PL207367B1 - Urządzenie do biologicznej obróbki płynu - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do biologicznej obróbki płynów, zwłaszcza do obróbki ścieków.

Przy obróbce ścieków stosuje się zwłaszcza biologiczne stopnie oczyszczania pracujące aerobowo lub anaerobowo. Chodzi o tak zwane nośnikowe układy biologiczne, to znaczy o mikroorganizmy osadzone na materiale nośnym o dużej powierzchni, wzdłuż której prowadzony jest obrabiany płyn. Tego rodzaju sposób znany jest przykładowo z opisu EP 0 470 931 A2.

Problemem przy takich powierzchniach z osadzonymi mikroorganizmami jest to, że zmienia się aktywność powierzchniowa wraz z rosnącą grubością warstwy, gdyż wraz z wzrastającą grubością warstwy mikroorganizmy położone niżej zasilane są gorzej i dlatego uczestniczą w procesie mniej aktywnie. Nadmiarowe mikroorganizmy usuwa się więc z powierzchni w regularnych odstępach czasu, a powstający przy tym szlam usuwa się, co przeprowadza się zwykle za pomocą płukania wstecznego lub z pomocą zgarniacza. Tego rodzaju urządzenia zgarniające są znane przykładowo z opisu GB 14 18348A i DE 4441866 A1.

Innym problemem, przy zamkniętych reaktorach, w których płyn prowadzony jest w kanałach, i w których zwykle filigranowe ścianki kanałów służą jako powierzchnie przyczepne dla mikroorganizmów, polega na tym, że wraz ze wzrastającą grubością warstwy mikroorganizmów kanały zatykają się, to znaczy umożliwiają przepływ tylko przy pokonaniu zwiększonego oporu, wskutek czego aktywność również ulega zmniejszeniu. Natomiast w reaktorach otwartych, znanych np. z US 3466241 A1 lub US 4157303 A1, strumień płynu prowadzony jest do osadzania mikroorganizmów, które ze względu na to, że tarcze zanurzają się w ściekach tylko częściowo, wykorzystywane są stosunkowo źle.

Zadaniem wynalazku jest opracowanie urządzenia do biologicznej obróbki płynów, które umożliwia nastawienie możliwie stałej grubości warstwy mikroorganizmów na powierzchniach przyczepnych.

Urządzenie do biologicznej obróbki płynu, zwłaszcza do obróbki ścieków, zawierające współpracujące ze sobą stosy tarcz, tarcz mających postać pierścieni, przy czym stosy tarcz umieszczone są współosiowo, zaś płyn prowadzony jest wzdłuż pokrytych mikroorganizmami powierzchni, które tworzą części tarcz napędzanych wokół ich osi obrotu, przy czym powierzchnie utworzone są przez rowki znajdujące się w tarczach, zaś prowadzenie płynu następuje przez rowki, według wynalazku charakteryzuje się tym, że tarcze są tak umieszczone względem siebie, iż rowek jednej tarczy ograniczony jest przez sąsiednią i ruchomą względem niego inną tarczę tworząc kanał, a krawędzie rowków działają jako zgarniacz, przy czym rowki skierowane są w tarczach zasadniczo promieniowo, a przebieg w kanale następuje poprzez rowki od wewnętrznej strony tarcz do strony zewnętrznej względnie na odwrót, zaś powierzchnie tarcz umieszczone są w obszarze odcinka kanału lub zbiornika, poddanego działaniu ciśnienia gazu przyspieszającego reakcję.

Korzystnie, w urządzeniu według wynalazku, jeden stos tarcz jest zamocowany trwale, a drugi napędzany jest obrotowo wokół swej osi.

Tarcze jednego stosu mają przynajmniej jeden występ umieszczony z zewnątrz, za pomocą którego są zamocowane w stos.

Korzystnie, tarcze drugiego stosu mają przynajmniej jeden występ umieszczony wewnątrz, za pomocą którego są zamocowane w stos.

Tarcze zawierają doprowadzające gaz, zwłaszcza powietrze/tlen wybrania umieszczone w jednej płaszczyźnie.

Podstawowym celem niniejszego wynalazku jest możliwie ciągłe uwalnianie nadmiernej części mikroorganizmów z pokrytych nimi powierzchni i niezawodne usuwanie ich za pomocą strumienia płynu. Według wynalazku uzyskuje się to w ten sposób, że w tarczach znajdują się zagłębienia tworzące kanały, które ograniczone są przez umieszczone w sąsiedztwie i względem tych tarcz ruchome drugie tarcze. Wskutek ruchu tarcz względem siebie następuje jednocześnie zgarnianie i ponowne tworzenie się kanału, przy czym z powodu ruchu względem siebie prowadzenie kanału stale się zmienia. Wskutek tego możliwa jest nieprzerwana eksploatacja z dokładnie sterowalnym procesem reakcji.

Ważne jest przy tym utrzymanie podstaw wzrostu dla dalszego procesu mikrobiologicznego. W tym celu powierzchnie, na których odkładają się mikroorganizmy, są korzystnie z materiału porowatego lub posiadającego uszorstnienia i/lub mającego strukturę powierzchniową. Przy tym struktura powierzchniowa sama może tworzyć kanały lub też dodatkowo może się znajdować w obrębie kanału. Korzystnie zagłębienia, względnie utworzone przez nie kanały, utworzone są przez rowki wykonane w tarczy. Powierzchnia tych rowków i granicz ą ce, są siednie tarcze tworz ą powierzchnię pokrytą

PL 207 367 B1 mikroorganizmami, która korzystnie wykonana jest jako porowata, szorstka lub zawierająca strukturę powierzchniową.

Rowki są przy tym otwarte w kierunku przeciwległe położonej tarczy tak, że ta przeciwległa tarcza razem z rowkiem tworzą kanał prowadzący płyn. Zasadniczo rowki mogą być wykonane w jednej tarczy, a sąsiednia tarcza, na przeciwległej do tej pierwszej tarczy stronie, wykonana może być jako gładka, przy czym wystarcza, gdy sąsiednie tarcze współpracują ze sobą tylko na pewnym odcinku, korzystnie jednak tarcze umieszczone są współosiowo i pierścieniowo wyposażone w rowki po obu stronach. Wtedy może następować centralne doprowadzanie płynu poprzez wewnętrzne wybranie w stosie płytek, a odprowadzanie moż e następować poprzez stronę zewnętrzną, lub odwrotnie. Rowki są przy tym skierowane zasadniczo promieniowo lub przynajmniej także promieniowo, przykładowo tak, że krawędzie ograniczające przeciwległe tarcze umieszczone są tak, że podczas obrotu trafiają na siebie zawsze przy jednakowym kącie.

Szczególnie zwartą i skutecznie działającą budowę urządzenia uzyskuje się, gdy stosuje się dwa stosy tarcz względnie płytek umieszczonych współosiowo względem siebie, które wyposażone są w rowki po obu stronach, przy czym tarcze na przemian przyporządkowane są poszczególnym stosom i jeden ze stosów jest nieruchomy a drugi jest obrotowy. Można to uzyskać w prosty sposób przez to, gdy pierścieniowe tarcze jednego stosu zawierają przynajmniej jeden wewnątrz umieszczony odcinek, za pomocą którego zamocowane są one w obrębie stosu, np. za pomocą wewnętrznego wału wprawiającego ten stos w obrót, a sąsiadujące tarcze drugiego stosu posiadają przynajmniej jeden na zewnątrz umieszczony odcinek, za pomocą którego umocowane są one w obrębie tego stosu. Jeżeli napęd następuje za pomocą centralnego wału, to celowe jest aby wewnątrz umieszczone odcinki zamocować na wale względnie na nośniku umieszczonym na wale, a zewnętrzne odcinki połączyć ze sobą trwale z obudową. Można to jednak wykonać także w odwrotny sposób.

Korzystnie tarcze obu stosów posiadają jeden lub wiele wybrań ustawialnych względem siebie w jednej linii, poprzez które doprowadza się gaz, zwłaszcza tlen atmosferyczny. Następuje wtedy domieszywanie tlenu atmosferycznego zasadniczo równolegle do wspólnej osi stosów, który następnie w obszarze tarczy zostaje odchylony o kąt 90° i przepływa, razem ze strumieniem płynu, zasadniczo promieniowo na zewnątrz. Układ jest przy tym taki, że przy końcu znajdują się odpowiednie urządzenia zamykające względnie przyłącza poprzez które doprowadzany jest gaz względnie uniemożliwiony jest niekontrolowany wylot przy końcu.

Korzystna postać wykonania, przy której dwa stosy płytek współpracują ze sobą swymi rowkami znajdującymi się na ich powierzchniach, a prowadzenie płynu następuje od centralnego wnętrza na zewnątrz, jest nie tylko zwarta w swej budowie, lecz może być zastosowana także dodatkowo w istniejących urządzeniach do obróbki ścieków takich jak przykładowo klarowniki, aby zwiększyć zdolność produkcyjną instalacji względnie zmniejszyć czas obróbki. Jednostki tego rodzaju mogą być stosowane jako pływające np. w takich wodach jak jeziora i tym podobne, w celu poprawiania jakości wody.

Przy stacjonarnym zastosowaniu w określonym miejscu, celowe jest umieszczenie urządzenia w hermetycznie szczelnej obudowie lub włączenie go w hermetycznie zamykalny ukł ad przewodów tak, iż jest ono poddane działaniu gazu przyspieszającego reakcję, przykładowo powietrza, aby przyspieszyć przebieg reakcji aerobowej.

Przedmiotem wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 - przedstawia schematycznie widok przekroju wzdłużnego urządzenia, w którym powierzchnie pokryte mikroorganizmami znajdują się na dwóch stosach tarcz współpracujących ze sobą, fig. 2 widok z góry na tarczę wewnętrznego stosu tarcz, fig. 3 - widok z boku z kierunku strzałki III na fig. 2, fig. 4 - widok z góry na tarczę zewnętrznego stosu tarcz, fig. 5 - widok odpowiadający fig. 4, alternatywnego wykonania tarczy, fig. 6 - widok z góry zgodnie z fig. 4, dla innego wykonania tarczy, fig. 7 budowę takiego urządzenia z przyłączami typu in line, fig. 8 - schematyczny widok urządzenia pracującego również z dwoma stosami tarcz umieszczonymi współosiowo względem siebie, w przekroju wzdłużnym i z dodatkowym doprowadzeniem gazu, a fig. 9 - przestawia perspektywiczny widok wykonania tarczy, która przystosowana jest zależnie od wyboru do zamocowania wewnętrznego albo zewnętrznego.

Na fig. 1 przedstawiony jest zbiornik zawierający kanał wlotowy 11 obrabianych płynów, przykładowo ścieków oraz kanał wylotowy 13. Zbiornik 15 zamknięty jest hermetycznie i może być poddany działaniu ciśnienia w celu przyspieszenia przebiegu reakcji. Oczywiste jest, że w takim przypadku kanały 11 i 13 włączone są w zamknięty układ. Zbiornik 15, na swej ściance czołowej przeciwległej do kanałów wlotowego i wylotowego 11 i 13, zawiera przepust dla wału 23 silnika 10. Na końcu wału 23

PL 207 367 B1 umieszczony jest nośnik, do którego, za pomocą trzpieni mocujących 21 umocowany jest stos U_ tarcz 19 rozmieszczonych w odstępach względem siebie. Tarcze 19 są pierścieniowe i zostały przedstawione w widoku z góry na fig. 4. Na swym obwodzie zewnętrznym mają one średnicowo umieszczone występy 20, poprzez które przechodzą trzpienie mocujące 21, które umocowane są do wspólnego nośnika 22. Tak umieszczony stos tarcz 17, za pomocą silnika 10 za pośrednictwem wału 23, obraca się wokół osi silnika, wewnątrz zbiornika 15.

Na ścianie czołowej zawierającej kanały wlotowy i wylotowy 11, 13 zasadniczo cylindrycznego zbiornika 15, za pomocą trzpieni mocujących 25 zamocowane są tarcze 18 tworzące stos tarcz 16, który zamocowany jest trwale do obudowy pomiędzy tą ścianą czołową i nośnikiem 26. Również i w tym stosie tarcze 18 rozmieszczone są w odstępach względem siebie i przedstawione są szczegółowo na fig. 2 i 3. Tarcze 18 są również pierścieniowe i na swej stronie wewnętrznej posiadają występy 24, poprzez które przechodzą trzpienie 25 mocujące tarczę. Tak utworzony stos tarcz 16 jest umocowany trwale do obudowy, współosiowo do obrotowo umieszczonego stosu tarcz 17. Tarcze 18 i 19 położone są w bezpośrednim sąsiedztwie jedna koło drugiej i współpracują ze sobą tworząc przy tym kanały, pomiędzy którymi obrabiany płyn przepływa z zewnątrz do środka.

Tarcze 18 i 19 po obu stronach mają rowki 27, które w zasadzie mają prostokątny przekrój poprzeczny i skierowane są promieniowo, jednak pod różnym katem, jak to przedstawiono na fig. 2.

Tarcze 18 względnie 19 w obrębie stosu 16 względnie 17 są rozmieszczone w odstępie tak, że rowki 27 jednej tarczy, tworząc kanał zamykane są przez sąsiednią tarczę, jednakże tarcze poruszalne są łatwo względem siebie. Rowki 27 tworzą powierzchnie 28, do których przylegają mikroorganizmy tak, że oba stosy tarcz 16 i 17 tworzą dużą ilość kanałów o stosunkowo dużej aktywnej powierzchni przy niewielkich rozmiarach konstrukcji. Tarcze 18 i 19 mogą być tanio wykonane w postaci kształtek wtryskowych tworzywa sztucznego.

Przepływ poprzez zbiornik 15 następuje poczynając od kanału wlotowego 11, poprzez rowki 27 pomiędzy stosami tarcz 16, 17 do wolnego centrum i do kanału wylotowego 13. Powierzchnie 28 ograniczając rowki 27, tworzą powierzchnie, na których osadzone są mikroorganizmy i są one korzystnie szorstkie, porowate lub o drobnej strukturze powierzchniowej, w celu dobrego osadzania się mikroorganizmów na tych powierzchniach.

W miarę pracy urządzenia, tworzącą się na powierzchniach 28 rosnąca pod względem grubości warstwa mikroorganizmów, jest tu usuwana mechanicznie i korzystnie nieprzerwanie, wskutek obrotu wału 23. Podczas, gdy zamocowany na wewnętrznych występach 24 stos płytek 16 jest unieruchomiony, to umocowany na zewnętrznych występach 20 stos płytek 17 obraca się, przy czym krawędzie 29 rowków 27 działają jako zgarniacz i usuwają nadmiar mikroorganizmów, który zabierany jest przez przepływający płyn i w ten sposób jest usuwany. Przy tym wskutek ruchu obrotowego nie następuje gładkie przecięcie wystającego materiału, lecz tak jak to ma miejsce w naturalnych przebiegach, odcinki mikroorganizmów zostają wyłamane tak, że przynajmniej część poprzecznego przekroju kanału zostaje ponownie uwolniona i umożliwia przepływ. Przy tym, przebiegi te z reguły zachodzą pod ciśnieniem, gdyż obrabiany ośrodek z reguły jest tłoczony poprzez urządzenie za pomocą pompy, wskutek czego opisany przebieg jest intensyfikowany. W przedstawionej postaci wykonania, przepływ następuje z zewnątrz do środka, może też jednak następować z wewnątrz na zewnątrz. Nośnik 26 w każdym przypadku oddziela kanał wylotowy 13 od pozostałej przestrzeni wewnętrznej zbiornika 15 tak, że przepływ może przebiegać tylko wzdłuż kanałów utworzonych przez rowki 27.

Podczas gdy przedstawione na fig. 2-4 pierścieniowe tarcze 18 i 19 mają rowki 27 przebiegające zasadniczo promieniowo, tarcze 30 i 31 mają alternatywny układ rowków, które współpracują ze sobą w sposób opisany już w związku ze stosami tarcz 16 i 17. Tarcza 30 (fig. 5) zawiera dużą liczbę krótkich lecz w przekroju poprzecznym stosunkowo małych i zasadniczo promieniowo przebiegających kanałów, które znajdują się na wzniesieniu przebiegającym zygzakowato na tarczy. Tarcze 31 mają kanały, które umieszczone są spiralnie. Przy kombinacji tych tarczy 30 i 31 powstaje niezawodnie niezmienna grubość warstwy mikroorganizmów, przy czym rowki tarcz 30 tworzą zasadniczą drogę przepływu, natomiast krawędzie rowków tarcz 31 spełniają zasadniczo rolę zgarniania. Taki układ tarcz 30 i 31 wykazuje bardzo dobre własności poślizgowe tak, że można tworzyć stosunkowo wysokie stosy tarcz.

Aby przyspieszyć przebieg obróbki i uzyskać jeszcze bardziej intensywną obróbkę płynu, celowe jest doprowadzanie dodatkowo gazu, zwłaszcza tlenu atmosferycznego (powietrze otoczenia).

W tym celu, tarcze poszczególnych stosów tarcz mogą posiadać dodatkowo przelotowe otwory, tak jak to przedstawiono przykładowo na tarczy 36 przedstawionej na fig. 9. Tarcza 36 ma również kształt

PL 207 367 B1 pierścienia i może być wykonana jako kształtka wtryskowa. Posiada ona zarówno wewnętrzne występy 24 jak i zewnętrzne występy 20 tak, że tego rodzaju tarcza może być stosowana do jednego lub drugiego stosu tarcz. Występy 20 albo 24 zbędne przy danym zastosowaniu usuwa się za pomocą pomocniczego narzędzia.

Jak widać to z fig. 9, rowki utworzone w tarczy 36 mają większą powierzchnię niż w postaci wykonania opisanej na fig. 1 - 4, gdyż są one utworzone przez, przebiegające zasadniczo promieniowo, żebra 37 i 38, które umieszczone są pod różnym kątem względem siebie, jednak poza tym szeregowo skierowane są jednakowo względem osi obrotu tarczy 36. Pomiędzy oboma szeregami żeber 37 i 38 znajduje się szereg wybrań 39, utworzony przez pierścień kolistych otworów. Te wybrania 39 znajdujące się we wszystkich tarczach obu stosów, gdy przy odpowiednim położeniu obrotowym znajdują się w jednej linii, tworzą centralne kanały poprzeczne 40, poprzez które można doprowadzać tlen atmosferyczny. Dopływ następuje poprzez przewody 41, które mają ujście w trwale zamocowanym nośniku 42 trwale zamocowanego stosu tarcz. Tarcze 36 na swej dolnej stronie są wykonane tak samo jak na górnej stronie przedstawionej na fig. 9.

Dwa współpracujące ze sobą stosy tarcz przedstawione są we wzdłużnym przekroju uwidocznionego na fig. 8 urządzenia. Również tu urządzenie zawiera zasadniczo cylindryczny zbiornik 43, w którego jednej stronie czołowej umieszczony jest kanał wlotowy 11 oraz przepust i ułożyskowanie wału 23, a w drugiej stronie czołowej umieszczony jest kanał wylotowy 13. Obrotowy stos tarcz 44 zamocowany jest na wale 23 w obrębie zbiornika 43, a zamocowany trwale stos tarcz 45 osadzony jest pomiędzy nośnikiem 42 i drugim nośnikiem 46. Tarcze obu stosów odpowiadają tarczom opisanym na podstawie fig. 9, z odpowiednio usuniętymi wewnętrznymi względnie zewnętrznymi występami 24, 20. W takiej postaci wykonania w przekroju poprzecznym powstają większe kanały przepływowe, gdyż przepływ stanowią prawie całe powierzchnie tarcz, z wyjątkiem powierzchni żeber 38 i 39. Doprowadzanie tlenu atmosferycznego qwazi w połowie drogi przepływu poprzez stos, jest szczególnie korzystne, gdyż do początkowej obróbki istnieje z reguły do dyspozycji jeszcze wystarczająca ilość tlenu współwprowadzanego z obrabianym płynem tak, że takie doprowadzanie po środku jest szczególnie wydajne przy obróbce płynu.

Podczas, gdy na fig. 1 i 8 przedstawiona jest zasadniczo podstawowa budowa urządzenia, to na fig. 7 pokazano jak takie urządzenie wygląda w praktyce. Zastosowany jest tu znormalizowany silnik 10 z dołączoną przekładnią 32, do której, w tej samej osi, zamocowany jest za pomocą kołnierza, zbiornik 33 wykonany zasadniczo jako rurowy i mający długość np. jednego metra. W obrębie tego rurowego odcinka 33 umieszczone są stosy tarczowe. Przyłącze hydrauliczne urządzenia umieszczone jest przy dolnym końcu za pomocą in line umieszczonych kołnierzy 34 i 35 stanowiących wlot i wylot.

Jako wspomniano uprzednio, urządzenie według wynalazku, przy odpowiednim wykonaniu, może być stosowane dodatkowo w istniejących - otwartych urządzeniach do obróbki ścieków lub na otwartych wodach. Należy zastosować tylko odpowiednie elementy do tłoczenia obrabianego płynu poprzez urządzenie. W tym celu wystarcza z reguły pompa wirnikowa, która tłoczy płyn poprzez urządzenie.

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie do biologicznej obróbki płynu, zwłaszcza do obróbki ścieków, zawierające współpracujące ze sobą stosy tarcz, tarcz mających postać pierścieni, przy czym stosy tarcz umieszczone są współosiowo, zaś płyn prowadzony jest wzdłuż pokrytych mikroorganizmami powierzchni, które tworzą części tarcz napędzanych wokół ich osi obrotu, przy czym powierzchnie utworzone są przez rowki znajdujące się w tarczach, zaś prowadzenie płynu następuje przez rowki, znamienne tym, że tarcze (18, 30, 36) są tak umieszczone względem siebie, iż rowek (27) jednej tarczy (18, 30, 36) ograniczony jest przez sąsiednią i ruchomą względem niego inną tarczę (19, 31, 36) tworząc kanał, a krawędzie (29) rowków (27) działają jako zgarniacz, przy czym rowki (27) skierowane są w tarczach zasadniczo promieniowo, a przebieg w kanale następuje poprzez rowki (27) od wewnętrznej strony tarcz do strony zewnętrznej względnie na odwrót, zaś powierzchnie (28) tarcz umieszczone są w obszarze odcinka kanału lub zbiornika (15, 33, 43), poddanego działaniu ciśnienia gazu przyspieszającego reakcję.
2. 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że jeden stos tarcz (16, 45) jest zamocowany trwale, a drugi (17, 44) napędzany jest obrotowo wokół swej osi.

   PL 207 367 B1
3. 3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że tarcze (19) jednego stosu (17) mają przynajmniej jeden występ (20) umieszczony z zewnątrz, za pomocą którego są zamocowane w stos (19).
4. 4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że tarcze (18) drugiego stosu (16) mają przynajmniej jeden występ (24) umieszczony wewnątrz, za pomocą którego są zamocowane w stos (16).
5. 5. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że tarcze (36) zawierają doprowadzające gaz, zwłaszcza powietrze/tlen wybrania (39) umieszczone w jednej płaszczyźnie.