PL184833B1 - Oczyszczalnia ścieków - Google Patents

Abstract

1. Oczyszczalnia scieków do biologicznego oczyszczania obciazonych organicznie scieków ko- munalnych, przemyslowych i rolniczych, o konstru- kcji jednozbiomikowej ze zbiornikiem reakcyjnym, znamienna tym, ze jest napelniona czesciowo nosni- kami wzrostu (4) unoszo- nymi jako zawiesina i za- siedlonymi mikroorganizmami, przy czym nosniki wzrostu (4) maja ciezar wlasciwy powyzej 1,0 g/cm3 do wysokosci nasypowej ponizej 60% glebokosci wody, a wolna przestrzen w masie nasypowej nosni- ków wzrostu wynosi 400 do 800 1 na m3, a ich po- wierzchnia wynosi od 300 do 900 m2/m3 objetosci nasypowej, z tym, ze na dnie zbiornika reakcyjnego sa umieszczone napowietrzniki (5), doplyw do zbior- nika reakcyjnego jest sprzezony z zasobnikiem scie- ków albo ze stacja pomp z zasobnikiem scieków (1), a nad nosnikami wzrostu (4) osiadajacymi w stanie unieruchomienia oczyszczalni jest umieszczona co najmniej jedna pompa (6) polaczona ze zbiornikiem szlamu albo z odplywem. PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest oczyszczalnia ścieków do biologicznego oczyszczania organicznie obciążonych ścieków komunalnych, przemysłowych i rolniczych za pomocątechnologii osadu czynnego i złoża z błoną biologiczną o konstrukcji jednozbiornikowej.

Oczyszczalnie ścieków o konstrukcji jednozbiornikowej, w których operacje technologiczne napełniania zbiornika reakcyjnego ściekami z zasobnika ścieków, biologicznego oczyszczania poprzez osad czynny, sedymentacji osadu czynnego i pobierania oczyszczonych ścieków przebiegają kolejno w jednym zbiorniku, należą do stanu techniki oczyszczania ścieków.

Zasadniczą wadą takich instalacji jest to, że sedymentacja zawiesinowej biomasy (osad czynny) jest bardzo czasochłonna, a masa ta zagęszcza się w niedostatecznym stopniu. Toteż w fazie oczyszczania stężenie osadu czynnego jest stosunkowo małe, co ogranicza przepustowość znanych instalacji.

Wyższąwydajność oczyszczania można uzyskać w instalacji tylko kosztem objętości zbiornika potrzebnej do wymiany ścieków.

Następnąwadąjest to, że jakość osadu czynnego ulega wahaniom w zależności od obciążenia, temperatury wody, zasilania tlenem i turbulencji w zbiorniku reakcyjnym. Czynniki te wpływają w różnej mierze na stężenie i wydajność oraz na charakterystykę zagęszczania i szybkość sedymentacji szlamu.

Skutkiem wspomnianych wad jest to, że biologiczna potencjalna wydajność oczyszczalni jest ograniczona i nie może być dokładnie obliczona, oraz niekorzystny jest stosunek objętości osiadającej biomasy do objętości zbiornika wykorzystywanej do wymiany ścieków.

184 833

W tego rodzaju instalacjach możliwa jest w pewnej mierze biologiczna eliminacja azotu przez nitryfikację i denitryfikację oraz fosforu przez komórkową akumulację, jednak potrzebne są do tego zwiększone nakłady na objętość zbiornika, urządzenia sterujące i na konserwację.

Niezbędne przy dalszym oczyszczaniu ścieków fazy procesu technologicznego przebiegaj ące beztlenowe lub z niedotlenieniem można realizować tylko poprzez czasochłonne cykle bez doprowadzania powietrza ze względu na stosunkowo ruskie stężenia biomasy.

Czas potrzebny do realizacji faz przebiegających beztlenowe lub z niedotlenieniem oraz do sedymentacji szlamu i pobrania oczyszczonych ścieków ma niekorzystny wpływ na obciążalność i efektywność takich instalacji.

Celem wynalazku jest opracowanie oczyszczalni ścieków o konstrukcji jednozbiornikowej, która to oczyszczalnia pozwoli na wyeliminowanie opisanych wyżej wad.

Według wynalazku proponuje się oczyszczalnię ścieków o konstrukcjijednozbiornikowej, która umożliwia połączenie działania biologicznego osadu czynnego i złoża z błonąbiologiczną. Istota wynalazku polega na tym, że oczyszczalnia tajest napełniona częściowo nośnikami wzrostu unoszonymi jako zawiesina i zasiedlonymi mikroorganizmami, przy czym nośniki wzrostu mają ciężar właściwy powyżej 1,0 g/cm³ do wysokości nasypowej poniżej 60% głębokości wody, przy czym wolna przestrzeń w masie nasypowej nośników wzrostu wynosi 400 do 8001 na m3, a ich powierzchnia wynosi od 300 do 900 m²/m3 objętości nasypowej, z tym, że na dnie zbiornika reakcyjnego sąumieszczone napowietrzniki, dopływ do zbiornika reakcyjnegojest sprzężony z zasobnikiem ścieków albo ze stacjąpomp z zasobnikiem ścieków, a nad nośnikami wzrostu osiadającymi w stanie unieruchomienia oczyszczalni jest umieszczona co najmniej jedna pompa połączona ze zbiornikiem szlamu albo z odpływem.

Korzystnie oczyszczalnia jest napełniona nośnikami wzrostu o kształtcie walcowym, przy czym ich długość wynosi 10-25 mm, średnica zewnętrzna 5-10 mm, a średnica wewnętrzna 2-8 mm.

Korzystnie nośniki wzrostu mają gęstość wynoszącą 1,1 - 1,3 g/cm3.

W korzystnym przykładzie wykonania wynalazku wysokość nasypowa warstwy nośników wzrostu w zbiorniku reakcyjnym wynosi 10 - 30% głębokości wody.

Ponadto jest korzystne, gdy napowietrzniki w grupach albo pojedynczo są połączone poprzez urządzenie regulacyjne z dmuchawą i są sterowane.

Część organizmów potrzebnych do oczyszczania ścieków zasiedla się na nośnikach wzrostu, które mają ciężar właściwy powyżej 1,0 g/cm3, korzystnie 1,1 -1,3 g/cm3. Przy wprowadzaniu powietrza ulegają one zawirowaniu i unoszą się, a w przerwach napowietrzania osiadają znacznie szybciej niż osad czynny. Nośniki te po sedymentacji tworzą dokładnie ograniczone, biologicznie czynne złoże stałe.

Na powierzchni nośników osiadają w złożu z błoną biologiczną specjalne mikroorganizmy, które pozostają w instalacji także przy pobieraniu osadu czynnego.

Dzięki technologicznemu połączeniu działania biologicznego osadu czynnego i złoża z błoną biologiczną zwiększa się znacznie stężenie czynnej biomasy, a więc i potencjalna wydajność instalacji - bez większego udziału objętości zbiornika. Wpływa to korzystnie na stosunek między przestrzenią sedymentacji i objętością użytkową potrzebną do wymiany ścieków.

Stosunki objętościowe w zbiorniku reakcyjnym i ilość biomasy będąca do dyspozycji są wielkościami stałymi, co można wykorzystać w obliczeniach technologicznych. Wyższe stężenia biomasy pozwalają na większą obciążalność instalacji przy takich samych celach oczyszczania.

Dzięki dużej prędkości sedymentacji pokrytych organizmami nośników wzrostu w krótkim czasie - po wyłączeniu napowietrzania - aerobowe złoże fluidalne może być przekształcone w niedotlenione złoże stałe/fluidalne.

Powietrze można wprowadzać do zbiornika reakcyj nego także w taki sposób, że tworzą się strefy o zróżnicowanym zasilaniu tlenem. W związku z tym przebiegają strefowo obok siebie procesy aerobowe, z nitryfikacją, i procesy z niedotlenieniem, z denitryfikacją.

184 833

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym pokazano podłączoną i gotową do pracy oczyszczalnię o konstrukcji jednozbiornikowej mającą objętość 100 m³, średnicę 5 m i głębokość wody 5 m.

Na podstawie przedstawionej na rysunku oczyszczalni zostanie opisana zasada jej działania.

Proces biologicznego oczyszczania zaczyna się w chwili małego napływu ścieków, na przykład o godzinie 4 rano, poprzez wyłączenie pompy doprowadzającej ścieki i zakończenie napowietrzania z jednoczesnym rozpoczęciem fazy sedymentacji. Ścieki dopływające jeszcze później do oczyszczalni są czasowo przetrzymywane w zasobniku stacji pomp 1. Zbiornik reakcyjny jest napełniony walcowymi nośnikami wzrostu 4 o ciężarze właściwym 1,2 g/cm3, o zasiedlanej powierzchni 600 m² na m3 objętości nasypowej i wolnej przestrzeni 0,7 m3 na m³ objętości nasypowej.

Unoszone w fazie napowietrzania nośniki wzrostu 4 po wyłączeniu napowietrzników 5 osiadają w ciągu 5 minut na dnie zbiornika i tworzą tam ograniczone przestrzennie, biologicznie aktywne złoże stałe o wysokości nasypowej 1,0 m. Napowietrzniki 5 w grupach albo pojedynczo są połączone poprzez urządzenie regulacyjne z dmuchawą 1 i są sterowane.

Sedymentacja osadu czynnego 3 kończy się po około 0,5 godziny. Osad zbiera się w porach nośników wzrostu 4 i tworzy nad złożem stałym warstwę o grubości około 0,3 m.

Objętość fazy klarownej, która powstaje między lustrem wody i warstwą osadu czynnego, wynosi około 70 m3.

Po fazie sedymentacji uruchamia się pompę szlamową umieszczoną w pobliżu warstwy osadu. Pompa ta tłoczy wyprodukowany w nadmiarze osad do zbiornika szlamu.

Proces pobierania kończy się po zadanym czasie albo za pośrednictwem umieszczonej w dopływie do zbiornika szlamu sondy mierzącej zmętnienie.

Wypierana w zbiorniku szlamu faza klarowna spływa z powrotem do zbiornika stacji pomp ściekowych.

Po pobraniu osadu następuje odpompowywanie oczyszczonych ścieków przez okres około 40 minut. Wykonuje to pompa szlamowa 6, gdy następuje odcięcie zasuwą dopływu do zbiornika szlamu i otwarcie przewodu odpływowego.

Fazę klarowną 2 może też pobierać oddzielna pompa albo może to odbywać się poprzez zawór zasuwowy.

Po pobraniu fazy klarownej odpompowuje się do zbiornika szlamu zgromadzone ewentualnie na powierzchni zawiesiny pływające.

Po zakończeniu trwającej około 1-2 godziny fazy sedymentacji i pobierania doprowadza się do oczyszczalni zgromadzone w stacji pomp i chwilowo dopływające ścieki nieoczyszczone.

Podczas fazy sedymentacji i pobierania kształtuj ją się w złożu stałym proporcje środowiska beztlenowego niedotlenionego, przy czym azot azotanowy denitryfikuje w azot gazowy.

Po zakończeniu denitryfikacji zaczynają się procesy beztlenowo-hydrolityczne, które rozkładają część substancji organicznych o wyższej masie cząsteczkowej w substancje małocząsteczkowe. Te produkty hydrolizy przejmowane są korzystnie jako substraty odżywcze przez organizmy gromadzące fosfor.

Beztlenowe procesy przemiany materii intensyfikuje się przez dodanie świeżych ścieków.

Poprzez krótkotrwałe wprowadzanie powietrza doprowadza się do zetknięcia osadu czynnego i mikroorganizmów osiadłych na nośnikach wzrostu 4 ze świeżymi ściekami. Takie krótkie przetłaczanie powietrza powtarza się w odstępach czasu od około 30 minut do około 1,5 - 2,0 godzin.

Po fazie hydrolizy i zakwaszania, która to faza służy przede wszystkim wzrostowi mikroorganizmów akumulujących fosfor, następuje przekształcenie beztlenowego złoża stałego za pomocą intensywnego dostarczania tlenu atmosferycznego w tlenowe złoże fluidalne.

W fazie napowietrzania następuje rozkład substancji organicznych, biologiczna eliminacja fosforu i utlenienie azotu amonowego w azot azotanowy.

184 833

Objętość zbiornika zaprojektowano tak, że można doprowadzać do instalacji w sposób ciągły i oczyszczać wszystkie ścieki i wody obce dopływające w ciągu doby - bez ich tymczasowego gromadzenia.

Po wielogodzinnej fazie intensywnego napowietrzania oczyszczalnia pracuje tak, że mogą przebiegać jednocześnie procesy nitryfikacji i denitryfikacji. Dzieje się to dlatego, że zasilane są powietrzem tylko określone grupy napowietrzników albo poszczególne napowietrzniki 5. Tak więc w zbiorniku reakcyjnym tworzą się strefy zasilane dostatecznie tlenem i w których możliwa jest nitryfikacjaamonu, oraz strefy bez lub tylko z małym stężeniem rozpuszczonego tlenu, gdzie mogą przebiegać procesy denitryfikacji.

We wnętrzu walcowych nośników wzrostu 4 przebiegają również procesy denitryfikacji niezależnie od podaży tlenu.

Czas trwania i odstęp czasu między fazami z intensywnym albo zredukowanym doprowadzaniem powietrza ustala się zależnie od intensywności dopływu ścieków i celów oczyszczania.

W przypadku podwyższonych wymagań w zakresie eliminacji fosforu wyłącza się ponadto napowietrzanie w ustalonych odstępach czasu. Podczas skróconych faz sedymentacji zachodząjuż opisane procesy beztlenowe i z niedotlenieniem.

Po zakończeniu procesów biologicznych i wyłączeniu napowietrzania oraz pompy dopływowej zaczyna się ponownie faza sedymentacji i pobierania.

Poniżej przedstawia się na przykładach liczbowych korzyści wynikające z technologicznego połączenia działania biologicznego osadu czynnego z działaniem biologicznym złoża z błoną biologiczną.

1. Warunki w zbiorniku reakcyjnym, który pracuje tylko z osadem czynnym:

Objętość użytkowa zbiornika reakcyjnego: 100,0 mi

Średnica zbiornika reakcyjnego: 5,0 m

Głębokość zbiornika reakcyj nego: 5,0 m

Strefa zagęszczania: 30 % obj. = 30 m³ przy H = 1,5 m

Strefa wymiany: 70 % oj. = 70 m³ przy H = 3,5 m

H - oznacza wysokość zbiornika reakcyjnego.

Celem oczyszczania jest oczyszczenie ścieków ze stabilizacją osadu.

Stężenia biomasy osadu czynnego:

2,5 kgMS/m³ 250 kgMS 8,3 kgMS/m³ 250 kgMS = 0,04 kgBZT/kgMS * d = 250 kgMS

250 * 0,04 = 10 kgBZT/d = 0,06kgBZTE *d = 170 MR podczas napowietrzania po sedymentacji Obciążenie osadu BZT MS w zbiorniku reakcyjnym MS - oznacza masę suchą.

Obciążenie BZT zbiornika reakcyjnego Równoważnik mieszkańca (MR)

Maks. podłączenie

MR - oznacza równoważnik mieszkańca d - oznacza liczbę dni E - oznacza liczbę mieszkańców

2. Warunki w zbiorniku reakcyjnym, który pracuje w systemie działania biologicznego osadu czynnego i złoża z błoną biologiczną:

Objętość użytkowa zbiornika reakcyjnego: m³

Średnica zbiornika reakcyjnego: 5,0 m

Głębokość zbiornika reakcyjnego: 5,0 m

Strefa zagęszczania: 30% ohi. = 30 m, przy H = 1,5 m

Strefa wymiany: 70% oj. = 70m3 przy H = 3,5 m

Działanie biologiczne złoża z błoną biologiczną:

Objętość nasypowa nośników wzrostu 20% obj. = mOm³ Powierzchnia nośników wzrostu = 600 m²/m,

Objętość nasypowa ogółem = 12000 m²

184 833

Obciążenie powierzchni BZT = 2,0 g BZT/m² * d

Obciążenie powierzchni BZT ogółem = 24 kg BZT/d

Równoważnik mieszkańca przy 0,06 kgBZT/E*d = 400 MR

Działanie biologiczne osadu czynnego:

Wolna przestrzeń między nośnikami wzrostu = 14 m³

MS między nośnikami wzrostu przy 3,5 kg/m3 = 49 kg MS

Warstwa osadu nad złożem stałym, 10% obj. = 10

MS w warstwie osadu nad złożem stałym = 8,0

MS w warstwie osadu = 80 kgMS

MS ogółem w strefie zagęszczania = 129 kgMS

Obciążenie osadu BZT = 0,04 kgBZT/kgMS * d

MS w zbiorniku reakcyjnym =129 kgMS

Obciążenie BZT zbiornika reakcyjnego 129*0,04 = 52kgBZTYd

Równoważnik mieszkańca przy 0,06 kgBZT/E*d = 86 MR

Suma obciążenia BZT: osad czynny + złoże z błoną biologiczną

5,2 + 24 = 29,2 kg BZT/d

Odpowiada to możliwości podłączenia około 480 MM.

Z porównania wynika, że potencjalna zdolność oczyszczania w przypadku zbiorników reakcyjnych wykorzystujących biologię osadu czynnego i złoża z błonąbiologicznąjest co najmniej dwukrotnie wyższa.

184 833

184 833

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims (6)

Zastrzeżenia patentowe

1. Oczyszczalnia ścieków do biologicznego oczyszczania obciążonych organicznie ścieków komunalnych, przemysłowych i rolniczych, o konstrukcji jednozbiornikowej ze zbiornikiem reakcyjnym, znamienna tym, że jest napełniona częściowo nośnikami wzrostu (4) unoszonymi jako zawiesina i zasiedlonymi mikroorganizmami, przy czym nośniki wzrostu (4) mają ciężar właściwy powyżej 1,0 g/cm³ do wysokości nasypowej poniżej 60% głębokości wody, a wolna przestrzeń w masie nasypowej nośników wzrostu wynosi 400 do 8001 na m?, a ich powierzchnia wynosi od 300 do 900 m²/m3 objętości nasypowej, z tym, że na dnie zbiornika reakcyjnego są umieszczone napowietrzniki (5), dopływ do zbiornika reakcyjnego jest sprzężony z zasobnikiem ścieków albo ze stacją pomp z zasobnikiem ścieków (1), a nad nośnikami wzrostu (4) osiadającymi w stanie unieruchomienia oczyszczalni jest umieszczona co najmniej jedna pompa (6) połączona ze zbiornikiem szlamu albo z odpływem.

2. Oczyszczalnia ścieków według zastrz. 1, znamienna tym, że jest napełniona nośnikami wzrostu (4) o kształcie walcowym, przy czym ich długość wynosi 10-25 mm, średnica zewnętrzna 5-10 mm, a średnica wewnętrzna 2-8 mm.

3. Oczyszczalnia według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że nośniki wzrostu (4) mają gęstość wynoszącą 1,1 - 1,3 g/cm3.

4. Oczyszczalnia według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że wysokość nasypowa warstwy nośników wzrostu (4) w zbiorniku reakcyjnym wynosi 10 - 30% głębokości wody.

5. Oczyszczalnia według zastrz. 3, znamienna tym, że wysokość nasypowa warstwy nośników wzrostu (4) w zbiorniku reakcyjnym wynosi 10 - 30% głębokości wody.

6. Oczyszczalnia według zastrz. 1, znamienna tym, że napowietrzniki (5) w grupach albo pojedynczo są połączone poprzez urządzenie regulacyjne z dmuchawą (7) i są sterowane.

* * *