PL188698B1

PL188698B1 - Sposób obróbki materiału odpadowego i urządzenie do obróbki materiału odpadowego

Info

Publication number: PL188698B1
Application number: PL96324334A
Authority: PL
Inventors: Marvyn Charles Goronszy
Original assignee: Bisasco Pty Ltd
Priority date: 1995-06-22
Filing date: 1996-06-21
Publication date: 2005-03-31
Also published as: CN1204061C; CZ294826B6; WO1997000832A1; PL324334A1; EP0854843B1; ATE313518T1; KR19990028315A; BG63532B1; HUP9900306A2; KR100352412B1; CA2225456C; SK175697A3; CN1193310A; HU224163B1; EP0854843A1; CA2225456A1; SK285017B6; HUP9900306A3; EA000912B1; DE69635616D1

Abstract

1. Sposób obróbki m aterialu odpadow ego poprzez kontrolowa- nie aktywnosci metabolicznej mikroorganizmów pojedynczej aktywowanej biomasy szlamowej, dla usuwania z materialu odpadowego skladników zawierajacych wegiel organiczny, azot i fosfor, polegajacy na kontrolowa- nym napowietrzaniu polaczonym z przerywaniem cyklu napowietrzania oraz przerywanym zlewaniem obrobionego wycieku, prowadzony w otwartym do atmosfery, pracujacym ze zm ienna objetoscia reaktorze majacym pierwsza strefe, zawierajaca nienapowietrzona aktywow ana biomase szlamowa i czesciowo oddzielona od pierwszej strefy, polaczona szeregowo druga lub ostatnia strefe, zawierajaca cyklicznie napowietrzana, aktywowana biomase szlamowa oraz majacym srodki do kontrolowanego wprowadzania rozpusz- czonego t l enu, a obie strefy maja jednakowy maksymalny poziom wody, przy czym w trakcie obróbki, wprowadzania materialu odpadowego do reaktora przynajmniej czesc zawartosci drugiej lub ostatniej strefy przenosi sie do pier- wszej strefy dla domieszania i przeprowadzenia tam reakcji z naplywajacym nieobrobionym materialem odpadowym, a takze powoduje sie przeplyw za- wartosci z pierwszej strefy do drugiej lub ostatniej strefy, przy jednoczesnym napowietrzaniu przynajmniej drugiej lub ostatniej strefy, przy czym w trakcie tworzenia supernatantu i usuwania obrobionego wycieku z drugiej lub ostatniej strefy przerywa sie naplyw materialu odpadowego do pierwszej strefy, zna- mienny tym , ze monitoruje sie stezenie rozpuszczonego tlenu w aktywowanej biomasie szlamowej, monitoruje sie stezenie aktywowanej b io m asy......... 20. Urzadzenie do obróbki materialu odpadowego poprzez kontro- lowanie aktywnosci metabolicznej mikroorganizmów pojedynczej aktywo- wanej biomasy szlamowej dla usuwania z materialu odpadowego skladników zawierajacych wegiel, azot i fosfor zawierajace reaktor otwarty do atmosfery i majacy pierw sza strefe oraz ustaw iona szeregow o druga strefe lub ostatnia strefe czesciowo oddzielona od pierwszej strefy za pomoca przegrody, umie- szczonej w odstepie od dna reaktora, przy czym druga strefa reaktora zawiera podzespól napowietrzajacy, zas do górnego obszaru pierwszej strefy je st do- prowadzony wlot wcieku materialu odpadow ego, zas od dna drugiej strefy odchodzi rura, której wylot jest doprowadzony do pierwszej strefy, a ponadto reaktor jest wyposazony w podzespoly sterujace do sterowania sekwencja- mi wyposazenia reaktora, znam ienne tym , ze podzespoly sterujace....... F IG .1 . PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest obróbka materiału odpadowego i urządzenie do obróbki materiału odpadowego, a w szczególności metodologia obróbki wody odpadowej przy zastosowaniu mikroorganizmów pojedynczej, aktywowanej biomasy szlamowej oraz środki do sterowania metaboliczną aktywnością tych mikroorgamzmów w reaktorze z aktywowaną biomasą szlamową, o zmiennej objętości, który jest na zmianę napowietrzany i dekantowany. Bardziej szczegółowo, przedmiotem niniejszego wynalazku jest sposób i urządzenie do sterowania metaboliczną aktywnością rozproszonych kolonii mikroorganizmów przez regulowany dopływ tlenu względem pomiarów prędkości poboru tlenu wewnątrzreaktorowej biomasy szlamowej, w celu osiągnięcia efektywnego usuwania węgla bądź materiału węglowego, ocenianego pomiarami COD (chemiczne zapotrzebowanie na tlen), BOD (biochemiczne zapotrzebowanie na tlen), TOC (całkowity węgiel organiczny); usuwania azotu mierzonego TKN (całkowity azot Kjeldahł), NH3-N, N0₂-N, N03-N; oraz usuwania fosforu, mierzonego jako PO4 z wody odpadowej.

Sposób według niniejszego wynalazku znajduje szczególne zastosowanie w obróbce ścieków domowych, ścieków przemysłowych i ich mieszanin włączając w to odpady wytwarzane przez człowieka, wodę odpadową pochodzącą z mycia, prania, przygotowywania jedzenia oraz ich kombinacje. Przedmiotem wynalazku jest w szczególności maksymalizacja prędkości uwalniania biologicznie rozkładalnych materiałów przez mikroorganizmy, poprzez

188 698 optymalizację metabolicznej aktywności mikroorganizmów, które używane są w pojedynczo prowadzonej reakcji szlamowej. Uznaje się przy tym, iż istnieją przynajmniej cztery główne gatunki albo rodziny mikroorganizmów w całkowitym układzie biologicznym, które powinny być utrzymywane w związku z mechanizmem wzrostu odpowiednim dla tego rodzaju materiału odpadowego. Te mikroorganizmy, są zasadniczo odpowiedzialne za całkowite (netto) usuwanie związków typu węglowodanów, zasadniczo utleniają związki azotu do azotu azotanowego, ogólnie usuwają azot z azotanów tworząc gazowy azot oraz zasadniczo biorą udział we wzmocnionej biologicznej przemianie fosforu i w ogólnej hydrolizie rozkładałnych lotnych ciał stałych do rozpuszczalnego, rozkładalnego substratu. W ogólnym układzie, stanowiącym aktywowaną biomasę zawartych może być do 20000 indywidualnych gatunków mikroorganizmów.

Chociaż sposób według niniejszego wynalazku jest opisany w odniesieniu do obróbki wody odpadowej, ścieków przemysłowych i ścieków domowych oraz metodologii takich obróbek, nie jest on jednak ograniczony tylko do takich zastosowań i może być użyty do obróbki każdego typu biologicznie rozkładałnych ścieków albo innej oraz dowolnego typu odpadu, zawierającego wodę bądź odpadu zawierającego specyficzne zanieczyszczenia albo domieszki.

Tradycyjna obróbka aktywowanego szlamu wymaga szczegółowego monitorowania informacji, na których to informacjach opierają się podstawowe decyzje prowadzące do uzyskania założonych celów obróbki. Analizy te, są dobrze znane fachowcom z tej dziedziny techniki, zwykle obejmują one: całkowite biochemiczne zapotrzebowanie na tlen (BOD), całkowite chemiczne zapotrzebowanie na tlen (COD), BOD rozpuszczalny, COD - rozpuszczalny, TKN - całkowity azot Kjeldahl, azot organiczny, NO3-N (azot azotanowy), ortofosforan, fosforan całkowity, pH, zasadowość zarówno dla strumienia wcieku jak i dla wycieku. W pomiarach reaktorowych obejmują one stężenie rozpuszczonego tlenu, stężenie substancji stałych zawieszonych w mieszaninie, objętość osadzonego szlamu, frakcję degradowalną biomasy (przez trawienie aerobowe biomasy przez 28 dni). Proste parametry, obejmujące potencjalną szybkość zużycia tlenu (POUR) oraz jego aktualną szybkość zużycia stosuje się dla automatycznej kontroli pojedynczego reaktora z aktywowaną biomasą szlamową o zmiennej objętości w celu osiągnięcia bardzo wysokiego stopnia usuwania węgla, azotu, fosforu bez zbrylania się szlamu.

Technologie znane w stanie techniki, przy użyciu reakcji mikrobiologicznych rozproszonych hodowli opisano dobrze w literaturze, na przykład:

* Quirk T., Ecknfelder W.W., i Goronszy M.C., „Activated Sludge; State-of-the-Art.”. Critical Reviews in Environmental Control, CRC Press Vol. 15, Issue 2, 1985.

* Eckenfelder W. Wesley, Jr. „Industrial Wastewater treatment” McGraw Hill, 1991.

* Eckenfelder W. Wesley, Jr. „Principles of Water Quality Management” C. Β. I. Pub lishing Company, Inc., 1980.

* Goronszy M.C. i Eckenfelder, W. W., „The ratę of the degeneration of primary solids in activated sludge plants” Proceedings Water Pollution Control Federation Conference, Toronto, Canada, October 1991.

Przedmiotem niniejszego wynalazku jest sposób obróbki wody odpadowej z aktywowaną biomasą szlamową, w którym reaktor główny skonfigurowany jest do działania w trybie całkowitego mieszania. Chociaż jako zalecane przykładowe wykonanie można również zastosować działanie na podawanych porcjach o zmiennej objętości na zmianę napowietrzanej i dekantowanej, technikę tę stosuje się również do operacji całkowitego mieszania, przy ciągłym napowietrzaniu i stałej objętości. Zasadnicze są tu określenia: zasilanie porcjami, przerywane napowietrzanie, mieszanie całkowite, reaktor. Do realizacji wynalazku może być użyta seria reaktorów z aktywowaną biomasą szlamową, które wszystkie są połączone rurą przewodową albo innym elementem, z albo bez zespołu dla przerywania przepływu pomiędzy tymi reaktorami. Ostatni reaktor w każdej serii reaktorów określa się jako reaktor zasadniczy, z którego wyciek poddany jest obróbce biologicznej. Dla fachowców z danej dziedziny techniki oczywiste jest, że reaktor może mieć postać struktury lagunowej o ścianach nachylonych, z uziemieniem, stabilizowanych betonem, ścianami oporowymi betonowymi albo konwencjonalnej kadzi o ścianach z betonu zbrojonego albo kadzi ze stali konstrukcyjnej. Jakkolwiek mogą być zalecane pewne kształty i proporcje wymiarów reaktorów, istotne jest, iż reaktor

188 698 o dowolnym kształcie geometrycznym (kwadratowy, prostokątny, okrągły) może funkcjonować według niniejszego wynalaZku.

Fachowcy z tej dziedziny techniki wiedzą, że trzeba spełnić wiele warunków dla przeprowadzenia reakcji w celu uzyskania biologicznej nitryfikacji-denitryfikacji i zwiększonego usuwania fosforu biologicznego. W szczególności reakcja nitryfikacji wymaga odpowiedniego zasilania węglem nieorganicznym. Usuwanie fosforu sposobami biologicznymi wymaga selektywnych warunków reakcji w celu spowodowania proliferacji koniecznych mikroorganizmów. Wśród tych warunków istotny jest substrat, korzystnie zawierający lotne kwasy tłuszczowe i częściej określany jako łatwo degradowalny substrat rozpuszczalny. Dodatkowo wymagane są warunki reakcji, które zmieniają się cyklicznie pomiędzy tak zwanymi, opisem tlenowym i beztlenowym. Zastosowanie tych terminów musi być bardziej precyzyjne, gdyż istnieją poziomy anaerobowOści, które wyzwalają pewne reakcje biologiczne. Nieobecność tlenu i azotynów-az.otanów jest we współczesnej terminologii niewystarczające dla opisu „anaerobowości” w tym stopniu, by nastąpiło usuwanie biologicznego fosforu. Anaerobowe warunki reakcji wymagają dokładniejszej definicji przy zastosowaniu do fazowej obróbki aktywowanej biomasy szlamowej, dzięki której warunki reakcji tlenowych, beztlenowych anaerobowych można wywołać w jednej hodowli szlamowej poprzez stosunkowo prostą manipulację sekwencjami napełniania i napowietrzania. Ciśnienie selektywności dotyczy takich warunków procesu, które preferują selektywny wzrost pewnych gatunków mikroorganizmów, takich jak na przykład organizmy usuwające azot, organizmy usuwające fosfor oraz organizmy formujące kłaczki. Podczas tego procesu następuje wystawienie hodowli na oddziaływanie wysokich ciśnień załadowania substratem octanowym przy kolejno anaerobowych, beztlenowych i tlenowych warunkach reakcji. Nieobecność azotanu i wartość stężenia rozpuszczonego tlenu nie są wystarczające dla zdefiniowania warunków anaerobowych, które spowodują uwolnienie przez odpowiednie gatunki mikroorganizmów - bakterie Poły P polifosforanów z wody odpadowej. Wedle tradycyjnej wiedzy zwykle opisuje się odpowiednie warunki reakcji przy użyciu potencjału oksydoredukcyjnego partii płynu (wartość EMF odniesiona do pomiaru elektrody standardowej wodorowej albo z chlorku srebra). Stąd wartość ta musi być wystarczająco ujemna (-150 mV, wodorowa elektroda odnośna) w celu zapewnienia stopnia definiowalnej anaerobowOści umożliwiającej uwalnianie fosforanu. Stwierdzono, iż prędkość wyczerpywania się ORP potencjał oksydoredukcyjny - potencjał redoks z warunków dodatnich (utleniających) do ujemnych (redukujących) jest funkcją aktywności metabolicznej aktywowanej biomasy szlamowej przy przełączanym potencjale oksydoredukcyjnym - potencjale redoks. Ta sama aktywność metaboliczna jest funkcją ilości pozostałych wewnątrzkomórkowych związków utrzymywanych w hodowli. Przy zastosowaniu tego opisu, aktywowana biomasa szlamowa posiadająca wysoką wartość prędkości poboru tlenu w środowisku utleniającym szybko będzie zbliżać się do bardziej ujemnych wartości ORP niż, gdy usunie się reaktant utleniający (tlen). Biomasa szlamowa o niższej wartości prędkości poboru tlenu będzie zatem wyczerpywać swój ORP z mniejszą prędkością. Uwalnianie biologicznego fosforu następuje przy wartości około 250 mV, bardziej dodatniej niż wartości, które równe są redukcji siarczanu do siarczynu. W stanie techniki, przy zastosowaniu innych konwencjonalnych obróbek przy stałej objętości, konieczne było określenie kryterium czasu wstrzymywania hydraulicznego tj. czasu przebywania cieczy w objętości reaktora, zdefiniowanego jako iloraz objętości reaktora dzielonej przez szybkość przepływu jako środka zapewniającego odpowiednie warunki reakcji. W wyniku badań oraz prób i błędów, ustalono zakres parametrów, dotyczących procesu i opisanych przy użyciu rzeczywistej prędkości poboru tlenu pojedynczej aktywowanej biomasy szlamowej, którą można zastosować do określenia warunków reakcji, przy zapewnieniu wiarygodnego i ciągłego żądanego wyniku procesu. Zastosowanie tych parametrów kontrolnych do zalecanego przykładowego wykonania zapewnia ogólny proces, który jest tańszy od ogólnie przyjętej tradycyjnej metodologii i taki, który jest prostszy w funkcjonowaniu. Zasadniczy parametr dotyczy ogólnego poziomu aktywności aktywowanej biomasy szlamowej mierzonego przez szybkość zużycia tlenu (OUR) i jej potencjalną szybkość zużycia tlenu (POUR). Kontrola procesu przy zastosowaniu tych parametrów umożliwia zastosowanie stałych wartości, przy których uzyskuje się skuteczne usuwanie zanieczyszczeń i składników'

188 698 odżywczych, a w tym samym czasie wytwarza się aktywowaną biomasę szlamową, która ma znakomite własności rozdzielania ciał stałych i płynów'.

Celem niniejszego wynalazku jest opracowanie sposobu i urządzenia do obróbki materiału odpadowego eliminujących problemy występujące w już istniejących sposobach i urządzeniach dotyczących aktywności aktywowanej biomasy szlamowej, przez bardziej szczegółowe monitorowanie warunków procesu i parametrów dotyczących aktywności aktywowanej biomasy szlamowej, takich na przykład jak szybkość zużycia tlenu, w tym potencjalne szybkości zużycia tlenu.

Sposób obróbki materiału odpadowego poprzez kontrolowanie aktywności metabolicznej mikroorganizmów pojedynczej aktywowanej biomasy szlamowej, dla usuwania z materiału odpadowego składników zawierających węgiel organiczny, azot i fosfor, polegający na kontrolowanym napowietrzaniu połączonym z przerywaniem cyklu napowietrzania oraz przerywanym zlewaniem obrobionego wycieku, prowadzony w otwartym do atmosfery, pracującym ze zmienną objętością reaktorze mającym pierwszą strefę, zawierającą nienapowietrzoną aktywowaną biomasę szlamową i częściowo oddzieloną od pierwszej strefy, połączoną szeregowo drugą lub ostatnią strefę, zawierającą cyklicznie napowietrzaną, aktywowaną biomasę szlamową oraz mającym środki do kontrolowanego wprowadzania rozpuszczonego tlenu, a obie strefy mają jednakowy maksymalny poziom wody, przy czym w trakcie obróbki, wprowadzania materiału odpadowego do reaktora przynajmniej część zawartości drugiej lub ostatniej strefy przenosi się do pierwszej strefy dla domieszania i przeprowadzenia tam reakcji z napływającym nieobrobionym materiałem odpadowym, a także powoduje się przepływ zawartości z pierwszej strefy do drugiej lub ostatniej strefy, przy jednoczesnym napowietrzaniu przynajmniej drugiej lub ostatniej strefy, przy czym w trakcie tworzenia supernatantu i usuwania obrobionego wycieku z drugiej lub ostatniej strefy przerywa się napływ materiału odpadowego do pierwszej strefy, według wynalazku charakteryzuje się tym, że monitoruje się stężenie rozpuszczonego tlenu w aktywowanej biomasie szlamowej, monitoruje się stężenie aktywowanej biomasy szlamowej w tej drugiej lub ostatniej strefie oraz monitoruje się poziom kożucha szlamu aktywowanej biomasy w drugiej lub ostatniej strefie dla otrzymania parametrów procesowych, przy czym stężenie rozpuszczonego tlenu w aktywowanej biomasie szlamowej monitoruje się wewnątrz mieszaniny obejmującej materiał odpadowy i aktywowaną biomasę szlamową w drugiej lub ostatniej strefie względnie w rurze, przez którą zawraca się aktywowaną biomasę szlamową z drugiej strefy do pierwszej strefy i określa się szybkość zużycia rozpuszczonego tlenu, zaś po zakończeniu sekwencji usuwania wycieku przeprowadza się następną sekwencję napowietrzania, podczas której materiał odpadowy wprowadza się do drugiej lub ostatniej strefy i reguluje się stężenie rozpuszczonego tlenu do wartości mniejszej niż 3 mg/l przy utrzymywaniu współbieżnej nitryfikacji i denitryfikacji, przy czym mierzy się szybkość zużycia rozpuszczonego tlenu przez aktywowaną biomasę szlamową w drugiej lub ostatniej strefie przy końcu sekwencji napowietrzania i zmierzoną szybkość porównuje się z potencjalną szybkością zużycia tlenu, określaną przez pomiar szybkości poboru tlenu przez aktywowaną biomasę szlamową z nadmiarem rozpuszczalnego substratu, dla dostosowania szybkości zużycia tlenu do krytycznej szybkości oddychania biomasy poniżej potencjalnej szybkości zużycia tlenu, poprzez manipulowanie czasem trwania i/lub wielkością przepływu powietrza w sekwencji napowietrzania oraz stężeniem aktywowamej biomasy szlamowej w drugiej lub ostatniej strefie.

W czasie sekwencji przerwy w napowietrzaniu usuwa się do 40% objętości reaktora z szybkością eliminującą porywanie osadzonej aktywowanej biomasy szlamowej wewnątrz drugiej lub ostatniej strefy w reaktorze.

W sposobie według wynalazku utrzymuje się potencjał redoks całkowitego połączonego strumienia ciekłego materiału przepływającego do drugiej lub ostatniej strefy na poziomie pomiędzy -150 mV a -200 mV w odniesieniu do wodorowej elektrody odniesienia.

Korzystnie, do pierwszej strefy wprowadza się materiał odpadowy w ilości do 40% objętości reaktora podczas ustalonej sekwencji napowietrzania, której czas trwania wylicza się jako całkowity czas trwania cyklu pomniejszony o sumę sekwencji czasowych separacji cieczy i usuwania obrobionego wycieku podczas przerwy w napowietrzaniu.

188 698

Potencjał redoks aktywowanej biomasy szlamowej w drugiej lub ostatniej strefie zmniejsza się zasadniczo do poziomu między -150 mV a -200 mV w ciągu 90 minut w sekwencji przerwy w napowietrzaniu.

Aktywowaną biomasę szlamową w ostatniej lub drugiej strefie utrzymuje się w ruchu przez przynajmniej 10 minut po przerwaniu dostarczania powietrza.

Wartości stężenia rozpuszczonego tlenu w drugiej lub ostatniej strefie automatycznie mierzy się i monitoruje na miejscu w przedziałach od 10 do 20 sekund po przerwaniu dostarczania powietrza.

Stosuje się aktywowaną biomasę szlamową o obciążeniu całkowitym azotem Kjeldahl w reaktorze wynoszącym do około 10 kg TKN/kg MLSS/d/m² w zakresie 30%.

Stosuje się aktywowaną biomasę szlamową o obciążeniu całkowitym fosforem w reaktorze wynoszącym do około 2 kg fosforu/kg MLSS/d/m².

Stężenie rozpuszczonego tlenu w drugiej lub ostatniej strefie reguluje się do poziomu mniejszego niż 0,7 mg/l, średnio, dla 75% czasu napowietrzania oraz do poziomu między 2 a 3 mg/l dla pozostałego okresu czasu napowietrzania.

Materiał odpadowy obrabia się przy użyciu populacji mikroorgamzmów odpowiednich do rodzaju zanieczyszczeń wprowadzanego materiału odpadowego.

Odczytuje się i rejestruje stężenie zmieszanych cząstek stałych w aktywowanej biomasie szlamowej w drugiej lub ostatniej strefie w momencie przerwy w dostarczaniu powietrza do reaktora, a także odczytuje się rejestruje i analizuje szybkość poboru rozpuszczonego tlenu po przerwaniu dostarczania tlenu.

Zmierzone parametry procesowe przetwarza się i wykorzystuje się do wyznaczania czasu pompowania odpadowej aktywowanej biomasy szlamowej, czasu trwania sekwencji napowietrzania dla następnego cyklu, szybkości przepływu masowego powietrza dla następnego cyklu, a także do dopasowania ustalonych punktów stężenia rozpuszczonego tlenu, tak aby warunki procesu były wystarczające do utrzymania krytycznej szybkości oddychania aktywowanej biomasy szlamowej w drugiej lub ostatniej strefie, wyznaczonej na koniec poprzedniej sekwencji napowietrzania.

Zmierzone parametry procesowe przetwarza się dla dalszego wyznaczenia szybkości zmiany wzrostu stężenia tlenu w momencie rozpoczęcia sekwencji napowietrzania.

Dokonuje się korekty wartości współczynnika pH wciekowej wody odpadowej.

Szybkość poboru rozpuszczonego tlenu względnie mierzona potencjalna szybkość poboru rozpuszczonego tlenu w początkowej objętości wynosi przynajmniej 20 mg 02/g VSS/godz.

Maksymalną szybkość poboru tlenu aktywowanej biomasy szlamowej w drugiej lub ostatniej strefie, mierzoną przy użyciu mieszaniny obejmującej aktywowaną. biomasę szlamową i wciek materiału odpadowego o stosunku 80%/20%, ustala się średnio jako przynajmniej trzykrotność krytycznej szybkości oddychania aktywowanej biomasy szlamowej w drugiej lub ostatniej strefie, zmierzonych i obliczanych na bazie dziennej przy zastosowaniu czujnika stężenia rozpuszczonego tlenu.

Stosuje się stężenie substancji stałych zawartych w mieszaninie obejmującej materiał odpadowy i aktywowaną biomasę szlamową wynoszące do około 20 kg MLSS na metr kwadratowy pola powierzchni reaktora.

Krytyczną szybkość oddychania aktywowanej biomasy szlamowej wyznacza się, mierząc potencjał redoks aktywowanej biomasy szlamowej.

Urządzenie do obróbki materiału odpadowego poprzez kontrolowanie aktywności metabolicznej mikiOorgamzmów pojedynczej aktywowanej biomasy szlamowej dla usuwania z materiału odpadowego składników zawierających węgiel, azot i fosfor zawierające reaktor otwarty do atmosfery i mający pierwszą strefę oraz ustawioną szeregowo drugą strefę lub ostatnią strefę częściowo oddzieloną od pierwszej strefy za pomocą przegrody, umieszczonej w odstępie od dna reaktora, przy czym druga strefa reaktora zawiera podzespół napowietrzający, zaś do górnego obszaru pierwszej strefy jest doprowadzony wlot wcieku materiału odpadowego, zaś od dna drugiej strefy odchodzi rura, której wylot jest doprowadzony do pierwszej strefy, a ponadto reaktor jest wyposażony w podzespoły sterujące do sterowania sekwencjami wyposażenia reaktora, według wynalazku charakteryzuje się tym, że podzespoły sterujące obejmują czujnik monitorujący stężenie biomasy szlamowej, czujnik monitorujący położenie warstwy

188 698 kożucha szlamu aktywowanej biomasy szlamowej, czujnik monitorujący stężenie rozpuszczonego tlenu aktywowanej biomasy szlamowej, przy czym wszystkie te czujniki są umieszczone w drugiej strefie reaktora, a regulator podzespołu sterującego jest połączony z zaworami sterującymi podzespołu napowietrzaj ącego i z wyjściami sygnału czujników i zawiera programowalny komputer wyposażony w podzespół do wyznaczania szybkości zużycia rozpuszczonego tlenu, podzespół do sterowania sekwencją napowietrzania po zakończeniu sekwencji usuwania wycieku, podzespół do wprowadzania materiału odpadowego do drugiej lub ostatniej strefy podczas sekwencji napowietrzania, podzespół do kontrolowania stężenia rozpuszczonego tlenu, a także podzespół do porównywania szybkości zużycia rozpuszczonego tlenu przez aktywowaną biomasę szlamową w drugiej lub ostatniej strefie, mierzonej na zakończenie sekwencji napowietrzania, z potencjalną szybkością zużycia tlenu, wyznaczaną poprzez pomiar szybkości poboru tlenu aktywowanej biomasy szlamowej z nadmiarem rozpuszczalnego podłoża.

Podzespół napowietrzający reaktora zawiera ruszty dyfuzora położone przy lub blisko dna drugiej lub ostatniej strefy reaktora.

Korzystnie, ruszty dyfuzora współpracują z napędzanymi silnikiem zaworami sterującymi.

Szczególnie korzystnie, czujnik monitorujący stężenie rozpuszczonego tlenu jest czujnikiem elektronicznym.

Druga strefa lub ostatnia stanowi więcej niż 50% całkowitej objętości reaktora.

Druga strefa reaktora zawiera dołączone ośrodki wzrostu umieszczone jako ośrodki losowo upakowane.

Jeden z aspektów niniejszego wynalazku dotyczy wymiarów reaktora (reaktorów) aktywowanej biomasy szlamowej, trybów ich działania i automatycznej optymalizacji ilości tlenu, dostarczanego do reaktora(ów) pod względem prędkości i czasu działania poprzez wykrywanie metabolicznej aktywności aktywowanej biomasy szlamowej w reaktorze zasadniczym zwanym dalej reaktorem. Ta metaboliczna aktywność jest wykrywana - rejestrowana jako rzeczywista szybkość zużycia tlenu aktywowanej biomasy szlamowej w reaktorze w pobliżu końca albo przy końcu sekwencji z powietrzem włączonym. Po przerwaniu dostarczania powietrza do reaktora, jego zawartość pozostaje w ruchu przez około dziesięć minut, przy czym naturalny ruch mieszania wraz z upływem czasu zmniejsza się coraz bardziej. Wartości stężenia rozpuszczonego tlenu wykrywane są i monitorowane w odstępach dziesięciu lub dwudziestu sekund. Minimum dziesięć punktów uwzględnia się i poddaje analizie matematycznej dla uzyskania krzywej, która najlepiej opisuje początkową szybkość wyczerpywania rozpuszczonego tlenu i tym samym nominalną, aktualną szybkość - tempo zużycia tlenu. Dane te są powiązane z objętością cyklu, obciążeniem objętościowym wywierając wpływ na pomiar aktywności plus maksymalne stężenie rozpuszczonego tlenu stwierdzone w czasie trwania cyklu. Rejestruje się również wykryte stężenie rozpuszczonego tlenu i profil prędkości urządzenia napowietrzającego. Przedmiotem wynalazku jest utrzymywanie aktywowanej biomasy (mieszanej hodowli mikroorganizmów), poprzez wejściowe optymalne podawanie tlenu, biomasy posiadającej dobieralną optymalną aktywność biologiczną mierzoną przez szybkość zużycia przez nią tlenu, frakcję zawieszonych lotnych ciał stałych i frakcję rozkładalnych lotnych ciał stałych, jak to zdefiniowano poniżej. Czujnik rozpuszczonego tlenu mierzy szybkość zużycia tlenu przez aktywowaną biomasę szlamową in situ dla zastosowania w sterowaniu i regulowaniu dostarczania tlenu z pompy albo sprężarki dostarczającej powietrze. Jak to opisano w odniesieniu do przykładów wykonania, warunki reakcji w reaktorze zmieniają się kolejno od powietrza włączonego do wyłączonego. Sekwencja z powietrzem włączonym jest zwykle ciągła i występuje w trakeie wprowadzania wcieku wody odpadowej do reaktora (reaktorów), następnie zatrzymuje się, w tym czasie aktywowana biomasa szlamowa w reaktorze osiada, po czym czysty płyn supernatantu usuwa się z tego reaktora. Wynalazek działa podobnie z doprowadzanym w sposób przerywany powietrzem w obróbce sekwencyjnej. Gdy zakończy się sekwencja usuwania wycieku, powietrze i nieobrobiona woda odpadowa wprowadzane są do reaktora, aż ponownie zostanie zatrzymana sekwencja napowietrzania. Całkowity cykl pracy może zwykle wynosić cztery godziny, sekwencja napowietrzania będzie zwykle wynosić dwie godziny; można też zastosować inne kombinacje czasowe. Łatwo można zastosować inne wielkości czasowe.

188 698

Wykonuje się dwa pomiary. Szybkość wyczerpywania rozpuszczonego tlenu podczas początkowych minut po ustaniu napowietrzania. Można również odczytać inne szybkości pośrednie związane z wielokrotnymi sekwencjami napowietrzania. Drugą szybkość mierzy się, gdy powietrze jest znów włączane, podczas którego to czasu maksymalny strumień powietrza jest wprowadzany do reaktora albo obszarów reaktora przez określony czas (który jest zmienną, która musi być ustalona dla każdej instalacji i być poddana stosunkowo rzadkim regulacjom przez procedurę kalibracji kontrolnej). Szybkość zmiany stężenia rozpuszczonego tlenu w funkcji czasu (dc>2)/dt i wyczerpywania się oraz sposób, w jaki aktywowana biomasa szlamowa osadza się w funkcji czasu d(MLSS)/dt (MLSS - zmieszane cząstki stałe zawieszone w płynie) są związane, przy czym O₂ odnosi się do stężenia rozpuszczonego tlenu, a MLSS odnosi się do zwykłego stężenia aktywowanej biomasy szlamowej. Obie wartości zmieniają się z czasem, gdy zatrzyma się wprowadzanie powietrza do reaktora. Podobnie istnieje czasowa zmienność obydwu parametrów w czasie początkowego okresu sekwencji napowietrzania. W zalecanym przykładowym wykonaniu, reaktor układu jest skonfigurowany z rusztami dyfuzora i przewodami zasilającymi w celu zapewnienia więcej niż jednej strefy reakcji efektywnego mieszania po wprowadzeniu powietrza. Przynajmniej jeden obszar reaktora będzie zwykle napowietrzany na początku sekwencji napowietrzania. Aktywowana biomasa szlamowa z tej początkowej mieszanej, napowietrzanej strefy używana jest do określenia prędkości zmiany wzrostu tlenu na początku sekwencji napowietrzania. W zalecanym przykładowym wykonaniu możliwe jest wybranie w czasie różnych stref napowietrzania. W tych przykładowych wykonaniach, które mają pojedynczy zestaw rusztów, te same wyniki uzyskane zostaną przez napowietrzenie całej objętości reaktora.

Jedną z cech sposobu według wynalazku stanowi wewrnątrzreaktorowy pomiar szybkości zużycia tlenu dla określenia ilości potrzebnego tlenu pod względem prędkości jego dostarczania i czasu napowietrzania, w celu utrzymania ustalonego stopnia szybkości zużycia tlenu. To z kolei określa warunki reakcji dla obróbki wody odpadowej przy zastosowaniu pojedynczego reaktora z pojedynczą biomasą szlamową w trybie podawania porcjami. Pomiar i sterowanie jest tylko jednym z elementów wynalazku. Obróbka w reaktorze, jak to opisano przez zalecane przykładowe wykonanie, jest blisko związana z pomiarem. Obydwa uwzględnione są w niniejszym wynalazku. Oczywiste jest, że zbyt długie napowietrzanie reaktora, w kolejnych sekwencjach, szybko prowadzi do utraty metabolicznej aktywności zawartej w nim aktywowanej biomasy szlamowej a następnie niezdolności tej biomasy do właściwego odazotowania i uczestniczenia w usuwaniu fosforu. Nadmierne napowietrzenie aktywowanej biomasy szlamowej prowadzi również do zmniejszonej agregacji kłaczkowej oraz do niepożądanego zwiększenia w wycieku stężenia zawieszonych ciał stałych. Ciągłe działanie poza żądaną krzywą starzenia się szlamu doprowadzi do podobnych konsekwencji. Pomiar szybkości zużycia tlenu przez aktywowaną biomasę szlamową stosowany jest do ustalenia krzywej wieku działającego szlamu.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematyczny widok jednej ż postaci reaktora według niniejszego wynalazku, z pojedynczym reaktorem podzielonym na dwie strefy, fig. 2 - schematyczny widok innej postaci reaktora według niniejszego wynalazku, którą stanowi konfiguracja, z reaktorem zasadniczym i oddzielnymi reaktorami pomocniczymi, fig. 3 - schematyczny widok jednej z postaci wewnątrzkłaczkowego modelu denitryfikacji beztlenowej zastosowany w niniejszym wynalazku, fig. 4 - wykres pracy ustalonego punktu bioprędkości zasilania-braku zasilania, fig. 5 - schemat, pokazujący ostateczne warunki reakcji tlenowej, beztlenowej i anaerobowej, wyrażone jako zmierzony w fazie zbrylonej potencjał oksydoredukcyjny, fig. 6(a) do 6(g) przedstawiają schematy alternatywnych postaci reaktora, obrazujące różne układy dla wejść zasilania i wyjść wycieku, w tym wielopodziałowe wejścia i wyjścia.

Na fig. 1 przedstawiono schematycznie jedną postać pojedynczego reaktora według niniejszego wynalazku. Ściana przednia, przedstawionego na fig. 1 zasadniczego reaktora zwanego reaktorem 1 przeznaczonego na wodę ma stałą konstrukcję. Przedstawione są także (minimum) dwie strefy reaktora, oznaczone jako pierwsza strefa 3 i druga strefa 4, powstające poprzez zastosowanie wewnętrznego przedziału, w postaci ściany - kształtowej przegrody 2. Strefy reaktora (strefy reakcyjne) pozostają w połączeniu płynowym poprzez rurę lub, inny

188 698 przewód albo przez fragment otwartego obszaru utworzonego przez kształtową przegrodę 2. Zespół do rozpraszania powietrza dla składnika reakcyjnego tlenu, korzystnie stanowią ruszty dyfuzora 16, 17, przyjmujące strumień sprężonego powietrza z podzespołu napowietrzającego 65. Na fig. 1 przedstawione są środki do przenoszenia zawartości drugiej strefy 4 zasadniczego reaktora 1, przy zastosowaniu regulującej pompy przenoszącej, współdziałającej ze strumieniem wcieku z wlotu 11 wcieku materiału odpadowego w celu jego zmieszania i reakcji w pierwszej strefie 3. W zbiorniku reaktora 1 przedstawiono dwa zasadnicze poziomy, a mianowicie dolny poziom 8 wody i górny poziom 7 wody odprowadzanej przez przelew dekantera 9. W tym przykładowym wykonaniu sekwencja napowietrzania zachodzi, w czasie gdy następują przepływy poprzez wlot 11 wcieku i rurę 10 tj. napełnianie od dolnych poziomów 8 wody do górnych poziomów 7 wody. Gdy sekwencja ta zostanie zakończona, praca podzespołu napowietrzającego 6 zostaje przerwana dla zatrzymania mieszania i procedury przenoszenia tlenu, umożliwiając tym samym osadzenie się ciał stałych i ich rozdzielenie dla utworzenia górnej warstwy czystego supematantu na szczycie warstwy osadzonych ciał stałych. W odpowiednim czasie, uruchamia się dekanter 9 i usuwa wolumetryczną warstwę płynu pomiędzy poziomem dolnym i poziomem górnym, po czym zostaje on unieruchomiony, aż do końca następnego cyklu. W tym przykładowym wykonaniu wciek może być ciągły albo przerywany; wyciek w związku z działaniem przelewu dekantera 9 jest z konieczności nieciągły w stosunku do całkowitego czasu trwania cyklu, który umożliwia działania; wprowadzania wcieku, napowietrzenia, osadzenia się i dekantacji. Usytuowanie czujnika 12 stężenia rozpuszczonego tlenu ma miejsce albo wewnątrz reaktora 1 albo wewnątrz przewodu pompującego zasilającą aktywowaną biomasę szlamową z zasadniczego reaktora 1 dla zmieszania z wciekiem doprowadzanym przez wlot 11 wcieku materiału odpadowego wewnątrz pierwszej strefy 3 i oznaczone jest jako 14. Czujnik, który stosuje się do monitorowania wewnątrzreaktorowego stężenia aktywowanej biomasy szlamowej (zmieszanego płynu i osadzonych ciał stałych) oznaczono jako 13. Jest on zastosowany w zalecanym przykładowym wykonaniu, podobnie jak czujnik 15 aktywowanej biomasy szlamowej położenia warstwy kożucha szlamu. Na fig. 1 rysunku przedstawiono dwa zamontowane na dnie urządzenia zestawy rusztów dyfuzora 16 i 17. Schematycznie przedstawiają one środki do selektywnego zastosowania zestawu rusztów, które stanowią więcej niż dwa połączenia przewód opadowy - zawór. Oczywiste jest, iż naczynie zasadniczego reaktora 1 może mieć o wiele więcej niż dwa połączenia przewodu opadowego z zaworem 18, zależnie od całkowitego pola powierzchni naczynia reaktora i czynnego pola powierzchni podzespołu do mieszania rozpraszającego i napowietrzającego. Według przykładowych wykonań wynalazku zapewniają one wybiórcze i sekwencyjne napowietrzanie obszarowe dla napowietrzenia całego obszaru. Na fig. 1 rysunku przedstawione są także ośrodki wzrostu 5. Przykładowe wykonanie reaktora(ów) według niniejszego wynalazku, przedstawione na fig. 2 ma podobne elementy, jak reaktor na fig. 1 zastosowano więc te same oznaczniki elementów reaktora(ów). Ponadto, jednostki przedstawione na fig. 2 oznaczają: Q - strumień wody odpadowej, q - strumień zawartości z bioreaktora, AC - sprężarka powietrza, VFD - napęd o zmiennej częstotliwości, PLC - programowalny komputer logiczny, GEN - generator.

Przedmiotem niniejszego wynalazku jest metodologia obróbki wody odpadowej i zespół do sterowania ogólną metaboliczną aktywnością rozproszonego wzrostu mikroorganizmów wewnątrz pojedynczej aktywowanej masy szlamowej w celu uzyskania korzystnego efektu równoczesnego usunięcia węgla, zmierzonego COD, BOD, TOC, usunięcia azotu zmierzonego TKN, NH3-N, NO₂-N, NO3-N oraz usunięcia fosforu zmierzonego jako PO₄, z wody odpadowej, w ramach czasowych powtarzalnych cykli procesowych. Przedmiot wynalazku obejmuje także zespół do pomiaru wewnątrznaczyniowej szybkości zużycia tlenu oraz zespół do regulowania napowietrzeniem w celu utrzymania ustalonego punktu reżimu warunków reakcji, warunków pozwalających na realizowaną w pojedynczym reaktorze obróbkę pojedynczego szlamu dla usunięcia węgla i/lub usunięcia azotu i/lub wzmożonego usunięcia fosforu biologicznego. Te warunki reakcji zależne są od ustalonego punktu szybkości zużycia tlenu, jako iż określa on żywotność populacji mikroorganizmów w szlamie roboczym o ustalonym wieku i determinuje własności całkowitego osadzania się poje12

188 698 dynczego szlamu. Ścieki mogą być zasadniczo pochodzenia domowego albo przemysłowego albo mogą być mieszaniną obu typów ścieków.

Opisana przemysłowa woda odpadowa różni się od całkowitej wody odpadowej gospodarstwa domowego, która zasadniczo zawiera odpady pochodzenia ludzkiego (kał, mocz), ścieki z mycia ciała, ścieki z prania odzieży i ścieki z przygotowywania żywności. Ścieki przemysłowe - przemysłowa woda odpadowa to zasadniczo te ścieki, które wytwarzane są podczas produkcji produktów, a w szczególności te ścieki, które ulegają biodegradacji.

Zakres funkcjonowania sposobu i urządzenia według wynalazku obejmuje różne frakcje składników wody odpadowej; frakcje te mogą być różne w ściekach domowych i przemysłowych.

Istotne jest, iż istnieją różne frakcje a ich względna ilość ma wpływ na metodologię zastosowania wynalazku i konfigurację realizowanego procesu.

Istotne jest, iż ścieki zwykle zawierają rozpuszczalne i nierozpuszczalne składniki, do których należą łatwo degradowalne rozpuszczalne związki organiczne, trudniej degradowalne rozpuszczalne związki organiczne, niedegradowalne rozpuszczalne związki organiczne, łatwo hydrolizowane i degradowane substraty cząstkowe, wolno degradowalne cząstkowe i niedegradowalne cząstkowe substraty. Substraty te, ich względne stężenia i ich względne stężenia względem innych składników, takie jak TKN (całkowity azot Kjeldahl), NH3-N, NO3-N, całkowity fosfor i orto fosforan mogą mieć duży wpływ na prędkość i wytwarzanie pewnych gatunków mikroorganizmów o rozproszonym wzroście.

Metodologia obróbki wody odpadowej z rozproszonym wzrostem zwykle obejmuje środowiska i mechanizmy reakcji tlenowych, beztlenowych i anaerobowych, poprzez które następują przekształcenia energii, obejmujące akceptory elektronów dla uzyskania zmniejszenia całkowitego (netto) stężenia związków organicznych, zmierzonych technikami BOD, COD, TOC oraz stężenia azotu i fosforu (fig. 5).

Na fig. 5 rysunku przedstawiono zależności wartości potencjału oksydoredukcyjnego - potencjału redoks (ORP) i procesów 1-8 następujących podczas obróbki w w-arunkach tlenowych, beztlenowych i anaerobowych, przy czym procesy 1-8, obejmują kolejno 1. utlenianie węgla organicznego, 2. akumulację polifosforanów, 3. nitryfikację, 4. denitryfikację, 5. depolimeryzację polifosforanów·', 6. odsiarczanie, 7. kwaso- i octogenezę, 8. metanogenezę.

Na fig. 5 rysunku przedstawione są więc różne, odpowiednie strefy potencjału oksydoredukcyjnego - potencjału redoks jakie występują w obróbce wody odpadowej z aktywowanym szlamem.

Wynalazek dotyczy usuwania związków węgla, azotu i fosforu poprzez. kolejne strefy, wszystkich zgodnie z określonymi ramami czasowymi cykli czasowych oraz zgodnie z określeniem i utrzymywaniem krytycznej szybkości oddychania. Wartość krytyczną szybkości oddychania (szybkość zużycia tlenu) określa kinetyka szybkości zmian postępu od dodatniego potencjału redoks (tlenowy) do ujemnego potencjału redoks (beztlenowy).

Reżimy procesowe mające miejsce podczas obróbki wody odpadowej mikroorganizmami z rozproszonym wzrostem można ogólnie opisać poprzez stężenie rozpuszczonego tlenu, azotanu, azotu azotanowego, siarczanu, fosforanu i częściowo poprzez skalę potencjału redoks (ORP) względem standardowej elektrody wodorowej. Dodatnie wartości ORP zwykle dotyczą warunków utleniających, zaś wartości ujemne ORP zwykle dotyczą warunków redukujących. Nie ma określonej relacji pomiędzy ORP a stężeniem rozpuszczonego tlenu w skali dodatniej, pomimo, iż wprowadzenie tlenu powoduje zmianę wartości ORP tak, że będzie ona mniej ujemna albo bardziej dodatnia. Temperatura może wpłynąć na wartość względną ORP, podobnie jak obecność i gęstość względna gatunku mikroorganizmów. Zasadniczo usunięcie związków węgla i związków TKN wymaga warunków aerobowych, usunięcie NO3-N i N02-N wymaga warunków beztlenowych do anaerobowych z cyklicznym wystawieniem biomasy, albo specyficznych frakcji aktywowanej biomasy szlamowej w napowietrzającym reaktorze, w celu uzyskania ORP środowisk reakcji, które wahają się pomiędzy około 50mV do -150mV (elektroda odnośna wodorowa) dla umożliwienia przeprowadzenia wszystkich reakcji roboczych. Rzeczywiste dyskretne mechanizmy, choć są ważne dla wyników obróbki nie są istotne dla niniejszego przykładowego wykonania sposobu według wynalazku.

188 698

Istnieją reżimowe warunki reakcji, które pozwalają na uzyskanie krzywej wydajności, która jest niezbędna dla umożliwienia usunięcia szlamu o wspomnianych powyżej parametrach. Typowe ścieki domowe opisane są przez odniesione do przepływów 24-godzinnych próbki złożone, w których zmierzone parametry całkowitego COD, TKN, fosforu wynoszą do 1000 mgL'¹, 85 mgL'¹ i 15 mgl'¹ i tak dalej.

Tabela ł

Stężenia wybranych składników w miejskich wodach odpadowych

Składnik	Stężenie (mg/L) odniesione do natężenia wody odpadowej
	Silne (mg/L)	Średnie (mg/L)	Słabe (mg/L)
(a) BOD	400	220	110
(b) COD	1000	500	250
(c) SS	350	220	100
(d) Azot
Łącznie	85	40	20
Organiczny	35	15	8
Amoniak	50	25	12
Azotyn	0	0	0
Azotan	0	0	0
(e) Fosfor
Łącznie	15	8	4
Organiczny	5	3	1
Nieorganiczny	10	5	3
(f) Zasadowość (jako CaC<03)	150	100 '	50

Skróty w tabeli oznaczają;

BOD - biochemiczne zapotrzebowanie na tlen COD - chemiczne zapotrzebowanie na tlen SS - zawiesina substancji stałych

Względne ilości węgla, azotu i fosforu wskazane przez wartości literaturowe w tabeli 1 różnią się znacznie od tych wymaganych dla normalnych hodowli biologicznych, co znajduje odbicie w proporcji węgla i azotu podanych przez analizę empiryczną dla materiału komórkowego - C5H7NO2 - razem z faktem, iż komórki zawierają około 1 do 2% wag. fosforu. Oznacza to, iż w surowym ścieku węgiel występuje w niedoborze w stosunku do azotu i fosforu jak to przedstawiono w tabeli 2. Ten niedobór jest gorszy dla osadzonego ścieku i jest tym większy gdyż, około 50% organicznego węgla jest utleniane do CO2 w obróbce biologicznej.

Zwykle w wycieku z instalacji obróbki biologicznej, azot i fosfor znajdują się w nadmiarze w stosunku do wymagań - norm biologicznych. Postać, w jakiej te składniki odżywcze są obecne w wycieku może znacznie się różnić od tej we wcieku.

Azot obecny jest w surowym ścieku głównie jako azot organiczny i amoniak, przy czym większość pochodzi z hydrolizy mocznika, głównego składnika moczu. W obróbkach biologicznych, część tego azotu włączona jest w nowy wzrost komórkowy i jest usuwana jako szlam biologiczny to znaczy szlam zawierający komponent biologiczny,' który może zawierać także część niebiologiczną, natomiast większość z pozostałego azotu może być albo w formie amoniaku albo też, zależnie od warunków panujących w instalacji, występować w postaci utlenionej, tj. azotanu, a w mniejszym stopniu azotynu. Część azotu organicznego pozostaje również w wycieku, głównie w połączeniu z ciałami stałymi zawieszonymi w wycieku.

188 698

Tabela 2

Nierównowaga odżywki w miejskich wodach ściekowych dla wody ściekowej o średnim natężeniu

Składnik	Względne proporcje
	Węgiel (mg/L)	Azot (mg/L)	Fosfor (mg/L)
Typowa biomasa (C5H7NO2, & P = N/5)	60	14	2,8
Woda ściekowa	BODS=220mg/L BOD_uh=323 mg/L Węgiel = 120 mg/L	NH4-N = 25mg/L Org. -N=15 mg/L Całkow.N=40mg/L	Całkowity P=10mg/L
Pobór przy wzroście komórki (Wydajność całkowita = =⁰,^{5) gk}omC/^gściekć-	60	14	2,8
Stężenie wycieku resztkowego (mg/L)	-	26	7,2
Całkowite usuwanie (96)	100%	35%	28%

Skróty w tabeli oznaczają;

C5H7NO2 - wzór chemiczny reprezentujący biomasę

P=N/5 - teoretyczna proporcja stężenia fosforu jako ułamka azotu we wzorze biomasy

BOD - biochemiczne zaporrzebowanie na tlen

BODS - rozpuszczalny BOD

BODuit - końcowe biochemiczne zapotrzebowanie na tlen gkom^C - węgiel komórkowy, ilość gramów węgla w komórkach biomasy gidkC - węgiel wody odpadowej, ilość gramów węgla w wodzie odpadowej

Fosfor obecny jest w surowych ściekach w dwóch głównych postaciach - organicznej i nieorganicznej. Istnieją w rzeczywistości liczne postacie związków fosforu w surowych wodach odpadowych, czy to w roztworze czy też w zawiesinie. Nieorganiczne postacie rozpuszczone składają się głównie z ortofosforanów i skondensowanych fosforanów, zaś rozpuszczone postacie organiczne stanowią ortofosforany organiczne.

Jeden ze specyficznych mechanizmów dotyczy warunków reakcji, które prowadzą do maksymalizacji początkowej prędkości usuwania i przechowywania łatwo degradowalnej frakcji rozpuszczalnej strumienia wciekowego ścieków wchodzącego do instalacji obróbczej. Instalacja obróbcza jest tu opisana jako zespół do przyjmowania wody odpadowej, zespół do wprowadzania strumienia wciekowego wody odpadowej w styczność z wytworzonymi aktywnymi mikroorganizmami, zespół który ma utrzymywać wspomnianą wodę odpadową w . styczności z mikroorganizmami degradującymi w celu wpłynięcia na krzywą wydajności oraz zespół do rozdzielania wspomnianej obrobionej wody odpadowej od degradujących i pozostających mikroorganizmów. Krzywa wydajności dotyczy wytworzenia albo obecności wystarczającego stężenia aktywnych mikroorgmnzmów (Xo) takiego, że bliski kontakt tych mikroorganizmów z wciskiem łatwo degradowalnego rozpuszczalnego substratu (So) z wody odpadowej powoduje szybką reakcję enzymatyczną, dzięki czemu So ulega przeniesieniu do hodowli bakteryjnej z wytworzeniem polihydroksymaślanu (PHB), glikogenu i/lub pośrednich związków „magazynowanych” wewnątrz struktury komórki reaktywnych mikroorganizmów z wytworzeniem glikokaliksu (koagulującego związku polisacharydowego). Przeniesienie substratu z fazy’ płynnej do fazy stałej wymaga energii. W /.mierzalnych warunkach reakcji tlenowej następuje gwałtowny wzrost zapotrzebowania na rozpuszczony tlen (szybkość zużycia tlenu). Ten ekwiwalent energii tlenu można łatwo zmierzyć poprzez wprowadzenie masy rozpuszczonego tlenu do aktywowanej biomasy szlamowej, prędkość zużycia mierzy się poprzez proste pomiary rozpuszczonego tlenu względem czasu. Jako iż względna wielkość stosunku So (stężenie łatwo degradowalnego rozpuszczalnego substratu w warunkach początko188 698 wych) do Xo (stężenie mikroorganizmów w warunkach początkowych) zwiększa się, szczytowa prędkość zużywania tlenu zwiększa się aż do osiągnięcia wartości maksymalnej albo plateau. Jest to pierwsza krzywa reakcji, która określa również masę i prędkość usuwania łatwo degradowalnych substratów rozpuszczalnych. Szybkość zużycia tlenu jest również równoległa do szybkości zużywania substratu rozpuszczalnego w fazie ciekłej, a to pozwala na sformułowanie wzajemnego związku energii - fig. 3.

Na fig. 3 przedstawiony jest idealistyczny schemat, obrazujący częściową penetrację DO do wnętrza cząstki kłaczkowatej. Model ten usiłuje przedstawić schematycznie, iż penetracja DO może zostać ograniczona poprzez stężenie DO w fazie objętościowej oraz wypadkową szybkość zużycia tlenu biomasy lub grudki cząstek kłaczków.

Jednostki przedstawione na fig. 3 oznaczają: DO - rozpuszczony tlen, N 2 - azot gazowy, NO3 -N - azot azotanowy.

Pomiar degradacji wody odpadowej przy zastosowaniu równowagi tlenu zakłada, iż wszystkie reakcje, w których następuje zużycie tlenu obejmują rozpuszczalny substrat w warunkach reakcji wzrostu biologicznego.

W rozproszonej wzrostowej kulturze, nowe mikroorganizmy tworzą się w miarę, jak następuje utrata innych żywych komórek poprzez endogenny metabolizm, lizogenię (lysis) i drapieżnictwo. Całkowita frakcja aktywna biokultury jest związana z; frakcją ograniczającą niedegradowalnych substratów, wciskiem szlamu (MCRT - czas przebywania w napowietrzonej, przeciętnej komórce) oraz z utratą żywotności komórkowej. Zmniejszenie dostępności pożywienia (początkowy warunek obciążenia) albo nadmierne (przedłużone) napowietrzenie hodowli, mającej ograniczoną dostępność żywności w efekcie spowoduje utratę żywotności mikroorganizmów

Przeniesienie rozpuszczonego tlenu do fazy płynnej dla zużycia poprzez sprostanie zapotrzebowaniu na tlen połączonych wody odpadowej i biokultury jest bardzo złożone.

Najważniejsze czynniki, które trzeba rozważyć obejmują skład chemiczny wody, specyficzną geometrię i mechanizm urządzenia przenoszącego, geometrię reaktora (szerokość, długość, głębokość boczną), zasilanie mocą na jednostkę objętości napełnionego reaktora, głębokość napełnienia napełnionego obszaru reaktora, całkowitą zawartość rozpuszczonych ciał stałych, stężenie pozostałego rozpuszczonego tlenu, temperaturę, napięcie powierzchniowe, średnią średnicę pęcherzyków powietrza, czas zatrzymania pęcherzyków powietrza w medium płynnym, zapotrzebowanie na tlen zawartości reaktora, prędkość przepływu powietrza przez urządzenie przenoszące tlen, stosunek powierzchni urządzenia przenoszącego powietrze do całkowitej powierzchni dna reaktora, rozkład powierzchni elementów podzespołu .napowietrzającego, wysokość, stężenie biokultury, wiek szlamu, aktywną frakcję biokultury, średni rozmiar cząstek biokultury, szybkość usuwania partii rozpuszczonego tlenu przez aktywowaną biomasę szlamową (określaną poniżej jako bioprędkość).

Tlen i szybkość jego zużycia, dla wszystkich zachodzących reakcji, obejmujących adsorpcję, absorpcję składników odżywczych, ich metabolizm do biociał stałych i następującą degradację aktywowanej biomasy szlamowej, mają zasadnicze znaczenie. Dlatego dostarczanie tlenu z odpowiednią szybkością jest kluczowym elementem do zastosowania cyklicznej aerobowej, fakultatywnej i anaerobowej metodologii obróbki mikrobiologicznej; dla całkowitej prędkości usuwania składników odżywczych przez środki utleniające i redukujące dla całkowitej prędkości akumulacji biociał stałych oraz dla całkowitego usuwania fosforanów metodami biologicznymi. Prędkość zasilania tlenem, jego całkowite stężenie resztkowe oraz bioprędkość, w stosunku do rozprowadzenia So/Xo ogólnie determinuje całkowite czynniki wzrostu dla różnych grup mikroorgamzmów ogólnie opisanych jako tworzących kłaczki albo jako postacie włókienkowate. Nadmierny wzrost postaci włokienkowatych jest szkodliwy produkcyjnie dla celów obróbki, jako iż stan ten powoduje przerwanie okresu czasu obróbki dla rozdzielania ciał stałych i płynów. Dlatego też konieczne jest, by wzrost biologiczny związany był głównie z mikroorganizmami tworzącymi kłaczki. Wskazane jest poznanie zalecanego przykładowego wykonania procesu oraz zespołu do kontroli obróbki aktywowanej biomasy szlamowej opartego na ustalonych punktach prędkości zużycia tlenu.

Usuwanie składników odżywczych przez każdy z mechanizmów - adsorpcji, biosorpcji, oksydacji i asymilacji z krańcową destrukcją aerobową biologicznych ciał stałych wymaga

188 698 innych frakcji tlenowych. Całkowite zużycie tlenu jest bezpośrednio związane z proporcją usuwania substancji odżywczych przez każdy mechanizm.

Bioprędkość jest funkcją stanu aktywowanej biomasy szlamowej i rodzaju rozpuszczalnego substratu w styczności z tą biomasą. Układ pojedynczego szlamu może być tak wykonany, by wykazywał maksymalną, bioprędkość i minimalną bioprędkość zależnie od czasu napowietrzenia i początkowego stosunku So/Xo. Aktywna frakcja biomasy szlamowej wpływa na zakres bioprędkości, którą będzie wykazywać ta biomasa szlamowa.

Na fig. 4 rysunku została przedstawiona zależność bioprędkości od początkowych warunków reakcji substrat - aktywne mikroorganizmy - degradowalna frakcja biomasy (Xd).

Dane wzięte z 5 serii układu reaktora pełnego mieszania o stałej objętości przedstawiono w celu zaprezentowania typowych wielkości i zmian, jakie zachodzą.

Tabela 3

Bioprędkość i towarzyszące parametry

So/Xo	MCRT	Bioprędkość I
mg/mg	D	mgO2g/VSS/godz.
4,0	1	147
1,0	2	90
0,5	3	66
0,25	8	56
0,21	15	43
0,21	40	35

Skróty w tabeli oznaczają;

So/Xo - początkowe warunki reakcji substrat - aktywne mikroorganizmy

MCRT - średni czas przebywania w napowietrzonej komórce

D - wiek napowietrzonego szlamu w dniach

VSS - lotne zawieszone cząstki stałe

Dla tych prędkości początkowy reaktor pracował z czasem przebywania 70 minut, a całkowity reaktor z czasem przebywania 420 minut.

Tabela 4

So/Xo (mg/mg) w funkcji bioprędkości (mg O₂/g VSS/godz.)

So/Xo	0,056	0,062	0,113	0,182	0,197	0,388	0,437	100	4,00
Bioprędkość	35,2	33,1	43,1	57,9	56,3	74,4	70,4	90,0	147

Chwilowa prędkość zużycia tlenu może być zwykle zmierzona poprzez metodę wagi stołowej, w którym wykonuje się pomiar czasowy stężenia wyczerpywania się rozpuszczonego tlenu utlenianej próbki aktywowanej biomasy szlamowej usuniętej z reaktora. Jest to prosty test porcjowy, który wymaga wyjęcia próbki z reaktora aktywowanej biomasy szlamowej, napowietrzenia, umieszczenia w reaktorze mieszanym, w którym umieszcza się czujnik pomiarowy rozpuszczonego tlenu; zapobiega się wtargnięciu powietrza. Gdy czujnik rozpuszczonego tlenu wykaże, że następuje wyczerpanie się tlenu, wykonuje się pomiary rozpuszczonego tlenu w stosunku do czasu.

Kontrola oddychania - respirometryczna, (taka jak obecnie praktykowana w obróbce z udziałem aktywowanej biomasy szlamowej) jest złożona i pośrednia. Prędkości oddychania mierzy się miernikiem, który zwykle składa się z zamkniętej, całkowicie wymieszanej komory respiracyjnej, przez którą w sposób ciągły przepompowuje się aktywowaną biomasę szlamową z reagującego zbiornika napowietrzającego. Stężenie rozpuszczonego tlenu mierzy się okresowo czujnikiem tlenu przy wlocie, jak również przy wylocie komory respiracyjnej, co można uzyskać przez zmienianie kierunku przepływu przy zastosowaniu układu zaworów (jako jednego sposobu).

188 698

Problem z pomiarem zawartości tlenu przy wlocie i wylocie komory respiracyjnej jest taki, że zawartość tlenu wewnątrz komory respiracyjnej różni się znacznie od zawartości tlenu przy wlocie i wylocie tej komory, dając tym samym błędny pomiar.

Według niniejszego wynalazku opracowano urządzenie do obróbki wody odpadowej oraz sposób obróbki wody odpadowej, w którym aktywność metaboliczną biomasy szlamowej utrzymuje się na poziomie, zapewniającym minimalną prędkość biologicznego usuwania składników odżywczych przez środki utleniające i redukujące; poprzez pomiar bioprędkości, jak to uprzednio określono wewnątrz reaktora poprzez pomiary, które zachodzą w wyniku detekcji zmian stężenia tlenu przy końcu sekwencji napowietrzania.

Urządzenie do obróbki wody odpadowej według niniejszego wynalazku zawiera reaktor, zdolny do utrzymywania ścieków w styczności z biologicznie aktywnymi, degradującymi mikroorganizmami, wlot wcieku dla przyjmowania ścieków do reaktora, podzespół napowietrzający, wprowadzający tlen do reaktora, podzespół sterujący dla sterowania wspomnianymi sekwencjami i koniecznym wyposażeniem, czujniki wykrywania względnych zmian w rozpuszczonym tlenie obecnym w reaktorze oraz regulator do sterowania m.in. ilością tlenu wprowadzanego do reaktora tak, że aktywność mikroorganizmów nie jest ograniczona przez ilość tlenu obecnego w reaktorze, przy czym detekcja tlenu następuje wewnątrz reaktora.

Sposób i urządzenie według niniejszego wynalazku wykorzystuje rozproszone wzrostowe kultury biologiczne dla obróbki wody odpadowej, a ponadto ogólnie określając urządzenie, zawiera następujące współpracujące ze sobą elementy - podzespoły sterujące; podzespół do utrzymywania maksymalnej potencjalnej bioprędkości w początkowej wyznaczonej nienapowietrzonej strefie reakcyjnej dla hodowli poprzez określone zmieszanie wcieku wody odpadowej i aktywowanej biomasy szlamowej z zasadniczej i ostatecznej wyznaczonej strefy reakcyjnej, podzespół do wprowadzania rozpuszczonego tlenu do określonej zasadniczej strefy (stref) reakcyjnej dla pracy we wstępnie określonym obszarze oraz wstępnie zaprogramowanych sekwencjach napowietrzania, podzespół do przerywania wcieku wody odpadowej do początkowej wyznaczonej strefy reakcyjnej, podzespół do usuwania frakcji supematantu oczyszczonej obrobionej wody odpadowej po zestawie sekwencji nienapowietrzania, podzespół do wykrywania i mierzenia położenia warstwy międzyfazowej supematantu osadzony aktywowany szlam, podzespół do interakcji powierzchni międzyfazowej z programem odpadu bioszlamowego z wykrywaniem położenia powierzchni międzyfazowej, podzespół do ustawiania automatycznych sekwencji czasowych dla pracy automatycznej podzespół do sterowania objętością zasadniczej, ostatecznej reakcji wyznaczonej jako jednostka o zmiennej objętości całkowitego mieszania, podzespół dla pomiaru bioprędkości w zasadniczej ostatecznej wyznaczonej objętości reakcyjnej przy zastosowaniu czujnika rozpuszczonego tlenu umieszczonego w objętości reaktora, podzespół do pomiaru szybkości zmiany stężenia rozpuszczonego tlenu i porównywania z rzeczywistą prędkością oddychania w celu sterowania prędkością wprowadzania rozpuszczonego tlenu do układu obróbczego, podzespół roboczy dla maksymalizacji stosunku potencjalnej prędkości zużycia tlenu (określanej poprzez określone zmieszanie wcieku i aktywowanej biomasy szlamowej z reaktora) do prędkości zużycia tlenu w reaktorze, podzespół do automatycznego ustawiania czasu trwania sekwencji napowietrzania według pomiarów i obliczeń rzeczywistej prędkości oddychania, podzespół do optymalizacji zastosowania mocy napowietrzania dla wpływania na nitryfikację i denitryfikację, podzespół do sterowania układem przez kontrolę bioprędkości w celu wpłynięcia na maksymalne usuwanie fosforu biologicznego, podzespół do sterowania procesem tak, by zasadnicza ostateczna wyznaczona objętość napowietrzania działała przy przybliżonej biologicznie stabilnej rzeczywistej szybkości oddychania (z poprawką na aktywną frakcję biomasy), podzespół do zastosowania szybkości zużywania rozpuszczonego tlenu, która wynika z przerywania przepływu powietrza do naczynia oraz algorytmu osadzania się stężenia aktywowanie] biomasy szlamowej w celu zapewnienia parametru bioprędkości, podzespół do usuwania płynu supernatantu w pobliżu powierzchni od około 20 cm pod powierzchnią płynu ze stalą do równoważnych głębokości płynu do dwóch metrów w zalecanej głębokości reaktora 5-6 metrów, przy czym konfiguracje reaktora pozwalają na usytuowanie zasilania środkowego przy końcu naczynia albo w poprzek naczynia, i konfiguracje reaktora pozwalają na położenie

188 698 poprzeczne lub podłużne urządzeń dekantacji wycieku, dzięki czemu urządzenie i sposób wykorzystuje się do obróbki wody odpadowej.

Urządzenie do obróbki ścieków może składać się z jednego bądź wielu reaktorów- i minimum jednego zasadniczego reaktora. W zalecanym przykładowym wykonaniu, urządzenie do obróbki wody odpadowej składa się z przynajmniej dwóch reaktorów w zespole połączenia płynowego. W jednym z przykładowych wykonań, urządzenie składa się z kilku reaktorów w połączeniu płynowym, w których różne składniki takie jak azot, fosfor, węgiel i tym podobne, są razem zbiorczo usuwane w różnych reaktorach. W dalszym przykładowym wykonaniu zawartość tlenu w każdym reaktorze różni się znacząco.

W szczególnie zalecanym przykładowym wykonaniu, urządzenie do obróbki wody odpadowej składa się z przynajmniej dwóch reaktorów, pierwszego reaktora z wieloma strefami, zwykle nienapowietrzanego, dzięki czemu zachodzi absorpcja i mechanizmy uwalniania biologicznego fosforu i drugiego reaktora, który pracuje poprzez cykliczne warunki tlenowe beztlenowe - anaerobowe dla degradacji z udziałem mikroorganizmów związków węgla i związków TKN w wodzie odpadowej oraz usuwania NO 3 -N, NO2 -N i usuwania P w wodach odpadowych; obydwa reaktory są połączone płynowe.

W kolejnym przykładowym wykonaniu instalacja do obróbki odpadów zawiera jeden zasadniczy reaktor, zwany reaktorem a warunki wewnątrz reaktora ustawiane są cyklicznie tak, że zmieniają się one od aerobowych do beztlenowych do anaerobowych i powtarzają się przy zastosowaniu określeń opisanych uprzednio.

Zespół do wykrywania tlenu może być dowolnym zespołem nadającym się do wykrywania rozpuszczonego tlenu. Zaleca się, by zespół do wykrywania tlenu wykrywał tlen rozpuszczony - czujnik stężenia rozpuszczonego tlenu. Szczególnie korzystne jest, gdy czujnik stężenia rozpuszczonego tlenu stanowi elektroniczny czujnik tlenu zdolny do pomiaru szybkości zmiany stężenia rozpuszczonego tlenu jako pierwotnego sygnału kontrolnego 4-20 miliamperów poprzez zastosowanie programowalnego komputera logicznego, względnie innego sterownika logicznego, przez który wytwarzane są sygnały wyjściowe. Sygnały pozwalające na .interaktywną kontrolę szybkości wprowadzania powietrza do reaktora według ustalonego profilu stężeń. Szczególnie korzystne jest, by stężenie tlenu wykrywać jako efekt napowietrzania mieszanki woda odpadowa/mikroorganizmy w reaktorze.

Stężenie tlenu reguluje się zwykle w czasie obróbki wody. Korzystnie, stężenie tlenu w mieszance woda odpadowa/mikroorganizmy reguluje się w czasie sekwencji napowietrzania. W szczególności, aktualne stężenie tlenu sterowane jest poprzez regulację czasu trwania sekwencji napowietrzania i/lub regulację przepływu powietrza w sekwencji napowietrzania. Przepływ powietrza może być sterowany przez mechanizm kontroli prędkości na generatorze przepływu powietrza zasilającego albo w przepływie powietrza przez mechanizm kontroli położenia odpowiedniego zaworu sterującego albo innego zespołu, który będzie właściwy dla urządzenia wejściowego tlenu. Kontrolowanie przepływu powietrza przez któryś z tych zespołów powoduje kontrolę prędkości przenoszenia masowego rozpuszczonego tlenu do reaktora.

Zaleca się, by czujnik tlenu umieszczony był wewnątrz samego reaktora. Czujnik tlenu jest umieszczony wewnątrz mieszanki woda odpadowa/mikroorganizmy. Szczególnie korzystnie jest, gdy czujnik tlenu jest umieszczony około 30 cm od każdej z powierzchni dna zasadniczego reaktora. Alternatywnie, czujnik może być umieszczony w rurze, przez którą przepompowywana jest aktywowana biomasa szlamowa z zasadniczego reaktora.

W jednym z przykładowych wykonań niniejszego wynalazku, czujnik tlenu oblicza rzeczywisty pobór tlenu w reaktorze na podstawie sumy endogennego albo podstawowego poboru tlenu i szybkości poboru tlenu dla utleniania łatwo biodegradowalnych substratów, takich jak substraty w postaci węgla i azotu, zależnie od mikroorganizmów, które są obecne i wieku szlamu roboczego układu, biorąc pod uwagę wysokość i temperaturę.

Prace doświadczalne wykazały istnienie związku pomiędzy stosunkiem potencjalnej szybkości zużycia tlenu a osadzalnością szlamu, przy założeniu że stężenie rozpuszczonego tlenu nie jest ograniczające. Istnieje dalszy związek odnoszący się do wartości rzeczywistej szybkości zużycia tlenu oraz prędkości wyczerpywania potencjału oksydoredukcyjnego. Wartość rzeczywistej szybkości zużycia tlenu, przewyższająca endogenną prędkość zużycia

188 698 tlenu odnosi się również do ilościowego ujęcia masy zmagazynowanego łatwo degradowalnego, rozpuszczalnego substratu pozostającego w aktywowanej biomasie szlamowej oraz zdolności tej biomasy do uczestniczenia w mechanizmach ilościowego wzmocnionego usuwania fosforu biologicznego. Przykładowe wykonanie wynalazku ma zapewnić podzespół napowietrzający (do utrzymywania przeniesienia masowego tlenu) poprzez napowietrzanie, które w przybliżeniu równa się zapotrzebowaniu tlenowemu aktywowanej biomasy szlamowej i w ten sposób spowodowania nastąpienia mechanizmów degradacji aerobowej przy optymalnym zużyciu energii przeniesienia tlenu. Zapewniony jest automatyczny podzespół do ustalania długości sekwencji napowietrzania, masy mikroorganizmów, które mają być przeniesione do reaktora, ustalania pożądanego profilu stężenia rozpuszczonego tlenu zgodnie z wynikową pr^<^^<^^cią ustalonego punktu zużycia tlenu, zmierzoną przy końcu sekwencji napowietrzania oraz wielkości stosunku POUR/OUR.

W przykładowym wykonaniu sposobu według wynalazku następuje równoczesna nitryfikacja - denitryfikacja oraz następują mechanizmy biologicznego usuwania fosforu, które są dobrze znane fachowcom z tej dziedziny techniki.

W jednym z przykładowych wykonań jest jeden lub więcej reaktorów, pierwszy przyjmuje w połączeniu płynownym, mieszaninę wody odpadowej i mikroorganizmów zawartych w zmieszanym płynie z ostatniego reaktora.

W zalecanym przykładowym wykonaniu sposobu według wynalazku następuje wykorzystanie reaktora zasilanego porcjami reagenta, który zasadniczo pracuje jako reaktor całkowicie wymieszany podczas sekwencji napowietrzania, chociaż o zmiennej objętości, podczas pracy którego to reaktora wprowadza się połączony przepływ wciskowego ścieku domowego oraz przepływ zmieszanych ciał stałych płynu z reaktora zasilanego partiami.

Szczególnie korzystne jest, by mieszanka woda odpadowa/mikroorganizmy przechodziła przez całkowity cykl napowietrzania. Ta sama mieszanka przechodzi następnie cykl nienapowietrzania, w czasie którego warstwa stała i górna warstwa supematantu rozdzielają się. Sekwencja zdarzeń kończy się poprzez usunięcie frakcji górnej warstwy supematantu z zasadniczego reaktora przy zastosowaniu zespołu dekantacji. Cały cykl następnie powtarza się.

Kontrola i pomiary zdolności oddychania (zdolności respirometrycznej) biomasy bezpośrednio w zasadniczym reaktorze umożliwione są poprzez pracę przy mieszaniu całkowitym z powietrzem włączonym i wyłączonym, która zachodzi w zalecanej metodologii obróbki biomasy szlamowej o zmiennej objętości. Możliwe jest również sprawdzenie postępu obróbki w sekwencji reakcji napowietrzania poprzez przerwanie dopływu powietrza i następujący po tym pomiar prędkości wyczerpywania się rozpuszczonego tlenu.

Pomiar szybkości zużycia tlenu przy końcu sekwencji, połączony z porównaniem uzyskanej objętości procesu (względem minimalnych objętości ustalonego punktu) zapewnią podstawę dla automatycznej regulacji wewnątrzsekwencyjnej cyklu napowietrzania, która efektywnie zwiększa obciążenie organiczne, a stąd szybkość zużycia tlenu jako zapewnienie wiązania biologicznego fosforu, po jego uwolnieniu podczas niekorzystnych warunków reakcji wychwytu.

Stosowane zwykle według stanu techniki oddychanie wewnątrzukładowe (respirometria wewnątrzukładowa) polega na pomiarze stężenia rozpuszczonego tlenu przy wylocie komory respiracyjnej usytuowanej oddzielnej względem reaktora biomasy szlamowej, stężenia które jest równe stężeniu rozpuszczonego tlenu w komorze respiracyjnej i które nie powinno ograniczać prędkości procesu. Jeżeli jest to konieczne, biomasa szlamowa powinna być napowietrzona przed wejściem do komory respiracyjnej. Prędkość oddychania jest zwykle mierzona co minutę od równowagi masowej rozpuszczonego tlenu w oddzielnej komorze respiracyjnej. Rzeczywista prędkość oddychania określona jest jako prędkość poboru tlenu w zasadniczym reaktorze napowietrzania. W celu zmierzenia tej prędkości, aktywowany szlam z reaktora napowietrzania jest ciągle pompowany do wewnątrzukładowej oddzielnej komory respiracyjnej, która jest równa średniej prędkości rzeczywistej oddychania w zasadniczym reaktorze aktywowanej biomasy szlamowej przy założeniu, że ładowanie biomasy szlamowej w komorze respiracyjnej równe jest ładowaniu w reaktorze napowietrzania. W celu równoważności wsadu, wciek jest ciągle dodawany do szlamu przepływającego do komory respiracyjnej w proporcji:

188 698

Qsam Qin Vres/V at

Qsam = przepływ próbki wcieku do komory respiracyjnej

Qn = przepływ wcieku

V_res = objętość komory respiracyjnej

Vat ~ objętość zbiornika napowietrzania

We wszystkich przypadkach oddychanie wewnątrzukładowe mierzone jest w wersji wyskalowanej warunków ładowania organicznego, które istnieją w głównym napowietrzanym reaktorze instalacji aktywowanej biomasy szlamowej. W ten sposób identyfikuje się wiele prostych szybkości oddychania; endogenną szybkość oddychania, która jest zwykle zdefiniowana jako prędkość poboru tlenu aktywowanej biomasy szlamowej, który napowietrzano przez 1,5 godziny bez zasilania. Maksymalna szybkość oddychania jest zdefiniowana jako szybkość poboru tlenu aktywowanej biomasy szlamowej z nadmiarem rozpuszczalnego substratu (materii łatwo biodegradowalnej). Szybkość tę mierzy się, gdy nadmiar wcieku wprowadza się w sposób ciągły do biomasy szlamowej, przepływającej do komory respiracyjnej. Chwilowa szybkość oddychania zdefiniowana jest jako szybkość poboru tlenu aktywowanej biomasy szlamowej, przepływającej bezpośrednio z wymieszanego całkowicie reaktora napowietrzania, poprzez komorę respiracyjną. Szybkość ta jest zwykle niższa od szybkości poboru tlenu w reaktorze napowietrzania, (rzeczywistej szybkości oddychania). Wartość bezwzględna chwilowej szybkości oddychania zależy od czasu zatrzymania w komorze respiracyjnej. Maksymalna szybkość oddychania aktywowanej biomasy szlamowej jest również równoważna jej potencjalnej szybkości zużycia tlenu.

Przykładowe wykonanie sposobu według niniejszego wynalazku wykorzystuje sterowanie rzeczywistą szybkością oddychania z pomiarów otrzymanych z wnętrza napowietrzanego reaktora, a nie z wewnątrzukładowej oddzielnej jednostki wykrywania (jak to jest obecnie powszechnie praktykowane).

Rzeczywista szybkość oddychania w zalecanym przykładowym wykonaniu wynalazku jest sumą endogennego albo podstawowego oddychania prędkości poboru tlenu dla utleniania łatwo biodegradowalnego substratu, zarówno w postaci węgla jak i azotu, przy czym to ostatnie zachodzi wyłącznie, jeżeli wybiórczo wyhoduje się biomasę nitryfikującą. Przy maksymalnej szybkości oddychania aktywowana biomasa szlamowa będzie w stanie przeładowania, co spowoduje niecałkowite usunięcie łatwo biodegradowalnego substratu. Oznacza to, iż istnieje krytyczna szybkość oddychania pomiędzy maksymalną a podstawową szybkością oddychania i przy tej szybkości, jakość wycieku odpowiada żądanym wymogom. Ponadto, jest zadowalające usunięcie łatwo biodegradowalnego substratu. W żadnym czasie zdolność utleniania nie powinna ograniczać prędkości przebiegu procesu. Konieczne jest, by procesy kinetyczne, wykorzystujące rozpuszczony tlen nastąpiły w czasie reakcji, czasie zapewnionym dla ukończenia tych reakcji. W wypadku mechanizmów nitryfikacji, przeniesienie tlenu wymagane przez zapotrzebowanie tlenowe musi być spełnione przez związek pomiędzy zasilaniem tlenem a czasem - wskazane i zapewnione przez pomiar oddychania. Konieczne jest początkowe określenie poprzez zespół ręczny; prędkości ładowania, rzeczywistych szybkości oddychania oraz stężenia rozpuszczonego tlenu. Korzystne jest, gdy rzeczywista szybkość oddychania jest zawsze równa albo bliska krytycznej rzeczywistej szybkości oddychania. W tym wypadku aktywowana biomasa szlamowa nigdy nie jest przeładowana i działa przy maksymalnej dopuszczalnej szybkości. Dlatego też całkowita ilość aktywowanej biomasy szlamowej utrzymywainej w układzie jest optymalna, a metaboliczna aktywność biomasy szlamowej może być utrzymywana przy dopuszczalnych wartościach tak, by towarzyszyć innym reakcjom usuwania składników odżywczych. Ideainą stałą rzeczywistą, szybkość oddychania można zawsze ustalić poprzez manipulację stężeniem aktywowanej biomasy szlamowej, czasem napowietrzania i pr^^^<^^cią zapotrzebowania na tlen (zasilania tlenem).

Fachowcom znanych jest wiele sposobów działania układów obróbki wody odpadowej przez mikroorganizmy o rozproszonym wzroście. Obejmują one zwykle pracę jednego bądź wielu połączonych reaktorów, przy stałej objętości przynajmniej jednego z nich, który jest napowietrzany w sposób ciągły, przez które to reaktory przepływa mieszanina wody odpadowej i mikroorganizmów. Reaktor zasadniczy w tych układach stanowi „spokojny” nienapowie188 698 trzany reaktor, w którym zachodzi rozdzielanie płynów i ciał stałych, przy czym czystym, górnym supematantem jest obrobiony wyciek, a dolny strumień stanowią ciała stałe, które kierowane są do odpadów i do zbiorników reaktantów. Zachodzą również różne wewnętrzne przepływy zwrotne. Choć wynalazek można przykładowo wykonać w tej konfiguracji, nie jest on tak ograniczony do tego zastosowania. W swym zalecanym przykładowym wykonaniu, przedmiotem wynalazku jest zastosowanie reaktora zasilanego porcjami reagenta, który zasadniczo działa jako reaktor całkowitego mieszania w czasie sekwencji napowietrzania, chociaż przy zmiennej objętości, podczas którego to czasu wprowadza się połączony przepływ wciekowy wody odpadowej i przepływ mieszanego płynu z ciałami stałymi z reaktora.

Wynalazek ten, w swym zalecanym przykładowym wykonaniu, dotyczy szczególnie wytwarzanych warunków reakcji, a nie liczby i stref objętości reaktora, przez które przechodzą, wspomniane reagenty. Nie stanowi to jednak ograniczenia przykładowego wykonania wynalazku. Przede wszystkim opisanej frakcji objętości, gdy reaktor zasilany porcjami reagenta podlega całkowitemu mieszaniu z napowietrzaniem, w czasie specyficznego cyklu napowietrzania, może być przypisana kinetyka całkowitego mieszania przy zmiennej objętości. Postępując według specyficznej sekwencji nienapowietrzania, w trakcie której warstwa ciał stałych warstwa górna supematantu rozdzielają się, względne głębokości są zależne od istniejącego już przebiegu przepływu kontaktowego wciekowej wody odpadowej oraz stężenia mieszanki ciał stałych płynów strumienia ciał stałych, który kierowany jest z zasadniczo zmiennej objętości całkowitego mieszania do strumienia wcieku wody odpadowej dla zmieszania. Ta przykładowa realizacja sposobu wymaga podzespołu do usuwania określonej frakcji górnej warstwy supematantu w czasie ciągłej sekwencji nienapowietrzania. Gdy czynność ta zostanie ukończona, napowietrzona sekwencja jest kontynuowana z dalszym domieszaniem reagentów jak wcześniej opisano.

Nie ograniczając przykładowego wykonania sposobu według wynalazku, tryb obróbki przy użyciu reaktora zasilanego porcjami reagenta najłatwiej jest zrealizować w więcej niż jednym reaktorze. Cykle napowietrzania można łatwo ustawić na 2 godziny, a dwa inne reaktory na wielokrotności. Inne cykle pracy można ustalić na 3 reaktory, a inne dodatki, na parzystą albo nieparzystą pracę reaktora. Przykładowe wykonanie wynalazku, choć nie jest ograniczone do ilości reaktorów, łatwo jest wyjaśnić przy użyciu modułu obejmującego reaktory.

Chociaż wstępne objętości reakcyjne mają ważny wpływ na wydajność metodologii obróbki, zasadniczo wymagane jest, by była to główna frakcja objętościowa reaktora zasilanego porcjami, ponad 50%, która poddana jest warunkom reakcji całkowitego mieszania przy zmiennej objętości, przy zastosowaniu specyficznego urządzenia dla połączonego napowietrzania i mieszania.

Chociaż zalecane jest, by stosować układ rozproszonego napowietrzania, nie ogranicza to zastosowania sposobu według wynalazku. Opisane zostaną dwie konfiguracje wynalazku. Obie konfiguracje wymagają zastosowania czujnika rozpuszczonego tlenu, mającego dopuszczalny czas odpowiedzi dla pomiaru szybkości zmiany stężenia rozpuszczonego tlenu (dO2/dt).

Pierwsza konfiguracja wymaga zastosowania odpowiedniego czujnika rozpuszczonego tlenu, uzupełnionego układem elektronicznym koniecznym dla umożliwienia pomiaru szybkości zmiany stężenia rozpuszczonego tlenu jako sygnału sterowniczego, poprzez zastosowanie odpowiedniego programowalnego komputera albo innego programowalnego sterownika logicznego, wytwarzaj ącego sygnały wyjściowe, umożliwiające interaktywne sterowanie prędkością wprowadzania powietrza do reaktora całkowitego mieszania (i/lub innych wskaźników przyłączonego hydraulicznie reaktora), w czasie sekwencji napowietrzania. Sterowanie interaktywne odbywa się poprzez dozowanie czasu trwania sekwencji napowietrzania w połączeniu z przepływem powietrza przez mechanizm sterowania prędkością, dołączony przy źródle powietrza albo z przepływem powietrza przez mechanizm kontrolujący położenie odpowiedniego zaworu sterowniczego, stanowiących środki do ograniczania przepływu powietrza. Sterowanie przepływem powietrza przez inny zespół powoduje sterowanie prędkością, przenoszenia rozpuszczonego masowego tlenu do reaktora zasilanego porcjami reagenta całkowitego mieszania.

188 698

W pierwszym zalecanym przykładowym wykonaniu wynalazku wymagany jest minimum jeden reaktor, korzystnie pracujący jako reaktor zasilany porcjami reagenta, który pracuje jako reaktor aktywowanej biomasy szlamowej ze zmienną objętością. W czasie procesu napełniania i napowietrzania tam, gdzie stosuje się więcej niż jeden przedział reaktora, będą one w kontakcie płynowym.

Ważną cechą wynalazku jest sposób i wlot wcieku materiału odpadowego, przy pomocy którego obrabiane ścieki wprowadzane są do zespołu reakcyjnego. Ważny jest również początkowy stosunek masowy ciał stałych aktywowanej biomasy szlamowej, który doprowadzony jest do zetknięcia się z wciekowym przepływem odpadu. Ponadto, istotny jest czas interakcji tych przepływów składowych i sposób, w jaki utrzymywane jest wzajemne mieszanie się i przesiewanie tych dwóch strumieni przepływu. Jeden ze sposobów stosowanych w przemyśle wykorzystuje albo stałe podpowierzchniowe albo pływające powierzchniowe elektrycznie napędzane śmigła, które powodują wystąpienie kierunkowego przepływu i wzajemne mieszanie się faz ciał stałych oraz płynnych. Wynalazek można również zastosować w takim trybie pracy. Zalecane przykładowe wykonanie wynalazku nie zawiera żadnego specjalnie zainstalowanego sprzętu wspomnianego powyżej rodzaju. Mieszanie według wynalazku jest w różny sposób powodowane poprzez uruchamianie podzespołów napowietrzających, co ma zasadnicze znaczenie dla utrzymywanych procesów aerobowej degradacji i degradacji beztlenowej, i/lub projektu połączonych warunków przepływu przy zastosowaniu przewodów, kanałów i przegród kierunkowych przepływu.

Korzyści według wynalazku, wynikają także z zastosowania podzespołu do wprowadzania we względnych proporcjach ciał stałych aktywowanej biomasy szlamowej i ścieków, czasu styczności przepływowo-mieszanej tych dwóch strumieni oraz sposobu, w jaki stosuje się kinetyczne naturalne mieszanie w początkowym okresie styczności. Połączony czas reakcji początkowej ma według wynalazku umożliwić minimum 65% usunięcie frakcji substratu łatwo degradowalnego zawartego w ściekach. Frakcja ta może być zmienna w ściekach. Na przykład, dla BOD około 300 mg/l i związanego COD około 600 mg/l, w ściekach domowych oraz dla typowego projektu recykulacji, przyjęcie za podstawę 25% frakcji łatwo degradowalnego rozpuszczalnego substratu da akceptowalne, dobre wyniki procesu. Żądany rezultat umożliwi czas reakcji procesu wynoszący dwadzieścia do około sześćdziesiąt minut czasu przetrzymywania płynowego wewnątrz selektora biologicznego (objętość zasilanego reaktora, w której prowadzony jest selektywny wzrost biologiczny), przy założeniu, że przegroda wymagana dla projektu układu i ustawienie wlotu zapewni właściwy stopień dyspersji oraz odpowiednią energię mieszania, która wzmocni biologiczne zarodkowanie kłaczków i agregację. Rozmieszczenie przegród przepływu górnego i dolnego względem oznaczonego poziomu dolnego wody i dna reaktora stanowi także cechę wynalazku. Otwarty obszar dla dolnego przepływu (przegroda umieszczona w odstępie od dna reaktora) jest ograniczony dla wytworzenia wysokiej energii przepływu dolnego, która jest ponad trzy razy większa niż średnia energia przepływu poprzez przelew górnego. Wolny obszar przepływu dolnego wykorzystuje część dostępnej długości przegrody dolnego przepływu. W ten sposób ustala się warunki powstawania wysokiej energii mieszania w pobliżu sekcji dna reaktora, po których następują strefy zmniejszonej energii fluktuacji - agregacji w strefie górnej, utworzone przez przegrody przepływu górnego. Geometria strefy wlotowej jest zaprojektowana tak, by wzmagać tworzenie stref energii pulsacyjnej, które zapewniają transport i wzrost kłaczków, wraz z reakcjami biologicznymi usuwania rozpuszczalnego BOD i konwersji w produkty magazynowania wewnątrzkomórkowego, częściowej denitryfikacji i uwolnienia fosforu przez biologiczne mikroorganizmy sekwestrujące fosfor, których w’zrost wywołanyjest w biomasie.

Wszystkie wyżej opisane procesy, następują w pojedynczym reaktorze, zalecane przykładowe wykonanie - stanowiące jedno z wielu, różnych rozwiązań, w których może być zastosowany sposób i urządzenie według wynalazku wykorzystuje instalację obejmującą cztery (4) reaktory albo instalację czteromodułową, jak przedstawiono na fig. 6 rysunku.

Pojęcie moduł jest stosowane dla rozróżnienia, gdy jest połączona większa ilość reaktorów i stosowane są one do eksploatacji jako pojedyncza jednostka w urządzeniu wielojednostkowym. Każdy moduł może zawierać jeden (1) do N (gdzie N >1) połączeń reaktorowych. System czteromodułowy w swej najprostszej postaci składa się z czterech zestawów

188 698 dwóch reaktorów tak, że każda para reaktorów jest jednocześnie eksploatowana jako pojedyncza jednostka (fig. 6).

Podzielenie na 4 moduły zależy od układu (projektu) cyklu czterech (4) godzin cyklu, do którego zaprojektowano geometrię reaktora. Można również zastosować inne ilości podziałów, takie jak 3 i 5. Taki projekt zadowala szczególne wymagania podziału ładunku (hydraulicznego), manipulacji ładunkiem organicznym, obróbki biologicznej (w tym równoczesnej nitryfikacji - denitryfikacji i usuwania fosforu biologicznego), zapewnienie zapotrzebowania tlenowego przez automatyczne sterowanie bioprędkością, maksymalizacji wydajności przeniesienia tlenu, optymalizacji rozdzielania ciał stałych i płynów względem głębokości dekantacji oraz prędkości usuwania dekantacyjnej obrobionego wycieku. Zalecane wykonanie czteromodułowe funkcjonuje w każdym przypadku jako proces ciągły, z przyjmowaniem wcieku, z ciągłym odprowadzaniem wycieku z instalacji, przy czym prędkość przepływu jest godzinowo stałą prędkością względem rzeczywistej objętości dekantantu, który usuwany jest z każdego modułu. Przebiegać może też inny tryb, w którym prędkość uwalniania jest stała przy każdej sekwencji dekantacji. Zalecane wykonanie jest skonfigurowane dla pracy z podzieleniem przepływał, po którym następuje obróbka z udziałem czterech modułów. Moduł może być skonfigurowany z wciekiem przy jednym końcu modułu i wyciekiem zlewanym przy jego przeciwległym końcu albo z wyciekiem zlewanym przy odległym końcu modułu, ale umieszczonym na ścianach długiego reaktora (patrz fig. 6(a) do 6(g)). Zwykle ścieki domowe, zawierające 300 mg/l TSS, 55 mg/l TKN, które mają być obrobione do zakresu przepływu 6 x ADWF (ADWF - średni przepływ przy suchej pogodzie) będą wymagać konstrukcji strefy wlotu (tj. strefy innej niż reaktor główny) wynoszącej do 8% całkowitego obszaru reaktora. Strefa ta jest podzielona na minimum 5, a zwykle 8 do 14 podstref, dla każdego zasadniczego reaktora, z których każdy ma frakcję objętości, która początkowo wytwarza prędkość poboru tlenu w pierwszej strefie mieszanej ponad 20 mg 0₂/gVSS/godz. Frakcja objętości ciał stałych zawieszonych w mieszaninie aktywowanej biomasy szlamowej w głównej objętości reaktora zwykle będzie przekraczać 20% i wynosić mniej niż 33% średniego przepływu wcieku. Pod górnym przepływem, układ przegrodowy kończy się po każdej stronie reaktora tak, że połowa połączonego przepływu uwalnia się do położenia na każdej ze stron reaktora.

Pompowanie cząstek stałych zawieszonych w płynie trwa przez cały czas trwania całego cyklu. Dopływ wciekowej wody odpadowej jest przerywany w czasie sekwencji osadzania się. Szlam zbierany jest ze strefy następnej za selektorem biologicznym skonfigurowanym wciekowo, a usuwany w czasie sekwencji napowietrzania albo w czasie sekwencji nienapowietrzania i osadzania. Wymiary reaktora bazują zwykle na obciążeniu do 15 kg MLSS/m² obszaru powierzchni reaktora; i dla wydajnego usuwania składników odżywczych w wodach odpadowych domowych, obciążeniu BOD 0,33-0,40 kg BOD/m³ przy frakcyjnej objętości dekantowania 0,46. Usuwanie warstwy zlewanego płynu wynosi do 38 mm/min bez dodatku środka strącającego fosfor. Z dodatkiem środka strącającego fosfor, dla normalnej pracy obróbki przy suchej pogodzie grubość tej warstwy może być zwiększona do 44 mm/min. Ładunek strumieniowy ciał stałych w reaktorze wynosi do 15 kg MLSS/m2 i do 10 kg TKN/kg MLSS/m2/d, wewnątrz 20% dla pierwszego i wewnątrz 30% dla drugiego.

Dalsza rozbudowa układu obejmuje dołączenie pożywki hodowlanej dla wzmocnienia ładunku wolumetrycznego aktywowanej biomasy szlamowej, który można wprowadzić do układu. Dla tego przykładowego wykonania, reaktor o zmiennej objętości dzieli się na trzy strefy.

Pierwszą jest strefa selektora biologicznego, który ma wymiary dla wód odpadowych domowych jak w powyższym opisie. Dla organicznych ścieków przemysłowych frakcja ta zwiększa się tak, by zajmowała około 12% pola powierzchni reaktora. Strefa ta jest poprzedzielana jak opisano dla wpłynięcia na kolejne usuwanie rozpuszczalnego substratu. Po pierwszej strefie następuje druga strefa pozostająca w połączeniu płynowym z pierwszą strefą. Przepływ zwrotny zmieszanych cząstek stałych zawieszonych w płynie ze strefy 3 do strefy 1 dla zastosowań, gdzie wciekowe BOD wynosi do 2000 mg/l albo ze strefy 2 do strefy 1 zwiększa o dwa do trzech razy średni strumień wcieku. W strumieniu zawarty jest losowo upakowany ośrodek wzrostu 5 (pożywka). Strefy 1 do 3 pozostają w ciągłym połączeniu płynowym. Losowo upakowany ośrodek wzrostu 5 w strefie 2 znajduje się w przybliżeniu 0,4 metra od dna

188 698 reaktora i do 0,15 metra poniżej wyznaczonego dolnego poziomu wody. Strefa 2 jest zaopatrzona w podzespół do zmieniania natężenia napowietrzania, strefa 1 ma dyfuzory napowietrzające połączone z zaworami, które pozwalają na zgrubne sterowanie napowietrzaniem/mieszaniem.

Dla fachowców z tej dziedziny techniki oczywiste jest, iż ten sam tryb pracy i sterowania może być użyty do obróbki wód odpadowych tylko dla usuwania węgla, dla usuwania węgla i azotu, dla usuwania węgla i fosforu oraz dla usuwania węgla, azotu oraz fosforu.

188 698

N0₃-N N_Z DO

BiOPpęoKOSć

So/XoXd

188 698

ORP (mV)

300

200

100

OBRÓBKA

AKCEPTORY

ELEKTRONÓW

WARUNKI

TLENOWE

—		Π 4	Nos-N	BEZTLENOWE
—			Droafwczne IMflĄZki
4	1	•γ
5 ' - i	, 7	SO4-S	ANAEROBOWE

- 40Q

188 698

ba . Tfjf bb.

Jfij.Sf.

188 698

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób obróbki materiału odpadowego poprzez kontrolowanie aktywności metabolicznej mikroorganizmów pojedynczej aktywowanej biomasy szlamowej, dla usuwania z materiału odpadowego składników zawierających węgiel organiczny, azot i fosfor, polegający na kontrolowanym napowietrzaniu połączonym z przerywaniem cyklu napowietrzania oraz przerywanym zlewaniem obrobionego wycieku, prowadzony w otwartym do atmosfery, pracującym ze zmienną objętością reaktorze mającym pierwszą strefę, zawierającą nienapowietrzoną aktywowaną biomasę szlamową i częściowo oddzieloną od pierwszej strefy, połączoną szeregowo drugą, lub ostatnią strefę, zawierającą cyklicznie napowietrzaną, aktywowaną biomasę szlamową oraz mającym środki do kontrolowanego wprowadzania rozpuszczonego tlenu, a obie strefy mają jednakowy maksymalny poziom wody, przy czym w tr^^<cie obróbki, wprowadzania materiału odpadowego do reaktora przynajmniej część zawartości drugiej lub ostatniej strefy przenosi się do pierwszej strefy dla domieszania i przeprowadzenia tam reakcji z napływającym nieobrobionym materiałem odpadowym, a także powoduje się przepływ zawartości z pierwszej strefy do drugiej lub ostatniej strefy, przy jednoczesnym napowietrzaniu przynajmniej drugiej lub ostatniej strefy, przy czym w trakcie tworzenia supematantu i usuwania obrobionego wycieku z drugiej lub ostatniej strefy przerywa się napływ materiału odpadowego do pierwszej strefy, znamienny tym, że monitoruje się stężenie rozpuszczonego tlenu w aktywowanej biomasie szlamowej, monitoruje się stężenie aktywowanej biomasy szlamowej w drugiej łub ostatniej strefie oraz monitoruje się poziom kożucha szlamu aktywowanej biomasy w drugiej lub ostatniej strefie dla otrzymania parametrów procesowych, przy czym stężenie rozpuszczonego tlenu w aktywowanej biomasie szlamowej monitoruje się wewnątrz mieszaniny obejmującej materiał odpadowy i aktywowaną biomasę szlamową w drugiej lub ostatniej strefie względnie w rurze, przez którą, zawraca się aktywowaną biomasę szlamową z drugiej strefy do pierwszej strefy i określa się szybkość zużycia rozpuszczonego tlenu, zaś po zakończeniu sekwencji usuwania wycieku przeprowadza się następną sekwencję napowietrzania, podczas której materiał odpadowy wprowadza się do drugiej lub ostatniej strefy i reguluje się stężenie rozpuszczonego tlenu do wartości mniejszej niż 3 mg/l przy utrzymywaniu współbieżnej nitryfikacji i denitryfikacji, przy czym mierzy się szybkość zużycia rozpuszczonego tlenu przez aktywowaną biomasę szlamową w drugiej lub ostatniej strefie przy końcu sekwencji napowietrzania i zmierzoną szybkość porównuje się z szybkością zużycia tlenu, określaną przez pomiar szybkości poboru tlenu przez aktywowaną biomasę szlamową z nadmiarem rozpuszczalnego substratu, dla dostosowania szybkości zużycia tlenu do krytycznej szybkości oddychania biomasy poniżej potencjalnej szybkości zużycia tlenu, poprzez manipulowanie czasem trwania i/lub wielkością przepływu powietrza w sekwencji napowietrzania oraz stężeniem aktywowanej biomasy szlamowej w drugiej lub ostatniej strefie.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w czasie sekwencji przerwy w napowietrzaniu usuwa się do 40% objętości reaktora z szybkością eliminującą porywanie osadzonej aktywowanej biomasy szlamowej wewnątrz, drugiej lub ostatniej strefy w reaktorze.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że utrzymuje się potencjał redoks całkowitego połączonego strumienia ciekłego materiału przepływającego do drugiej lub ostatniej st^^fy na poziomie pomiędzy -150 mV a -200 mV w odniesieniu do wodorowej elektrody odniesienia.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do pierwszej strefy wprowadza się materiał odpadowy w ilości do 40% objętości reaktora podczas ustalonej sekwencji napowietrzania, której czas trwania wylicza się jako całkowity czas trwania cyklu pomniejszony o sumę sekwencji czasowych separacji cieczy i usuwania obrobionego wycieku podczas przerwy w napowietrzaniu.

188 698
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że potencjał redoks aktywowanej biomasy szlamowej w drugiej lub ostatniej strefie zmniejsza się zasadniczo do poziomu między -150 mV a -200 mV w ciągu 90 minut w sekwencji przerwy w napowietrzaniu.
6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że aktywowaną biomasę szlamową w ostatniej lub drugiej strefie utrzymuje się w ruchu przez przynajmniej 10 minut po przerwaniu dostarczania powietrza.
7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wartości stężenia rozpuszczonego tlenu w drugiej lub ostatniej strefie automatycznie mierzy się i monitoruje na miejscu w przedziałach od 10 do 20 sekund po przerwaniu dostarczania powietrza.
8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się aktywowaną biomasę szlamową o obciążeniu całkowitym azotem Kjeldahl w reaktorze wynoszącym do około 10 kg TKN/kg MLSS/d/m² w zakresie 30%.
9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się aktywowaną biomasę szlamową o obciążeniu całkowitym fosforem w reaktorze wynoszącym do około 2 kg fosforu/kg MLSS/d/m².
10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stężenie rozpuszczonego tlenu w drugiej lub ostatniej strefie reguluje się do poziomu mniejszego niż 0,7 mg/l, średnio, dla 75% czasu napowietrzania oraz do poziomu między 2 a 3 mg/l dla pozostałego okresu czasu napowietrzania.
11. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że materiał odpadowy obrabia się przy użyciu populacji mikroorganizmów odpowiednich do rodzaju zanieczyszczeń wprowadzanego materiału odpadowego.
12. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że odczytuje się i rejestruje stężenie zmieszanych cząstek stałych w aktywowanej biomasie szlamowej w drugiej lub ostatniej strefie w momencie przerwy w dostarczaniu powietrza do reaktora, a także odczytuje się rejestruje i analizuje szybkość poboru rozpuszczonego tlenu po przerwaniu dostarczania tlenu.
13. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zmierzone parametry procesowe przetwarza się i wykorzystuje się do wyznaczania czasu pompowania odpadowej aktywowanej biomasy szlamowej, czasu trwania sekwencji napowietrzania dla następnego cyklu, szybkości przepływu masowego powietrza dla następnego cyklu, a także do dopasowania ustalonych punktów stężenia rozpuszczonego tlenu, tak aby warunki procesu były wystarczające do utrzymania krytycznej szybkości oddychania aktywowanej biomasy szlamowej w drugiej lub ostatniej strefie, wyznaczonej na koniec poprzedniej sekwencji napowietrzania.
14. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zmierzone parametry procesowe przetwarza się dla dalszego wyznaczenia szybkości zmiany wzrostu stężenia tlenu w momencie rozpoczęcia sekwencji napowietrzania.
15. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dokonuje się korekty wartości współczynnika pH wciekowej wody odpadowej.
16. Sposób według zastrz. 1, znamienny ' tym, że szybkość poboru rozpuszczonego tlenu względnie mierzona potencjalna szybkość poboru rozpuszczonego tlenu w początkowej objętości wynosi przynajmniej 20 mg (V/g VSS/godz.
17. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że maksymalną szybkość poboru tlenu aktywowanej biomasy szlamowej w drugiej lub ostatniej strefie, mierzoną przy użyciu mieszaniny obejmującej aktywowaną biomasę szlamową i wciek materiału odpadowego o stosunku 80%/20%, ustala się średnio jako przynajmniej trzykrotność krytycznej szybkości oddychania aktywowanej biomasy szlamowej w drugiej lub ostatniej strefie, zmierzonych i obliczanych na bazie dziennej przy zastosowaniu czujnika stężenia rozpuszczonego tlenu.
18. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się stężenie substancji stałych zawartych w mieszaninie obejmującej materiał odpadowy i aktywowaną biomasę szlamową wynoszące do około 20 kg MLSS na metr kwadratowy pola powierzchni reaktora.
19. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że krytyczną szybkość oddychania aktywowanej biomasy szlamowej wyznacza się, mierząc potencjał redoks aktywowanej biomasy szlamowej.
20. Urządzenie do obróbki materiału odpadowego poprzez kontrolowanie aktywności metabolicznej mikroorganizmów pojedynczej aktywowanej biomasy szlamowej dla usuwania

188 698 z materiału odpadowego składników zawierających węgiel, azot i fosfor zawierające reaktor otwarty do atmosfery i mający pierwszą strefę oraz ustawioną szeregowo drugą strefę lub ostatnią strefę częściowo oddzieloną od pierwszej strefy za pomocą przegrody, umieszczonej w odstępie od dna reaktora, przy czym druga strefa reaktora zawiera podzespół napowietrzający, zaś do górnego obszaru pierwszej strefy jest doprowadzony wlot wcieku materiału odpadowego, zaś od dna drugiej strefy odchodzi rura, której wylot jest doprowadzony do pierwszej strefy, a ponadto reaktor jest wyposażony w podzespoły sterujące do sterowania sekwencjami wyposażenia reaktora, znamienne tym, że podzespoły sterujące obejmują czujnik (13) monitorujący stężenie biomasy szlamowej, czujnik (15) monitorujący położenie warstwy kożucha szalmu aktywowanej biomasy szlamowej, czujnik (12) monitorujący stężenie rozpuszczonego tlenu aktywowanej biomasy szlamowej, przy czym wszystkie te czujniki (12, 13, 15) są umieszczone w drugiej strefie (4) reaktora (1), a regulator podzespołu sterującego jest połączony z zaworami sterującymi (18) podzespołu napowietrzającego (6) i z wyjściami sygnału czujników (12, 13, 15) i zawiera programowalny komputer wyposażony w podzespół do wyznaczania szybkości zużycia rozpuszczonego tlenu, podzespół do sterowania sekwencją napowietrzania po zakończeniu sekwencji usuwania wycieku, podzespół do wprowadzania materiału odpadowego do drugiej (4) lub ostatniej strefy podczas sekwencji napowietrzania, podzespół do kontrolowania stężenia rozpuszczonego tlenu, a także podzespół do porównywania szybkości zużycia rozpuszczonego tlenu przez aktywowaną biomasę szlamową w drugiej (4) lub ostatniej strefie, mierzonej na zakończenie sekwencji napowietrzania, z potencjalną szybkością zużycia tlenu, wyznaczaną poprzez pomiar szybkości poboru tlenu aktywowanej biomasy szlamowej z nadmiarem rozpuszczalnego podłoża.
21. Urządzenie według zastrz. 20, znamienne tym, że podzespół napowietrzający (6) reaktora (1) zawiera ruszty dyfuzora (16, 17) położone przy lub blisko dna drugiej (4) lub ostatniej strefy reaktora.
22. Urządzenie według zastrz. 21, znamienne tym, że ruszty dyfuzora (16, 17) współpracują z napędzanymi silnikiem zaworami sterującymi (18).
23. Urządzenie według zastrz. 20, znamienne tym, że czujnik (12) monitorujący stężenie rozpuszczonego tlenu jest czujnikiem elektronicznym.
24. Urządzenie według zastrz. 20, znamienne tym, że druga strefa (4) lub ostatnia stanowi więcej niż 50% całkowitej objętości reaktora (1).
25. Urządzenie według zastrz. 20, znamienne tym, że druga strefa (4) reaktora (1) zawiera dołączone ośrodki wzrostu (5) umieszczone jako ośrodki losowo upakowane.