Uprawniony z patentu: Union Carbid Corporation, Nowy Jork (Stany Zjednoczone Ameryki) Sposób oczyszczania scieków i urzadzenie do stosowania tego sposobu Przedmiotem wynalazku jest sposób biologicz¬ nego oczyszczania scieków droga oksydacji zawie¬ rajacych zanieczyszczenia dajace sie utleniac bio¬ logicznie oraz urzadzenie do stasowania tego spo¬ sobu. Sciekami poddawanymi oczyszczeniu tym sposobem moga byc na przyklad scieki miejskie lub scieki przemyslowe z zakladów petrochemicz¬ nych papierniczych.Przy oczyszczaniu scieków metoda biologicznego oczyszczania tlenowego, jako zródlo tlenu, stosuje sie zwykle, poza nielicznymi wyjatkami, powietrze atmosferyczne. Ilosc powietrza potrzebnego dla do¬ starczenia wymaganej ilosci tlenu jest bardzo duza ze wzgledu na rozcienczenie tlenu azotem w sto¬ sunku 4:1. Ponadto /tylko 5 do lOltyo tlenu zawar¬ tego w doprowadzonym powietrzu ulega asymi¬ lacji a to na skutek niewielkiej rozpuszczalnosci tlenu majacej miejsce przy tej metodzie. Jednakze powietrze nic nie kosztuje a przy duzym zuzyciu energii podczas doprowadzania powietrza mozna uzyskac wystarczajacy stopien zmieszania i dy- persji osadu czynnego w sciekach.Zastosowanie samego tlenu zamiast powietrza przy biologicznym oczyszczaniu scieków bylo dosc dawno brane pod uwage jako potencjalna mozli¬ wosc zredukowania ilosci gazu napowietrzajacego.Wiadomym jest, ze niewielka rozpuszczalnosc tlenu przyczynia sie do zmniejszenia szybkosci przebiegu reakcji biologicznych oraz wplywa niekorzystnie na zupelnosc tych reakcji. Czysty tien, ze wzgledu 10 15 20 25 30 na dodatkowy koszt zwiazany z jego zastosowa¬ niem, musi byc wykorzystywany oszczednie i sku¬ tecznie. Warunek ten wymaga stosowania znacz¬ nie mniejszego stosunku objetosciowego tlenu do scieków niz to ma miejsce przy stosowaniu powie¬ trza. Równiez cisnienie czastkowe tlenu w gazie napowietrzajacym musi byc utrzymywane na wy¬ sokim poziomie, aby uzyskac oszczednosci w bu¬ dowie i eksploatacji urzadzen napowietrzaja¬ cych przy zachowaniu wysokiej rozpuszczalnosci tlenu.Dotychczas nie opracowano jednak zadnej me¬ tody umozliwiajacej utrzymanie wysokiego cisnie¬ nia czastkowego tlenu podczas napowietrzania przy jednoczesnym stosowaniu gazu napowietrzajacego o wysokiej zawartosci procentowej tlenu. Znane dotychczas techniki napowietrzania scieków nie spelniaja tych wymagan.Równiez nie nadaja sie do tego celu inne znane w przemysle chemicznym urzadzenia do kontakto¬ wania cieczy i gazów takie jak kolumny z wypel¬ nieniem lub reaktory pólkowe, mieszalniki roz¬ bryzgowe i mieszalniki mechaniczne. Chociaz urza¬ dzenia te moga byc dostosowane do uzyskiwania duzej rozpuszczalnosci tlenu ale nie daja sie latwo przystosowac do zawiesin jakie wystepuja przy oczyszczaniu scieków metoda osadu czynnego.Zadne ze znanych sposobów nie nadaja sie do kon¬ taktowania duzych ilosci cieczy z niewielkimi ilo¬ sciami gazu przy jednoczesnym uzyskaniu wysokiej 8096580965 3 4 rozpuszczalnosci gazu w cieczy oraz niewielkim zuzyciu energii.Uzyskanie wysokiego stopnia wykorzystania tle¬ nu przy biologicznym oczyszczaniu tlenowym scie¬ ków z jednoczesnym zachowaniem wysokiego cis¬ nienia czastkowego tlenu jest ponadto utrudnione przez wydzielanie sie gazów z oczyszczanych scie¬ ków. Zwykle scieki poddawane oczyiszczaoiu sa nasycone azotem w stosunku do powietrza. Ponie¬ waz przy napowietrzaniu powietrzem atmosferycz¬ nym przenoszenie, azotu nie odgrywa roli, waznym czynnikiem staje sie obnizenie zawartosci azotu w gazie napowietrzajacym oraz zmniejszenie ilosci gazu napowietrzajacego. Ma to miejsce dlatego, ze rozpuszczony azot przechodzi z cieczy do gazu na¬ powietrzajacego i powoduje obnizenie czastkowego cisnienia tlenu w tym gazie. Inne gazy wydziela¬ jace sie ze scieków, obojetne w stosunku do reak¬ cji biochemicznych takie jak argon lub para wodna powoduja taki sam efekt. Nastepuje równiez wy¬ dzielanie sie pewnych ilosci dwutlenku wegla be¬ dacego produktem reakcji utleniania, który rów¬ niez powoduje obnizenie czastkowego cisnienia tlenu.Jesli stosuje sie gaz napowietrzajacy o zwie¬ kszonej zawartosci tlenu to objetosc tego gazu w porównaniu do objetosci powietrza stosowanego w takich samych warunkach bedzie bardzo mala np. l/JM). Stwarza to warunki umozliwiajace obni¬ zenie kosztów sprezania gazu ale pogarsza warunki mieszania i rozpuszczania tlenu w sciekach. Rów¬ niez gazy obojetne wydzielane ze scieków w znacz¬ nym stopniu wplywaja na cisnienie czastkowe tle¬ nu poniewaz ilosc gazu napowietrzajacego jest zmniejszona.Celem wynalazku jest zmniejszenie lub wyelimi¬ nowanie tych wad dotychczasowych sposobów bio¬ chemicznego oczyszczania scieków przy uzyciu gazu napowietrzajacego o wysokiej zawartosci tlenu. Dla osiagniecia tego celu postawiono sobie za zadanie opracowac sposób oczyszczania biologicznego scie¬ ków, który umozliwilby duze nasycenie scieków tlenem w przeliczeniu na jednostke zuzytej energii, co pozwoliloby na znaczne zwiekszenie ekonomiki napowietrzania w porównaniu z tradycyjnymi me¬ todami napowietrzania powietrzem atmosferycz¬ nym, oraz. uzyskanie wysokiego cisnienia czastecz¬ kowego tlenu i wysokiej sprawnosci jego wykorzy¬ stania.Sposób biologicznego oczyszczania tlenowego scie¬ ków wedlug wynalazku polega na tym, ze w pierwszym etapie napowietrzania, w którym pro¬ wadzi sie jednoczesnie ciagla recyrkulacje tego plynu w stosunku do drugiego plynu miesza sie scieki z osadem czynnym oraz z gazem zawiera¬ jacym co najmniej 50% objetosciowo tlenu otrzy¬ mujac pierwsza napowietrzona zawiesine scieków i osadu czynnego oraz niezuzyty gaz napowietrza¬ jacy o zawartosci co najmniej 35*/o tlenu obje¬ tosciowo. Doprowadza sie nastepnie pierwszym niezuzyty gaz z pierwszego etapu napowietrzania i miesza sie go z zawiesina scieków i osadu czyn¬ nego w drugim etapie napowietrzania przy jedno¬ czesnej ciaglej recyrkulacji scieków wzgledem ga¬ zu napowietrzajacego lub odwrotnie, otrzymujac druga napowietrzana mieszanine scieków i osadu czynnego oraz drugi gaz miezuzyty zawierajacy mniej tlenu niz gaz z pierwszego etapu. Odpro¬ wadza sie drugi gaz z drugiego etapu, przy czym doplyw scieków i gazu do poszczególnych etapów napowietrzania oraz ilosc zuzywanej energii na mieszanie i doprowadzanie gazu napowietrzajacego do poszczególnych etapów reguluje sie tak, aby we wszystkich etapach nastapilo zuzycie co najmniej 60°/o objetosciowo tlenu zawartego w gazie napo¬ wietrzajacym, tlen do pierwszego etapu doprowa¬ dza sie w ilosci 0,04 do 0,24 kilomoli na jeden ki¬ lowat energii zuzytej we wszystkich etapach do mieszania i doprowadzania gazu napowietrzajacego a gaz odprowadzany z ostatniego etapu napowie¬ trzania, w którym napowietrzanie odbywalo slie ga¬ zem nie zuzytym w poprzednim etapie, zawiera ponad 21°/o ale ponizej 80°/o tlenu.Przedmiotem wynalazku jest równiez urzadze¬ nie do napowietrzania scieków zawierajacych za¬ nieczyszczenia dajace sie utlenic biologicznie za¬ wierajace zbiornik do gromadzenia scieków, w któ¬ rym utworzone sa przynajmniej dwie komory na¬ powietrzania oddzielone od siebie przegrodami sie¬ gajacymi od dna zbiornika powyzej poziomu scie¬ ków w nim zawartych i wyposazone w pokrywy tworzace wraz z przegrodami przestrzenie do gro¬ madzenia gazu nad powierzchnia scieków, srodki doprowadzajace scieki do komór napowietrzania, srodki sluzace do mieszania scieków z gazem na¬ powietrzajacym w jednej z komór napowietrzania, przewody o ograniczonym przeplywie sluzace do doprowadzania nie zuzytego gazu napowietrzaja¬ cego z tej komory do drugiej komory napowietrza¬ nia, przewody o ograniczonym przeplywie sluzace do odprowadzania napowietrzonych scieków z pierwszej komory do drugiej oraz srodki do mie¬ szania gazu oraz scieków doprowadzonych z pierw¬ szej komory napowietrzania do drugiej. Urzadzenie to, wedlug wynalazku jest wyposazone w zródlo gazu napowietrzajacego, przewody laczace to zródlo z pierwsza komora napowietrzania oraz oddzielne srodki do ciaglej recyrkulacji jednego plynu w kazdej z komór napowietrzania w stalym kontak¬ cie z drugim plynem.Sposób i urzadzenie wedlug wynalazku zostaly z powodzeniem zastosowane do oczyszczania scie¬ ków miejskich ze znacznie wieksza wydajnoscia niz to mialo miejsce przy szeroko stosowanym na¬ powietrzaniu powietrzem atmosferycznym lub przy jednostopniowym napowietrzaniu gazami o pod¬ wyzszonej zawartosci tlenu. Uzyty tutaj termin scieki dotyczy wszelkich scieków pochodzenia miejskiego lub przemyslowego zawierajacych za¬ nieczyszczenia, które moga byc utleniane biologicz¬ nie w wodzie za pomoca gazu zawierajacego tlen.Przedmiot wynalazku przedstawiono przyklado¬ wo na zalaczonym rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przyklad wykonania urzadzenia do sto¬ sowania sposobu wedlug wynalazku z kilkoma aeratorami plywajacymi na powierzchni duzego zbiornika scieków, fig. 2 — inny przyklad wyko¬ nania urzadzenia do stosowania sposobu wedlug wynalazku w przekroju poprzecznym, w którym poszczególne komory napowietrzania sa oddzielone 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 6080965 6 od siebie przegrodami i posiadaja wspólna po¬ krywe, fig. 3 — kolejny przyklad wykonania urza¬ dzenia do stosowania sposobu wedlug wynalazku wyposazony w tak zwane szczotki Kessenera, fig. 4 — jeszcze inny przyklad wykonania urzadze- 5 nia do stosowania sposobu wedlug wynalazku wy¬ posazonego w mieszadla turbinowe, w którym przeplyw napowietrzanych scieków z jednego eta¬ pu do drugiego nastepuje zgodnie z kierunkiem przeplywu niezuzytego gazu napowietrzajacego i 10 które jest wyposazone w osadnik oraz uklad re¬ cyrkulacji osadu czynnego do pierwszego etapu napowietrzania fig. 5 — graficzne porównanie wy¬ ników uzyskanych przy wspólpradowym i prze- ciwpradowym przeplywie gazu napowietrzajacego 15 w stosunku do przeplywu zawiesiny scieków przy zastosowaniu szesciostopniowego ukladu oczyszcza¬ nia z gazem napowietrzajacym zawierajacym 99,5°/o tlenu, w którym to ukladzie utrzymywano stopien rozpuszczenia tlenu na poziomie 2 img/1, fig. 6 — 20 podobne porównanie graficzne jak na fig. 5 ale przy zastosowaniu gazu zawierajacego 60Vo tlenu, fig. 7 — podobne porównanie graficzne jak na fig. 5 i 6 ale przy zastosowaniu gazu o zawartosci tlenu 60% i przy zachowaniu stopnia rozpuszczenia M tlenu na poziomie 8 mg/1, fig 8 — wykres porów¬ nawczy kosztów oczyszczania przy optymalnych wynikach uzyskiwanych podczas stosowania wspól- pradowego i przeciwpradowego przeplywu gazów w zaleznosci od zawartosci tlenu w gazie napo- 30 wietrzajacym, fig. 9 — schemat czteroetapowego urzadzenia, gdzie w dwóch etapach nastepuje ob¬ nizenie biologicznego zuzycia tlenu BZT i zawar¬ tosci tlenu a w etapach posrednich przeplyw gazu i scieków jest przeciwpradowy, fig. 10 — sche- 35 mat innego urzadzenia czteroetapowego, gdzie w pierwszym etapie przeplyw jest przeciwpradowy a w pozostalych trzech wspólpradowy.Na fig. 1 przedstawiono zbiornik 10 na scieki, który w tym przypadku jest zbiornikiem natural- 40 nym, chociaz moze miec równiez postac zbiornika sztucznego. Scieki doprowadzane sa do zbiornika 10 przewodem 11 a zródlo gazu napowietrzajacego, w tym przypadku zbiornik 12, znajduje sie obok zbiornika 10. Tlen moze byc przechowywany w *s tym zbiorniku w postaci cieklej lub sprezonej.Po powierzchni zbiornika 10 plywaja co najmniej dwie oddzielne komory napowietrzania, w tym przypadku trzy komory 13a, 13b, 13c umieszczo¬ ne na plywakach 14. Komory napowietrzania 13a, 50 13b i 13c maja scianki 15, których dolne kra¬ wedzie sa zanurzone pod powierzchnia scieków 16 a na górnych opiera sie szczelna pokrywa 17 nie przepuszczajaca gazu. W kazdej komorze napowie¬ trzania znajduja sie mieszadla do mieszania tlenu 55 ze sciekami, które moga miec postac na przyklad turbin powierzchniowych 18 napedzanych zwykle od silników elektrycznych 19. Sposób wykorzysta¬ nia mocy w kazdym z etapów napowietrzania jest bardzo wazny przy sposobie wedlug wynalazku, w Musi on zapewnic podstawowe warunki.a miano¬ wicie zachowanie zawiesiny stalych czastek w cie¬ czy oraz utrzymanie scislego kontaktu pomiedzy gazem napowietrzajacym i zawiesina. W wielu do¬ tychczasowych sposobach oczyszczania scieków « przy uzyciu powietrza, samo tylko powietrze za¬ pewnialo oba te warunki. Objetosc stosowanego powietrza byla bardzo duza aby zapewnic koniecz¬ ny doplyw tlenu silnie rozcienczonego azotem a dzialanie mieszajace doprowadizanego powietrza, chociaz malo skuteczne, bylo wystarczajace dla utrzymania czastek stalych w stanie zawieszonym.Przy zastosowaniu gazu o duzej zawartosci tlenu jego ilosc wymagana do dostarczenia wystarczajacej ilosci tlenu jest znacznie mniejsza niz w przy¬ padku zastosowania powietrza i tym samym nie zapewnia wystarczajacego dzialania mieszajacego koniecznego do utrzymania czastek stalych w sta¬ nie zawieszenia, zwlaszcza jesli ich stezenie jest dosc znaczne. Energia potrzebna do mieszania jest doprowadzana korzystnie za pomoca mieszadel me¬ chanicznych, które sa znacznie skuteczniejsze niz mieszanie za pomoca pecherzyków gazu. Mieszadla te moga byc róznej konstrukcji, na przyklad w postaci turbin zanurzonych z dodatkowym dopro¬ wadzeniem gazu napowietrzajacego. Oba wspom¬ niane warunki moga byc spelnione przy pomocy tego samego urzadzenia ale w takim -przypadku urzadzenie to powinno byc zdolne do utrzymania wysokiego cisnienia czastkowego na wytworzonej przez siebie powierzchna kontaktowej pomiedzy ga¬ zem i ciecza.W wiekszosci przypadków energia potrzebna do utrzymania odpowiedniego kontaktu gazu z ciecza jest znacznie mniejsza niz energia wymagana do utrzymania zawiesiny w stanie dyspresji. Mimo to energia potrzebna do utrzymania kontaktu gazu z ciecza jest znaczna i jesli sposób napowietrzania nie jest odpowiednio dobrany to zuzycie energii moze byc nadmierne. Ponadto niewlasciwy dobór sposobu napowietrzania moze wplynac szkodliwie na stopien rozpuszczania sie tlenu oraz jego wy¬ korzystania. Nalezy wiec dobierac takie urzadzenia napowietrzajace, które stwarzaja duza powierzch¬ nie kontaktowa pomiedzy ciecza i gazem ale nie powoduja zbyt silnego rozproszenia cieczy w gazie.Dla silnego rozproszenia cieczy w gazie potrzebne sa duze ilosci energii a rozproszenie to nie ma specjalnego wplywu na zdolnosc natleniania. Od¬ powiednie urzadzenia napowietrzajace wytwarzaja duza powierzchnie kontaktowa w duzej ilosci cie¬ czy, tak ze ciecz znajdujaca sie w sasiedztwie tej powierzchni nie zbliza sie do stanu nasycenia.Dzieki temu cisnienie czastkowe tlenu stanowiace sile napedowa szybkiego rozpuszczania sie tlenu zostaje utrzymane gdy ciecz ze strefy kontaktu z gazem wraca do dalszych czesci zbiornika i w zwiazku z tym straty energii na mieszanie zostaja zmniejszone. Urzadzenia napowietrzajace dajace zadowalajacy efekt zawieraja rozpylacze gazu wy¬ twarzajace drobne pecherzyki w cieczy oraz aera- tory powierzchniowe kierujace zwarte warstwy lub strumienie cieczy na pecherzyki gazu.Urzadzenia napowietrzajace sa zwykle klasyfi¬ kowane w oparciu o tak zwana zdolnosc natlenia¬ nia, która okresla mozliwosci urzadzenia w zakre¬ sie rozpuszczania tlenu pochodzacego z powietrza w wodzie nie zawierajacej rozpuszczonego tlenu przy temperaturze 20°C i cisnieniu jednej atmosfe¬ ry. Urzadzeniami napowietrzajacymi odpowiednimi80965 7 8 do stosowania w sposobie wedlug wynalazku sa urzadzenia, których zdolnosc natleniania wyraza sie wartoscda oo najmniej 0,9 kG Ofe/kWh. Energia przyjmowana przy tego rodzaju klasyfikacji urza¬ dzen napowietrzajacych obejmuje calkowita ilosc 5 energii zuzywanej zarówno na mieszanie scieków jak tez na doprowadzanie gazu napowietrzajacego.Pomiedzy zbiornikiem 12 tlenu i komora napo¬ wietrzania 13a polaczonych ze soba przewodem 20 znajduje sie umieszczony w tym przewodzie za¬ wór regulacyjny 21, przez który to zawór dopro¬ wadzany jest do komory 13a gaz zawierajacy co najmniej 50% tlenu, który jest mieszany ze scie¬ kami. W tym przykladzie wykonania urzadzenia obieg scieków jest powodowany naturalna ich cyr¬ kulacja w zbiorniku 10 oraz mieszadlami turbino¬ wymi 18, przy czym czesc scieków jest mieszana turbina znajdujaca sie w komorze 13a. Czesc osa¬ du osiada pod dzialaniem sil ciezkosci na dnie zbiornika 10 skad moze byc okresowo usuwana.Zaleznie od wzajemnego polozenia przewodu 11 doprowadzajacego scieki oraz pierwszej komory napowietrzajacej 13a mieszanie scieków z osadem czynnym moze nastepowac i w rzeczywistosci zwykle ma miejsce zanim scieki zostana zmieszane z gazem napowietrzajacym w pierwszej komorze napowietrzania 13a.We wszystkich komorach napowietrzania naste¬ puje zuzycie co najmniej 60% tlenu zawartego w gazie doprowadzanym do pierwlszej komory na¬ powietrzajacej tak, ze gaz odprowadzany przewo¬ dem 24 zawiera nie wiecej jak 40% pierwotnej zawartosci tlenu. Ta pierwotna zawartosc tlenu w swiezym doprowadzanym gazie wynosi co naj¬ mniej 50%. Dobór zawartosci tlenu w tym gazie oraz procent zuzycia tlenu zalezy od wielu róz¬ nych czynników, np, zastosowanej ilosci stopni na¬ powietrzania, rodzaju scieków, polozenia geogra¬ ficznego N oraz wartosci gazu napowietrzajacego.Koszty tlenu zawartego w tym gazie zmieniaja sie znacznie zaleznie od procentowej zawartosci tlenu. Jednakze nie mozna uzyskac zadnych osz¬ czednosci w kosztach zuzytego tlenu przez zmniej¬ szenie jego zawartosci w systemach oczyszczania scieków gdzie nizsze ilosci tlenu wymagaja wie¬ kszego zuzycia energii i/lub wiekszych komór na¬ powietrzenia.W przykladzie wykonania przedstawionym na fig. 2 urzadzenie zawiera cztery komory 13a, 13b, 13c i 13d do stopniowego napowietrzania scieków zawartych w zbiorniku 10, przedstawionym jako zbiornik sztuczny. Przestrzenie gromadzenia gazu w pierwlszej i drugiej komorze napowietrzania sa oddzielone od siebie przegroda 28ab siegajaca od pokrywy 17 do polozenia ponizej lustra scieków znajdujacych sie w zbiorniku 10. Podobne przegro¬ dy 28bc i 28cd oddzielaja przestrzenie gromadze¬ nia gazu odpowiednio drugiej i trzeciej oraz trze¬ ciej i czwartej komory. Kazda z komór napowie¬ trzania posiada mechanicznie napedzana turbine powierzchniowa 18 do napowietrzania scieków oraz ich dokladnego mieszania z gazem w pobli¬ zu ich powierzchni. Poniewaz przegrody dzielace komory siegaja tylko na niewielka glebokosc na¬ stepuje w znacznym stopniu mieszanie sie scie¬ ków napowietrzanych w poszczególnych komorach.W przegrodach 28ab, c—d, i b—c znajduja sie niewielkie otworki 29 umozliwiajace ograniczony przeplyw gazu do kolejnych komór. Mieszanie sie gazu z komory nastepnej z gazem z komory po¬ przedniej jest uniemozliwione przez istniejace nie¬ wielkie róznice cisnien pomiedzy komorami.W przykladzie przedstawionym na fig. 3 urza¬ dzenie napowietrzajace zawiera tak zwane szczotki Kessenera 31 osadzone na poziomym wale 30 prze¬ biegajacym wzdluz sasiadujacych ze soba komór napowietrzania i osadzanym w scianach szczyto¬ wych zbiornika 10. Podczas obrotu walu szczotki czesciowo zanurzone w sciekach a czesciowo znaj¬ dujace sie w przestrzeniach gromadzenia gazu po¬ woduja mieszanie scieków z gazem. Dzieki temu powstaja duze powierzchnie kontaktu i gaz zostaje dokladnie zmieszany ze sciekami. Podobnie jak w przykladzie przedstawionym na fig. 2 scieki maja mozliwosc swobodnego przeplywu pomiedzy po¬ szczególnymi stopniami napowietrzania. Nie zuzyty gaz zawierajacy tlen przeplywa z pierwszej ko¬ mory 13a do drugiej komory 13b przez przewód 22 ograniczajacy przeplyw a z komory drugiej do trzeciej przez podobny przewód 23. Przewody te posiadaja okreslony przekrój poprzeczny wystar¬ czajacy dla uzyskania zadanego wydatku przeply- Przestrzen gromadzenia gazu pierwszej komory napowietrzania 13a jest polaczona przewodem 22 30 o ograniczonym przeplywie z przestrzenia groma¬ dzenia gazu drugiej komory napowietrzania 13b co umozliwia przeplyw nie zuzytego gazu z jednej komory do drugiej. W tym przykladzie wykona¬ nia przewód ten moze miec postac plywajacego 35 weza. Nie zuzyty gaz zawierajacy tlen doprowa¬ dzony do drugiej komory napowietrzania, zawie¬ rajacy mniej tlenu niz gaz doprowadzany do pierwszej komory, jest mieszany ze sciekami po¬ dobnie jak to mialo miejsce w pierwszej komorze 40 napowietrzania a napowietrzona czesc scieków miesza sie nastepnie samoczynnie z reszta zawar¬ tosci zbiornika. Nalezy zauwazyc, ze w urzadzeniu przedstawionym na fig. 1 nastepuje swobodne mie¬ szanie sie scieków znajdujacych sie w zbiorniku 45 ze sciekami napowietrzonymi w kazdej z komór napowietrzania. Inaczej mówiac nie istnieje zaden scisle okreslony przeplyw scieków pomiedzy ko¬ morami napowietrzajacymi. Tym niemniej gaz za¬ wierajacy tlen przeplywa kolejno z komory pierw- &o szej do drugiej i nastepnie z drugiej do trzeciej przy stopniowym zmniejszaniu zawartosci tlenu.Tak wiec nie zuzyty gaz uchodzacy ze scieków w komorze drugiej 13b przeplywa przez przewód 23 do trzeciej (komory napowietrzania gdzie jest 55 znowu mieszany ze sciekami. Reszta nie zuzytego gazu zawierajaca ponad 21% tlenu jest usuwana z przestrzeni gromadzenia gazu trzeciej komory 13c i jest odprowadzana przewodem 24 wyposazo¬ nym w zawór 25. Gaz ten moze byc wypuszczony 60 do atmosfery lub, jesli trzeba, poddany dalszej obróbce. Oczyszczone scieki sa odprowadzane przez jaz przelewowy 26 do przewodu 27, który moze byc doprowadzony na przyklad do zbiornika wody biezacej takiego jak rzeka. 65 15 20 25 30 35 40 45 50 55 609 80965 10 wu lub tez sa wyposazone w elementy ogranicza¬ jace przeplyw, na przyklad w postaci kryz.W opisanych przykladach wykonania kazda z przestrzeni zbiorczych sluzy do gromadzenia i za¬ trzymywania gazu napowietrzajacego a oba kon¬ taktowe plyny sa utrzymywane w ciaglym ruchu wzgledem siebie. Czas zatrzymania gazu napowie¬ trzajacego w kazdej z komór jest dosc -dlugi w po¬ równaniu z czasem przeplywu tej ilosci gazu z jednej komory do drugiej. Jestt on dluzszy od cza¬ su przeplywu o co najmniej 30 razy.W przykladzie wykonania pokazanym na fig. 4 mieszanie odbywa sie za pomoca rozdzielaczy 32 gazu zanurzonych w sciekach oraz lopatek miesza¬ jacych 33 umieszczonych najkorzystniej tuz nad rozdzielaczami 32. Lopatki mieszajace 33 sa zamo¬ cowane na obrotowym wale napedzanym odpo¬ wiednim silnikiem na przyklad za pomoca turbi¬ ny. Wydobywajace sie z rozdzielaczy 32 niewielkie pecherzyki gazu sa rozprowadzane w komorze na¬ powietrzania przez lopatki mieszajace i unosza sie poprzez ciecz ku powierzchni, gdzie nie zuzyta czesc gazu wraz z produktami reakcji uchodzi z masy sciekowej.Dla uzyskania cisnienia gazu wystarczajacego dla zapewnienia ciaglej jego cyrkulacji w komo¬ rze napowietrzania przestrzenie komór sluzace do gromadzenia gazu sa polaczone z 'dmuchawami lub sprezarkami 34, które doprowadzaja sprezony gaz bezposrednio przez przewody 35 do rozdzielaczy 32.Urzadzenie pokazane na fig. 4 rózni sie tym od urzadzen przedstawionych na fig. 1 do 3, ze za¬ pewnia wspólpradowy przeplyw scieków zgodny z kierunkiem przeplywu gazu napowietrzajacego.Przegrody 28ab, 28bc, 28cd siegaja zasadniczo do samego dna zbiornika 10 i sa szczelnie polaczone z tym dnem. Zawiesina scieków przeplywa z ko¬ mory do komory przez otwory 36, 37 i 38 ograni¬ czajace przeplyw i znajdujace sie w przegrodach, przy czym otwór 36 w przegrodzie 28ab znajduje sie w poblizu dna zbiornika 10, otwór 37 w prze¬ grodzie 28bc w górnej czesci tej przegrody a otwór 38 równiez w dolnej czesci przegrody 28cd, w po¬ blizu dna zbiornika. Taka zaleznosc wzajemna przeplywu gazu napowietrzajacego oraz oczyszcza¬ nych scieków zapewnia najwiekszy mozliwy sto¬ pien napowietrzenia w przeliczeniu na jednostke objetosci scieków oraz najwyzsza sprawnosc oczyszczania scieków dla danego czasu napowie¬ trzania.Jak to widac z wykresów pokazanych na fig. 5 do 7 mozliwe jest wykorzystanie co najmniej 90% tlenu wystepujacego w gazie napowietrzajacym w ilosci 60% i wiekszej w przypadku zastosowa¬ nia co najmniej szesciostopniowego napowietrza¬ nia wspólpradowego przeplywu gazu i scieków. Wy¬ korzystanie tlenu w ilosci wiekszej niz 90% jego zawartosci w gazie jest równiez mozliwe przy ga¬ zie zawierajacym 50 do 60% tlenu ale wtedy ilosc doprowadzonego gazu odbiega od optymalnych ilosci zapewniajacych najkorzystniejszy przebieg procesu. Przy mniejszej ilosci stopni napowietrza¬ nia wykorzystanie tlenu obniza sie ale przy czte¬ rostopniowym napowietrzaniu i przy uzyciu gazu zawierajacego 95,5% przeplywajacego wspólprado- wo ze sciekami mozna osiagnac 85% wykorzysta¬ nia tlenu zawartego w gazie.Wspólpradowy przeplyw gazu i scieków jest szczególnie korzystny ze wzgledu na zmiane BZT scieków podczas przeplywu przez kolejne stadia napowietrzania. Tak wiec BZT scieków jest naj¬ wieksze w pierwszym stadium napowietrzania i ulega obnizeniu w kolejnych nastepujacych po so¬ bie stadiach. W pierwszym stadium napowietrza¬ nia doprowadza sie gaz o najwyzszej zawartosci tlenu. Tak wiec gaz doprowadzany w pierwszym stadium napowietrzania ma najwyzsze cisnienie czastkowe tlenu a w zwiazku z tym wykazuje maksymalna zdolnosc natleniania tak, ze jest mo¬ zliwe zaspokojenie wysokiego zapotrzebowania tle¬ nu w tym stadium.W przykladach pokazanych na fig. 1 do 3 osad czynny jest zasadniczo równomiernie rozprowa¬ dzony w sciekach znajdujacych sie w kazdym sta¬ dium napowietrzania. Takie równomierne rozpro¬ wadzanie jest mozliwe dzieki naturalnej cyrkula¬ cji scieków oraz dzialaniu urzadzen mieszajacych w kazdym ze stadiów napowietrzania. W przykla¬ dzie wykonania pokazanym na fig. 4 scieki po przejsciu przez cztery oddzielne komory sa odpro¬ wadzane z czwartej komory poprzez przewód 39 do osadnika 40 w celu oddzielenia osadu czynnego od oczyszczonych scieków. Budowa osadników jest dobrze znana fachowcom z dziedziny oczyszczania scieków. Osadnik taki moze byc na przyklad wy¬ posazony w zgarniacz denny zapobiegajacy two¬ rzeniu sie miejscowych skupisk osadu. Osad czyn¬ ny po sedymentacji jest odprowadzany przez prze¬ wód denny 43 do pierwszej komory utleniania 13a, gdzie jest mieszany ze sciekami i gazem napowie¬ trzajacym. Oczyszczone scieki sa odprowadzane z osadnika przewodem 44.Rozumie sie, ze osadnik 40 moze byc równiez umieszczony pomiedzy dwoma komorami napowie¬ trzania zamiast za ostatnia komora. I tak na przy¬ klad czesc lub calosc scieków z trzeciej komory 13c moze byc odprowadzona do osadnika 40. W ta¬ kim przypadku czesc osadu czynnego moze byc odprowadzona do czwartej komory 13d w celu dal¬ szego napowietrzania a pozostala czesc jest recyr- kulowana do pierwszej komory 13a. W dalszym ciagu moze byc równiez wskazanym odprowadze¬ nie zawiesiny scieków z osadem juz z pierwszej komory napowietrzania do osadnika w celu usu¬ niecia odcieku i tym samym zmniejszenia ilosci za¬ wiesiny napowietrzanej w kolejnych komorach. W takim przypadku zanieczyszczenia ulegaja sorbcji przez osad czynny przede wszystkim w pierwszej komorze a w nastepnych komorach nastepuje asy¬ milacja i utlenianie.Dla osiagniecia korzysci wynikajacych z wyna¬ lazku wymagane jest. przynajmniej dwustopniowe napowietrzanie, przy czym do pierwszego stadium napowietrzania doprowadza sie gaz zawierajacy co najmniej 50% tlenu a niezuzyty w tym stadium gaz jest wykorzystany do napowietrzania scieków w drugim stadium. Chociaz w przykladach na fig. 1 do 4 gaz napowietrzajacy jest doprowadzany do scieków, które nie byly uprzednio zmieszane z gazem zawierajacym tlen, to fakt ten nie ma 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 6080965 11 12 10 wiekszego znaczenia jesli scieki zawieraja pewna ilosc pozywki dla bakterii. W pewnych przypad¬ kach moze byc korzystnym zmieszanie wstepne gazu zawierajacego tlen ze sciekami a nastepnie dalsze wykorzystanie nie zuzytego gazu odprowa¬ dzonego z tego wstepnego stadium. Na przyklad, jesli zawartosc tlenu w tym odprowadzanym gazie jest wyraznie wyzsza niz w powietrzu, gaz ten moze byc wykorzystany w procesach spalania. Za¬ wiesina scieków po takim wstepnym napowietrze¬ niu jest nastepnie kierowana do kolejnych komór napowietrzania wedlug wynalazku.Jak to juz poprzednio wspomniano, zarówno dor plyw poszczególnych plynów jak tez ilosc energii zuzywanej na napowietrzanie sa regulowane. Od- w nosnie poszczególnych plynów mieszanych ze soba wynalazek nie wymaga regulacji doplywów wszyst¬ kich mieszanych plynów, wystarczy tylko regula¬ cja doplywu niektórych wybranych plynów, aby zachowac wymagane proporcje. Na przyklad* ilosci 20 doprowadzanych scieków oraz ilosci oczyszczonego odplywu nie sa zwykle regulowane ale zmieniaja sie w szerokim zakresie na skutek duzej róznicy w doplywie scieków w czasie dnia i w nocy. Do¬ plyw gazu napowietrzajacego moze byc latwo re- * gulowany z pomoca zaworu 21. W przypadku gdy osad czynny jest recyrkulowany do pierwszego sta¬ dium napowietrzania jego doplyw moze byc re¬ gulowany w zaleznosci od zmian w doplywie przeznaczonych do oczyszczania scieków. Ta regu- 30 lacja doplywu osadu czynnego moze byc dokony¬ wana przez zmiane predkosci pomp recyrkuluja- cych osad, na przyklad pompy 43 w przykladzie z fig. 4. Stopien mieszania gazu napowietrzajace¬ go moze byc regulowany poborem mocy przez M urzadzenia napowietrzajace np. turbiny 18 w przy¬ kladzie z fig. 1, wirniki promieniowe 31 w przy¬ kladzie z fig. 3 oraz pompy recyrkulacyjne 34 w przykladzie z fig. 4.Jesli potrzebna jest dalsza regulacja doplywu 40 plynów na przyklad w przewodach 22 i 23 pokaza¬ nych na fig. 1 zainstalowac odpowiednie zawory regulacyjne w celu zmiany doplywu nie zuzytych gazów. Podobnie równiez przeplyw zawiesiny scie¬ ków pomiedzy stadiami napowietrzania moze byc * regulowany za pomoca odpowiednich zaworów.Jednakze {przewiduje sie, ze w wiekszosci przy¬ padków zastosowania wynalazku wystarczajaca re¬ gulacje przeplywów mozna bedzie uzyskac przez zastosowanie stalych rozmiarów otworów przeply- 5° wowych tak, ze przeplyw bedzie zalezal od cisnie¬ nia przeplywajacego plynu. W przykladzie poka¬ zanym na fig. 4 zarówno gaz jak i scieki sa za¬ trzymywane w poszczególnych komorach napowie¬ trzania i sa utrzymywane w ciaglym ruchu wzgle- 55 dem siebie. Czas zatrzymania plynów w kazdej z komór jest dlugi w porównaniu z czasem prze¬ plywu z jednej komory do drugiej.W przykladach sposobu wedlug wynalazku, w których nastepuje przeplyw scieków do kolejnych «o komór napowietrzania przeplyw gazu nastepuje najkorzystniej wspólpradowo do scieków jak to ma miejsce iw przykladzie pokazanym na fig. 4 lub tez przeciwpradowo, przy cz$m calkowity czas zatrzymania lub kontaktu scieków z gazem w ko- <* morach napowietrzania wynosi najkorzystniej od 20 do 180 minut. Czas ten odnosi sie w wiekszosci przypadków do samego osadu czynnego, poniewaz tylko on przechodzi przez wszystkie stadia napo¬ wietrzania niezaleznie od tego gdzie nastepuje od¬ dzielenie odcieku i odprowadzenie go na zewnatrz systemu oczyszczania. W ukladach, w których wszystkie stadia napowietrzania znajduja sie przed osadnikiem calkowity czas zatrzymania oblicza sie przez podzielenie calkowitej pojemnosci komór na¬ powietrzania przez objetosciowy wydatek przeply¬ wu doprowadzanych scieków i recyrkulowanego osadu czynnego. Jesli oczyszczony odciek jest od¬ dzielany od napowietrzonej zawiesiny w stadium posrednim napowietrzania, na przyklad w stadium stabilizacji osadu, calkowity czas zatrzymania da¬ nej ilosci scieków i osadu czynnego stanowi sume czasu zatrzymania w stadiach znajdujacych sie przed i za osadnikiem Czas zatrzymania w sta¬ diach przed osadnikiem jest obliczany przez po¬ dzielenie pojemnosci komór napowietrzajacych znajdujacych sie przed osadnikiem przez objetos¬ ciowy wydatek przeplywu doprowadzanych scie¬ ków i recyrkulowanego osadu czynnego natomiast czas zatrzymania w stadiach za osadnikiem obli¬ cza sie przez podzielenie calkowitej pojemnosci komór napowietrzajacych znajdujacych sie za osad¬ nikiem przez wydatek przeplywu osadu czynnego odprowadzanego z osadnika i przeplywajacego do ostatniej komory napowietrzania.Calkowity wymagany czas zatrzymania dla kaz¬ dego procesu oczyszczania sposobem wedlug wy¬ nalazku zalezy od tego czy proces autooksydacji osadu jest przewidziany czy tez nie. Jezeli jedy¬ nym celem procesu oczyszczania jest asymilacja i utlenianie biologicznie utleniajacych sie zanie¬ czyszczen organicznych scieków to czas zatrzyma¬ nia jest stosunkowo krótki. Zupelna asymilacje zanieczyszczen organicznych uzyskano podczas do¬ swiadczen po calkowitym czasie zatrzymania wy¬ noszacym 75 min. przy dwustopniowym napowie¬ trzaniu gazem zawierajacym 99,5*/t tlenu, przeply¬ wajacym wspólpradowo ze sciekami, przy czym czas zatrzymania w kazdym z dwóch stadiów na¬ powietrzania wynosil 37,5 min. BZT odplywu z drugiego stadium napowietrzania bylo niewielkie, rzedu 20—35 mgA a otrzymany osad stabilny i dobrze oddzielony. Pirzy innych próbach gdzie prze¬ prowadzano równiez autooksydacje osadu czas za¬ trzymania wynosil okolo 2,5 godz. przy trójstopnio¬ wym napowietrzaniu, kazde stadium po 50 min. wspólpradowyim przeplywie gazu i scieków i za¬ stosowaniu klarowania w osadniku po trzecim stadium napowietrzania. W innej serii prób z za¬ stosowaniem autooksydacji i napowietrzania czte¬ rostopniowego przy przeplywie wspólpradowym i klarowaniu po czwartym stadium napowietrzania calkowity czas zatrzymania w komorach wynosil 2,7 czyli po 40,5 min. na kazde stadium. Wydaje sie równiez, ze w ukladzie szesciostopniowym przy takiej samej charakterystyce procesu oczyszczania mozna uzyskac calkowity czas zatrzymania rzedu 1,5 godz. czyli po 15 miki. na kazde stadium. Do zasorbowania tlenu i calkowitej asymilacji zanie¬ czyszczen organicznych potrzebny jest czas zatrzy-13 80965 14 mania wynoszacy co najmniej 20 min. Calkowity czas zatrzymania wynoszacy 180 min. zapewnia znaczne zmniejszenie przyrostu osadu czynnego w przypadku zastosowania aut^oksydacji a zatem pozwala na unikniecie problemów zwiazanych z nadmiarem osadu czynnego oraz zmniejszenie po¬ jemnosci komor napowietrzania w porównaniu ze .sposobami tradycyjnymi Obecnie stosowalne oczysz¬ czalnie scieków metoda osadu czynnego z zastoso¬ waniem napowietrzania powietrzem atmosferycz¬ nym wymagaja calkowitego czasu zatrzymania wy¬ noszacego od 180 do 360 minut.Ten czas zatrzymania daje zadowalajace wyniki tylko w przypadku scieków miejskich o niewielkim sitezeniu -majacych BZT rzedu okolo 300 mg (VI.Przy bardziej zanieczyszczonych sciekach z wy¬ twórni chemicznych konieczne jest stosowanie dluz¬ szych czasów zatrzymania dla osiagniecia porów¬ nywalnej czystosci odplywu.Korzystnym jest równiez utrzymanie zawartosci rozpuszczonego .tlenu w pierwszym stadium napo¬ wietrzania wynoszacej co najmniej 0,5 mg/l. Roz¬ puszczony tlen jest szybko zuzywany przez osad czynny doprowadzany do pierwszego stadium na¬ powietrzania tak ze zawartosc rozpuszczonego tlenu moze byc obnizona prawie do zera nawet gdy poczatkowo byla duza. W wyzej wspomnianych próbach trójstopniowego napowietrzania zaobser¬ wowano, ze zawartosc rozpuszczonego tlenu w pierwszym stadium napowietrzania wynosila od 0,5 do 1 mg/1, jednakze zawartosc rozpuszczonego tlenu w nastepnych stadiach napowietrzania szybko wzrastala i poprawial sie równiez stopien oczyszczania. W wybranych warunkach wielostop¬ niowego napowietrzania przy zawartosci zawiesin w pierwszym stadium napowietrzania wynoszacej co najmniej 3000 g/m3 niska zawartosc rozpuszczo¬ nego tlenu rzedu 0,5 mg/l nie .musi oznaczac ist¬ nienia: warunków tak zwanego glodu tlenowego czyli warunków prawie anaerobowych. Wskazuje to przede wszystkim, ze wydajnosc napowietrzania jest ograniczona' zdolnoscia natleniania, i ze mozna uzyskac jeszcze wieksza zdolnosc natleniania jesli zastosuje sie bardziej wydajne aeratory. W celu unikniecia warunków ograniczonej zdolnosci na¬ tleniania korzystnym jest utrzymanie zawartosci rozpuszczonego tlenu w pierwszym stadium napo¬ wietrzania na poziomie 2 mg/l lub wyzej. Za¬ wartosc rozpuszczonego tlenu w tym stadium na¬ powietrzania powinna byc równiez korzystnie utrzymywana na poziomie nizszym niz 5 mg/l aby uniknac koniecznosci duzego zuzycia energii, które jest niekorzystne zarówno ze wzgledów ekonomicz¬ nych jak równiez ze wzgledu na pogarszanie zdol¬ nosci osiadania osadów. Zbyt silne oddzialywanie scierajacego na klaczki osadu na skutek zbyt in¬ tensywnego mieszania pogarsza jego zdolnosci se¬ dymentacyjne niezaleznie od tego, ze w nastep¬ nych stadiach napowietrzania, przed wprowadze¬ niem do osadnika, moze nastepowac tworzenie sie aglomeratów osadu.Zalety sposobu wedlug wynalazku zostaly po¬ twierdzone szeregiem prób przeprowadzonych na sciekach miejskich przy uzyciu urzadzenia podob¬ nego do pokazanego na fig. 4. Do prób tych zasto¬ sowano trzystopniowy uklad napowietrzania a za¬ wiesine z trzeciego stadium napowietrzania odpro¬ wadzano do osadnika grawitacyjnego w celu od¬ dzielania osadu czynnego. Osad ten byl nastepnie 5 recyrkulowany do pierwszego stadium napowie¬ trzania.Urzadzenie napowietrzajace skladalo sie z pro¬ stokatnego zbiornika o dlugosci 4,26 m, szerokosci 1,53 m i glebokosci 1,22 m. Kazda z komór napo- io wietrzania oraz osadnik utworzone przez podzial tego zbiornika na cztery czesci mialy przekrój po¬ przeczny o wymiarach 1,5 m na 1,1 m a ich po¬ jemnosc uzyteczna wynosila 1730 litrów. Do mie¬ szania scieków w kazdej z komór napowietrzania 15 zastosowano turbiny osiowe o srednicy 15,24 cm napedzane silnikami o mocy 1/3 kW a gaz dopro¬ wadzano nieruchomymi rozdzielaczami umieszczo¬ nymi bezposrednio pod turbinami mieszajacymi.Rozdzielacze wykonano z rur o srednicy 1,27 cm 20 z szesnastoma otworami o srednicy 1,50 mm. Kaz¬ da z komór napowietrzania wyposazona byla w sprezarke lopatkowa o bezstopniowej regulacji predkosci obrotowej sluzaca do recyrkulacji gazu napowietrzajacego z przestrzeni znajdujacej sie nad 25 powierzchnia scieków do rozdzielaczy zanurzonych w sciekach. Wydatek przeplywu recyrkulowanego gazu oraz intensywnosc mieszania byly regulowane oddzielnie i niezaleznie od siebie. Wydatek gazu mierzono za pomoca rotametrów a intensywnosc 30 mieszania za pomoca watomierzy.Gaz napowietrzajacy o zawartosci 99,5f/« tlenu zgromadzono w zbiorniku cisnieniowym o regulo¬ wanym cisnieniu wewnetrznym. Doprowadzany do urzadzenia napowietrzajacego gaz nasycano woda 35 a chwilowe natezenie przeplywu gazu oraz jego calkowity wydatek objetosciowy mierzono za po¬ moca mokrobieznego przeplywomierza bebnowego.Gaz napowietrzajacy doprowadzano do przestrzeni gazowej pierwszej komory napowietrzania nad po- 40 wierzchnia mieszaniny scieków i osadu czynnego a nie zuzyty gaz wraz z gazowymi produktami re¬ akcji odprowadzano przez przewody o srednicy wewnetrznej 4,7 cm i dlugosci 76 cm do kolejnych komór napowietrzania. Srednica tych przewodów byla wystarczajaco duza aby umozliwic przeplyw pomiedzy sasiednimi komorami napowietrzania z zachowaniem niewielkiej róznicy cisnien i tym sa¬ mym zapobiec mieszaniu sie gazu z komory na¬ stepnej z gazem z komory poprzedniej. Róznica cisnien wynosila okolo 0,23 mm Hg. Nie zuzyty gaz napowietrzajacy z trzeciej komory napowie¬ trzania byl odprowadzany przez drugi przeplywo- imierz bebnowy oraz urzadzenie do pomiaru zawar¬ tosci tlenu. Zawiesina scieków i osadu czynnego 65 przeplywala z komory do komory wspólpradowo z gazem napowietrzajacym przez otwory o sred¬ nicy 5 cm wykonane w ilosci po osiem w kazdej z przegród oddzielajacych komory i dajace w su¬ mie calkowita powierzchnie przeplywu rzedu eo 161 cm2- Osadnik posiadajacy pojedynczy przelew w ksztalcie litery V byl wyposazony w zgarniacz den¬ ny o srednicy 86 om napedzany z predkoscia obro¬ towa 6 obr/godz. Recyrkulacja osadu czynnego z osadnika do pierwszej komory napowietrzania od-80965 15 10 15 20 bywala sie za pomoca pompy o wydajnosci regu¬ lowanej bezstopndowo.Próbki doprowadzanych scieków oraz oczyszczo¬ nego Odplywu pobierano w okresach 12 lub 24-go- dzinnych. Próbki przed dokonaniem analizy byly przechowywane w chlodzonym pojemniku o tem¬ peraturze 0°C. Po kilku dniach zebrano zestawy próbek z okresów od godziny 9 rano do godziny 9 po poludniu oraz od godziny 9 po poludniu do godziny 9 rano. Taki wybór okresów pobierania próbek byl dokonany w celu objecia oddzielnie wa¬ runków duzego zanieczyszczenia scieków wystepu¬ jacych w godzinach dziennych oraz warunków sto¬ sunkowo niewielkiego zanieczyszczenia w godzinach nocnych. Jednakze wiekszosc danych oparto na próbkach i pomiarach pobieranych i dokonywanych w okresach 24-godzinnych. Prowadzono ciagly po¬ miar i zapis zawartosci rozpuszczonego tlenu co umozliwilo uzyskanie danych odnosnie dobowych zmian zawartosci rozpuszczonego tlenu przy sta¬ lym natezeniu przeplywu. Umozliwilo to ustalenie dobowych zmdan BiZT i w konsekwencji zapotrze- bowanda tlenu przez caly uklad.Próby byly prowadzone przy srednim natezeniu przeplywu doprowadzanych scieków wynoszacym & 25,8 i 7,6 l/min. co odpowiada calkowitemu czasowi zatrzymania we wszystkich trzech komorach na¬ powietrzania wynoszacemu 150 min. przy okolo 29*/o recyirkulowanego osadu (objetosciowo). Za¬ wartosc lotnych zawiesin w kazdej z komór byla utrzymana na poziomie 3200 do 3600 g/m3 czyli srednio 3400 g/m3. Usuwanie osadu z osadnika pro¬ wadzono okresowo i nieregularnie. Dane dotyczace asymilacji tlenu oraz biologicznego przebiegu pro¬ cesu oczyszczania i parametrów roboczych zebrano w tabeli A.Wszelkie pomiary podczas prowadzonych prób byly dokonywane zgodnie z obowiazujacymi w dziedzinie oczyszczania scieków normami.Dane zawarte w tabeli A, dotyczace okresu trzy¬ dniowego wykazuja obnizke BZT scieków rzedu ftl% przy wyjatkowo duzym wykorzystaniu tlenu wynoszacym 85% i niewielkim zuzyciu energii w pierwszej komorze napowietrzania wynoszacym 0,16 leg Oj/kW.Jak to juz poprzednio wspomniano korzystne jest, jesli przeplyw zawiesiny scieków i osadu czynnego jest wspólpradowy w stosunku do prze¬ plywu gazu napowietrzajacego. Jest to zjawisko 30 35 40 45 16 zaskakujace, poniewaz wiekszosc sysitemów oczysz¬ czania zwykle pracuje przy przeciwpradowym przeplywie obu plynów. Zalety pirzeplywu wspól- pradowego sa zilustrowane na wykresach porów¬ nawczych przedstawionych na fig. 5 do 8. Dane pochodza z wyliczen ale sa oparte na ekstrapolacji wyników aktualnych doswiadczen. Zastosowany do prób uklad napowietrzania jest szesciostopniowy przy róznie dobieranej zawartosci tlenu w gazie napowietrzajacym oraz zawartosci rozpuszczonego tlenu. Przebieg procesu jest analogiczny jak w przykladzie pokazanym na fig. 4, przy czym prze¬ plyw zawiesiny scieków i osadu czynnego moze byc zarówno wspólpradowy jak i przeciwpradowy w stosunku do przeplywu gazu napowietrzajacego.Uklad ten jest przeznaczony do oczyszczania scie¬ ków miejskich doprowadzanych w ilosci 13,6 X 106 1/dn, których BZT wynosi 250 mg/l przy zawartosci zawiesin w pierwszej komorze napowietrzania wy¬ noszacej 4000 g/m3 oraz calkowitym czasie zatrzy¬ mania we wszystkich trzech komorach wynosza¬ cym 120 min.Na kazdym z wykresów przedstawionych na fig. 5, 6 i 7 'krzywa A dotyczy przeplywu wspól- pradowego a krzywa B dowolnego przeplywu prze- ciwpradowego gazu i zawiesiny scieków. Wykresy te przedstawiaja calkowity koszt roczny napowie¬ trzania to jesit koszt eksploatacyjny i inwestycyj¬ ny w zaleznosci od ilosci doprowadzanego tlenu w kilomolach 02 na godzine. Na skali kosztów kazde 100 jednostek odpowiada okreslonej wyso¬ kosci sumy kosztów.Krzywa C na kazdym z wykresów przedstawia stopien wykorzystania tlenu w stosunku do ilosci tlenu doprowadzanego. Z tego porównania wynika, ze wykorzystanie tlenu jest takie same zarówno przy przeplywie wspólpradowyim jak i przeciw¬ pradowym, a zuzycie energii potrzebnej na uzyska¬ nie takiego stopnia wykorzystania tlenu zostalo obliczone.Wykresy na fig. 5, 6 i 7 ilustruja znaczne ko¬ rzysci uzyskiwane przy przeplywie wspólprado- wym w porównaniu do przeplywu przeciwprado- wego w szerokim zakresie ilosci doprowadzanego tlenu oraz dla calego zakresu zawartosci tlenu w gazie napowietrzajacym przyjetego w sposobie wedlug wynalazku. Tabela B ilustruje liczbowo te korzysci w przypadku gdy ilosc doprowadzanego tlenu wynosi 2,48 kilomoli Oa na godzine.Tabela B Zawartosc tlenu w gazie napo¬ wietrzajacym % 99,5 60 80 Zawartosc rozpuszczo¬ nego tlenu mg 02/l 2 2 8 Calkowity koszt roczny napowietrzania przeplyw wspólpradowy 64 69,5 67,5 przeplyw przeciwpradowy 66 78 77,5 Na fig. 8 porównano calkowity koszt roczny na¬ powietrzania dla przytoczonego przykladowo urza¬ dzenia w optymalnych warunkach pracy przy okreslonym rodzaju przeplywu i zawartosci roz- 65 puszczonego tlenu. I tak na przyklad krzywa D przedstawia minima krzywych A z fig. 5, 6 i 7 dla róznych zawartosci tlenu w gazie przy prze¬ plywie wspólpradowym i zawartosci tlenu rozpusz-80965 17 czonego wynoszacej 2 mg/l. Pozostale krzywe przedstawiaja minima innych krzywych przy okreslanych zawartosciach rozpuszczonego tlenu oraz okreslonym rodzaju przeplywu tak jak podano w tabeli C.Tabela C Krzywa D E F G Rodzaj przeplywu wspólpradowy przeciwpradowy wspólpradowy przeciwpradowy Zawartosc 1 rozpuszczo- ' mego tlenu mg/l 2 2 8 8 10 15 18 4000 g/m3 a calkowity czas zatrzymania 2 godziny.Dla porównania podano w tabeli dane dla zawar¬ tosci rozpuszczonego tlenu wynoszacej 2 mg/l i 8 mg/l. Chociaz przy zawartosci rozpuszczonego tlenu wynoszacej 2 mg/l. mozna uzyskac duza obnizke BZT (to jednak korzystniej jest stosowac wieksza zawartosc rozpuszczonego tlenu. Wieksza zawartosc rozpuszczonego tlenu w zawiesinie scie¬ ków i- osadu czynnego a zatem i czystym odcieku zapewnia zaspokojenie kazdego zapotrzebowania na tlen istniejacego w doprowadzanych sciekach. Rów¬ niez poprawione sa dzieki temu warunki pracy osadników.Z danych przytoczonych w tabeli E widac ze zawartosc tlenu w gazie napowietrzajacym zmniej- Tabela D Zawartosc 02 w gazie napo¬ wietrzajacym 99,5 60 Zawartosc rozpuszczo¬ nego 02 w zawiesinie mg/l 2 8 Calkowity roczny koszt napo¬ wietrzania w jednostkach porównywalnych przeplyw wspólpradowy 58 85 przeplyw przeciwpradowy 63 ' 92 | Dla zilustrowania przykladem sposobu korzystania z tych krzywych mozna przytoczyc przyklad przed¬ stawiony na fig. 2. Dla uzyskania optymalnych wyników, przy zastosowaniu gazu o zawartosci 99,5% tlenu i przy zawartosci rozpuszczonego tle¬ nu w ilosci 2 mg/l doprowadzania tlenu nalezy do¬ konywac z szybkoscia 2,18 kilomoli na ""godzine przy 95% wykorzystania tlenu, przy czym odpo¬ wiednie roczne koszty aeracji wynosza okolo 58.Warunki te przedstawia prawy koniec krzywej D na fig. 8.Tabela D stanowi ilustracje liczbowa optymal¬ nych warunków wynikajacych z wykresu podane¬ go na fig. 8.Tabela E ilustruje warunki panujace w szescio¬ stopniowym systemie napowietrzania podobnym do pokazanego na fig. 4 wyposazonym w aeratory o zdolnosci napowietrzania 1,8 kgO^kWh. Oczysz¬ czaniu poddawane sa scieki miejskie o BZT 250 mg/l napowietrzane gazem o zawartosci tlenu 99,5%, przy Czym .zawartosc zawiesin wynosi 30 35 40 45 sza sie w miare przeplywania niezuzytego gaziu do dalszych stadiów napowietrzania a zjawisko to jest polaczone z podobna obnizka BZT w systemie oczyszczania. Im wyzszy jest stopien zanieczyszcza¬ nia scieków tym wieksze cisnienie czastkowe tlenu powinno byc stosowane i odwrotnie.Równiez oczywistym jest, ze objetosc gazów na¬ powietrzajacych zmniejsza sie znacznie na skutek przechodzenia przez kolejne stadia napowietrzania co wskazuje, ze znaczna czesc tlenu ulega roz¬ puszczeniu a zanieczyszczenia w postaci gazowej stanowia niewielki ulamek w porównaniu do ilosci pozostalego, nie zuzytego tlenu.Wreszcie, widac wyraznie, ze przebieg procesu oczyszczania biologicznego przy zawartosci tlenu w gazie napowietrzajacym wynoszacej 99,5% nie reaguje na zawartosc tlenu rozpuszczonego w za¬ wiesinie. Zarówno przy zawartosci rozpuszczonego tlenu wynoszacej 2 mgA jak i 8 mig/l obnizka BZT dochodzi prawie do zera a wykorzystanie tlenu wynosi ponad 90%.Tabela A BZT doprowadzanych scieków mg/l BZT odplyw «mg/l Obnizka BZT % Zawartosc zawiesin g/ms Calkowita I stadium II stadium III stadium Dzien A 332*) 33,0 *) 90,2 *) 4,453 4645 4567 Dzien B 208*) 28,0 *) 86,5*) 4265 4594 4551 Dzien C 227*) 18,1 *) 92,0 *) 4051 4055 3785 Srednia z z trzynastu ••dni 210 19 91 4100 — —19 80965 20 c.d tabeli A i recyrkulowany osad Lotnych I stadium II stadium III stadium recyrkulowany osad Zawartosc rozpuszczonego Ó2 **) ing/1 I stadium II stadium III stadium Ilosc tlenu doprowadzanego do I stadium litr/godz. kg/godz.Ilosc tlenu odprowadzanego z IV stadium kg/godz.Calkowita asymilacja tlenu Vo02*) I stadium II stadium III staddum Stosunek objetosciowy tlenu doprowadzanego do pierw¬ szego stadium napowietrza¬ nia do mieszaniny scieków i osadu czynnego Calkowite zuzycie energii (kW) Wydajnosc napowietrzania kg cykWh Dzien A 1B822 3527 3712 3533 14988 1,3 2,2 6,1 430 0,53 — — — — 0,20 0,19 0,085 Dzien B 16673 3291 3451 3305 12363 06 1,1 1,6 445 0,55 0,092 90,4 83,4 75,3 0,21 0,19 0,0911 Dzien C 13202 — — — — 0,7 1,0 4,2 512 0,64 0,066 90,3 83,5 75,3 0,26 0,20 0,097 Srednia z trzynastu dni 14000 3400 — — 11000 0,6 1,2 4,0 454 0,56 — 90,0 83,5 74,2 0,22 1 0,19 • 0,091 *) liczby przedstawiajace dane uzyskane w okresie dziennym (w go¬ dzinach od 9 do 21), wszystkie pozostale wartosci wynikaja z po¬ miarów dobowych **) mierzone w okresie niewielkiej zawartosci rozpuszczonego tlenu to jest w godzinach od 11 do 16.Tabela E Zawartosc roipuszdonego tlenu 2 mg/l Sklad gazu napowietrzajacego 02 °/o obij.N, •/• obj.CO, •/• obij.Ilosc gazu doprowadzanego kilomoli/godz.Ilosc gazu odprowadzanego kilomoli/godz. •/© zasymilowanego Os w kazdym stadium •/• zasymilowanego Ot po kazdym stadium BZT mg/l Zawartosc rozpuszczonego tlenu 8 mg/l Sklad gazu napowietrzajacego Ot •/• obj.Nf •/• obj.CO£ •/• obj.Ilosc gazu doprowadzanego kilomoli/godz.Ilosc gazu odprowadzanego kilomoli/godz. •/o Ot zasymilowanego w kazdym stadium •/• Oj zasymilowanego po kazdym stadium BZT mg/l Stadium napowietrzania 1 86,8 8,5 2,9 2,1 1,6 35 35 115 84,2 12,2 2,0 2,5 1,8 38 38 120 2 78,9 14,5 4,4 M 1,2 20 65 53 75,2 19,3 3,3 1,8 1,4 18 56 57 3 72,3 20,1 5,4 1,2 0,9 13 68 24 07,9 25,5 4,2 1,4 1,1 12 68 27 | ' 4 65,2 26,4 6,1 0,9 0,7 10 78 11 60,6 31,9 4,9 1,1 0,9 9 77 13 5 55,8 35,1 6,8 0,7 0,5 9 87 6 52,1 39,8 5,5 0,9 0,7 * 85 0 j 6 40,0 510,6 7,4 0,5 0,3 6 95 2 1 40,1 51,2 6,1 0,7 0,5 92 3 |21 80965 22 Jak to poprzednio wykazano sposób wedlug wy¬ nalazku nie wymaga zasadniczo okreslonej kolej¬ nosci przeplywu zawiesiny scieków i osadu czyn¬ nego w stosunku do gazu napowietrzajacego. Za¬ wiesina ta moze sie swobodnie mieszac we wszyst¬ kich stadiach napowietrzania jak to ma miejsce w przykladach pokazanych na fig. 1 do 3 lub ko¬ rzystnie moze przeplywac kolejno z jednego sta¬ dium napowietrzania do nastepnego wspólpradowo z przeplywem niewykorzystanego gazu napowie¬ trzajacego tak jak to ma miejsce w przykladzie pokazanym na fig. 4. Ewentualnie zawiesina scie¬ ków z osadem moze przeplywac przeciwpradowo do gazu. I tak na przyklad przy wielostopniowym napowietrzaniu niezuzyty gaz napowietrzajacy z pierwszego stadium napowietrzania moze byc kie¬ rowany do komory napowietrzania zawierajacej zawiesine z drugiego stadium napowietrzania a gaz niezuzyty w drugim stadium napowietrzania moze byc kierowany do trzeciej komory napowietrza¬ nia otrzymujacej zawiesine z pierwszego stadium napowietrzania. W tym przypadku trzecie stadium uzycia gazu bedzie dopiero drugim stadium napo¬ wietrzania zawiesiny. Gaz odprowadzany z tego stadium bedzie zawieral, zgodnie z wynalazkiem, ponad 21*/t tlenu a zawiesina napowietrzania po raz trzeci gazem uzytym po raz drugi bedzie miala najnizsze BZT i najwieksza zawartosc rozpuszczo¬ nego tlenu.Fig. 9 i 10 przedstawiaja schematycznie inny uklad przeplywu oczyszczonych scieków w sto¬ sunku do gazu, którego cecha charakterystyczna jest to, ze przynajmniej przez dwa kolejne sta¬ dia napowietrzania gaz przeplywa w kierunku zgodnym z kierunkiem obnizki BZT. Stadia zo¬ staly ponumerowane zgodnie z kolejnoscia prze¬ plywu gazu, przy czym przeplyw gazu jest zazna¬ czony linia przerywana a przeplyw zawiesiny scie¬ ków i osadu jest zaznaczony linia ciagla. Przeplyw obu plynów miedzy poszczególnymi stadiami moze byc realizowany przy uzyciu srodków podanych w przykladach przedstawionych na fig. 1 do 4 a na schematach jest zaznaczony strzalkami.Wedlug schematu przedstawionego na fig. 9 gaz i zawiesina przeplywaja wspólpradowo w stadium napowietrzania law stadiach 2, 3 i 4 przeciw¬ pradowo, przy czym zawartosc tlenu w gazie ule¬ ga stopniowemu zmniejszeniu. Zawiesina przeply¬ wa kolejno przez stadia 1, 2, 3 i 4, w których na¬ stepuje stopniowa obnizka BZT. Niezuzyty gaz na¬ powietrzajacy o najnizszej zawartosci tlenu jest odprowadzany ze stadium 4 a scieki o najnizszym BZT sa odprowadzane ze stadium 2 poniewaz w stadiach 2, 3 i 4 przeplyw gazu i scieków jest przeciwpradowy.Wedlug schematu (przedstawionego na fig. 10 scieki i osad czynny sa doprowadzone do stadium 2 i przeplywaja kolejno przez stadium 3, 4 i 1 a z tego ostatniego stadium sa odprowadzane. W tej samej kolejnosci nastepuje stopniowa obnizka BZT. Przeplyw gazu w stosunku do zawiesiny i osadu jest wspólpradowy w stadiach 2, 3 i 4 a przeciwpradowy w stadium 1.Nie pokazany na schemacie osadnik moze byc polaczony z ostatnim stadium napowietrzania, to jest w przypadku schematu z fig. 9 ze stadium 2 a w przypadku schematu z fig. 10 ze stadium 1, tak samo jak pokazano na fig. 4. Ewentualnie osad¬ nik moze byc umieszczony pomiedzy dwoma sta¬ diami tak jak to juz poprzednio opisano. PL