PL224187B1

PL224187B1 - Apparatus for the sewage treatment

Info

Publication number: PL224187B1
Application number: PL399004A
Authority: PL
Inventors: Bartosz Libecki
Original assignee: Univ Warmińsko Mazurski W Olsztynie
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2012-04-27
Publication date: 2016-11-30
Also published as: PL399004A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do oczyszczania ścieków przeznaczone do tlenowego oczyszczania ścieków zawierających substancje organiczne i fosforany, w tym do oczyszczania ścieków komunalnych oraz przemysłowych, zwłaszcza z przemysłu spożywczego (mięsnego, mleczarskiego), papierniczego, włókienniczego. Urządzenie według wynalazku może pracować jako główny moduł systemów przydomowych oczyszczalni ścieków.The subject of the invention is a sewage treatment device intended for the aerobic treatment of sewage containing organic substances and phosphates, including the treatment of municipal and industrial sewage, in particular from the food (meat, dairy), paper and textile industries. The device according to the invention can work as the main module of home sewage treatment plant systems.

Urządzenia stosowane do oczyszczania ścieków zawierających substancje organiczne oparte są na biochemicznej aktywności mikroorganizmów osadzonych na zawiesinie osadu czynnego lub na wypełnieniu stałym złóż biologicznych. Urządzeniem łączącym zalety reaktorów z osadem czynnym i ze złożem biologicznym z wypełnieniem stałym jest biologiczne złoże zawieszone (fluidalne), w którym wypełnienie stanowią różnego rodzaju elementy - nośniki np. piasek, koksik, pumeks, kształtki z tworzyw sztucznych.The devices used for the treatment of wastewater containing organic substances are based on the biochemical activity of microorganisms deposited on the activated sludge suspension or on the solid filling of biological deposits. A device that combines the advantages of reactors with active sludge and with a biological bed with a solid filling is a biological suspended (fluidized) bed, in which the filling consists of various elements - carriers, e.g. sand, coke breeze, pumice, plastic fittings.

Znaną cechą charakteryzującą złoża fluidalne jest wysoka sprawność oczyszczania ścieków przy stosunkowo krótkich czasach retencji. Wysokie stężenie biomasy w reaktorze osiągane jest przez zastosowanie kształtek o rozwiniętej powierzchni właściwej. Dzięki określonej powierzchni właściwej wypełnienia możliwa jest kontrola stężenia biomasy w reaktorze. Technologia złoża zawieszonego eliminuje wiele wad związanych z technologią osadu czynnego jak: tworzenie stref niedocenionych, niedostateczny transport tlenu czy puchnięcie osadu. Zawieszone złoża biologiczne wymagają niższych nakładów eksploatacyjnych oraz zajmują mniejszą powierzchnię w porównaniu z reaktorami z osadem czynnym. Reaktory ze złożem fluidalnym zazwyczaj mają kształt kolumn do których ścieki dostarczane są od dołu. Ścieki po określonym czasie kontaktu z biomasą wytworzoną na wypełnieniu oraz po odseparowaniu od wypełnienia wypływają z reaktora.A well-known feature of fluidized beds is the high efficiency of wastewater treatment with relatively short retention times. A high concentration of biomass in the reactor is achieved by using fittings with a developed specific surface. Due to the specific specific surface of the filling, it is possible to control the concentration of biomass in the reactor. The suspended bed technology eliminates many disadvantages related to the activated sludge technology, such as: the formation of undervalued zones, insufficient oxygen transport or swelling of the sludge. Suspended biological deposits require lower operational outlays and occupy a smaller area compared to reactors with activated sludge. Fluidized bed reactors usually have the shape of columns to which wastewater is delivered from the bottom. Wastewater, after a specified time of contact with the biomass produced on the filling and separated from the filling, flows out of the reactor.

Oczyszczanie biologiczne ścieków przebiegać może podczas procesu tlenowego i beztlenowego. Tlen dostarczany jest z powietrza do ścieków znanym sposobem poprzez aeratory mechaniczne umieszczone wewnątrz lub na zewnątrz reaktorów biologicznych. Napowietrzanie umożliwia przemieszczanie się elementów wypełnienia w reaktorze. W przypadku złóż z wypełnieniem stałym (spłukiwanych lub zraszanych) natlenianie odbywa się samoistnie poprzez dyfuzję tlenu z powietrza w trakcie spływu ścieków po elementach wypełnienia stałego. Odpowiedni czas kontaktu ścieków z powierzchnią wypełnienia zapewnia recyrkulacja ścieków. Znanym z patentu CN201660525 jest urządzenie, w którym zastosowano cyrkulację ścieków wewnątrz złoża fluidalnego, stanowiącego kolumnę. Ścieki wraz z wypełnieniem złoża opuszczają kolumnę górnym końcem, po czym spływają przestrzenią między ścianą a osłoną kolumny i mieszając się z tlenem, doprowadzanym przez zewnętrzny aerator, wpływają do kolumny złoża od dołu.Biological wastewater treatment can take place during the aerobic and anaerobic processes. Oxygen is supplied from the air to the wastewater in a known way through mechanical aerators placed inside or outside the biological reactors. The aeration allows the packing elements to move through the reactor. In the case of beds with solid filling (flushed or sprinkled), oxygenation takes place spontaneously by diffusion of oxygen from the air during the flow of sewage over the elements of the solid filling. The appropriate time of contact between the sewage and the filling surface is ensured by recirculation of sewage. Known from the patent CN201660525 is a device in which the circulation of sewage inside a fluidized bed constituting a column is used. The sewage, together with the filling of the bed, leaves the column at its upper end, and then flows down the space between the wall and the cover of the column and, mixing with the oxygen supplied by the external aerator, flows into the column of the bed from the bottom.

W celu poprawy wydajności oczyszczania ścieków oraz usuwania fosforu stosuje się koagulację chemiczną w odseparowanym urządzeniu lub symultanicznie - w reaktorze biologicznym. Koagulację chemiczną inicjuje się za pomocą koagulantów dozowanych do ścieków - soli glinu lub żelaza, albo poprzez roztwarzanie metali w procesie elektrokoagulacji znanym sposobem - po doprowadzeniu prądu elektrycznego do elektrod. Źródłem metali w roztworze może być także ogniwo elektrochemiczne (korozyjne), które tworzą dwa elementy zanurzone w elektrolicie, zbudowane z metali różniących się standardowymi potencjałami elektrochemicznymi. Przez ogniwo przepływa prąd, przy czym w strefie anodowej następuje utlenianie, uwalnianie elektronów i kationów metali, a na katodzie redukcja. W zgłoszeniu wynalazku PL385558 pt. „Wypełnienie aktywne” opisano urządzenie, w którym wykorzystano bezprądowe roztwarzanie metali z elementów wypełnień aktywnych w oparciu o zjawisko korozji elektrochemicznej do wspomagania biologicznego procesu oczyszczania ścieków, w tym do usuwania fosforu. Przy czym wypełnienie złoża stanowią granulaty z tworzyw sztucznych zawierających aluminium i miedź. Wypełnienie aktywne ze złomu stalowego i aluminiowego znane jest z pracy pt. „Przemiany zanieczyszczeń ścieków w reaktorze z wypełnieniem stalowym i aluminiowym”. Ochrona Środowiska, 4/ 24, s. 31-36, 2004. Koagulację chemiczną w wyniku procesu roztwarzania metali można usprawnić poprzez użycie ogniw elektrochemicznych zbudowanych z elektrod węglowych - katod oraz anod z protektorowych stopów aluminiowych jak pokazano w zgłoszeniu wynalazku nr P. 398207.In order to improve the efficiency of wastewater treatment and phosphorus removal, chemical coagulation is used in a separate device or simultaneously - in a biological reactor. Chemical coagulation is initiated with the use of coagulants dosed into the wastewater - aluminum or iron salts, or by dissolving metals in a known method of electrocoagulation - after applying electric current to the electrodes. The source of metals in the solution can also be an electrochemical (corrosive) cell, which consists of two elements immersed in the electrolyte, made of metals differing in standard electrochemical potentials. A current flows through the cell, with oxidation in the anode zone, the release of electrons and metal cations, and reduction at the cathode. In the invention application PL385558 entitled "Active filling" describes a device in which the electrochemical corrosion-free dissolution of metals from active fillings was used to support the biological process of wastewater treatment, including phosphorus removal. The bed is filled with plastic granules containing aluminum and copper. Active filling from steel and aluminum scrap is known from the work entitled "Transformation of wastewater pollutants in a reactor with steel and aluminum packing". Environmental protection, 4/24, pp. 31-36, 2004. Chemical coagulation as a result of the dissolution of metals can be improved by using electrochemical cells made of carbon electrodes - cathodes and anodes made of sacrificial aluminum alloys as shown in the invention application No. P. 398207.

Według wynalazku urządzenie do oczyszczania ścieków w postaci kolumny z pokrywą z sitem, umieszczonej nad zbiornikiem recyrkulacyjnym charakteryzuje się tym, że kolumna wypełniona złożem fluidalnym wyposażona jest w płaskie perforowane kołnierze zamontowane na jej zewnętrznej ścianie, przy czym wewnętrzna ściana kolumny pokryta jest metalem, który spełnia funkcję katody,According to the invention, a device for wastewater treatment in the form of a column with a sieve cover placed above the recirculation tank is characterized in that the column filled with a fluidized bed is provided with flat perforated flanges mounted on its outer wall, the inner wall of the column being covered with a metal which meets the requirements of the cathode function,

PL 224 187 B1 a wewnątrz kolumny znajduje się wymienna anoda zbudowana z metalu o niższym standardowym potencjale elektrochemicznym niż katoda.And inside the column there is a replaceable anode made of metal with a lower standard electrochemical potential than the cathode.

Urządzenia według wynalazku charakteryzują się zwartą konstrukcją oraz wysoką efektywnością oczyszczania ścieków pod względem usuwania fosforu i redukcji ładunku ChZT oraz niskimi nakładami energetycznymi. Odmiana urządzenia z ogniwem korozyjnym w postaci układu elektrod metalicznych nadaje się do oczyszczania ścieków bytowo-gospodarczych oraz jako element oczyszczalni ścieków charakteryzujących się wysokim ładunkiem ChZT, dużą zawartością zawiesin i cząstek koloidalnych (papiernicze, barwnikarskie), a także ścieków o wysokim stężeniu fosforanów (ścieki mleczarskie). Ogniwo elektrochemiczne (korozyjne) utworzone wewnątrz reaktora biologicznego z dwóch powierzchni metalicznych oraz ścieków jest źródłem jonów metali, które hydrolizując do wodorotlenków koagulują i wytwarzają dodatkową powierzchnię sorpcyjną dla zanieczyszczeń organicznych oraz wiążą fosforany. Zastosowanie wydajnego samoczynnego systemu natleniania oraz elektrochemicznego roztwarzania metali pozwala na skrócenie czasu zatrzymania ścieków wewnątrz reaktora.The devices according to the invention are characterized by a compact structure and high efficiency of wastewater treatment in terms of phosphorus removal and reduction of the COD load, as well as low energy expenditure. The version of the device with a corrosion cell in the form of a system of metallic electrodes is suitable for domestic and domestic sewage treatment and as an element of sewage treatment plants characterized by a high COD load, a high content of suspended solids and colloidal particles (paper, dye), as well as sewage with a high concentration of phosphates ( dairy). The electrochemical (corrosive) cell formed inside the biological reactor from two metal surfaces and wastewater is a source of metal ions which, by hydrolyzing to hydroxides, coagulate and create an additional sorption surface for organic pollutants and bind phosphates. The use of an efficient automatic oxygenation system and electrochemical dissolution of metals allows to shorten the retention time of wastewater inside the reactor.

Przedmiot wynalazku uwidoczniono w przykładach wykonania na rysunkach, z których fig. 1, przedstawia przydomową oczyszczalnię ścieków w ujęciu schematycznym z przedmiotem wynalazku jako elementem oczyszczalni - jednostkowym modułem II stopnia oczyszczania. Fig. 2 pokazuje przedmiot wynalazku - jednostkowy moduł biologicznego stopnia oczyszczania z elektrochemicznym roztwarzaniem metali.The subject of the invention has been shown in the examples of embodiments in the drawings, in which Fig. 1 shows a home sewage treatment plant in a schematic view with the subject of the invention as an element of the treatment plant - a unit module of the 2nd stage of treatment. Fig. 2 shows the subject matter of the invention - a unit module of a biological purification stage with electrochemical dissolution of metals.

P r z y k ł a d ₃ Example ₃

Ścieki bytowo-gospodarcze w ilości Q = 1,5 m³/d o charakterystyce jak w tab. 1. dopływają do przydomowej oczyszczalni ścieków, której I stopień stanowi osadnik 1 wstępny. Z osadnika ścieki przepływają przewodem 2 rurowym i za pomocą pompy 3 zatłaczane są do rozdzielnika 4 II stopnia oczyszczania, którego moduły 5 jednostkowe w ilości dwudziestu sztuk zbudowane są według wynalazku.Domestic wastewater in the amount of Q = 1.5 m ³ / according to the characteristics as in tab. 1. flow to the household sewage treatment plant, the 1st stage of which is the primary sedimentation tank. From the settling tank, the sewage flows through a conduit 2 and is pumped by a pump 3 to a separator 4 of the treatment stage II, of which twenty-five unit modules are built according to the invention.

W cylindrycznej kolumnie 6 z PCV o średnicy φ = 120 mm oraz długości L = 1500 mm znajduje się biologiczne złoże 7 fluidalne. Wypełnienie pojedynczego modułu 5 złoża stanowią polietylenowe ₃ kształtki cylindryczne o rozmiarach dł./szer./wys. 5/5/5 mm i gęstości 0,95 g/cm³. Wewnętrzna ściana kolumny 6 pokryta jest blachą miedzianą, która spełnia funkcję katody, a w jej środku znajduje się wymienna anoda 8 w kształcie walca z aluminiowego stopu protektorowego o średnicy φ = 40 mm oraz długości L = 1550 mm, tak że powierzchnie metaliczne tworzą ogniwo galwaniczne Cu/Al, a ścieki stanowią elektrolit. Kolumna 6 posiada dwa otwory 9 doprowadzające ścieki od dołu. Od góry zakończona jest pokrywą 10 z otworami o średnicy 2,5 mm, co umożliwia separację ścieków od wypełnienia. Ścieki wypływają przez otwory pokrywy 10 i spływają dalej po zewnętrznej ścianie kolumny 6, a wzdłuż tej kolumny na jej zewnętrznej ścianie przymocowane są płaskie kołnierze 11 z PCV o szerokości płaszczyzny brzegowej 50 mm, z otworami o średnicy 5 mm rozmieszczonymi niejednorodnie po całej powierzchni kołnierza 11. Ścieki spływając kaskadowo w dół są sukcesywnie natleniane. Kolumna z PCV każdego jednostkowego modułu 5 złoża przymocowana jest uchwytami koszykowymi do ₃ stalowego stelaża 12 nad zbiornikiem 13 recyrkulacyjnym o objętości V = 400 dm , do którego wpływają natlenione ścieki z wszystkich dwudziestu modułów.In a cylindrical PVC column 6 with a diameter of 120 mm and a length of L = 1500 mm there is a biological fluidized bed 7. The single module 5 of the bed is filled with ₃ polyethylene cylindrical shapes with dimensions of length / width / height. 5/5/5 mm and a density of 0.95 g / cm ³ . The inner wall of the column 6 is covered with a copper sheet that acts as a cathode, and in its center there is a replaceable cylinder-shaped anode 8 made of an aluminum sacrificial alloy with a diameter of φ = 40 mm and a length of L = 1550 mm, so that the metallic surfaces form a Cu galvanic cell / Al, and the waste water is an electrolyte. The column 6 has two openings 9 for sewage from below. At the top, it ends with a cover 10 with holes 2.5 mm in diameter, which enables the separation of sewage from the filling. Wastewater flows through the openings of the cover 10 and continues to run down the outer wall of the column 6, and along this column on its outer wall are attached flat PVC flanges 11 with an edge plane 50 mm wide, with holes 5 mm in diameter distributed heterogeneously over the entire surface of the flange 11 Wastewater flowing down in a cascade is successively oxygenated. Column PVC each unit module 5 of the bed is fastened to the cage feeders ₃ handles steel frame 12 above the tank 13 by recirculating volume V = 400 dm, which affect the oxygenated wastewater from all twenty modules.

Parametry złoża zamieszczono w tab. 2.The bed parameters are presented in tab. 2.

Ścieki ze zbiornika 13 recyrkulacyjnego (fig. 1) przepływają dalej przewodem 14 poprzez zawory trójdrożne 15 oraz 16, z których są zatłaczane pompą 3 i recyrkulują z powrotem na złoże. Ścieki są ₃ pompowane do rozdzielnika 4 z prędkością V = 6 dm³/s. Po dziesięciu godzinach recyrkulacji, ścieki ₃ w ilości 600 dm³ odpływają przewodem 14 ze zbiornika 13 i z modułów 5 złóż fluidalnych przez zawór 15 trójdrożny i przewód 17 odpływowy ścieków oczyszczonych do osadnika wtórnego - klarownika 18, ₃ a pompa 3 zatłacza kolejną porcję 600 dm³ ścieków z osadnika wstępnego 1 przez zawór trójdrożny 16 ₃ do rozdzielnika 4 reaktora z prędkością V = 6 dm³/s.Wastewater from the recirculation tank 13 (Fig. 1) continues through line 14 through three-way valves 15 and 16, from which it is injected by pump 3 and recirculated back to the bed. ₃ wastewater is pumped to the separator 4 at a speed of V = 6 dm ³ / s. After ten hours of recirculation, sewage ₃ in the amount of 600 dm ³ flows out through the conduit 14 from the tank 13 and from modules of 5 fluidized beds through the 15 three-way valve and the outlet conduit 17 of purified sewage to the secondary settling tank - clarifier 18, _3, and pump 3 injects another 600 dm ^{3 portion.} wastewater from the primary settling tank 1 through the three-way valve 16 ₃ to the reactor separator 4 at the speed V = 6 dm ³ / s.

T a b e l a 1T a b e l a 1

Charakterystyka ścieków surowych dopływających do oczyszczalniCharacteristics of raw sewage flowing into the treatment plant

Parametr Parameter ChZT COD BZT₅ BOD ₅ P og. P og. N-NH4 N-NH4 N-og. N-og. Przewodność Conductivity [mg/dm³][mg / dm ³ ] 811 811 524 524 10,5 10.5 48,9 48.9 60,3 60.3 1,15 mS/cm 1.15 mS / cm

PL 224 187 B1PL 224 187 B1

T a b e l a 2T a b e l a 2

Charakterystyka złoża biologicznegoCharacteristics of a biological deposit

Powierzchnia właściwa wypełnienia Surface proper fillings Wypełnienie objętości reaktora kształtkami Filling the reactor volume with fittings Obciążenie objętości złoża ładunkiem zanieczyszczeń Loading of the bed volume with the load of pollutants Czas zatrzymania ścieków w reaktorze fluidalnym Retention time of waste water in the fluidized bed reactor Zawartość tlenu w temp. 20°C Oxygen content at 20 ° C 500 m²/m³ 500 m ² / m ³ 70% 70% 4,05 kg ChZT/m³/d4.05 kg COD / m ³ / d 5 h 5 h Zbiornik recyrkulacyjny 5-6 mg O²/dm³ Złoże fluidalne 1-3 mg O2/dm³ Recirculation tank 5-6 mg O ² / dm ³ Fluidized bed 1-3 mg O2 / dm ³

Zastrzeżenie patentowePatent claim

Claims

A device for wastewater treatment in the form of a column with a cover and a sieve, placed above the recirculation tank, characterized in that the column (6) filled with the fluidized bed (7) is equipped with flat, perforated flanges (11) mounted on its outer wall, the inner wall of the column (6) is covered with a metal that acts as a cathode, and inside the column (6) there is a replaceable metal anode (8) with a lower standard electrochemical potential than the cathode.