PL215243B1

PL215243B1 - Sposób biologicznego oczyszczania scieków

Info

Publication number: PL215243B1
Application number: PL390860A
Authority: PL
Inventors: Aron Michajlowicz Chalemski; Eduard Moisiejewicz Szwiec; Jerzy Robert Ślusarczyk; Ivo Ambroż
Original assignee: Prote Technologie Dla Srodowiska Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia
Priority date: 2009-09-14
Filing date: 2010-03-29
Publication date: 2013-11-29
Also published as: EP2479147A4; WO2011031181A1; EP2479147B1; EP2479147A1; PL390860A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób biologicznego oczyszczania ścieków, który może być stosowany zarówno w gospodarce komunalnej jak i w różnych gałęziach przemysłu i rolnictwa do oczyszczania gospodarczych, przemysłowych i pochodnych od nich, pod względem składu, ścieków zawierających substancje ulegające biodegradacji.

Problemem znanych metod biologicznego oczyszczania jest zwiększone technogenne obciążenie środowiska, ze względu na nadmiar tworzącego się czynnego osadu, co prowadzi do konieczności zastosowania urządzeń do jego przetwarzania i przechowywania, wykorzystania odczynników, stosowanych w procesie przetwarzania osadów ściekowych, budowy terenów przeznaczonych na składowisko powstałych osadów. Wszystko to prowadzi do powtórnego zanieczyszczenia środowiska i konieczności wykorzystania dodatkowych gruntów. Innym problemem jest emisja substancji szkodliwych, w tym o nieprzyjemnym zapachu, włączając siarkowodór, z uwolnionych w ściekach osadów do atmosfery, a zatem i konieczność powiększenia rozmiarów strefy sanitarno-ochronnej - odległości od oczyszczalni do budynków mieszkalnych. Ponadto, konieczność ciągłego usuwania wtórnych zanieczyszczeń - wilgotnego osadu z pierwotnych osadników i nadmiaru czynnego osadu z wtórnych osadników nie pozwalają stworzyć zamkniętego cyklu technologicznego oczyszczania ścieków, co uniemożliwia automatyzację sterowania całym procesem jako całością i wykluczają pracę urządzeń do oczyszczania z gwarantowaną jakością oczyszczonych ścieków, przy jednoczesnym obniżeniu technogennego obciążenia środowiska z wyłączeniem personelu dyżurnego - to jest z wyłączeniem wpływu „czynnika ludzkiego”.

Znane są sposoby biologicznego oczyszczania, obejmujące dwa etapy - oczyszczanie mechaniczne i biologiczne.

W pierwszym etapie usuwane są nierozpuszczone w wodzie substancje w postaci zawiesiny, w drugim etapie - to, co pozostało z pierwszego etapu - w postaci zawiesiny i rozpuszczone w ściekach. Do wad sposobu zalicza się:

- tworzenie się wtórnych zanieczyszczeń w postaci wilgotnego osadu w pierwotnych osadnikach w pierwszym etapie,

- duży nadmiar czynnego osadu, generowanego w procesie biologicznego oczyszczania (wtórne zanieczyszczenie).

Znany jest, z rosyjskiego opisu patentowego nr RU 2220918, sposób biologicznego oczyszczania ścieków patefit·, w którym ścieki po mechanicznym oczyszczeniu kolejno są przetwarzane w beztlenowym bioreaktorze, tlenowym bioreaktorze, w osadniku wyposażonym w pompę Mamut z przewodem recyrkulacji czynnego osadu, bioreaktor wspomaganego oczyszczania z pożywką dla utrzymującej się mikroflory i komory dezynfekcyjnej. Sposób ten gwarantuje zmniejszenie ilości tworzącego się osadu, który zostaje odprowadzony z beztlenowego bioreaktora, następnie pozbawiony wody, na przykład w workach filtracyjnych. Wadą tego sposobu jest brak rozwiązania kwestii minimalizacji tworzenia się nadmiaru osadu.

Znany jest, z rosyjskiego opisu patentowego nr RU 2170217, sposób biologicznego oczyszczania ścieków, w którym ścieki poddane wcześniej mechanicznemu oczyszczaniu w pierwotnym osadniku, zostają przetwarzane w zbiorniku aktywacyjnym, w którym utrzymywana jest obecność stref o różnorodnej zawartości tlenu. Następnie mieszanina ścieków z czynnym osadem przechodzi do wtórnego osadnika w celu podziału na oczyszczone ścieki i czynny osad, który nieustannie powraca na początek zbiornika aktywacyjnego. Do wad tego sposobu zalicza się tworzenie się znacznych ilości wilgotnego osadu w pierwotnym osadniku i nadmiaru czynnego osadu, przeznaczonych do utylizacji, co zwiększa koszty eksploatacji oczyszczalni, obniża wydajność pracy oczyszczalni.

Znany jest, z rosyjskiego opisu patentowego nr RU 2299864, sposób biologicznego oczyszczania polegający na wprowadzeniu ścieków do komory oczyszczania wstępnego, następnie obróbkę czynnego osadu w zbiorniku aktywacyjnym, podzielonym na strefę tlenową i beztlenową, z okresowym napowietrzaniem, rozdzielenie mieszaniny osadu w osadniku z powrotem czynnego osadu do zbiornika aktywacyjnego reaktora. Przerywana aeracja przy stosowaniu wskazanej metody w oczyszczalniach o średniej i wysokiej wydajności spowoduje dodatkowe koszty i utrudnienia w kierowaniu procesem. Przy przestrzennym podziale na strefę tlenową i beztlenową nie gwarantuje się minimalnej ilości czynnego osadu ze względu na brak samoregulacji procesu, którą można zagwarantować tylko przy umownym podziale stref dzięki obecności stref przejściowych, w których tworzy się specyficzna mikroflora, zabezpieczająca stabilność procesu biologicznego oczyszczania przy zmianie składu i ilości

PL 215 243 B1 dostarczanych do oczyszczania ścieków („skrajnie niestabilne warunki”) i zwiększenie wydajności metabolizmu drobnoustrojów czynnego osadu. Ponadto, sposób ten nie rozwiązuje problemu emisji substancji szkodliwych, w tym o nieprzyjemnym zapachu, przy usuwaniu wilgotnych osadów nie ma możliwości automatyzacji procesu oczyszczania ścieków.

Znany jest, z opisu do Patentu Euroazjatyckiego nr EA 004338, sposób biologicznego oczyszczania, polegający na wprowadzeniu ścieków bez wcześniejszego oczyszczania mechanicznego do zbiornika wyrównującego, do którego okresowo doprowadza się powietrze w celu rozdrobnienia dużych mechanicznych zanieczyszczeń, obróbce ścieków w zbiorniku aktywacyjnym przy napowietrzaniu, w którym odbywa się proces biologicznego ich oczyszczania, wprowadzenie oczyszczonych ścieków do osadnika, gdzie odbywa się oddzielenie czynnego osadu od oczyszczonej wody, wprowadzenie czynnego osadu z osadnika do zbiornika aktywacyjnego. We wskazanym sposobie nie rozwiązano kwestii usuwania nierozpuszczonych zanieczyszczeń z sorbowanymi na nich substancjami organicznymi, a usuwane zostają tylko te zanieczyszczenia, które rozpuszczone zostały w wodzie i mechaniczne zanieczyszczenia, które można rozbić strumieniem powietrza. Również niewystarczająco rozwiązany został problem emisji substancji szkodliwych, w tym o nieprzyjemnym zapachu, do atmosfery, ponieważ nie rozpatruje się kwestii usunięcia szkodliwych zanieczyszczeń organicznych we wstępnym stadium procesu. Istniejący sposób dopuszcza się do oczyszczania ścieków w małych oczyszczalniach i nie może być on stosowany w dużych oczyszczalniach, ze względu na brak ciągłości procesu, ponieważ znacznie utrudnia to sam proces i kierowanie nim. Ponadto, przy przerywanej aeracji nie jest w pełni realizowany proces rozkładu sorbowanej na nierozpuszczonych zanieczyszczeniach (niepodlegających biodegradacji) materii organicznej i nie jest w pełni realizowane biologiczne oczyszczanie ścieków z minimalną ilością nadmiaru czynnego osadu, co wymaga jego usunięcia z oczyszczalni.

Najbliższym rozwiązaniem sposobu, przyjętym za prototyp, jest sposób polegający na mechanicznym oczyszczaniu ścieków w pierwotnym osadniku, po którym ścieki zostają wprowadzone do bioreaktora (bioaktywatora), w którym utrzymywana jest obecność stref o różnorodnej zawartości tlenu poprzez regularne doprowadzanie tlenu, następnie mieszanina ścieków z aktywnym osadem przedostaje się do wtórnego osadnika w celu rozdzielenia na oczyszczone ścieki i czynny osad, który w sposób ciągły jest kierowany z powrotem do początku bioreaktora. Wilgotny osad po opuszczeniu wstępnego osadnika zostaje recyrkulowany do wlotu pierwotnego osadnika w celu stworzenia warunków realizacji procesu hydrolizy i procesu hetero acetonowego bezpośrednio w pierwotnym osadniku. We wtórnym osadniku tworzą się strefy o różnorodnej zawartości tlenu poprzez regulowanie szybkości recyrkulacji czynnego osadu z wtórnego osadnika do wlotu bioreaktora. Strefy o różnorodnej zawartości tlenu w bioreaktorze są rozprowadzane w kierunku poziomym, jak w rosyjskim opisie patentowym RU 2296110. We wskazanym sposobie osiąga się minimalne ilości nadmiaru czynnego osadu w porównaniu ze znanymi metodami, ale proces technologiczny nie jest zamknięty, ze względu na to że, fazy technologiczne są rozdzielone i istnieje konieczność usunięcia osadu z pierwotnego osadnika, w wyniku czego niemożliwe jest zautomatyzowanie systemu kierowania procesem biologicznego oczyszczania, regulacja może być wykonywana ręcznie. Osad, usuwany z pierwotnych osadników zawiera nierozpuszczone w ściekach mechaniczne zanieczyszczenia z sorbowaną materią organiczną, która szybko ulega rozkładowi przy wyodrębnieniu ze ścieku (trwa beztlenowy proces) w miejscach składowania, wydzielając do środowiska produkty przemiany drobnoustrojów - szkodliwe substancje, w tym o nieprzyjemnym zapachu. W rezultacie, strefy sanitarno-ochronne oczyszczalni potrzebują znacznych powierzchni, co zwiększa technogenne obciążenie środowiska.

Celem rozwiązania według wynalazku jest stworzenie w pełni zautomatyzowanego procesu biologicznego oczyszczania przy wykorzystaniu zamkniętego cyklu technologicznego, przy jednoczesnym obniżeniu kosztów inwestycyjnych i eksploatacyjnych oraz zmniejszeniu technogennego obciążenia środowiska.

Istota sposobu biologicznego oczyszczania ścieków, który według wynalazku obejmuje obróbkę ścieków w bioreaktorze z występującymi po sobie naprzemiennie, pod względem zawartości tlenu, strefami podczas jego napowietrzania, doprowadzenie oczyszczonych ścieków do osadnika, zawierającego także strefy różnorodne pod względem zawartości tlenu, w którym kontynuowany jest proces biologicznego oczyszczania czynnym osadem z następującym po nim wydzieleniem oczyszczonego ścieku i czynnego osadu oraz powrotem czynnego osadu z osadnika do bioreaktora, charakteryzuje się tym, że początkowo przeprowadza się obróbkę ścieków, zawierających nierozpuszczalne domieszki mechaniczne z zaadsorbowanymi na nich związkami organicznymi, w zbiorniku wstępnej aeracji, nad którego otwór wlotowy z osadnika przedostaje się czynny osad powodujący rozkład zaadsorbowanych na nieroz4

PL 215 243 B1 puszczalnych domieszkach mechanicznych związków organicznych, które w postaci łatwoprzyswajalnych substancji organicznych przechodzą w roztwór, po przejściu przez zbiornik wstępnej aeracji ścieki, zawierające czyste nierozpuszczalne domieszki mechaniczne, uwolnione od zaadsorbowanych na nich związków organicznych oraz czynny osad poddawane są mechanicznemu oczyszczaniu do usunięcia ze ścieków wymienionych nierozpuszczalnych domieszek mechanicznych, po czym ściek zawierający czynny osad oraz łatwoprzyswajalne substancje organiczne, które zmieniły się w roztwór transportowane są do bioreaktora, a następnie do osadnika, z którego czynny osad kierowany jest z powrotem do bioreaktora i zbiornika wstępnej aeracji w zamkniętym cyklu technologicznym oczyszczania ścieków. Według innej, korzystnej cechy wynalazku poziom ścieków w zbiorniku wstępnej aeracji utrzymuje się stały przy nieprzerwanym napowietrzaniu. Według kolejnej, korzystnej cechy wynalazku czas, w jakim mieszanina ścieków i czynnego osadu znajduje się w zbiorniku wstępnej aeracji wynosi 45 min - 1,5 godz. Według następnej, korzystnej cechy wynalazku ilość czynnego osadu, przedostającego się z osadnika do zbiornika wstępnej aeracji wynosi 5-10% ogólnej ilości recyrkulowanego osadu. Według innej, korzystnej cechy wynalazku stężenie tlenu mieszaniny wodno-osadowej 33 w zbiorniku wstępnej aeracji utrzymuje się na poziomie 2,5 g 02/m³ - 3,5 g 02/m³. Według kolejnej, korzystnej cechy wynalazku bioreaktor umownie został podzielony na kolejno występujące po sobie strefy o różnorodnym środowisku pod względem zawartości tlenu, z których pierwsza jest przeważnie beztlenowa. Według następnej, korzystnej cechy wynalazku ilość stref w zbiorniku aktywacyjnym bioreaktora stanowi parzystą ilość - minimum dwie. Według innej, korzystnej cechy wynalazku stężenie ₃ tlenu w strefie beztlenowej bioreaktora wynosi nie więcej niż 0,7g 02/m³. Według kolejnej, korzystnej ₃ cechy w wynalazku stężenie tlenu w strefie tlenowej bioreaktora wynosi nie mniej niż 2,5g 02/m³. Według następnej, korzystnej cechy wynalazku ilość czynnego osadu przedostającego się do bioreaktora wynosi 90-95% ogólnej ilości recyrkulowanego czynnego osadu. Według innej, korzystnej cechy wy₃ nalazku stężenie czynnego osadu w bioreaktorze wynosi 2,5-7,5 g/dm³. Według kolejnej, korzystnej cechy wynalazku stosunek rozciągłości strefy beztlenowej i strefy tlenowej w bioreaktorze wynosi 1:1. Według innej, korzystnej cechy wynalazku mechaniczne oczyszczanie ścieków, zawierających nierozpuszczalne domieszki, pozbawione sorbowanych na nich związków organicznych, odbywa się przeważnie poprzez filtrację, którą przeprowadza się na sitach o rozmiarze oka sita 2-5 mm. Według następnej, korzystnej cechy wynalazku stężenie tlenu w mieszaninie wodno-osadowej na dnie osadnika wynosi 0,1 - 0,3 g 0₂/m , a na głębokości 1 m w osadniku - 2 - 2,5 g 0₂/m .

Wprowadzenie fazy wstępnej obróbki ścieków w zbiorniku wstępnej aeracji, nad wlot której z osadnika doprowadza się czynny osad, pozwala rozłożyć sorbowaną na nierozpuszczonych mechanicznych zanieczyszczeniach materię organiczną na prostsze, łatwo przyswajalne związki organiczne, które przechodzą w roztwór, a następnie są całkowicie przyswajane przez drobnoustroje czynnego osadu w bioreaktorze w minimalnie krótkim czasie, zatem potrzebna jest mniejsza powierzchnia bioreaktora, co zmniejsza koszty budowy oczyszczalni jako całości. Komora wstępnej aeracji nie spełnia funkcji zbiornika odbiorczego i jest wykorzystywana jako pierwszy stopień biologicznego oczyszczania, właściwie do rozkładu sorbowanej na mechanicznych zanieczyszczeniach materii organicznej. Dalsze usuwanie wskazanych nierozpuszczonych zanieczyszczeń w urządzeniu do mechanicznego oczyszczania, przyczynia się do tego, że uwolnione od sorbowanej materii mechaniczne zan ieczyszczenia nie wydzielają szkodliwych, w tym o nieprzyjemnym zapachu substancji do środowiska w miejscach ich przetwarzania i składowania. Zespół charakterystycznych cech, a mianowicie - doprowadzenie czynnego osadu z osadnika do komory wstępnej aeracji, dalsze doprowadzenie i oczyszczanie ścieków w bioreaktorze ze strefami o w zmieniającym się stężeniu tlenu, a następne doprowadzenie ścieków do osadnika, z którego czynny osad zostaje cofnięty do komory wstępnej aeracji i bioreaktora tworzy zamknięty cykl technologiczny oczyszczania ścieków i pozwala zautomatyzować kierowanie całym procesem biologicznego oczyszczania. Utrzymanie stałego poziomu ścieków w komorze wstępnej aeracji nie wymaga przyrządów kontrolnych do utrzymania poziomu, upraszcza funkcjonowanie oczyszczalni. Biologiczne oczyszczanie wstępnie przetworzonych ścieków, zawierających łatwo przyswajalną materię organiczną, w bioreaktorze ze strefami o zmieniającym się stężeniu tlenu, gwarantuje rozkład biogennych substancji (C, N), które dostały się do oczyszczalni wraz ze ściekami przy minimalnym wzroście czynnego osadu. Ważnym czynnikiem jest to, że oczyszczanie ścieków w bioreaktorze, przeważnie zaczyna się w strefie beztlenowej. Czynny osad w strefie beztlenowej usuwa związki organiczne i wykorzystuje je do podtrzymania swoich funkcji, przy czym produktami przemiany materii drobnoustrojów czynnego osadu częściowo są substancje gazowe, przyczyniające się do połączenia drobnych mikroorganizmów, co także gwarantuje minimalną ilość czynnego osadu. Jeżeli ścieki dostaPL 215 243 B1 ją się od razu do strefy tlenowej, to czynny osad także usuwa związki organiczne, ale z maksymalnym przyrostem mułu, ponieważ w warunkach tlenowych materia organiczna, rozpuszczona w ściekach, jest wykorzystywana przez drobnoustroje czynnego osadu do ich odżywiania i rozmnażania, co zwiększa ilość osadu, który następnie jest magazynowany i wymaga usunięcia z systemu i dalszego przetwarzania. Następowanie po sobie w zbiorniku aktywacyjnym bioreaktora stref o różnej zawartości tlenu prowadzi do zmian metabolizmu drobnoustrojów czynnego osadu i przesunięcia biocenozy w czynnym osadzie w kierunku „drapieżników” (większych drobnoustrojów), co gwarantuje minimalny przyrost czynnego osadu. Minimalizacja ilości tworzenia się osadu czynnego pozwala wykluczyć z procesu technologicznego fazy usuwania osadu z technologii i dalszego jego przetwarzania, które stanowią integralną część wszystkich znanych procesów oczyszczania ścieków, co ostatecznie daje możliwość w zgłoszonej metodzie stworzyć algorytm pełnego zautomatyzowania procesu oczyszczania ścieków.

Sposób według wynalazku został wyjaśniony za pomocą opisu przykładowej jego realizacji, zilustrowanej schematem blokowym, uwidocznionym na fig. 1 oraz na fig. 2 stanowiącej tabelę wskaźników testów potwierdzających efektywność sposobu, prowadzonego na urządzeniach oczyszczających ₃ o wydajności 8000 m³ na dobę z sześcioma strefami w bioreaktorze, następującymi po sobie pod 33 względem stężenia tlenu od 0,3 g 02/m³ w pierwszej strefie - beztlenowej do 4,5 g 02/m³ w szóstej ₃ strefie - tlenowej. Stężenie czynnego osadu w bioreaktorze - 6,5g/dm³ Objętość usuniętego nadmiaru czynnego osadu (t/rocznie pod względem suchej masy), podlegającego usunięciu - 0.

P r z y k ł a d

Ścieki zawierające nierozpuszczalne domieszki, w skład których wchodzą związki organiczne, bez mechanicznego oczyszczania wstępnego trafiają do zbiornika 1 wstępnej aeracji, w którym związki organiczne, sorbowane na nierozpuszczalnych domieszkach, podlegają biologicznemu rozkładowi przy udziale mikroorganizmów czynnego osadu, przedostającego się z osadnika 4. Ścieki zawierające nierozpuszczalne domieszki doprowadza się rurociągiem 5. W zbiorniku 1 wstępnej aeracji utrzymywany jest stały górny poziom ścieków. Rurociągiem 11 do zbiornika 1 wstępnej aeracji nieprzerwanie dostarczane jest powietrze, a z osadnika 4 rurociągiem 6 do zbiornika 1 wstępnej aeracji również nieprzerwanie dostarczany jest czynny osad powodujący rozkład sorbowanych na nierozpuszczalnych domieszkach mechanicznych związków organicznych. Ilość powietrza dostarczanego do zbiornika 1 wstępnej aeracji gwarantuje utrzymanie stężenia tlenu w wodno-osadowej mieszance w zbiorniku 1 ₃ wstępnej aeracji na poziomie 2,5-3,5g 02/m³. Ilość czynnego osadu, przedostającego się z osadnika 4 do zbiornika 1 wstępnej aeracji, wynosi 5-10% ogólnej ilości recyrkulowanego osadu. Czas potrzebny dla tego procesu, przebiegającego w zbiorniku 1 wstępnej aeracji wynosi 45 min - 1,5 godz., w zależności od ilości zawartych w ściekach związków organicznych. Jeśli czas, w jakim zachodzi proces wynosi mniej niż 45 min, nie zostanie osiągnięty nieodzowny efekt polegający na rozkładzie związków organicznych, sorbowanych na nierozpuszczalnych domieszkach. Jeśli proces przebiega dłużej niż 1,5 godziny doprowadzi to do nieuzasadnionego podniesienia kosztów eksploatacyjnych i inwestycyjnych. Nieustanne doprowadzanie powietrza do zbiornika 1 wstępnej aeracji i bioreaktora 3 odbywa się systemem aeracji 8 poprzez elementy aeracyjne, na przykład elementy membranowe, średniopęcherzykowe 9 i elementy membranowe, drobnopęcherzykowe 10, zainstalowane w dennej części zbiornika 1 wstępnej aeracji i na dnie bioreaktora 3. Przy czym, w zbiorniku 1 wstępnej aeracji zostały zainstalowane elementy membranowe, średniopęcherzykowe 9. W zbiorniku aktywacyjnym bioreaktora 3 w strefach beztlenowych a zainstalowane są elementy membranowe, średniopęcherzykowe 9, a w strefach tlenowych 6 zainstalowane są elementy membranowe, drobnopęcherzykowe 10, do których powietrze dostarcza się rurociągiem 12. Ze zbiornika 1 wstępnej aeracji ściek, zawierający nierozpuszczalne mechaniczne domieszki, rozpuszczone związki organiczne, a także dodatkowo rozpuszczone związki organiczne z nierozpuszczalnych domieszek mechanicznych, transportowany jest na urządzenie do mechanicznego oczyszczania gdzie następuje wydzielenie ze wstępnie obrobionego ścieku nierozpuszczalnych mechanicznych domieszek, które nie zawierają adsorbowanych na nich nawozów organicznych. Nawozy organiczne w postaci bardziej prostych łatwo przyswajalnych związków organicznych, przeważnie w postaci lotnych i tłustych kwasów, zostały rozpuszczone w ściekach. Mechaniczne oczyszczanie ścieków, zawierających nierozpuszczalne domieszki, wolne od sorbowanych na nich nawozów organicznych oraz czynny osad odbywa się przeważnie dzięki filtracji na sitach o rozmiarze oka 2-5 mm. Możliwe jest jednak użycie innych znanych środków - kratki, sita, bęben z siatką itd. Uwolnione od substancji organicznych i wyłowione przez urządzenie 1 do mechanicznego oczyszczania, nierozpuszczalne mechaniczne domieszki są wyładowywane z niego do kontenerów,

PL 215 243 B1 a następnie kierowane są na wysypiska, poligony - odpowiednie miejsca do przechowywania, rozmieszczenia, przeróbki. Ukazany ściek wyróżnia się brakiem nieprzyjemnego w zapachu. Po urządzeniu do mechanicznego oczyszczania ściek, pozbawiony nierozpuszczalnych domieszek, zawierający czynny osad i dodatkowo łatwo przyswajalne substancje organiczne, które wpłynęły do roztworu przedostają się do bioreaktora 3, do którego przedostaje się czynny osad z osadnika 4 w ilości 90-95% ogólnej ilości recyrkulowanego czynnego osadu poprzez rurociąg 7. Stężenie czynnego osadu w bio₃ reaktorze 3, wynosi 2,5-7,5 kg/m³. Zbiornik aktywacyjny bioreaktora 3 został umownie podzielony na następujące na przemian po sobie pod względem stężenia tlenu strefy, których w bioreaktorze 3 może być minimum dwie - strefa beztlenowa a i strefa tlenowa δ. Stężenie tlenu w strefie beztlenowej a bio33 reaktora 3 wynosi nie więcej niż 0,7 g 02/m³, w strefie tlenowej δ - nie mniej niż 2,5 g 02/m³. Stosunek wielkości strefy beztlenowej a i strefy tlenowej δ w bioreaktorze 3 wynosi 1:1 - co gwarantuje proces biologicznego oczyszczania ścieków z minimalnym powstawaniem czynnego osadu przy jednoczesnym obniżeniu kosztów eksploatacyjnych. Strefy nie są oddzielone od siebie przestrzennie, lecz umownie rozmieszczone są poziomo w bioreaktorze 3. Ilość stref zależy od stopnia zanieczyszczenia poddawanych oczyszczaniu ścieków. W przypadku zawartości w ściekach, przedostających się do biore₃ aktora 3 ΒΠΚ5 (wielkość określająca pięciodobowe, biologiczne zapotrzebowanie tlenu) do 150 mg 0₂/dm , ₃ ilość stref jest wybierana - 2. Jeśli wielkość ΒΠΚ5 jest większa niż 150 mg 0₂/m , to wybiera się ilość stref stanowiącą wielokrotność dwóch - 4, 6, 8 itd. Występowanie na przemian strefy beztlenowej a i strefy tlenowej δ w bioreaktorze 3 powoduje wzmożenie metabolizmu (przemiany) mikroorganizmów w przypadku znalezienia się ich w niesprzyjających dla nich warunkach - ze strefy beztlenowej a do strefy tlenowej δ, a następnie ze strefy tlenowej δ do strefy beztlenowej a itd. Przy czym, z pominięciem fazy nitryfikacji, azot usuwa się ze ścieków w postaci produktów gazowych N₂O^r, N₂i Substancje organiczne usuwane są także w postaci produktu gazowego C0₂ ^r (do 92%). Przy czym ilość powstającego nadmiaru czynnego osadu wynosi 0,028-0,052 kg/kg ustalonego ΒΠΚ, co stanowi eksportację ₃ czynnego osadu w postaci substancji w formie zawiesiny w oczyszczonych ściekach 3 - 8 mg/dm . Pomiaru stężenia tlenu dokonuje się metodą elektrochemiczną (oksymetrami) lub metodą Sr chemiczną (metoda Winklera). Faktyczna zawartość tlenu jest korygowana automatycznie poprzez regulację obrotów silnika dmuchawy przetwornikiem częstotliwości zgodnie z optymalną wartością stężenia tlenu, poprzez regulację doprowadzania powietrza do stref bioreaktora 3 przez elementy aeracyjne. Z bioreaktora 3 po upływie 6-8 godzin wypływa mieszanina cieczy ściekowej z czynnym osadem i przedostaje się do osadnika 4, który także umownie podzielony jest na strefy - strefę tlenową δ i strefę beztlenową a, w których nieustannie zachodzi proces oczyszczania tlenowego i beztlenowego, tj. kontynuowany jest proces biologicznego oczyszczania czynnym osadem. Przeważnie 2/3 użytecznej pojemności osadnika 4 działa jak strefa tlenowa δ, przeważnie 1/3 użytecznej pojemności osadnika 4 funkcjonuje jak strefa beztlenowa a. Następnie w osadniku 4 następuje podział mieszanki - część oczyszczona jest odprowadzana w stronę odprowadzenia 13 oczyszczonych ścieków, a nagromadzony czynny osad w rurociągach 6 i 7 jest nieustannie odprowadzany do zbiornika 1 wstępnej aeracji i do bioreaktora 3 (pierwsza strefa beztlenowa a). Prędkość usuwania nagromadzonego czynnego osadu w osadniku 4 jest wybierana z uwzględnieniem utrzymania stałego poziomu czynnego osadu w osadniku 4, w granicach 1/3 jego wysokości i z uwzględnieniem stworzenia warunków beztlenowych ₃ przy stężeniu tlenu 0,1-0,3g 02/m³ na dnie osadnika 4. Zawartość tlenu na głębokości 1 m w osadniku 4 ₃ wynosi 2-2,5 g 02/m³ co daje gwarancję oczyszczenia ścieków ze związków azotu. Rurociągi 6 i 7 recyrkulacji czynnego osadu do zbiornika 1 wstępnej aeracji i bioreaktora 3 wyposażone są w przepływomierze, na przykład indukcyjne. Proces automatyzacji jest realizowany przy użyciu znanych przyrządów pomiarowych zawartości tlenu, przepływomierzy środowisk ciekłych. W charakterze mechanizmów wykonawczych wykorzystuje się znane przetworniki częstotliwości. Stosowanie sposobu według wynalazku pozwala, dzięki stworzeniu cyklu zamkniętego ekosystemu oczyszczania ścieków, zautomatyzować proces biologicznego oczyszczania przy jednoczesnym obniżeniu obciążenia technogennego środowiska naturalnego, poprzez minimalizację zanieczyszczeń wtórnych - nadmiaru czynnych osadów i szkodliwego wydalania do środowiska naturalnego, co prowadzi do deficytu urządzeń do obróbki i przechowywania czynnego osadu, braku poligonów do jego składowania, obniżenia zużycia reagentów, stosowanych w procesie obróbki resztek ścieków, powodujących wtórne zanieczyszczenie. Automatyzacja procesu pozwala wykluczyć wpływ czynnika ludzkiego w zarządzaniu procesem biologicznego oczyszczania. Wykorzystując sposób według wynalazku zyskuje się:

- oszczędność zasobów ziemi - przy projektowaniu urządzeń oczyszczających,

PL 215 243 B1 ₃

- wydajności 25000 m³/na dobę rozmiary strefy sanitarno-ochronnej uległy zmniejszeniu z 450 m do 20 m (projekt został poddany państwowej ekspertyzie w 2009 r. z wynikiem pozytywnym),

- rozwiązanie problemu zapachu - redukcja wydalania do powietrza atmosferycznego substancji o nieprzyjemnym zapachu, dzięki usunięciu sorbowanych substancji organicznych z nierozpuszczalnych domieszek,

- obniżenie kosztów energetycznych i eksploatacyjnych, dzięki optymalizacji zużycia powietrza, braku konieczności obróbki zanieczyszczeń wtórnych i zastosowania drogich reagentów,

- sposób według wynalazku pozwala wyeliminować z procesu technologicznego pierwotny osadnik, co prowadzi do obniżenia kosztów eksploatacyjnych i inwestycyjnych budowy urządzeń oczyszczających.

PL 215 243 B1

Spis pozycji występujących na rysunku, fig. 1

- zbiornik wstępnej aeracji,

- urządzenie do mechanicznego oczyszczania,

- bioreaktor, a, δ - odpowiednio strefa beztlenowa i tlenowa, na które umownie podzielony jest zbiornik bioreaktora,

- osadnik, δ, a - odpowiednio strefa tlenowa i beztlenowa, na które umownie podzielony jest osadnik 4,

- rurociąg, którym transportowane są ścieki,

- rurociąg, którym transportowany jest czynny osad z osadnika do zbiornika wstępnej aeracji,

- rurociąg, którym transportowany jest czynny osad z osadnika do bioreaktora,

- system aeracji,

- elementy membranowe, średniopęcherzykowe,

- elementy membranowe, drobnopęcherzykowe,

- rurociąg, którym transportowane jest powietrze do zbiornika wstępnej aeracji,

- rurociąg, którym transportowane jest powietrze do bioreaktora,

- odprowadzenie oczyszczonych ścieków.

Claims

1. Sposób biologicznego oczyszczania ścieków, obejmujący obróbkę ścieków w bioreaktorze z występującymi po sobie naprzemiennie pod względem zawartości tlenu strefami podczas jego napowietrzania, doprowadzenie oczyszczonych ścieków do osadnika, zawierającego także strefy różnorodne pod względem zawartości tlenu, w którym kontynuowany jest proces biologicznego oczyszczania czynnym osadem z następującym po nim wydzieleniem oczyszczonego ścieku i czynnego osadu oraz powrotem czynnego osadu z osadnika do bioreaktora, znamienny tym, że początkowo przeprowadza się obróbkę ścieków, zawierających nierozpuszczalne domieszki mechaniczne z zaadsorbowanymi na nich związkami organicznymi, w zbiornik (1) wstępnej aeracji nad którego otwór wlotowy z osadnika (4) przedostaje się czynny osad powodujący rozkład zaadsorbowanych na nierozpuszczalnych domieszkach mechanicznych związków organicznych, które w postaci łatwoprzyswajalnych substancji organicznych przechodzą w roztwór, po przejściu przez zbiornik (1) wstępnej aeracji ścieki, zawierające czyste nierozpuszczalne domieszki mechaniczne, uwolnione od zaadsorbowanych na nich związków organicznych oraz czynny osad poddawane są mechanicznemu oczyszczaniu do usunięcia z wymienionych ścieków nierozpuszczalnych domieszek mechanicznych, po czym ściek zawierający czynny osad oraz łatwoprzyswajalne substancje organiczne, które zmieniły się w roztwór transportowane są do bioreaktora (3), a następnie do osadnika (4), z którego czynny osad kierowany jest z powrotem do bioreaktora (3) i zbiornika (1) wstępnej aeracji w zamkniętym cyklu technologicznym oczyszczania ścieków.

2. Sposób biologicznego oczyszczania ścieków według zastrz. 1, znamienny tym, że poziom ścieków w zbiorniku (1) wstępnej aeracji utrzymuje się stały przy nieprzerwanym napowietrzaniu.

3. Sposób biologicznego oczyszczania ścieków według zastrz. 1, znamienny tym, że czas, w jakim mieszanina ścieków i czynnego osadu znajduje się w zbiorniku wstępnej aeracji wynosi 45 min - 1,5 godz.

4. Sposób biologicznego oczyszczania ścieków według zastrz. 1, znamienny tym, że ilość czynnego osadu, przedostającego się z osadnika (4) do zbiornika (1) wstępnej aeracji wynosi 5-10% ogólnej ilości recyrkulowanego osadu.

5. Sposób biologicznego oczyszczania ścieków według zastrz. 1, znamienny tym, że stężenie tlenu ₃ mieszaniny wodno-osadowej w zbiorniku 0} wstępnej aeracji utrzymuje się na poziomie 2,5-3,5 g 02/m³.

6. Sposób biologicznego oczyszczania ścieków według zastrz. 1, znamienny tym, że bioreaktor (3) umownie dzieli się na kolejno występujące po sobie strefy o różnorodnym środowisku pod względem zawartości tlenu, z których pierwsza jest przeważnie beztlenowa (a).

7. Sposób biologicznego oczyszczania ścieków według zastrz. 1, znamienny tym, że w bioreaktorze (3) utrzymuje się parzystą liczbę stref - minimum dwie.

8. Sposób biologicznego oczyszczania ścieków według zastrz. 1, znamienny tym, że stężenie ₃ tlenu w strefie beztlenowej (a) bioreaktora (3) wynosi nie więcej niż 0,7 g 02/m³.

9. Sposób biologicznego oczyszczania ścieków według zastrz. 1, znamienny tym, że stężenie ₃ tlenu w strefie tlenowej (6) bioreaktora (3) wynosi nie mniej niż 2,5 g 02/m³.

10. Sposób biologicznego oczyszczania ścieków według zastrz. 1, znamienny tym, że ilość czynnego osadu przedostającego się do bioreaktora (3) wynosi 90-95% ogólnej ilości recyrkulowanego czynnego osadu.

11. Sposób biologicznego oczyszczania ścieków według zastrz. 1, znamienny tym, że stężenie ₃ czynnego osadu w bioreaktorze (3) wynosi 2,5-7,5 g/dm³.

12. Sposób biologicznego oczyszczania ścieków według zastrz. 1, znamienny tym, że stosunek rozciągłości strefy beztlenowej (a) i strefy tlenowej (δ) w bioreaktorze (3) wynosi 1:1.

13. Sposób biologicznego oczyszczania ścieków według zastrz. 1, znamienny tym, że mechaniczne oczyszczanie ścieków, zawierających nierozpuszczalne domieszki, pozbawione sorbowanych na nich związków organicznych, odbywa się przeważnie poprzez filtrację, którą przeprowadza się na sitach o rozmiarze oka sita 2-5 mm.

14. Sposób biologicznego oczyszczania ścieków według zastrz. 1, znamienny tym, że stężenie ₃ tlenu w mieszaninie wodno-osadowej na dnie osadnika (4) wynosi 0,1-0,3 g 02/m³, a na głębokości 1 m ₃ w osadniku - 2-2,5 g 02/m³.