PL204316B1 - Sposób i urządzenie do oczyszczania ścieków, zwłaszcza do oczyszczania beztlenowego - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do oczyszczania ścieków, zwłaszcza do oczyszczania beztlenowego.

Z opisu patentowego EP 0 170 332 B1 znany jest sposób i urządzenie do oczyszczania beztlenowego, korzystnie typu UASB (z płaszczem beztlenowego osadu czynnego o przepływie z dołu do góry). W urządzeniu jest zastosowany zbiornik, do którego części dolnej są wprowadzane oczyszczane ścieki, a z jego części górnej odprowadzana jest oczyszczona woda. Zbiornik jest wypełniony aktywnymi mikroorganizmami beztlenowymi. Zespół kolektorów gazu, w postaci stożków, jest umieszczony przy doprowadzeniu ścieków i odprowadzeniu oczyszczonej wody. Części górne stożków są połączone przewodem z zespołem separacji gazu i osadu. Działanie mikroorganizmów powoduje wydzielanie gazu, który gromadzi się w osadzie, tak że osad wypływa do góry jako tak zwana szumowina. Szumowina jest przechwytywana przez stożki i stopniowo oddaje gaz tak, że staje się cięższa i opada z powrotem na dno jako tak zwany osad opadający. Gaz emitowany przez granulki wznosi się wraz z pęcherzykami wolnego gazu, przechwyconego przez stożki w kierunku części górnej zbiornika i dzię ki temu porywa czą steczki szumowiny i pł ynu, które został y oddzielone w komorze zespoł u separacji gazu i osadu. Gaz jest odprowadzany, podczas gdy przechwycony płyn, który może zawierać również cząsteczki osadu, dociera do odpływu, który prowadzi z powrotem na dół zbiornika. Oczyszczona woda osiąga wylot w części górnej zbiornika przez przelew i jest stamtąd odprowadzana. Jednakże stwierdzono, że wydajność oczyszczania takich zbiorników powinna zostać poprawiona.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu i urządzenia do oczyszczania ścieków, zwłaszcza do oczyszczania beztlenowego, dzięki którym efekt oczyszczania ścieków jest zoptymalizowany przy prostej konstrukcji urządzenia.

Sposób oczyszczania ścieków, zwłaszcza do oczyszczania beztlenowego, według wynalazku, w którym do zbiornika podaje się ścieki stanowiące oś rodek wydzielający gaz, a gaz wydzielany przez ośrodek przechwytuje się przez co najmniej jeden kolektor gazu, zaś składniki ośrodka pochwycone przez gaz oddziela się i kieruje się ponownie do ośrodka poniżej kolektora gazu, charakteryzuje się tym, że gaz wychodzący z kolektora gazu wprowadza się do przewodu wznoszącego mającego dołączony przewód wlotowy, którego wlot umieszcza się nad kolektorem gazu, i poprzez przewód wlotowy pobiera się ośrodek ze składnikami w zbiorniku i wprowadza się do przewodu wznoszącego, a następnie, wykorzystując wznoszący efekt gazu, prowadzi się ośrodek ze składnikami przez przewód wznoszący do oddzielenia w zespole separacji gazu i osadu.

Ośrodek może być pobierany z części górnej zbiornika i po oddzieleniu składników mogą być one doprowadzane do części dolnej zbiornika.

Urządzenie do oczyszczania ścieków, zwłaszcza do oczyszczania beztlenowego, według wynalazku, zawierające zbiornik do przyjmowania ścieków stanowiących ośrodek, wlot ścieków, wylot oczyszczonej wody, co najmniej jeden kolektor gazu usytuowany w zbiorniku i przewody odprowadzające z części górnej kolektora gazu, charakteryzuje się tym, że przewód kolektorowy kolektora gazu jest połączony z przewodem wznoszącym prowadzącym do zespołu separacji gazu i osadu do odbioru gazu z kolektora gazu, zaś zespół separacji gazu ma wylot doprowadzony do zbiornika, a w zbiorniku jest usytuowany przewód wlotowy, którego wlot znajduje się nad kolektorem gazu, a wylot jest dołączony do przewodu wznoszącego dla wykorzystania wznoszącego efektu gazu do przenoszenia ośrodka ze składnikami do zespołu separacji gazu i osadu. Zespół separacji gazu i osadu może być połączony ze zbiornikiem poprzez przewód odprowadzający, którego wylot jest usytuowany poniżej kolektora gazu, a w kolektorze gazu może być umieszczony człon separacji gazu, który może stanowić część przewodu kolektorowego, wygięta w kształcie odwróconej litery „U, prowadząca od kolektora gazu do góry.

Część dolna kolektora gazu może być połączona z przewodem odprowadzającym poprzez przewód rurowy.

Zbiornik może mieć zespół pierwszy wielu kolektorów gazu z rozciągającymi się do góry przewodami kolektorowymi mającymi części wygięte w kształcie odwróconej litery „U i zespół drugi wielu kolektorów gazu usytuowany nad zespołem pierwszym, przy czym część dolna kolektora gazu zespołu drugiego może być połączona z przewodem odprowadzającym poprzez przewód rurowy.

Pomiędzy zespołem separacji gazu i osadu i przewodem wznoszącym kolektora gazu może być dołączony dodatkowy przewód gazowy.

PL 204 316 B1

W sposobie oczyszczania ścieków, według niniejszego wynalazku, uzyskuje się wyżej wspomniany cel dzięki ponownemu odbieraniu ścieków to jest ośrodka z części górnej zbiornika i wprowadzanie go do cyklu oczyszczania, przy czym krążenie ośrodka w zbiorniku jest rozpoczynane lub wymuszane, co prowadzi do znacznie poprawionego efektu oczyszczania, a dalej przez wykorzystanie efektu wznoszenia się już oddzielonego gazu, poprawiony efekt oczyszczania nie wymaga energii, ani na przykład skomplikowanych modyfikacji konstrukcyjnych w porównaniu do już istniejących zbiorników.

W praktyce, pobrany ośrodek jest przeprowadzany z powrotem do zbiornika wraz z tymi składnikami ośrodka, które zostały porwane podczas gromadzenia się gazu.

W celu zrealizowania poprawionego efektu oczyszczania wedł ug wynalazku, tylko jeden dodatkowy przewód jest usytuowany między częścią górną zbiornika a przewodem kolektora gazu, który oczywiście również może być łatwo ponownie użyty w już istniejących zbiornikach.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w korzystnym przykładzie wykonania na rysunku przedstawiającym schematycznie urządzenie do oczyszczania ścieków, według wynalazku, służące do beztlenowego oczyszczania ścieków.

Urządzenie 1 zawiera ustawiony pionowo zbiornik 19, w którym przewód ścieków stanowiący wlot 2 jest połączony z częścią dolną zbiornika, w której znajduje się strefa opadającego osadu z mikroorganizmami. Wlot 2 może być wyposażony w zespoły dystrybucyjne ścieków, które nie zostały pokazane.

Liczne kolektory 3 gazu są rozmieszczone wzdłuż wysokości zbiornika 19. W pokazanym przykładzie wykonania, kolektory 3 gazu są pogrupowane w dwa zespoły, dolny zespół pierwszy 3a i górny zespół drugi 3b. Każdy kolektor i gazu ma postać jednego ze znanych stożkowych kolektorów gazu, mając skierowany w dół otwór, który ma największy poziomy przekrój poprzeczny stożka i który ma przekrój pionowy zwężający się w kierunku wierzchołka. Jednakże, można stosować różne formy kolektorów gazu.

Kolektory 3 gazu dolnego zespołu pierwszego 3a w zbiorniku 19 zawierają przewody kolektorowe 18, które przechodzą przez grzbiety stożków 11 i które są przyspawane w sposób gazoszczelny do stożków 11. Każdy z przewodów kolektorowych 18 wystaje z wierzchołka stożka 11 nieco głębiej w dół, korzystnie 0.1 do 0.4 wysokości stożka 11 kolektora 3 gazu, do stożka 11 kolektora 3 gazu i zawiera poziomy otwór, wyposażony korzystnie w elementy odpychające osad. Nad wierzchołkiem stożka 11, przewody kolektorowe 18 mają człon 4 separacji gazu stanowiący wygięcie w kształcie litery „U, które jest połączone z przewodem spustowym 20. Otwór przewodu kolektorowe 18 z członem 4 separacji gazu w kształcie odwróconej litery „U w przewodzie spustowym 20 lub otwór przewodu spustowego 20 w przewodzie wznoszącym 9 kolektora 3 gazu stanowiącym pionową rurę, jest umieszczony kilka centymetrów, korzystnie między 5 a 10 cm, nad otworem przewodu kolektorowe 18 pod wierzchołkiem stożka 11. Przewód spustowy 20, który jest połączony ze wszystkimi kolektorami 3 gazu zespołu pierwszego 3a, jest połączony z przewodem wznoszącym 9, to jest z rurą o przekroju poprzecznym znacznie mniejszym niż przekrój poprzeczny zbiornika 19. Przewód wznoszący 9 prowadzi do góry do zespołu separacji 13 gazu i osadu umieszczonego nad zbiornikiem 19. Skierowany w dół przewód odprowadzający 10 prowadzi z zespołu separacji 13 gazu i osadu z powrotem do zbiornika 19 i otwiera się skierowanym do dołu poziomym otworem poniżej dolnego zespołu pierwszego 3a kolektorów 3 gazu i nieco nad lub wewnątrz strefy opadającego osadu utworzonej w zbiorniku 19.

Górny zespół drugi 3b stożków 11 kolektorów 3 gazu, zwykle służy do zatrzymywania szumowiny, nie pozwalając, aby szumowina osiągnęła oczyszczoną wodę. Kolektory 3 gazu górnego zespołu drugiego 3b również zawierają przewody 21, połączone u góry nad wierzchołkami stożków 11 z przewodem spustowym 12, który z kolei prowadzi do zespołu separacji 13 gazu i osadu, przy czym wspomniane przewody 21 nie zawierają członu separacji 4 gazu w kształcie litery „U jak w dolnym zespole pierwszym 3a. Poniżej wierzchołka stożka 11, przewody 21 są uformowane tak, jak przewody kolektorowe 18 w dolnym zespole pierwszym 3a kolektorów 3 gazu.

Niektóre lub wszystkie kolektory 3 gazu górnego zespołu drugiego 3b mogą być połączone przewodem gazowym 16 ze skierowanym w dół przewodem odprowadzającym 10. Przewód gazowy 16 jest umieszczony w części kolektora 3 gazu, w której korzystnie gromadzi się szumowina. Nad górnym zespołem drugim 3b kolektorów 3 gazu umieszczony jest wylot 22 oczyszczonej wody w postaci przelewu, który określa poziom wody w zbiorniku 19, przy czym wspomniany wylot 22 jest połączony z przewodem wodnym 6. Przewód powrotny 7, który jest wyposażony w pompę 8, jest wyprowadzony z przewodu wodnego 6 z powrotem do zespołu separacji 13 gazu i osadu. Przewód gazowy

PL 204 316 B1 pierwszy 14 wychodzi z zespołu separacji 13 gazu i osadu, przy czym wspomniany przewód gazowy pierwszy 14 odprowadza zgromadzony gaz biologiczny w celu dalszego przetwarzania, na przykład, w celu generowania energii. Inny przewód gazowy 16 jest wyprowadzony z zespołu separacji 13 gazu i osadu i ma dołączoną pompę 15. Przewód gazowy 16 prowadzi do części dolnej przewodu wznoszącego 9 kolektora 3 gazu stanowiącego pionową rurę tak, że gaz może wrócić w celu podtrzymywania efektu wznoszenia.

Przewód wznoszący 9 prowadzi pod przewód spustowy 20 i ma przewód wlotowy 9a w części górnej zbiornika 19, który otwiera się tam poniżej wylotu 22 stanowiącego przelew dla oczyszczonej wody, to jest otwiera się nieco poniżej poziomu wody.

Urządzenie do oczyszczania ścieków, według wynalazku, działa w następujący sposób. Przeznaczone do oczyszczenia ścieki, na przykład, silnie zanieczyszczona organicznie woda z przemysłu spożywczego lub papierniczego, jest prowadzona przez wlot 2 do części dolnej zbiornika 19 i do istniejącej tam warstwy opadającego osadu, która zawiera mikroorganizmy, korzystnie w postaci granulek osadu.

Mikroorganizmy rozkładają organiczne składniki ścieków, co prowadzi do generowania gazu. Gaz unosi się w postaci pęcherzyków gazowych w kierunku powierzchni i jest również chwytany przez granulki osadu, tak że stają się one lżejsze i zaczynają pływać. Gaz i granulki zawierające gaz, pływające w postaci szumowiny, osiągają dolny zespół pierwszy 3a kolektorów 3 gazu i są przechwytywane przez kolektory 3 gazu. Gaz gromadzi się w poduszce gazowej 5 pod wierzchołkiem stożka 11 i nad warstwą utworzoną z szumowiny, która również stopniowo traci swój gaz i opada ponownie jako osad opadający. Poprzez przewód kolektorowy 18 gaz osiąga człon separacji 4, wygięty w kształcie litery „U”. W krzywiźnie członu separacji 4 tworzy się poduszka gazowa, która nie pozwala na unoszenie i porywanie szumowiny do przewodu spustowego 20. Dzięki temu, tylko gaz poprzez przewód spustowy 20 osiąga przewód wznoszący 9 kolektora 3 gazu. Gaz wywołuje silny, wznoszący się przepływ, a zatem próżnię w otworze wlotowym przewodu wlotowego 9a. Próżnia powoduje, że ścieki czyli ośrodek z części górnej zbiornika 19, zawierający jeszcze składniki, to jest w szczególności w zasadzie oczyszczona woda z resztkami szumowiny zatrzymanymi przez wylot i ewentualnie gaz resztkowy, jest pobierany i kierowany z powrotem do zespołu separacji 13 gazu i osadu wraz z przechwyconymi cząstkami i gazem z kolektorów 3 gazu. Mieszanina gazu, pobranego osadu opadającego i wody z części górnej zbiornika 19 i z części pod kolektorem 3 gazu, jest oddzielana w zespole separacji 13 gazu i osadu, dzięki czemu gaz jest odprowadzany przewodem gazowym pierwszym 14 w celu dalszego przetwarzania. Pochwycony osad gromadzi się i jest spłukiwany przez wodę skierowanym w dół przewodem odprowadzającym 10 do zbiornika 19, gdzie jest uwalniany poniżej dolnego zespołu pierwszego 3a kolektorów 3 gazu i opada ponownie na dno powodując tam turbulencje tak, że mikroorganizmy są ponownie płukane przez ścieki, dzięki czemu mają optymalne warunki do życia. Ponadto, ścieki są poddawane drugiemu procesowi oczyszczania, przy czym dąży się do tego, aby niezbyt wiele resztkowego szlamu gromadziło się przy przelewowym wylocie 22, gdyż jest ryzyko, że resztkowy osad dostanie się do oczyszczonej wody. Na koniec, generowane jest w ten sposób korzystne wewnętrzne krążenie w reaktorze, bez konieczności dostarczania z zewnątrz energii, na przykład, do zasilania pomp. Kiedy osad opada na dół z zespołu separacji 13 gazu i osadu opadającym przewodem odprowadzającym 10, szumowina jest wciągana przewodem rurowym 17, przy czym wspomniana szumowina gromadzi się poniżej kolektorów 3 gazu górnego zespołu drugiego 3b kolektorów 3 gazu. Wzmacnia to efekt wirowania, wywoływany przez wracający osad. Dalsze wzmocnienie efektu wirowania wywoływanego przez opadający z powrotem osad można uzyskać przy pomocy niewielkiej ilości ścieków, które już zostały oczyszczone, pobrane przez pompę 8 z przewodu wodnego 6 i które są pompowane z powrotem przez przewód powrotny 7 do zespołu separacji 13 gazu i osadu, gdzie pomagają efektywnie spłukiwać osad przez skierowany w dół przewód odprowadzający 10.

Pobór ścieków, w szczególności uruchomienie urządzenia 1, można wspomagać przez pompowanie gazu lub powietrza do pionowego przewodu wznoszący 9 kolektora 3 gazu przez przewód gazowy 16 i pompę 15.

Szumowina i pęcherzyki gazu, które nie zostały jeszcze przechwycone przez dolny zespół pierwszy 3a kolektorów 3 gazu lub które ponownie uwolniły się, kiedy pojemność kolektora 3 gazu została przekroczona, osiągają rejon górnego zespołu drugiego 3b kolektorów 3 gazu i są przechwytywane przez kolektory 3 gazu. Gaz gromadzony w stożku 11 jest kierowany prostymi, pionowymi przewodami 21 i przewodem spustowym 12 do zespołu separacji 13 gazu i osadu, podczas gdy warPL 204 316 B1 stwa szumowiny jest albo usuwana przez przewód rurowy 17 albo, po oddaniu gazu, opada ponownie na dno. Oczyszczone ścieki przepływają do przelewowego wylotu 22 i tam osiągają przewód wodny 6.

Jeśli jest taka potrzeba, to urządzenie według wynalazku może również pracować beztlenowo, przy czym, na przykład, dla uzyskania biologicznie utlenionej siarki zawartej w gazie, do zespołu separacji 13 gazu i osadu dodaje się tlen w ilości od 1 do 3 procent objętościowych. Nie dochodzi przy tym do zawracania gazu poprzez pompę 15 i przewód gazowy 16.

Zwykle procesy rozkładu beztlenowego przebiegają optymalnie w temperaturze od 25 do 37°C. Przy większym przepływie możliwe jest obniżenie temperatury reakcji. Optymalna temperatura dla sposobu według wynalazku jest równa od 10 do 37°C. Oznacza to znaczną oszczędność energii, ponieważ grzanie ścieków nie jest już potrzebne.

Ponadto, górne komory zbiorników w zbiornikach wysokich mogą być wyposażone w granulat o większej gęstości, dalej zwiększając wydajność. W przypadku ścieków zawierających proteiny lub krochmal, które tworzą tak zwane pływające koagulaty, ścieki takie mogą być bezpiecznie kierowane do części dolnej.

Jako modyfikacji opisanego i pokazanego przykładu wykonania urządzenia do oczyszczania ścieków, można dostarczyć więcej niż dwa zespoły kolektorów gazu, lub zbiornik może zawierać tylko kolektory gazu dolnego zespołu pierwszego kolektorów gazu, jeśli są one w stanie powstrzymać szumowinę przed dostaniem się do oczyszczonej wody. W przypadku szczególnie niskich zbiorników, pompa do zawracania gazu do pionowego przewodu może działać w sposób ciągły. Pionowy przewód rozciąga się we wnętrzu zbiornika, a skierowany w dół przewód może rozciągać się na zewnątrz zbiornika. Możliwe jest również kierowanie opadającego osadu nie do zespołu separacji gazu i osadu, ale poprzez odgałęzienie od pionowego przewodu, bezpośrednio do zbiornika. Jeśli zostanie zapewnione, że tylko gaz lub głównie gaz osiąga pionowy przewód, kolektory gazu mogą nie zawierać przewodu z wygięciem w kształcie litery „U lub innych elementów oddzielających gaz, lub mogą zostać połączone z takimi elementami oddzielania gazu umieszczonymi w pionowym przewodzie. Na koniec, ścieki jako ośrodek pobrany przez przewód wlotowy, w szczególności jeśli ośrodek zawiera mało gazu, lub wcale nie zawiera gazu, nie musi być przeprowadzany przez zespół separacji gazu i osadu, ale może być kierowany bezpośrednio do zbiornika.

Claims (10)

1. Sposób oczyszczania ścieków, zwłaszcza do oczyszczania beztlenowego, w którym do zbiornika podaje się ścieki stanowiące ośrodek wydzielający gaz, a gaz wydzielany przez ośrodek przechwytuje się przez co najmniej jeden kolektor gazu, zaś składniki ośrodka pochwycone przez gaz oddziela się i kieruje się ponownie do ośrodka poniżej kolektora gazu, znamienny tym, że gaz wychodzący z kolektora (3) gazu wprowadza się do przewodu wznoszącego (9) mającego dołączony przewód wlotowy (9a), którego wlot umieszcza się nad kolektorem (3) gazu, i poprzez przewód wlotowy (9a) pobiera się ośrodek ze składnikami w zbiorniku (19) i wprowadza się do przewodu wznoszącego (9), a następnie, wykorzystując wznoszący efekt gazu, prowadzi się ośrodek ze składnikami przez przewód wznoszący (9) do oddzielenia w zespole separacji (13) gazu i osadu.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ośrodek pobiera się z części górnej zbiornika (19) i po oddzieleniu składników doprowadza się je do części dolnej zbiornika (19).

3. Urządzenie do oczyszczania ścieków, zwłaszcza do oczyszczania beztlenowego, zawierające zbiornik do przyjmowania ścieków stanowiących ośrodek, wlot ścieków, wylot oczyszczonej wody, co najmniej jeden kolektor gazu usytuowany w zbiorniku i przewody odprowadzające z części górnej kolektora gazu, znamienne tym, że przewód kolektorowy (18) kolektora gazu (3) jest połączony z przewodem wznoszącym (9) prowadzącym do zespołu separacji (13) gazu i osadu do odbioru gazu z kolektora (3) gazu, zaś zespół separacji gazu (13) ma wylot doprowadzony do zbiornika (19), a w zbiorniku (19) jest usytuowany przewód wlotowy (9a), którego wlot znajduje się nad kolektorem (3) gazu, a wylot jest dołączony do przewodu wznoszącego (9) dla wykorzystania wznoszącego efektu gazu do przenoszenia ośrodka ze składnikami do zespołu separacji (13) gazu i osadu.

4. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że zespół separacji (13) gazu i osadu jest połączony ze zbiornikiem (19) poprzez przewód odprowadzający (10), którego wylot jest usytuowany poniżej kolektora (3) gazu.

PL 204 316 B1

5. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że w kolektorze gazu (3) jest umieszczony człon separacji gazu (4).

6. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że człon separacji (4) gazu stanowi część przewodu kolektorowego (18), wygięta w kształcie odwróconej litery „U, prowadząca od kolektora (3) gazu do góry.

7. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że część dolna kolektora (3) gazu jest połączona z przewodem odprowadzającym (10) poprzez przewód rurowy (17).

8. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że zbiornik (19) ma zespół pierwszy (3a) wielu kolektorów gazu (3) z rozciągającymi się do góry przewodami kolektorowymi (18) mającymi części wygięte w kształcie odwróconej litery „U i zespół drugi (3b) wielu kolektorów gazu (3) usytuowany nad zespołem pierwszym (3a).

9. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że część dolna kolektora (3) gazu zespołu drugiego (3b) jest połączona z przewodem odprowadzającym (10) poprzez przewód rurowy (17).

10. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że pomiędzy zespołem separacji (13) gazu i osadu i przewodem wznoszącym (9) kolektora (3) gazu jest dołączony dodatkowy przewód gazowy (16).