PL223807B1 - Adiabatyczna, mechaniczno-biologiczna oczyszczalnia ścieków - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest adiabatyczna, mechaniczno-biologiczna oczyszczalnia ścieków, przeznaczona do oczyszczania ścieków komunalnych.

Znane oczyszczalnie ścieków komunalnych składają się z trzech lub czterech stopni oczyszczania. Pierwszy stopień, oczyszczania mechanicznego stanowią przeważnie: krata, osadniki wstępne oraz różnego rodzaju separatory. Ze stopnia mechanicznego ścieki podawane są do reaktorów, w których oczyszczanie ścieków zachodzi na drodze utleniania zawartych w ściekach związków organicznych przez mikroorganizmy. Z reaktora tlenowego ścieki podawane są do trzeciego stopnia oczyszczania, którym jest osadnik wtórny. Tam następuje proces ostatecznego klarowania cieczy poprzez separację zawiesin. Ścieki pomiędzy poszczególnymi stopniami są recyrkulowane zgodnie z założoną technologią. Oczyszczone ścieki deponowane są do odbiornika lub, jeśli zachodzi taka konieczność, kierowane na czwarty, chemiczny stopień oczyszczalni. Zgromadzone na kracie odpady stałe usuwane są mechanicznie co jakiś czas. Kolejne komory umieszczone są jedna za drugą i ścieki z komory wstępnej przepływają kolejno do następnych komór oczyszczalni a z ostatniej wypływają np. do rzeki. Z opisu wynalazku nr EP1612191 znana jest oczyszczalnia mechaniczno-biologiczna, o zwartej konstrukcji, gdzie zbiornik reaktora tlenowego umieszczono w zbiorniku reaktora beztlenowego. W oczyszczalni tej ścieki oczyszczone mechanicznie na kracie otaczają komorę reaktora tlenowego. Konstrukcja ta została opracowana po to, aby do podłączenia oczyszczalni do instalacji konieczne było wykonanie wyłącznie jednego przyłącza na wlocie i jednego wyprowadzenia na wylocie.

W biologicznych technologiach oczyszczania ścieków jednym z ważniejszych parametrów skuteczności procesów biologicznych, tak tlenowych jak i beztlenowych, jest temperatura, a w szczególności jej odpowiedni zakres. Najlepsze efekty technologiczne uzyskuje się w zakresie temperatur 12-25°C. W znanych oczyszczalniach biologicznych większość procesów biologicznych ustaje przy temperaturze ok. 5°C. Z kolei temperatury zbył wysokie (>30°C) mimo, iż wspomagają procesy fermentacyjne w strefach beztlenowych to jednocześnie powodują wzrost ilości odorów. Ponadto ilość rozpuszczonego tlenu w wodzie maleje wraz ze wzrostem temperatury, co ma niebagatelny wpływ na procesy tlenowe i skład biocenozy potrzebnej do oczyszczania ścieków.

Według wynalazku adiabatyczna, mechaniczno-biologiczna oczyszczalnia ścieków ma komorę reaktora beztlenowego, którą stanowi trzystrefowy osadnik, przy czym pierwsza strefa składa się z dwóch części, gdzie w jej pierwszej podstrefie, w podstrefie wstępnej, gromadzone są ścieki wstępnie rozbite na płycie zderzeniowej i drugiej podstrefy, wstępnie klarującej, która oddzielona jest od podstrefy wstępnej kratą zgrubną. Z kolei strefa druga, stanowiąca bufor retencyjny, oddzielona jest od podstrefy wstępnie klarującej ścianą, w której znajdują się zespoły syfonów klarujących z flotatorami, a strefa trzecia, oddzielona jest od strefy drugiej przegrodą z syfonami przelewowymi do transportu ścieków ze strefy drugiej do trzeciej strefy, która jest połączona korzystnie powietrznym podnośnikiem cieczy i rurą główną ze zbiornikiem reaktora tlenowego. W reaktorze tlenowym nad złożem biologicznym znajduje się zraszacz, korzystnie cyklonowy, przy czym pod złożem biologicznym znajduje się osadnik wtórny oraz przewód odprowadzający na zewnątrz oczyszczone ścieki. Obok reaktora tlen owego jest komora dmuchawy, w której znajduje się mieszacz ciepłego powietrza wewnętrznego z zimnym zewnętrznym, przy czym powietrze zewnętrzne jest doprowadzone do komory dmuchawy rurą wewnętrzną z czerpni, a ciepłe powietrze z komory reaktora tlenowego jest doprowadzone do komory dmuchawy rurą zewnętrzną. W mieszaczu rury wewnętrzna i zewnętrzna posiadają na wlocie do komory dmuchawy kryzy regulacyjne do regulacji stosunku ilości powietrza zimnego i ciepłego.

Flotatory umieszczone są w rurze syfonu klarującego znajdującej się w podstrefie wstępnie klarującej reaktora beztlenowego.

Zraszacz jest zespolony ze strumienicami inżektorowymi, które są umieszczone na rurociągach doprowadzających ścieki do zraszaczy.

W mieszaczu znajduje się skraplacz do osuszania powietrza doprowadzanego do komory dm uchawy powietrza technologicznego.

Oczyszczalnia według wynalazku charakteryzuje się zwartą konstrukcją i zapewnia nieprzerwany proces oczyszczania ścieków. Dzięki wykorzystaniu efektu adiabatycznego oczyszczalnia może pracować w każdych warunkach klimatycznych, gwarantując uzyskanie optymalnych warunków temperaturowych wewnątrz części technologicznej. Bliżej korzystne cechy wynalazku zostaną objaśnione w dalszej części przy opisywaniu przykładowego wykonania oczyszczalni.

PL 223 807 B1

Przedmiot wynalazku pokazano w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia poglądowo oczyszczalnię w widoku na komory reaktorów po zdjęciu pokryw, fig. 2 przedstawia oczyszczalnię w przekroju poprzecznym przez oś pionową, fig. 3 przedstawia przekrój przez zespól syfonów klarujących z flotatorami, a fig. 4a i 4b w dwóch rzutach przedstawiają widok na zespół zraszacza ze strumienicą inżektorową, z kolei fig. 5 przedstawia mieszacz powietrza technologicznego w półprzekroju aksonometrycznym, a fig. 6 - układ obiegu powietrza technologicznego w schemacie aksonometrycznym.

Jak pokazano na fig. 1 i 2, oczyszczalnię tworzy walcowy zbiornik reaktora beztlenowego 2 z umieszczonym pośrodku walcowym zbiornikiem reaktora tlenowego 1. Reaktor tlenowy 1 stoi na dnie reaktora beztlenowego 2. Ścieki doprowadzane są (najczęściej wpływają grawitacyjnie) do podstrefy wstępnej 3a reaktora beztlenowego 2 przez wlot 4 i są wstępnie rozbijane na płycie zderzeniowej 5. W podstrefie wstępnej 3a reaktora beztlenowego 2 następują mechaniczne procesy oczyszczania, głównie sedymentacja a potem separacja części stałych na kracie zgrubnej 6 na granicy z drugą podstrefą, wstępnie klarującą 3b, do której ścieki przepływają grawitacyjnie z pierwszej podstrefy reaktora beztlenowego 2. Pierwsza strefa reaktora beztlenowego 2, jak widać składająca się z dwóch podstref 3a i 3b, oddzielona jest od następnych stref ścianą 7. Jak pokazano na fig. 3 w ścianie 7 znajdują się zespoły syfonów klarujących 8 połączonych z flotatorami powietrznymi 9. Dzięki flotatorom 9 części o mniejszej gęstości od wody (np. tłuszcze) są rozbijane przez strumień powietrza i skuteczniej unoszone ku górze (flotują). W podstrefie wstępnie klarującej 3b reaktora beztlenowego 2 następuje wyraźne rozdzielenie ścieków surowych na części: dolną - osadową, środkową - sklarowaną, górną - w postaci cząstek lżejszych od wody i tzw. kożucha. Jak widać, proces klarowania wspomagany jest urządzeniem łączącym układ separacji syfonowej z efektem rozbijania tłuszczy i innych części lżejszych od wody poprzez strumień przepływającego przez urządzenie powietrza.

Następnie ścieki, dzięki umieszczeniu wlotu w syfonach 8 na odpowiedniej wysokości, przepływają z podstrefy wstępnie klarującej 3b poprzez syfony 8 ku górze do poziomu grzebieni separujących 10, które dodatkowo zatrzymują unoszącą się jeszcze zawiesinę. Po przejściu przez grzebienie 10 zanieczyszczenia spływają kaskadowo do drugiej strefy 11 reaktora beztlenowego 2, która pełni rolę bufora retencyjnego (wraz z trzecią strefą 12) i przyjmuje udarowy zrzut ścieków występujący np. w ciągu doby. W strefie 11 następuje dalsze sklarowanie roztworu ściekowego i jego grawitacyjny przepływ do strefy trzeciej 12 poprzez syfony 13, znajdujące się na przegrodzie 14, oddzielającej strefę drugą 11 od strefy trzeciej 12 reaktora beztlenowego 1. Ze strefy trzeciej 12 praktycznie całkowicie sklarowane ścieki są podawane cyklicznie przez powietrzny podnośnik cieczy 15 (pompa typu mamut) rurą główną 16 do reaktora tlenowego 1. Uzyskuje się dzięki temu efekt uśrednienia podawanego ładunku zanieczyszczeń do reaktora tlenowego 1, który może pracować w optymalnych, stabilnych warunkach ilościowych. Sumaryczna objętość podstref 3a i 3b oraz stref 11 i 12 reaktora beztlenowego 2 zapewnia odpowiednio długi czas przebywania ścieków w strefie beztlenowej, niezbędny do przeprowadzenia pierwszej fazy fermentacji metanowej czyli hydrolizy złożonych związków organicznych (białka, aminokwasy, lipidy, węglowodany) do form prostszych (alkohole, wyższe kwasy tłuszczowe, cukry proste). Jest to niezbędny warunek do uzyskania łatwo przyswajalnych związków węgla potrzebnych do zaistnienia dalszych tlenowych, biologicznych procesów oczyszczania ścieków.

Reaktor tlenowy 1, znajdujący się wewnątrz reaktora beztlenowego 2 pracuje w oparciu o procesy zachodzące w biologicznych złożach typu zraszanego. Możliwe jest także wykorzystanie technologii osadu czynnego lub połączenie złoża i osadu.

Sklarowane ścieki poprzez układ dozujący wpływają pionową rurą główną 16 do dolnej części reaktora tlenowego 1, która pełni rolę osadnika i strefy anoksycznej. Po zakończeniu cyklu dozowania ścieki są podawane za pomocą pompy wirnikowej 17 poprzez rurociąg tłoczny 18 do górnej części reaktora tlenowego 2. Tam systemem poziomych rurociągów 19 dopływają do zraszaczy cyklonowych 20, przy czym rurociągi 19 mogą być stacjonarne lub obrotowe (zależnie od wielkości systemu). Jak pokazano na fig. 4, na rurociągach 19 przed dyszami cyklonowymi zraszaczy 20 znajdują się strumienice inżektorowe 21, które w czasie przepływu cieczy przewodem wewnętrznym zasysają powietrze przez otwory rozmieszczone obwodowe w rurze zewnętrznej i dodatkowo napowietrzają przepływający ładunek. Tak przygotowana emulsja powietrze - ścieki opada w ruchu wirowym na złoże biologiczne 22, którego wypełnienie jest wykonane z tworzywa sztucznego. Strumień ścieków wpływających na złoże biologiczne 22 jest dokładnie rozbity dzięki systemowi zraszania łączącemu efekt cyklonowy i inżektorowy. Taki system zraszania zapewnia zwiększenie powierzchni wymiany fazowej ciecz - gaz, maksymalnie równomierne zwilżenie powierzchni złoża, utrzymanie odpowiedniego

PL 223 807 B1 obciążenia hydraulicznego i utrudnia zarastanie dysz błoną biologiczną. Pod złożem biologicznym 22 znajduje się osadnik wtórny 23 i przewód 24 odprowadzający oczyszczane ścieki na zewnątrz. Osad ze zbiornika wtórnego 23 jest przewodem 25 transportowany do podstrefy wstępnej 3a. Złoże biologiczne 22 jest napowietrzane mechanicznie przez spiralny dyfuzor 26 umieszczony pod złożem biologicznym 22.

Zachodzące biologiczne procesy tlenowe i beztlenowe wykorzystywane w oczyszczaniu ścieków zawierających związki węgla mają charakter egzotermiczny. W oczyszczalni według wynalazku wykorzystuje się to powstające ciepło. Stanowi to kolejną zaletę opracowanego rozwiązania - jest możliwość podgrzewania lub ochładzania w mieszaczu 34 powietrza technologicznego, np. podawanego przewodem 27 do flotatorów 9 i podawanego przewodem 28 do dyfuzora 26, dzięki wykorzystaniu dużej pojemności i stabilności temperaturowej reaktora (rurociągi zasysające przechodzą przez wnętrze reaktora). Na fig. 5 pokazany jest mieszacz 34, który umieszczony jest w komorze dmuchawy 33 ustawionej na reaktorze beztlenowym 2 obok reaktora tlenowego 1. W mieszaczu 34 powietrze zewnętrzne transportowane jest rurą wewnętrzną 29, a ciepłe powietrze z wnętrza reaktora tlenowego 1 transportowane jest rurą zewnętrzną 30, otaczającą rurę wewnętrzną 29 z powietrzem zewnętrznym. Do regulacji stosunku ilości powietrza ciepłego do zimnego służą kryzy 31 i 32 znajdujące się na rurze wewnętrznej 29 i rurze zewnętrznej 30 na wlocie do komory 33 dmuchawy powietrza technologicznego. Jak pokazano na fig. 6, zimne powietrze jest zasysane z czerpni zewnętrznej 35 i rurą wewnętrzną 29 wprowadzane jest do komory 33 dmuchawy. Ciepłe powietrze zasysane jest z wnętrza reaktora tlenowego 1 i wprowadzane jest do komory dmuchawy 33 rurą zewnętrzną 30, otaczającą rurę wewnętrzną 29 z zimnym powietrzem. Powietrze ciepłe miesza się z zimnym w komorze dmuchawy 33 w stosunku ustalonym poprzez odpowiednie ustawienie kryz 31 i 32 na rurach 29 i 30. Nie ma potrzeby stosowania elektrycznych grzałek do podgrzewania powietrza technologicznego. Wprowadzane do komory dmuchawy 33 powietrze to jest jednocześnie osuszane w skraplaczu 36 znajdującym się na mieszaczu 34.

Opracowany układ przede wszystkim gwarantuje wysoką izolację od otoczenia (adiabatyczność). Uzyskano to przez umieszczenie całej technologii oczyszczania w reaktorach cylindrycznych lub prostopadłościennych wg zasady jeden w drugim. Przy zastosowaniu materiału o dużym oporze cieplnym do budowy zbiornika zewnętrznego np. w oparciu o ścianę typu sandwicz, składającą się z zewnętrznej warstwy izolacyjnej w postaci łupków ze spienionego PCV, poliuretanu lub polistyrenu oraz wewnętrznej warstwy konstrukcyjnej w postaci konstrukcji żelbetowej lub siatkobetonowej z domieszką granulatu poliuretanowego lub polistyrenowego. Dobór stopnia izolacji zależy od stref klim atycznych, w których montowany jest reaktor. Dzięki umieszczeniu reaktora tlenowego 1 w kąpieli ścieków surowych, posiadających jako roztwór wodny dużą pojemność cieplną możliwe jest utrzymanie stałej temperatury pracy reaktora tlenowego 1. Z kolei uzyskuje się też ochronę przed przegrzaniem systemu dzięki zastosowaniu w/w rozwiązań konstrukcyjnych oraz odpowiednio zeskarpowanej warstwy ziemi w górnej części reaktora tlenowego 1.

Claims (4)

1. Adiabatyczna, mechaniczno-biologiczna oczyszczalnia ścieków, z komorą reaktora beztlenowego oraz komorą reaktora tlenowego, przy czym komora reaktora tlenowego jest umieszczona wewnątrz komory reaktora beztlenowego w ten sposób, że ścieki znajdujące się w komorze reaktora beztlenowego, oczyszczone mechanicznie na stopniu mechanicznego oczyszczania i potem oczyszczone w procesie oczyszczania beztlenowego, otaczają komorę reaktora tlenowego na całym obwodzie, znamienna tym, że komorę reaktora beztlenowego (2) stanowi trzystrefowy osadnik, w którym pierwsza strefa składa się z dwóch części, podstrefy wstępnej (3a), gdzie gromadzone są ścieki wstępnie rozbite na płycie zderzeniowej 5 i drugie podstrefy, wstępnie klarującej (3b), która oddzielona jest od podstrefy wstępnej (3a) kratą zgrubną (6), z kolei strefa druga (11), stanowiąca bufor retencyjny, oddzielona jest od części wstępnie klarującej (3b) ścianą (7), w której znajdują się zespoły syfonów klarujących (8) z flotatorami (9), a strefa trzecia (12), oddzielona jest od strefy drugiej (11) przegrodą (14) z syfonami przelewowymi (13) do transportu ścieków ze strefy drugiej (11) do trzeciej strefy (12), która jest połączona korzystnie powietrznym podnośnikiem cieczy (15) i rurą główną (16) ze zbiornikiem reaktora tlenowego (1), w którym nad złożem biologicznym (22) znajduje się zraszacz (20), korzystnie cyklonowy, przy czym pod złożem biologicznym (22) znajduje się osadnik wtórny (23)

PL 223 807 B1 oraz przewód (24) odprowadzający na zewnątrz oczyszczone ścieki, przy czym obok reaktora tlenowego (1) znajduje się komora dmuchawy (33), w której jest mieszacz (34) ciepłego powietrza wewnętrznego z zimnym zewnętrznym, przy czym powietrze zewnętrzne jest doprowadzone z mieszacza (34) do komory dmuchawy (33) rurą wewnętrzną (29) z czerpni (35), a ciepłe powietrze z komory reaktora tlenowego (1) jest doprowadzone do komory dmuchawy (33) rurą zewnętrzną (30), przy czym w mieszaczu (34) rury (29) i (30) posiadają na wlocie do komory dmuchawy (33) kryzy regulacyjne (31) i (32), do regulacji stosunku ilości powietrza zimnego i ciepłego .

2. Adiabatyczna, mechaniczno-biologiczna oczyszczalnia ścieków według zastrz. 1, znamienna tym, że flotatory (9) umieszczone są w rurze syfonu klarującego (8) znajdującej się w podstrefie wstępnie klarującej (3b) reaktora beztlenowego (2).

3. Adiabatyczna, mechaniczno-biologiczna oczyszczalnia ścieków według zastrz. 1, znamienna tym, że zraszacz (20) jest zespolony ze strumienicami inżektorowymi (21), które są umieszczone na rurociągach (19) doprowadzających ścieki do zraszaczy (20).

4. Adiabatyczna, mechaniczno-biologiczna oczyszczalnia ścieków według zastrz. 1, znamienna tym, że w mieszaczu (34) znajduje się skraplacz (36) do osuszania powietrza doprowadzanego do komory dmuchawy (33) powietrza technologicznego.