PL80966B1 - - Google Patents

Description

Uprawniony z patentu: Union Carbid Corporation, Nowy Jork (Stany Zjednoczone Ameryki) Sposób obróbki wody zawierajacej material biologicznie utlenial- ny, zwlaszcza scieków miejskich Przedmiotem wynalazku jest sposób obróbki wo¬ dy zawierajacej material biologicznie utlenialny (MBU), droga utleniania, zwlaszcza scieków miej- skidh, oraiz scieków z zakladów petrochemicznych lub papierniczych badz tez cieczy fermentacyj¬ nych.W znanych sposobach utleniania uzywa sie bak¬ terii aerobowych w celu przeksztalcenia róznych substratów i substancji odzywczych w inne formy materii. Typowym przykladem jest metoda czyn¬ nego osadu uzywana w celu oczyszczenia scieków i wody przemyslowej. W sposobach tego typu ro¬ dzaj i szybkosc zachodzacych reakcji zaleza w sposób krytyczny od dostatecznej ilosci tlenu, roz¬ puszczenia go w cieczy z gazu napowietrzajacego który -to tlen moze byc wykorzystany przez bak¬ terie. Dzieki wysokiemu poziomowi rozpuszczonego tlenu (DO) unika sie powstawania obszarów ana- erobowych i szybkosc reakcji biochemicznych nie jest ograniczona brakiem tlenu. Co wiecej, popu¬ lacja bakterii poprawia sie dzieki wysokim pozio¬ mom DO, poniewaz powstrzymany jest rozwój szczepów anaerobowych i fakultatywnych. Takie szczepy powoduja powstawanie nieprzyjemnych za¬ pachów i przedluzaja czas obróbki. W pewnych warunkach przy wysokim poziomie DO tworza sie klaczki bakterii, które osiadaja szybciej na wyz¬ szych gestosciach. Dzieki temu powstaje lepszy od¬ plyw scieku, a sposób obróbki wody zawierajacej MBU staje sie mniej podatny na zaburzenia. Po- 10 15 25 30 nadto duze czastki klaczków sa lepiej zaopatrywa¬ ne w tlen, poniewaz stopien rozpuszczonego tlenu DO dostarczonego poprzez czastke jest wyzszy. W koncu, wysoki poziom DO w tym sposobie ozna¬ cza, ze mozna otrzymac wyzsze stezenia zawiesi¬ ny, co daje jako wynik wieksze szybkosci obrób¬ ki i mniejsza produkcje nadmiaru osadu.W znanych sposobach zródlem dostarczanego tlenu jest powietrze, które rozpyla sie badz dy- funduje w postaci sprezonej do nizszych poziomów zbiorników reakcyjnych napelnionych mieszanina cieczy z osadem bakteryjnym (ciecz mieszana).Rozpylane powietrze sluzy dwóm celom: stworze¬ niu duzej powierzchni miejdzyfazowej gaz—ciecz w celu rozpuszczenia powietrza oraz mieszaniny cieczy mieszanej tak, ze powstaje jednolita zawie¬ sina. Do obróbki scieków miejskich uzywa sie za¬ zwyczaj 31—34 m3 powietrza (kg MBU usuwanego z wody przy retencji osadu trwajacej 4 do 8 godz., co odpowiada 800—1100 litrom na godz. na 1000 li¬ trów pojemnosci napowietrzajacej zbiornika. Okolo 10% tlenu zawartego w tym powietrzu zostaje roz¬ puszczone i zuzyte w utlenianiu biologicznym, po¬ zostalosc nie zostaje zuzyta. Ilosc powietrza, która musi byc wprowadzona tylko po to, zeby utrzy¬ mac osad w postaci zawiesiny jest rzedu 500—600 litrów na 1000 litrów pojemnosci zbiornika reak¬ cyjnego i jest znacznie mniejsza niz ilosc powie¬ trza, która zostaje wprowadzona w celu rozpusz¬ czenia dostatecznej ilosci tlenu. Stad widac, ze 809663 80966 4 Ilosc dostarczonego powietrza jest okreslona przez „zapotrzebowanie na tlen" i jest bardzo duza, po¬ niewaz ma niska zawartosc tlenu, który móglby byc rozpuszczony. Powietrze jest sprezane do po¬ ziomu okreslonego przez tarcie w ukladzie oraz zanurzenie dyfuzorów (np. 130 mm Hg). Koszt energii waha sie pomiedzy 0,55—3,5 KWH/kg usu¬ wanego MBU i wynosi srednio okolo 1,2 KWH/kg usuwanego MBU.Stosowanie powietrza jako zródla tlenu tworzy powazne ograniczenia mozliwej do uzyskania pred¬ kosci rozpuszczania sie tlenu, gdyz powietrze za¬ wiera tylko 20,8% tlenu, a jego pozostale skladni- kds«pinieczytine, ^zell chodzi o reakcje biochemicz¬ ne. W ihrfnjrch4 sCosollach tlen rozpuszczony w cie¬ czo jest zuzywany przez bakterie tak szybko, ze ewnomkgjnj^ ojjjfcgtfL^e poziomy DO przy napo- wLffi5gnjfrfr^p€E«iLttficiA zostaja zahamowane poni¬ zejp^LiOIiliHzapewniajacego zdrowy obfity wzrost pozadanych bakterii aerobowych. Anaerobowe i fa¬ kultatywne szczepy bakterii moga sie przy tym rozwinac i spowodowac powstanie nieprzyjemnych zapachów oraz wydluzyc czas obróbki.Duze stezenia zawiesiny w obszarze napowietrza¬ nia sa równiez korzystne dla napowietrzania wo¬ dy zawierajacej MBU, poniewaz szybkosc usuwa¬ nia MBU staje sie wieksza, a szybkosc produkcji nadmiaru osadu staje sie mniejsza. Jednakze, wy¬ sokie stezenia zawiesiny daja jako wynik szybsze pobieranie DO przez biomase i wobec ograniczo¬ nej predkosci rozpuszczania tlenu z powietrza ce¬ lowo zmniejszano poziomy aktywnego osadu w cieczy mieszanej. Kiedy paziom osadu jest zre¬ dukowany, zmniejszona jest predkosc usuwania MBU, a zbiorniki reakcyjne wymagaja odpowied¬ nio duzej objetosci w celu zatrzymania scieków przez odpowiedni okres czasu (3—4 godz.), nie¬ zbedny dla oczyszczania.Szybkosc rozpuszczania tlenu moze byc zwiek¬ szona przez gwaltowniejsze mieszanie calosci cie¬ czy przy uzyciu areatorów powierzchniowych, bi- jaków oraz turbin zanurzonych. Jednakze, silne mieszanie rozbija i rozprasza klaczkowate aglo¬ meraty tak, ze po próbce osady nie oddzielaja sie calkowicie od odplywu. Co wiecej, osady, które osiada na zasadzie grawitacji maja duza objetosc wlasciwa (indeks MoMmana dla objetosci osadu, lub SVI) i recyrkulacja takich osadów jako inoku- lum stanowi duze obciazenie hydrauliczne dla ukladu. W -warunkach niskiego poziomu DO i przy niskim stezeniu zawiesiny, czastki klaczków sa ma¬ le i niestabilne oraz szczególnie wrazliwe na roz¬ proszenie przez rozbicie. Próby „przeladowania" systemem napowietrzania doprowadzily równiez do niedopuszczalnie wysokich kosztów inwestycji jak równiez kosztów wykorzystania urzadzen do tego celu potrzebnych.Nalezy stwierdzic, ze uzycie powietrza jako zród¬ la tlenu dla reakcji biochemicznych jest powazna wada tego sposobu. Uzycie czystego tlenu, badz powietrza wzbogaconego w tlen w celu napowie¬ trzania, jako sposobu zwiekszajacego szybkosc roz¬ puszczania daje róznice miedzy czastkowym cisnie¬ niem tlenu w gazie i w cieczy zwiekszona piecio¬ krotnie, jednakze w wielu znanych sposobach sto¬ sowany gaz napowietrzajacy wzbogacony w tlen nie dal wymaganych efektów ekonomicznych. W niektórych ze znanych sposobów, gaz wzbogacony w tlen zastepowal tylko powietrze, a urzadzenia 5 oraz sposób postepowania byly takie same, jak w przypadku napowietrzania powietrzem. Wyso¬ kie koszta i niska oplacalnosc w tych siposobach wynikaly z nieskutecznego wykorzystania tlenu, który w przeciwienstwie do powietrza, nie jest brany „za darmo" z atmosfery. Na przyklad, kie¬ dy czysty tlen jest rozpylany badz dyfundowany w zwykly sposób do konwencjonalnego zbiornika reakcyjnego do scieków miejskich, zuzywa sie tyl¬ ko okolo 5—10% tlenu (tzn. rozpuszczonego i do¬ prowadzonego do kontaktu z osadem czynnym), a pozostalosc .ucieka do atmosfery.W stanie techniki znany jest proces bioprecypi- tacji, w którym czesc odplywu reaktora polaczo¬ nego z osadnikiem jest mieszana z odplywem scie¬ ku i jest natleniana prawie do stanu nasycenia a nastepnie recyrkulowana do podstawy reakto¬ ra. Reaktor posiada kozuch aktywnego osadu i ciecz o wysokim stopniu natlenienia wznosi sie powoli poprzez kozuch przenoszac w ten sposób swoje zanieczyszczenia organiczne do klaczka bak¬ terii i dostarczajac tlenu potrzebnego do asymi¬ lacji. Ciecz wplywajaca oraz recyrkulowany od¬ plyw sa natleniane przez przeplywajaca w dól ko¬ lumne gazu z ciecza, w której gaz przemieszcza sie w kierunku przeciwnym do pradu cieczy, przy czym gaz napowietrzajacy wzbogacony w tlen jest wprowadzany przy podstawie kolumny i wypusz¬ czany u góry kolumny. Pomimo tego, ze kontakitor przeciwpradowy jest uznany za najbardziej wy¬ dajne urzadzenie przenoszenia masy dla wiekszo¬ sci procesów chemicznych, to równiez urzadzenie nie dalo zadowalajacych efektów ekonomicznych napowietrzania tlenem biologicznego procesu utle¬ niania. Osiagnieto tylko 20 do 25°/o zuzycia tlenu zasilajacego.Powodem malego wykorzystania procesu biopre- cypitacji jest fakt, ze poziom DO w natleniaczu badz konitaktonze jest bliski nasycenia, w wyni¬ ku czego sila napedowa cisnienia czasteczkowego tlenu nie wystepuje zasadniczo w dolnych par¬ tiach kolumny, a ponadto zanieczyszczenia C02 i N2 odprowadzane z cieczy znacznie obnizaja sile napedowa czastkowego cisnienia tlenu w górnych czesciach kolumny. Czynniki te obnizaly znacznie poziom rozpuszczenia duzej czesci wprowadzone¬ go tlenu, gdy tymczasem o prawidlowosci prze¬ biegu procesu decyduje poziom nasycenia tlenem, poniewaz dostarczenie rozpuszczonego tlenu DO do obróbki wody zawierajacej MBU musi byc doko¬ nane przez wprowadzenie strumienia rozcienczo¬ nego doplywu do reaktora.Zadaniem wynalazku jest opracowanie sposobu napowietrzania wód sciekowych o stosunkowo du¬ zym zuzyciu tlenu w gazie napowietrzajacym, wzbogaconym w tlen i charakteryzujacym sie wy¬ sokim poziomem rozpuszczanego tlenu w cieczy mieszanej i wysokim stezeniu zawiesiny.Istota sposobu wedlug wynalazku obróbki wo¬ dy zawierajacej material biologicznie utlenialny (MBU) przez utlenienie w kontakcie z bakteryjnie 15 20 25 30 35 40 45 50 55 605 80966 6 czynnym osadem jest to, ze wode zawierajaca MBU miesza sie z biomasa i gazem zasilajacym zawierajacym przynajmniej 60°/o tlenu (objetoscio¬ wo) w obszarze napowietrzania w celu utworze¬ nia cieczy mieszanej, przy czyim mieszanie prowa¬ dzi sie w sposób ciagly jednoczesnie utrzymujac stosunek gazu zasilajacego w tlen do energii mie¬ szania plus energia kontaktu gaz—ciecz równy 0,02 do 0,24 leg moli tlenu/kWh energii dostarczo¬ nej, a czastkowe cisnienie tlenu równe przynaj¬ mniej 300 mm Hg w gazie napowietrzajacym nad wyzej wymieniona ciecza mieszana, przy czym gaz ten ma stezenie tlenu nizsze niz 80°/o przy zuzy¬ ciu przynajmniej 50% tlenu z gazu zasilajacego nad wyzej wymieniona ciecza, zas stezenie tlenu rozpuszczonego w cieczy ponizej 70*/o nasycenia w stosunku do tlenu w gazie napowietrzajacym ale wieksze niz 2 img/litr oraz prowadzi sie ciagla recyrkulacje jednego z gazów napowietrzajacych ciecz mieszana w scislym kontakcie z druga cie¬ cza w obszarze napowietrzania oraz doprowadza sie ciecz natlenionej z wyzej wymienionego obsza¬ ru .napowietrzania.Przedmiot wynalazku jest objasniony w dalszej czesci opisu w przykladzie przedstawionym oraz na rysunku, na którym £Lg. 1 przedstawia wykres zaleznosci miedzy zuzyciem tlenu i stezeniem tle¬ nu w gazie napowietrzajacym na osi rzednych a stosunkiem szybkosci zasilania gazem zawieraja¬ cym tlen do energii dostarczanej na osi odcie¬ tych, okreslony dla scieków miejskich zawieraja¬ cych 250 mg/1 MBU o stezeniu rozpuszczonego tlenu równym 2 mg/l i 8 mg/l i gazu za¬ silajacego zawierajacego 99,5% tlenu, fig, 2 — wykres podobny do fig. 1, lecz dla gazu zasilajace¬ go zawierajacego 8€,0°/o tlenu, fig. 3 — wykres po¬ dobny do fig. 1 i 2, lecz dla gazu zasilajacego za¬ wierajacego 60,0°/o tlenu, fig 4 — wykres podob¬ ny do fig 1, lecz dla scieku przemyslowego za¬ wierajacego 250€ mg/l MBU przy uzyciu gazu za¬ silajacego zawierajacego 99,5°/* tlenu, fig. 5 — wykres podobny do fig. 4, lecz dla gazu zasila¬ jacego zawierajacego 80,0% tlenu, fig. 0 — wy¬ kres podobny do fig. 4 i 5, lecz dla gazu zasilaja¬ cego zawierajacego 60,0% tlenu, fig. 7 — wykres za¬ leznosci kosztów calkowitego rocznego napowietrze¬ nia na osi rzednych i stosunku szybkosci dostar¬ czania gazu zasilajacego zawierajacego tlen do energii dostarczonej na osi odcietych, dla stezen rozpuszczonego tlenu równych 2 mg/l i 8 mg/l i scieków miejskich przy uzyciu gazu zasilajacego zawierajacego 99,5% tlenu z fig. 1, fig. 8 — wy¬ kres podobny do fig. 7, lecz dla gazu zasilajace¬ go zawierajacego 60% tlenu, fig. 9 — przedsta¬ wia schematycznie w przekroju poprzecznym i w rzucie pionowym urzadzenie do oczyszczania scie¬ ków wyposazane w pojedyncze mieszadlo zanurzo¬ ne oraz uklad rozpylacza wewnatrz komory napo¬ wietrzania i osadnik, fig. 10 przedstawia schema¬ tycznie w rzucie pionowym i w przekroju po¬ przecznym odmiane urzadzenia wyposazonego w szereg 'zanurzonych mieszadel oraz rozpylaczy umieszczonych wewnatrz komory napowietrzania, a fig. 11 — w rzucie pionowym i w przeferoju po¬ przecznym schemat urzadzenia stanowiacego jeszcze jedna odmiane wykonania urzadzenia wyposazo¬ nego w szereg komór napowietrzania, z których kazda posiada mieszadlo typu powierzchniowego oraz areator gazu zasilajacego zawierajacego tlen, 5 dostosowane do stopniowego przeplywu cieczy na¬ tlenionej.Sposób wedlug wynalazku napowietrzania tle¬ nem wymaga uzycia gazu zasilajacego zawieraja¬ cego tlen o stezeniu równym przynajmniej 60%; zawartosc tlenu w gazie w obszarze napowietrza¬ nia jest znacznie nizsza niz w gazie zasilajacym, dzieki nagromadzeniu sie gazów nieczynnych w tym obszarze, zatem konieczne jest pozostawienie znacznego marginesu stezenia tlenu w gazie zasi¬ lajacym dla skompensowania strat powstalych przy mieszaniu zachodzacych w trakcie napowietrzania oraz w celu utrzymania wysokiego cisnienia cza¬ stkowego tlenu pozostajacegow kontakcie z ciecza.Gaz napowietrzajacy winien byc utrzymywany w obszarze napowietrzania badz w obszarze kontak¬ towania wewnatrz reaktora odizolowany od atmo¬ sfery przez okres czasu wystarczajacy do rozpusz¬ czenia sie duzej czesci zawartego tlenu w cieczy.Podczas okresu retencji gazu przynajmniej je¬ den z plynów, gaz lub ciecz jest recyrkulowany do obszaru natleniania i doprowadzony do kontak¬ tu z drugim. Urzadzenie takie, jak upakowane kolumny, które umozliwiaja tylko chwilowy, jed¬ norazowy kontakt pomiedzy gazem a ciecza, nie daja dostatecznego czasu retencji. Nawet przy dawkowaniu w ilosciach nasycajacych, plynu za¬ wierajacego MBU w celu jego obróbki nie zacho¬ wuje sie calej ilasci tlenu potrzebnej dla przebie¬ gu reakcji w roztworze, przy czym w procesie nasycania cieczy tlenem z gazu wzbogaconego w tlen, tlen rozpuszczony w cieczy nie powinien miec stezenia bliskiego nasycenia, jak równiez po zakonczeniu obróbki ciecz natleniona nie moze byc zupelnie poabawiona tlenu. Stad wynika, ze czas kontaktu plynów przedluza sie tak, aby szybkosc rozpuszczania utrzymana zostala na ta¬ kim samym poziomie jak zuzycie DO.W obszarze napowietrzania tworzy sie duza przestrzen miedzyfazowa pomiedzy gazem i ciecza, azeby spowodowac szybkie rozpuszczanie sie .ga¬ zu. Jednakze, ten obszar musi byc wytworzony w taki sposób, zeby uniknac nadmiernego zblize¬ nia do stanu nasycenia cieczy tlenem na granicy faz. To uzyskuje sie przez utworzenie granicy faz w duzej objetosci cieczy tak, ze tylko cienka war¬ stewka cieczy na granicy faz jest bliska stanu na¬ sycenia oraz w ten sposób, ze stopien nasycenia tlenem DO od granicy faz do wnetrza cieczy jest wysoki. Korzystne jest, jezeli faza ciekla w obsza¬ rze napowietrzania stanowi warstwe ciagla, badz zblizona do ciaglej. Male banieczki gazu w cie^ czy stanowia korzystny uklad a napowietrzanie powierzchniowe przez wprowadzanie stosunkowo silnych rozbryzgów cieczy do gazu jest zadowala¬ jace. Nalezy unikac pryskania ciecza, poniewaz kropelki posiadaja duza powierzchnie przy malej objetosci cieczy.Jak stwierdzono, obszar granicy faz powinien byc utworzony w cieczy zawartej wewnatrz rea¬ ktora biochemicznego. Cala ciecz w reaktorze po- 15 20 25 30 35 40 45 50 55 6080966 7 8 winna brac udzial w kontakcie gazu z ciecza tak, aby poziom DO w cieczy mieszanej mógl byc uzu¬ pelniany w miare zuzywania tlenu.W celu zachowania dostatecznej sily napedowej dla rozpuszczania tlenu z duza szybkoscia, prze¬ cietny poziom DO w cieczy mieszanej nie powi¬ nien przekraczac 70°/© nasycenia w stosunku do zawartosci tlenu w gazie napowietrzajacym, tem- teratury i olsnieniu przewazajacym w obszarze napowietrzania. Korzystnie gdy poziom nasycenia tlenem DO stanowa mniej niz 35% nasycenia. U- nikniecie nadmiernego poziomu DO wewnatrz cie¬ czy zapewnia duza róznice poziomu DO pomiedzy granica faz ciecz-gaz a masa cieczy tak, ze DO jest szyibko rozpraszane z granicy faz przez dyfu¬ zje oraz mieszanie i obydwa te mechanizmy staja sie skuteczniejsze, gdy wzrasta stopien DO na gra¬ nicy faz. Stezenie tlenu w gazie napowietrzajacym jest znacznie nizsze niz w gazie zasilajacym, dzieki nagromadzeniu sie takich gazów jak azot, CO2 i argon. W sposobie wedlug wynalazku nagromadze¬ nie sie nieczynnych gazów jest ograniczone przez wypuszczanie gazu z obszaru napowietrzania w. sposób ciagly, badz z przerwami przy zachowa¬ niu czastkowego cisnienia tlenu w obszarze napo¬ wietrzania, równego przynajmniej 300 mm Hg, a najkorzystniej równego przynajmniej 300 mm Hg.Taka wartosc stezenia jest potrzebna nie tylko dla utrzymania duzej szybkosci rozpuszczania, ale rów¬ niez dla zapewnienia wzrostu ciezkich latwo osia¬ dajacych aglomeratów biomasy.Jezeli punkt zasilania tlenem i punkt odpro¬ wadzania „zuzytego" gazu sa od siebie nawzajem oddalone oraz jezeli przewód pomiedzy tymi dwo¬ ma punktami jest do pewnego stopnia ograniczo¬ ny, wtedy zawartosc tlenu w gazie bedzie sie zmieniac w sposób znaczny wzdluz tego przewodu.Stezenie tlenu bedzie najwyzsze w punkcie wpro¬ wadzania gazu a najnizsze w punkcie odprowa¬ dzania, zatem poprzedzajace minimalne cisnienia czastkowe tleniu odnosza sie do obszaru o najniz¬ szym stezeniu tlenu, badz do obszaru odprowa¬ dzania.Waznym czynnikiem kontrolujacym czastkowe cisnienie tlenu w obszarze napowietrzania _jest szybkosc z jaka gaz zasilajacy zawierajacy tlen jest wprowadzany. Przy zachowaniu stalych pa¬ rametrów (czynników) zwiekszenie szybkosci wpro¬ wadzania tlenu zwiekszy czastkowe cisnienie tle¬ nu przy napowietrzaniu i odwrotnie. Pewne czyn¬ niki beda mialy tendencje przeciwstawiac sie te¬ mu zjawisku, w miare jak wzrasta czastkowe cis¬ nienie tlenu, szybkosc reakcji biochemicznej cza¬ stek bedzie sie zwiekszac i gazowe produkty u- boczne beda sie wydobywac szybciej. W ten spo¬ sób wieksza ilosc calkowitej ilosci gazów nieczyn¬ nych odprowadza sie w jednostce czasu wraz ze swoja zawartoscia tlenu. Stwierdzono, ze wraz z wieksza szybkoscia zasilania tlenem, kazda jed¬ nostka objetosci gazu odprowadzanego zawiera wiecej tlenu w wyniku wyzszego cisnienia czastko¬ wego tlenu panujacego w obszarze napowietrza¬ nia. W zwiazku z tym ilosc okreslana w procen¬ tach tlenu zuzywanego w cieczy ma tendencje zmniejszajaca sie, czyli podczas odprowadzania danej ilosci gazu nieczynnego ilosc zmarnowanego tlenu bedzie sie zwiekszac w miare wzrostu ste¬ zenia tlenu w gaizie napowietrzajacym.Wynalazek wykorzystuje powyzej opisana wla¬ sciwosc przez ograniczenie stezenia tlenu w gazie napowietrzajacym do zawartosci mniejszej niz 80% tlenu, a najkorzystniej ponizej 65% tlenu (obje¬ tosciowo). Tak, jak w przypadku dolnej granicy czastkowego cisnienia tlenu, górna granica skladu gazu odnosi sie do tej czesci obszaru napowietrza¬ nia, z której zuzyte gazy sa odprowadzane. Jezeli przewód gazowy od punktu zasilania do odprowa¬ dzania podtrzymuje gradient stezenia tlenu, to wtedy obszary w górze strumienia w obszarze na¬ powietrzania beda korzystnie zawieraly gaz na¬ powietrzajacy o stezeniu tlenu wyzszym niz gaz odprowadzany.Oczywiste jest, ze dazenie do uzyskania wyso¬ kich cisnien czastkowych tlenu przy napowietrza¬ niu oraz do uzyskania wysokiego procentu wyko¬ rzystania gazu zasilajacego wzbogaconego w tlen sa ze soba sprzeczne i dlatego w sposobie wedlug wynalazku zachowuje sie dolna granice czastko¬ wego cisnienia tUenoi wraz z górna granica ste¬ zenia tleniu w gazie napowietrzajacym. Sposób ni¬ niejszy moze byc regulowany w celu zapewnienia dzialania w tych granicach a szybkosc wprowa¬ dzania tlenu moze byc jednym z czynników za¬ pewnienia takiej regulacji.W sposobie wedlug wynalazku dostarcza sie do obszaru napowietrzania gaz zasilajacy zawieraja¬ cy przynajmniej 60% tlenu oraz energie dla skon¬ taktowania cieczy z gazem a odprowadza sie czesc gazu napowietrzajacego w postaci resztki gazowej nierozpuszczonego tlenu oraz nagromadzonych cze¬ sci gazu nieczynnego. Zaleznosc pomiedzy szybkos¬ cia zasilania gazem zawierajacym tlen a energia dostarczona jest innym waznym czynnikiem wy¬ nalazku. Jezeli dostarcza sie wiecej energii kon¬ taktowania z kazda objetoscia gazu zasilajacego zawierajacego tlen, wówczas wiekszy procent tlenu rozpusci sie a mniejsza czesc zmarnuje sie w ga¬ zie odprowadzanym.Wklad energii nie moze byc zwiekszany bez ograniczen, poniewaz kazdy dodatkowy procent zu¬ zytego tlenu musi byc rozpuszczony z gazu o stop¬ niowo nizszym czastkowym cisnieniu tlenu. Co Wiecej, przy danej ilosci cieczy w obszarze na¬ powietrzania majacej byc natleniana, zwiekszenie energii doprowadzi poziom rozpuszczonego tlenu DO blizej stanu nasycenia i predkosc rozpuszcza¬ nia spadnie, a zatym przy zwiekszaniu doprowa¬ dzanej energlii zmniejsza sie wydajnosc. Ponadto stwierdzono, ze nadmierna energia mieszania nisz¬ czy klaczki biomasy i pogarsza nastepujacy potem rozpad. Ilosc dostarczonego tlenu jest scisle zwia¬ zana z iloscia dostarczonej energii.Duze cisnienia czastkowe tlenu i energia mie¬ szania dostarczaja sily rozpuszczajacej, ale w spo¬ sobie wedlug wynalazku te sily sa uzywane w spo¬ sób zrównowazony dla uzyskania znacznie wyzsze¬ go procentu wykorzystania tlenu, niz tlen, który mógl byc uzyskany w dotychczasowym stanie tech¬ niki przy wysokich stezeniach czastkowych tle¬ nu w obszarze napowietrzania. Równowage ta uzy- 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 6080966 9 10 skuje sie przez utrzymanie stosunku gazu zasilaja¬ cego zawierajacego tlen do energii mieszania plus energii kontaktu gaz—ciecz równego 0,02-^0,24 kg moli 02%Wh dostarczanej energii. W odmianie wy¬ nalazku stosunek ten wynosi 0,06—0,12 kg moli 5 cykWh dostarczonej energii.Energia dostarczana do obszaru napowietrzania musi byc mozliwie w pelni wykorzystana dla u- tworzeniia granicy faz pomiedzy gazem a ciecza wymaganej dla rozpuszczenia tlenu, to znaczy e- ló nergii kontaktu gazu z ciecza. Wielkosc energii mie¬ szania musi zapewnic równomierna mieszanine i mozliwosc cyrkulowania cieczy mieszanej kilka¬ krotnie przez kontaktor gaz-ciecz. Standartowa wy¬ dajnosc przenoszenia powietrza okreslana jest w 15 kilo/gramach tjlenu/kWh rozpuszczonego w wodzie z kranu o zerowym poziomie DO przy temperatu¬ rze 20°C i przy cisnieniu 1 atmosfery. Korzystnym jest zastosowanie urzadzenia do napowietrzania, którego wydajnosc przenoszenia powietrza wynosi 20 przynajmniej 0,9, a najkorzystniej 1,5 kg tlenu/ /KW rozpuisziczanegio pomimo stosunkowo malej ob¬ jetosci gazu dostarczanego do ukladu, oraz które nie uszkadza i nie rozprasza ciezkich klaczków. W zwiazku z mala objetoscia gazu wzbogaconego w tlen 25 wystepujacego w standartowej wydajnosci prze¬ noszenia powietrza, w stosunku do objetosci po¬ wietrza zazwyczaj uzywanej, jest korzystnym uzy¬ cie kombinacji mieszadla mechanicznego dla mie¬ szania cieczy (energia mieszania) z zanurzonym 30 dyfuzorem gazu dla skontaktowania gazu z ciecza.Jednakze, niektóre urzadzenia do napowietrzania typu powierzchniowego, badz typu chlapiacego mo¬ ga wykonywac obie czynnosci w sposób zadowala¬ jacy. 35 W granicach wyzej wymienionych 0,02—0,24 kg moli tlenu/KW, tlen i energia powinny byc dopa¬ sowane do siebie tak, aby osiagnac najlepsza opla¬ calnosc zalezna od kosztów urzadzenia napowietrza" jacego, energii i tlenu. Niezaleznie od tego urza- 40 dzenie do napowietrzania sposobem wedlug wy¬ nalazku moze osiagnac wydajnosc przynajimniej 50°/o zuzycia tlenu dostarczonego utrzymujac przy tym czastkowe cisnienie tlenu kilkakrotnie wieksze niz to, które mozna otrzymac przy napowietrza- 45 niu powietrzem oraz przy uzyciu znacznie mniej¬ szej ilosci energii niz ta, która jest potrzebna dla rozpuszczenia jednakowej ilosci tlenu z powietrza.Fig. 2 i 3 przedstawiaja wykres danych dotycza¬ cych ukladu napowietrzania scieków miejskich so skladajacego sie z jednego etapu, w którym osad pozostaje w cieczy mieszanej przez okres 2 godz. przy stezeniu zawiesiny nieopadajacej (MLVSS) równym 4000 mg/1 i przy zasilaniu woda odpadowa zawierajaca 250 mg/l MBU. Biomasa jest dostar- 55 ozana do obszaru napowietrzania przez recyrku¬ lacje osadu czynnego z osadnika, który z kolei o- trzymuje ciecz natleniona z obszaru napowietrza¬ nia. Szesc zestawów danych jest przedstawionych odpowiednio dla 60°/o tlenu, dla 80*/* tlenu i dla 60 99,5% tlenu, oraz dla poziomów DO równych 2 mg/ /l i 8 mg/l. W kazdym zestawie danych, energia wymagana oraz procentowe zuzycie tlenu zostaly okreslone dla róznych szybkosci zasilania gazem zawierajacym tlen. W fig. 1 zestawione sa wyniki m otrzymane przy uzyciu gazu zasilajacego zawiera¬ jacego 99,5°/o tlenu, fig. 2 i 3 zestawiaja wyniki otrzymane przy uzyciu gazu zawierajacego odpo¬ wiednio 80°/o i 60% tlenu.Jezeli chodzi o fig. 1, która dotyczy gazu zawie¬ rajacego 99,5'/o tlenu, widac, ze mozna uzyskac wysoki procent zuzycia tlenu utrzymujac przy tyim wysokie cisnienie czastkowe tlenu w obszarze na¬ powietrzania. Wartosci czastkowego cisnienia tle¬ nu, które sa odlozone na osi rzednych po prawej stronie daja pewna wskazówke dotyczaca dolnej granicy szybkosci zasilania tlenem, która jaszcze moze dac przy napowietrzaniu czastkowe cisnienie tlenu o wartosci równej dolnej granicy, wynosza¬ cej przynajmniej 300 mm Hg. Wartosci procento¬ wego zuzycia tlenu odlozone na osi rzednych po lewej stronie daja wskazówke dotyczaca górnej gra¬ nicy szybkosci zasilania tlenem, która pozwoli je¬ szcze na zuzycie przynajmniej 50^/a tlenu z gazu zasilajacego. Ekstrapolacja krzywej czastkowego cisnienia tlenu do minimalnego cisnienia tlenu rów¬ nego 300 mm Hg wskazuje na to, ze szybkosci za¬ silania tak niskie, jak okolo 0,046 kg moli, tlenu/ /kWh sa dopuszczalne 'dla poziomu IDO równego 8 mg/l, a tak niskie jak okolo 0,058 kg moli dla poztiiomu równego 2 mg/l. Podobnie i krzywe zu¬ zycia tlenu moga byc ekstrapolowane do okolo 0,13 kg moli 02%Wh, zanim zuzycie tlenu spadnie po¬ nizej 50%. Procentowe zuzycie tlenu odpowiada¬ jace czastkowemu cisnieniu tlenu równemu 300 mm Hg wynosi wiecej niz 90^/t dla obydwu pozio¬ mów DO.Fig. 1 pokazuje równiez, ze dla górnej granicy stezenia tlenu w gazie napowietrzajacym wynosza¬ cej okolo 80°/o (okolo 600 mm Hg przy 1 atmosfer rze), zuzycie tlenu spada do okolo 60% dla obydwu poziomów DO.Fig. 2 pokazuje minimalne szybkosci, zasilania dla stezenia tlenu wynoszacego 80*/t odpowiadajace 300 mm Hg czastkowego cisnienia tlenu okolo 0,04 i 0,06 kg moli O^kWh dla DO wynoszacego odpo¬ wiednio 2 mg/l oraz 8 mg/1. W ten sposób zakres szybkosci zasilania pozwalajacych dzialac w grani¬ cach okreslonych wynalazkiem jest jeszcze szeroki.Jednakze zuzycie tlenu w ilosci okolo 80Vo jest najwiekszym jakie moze byc osiagniete przy czast¬ kowym cisnieniu tlenu wyzszym od 300 mmi Hg.Istotne jest równiez to, ze jezeli czastkowe cisnie¬ nie tlenu zostalo zwiekszone przez wieksza szyb¬ kosc zasilania tlenem tak, aby stezenie tlenu w ga¬ zie zasilajacym bylo 80°/* (600 mm Hg), procent zuzycia temu odpówiedajacy bylby daleko nizszy niz wymagane 50% i w zwiazku z tym miescilby sie poza zakresem niniejszego sposobu.Z fig. 3 widac, ze w przypadku uzycia tlenu o stezeniu 60°/o zastosowanie sposobu wedlug wyna¬ lazku wymaga dokladnej kontroli szybkosci zasila¬ nia tlenem w bardzo waskich granicach. Wykres czastkowego cisnienia dla poziomu DO równego 8 mg/l wzrasta powyzej 300 mim Hg przy wartosci okolo 0,07 kg moli O^Wh a krzywa procentu zu¬ zycia tlenu spada ponizej 50°/© przy wartosci okolo 0,06 kg moli 02/kWh .Dla poziomu DO równego 2 mg/1 zachodzi ta sama zbieznosc przy wartosci okolo 0,09 kg moli 02/kWh. W taki sposób obnizenie11 80966 12 stezenia tlenu w gazie zasilajacym do 60% znacz¬ nie zawezilo zakres dzialania. Najlepszy i jedyny procent zuzycia, który mozna osiagnac przy czast¬ kowym cisnieniu tlenu wyzszym od 300 mm Hg wynosi 50%. Przy dalszym zmniejszaniu stezenia 5 tlenu w gazie zasilajacym „minimalna" szybkosc za¬ silania uzyskana przy czastkowym cisnieniu tlenu równym 300 mm Hg bylaby wyzsza niz „maksi¬ mum" ustalone dla zuzycia wynoszacego 50% i wa¬ runki wymagane dla wykorzystania wyzej wymie¬ nionego sposobu nie moglyby byc spelnione dla zadnej szybkosci zasilania.W tabeli A porównano za pomoca kTzywych 1-2-3 gaz zasilajacy o trzech stezeniach tlenu przy szybkosci zasilania tlenem równej 0,067 kg 02/ikWh a poziomie DO równym 8 mg/l.Tabela A Gaz zasilajacy eo % o2 80 % C2 99,5% 02 Zuzycie 02 50% 70% 90% Obszar napo¬ wietrzania czastkowe cis¬ nienie o2 300 mm Hg 350 mm Hg 450 mm Hg Podobnie i w tabeli B porównano szybkosci za¬ silania i procent zuzycia tlenu dla trzech stezen tlenu przy standartowym cisnieniu czastkowym tlenu równym 300 mm Hg.Tabela B BO = 8 mg/l Gaz zasilajacy 60 % 02 | 80 % 02 99,5% Oz Szybkosc zasila¬ nia O2 kg mole^ /kWh 111 Zuzycie 02 iii Wykres z fig. 1 ilustruje równiez niska wrazli¬ wosc sposobu na zmiany poziomu DO, wtedy kiedy uzywa sie gazu zasilajacego zawierajacego 99,5% tlenu. Dwa zestawy krzywych dla poziomu DO równego 2 mg/l i 8 mg/l sa bardzo zblizone do sie¬ bie, tak ze zwiekszanie poziomu DO w tym zakre¬ sie nie ma duzego wplywu na procentowe zuzy¬ cie tlenu ,ani tez na czasteczkowe cisnienie tlenu w obszarze napowietrzania. Jednakze obydwie krzywe fig. 2 i 3 dla gazu zasilajacego zawieraja¬ cego 90% tlenu i 60% tlenu wykazuja znaczna wrazliwosc na zimiany poziomu DO. Poniewaz po¬ ziomy DO rzeczywiscie sa zmienne w duzych za¬ kladach obróbki wody odpadowej na skutek zmian przeplywu zasilania oraz poziomu MBU ta stalosc zuzycia tlenu stanowi powazna zalete odmiany spo¬ sobu, w której gaz zasilajacy zawiera przynajmniej 90% tlenu. To znaczy ze przy uzyciu gazu zasilaja¬ cego zawierajacego 90% tlenu uklad bylby stosun¬ kowo niewrazliwy na zmiany w poziomie DO w porównaniu z uzyciem gazu zasilajacego zawiera¬ jacego 60% tlenu.Standartowa wydajnosc przenoszenia tlenu na- powietrzalnika, na którym oparte sa fig. 1—3 wy¬ nosi pomiedzy 1,8 i 2,1 kg 02kWh. Uzycie mniej wydajnego urzadzenia da w wyniku obnizenie krzy¬ wych procentowego zuzycia tlenu i podniesienie sie krzywych czastkowego cisnienia tlenu, pod- 5 czas gdy uzycie wydajniejszego urzadzenia daje efekt wrecz przeciwny. Jednakze nie zmienia to w sposób zasadniczy wniosku jaki mozna wyciag¬ nac w odniesieniu do ograniczonej uzytecznosci przy uzyciu gazu zasilajacego zawierajacego 60% tlenu.Nalezy równiez wyjasnic, ze zuzycie energii, z z która zwiazana jest szybkosc zasilania tlenem odlozona na osi odcietych na wykresach 1-2-3 jest calkowita energia wymagana dla mieszania cial stalych z cialami stalymi oraz dla kontaktu gaz— —ciecz. Dla dyfuzorów powietrza uzywanych w znanych sposobach calkowita energia jest zazwy¬ czaj uzywana w kompresorach powietrza. Dla in¬ nych system6w napowietrzania, czesc energii jest zuzywana przez mieszadla /mechaniczne dla utrzy¬ mania osadu w stanie zawieszenia a pozostala czesc energii jest zuzywana przez kompresory do¬ starczajace gazu do zanurzonych rozpylaczy. Jesz¬ cze w innych napowietirzalnikach typu powierzch¬ niowego cala energia jest zuzywana do mieszania mechanicznego cieczy.Poniewaz energia mieszania okreslona jest sto¬ sunkiem ilosci tlenu zawartego w gazie zasilaja¬ cym do calkowitej energii, wartosci tej ostatniej zaleza od czasu obróbki i retencji osadów w cieczy mieszanej prz}L napowietrzaniu. Energia mieszania musi byc dostarczana ze stala predkoscia i jezeli czas obróbki jest dlugi to zbiorniki beda duze i zuzycie energii stosunkowo duze. Z tego wynika, 35 ze jezeli czas obróbki jest dlugi, predkosc zasila¬ nia tlenem moze byc stosunkowo niska w wyniku powolnego objetosciowego pobierania DO. Tak, ze przy przedluzonych czasach obróbki energia mie¬ szania stanowi wieksza czesc calkowitej energii, 40 a stosunek zasilania tlenem do energii jest stosun¬ kowo niski. Dla krótkich czasów obróbki, obser¬ wujemy zjawisko odwrotne.Wykresy przedstawione na fig. 4, 5 i 6 sa podobne do odpowiednich na fig. 1, 2 oraz 3, z tym wy- 45 jatkiem, ze poziom MLVSS w cieczy mieszanej wy¬ nosi 6000 mg1/! a stezenie MBU w wodzie odpado¬ wej zasilania wynosi 2500 mg/L Podczas gdy fig. 1—3 przedstawiaja scieki miejskie o niskim ste¬ zeniu zanieczyszczen, fig. 4—6 przedstawiaja ob- 50 róbke wody przemyslowej o wysokim stezeniu za¬ nieczyszczen przy uzyciu sposobu natychimiasto- wego. Zwiekszenie stezenia MBU (oraz MLVSS) jest dokonane jedynie zwiekszeniem predkosci po¬ bierania rozpuszczonego tlenu. Przy danej pred- 55 kosci zasilania gazem zawierajacym tlen zwiekszo¬ ne stezenie MBU powoduje z kolei zwiekszenie procentu pobierania tlenu oraz zmniejszenie cza¬ stkowego cisnienia tlenu.W odniesieniu do krzywej z fig. 4 wykreslonej 60 dla 99,5% tlenu zawartego w gazie zasilajacym o- raz poziomu DO równego 8 mg/l, predkosc zasila¬ nia gazem zawierajacym tlen konieczna dla utrzy¬ mania czastkowego cisnienia tlenu równego 300 mm Hg moze byc w przyblizeniu wyliczona z 65 krzywej i wynosi okolo 0,06 moli 02/kWh a pred- 15 20 25 50 55 60kosc zasilania gazem zawierajacym tlen dla uzy¬ skania 50% zuzycia tlenu wynosi 0,25 fcg moli (V /kWh. Jest oczywistym, ze w tym przypadku ste¬ zenie tlenu w gazie napowietrzajajcym powinno byc utrzymane na poziomie znacznie nizszym niz 80% 600 mm Hg przy 1 aitim w celu unikniecia prze¬ kroczenia wartosci 0,24 kg modli Oai/fcWh stanowia¬ ca górna granice dla wartosci stosunku predkos¬ ci zasilania tlenem do energii dostarczanej oraz wynikajacego z tego zejscia ponizej dolnej granicy 50% zuzycia tlenu. Dla poziomu DO równego 2 mg/l minimalna predkcsc zasilania wynosi okolo 0,085 kg moli 02/kWh dla minimalnego czastkowego cisnienia tlenu w gazie napowietrzajacym wyno¬ szacego 300 mim Hg, a wartosc maksymalna wy¬ nosi 0,32 kg moli 02/kWh dla zuzycia tlenu rów¬ nego 50%, ale ta ostatnia jest powyzej wartosci górnej granicy dla stosunku predkosci zasilania gazem zawierajacym tlen do energii dostarczonej w sposobie wedlug wynalazku. Dopuszczalny zakres stosowania niniejszego sposobu jest szeroki i u- wzgledmia wysoki procent zuzycia i odpowiednio wysokie czastkowe cisnienia tlenu.Fig. 5 przedstawia dla gazu zasilajacego zawie¬ rajacego 80% tlenu maksymalne i minimalne pred¬ kosci zasilania tlenem wynoszace odpowiednio 0,07 oraz 0,17 kg moli 02/kWh dla poziomu DO rów¬ nego 8 mg/l oraz odpowiednio 0,11 i 0,22 kg moli 02/kWh dla poziomiu DO równego 2 mg/l. Równiez i w tym wypadku stezenie tlenu 80% jest niemoz¬ liwe do zastosowania z powodu niskiego zuzycia tlenu oraz wysokiego stosunku szybkosci zasila¬ nia tlenem do energii dostarczanej.Zgodnie z fig. 6, dla gazu zasilajacego zawiera¬ jacego 60% tlenu oraz cieczy odpadowej zawie¬ rajacej 2500 mg/l MBU, zakres zasilania tlenem zgodnie ze sposobem wedlug wynalazku nie jest osiagalny dla poziomów DO równych 2 mg/l ani tez 8 mgA. Na przyklad, przy poziomie DO rów¬ nym 8 mg/l predkosc zasilania tlenem musi wy¬ nosic przynajmniej 0,15 kg moli 02/kWh azeby mozna bylo osiagnac cisnienie czastkowe tleniu rów¬ ne 300 .mm Hg, jednakze predkosc zasilania tlenem niie moze przekraczac 0,09 kg moli Ofc/kWh, aby móc uzyskac pomimo tego zuzycie tlenu równe 50% lub wyzsze od tej wartosci.Chociaz wedlug fig. 3 dla gazu zasilajacego za¬ wierajacego 60 % tlenu oraz cieczy odpadowej za¬ wierajacej 250 mg/MBU obserwuje sie „ujemny" zakres dzialania, chociaz wystepuje tu znacznie mniejsza róznica pomiedzy ograniczeniami narzu¬ conymi przez zuzycie tlenu oraz tymi, które sa na¬ lozone przez czastkowe cisnienie tlenu. Fodiczas gdy róznica dla duzego stezenia MBU w cieczy od¬ padowej 2500 mg/l wynosi okolo 0,09^0,15= —0,06 kg moli 02/kWh, róznica ta dla cieczy zawierajacej MBU o stezeniu równym 250 mgA wynosi tylko 0,06-^0,07= —0,01 kg moli tlenu/kWh. Jest oczy¬ wiste, ze jeszcze dalsza redukcja stezenia MBU w cieczy odpadowej zasilajacej uklad, co ma miej¬ sce w rozcienczonych sciekach miejskich, da w re¬ zultacie skonczony zakres dzialania, który mozna zastosowac przy uzyciu gazu zasilajacego zawie¬ rajacego 60% tlenu. Jednakze porównanie krzy¬ wych zasilania tlenem dla stezenia tlenu równego 80966 14 80% i 60% dla obydwu zawartosci MBU (fig. 2 oraz 3), jak równiez fig. 5 i 6 (pokazuje, ze zmniej¬ szenie zawartosci tlenu w gaizie zasilajacym poni¬ zej 60% nie jest mozliwe poniewaz wówczas nie 5 mozna byloby jednoczesnie spelnic warunków ko¬ niecznych dla osiagniecia zuzycia przynajmniej 50% tlenu oraz cisnienia czastkowego tlenu równe¬ go przynajmniej 300 mm Hg.Fig. 7 i 8 ilustruja zmiany kosztów przy obrób- 10 ce wody zawierajacej MBU o stezeniu 250 mg/l przy róznych predkosciach zasilania gazem zawie¬ rajacym tlen. „Jednostki kosztów" pokazane na osi rzednych po prawej stronie sa wartosciami wzglednymi, ale odzwierciedlaja calkowity koszt 15 napowietrzania wlaczajac w to koszty eksploata¬ cji urzadzenia do napowietrzania. Wykres na fig. 7 dla gazu zasilajacego zawierajacego 90,5% tlenu wykazuje bardzo ostre optima dla wartosci pred¬ kosci zasilania równej okolo 0,07 kg moli 02/kWh, 20 gdzie koszty utrzymania poziomów DO równych 2 i 8 mgA wynosza odpowiednio okolo 27 i 28 jednostek kosztów. Odpowiadajace wartosci zuzy¬ cia tlenu wynosza okolo 90%. Wykres z fig. 8 dla gazu zasilajacego zawierajacego 60% tlenu wyka- 25 zuje optima dla poziomu DO równego 2 i 8 mg/1 na poziomie okolo 0,07 kg moli 02/kWh przy kosz¬ tach napowietrzania wynoszacych odpowiednio o- kolo 50 i 60 jednostek. W ten sposób, polozenie optimów z wykresu na fig. 8 wyznacza 50% zuzy- 30 cia tleniu jako stale minimum przy najnizszych kosztach obróbki cieczy zawierajacych MBU. Po¬ równujac fig. 7 i 8 widac równiez wyraznie, ze sposób uzycia gazu zasilajacego zawierajacego 99,5% tlenu jest stosunkowo niewrazliwy na zmia- 35 ny w poziomie DO. W przeciwienistwie do tego, uzycie gazu zasilajacego zawierajacego 60% tlenu znacznie zwieksza koszty uzytkowania wraz z wzrastajacymi wartosciami poziomiu DO.Zgodnie z fig. 9, woda zawierajaca MBU, na 40 przyklad scieki miejskie wplywa do komory 16 przez przewód 11. Zródlo (nie pokazane na rysun¬ ku) gazu zasilajacego zawierajacego przynajmniej 60% tlenu dostarcza gazu natlenionego, który prze¬ plywa przewodem 12 z zaworem kontrolnym 13 do 45 wnetrza komory 10. Komora 10 jest zaopatrzona w szczelna pokrywe 14 dla utrzymania srodowiska gazu napowietrzajacego wzbogaconego w tlen nad powierzchnia cieczy .Osad recyrfeulowany jest rów¬ niez wprowadzany do komory 10 przez przewód 15, 50 chociaz, jezeli jest to konieczne, woda zasilajaca zawierajaca MBU oraz osad moga byc zmieszane zanim zostana wprowadzone do komory., Wyzej wymienione strumienie sa dokladnie mie¬ szane tak, zeby utworzyc ciecz najkorzystniej o ste- 55 zeniu zawiesiny nieopadajacej (MLVSS) w komorze 10 stanowiacej obszar napowietrzania równym przynajmniej 3000 mg/1, to mieszanie dokonywane jest urzadzeniem mieszajacym 16 napedzanym sil¬ nikiem 17, którego walek przechodzi przez otwór 60 z uszczelka 18 w pokrycie 14, przy czym urzadze¬ nie do mieszania moze posiadac jedno lub kilka mieszadel umieszczonych nad powierzchnia cie¬ czy (na rysunku jest ono przedstawione pod po¬ wierzchnia cieczy). W tym przykladzie gaz napo- 65 wietrzajacy zawierajacy tlen wywiazujacy sie80966 15 16 z cieczy do przestrzeni gazowej nad powierzchnia cieczy jest odprowadzany przez przewód 19 za po¬ moca pompy 20 w celu sprezenia i ponownego wprowadzenia przez przewód 21 do zanurzonego rozpylacza dyfuzora 22 najkorzystniej umieszczo¬ nego ponizej mieszadla 16. Toznaczy, ze gaz napo¬ wietrzajacy jest recyrkulowany w sposób ciagly w bezposrednim kontakcie z ciecza zawarta w ko¬ morze 10. Pompa 20 jest napedzana silnikiem (nie pokazanymi na rysunku) korzystnie wyposazonym w regulator predkosci obrotowej. Gaz napowie¬ trzajacy pozbawiony tleniu badz gaz zuzyty jest odprowadzany z komory 10 przez przeplywowy otwór 23, który równiez moze byc zaopatrzony w kontrolny zawór 24.Stosujac sposób wedlug wynalazku miesza sie wode zawierajaca MBU, wzbogacony w tlen gaz zasilajacy oraz osad, w celu utworzenia cieczy mieszanej a gaz natleniajacy recyrkuluje sie w spo¬ sób ciagly do cieczy w celu jego rozpuszczenia.Gazy nieczynne takie, jak azot wprowadzany z wo¬ da zawierajaca MBU oraz z gazem zasilajacym zawierajacym tlen, jak równiez gazy takie jak G02 wytwarzane w reakcji biochemicznej, wydostajace sie z cieczy zbiera sie razem z niezuzytym tlenem w przestrzeni nad ciecza. Ten gaz napowietrzaja¬ cy ma czastkowe cisnienie tlenu równe przynaj¬ mniej 300 mm Hg, a najkorzystniej przynajimniej 380 mm Hg. Gaz wzbogacony w tlen wprowadza sie korzystnie do komory 10 w sposób ciagly przez przewód 12 podczas etapu mieszania, badz tez do¬ plyw gazu moze byc zakonczony wtedy, kiedy roz¬ poczeto etap mieszania. Gaz napowietrzajacy po¬ zbawiony tlenu moze byc odprowadzany przewo¬ dem 23 w sposób ciagly badz z przerwami z prze¬ strzeni gazowej nad powierzchnia cieczy.Poziom cieczy w zbiorniku 10 jest regulowany kaskada 25, przez która przelewa sie przez kory¬ to 25 nadmiar cieczy a stamtad odprowadzany jest przewodem 27. Poziom rozpuszczonego tlenu w cieczy natlenionej utworzonej w etapie mieszania jest utrzymany na poziomie nizszym niz 70§/§ na¬ sycenia tlenem w gazie napowietrzajacym a naj¬ korzystniej wynosi przynajimniej 2 mg/1. Regula¬ cja poziomu DO moze byc dokonywana przez zmiane predkosci przeplywu gazu zasilajacego wzbogaconego w tlen za pomoca zaworu 13 w przewodzie 12 przez zwiekszenie badz zmniejsze¬ nie czastkowego cisnienia tlenu w przestrzeni ga¬ zowej zbiornika 10. Poziom DO moze byc równiez regulowany przez zmiane energii dostarczanej przez zmiane predkosci obrotowej pompy 20 i w ten sposób przez zwiekszenie badz zmniejszenie predkosci dyfuzji gazu natleniajacego w cieczy.Poziom DO moze równiez byc kontrolowany przez zmiane czasu retencji cieczy w komorze 10. Przy zachowaniu wszystkich innych parametrów dluzszy czas retencji cieczy daje wyzsze poziomy DO.Na koncu etapu mieszania trwajacego na przy¬ klad od 20 do 180 min. ciecz natleniona jest od¬ prowadzana przez przewód 27 do wnetrz koncen¬ trycznego deflektora 28 osadnika 29. Deflektor 28 siega najkorzystniej od poziomu nad powierzchnie cieczy do punktu posredniego pomiedzy tym po¬ ziomem a stozkowym dnem osadnika. Silnik 30 porusza powoli obracajace sie zgrzeblo 31 poprzez dno osadnika zapobiegajac tworzeniu sie stozka gestego osadzonego osadu. Oczyszczony plyn nad osadem przeplywa przez kaskade 32 do koryta 33 i jest odprowadzony przez przewód 34. Osad zo¬ staje usuniety z dna osadnika przewodem 35 i przynajmniej jego czesc jest przetloczona pompa 36 w celu recyrkulacji przez przewód 15 do zbior¬ nika 10 dla zaszczepienia wplywajacej wody za¬ wierajacej MBU. Osad, który nie jest potrzebny do recyrkulacji jest odprowadzany przez denny przewód 37 zaopatrzony w kontrolny zawór 38.Fig. 10 pokazuje schematycznie inne urzadze¬ nie do stosowania tego sposobu zaopatrzone w wiele mieszadel zanurzonych 16a-e oraz rozpylaczy recyrkulowanego gazu wzbogaconego w tlen 22a-e rozmieszczonych od konca do konca zbiornika 10 natleniania. Po uprzednim zmieszaniu woda za¬ wierajaca MBU oraz osad recyrkulowamy sa wpro¬ wadzane przez przewód 11 w jednym koncu zbior¬ nika 10. Powstajaca w ten sposób mieszanine mie¬ sza sie z gazem wzbogaconym w tlen wprowa¬ dzanymi przez przewód 11 i w ten sposób natlenio¬ na ciecz odprowadza sie z drugiego konca zbior¬ nika 10 przewodem 27 do osadnika (nie pokazane¬ go na rysunku). Gaz pozbawiony tlenu równiez odprowadza sie z przestrzeni nad poziomem cie¬ czy a z tego drugiego konca przez przewód 23 gaz napowietrzajacy zawierajacy tlen odprowadza sie przewodami 19a rozmieszczonymi wzdluznie w celu recyrkulowania pod cisnieniem przez pom¬ py 20a-e i rozpylacze 22a-3 w sposób analogiczny do ukladu przedstawionego na fig. 9.Zbiornik 10 ma korzystnie dlugosc bardzo duza w porównaniu z szerokoscia i glebokoscia. Dla da¬ nej objetosci zbiornika taka geometria zwieksza predkosc przeplywu cieczy od konca zasilajacego do konca odprowadzajacego oraz zapobiega mie¬ szaniu zwrotnemu cieczy z obszaru w dole stru¬ mienia z ciecza z obszarów w górze strumienia.Takie zahamowanie mieszania zwrotnego, zwane strumieniem kierowanym jest korzystne przy uzy¬ ciu wielu urzadzen do mieszania. Kiedy zahamo¬ wane jest mieszanie zwrotne stosunek pozywki do biomasy w kg MBU5/dzien X kg MLVSS, jest wy¬ soki przy koncu zasilania, to jest tam gdzie wpro¬ wadza sie wode zawierajaca MBU a stosunek ten jest niski przy koncu odprowadzajacym, to jest itam gdzie ciecz natleniona przeplywa do osadnika (M1BU5 odnosi sie do pomiarów Ipróbki inkulbowa- nej przez 5 dni). Obydwa te warunki lokalne sa korzystne dla zajscia biooksydacji w sposób cal¬ kowity i z duza szybkoscia.Zgodnie z tym co przedstawiono na fig 10, ciecz jest natleniana w szeregu etapów od konca zasila¬ jacego do odprowadzajacego zbiornika 10 pomimo tego, ze etapy te nie sa fizycznie od siebie oddzie¬ lone. Gdy zbiornik ma mala powierzchnie przekro¬ ju poprzecznego w przestrzeni gazowej pod po¬ krywa 14, mozna otrzymac podobny efekt prze¬ plywu kierowanego badz przeplywu w etapach w przeplywie gazu natleniajacego od konca zasi¬ lajacego do konca odprowadzajacego. To zjawis¬ ko równiez powoduje praktycznie calkowite usu¬ niecie MBU przy duzej predkosci przeplywu, po- 10, 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60.1T 80966 18 niewaz mozna utrzymac znacznie wyzsze czastko¬ we cisnienie tlenu nad powierzchnia cieczy przy koncu zasilania gazem. Inna zaleta stopniowego przeplywu gazu jest to, ze nieczynnie zanieczysz¬ czenia gazowe moga byc odprowadzone na prze¬ ciwleglym koncu w mniejszej ótotfejtosci gazu od¬ padowego. W miare jak gaz natleniajacy przeply¬ wa od konca do konca zbiornika 10 predkosc roz¬ puszczania sie tlenu w cieczy jest znacznie wyz¬ sza niz szybkosc wydobywania sie gazu nieczyn¬ nego z; cieczy. W zwiazku z tym, objetosc stru¬ mienia gazu natleniajacego stopniowo zmniejsza sie i jego czastkowa zawartosc gazów nieczynnych zwieksza sie od konca zasilania gazem do konca odprowadzajacego. Korzystne jest napowietrzanie obszaru o duzym stosunku pozywki do biomasy (tam, gdzie wplywa woda zawierajaca MBU) ga¬ zem o najwyzszym stezeniu tlenu jakie jest moz¬ liwe, poniewaz zapotrzebowanie na tlen jest naj¬ wyzsze w tym obszarze. I odwrotnie, zapotrzebo¬ wanie na tlen jest najnizsze w obszarze odprowa^ dzania cieczy natlenionej i jest korzystne uzycie gazu napowietrzajacego o najnizszym dostepnym stezeniu tlenu w tym obszarze. W zwiazku z tym, w odmianach tego sposobu wedlug wynalazku, w których ciecz jest przepuszczana przez wiele ob¬ szarów w celu stopniowego imieszania z gazem na¬ powietrzajacym wzbogaconym w tlen, jest rów¬ niez korzystne przepuszczanie gazu napowietrzaja¬ cego zgodnie z pradem cieczy od etapu do etapu, przy czym gaz o najwyzszym stezeniu tlenu mie¬ sza sie z woda o najwyzszym stezeniu MBU.Urzadzenie na fig. 11 posiada komore miesza¬ nia 10 podzielona na cztery oddzielne komory badz oddzialy 30a, 30b, 30c i 30du Przegroda 31a-b sie¬ ga od dna do góry zbiornika 10 i oddziela pierw¬ sza i druga komore 30a i 30b. Podobnie i przegro¬ da 31b-c oddziela druga i trzecia komore 30b i 30c a przegroda 31c-d oddziela trzecia i czwarta ko¬ more 30c i 30d. Otwór przeplywowy 32a-b umozli¬ wia przeplyw czesciowo natlenionej cieczy z pierw¬ szej komory 30a do drugiej komory 30b, otwór przeplywowy 32b-c umozliwia przeplyw cieczy na¬ tlenionej w dalszym stopniu z drugiej komory 30b do trzeciej komory 30c a otwór przeplywowy 32c-d umozliwia przeplyw cieczy w jeszcze wiekszym stopniu natlenionej z trzeciej komory 30c do czwar¬ tej komory 30d.Gaz wzbogacony w tlen jest wprowadzany przez zespól przewodów 12 oraz zawory kontrolne 13a, 13b, 13c i 13d w przewodach rozgaleziajacych sie w celu jednoczesnego mieszania z woda zawiera¬ jaca MBU. Te zawory moga, na przyklad, byc re¬ gulowane przy pomocy dowolnej wielkosci, takiej jak poziom DO w cieczy, badz sklad gazowy we¬ wnatrz komory. Napowietrzalniki typu powierz¬ chniowego 22a, 22b, 22c i 22d powoduja wtryski¬ wanie duzych bryzgów wody do gazu napowietrza¬ jacego. W zwiazku z tym napowietrzalniki te do¬ starczaja zarówno energii mieszania osadu z ciecza jak i energii kontaktu gaz-ciecz do etapu napowie¬ trzania. W przeciwienstwie do tego, urzadzenia typu pod powierzchniowego przedstawione na fig. 9 i 10 recyrkuluja ciecz w sposób ciagly (zamiast gazu napowietrzajacego). Ciecz ta pozostaje w sci¬ slym kontakcie z gazem napowietrzajacym w kaz¬ dej komorze. Poniewaz sciany komory i przegrody zamykaja ciecz wewnatrz kazdej komory, mozna uzywac mieszadel powierzchniowych w tej odmia¬ nie bez mieszania zwrotnego cieczy wyrzucanej w góre i w dól mieszadla. Gaz napowietrzajacy po¬ zbawiony tlenu ulatniajacy sie z cieczy jest odpro¬ wadzany z kazdej komory przez przewody prze¬ plywowe 23a, 23b, 23c i 23d. Jezeli to konieczne, przewody te moga byc zaopatrzone w zawory kon¬ trolne.Urzadzenie przedstawione na fig. 11 posiada wa¬ runki bardzo zblizone do rzeczywistego przeplywu kierowanego cieczy. Predkosc przeplywu cieczy przez otwory przeplywowe 32a-b, 32b-c i 32c-d jest wystarczajaca na to, aby zapobiec mieszaniu zwrotnemu. Ciecz w kazdej komorze badz w kaz¬ dym etapie jest praktycznie jednolita w skladzie a zawartosc MBU stopniowo zmniejsza sie od eta¬ pu zasilania ciecza 30a do etapu odprowadzania cieczy 30d.Fakt, ze biomasa mieszana z woda zawierajaca MBU w urzadzeniu zgodnie z fig. 9—11 jest do¬ starczana droga recyrkulacji osadu czynnego, nie ma istotnego znaczenia w praktyce stosowania ni¬ niejszego wynalazku. Obszar napowietrzania moze miec postac zakrytej komory umieszczonej we¬ wnatrz zbiornika wody zawierajacej MBU, na przyklad odstojnika badz zbiornika fermentacyj¬ nego i majacej otwarte polaczenie z tym zbiorni¬ kiem w swoim dolnym koncu. W takim wypadku biomasa moze byc recyrkiulowana naturalnym przeplywem oraz urzadzenia napowietrzajacego.Przy obróbce wody odpadowej metoda stawów odstojniikowych, czesc osadu (biomasy) osiada na dno odstojnika i moze byc okresowo stamtad usu¬ wana przy pomocy dragi.W najkorzystniejszej odmianie sposobu wedlug wynalazku, w której scieki sa natleniane w kon¬ takcie z osadem i w której scieki, osad oraz gaz zasilajacy zawieraja przynajmniej 90°/o tlenu (ob¬ jetosciowo) — miesza sie w obszarze napowietrza¬ nia w celu utworzenia cieczy o stezeniu MLVSS równym przynajmniej 3000 mg/l. Podczas miesza¬ nia jednoczesnie utrzymuje sie stosunek gazu za¬ silajacego wzbogaconego w tlen do energii miesza¬ nia plus energii kontaktu gaz-ciecz równy 0,06— 0,18 kg moli tlenu/kWh energii dostarczonej, gaz napowietrzajacy nad powierzchnia cieczy o czast¬ kowym cisnieniu tlenu równym przynajmniej 380 mim Hg, ale zawierajacym mniej niz 65% tlenu, zuzywajac przy tym przynajmniej 70*/o tlenu z gazu zasilajacego w cieczy, stezenie tlenu rozpusz¬ czonego w cieczy ponizej 35tyo nasycenia w stosun¬ ku do tlenu w gazie napowietrzajacym oraz re¬ cyrkulacje ciagla gazu napowietrzajacego w scis¬ lym kontakcie z ciecza w obszarze napowietrza¬ nia. Ciecz natleniona usuwa sie z obszaru napo¬ wietrzania i rozdziela sie na osad i odplyw scieku.Przynajmniej czesc osadu recyrkuluje sie do ob¬ szaru napowietrzania.Dzieki sposobowi wedlug wynalazku, gaz wzbo¬ gacony w tlen moze byc ekonomicznie uzyty w biochemicznych reakcjach utleniania, przy czym 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 6019 80966 20 duzy procent tlenu dostarczanego do komory reak¬ cyjnej jest zuzywany dla utrzymania duzego cis¬ nienia czastkowego tlenu w gazie napowietrzaja- cyim. Predkosc rozpuszczania sie wysokie, co daje stezenia rozpuszczonego tlenu duzo wyzsze od tych, które uzyskiwano poprzednio w sposób oplacalny, nawet przy duzych stezeniach osadu podczas na¬ powietrzania. Zuzycie energii oraz inwestycje ko¬ nieczne dla dostarczania urzadzen napowietrzaja¬ cych sa niskie. Podczas obróbki powstaja ciezkie, latwo osiadajace klaczki, które nie sa uszkadzane podczas obróbki. PL PL

Claims (9)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób oibróbflri wody zawierajacej material biologicznie utlenialny zwlaszcza scieków miejskich przez utlenianie w kontakcie z biomasa bakteryj¬ nie aktywna, znamienny tym, ze wode zawieraja¬ ca MBtT miesza sie z biomasa oraz gazem zasila¬ jacym zawierajacym przynajmniej 60% tlenu (ob¬ jetosciowo) w obszarze napowietrzania dla utwo¬ rzenia cieczy mieszanej, przy czym w czasie mie¬ szania jednoczesnie utrzymuje sie stosunek gazu zasilajacego wzbogaconego w tlen do energii mie¬ szania plus energia kontaktu gaz-ciecz równy 0,02—0,24 kg moli tlenu/kWh energii dostarczonej, a czastkowe cisnienie tlenu w gazie napowietrza¬ jacym na powierzchni wyzej wymienionej cieczy wynosi przynajmniej 300 mm Hg, lecz stezenie tlenu w gazie napowietrzajacym winno byc mniej¬ sze niz 80°/o, przy zuzyciu przy tym przynajmniej 50% tlenu z gazu zasilajacego w wyzej wymienio¬ nej cieczy, przy czym stezenie tlenu rozpuszczo¬ nego w wyzej wymienionej cieczy utrzymuje sie ponizej 70% nasycenia w stosunku do stezenia tlenu w wyzej wymienionym gazie napowietrza¬ jacym, ale powyzej 2f mg/l oraz prowadzi sie ciag¬ la recyrkulacje jednego z gazów napowietrzajacych oraz cieczy w scislym kontakcie z druga z wyzej wymienionych cieczy w obszarze napowietrzania 6 przez nastepne usuwanie cieczy natlenionej z wy¬ zej wymienionego obszaru natleniania.

2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze gaz napowietrzajacy usuwa sie w sposób ciagly z obszaru natleniania oraz wprowadza sie ponow¬ nie do zbiornika cieczy.

3. Sposób wedlug zastrz. 1 lub 2, znamienny tym, ze gaz zasilajacy zawiera przynajmniej 90°/o tle¬ nu.

4. Sposób wedlug zastrz. 1, 2 lub 3, znamienny tym, ze stezenie rozpuszczanego tlenu w cieczy utrzymuje sie ponizej 35% nasycenia.

5. Sposób wedlug zastrz. 1—4, znamienny tym, ze stosunek gazu zasilajacego zawierajacego tlen do energii mieszania plus energii kontaktu gaz- ciecz utrzymuje sie na poziomie 0,06—0,18 kg moli tlenu/kWh energii dostarczonej.

6. Sposób wedlug zastrz. 1—5, znamienny tym, ze cisnienie czastkowe tlenu w gazie natleniaja¬ cym utrzymuje sie na poziomie równym 380 mm Hg. 7. ¦

7. Sposób wedlug zastrz. 1—6, znamienny tym, ze stezenie tlenu w gazie napowietrzajacym utrzy¬ muje sie ponizej 65%.

8. Sposób wedlug zastrz. 1—7, znamienny tym, ze stezenie zawiesiny nieopadajacej (MLVSS) w cieczy wynosi przynajmniej 3000 mg/l. 9. Sposób wedlug zastrz. 1—8, znamienny tym, ze scieki miejskie zasilane woda zawierajaca MBU, rozdziela sie na osad oraz czysty odplyw scieku i przynajmniej czesc osadu recyrkuluje sie do obszaru napowietrzania jako wyzej wymieniona aktywna biomasa. 15 20 25 30FIG.1 100 80 40 80966 600 500 200 0.012 0.024 0.036 0.0-48 0.060 0.072 0.064 0.0*6 0.0106 100. FIG.2 « 40 20 600 500 300 200 Q0I2 0.024 0.036 0.048 0.060 0.072 0.084 0.096 0.010880966 FIG.. 3. H 200 0.012 0.024 0.036 0.046 0.060 0.072 0.064 0.096 0.0106 FIG.4 eo 500 0.06 0.09 012 0.15 018 0.21 0 24 0.27 0.30X / FIG.5 eo 80966 500 300 O 0.09 0.06 0.

09. 0J2 0.15 0.18 0.21 0.24 1600 100 FIG.6 « 60 201 500 400 300 200 100 O 0.09 0.06 009 0.12 0.15 0.18 021 0.2480966 FIG. 7 0.012 O024 a036 04)48 0.060 0.072 a084 0.096 0.0108 100 FIG.8 8o f^r ^^2^ ' -^oo-jp^ D0-2PPM ^S 0.012 0.024 0.036 0.048 0.060 0.072 0.084 0.096 40 0.010880966 a a 4'T* 14 r^M 2324 /SA ^——mA-_/-j(\ z34 lO\ h&- --/?=] £2 30 -2.0 FIG.9 **•#"* t2 f *f* m* z?m 20c,sc za* a. 72 y // /o^ M 3K f/6'a 5SS /fi- J6J 4=p/^z|r.z|=^ L"s^p^T^_~g^-p^ ; /Fil te -#* 22a 281 22c 22J, S2* FIG.10 ^ *4 * ^ » '*$ * ^ ^/ •*• ^^^ ^^ FIG.11 PL PL