnym mikroorganizmy gromadzące fosfor pobierają małocząsteczkowe substancje organiczne podczas przejścia przez anaerobową strefę jednostki 1 hydrolizy i zakwaszania i gromadząje w komórkach. Proces usuwania przebiega do końca w krótkim czasie wskutek stosunkowo wysokiego stężenia substancji. Czas przebywania mieszaniny ścieków i osadu czynnego w tej jednostce wynosi średnio tylko 25-35 minut, uwzględniając objętość wypornościową podłoża wzrostowego.

W anaerobowych procesach hydrolizy i fermentacji powstająw dużej ilości jony wodorowe, co może prowadzić do hamowania fermentacji z wytworzeniem kwasu octowego. Aby zapobiec ponownemu powstawaniu biologicznie mniej użytecznych związków węgla, takich jak kwas masłowy lub kwas propionowy, w procesie przemiany materii, doprowadza się do tej jednostki powietrze przez 1-2 minuty co 2-3 godziny, przy czym część wodoru ulega związaniu w postaci wody.

Okresowe doprowadzanie powietrza powoduje równocześnie przemieszczenie warstw filtra w postaci złoża pływającego. Związane z tym usuwanie gazowych i częściowo toksycznych produktów rozkładu, takich jak azot, siarkowodór lub dwutlenek węgla, wpływa stymulująco na procesy biologiczne i zapewnia równomierny przepływ złoża pływającego. Okresowe doprowadzanie tlenu hamuje również aktywność bakterii metanowych.

Objętość anaerobowej strefy stanowi około 12-15% całkowitej objętości obu jednostek 1 i 2 obróbki.

Mieszaninę ścieków i osadu czynnego, po przejściu przez anaerobową strefę jednostki 1 hydrolizy i zakwaszania kieruje się do jednostki 2 nitryfikacji i denitryfikacji. Ta jednostka jest podzielona na nienapowietrzaną, denitryfikacyjną strefę 2a ze złożem zawiesinowym, napowietrzaną, nitryfikacyjną strefę 2c ze złożem fluidalnym i strefę 2b ze złożem fluidalnym/zawiesinowym, pracującą stosownie do wyboru. W jednostce 2 znajduje się 10% objętościowych podłoża wzrostowego. Postać i właściwości podłoża odpowiadają postaci i właściwościom podłoża stosowanego w jednostce 1 hydrolizy i zakwaszania.

Podłoże wzrostowe, osad czynny i ścieki przeprowadza się ciągle przez poszczególne strefy jednostki 2 nitryfikacji i denitryfikacji za pomocą urządzenia przyspieszającego przepływ.

177 643

W jednostce 2 nitryfikacji i denitryfikacji na zewnętrznej powierzchni podłoża wzrostowego będą rosły przed wszystkim mikroorganizmy nitryfikacyjne oraz zmniejszające BZT/ChZT, jak również mikroorganizmy usuwające fosfor. Dzięki dużym siłom ścinającym tworzy się na powierzchni cienka, a więc biochemicznie bardzo aktywna warstewka mikroorganizmów. Wewnątrz wydrążonych cylindrycznych kształtek stanowiących podłoże tworzy się grubsza warstwa biologiczna z powodu mniejszych sił ścinających.

Wskutek zahamowania wymiany masy, wewnątrz wydrążonych kształtek, przede wszystkim w dolnej części warstwy biologicznej dochodzi do spadku stężenia tlenu do wartości poniżej 0,5 mg/ml. Brak tlenu sprzyja gromadzeniu się mikroorganizmów działających denitryfikacyjnie w procesie przemiany materii. W wyniku równoczesnego wzrostu mikroorganizmów działających w warunkach aerobowych, jak i w warunkach niedotlenienia na podłożu wzrostowym w napowietrzanej strefie 2c zachodzi również proces denitryfikacji obok procesu nitryfikacji.

Szczególne stosunki biochemiczne w pustych przestrzeniach podłoża wzrostowego i przerywane doprowadzanie powietrza stwarzają w tej jednostce warunki umożliwiające osadzanie się na podłożu również mikroorganizmów gromadzących fosfor.

Proces biologicznego usuwania azotu i fosforu ulega intensyfikacji, ponieważ mieszaninę ścieków i osadu czynnego oraz podłoże wzrostowe ciągle przeprowadza się przez różne strefy tej jednostki, w których panują odmienne warunki środowiskowe.

Względny stosunek objętości strefy napowietrzanej lub nie napowietrzanej do całkowitej objętości tej jednostki można regulować poprzez dostosowanie pracy strefy ze złożem fluidalnym/zawiesinowym. I tak np. podczas szczytu obciążenia i podczas zimnej pory roku zwiększa się część napowietrzaną dla stymulowania procesu nitryfikacji i odwrotnie podczas małego obciążenia w godzinach nocnych zmniejsza się ją dla zajścia procesu denitryfikacji.

W strefach jednostki 2 nitryfikacji i denitryfikacji zachodzi nitryfikacja azotu amonowego z udziałem zawieszonych i związanych z podłożem mikroorganizmów, częściowa denitryfikacja azotu azotanowego do azotu cząsteczkowego, biologiczne usuwanie fosforu przez gromadzenie w komórkach i rozkład substancji organicznych (BZT, ChZT).

Poddaną takiej obróbce mieszaninę ścieków i osadu czynnego kieruje się następnie do osadnika wtórnego 3. Następuje tu oddzielenie osadu czynnego i nie rozłożonych biologicznie substancji w postaci cząstek od oczyszczonych ścieków. Co najmniej 60%, a co najwyżej 400% objętościowych oddzielonego osadu ciągle zawraca się do jednostki 1 hydrolizy i zakwaszania. Oczyszczone ścieki odbiera się poprzez odpływ 6.

Dzięki wynalazkowi można przeciętnie zmniejszyć stężenie substancji w ściekach komunalnych do następujących wartości:

	mg/l	Rozkład (%)
bzt₅	<10	98
ChZT	<60	95
P całkowity	<1,5	95
Orto-P	<1,0	95
N-NH4	<10	95
Całkowita zawartość
azotu nieorganicznego	<15	80

Pr z y k ła d 2. Wynalazek zilustrowano następnie na przykładzie przedstawionej na fig. 2 oczyszczalni zblokowanej dla obszaru przemysłowego, z przyłączem odpływu od około 4 000 mieszkańców.

Ścieki 4 i zawracany osad 5 doprowadza się z góry do pionowo usytuowanej j ednostki 1 hydrolizy i zakwaszania, przy całkowitym wypełnieniu podłożem bliżej opisanym w przykładzie 1.

177 643

Podłoże tworzy filtr w postaci złoża pływającego w całej jednostce. Pozostaje ono wraz z osadzoną biomasą w jednostce 1 hydrolizy i zakwaszania.

W górnej części tej jednostki powstaje niedotleniona strefa denitryfikacji, a pod nią powstaje strefa o anaerobowych warunkach środowiska. Ten stopień obejmuje około 20% objętościowych jednostek 1 i 2 obróbki.

W hydraulicznie spokojnych pustych przestrzeniach podłoża wzrostowego i filtra w postaci złoża pływającego ulegają zatrzymaniu zawarte w ściekach substancje w postaci cząstek wskutek gromadzenia się przez adsorpcję na obecnej biomasie i warstwie śluzu. Część cząstek organicznych, jak również rozpuszczone wielkocząsteczkowe substancje organiczne znajdujące się w dopływającej mieszaninie ścieków i osadu czynnego ulegajjąrozszczepieniuhydrolityeznemu przez egzoenzymy w biomasie związanej z podłożem do małocząsteczkowych związków organicznych. Część produktów hydrolizy ulega fermentacji do organicznych kwasów i alkoholi w dalszym anaerobowym procesie biologicznym.

W ten sposób z trudno ulegających rozkładowi biologicznemu substancji organicznych uzyskuje się w krótkim czasie bardziej biologicznie użyteczne związki węgla.

Szybkość wymiany masy na jednostkę czasu i jednostkę objętości w tej części urządzenia jest bardzo wysoka wskutek wysokiego stężenia właściwej biomasy i daleko idącej zgodności wymaganych warunków środowiska dla mikroorganizmów anaerobowych a warunkami danego środowiska, oraz doprowadzaniu częściowego strumienia świeżych ścieków poprzez dopływ 4.

Procesy biologiczne w jednostce 1 hydrolizy i zakwaszania przebiegają w dużej mierze niezależnie od procesów przemiany materii w osadzie czynnym. Określone organizmy w osadzie czynnym, np. mikroorganizmy gromadzące fosfor, podczas krótkiego przejścia przez tę jednostkę, pobierają wytworzone przez związane z nośnikiem organizmy małocząsteczkowe produkty przemiany materii jako organiczne substancje odżywcze i gromadzą je w komórkach.

W wyniku procesów hydrolizy, fermentacji i denitryfikacji powstają produkty przemiany materii, np. azot, wodór, siarkowodór, dwutlenek węgla i metan, które przy zwiększeniu ich zawartości niekorzystnie oddziały wująna określone procesy przemiany materii i na hydraulikę w tej jednostce. Aby zapobiec powstawaniu tych substancji i zwiększaniu się ich zawartości oraz osiągnąć częściowe przemieszczenie warstw złoża pływającego, doprowadza się do tej jednostki powietrze przez około 2 minuty co 4 godziny.

Mieszaninę ścieków i osadu czynnego po przejściu przez pionowąjednostkę 1 hydrolizy i zakwaszania doprowadza się od dołu do jednostki 2 nitryfikacji i denitryfikacji wypełnionego podłożem do co najwyżej 80% objętościowych. Usytuowana pierścieniowo wokół jednostki 1 hydrolizy i zakwaszania jednostka 2 jest podzielona na nie napowietrzaną, denitryfikacyjną strefę 2a ze złożem zawiesinowym, napowietrzaną, nitryfikacyjną strefę 2c ze złożem fluidalnym i strefę 2b pracującą stosownie do wyboru ze złożem fluidalnym lub zawiesinowym. Mikroorganizmy związane z podłożem i zawarte w osadzie czynnym przeprowadza się kolejno przez te strefy. Zachodzi przy tym rozkład substancji organicznych, usuwanie fosforu oraz usuwanie azotu wskutek nitryfikacji i denitryfikacji.

Po powtórnym przejściu przez te strefy i po uprzednim oddzieleniu podłoża wzrostowego oczyszczone ścieki oddziela się w znany sposób w osadniku wtórnym 3 od osadu czynnego. Co najmniej 60% osadu zawraca się w sposób ciągły do jednostki hydrolizy i zakwaszania.

Dzięki wynalazkowi można przeciętnie zmniejszyć stężenie substancji w ściekach komunalnych do podobnych wartości, jak te podane w przykładzie 1.

Przykład 3. Wynalazek opisano na przykładzie przedstawionej na fig. 3 oczyszczalni kontenerowej do oczyszczania ścieków komunalnych, z przyłączem odpływu od około 400 mieszkańców.

Zawracany osad 5 (około 400% doprowadzanej ilości ścieków) i świeże ścieki komunalne, uwolnione tylko od substancji w postaci dużych cząstek, lecz zawierające fosfor i azot oraz substancje organiczne rozpuszczone i w postaci cząstek wprowadza się od dołu do niedotlenionej strefy jednostki 1 hydrolizy i zakwaszania i kontaktuje tam przez około 30-40 minut. Mieszanina zostaje przy tym całkowicie uwolniona od rozpuszczonego tlenu i częściowo od tlenu związane177 643 go w postaci azotanów. W wyniku „oddychania azotanowego” ulega rozkładowi biologicznemu około 30% rozpuszczonych, głównie małocząsteczkowych substancji organicznych.

Następnie mieszanina ścieków i osadu czynnego wpływa od góry do anaerobowej strefy jednostki 1 hydrolizy i zakwaszania. Ta strefa jest wypełniona w 100% podłożem dla mikroorganizmów, opisanym w przykładzie 1. Tworzy ono w jednostce zakwaszania biologicznie czynne złoże zawiesinowe o działaniu filtrującym. Na złożu zawiesinowym osadzają się bardzo gęsto przede wszystkim mikroorganizmy anaerobowe-działające hydrolitycznie i wytwarzające kwasy oraz mikroorganizmy denitryfikacyjne.

W tej strefie przebiegają procesy biologiczne, biochemiczne i fizyczne opisane w przykładzie 1.

Aby zapobiec powstawaniu i zwiększaniu się zawartości hamujących przemianę materii lub toksycznie działających produktów przemiany materii, do tej strefy wprowadza się od dołu powietrze co 3 godziny. Wskutek odgazowania i przemieszczania warstw złoża zawiesinowego polepszają się warunki biologiczne i hydrauliczne w tej strefie.

Mieszaninę ścieków i osadu czynnego, po przejściu anaerobowej strefy jednostki 1 hydrolizy i zakwaszania, kieruje się do jednostki 2 nitryfikacji i denitryfikacji, pracującego stosownie do wyboru z napowietrzanym złożem fluidalnym lub nie napowietrzanym złożem zawiesinowym. Ta jednostka jest częściowo wypełniona podłożem wzrostowym (15% objętościowych), opisanym w przykładzie 1. Postać i właściwości podłoża odpowiadają postaci i właściwościom podłoża stosowanego w jednostce 1 hydrolizy i zakwaszania.

Dzięki stosunkom biochemicznym w pustych przestrzeniach podłoża wzrostowego i złoża zawiesinowego lub fluidalnego oraz przerywanemu doprowadzaniu powietrza powstają warunki środowiskowe umożliwiające osadzanie się na podłożu wzrostowym mikroorganizmów gromadzących fosfor.

Główna część mikroorganizmów gromadzących fosfor osadza się jednak w zawieszonej biomasie. W napowietrzanej jednostce te mikroorganizmy pobierają w dużej ilości fosforany i gromadząje w postaci polifosforanów w komórkach. W ten sposób zawartość fosforu w ściekach zmniejsza się o ponad 90%, a równocześnie stężenie fosforu w zawieszonej biomasie zwiększa się przeciętnie z 1% do 5-6%.

Mieszaninę ścieków i osadu czynnego, po przejściu przez napowietrzanąjednostkę, kieruje się do osadnika wtórnego 3. Następuje tu oddzielenie osadu czynnego i nie rozłożonych biologicznie substancji w postaci cząstek od oczyszczonych ścieków. Część oddzielonego osadu zawraca się do strefy jednostki 1 hydrolizy i zakwaszania.

Dzięki opisanemu sposobowi według wynalazku również w małych oczyszczalniach można w wysokim stopniu usunąć zawarte w ściekach substancje, średnio do wartości podanych w przykładzie 1.

177 643

Fig. 1

Fig. 2

Fig. 3

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz. Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób równoczesnego biologicznego usuwania fosforu i azotu ze ścieków z zastosowaniem stopni obróbki w środowisku aerobowym, niedotlenionym i anaerobowym oraz mikroorganizmów zawieszonych lub związanych z podłożem, przy czym poddawane obróbce ścieki i zawieszonąbiomasę przeprowadza się w obiegu przez jednostkę hydrolizy i zakwaszania, jednostkę nitryfikacji z równoczesną denitryfikacją i osadnik wtórny, znamienny tym, że czas przebywania w zbiorniku ze środowiskiem niedotlenionym i zbiorniku ze środowiskiem anaerobowym wynosi co najwyżej 1,5 godziny, podłoże wzrostowe zatrzymuje się w każdej z jednostek urządzenia, a zbiornik ze środowiskiem anaerobowym uwalniania od fosforanów napowietrza się z przerwami przez krótki czas.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do jednostki hydrolizy i zakwaszania doprowadza się z przerwami przez krótki czas powietrze maksymalnie co 6 godzin przez co najwyżej 15 minut.
3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że ścieki w ilości co najmniej 80% i zawracany osad (5) biologicznie czynny w ilości stanowiącej 60-400% ilości ścieków wprowadza się do zbiornika ze środowiskiem niedotlenionym jednostki hydrolizy i zakwaszania, a pozostałą część wprowadza się do jednostki nitryfikacji i denitryfikacji.
4. Urządzenie do równoczesnego biologicznego usuwania fosforu i azotu ze ścieków w strefach aerobowej, niedotlenionej i anaerobowej zawierających pływalne podłoże, z dołączonym osadnikiem wtórnym i przewodem dla zawracanego osadu, przy czymjednostka nitryfikacji z równoczesną denitryfikacją zawiera co najwyżej 80% objętościowych podłoża dla mikroorganizmów i jest ona dołączona do jednostki hydrolizy i zakwaszania stanowiącej filtr w postaci złoża pływającego i podzielonej na niedotlenionąjednostkę denitryfikacji i anaerobowąjednostkę uwalniania od fosforanów, a przewód dla zawracanego osadu łączy osadnik wtórny z jednostką hydrolizy i zakwaszania, znamienne tym, że zbiornik ze środowiskiem anaerobowym (1b) uwalniania od fosforanów ma urządzenie napowietrzające (7), a jednostka (1) hydrolizy i zakwaszania obejmuje 10-25%o całkowitej objętości obróbkowych jednostek (1) i (2), przy czym napowietrzana jednostka (2c) ze złożem fluidalnym w jednostce (2) nitryfikacji i denitryfikacji jest połączona ze zbiornikiem (la) ze środowiskiem niedotlenionym denitryfikacji w jednostce (1) hydrolizy i zakwaszania.