Pierwszenstwo: 25.V.1962 Holandia Opublikowano: 13.X.1965 50011 KI. 85c, 5 MKP C 02 c #* UKD BIBLIOTEKA f Wlasciciel patentu: Eberhard Buban, Monachium — Allach, (Niemiecka Republika Federalna), N.V. Motorenfabriek Tho- massen De Steeg (Holandia) Sposób wydzielania cial stalych z cieczy, w szczególnosci oczyszcza¬ nia scieków i zawiesin za pomoca sztucznego pola ciezkosci, naj¬ lepiej w polaczeniu z naturalnym polem ciezkosci Wynalazek dotyczy sposobu wydzielania cial sta¬ lych z cieczy, w szczególnosci oczyszczania scieków i klarowania za pomoca sedymentacji, najpierw w sztucznym polu ciezkosci (tj. w polu przyspie¬ szen odsrodkowych), a nastepnie w naturalnym polu ciezkosci, (tj. w polu przyspieszenia ziemskie¬ go), przy jednoczesnym okresowym usuwaniu osa¬ dów po przerwaniu doplywu cieczy podlegajacej oczyszczaniu.Ciecz podlegajaca oczyszczaniu nazywana w dal¬ szym ciagu opisu „sciekami" jest doprowadzana na jednym krancu sztucznego pola ciezkosci. Ciecz oczyszczona nazywana w dalszym ciagu opisu „od¬ ciekami" wyplywa na drugim krancu sztucznego pola ciezkosci. Osadzone materialy stale nazywane w dalszym ciagu opisu „osadami" sa usuwane okresowo ze sztucznego pola ciezkosci. Tego rodza¬ ju sposoby oczyszczania pracuja zupelnie zadawa¬ lajaco o ile material staly zawarty w sciekach jest stosunkowo gruboziarnisty lub ma stosunkowo duzy ciezar wlasciwy. Sposoby te moga byc sto¬ sowane wtedy, gdy glównym celem jest odzyskanie mozliwie suchego osadu, jak na przyklad w prze¬ mysle chemicznym, i gdy odcieki, które zawieraja jeszcze duzo cial stalych, mozna stale wprowadzac z powrotem do obiegu oczyszczalni.Gdy natomiast scieki zawieraja przewaznie bar¬ dzo drobne materialy stale, a przy tym o stosun¬ kowo malym ciezarze wlasciwym, lub tez jezeli struktura tych materialów jest koloidalna, jak to 10 15 20 25 30 ma miejsce w szczególnosci w sciekach komunal¬ nych, to sposób ten jak dotychczas nie mógl byc stosowany skutecznie w skali przemyslowej. Oka¬ zalo sie, ze przy tym normalnie polowa, a w naj¬ lepszym razie trzecia czesc materialu zawartego w sciekach odplywa w odciekach.Taka duza zawartosc materialu stalego w odcie¬ kach jest niedopuszczalna w tym przypadku, gdy chodzi o uzyskanie wysokiego stopnia czystosci, a zwlaszcza przy oczyszczaniu i uzdatnianiu scie¬ ków. Z koniecznosci nastepujacy po tym proces oczyszczania biologicznego wymaga doprowadzania cieczy oczyszczonej optymalnie w procesach fizy- kalno-mechanicznym. Osiagniecia takiego oczysz¬ czenia jest celem sposobu wedlug wynalazku.Glebsze przyczyny niepowodzenia prób osadzania drobnych zawiesin przy pomocy sztucznych pól ciezkosci tkwia w calkowitym pominieciu warun¬ ków, w jakich przebiegaja procesy osadzania drob¬ nych zawiesin w naturalnych^polach ciezkosci.Przeciwnie, próbowano zawsze wzorowac sie w miare moznosci na juz istniejacych i pozornie analogicznych systemach przemyslu chemicznego i stosowac takie procesy rozdzialu, które ze wzgle¬ du na calkowicie niejednorodna fizykalna struk¬ ture zawiesin w sciekach nie mogly podolac za¬ daniu.W oparciu o wstepne praktyczne badania podsta¬ wowe co do specjalnych wlasciwosci drobnych za¬ wiesin, a zwlaszcza w róznych rodzajach scieków 50011w licznych oczyszczalniach scieków Europy Za¬ chodniej, jak równiez w oparciu o badania ich skladu oraz ich naturalnego zachowania sie w na¬ turalnym i sztucznym polu ciezkosci, mozna bylo wykryc wazne procesy i zaleznosci lezace u podsta¬ wy niniejszego wynalazku.Znany jest fakt fizykalny, ze przez stosowanie coraz wiekszych wielokrotnosci przyspieszenia ziemskiego (przez zwiekszanie sily odsrodkowej), w obszarze sztucznego pola ciezkosci mozna zwiek¬ szyc dzialanie oczyszczajace ciecz podlegajaca oczyszczaniu. Tak jest jednak wylacznie w warun¬ kach statycznych w sztucznym polu ciezkosci, czyli wtedy, gdy ciecz oczyszczana podlega glównie dzia¬ laniu zwielokrotnionego przyspieszenia. Jednak chociazby ze wzgledu na oplacalnosc tego systemu, w praktyce jest nieuniknione ciagle doprowadzania oczyszczanej cieczy podczas sedymentacji do sztucz¬ nego pola ciezkosci i odprowadzanie oczyszczonych odcieków równiez w sposób ciagly ze sztucznego pola ciezkosci, wówczas jednak przez sztuczne pole ciezkosci przeplywa nieprzerwanie strumien w cza¬ sie sedymentacji w kierunku na ogól innym niz kierunek sedymentacji materialów. W zaleznosci od natezenia strumienia, czastki zawiesin podlega¬ jace osadzaniu zostaja odchylone od kierunku osa¬ dzania lub nawet splukane bez moznosci sedymen¬ tacji. Gdy czastki zawiesin podlegajacych sedymen¬ tacji sa bardzo male lub natury koloidalnej, co jest charakterystyczne dla scieków . i drobnych zawie¬ sin, to wystarcza juz stosunkowo niewielkie nate¬ zenie przeplywu, aby uniemozliwic sedymentacje.Równiez rodzaj scieków i sposób w jaki sa do¬ prowadzane do sztucznego pola ciezkosci wywiera¬ ja wplyw na caly dalszy obraz przeplywu za miej¬ scem doplywu. Jest to wazne szczególnie wtedy, gdy w cieczy jest zawarta pewna ilosc koloidów, któ¬ rych substancja nie jest arii stala ani plynna, lecz zawiera w sobie jak gdyby potencjalnie obydwa te stany skupienia. Jak stwierdzono doswiadczalnie ta utajona zdolnosc potencjalna, podobnie jak we wszystkich nosnikach procesów wegetatywnych, jest równiez w drobnej zawiesinie bardzo wrazliwa na zewnetrzne dzialanie mechaniczne, jak na przy¬ klad wstrzas lub uderzenie.Wedlug wynalazku unika sie wymienionych trud¬ nosci i uzyskuje sie dobra sedymentacje nawet drobnych czastek przez dazenie do osiagniecia prawie stacjonarnych warunków, to jest przez utrzymanie cieczy w jak najwiekszym spokoju i przy jak najpewniejszym niezaklócaniu jej przez sily, które nie sa wylacznie przeznaczone do wy¬ wolania sedymentacji.Wedlug wynalazku cel ten osiaga sie w ten spo¬ sób, ze ciecz podlegajaca oczyszczaniu, wprowadza sie w pewnych odstepach czasowych do sztucznego pola ciezkosci, przy czym i wielokrotnosc przy¬ spieszenia jest tak ograniczona, a powierzchnia i glebokosc" sa tak uksztaltowane, ze wszelkie sily zaklócajace sedymentacje, a zwlaszcza sily wywo¬ lane przez przeplyw poprzez sztuczne pole ciez¬ kosci sa utrzymane w takich granicach, ze sedy¬ mentacja odbywa sie w prawie statycznym sztucz¬ nym polu ciezkosci, wskutek czego nawet trudne do osadzenia najdrobniejsze czastki zawiesin stalych 1 4 moga osiasc jeszcze przed opuszczeniem sztucznego pola ciezkosci, przy czym nie zostaja zawirowane lub nawet splukane, a ponad to ciecz podlegajaca oczyszczaniu, wprowadza sie mozliwie ruchem bez- 5 wirowym do sztucznego pola ciezkosci, tak iz powstaje w nim przeplyw o takim charakterze, ze naturalny stan wiazania stalych lub koloidalnych czastek, znajdujacych sie w oczyszczanej cieczy, nie zostaje zniszczony i przed wejsciem oczyszcza- 0 nej cieczy do sztucznego pola ciezkosci az do wyj¬ scia tej cieczy, powstaje w niej pewna liczba ko¬ lejnych przechodzacych jedna w druga stref osa¬ dzania od najpierw grubszych, a nastepnie drob¬ niejszych czastek i to w ten sposób, ze zawartosc 5 cial stalych w odplywajacej cieczy jest mniejsza anizeli dopuszczalna charakterystyczna wartosc graniczna przy napowietrzaniu, której przekrocze¬ nie w dól powoduje koagulacje zawartych w niej jeszcze czastek stalych, a przy przekroczeniu w góre 0 wywoluje spienienie w postaci zwartej plywajacej powloki.Przy zachowaniu opisanych wyzej warunków, a w szczególnosci przez opanowanie przeplywu strumienia i wystarczajacego czasu pozostawania, 3 osadzanie sie czastek stalych odbywa sie kolejno poczynajac od najgrubszej, po tym drobniejszej i wreszcie najdrobniejszej struktury.Przeciwnie, w znanych sposobach opartych na stosowaniu sztucznych pól ciezkosci osadzanie sie substancji stalych przebiega wadliwie. Sedymen¬ tacja najgrubszych i grubych ziarn odbywa sie z zachowaniem w niedostatecznym stopniu kolej¬ nosci, lecz raczej jedno na drugie, natomiast naj¬ drobniejsze czastki odplywaja z odciekami. Wymiary wewnetrznej powierzchni ograniczaja¬ cej sztucznego pola ciezkosci powinny byc zapro¬ jektowane tak, azeby przy zachowaniu omówionego wyzej ograniczenia predkosci oczyszczanej cieczy, , jej czas pozostawania byl dostatecznie duzy, aby wszystkie czastki stale wewnatrz strefy sedymen¬ tacji znalazly obszar osadzania sie odpowiedni do ich struktury i zeby odcieki byly jak najlepiej oczyszczone. 45 Glebokosc sztucznego pola ciezkosci powinna byc tak obliczona, zeby przy wadliwej glebokosci stru¬ mien na powierzchni nie porywal znowu osadzo¬ nych czastek stalych, a przy zbyt duzej glebokosci osady nie byly maksymalnie odwilzone. 50 Doprowadzane scieki powoduja wypieranie oczy¬ szczonej cieczy, która jest odprowadzana w miare doprowadzania nowej ilosci scieków. Gdy prze¬ strzen sztucznego pola ciezkosci z osadzonym ma¬ terialem stalym jest napelniona, to mozna przy za^ 55 chowaniu wielokrotnosci przyspieszenia i po prze¬ rwaniu doplywu przystapic do usuniecia tych ma¬ terialów.Sposób oczyszczania scieków i zawiesin wedlug wynalazku jest korzystniejszy niz znane sposoby 60 dzieki temu, ze wielokrotnosc przyspieszenia w sztucznym polu ciezkosci przekracza nieznacznie 400 g, a najlepiej jest zawarta miedzy 200 i 300 g, przy czym zawartosc cial stalych w odciekach od¬ plywajacych ze sztucznego pola ciezkosci jest ogra- 65 niczona do okolo 1%.s Stosunkowo niska wartosc wielokrotnosci przy¬ spieszenia, a przy tym utrzymanie malych wartosci wszystkich sil, które moglyby zaklócac czysta se¬ dymentacje, okazaly sie rozstrzygajacym czynni¬ kiem dla oczyszczania scieków od drobnych za¬ wiesin.Taka sama ograniczona wartpsc wielokrotnosci przyspieszenia ma równiez istotne znaczenie dla usuwania osadu.* Przy zwyklej wartosci stosowanej w znanych sposobach sily tarcia sa tak duze, ze usuwanie ze wzgledów konstrukcyjnych nie daje sie zrealizowac, Scieranie staje sie niedopuszczalne, a przy tym moga byc wywolane nieopanowane za¬ klócenia równowagi.Sposób wedlug wynalazku obejmuje takze wyko¬ rzystanie energii kinetycznej odcieków, wyplywa¬ jacych ze sztucznego pola ciezkosci do napowietrza¬ nia, gdyz wówczas nastepuje koagulacja cial sta¬ lych, znajdujacych sie jeszcze w odciekach sztucz¬ nego pola ciezkosci, przy czym zostaje wywolane przymusowo klaczkowanie, co umozliwia w na¬ stepstwie sedymentacje skpagulowanych cial sta¬ lych w naturalnym polu ciezkosci.Jak wiadomo, kazde pole ciezkosci moze wywo¬ lywac w cieczy sedymentacje cial stalych, które maja wiekszy ciezar wlasciwy niz ciecz nosna.Dlatego tez stopien oczyszczania przy zastosowaniu sedymentacji moze miec miejsce tylko do wyraz¬ nych granic wyznaczonych przez strukture scieków.Gdy scieki wykazuja duza zawartosc cial plywa¬ jacych, jak tp ma miejsce w sciekach i zawiesi¬ nach, w których przebiegaja procesy wegetacyjne, to te substancje nawet przy bardzo energicznym polu ciezkosci sa zawarte jeszcze w odciekach i zanie¬ czyszczaja je. Przez wspomniane wyzej wykorzy¬ stanie energii kinetycznej substancje plywajace pozostajace jeszcze w odciekach, zostaja stracone przez koagulacje.Sposób wedlug wynalazku, jak wykazalo do¬ swiadczenie, jest pierwszym sposobem, który przez zastosowanie sztucznego pola ciezkosci pozwala osiagnac wymagany niski poziom zawartosci cial stalych w odciekach, a przy tym uzyskac takze na¬ powietrzanie odcieków sprzyjajacych koagulacji cial stalych w naturalnym polu ciezkosci. Pierwsza odmiana sposobu wedlug wynalazku wyróznia sie tym, ze odcieki ze sztucznego pola ciezkosci sa do¬ prowadzane do naturalnego pola ciezkosci i tam sa pozostawiane tak dlugo, ze nastepuje koagulacja i sedymentacja cial stalych, przy czym ponad osa¬ dem znajduje sie klarowna ciecz, a osad doprowa¬ dza sie nastepnie do wejscia sztucznego pola ciez¬ kosci, gdzie zostaje osadzony. Druga odmiana spo¬ sobu wedlug wynalazku, w której ciecz podlega¬ jaca oczyszczaniu dla zageszczenia zawiesiny jest doprowadzana do naturalnego pola ciezkosci jako stopnia wstepnego wyróznia sie tym, ze odcieki sztucznego pola ciezkosci sa doprowadzane do tego stopnia wstepnego.Szczególnie wazna jest przy tym okolicznosc, ze klaczkowane ciala stale odcieków moga byc wów¬ czas poddane sedymentacji w polu ciezkosci natu¬ ralnym lub sztucznym, na przyklad przez wspom¬ niane wyzej odprowadzanie z powrotem odcieków. 6 Przez wykorzystanie energii kinetycznych sztucz¬ nego pola ciezkosci nastepuje przy wyjsciu pdcie- ków optymalne porywanie powietrza, na przyklad w przypadku scieków i zawiesin w stopniu wyno- 5 szacym 90% stanu nasycenia.Wedlug wynalazku przez wykorzystanie powiek¬ szenia powierzchni odcieków, spowodowanego roz¬ pyleniem w sztucznym polu ciezkosci, mozna do¬ datkowo oddzialywac jeszcze chemicznie na od- io cieki.Gdy w, znany sposób okresowe odprowadzanie osadzonych cial stalych ze sztucznego pola ciezko¬ sci odbywa sie pod wplywem sil tego pola, to spo¬ sób wedlug wynalazku najlepiej jest wykonywac 15 tak, ze usuwanie osadzonych cial stalych odbywa sie w kilku porcjach, co pozwala na oddzielne od¬ prowadzanie ulozonych kolejno i przechodzacych jedna w druga warstw psadowych, poczynajac od uziarnienia najgrubszego do drobniejszego. Okazalo 20 sie przy tym, ze osadzone grubsze materialy tworza osad, który jest znacznie wiecej suchy i zwarty ani¬ zeli osad utworzony z pozostalych materialów.Z tego wzgledu jest korzystne usuwanie tych dwóch porcji oddzielnie, aby porcja sucha nie zostala 25 zmieszana z porcja wilgotna.Gdy w znany sposób okresowe usuwanie osadzo¬ nych cial stalych ze sztucznego pola, ciezkosci odby¬ wa sie pod wplywem sil tego pola, wówczas czastki osadu opuszczajace sztuczne pole ciezkosci, przy 30 wyjsciu z tego pola moga byc poddawane obróbce fizycznej, w szczególnosci napowietrzaniu lub ob¬ róbce chemicznej.W prosty sposób przerwanie doplywu i poczatek wypierania w sztucznym polu ciezkosci moga byc 35 przeprowadzane tak, ze najpierw ustala sie uprzed¬ nio wartosc graniczna zanieczyszczenia odcieków.Dokonac tego mozna sposobem optycznym, elek¬ trycznym, elektrolitycznym lub mechanicznym.Sposób wedlug wynalazku nie wymaga dalszego 40 objasnienia. Urzadzenie do wykonywania sposobu wedlug wynalazku moze byc na przyklad wykona¬ ne,na wzór maszyny wedlug patentu niemieckiego NRF nr 1.048.831, poniewaz znajduja sie w niej zasadniczo wszystkie istotne i niezbedne elementy. 45 Szczególy maszyny przeznaczonej specjalnie do wy¬ konywania sposobu wedlug wynalazku sa chronio¬ ne oddzielnie. PL