SK15102003A3 - Spôsob separácie suspenzie, najmä pri čistení odpadovej vody a zariadenie na jeho vykonávanie - Google Patents

Description

Vynález sa týka spôsobu separácie suspenzie, najmä pri čistení odpadovej vody, kde sa flokulujúca suspenzia oddeľuje od kvapaliny filtráciou vo fluidizovanej vrstve vločkového mraku, v ktorom sa vločky tvoria zo separovanej suspenzie a fluidizácia sa udržiava vzostupným prúdením kvapaliny, pričom kvapalina so suspenziou vstupuje do fluidizovanej vrstvy zospodu a kvapalina zbavená suspenzie sa odoberá nad hladinou vločkového mraku predstavovanou rozhraním medzi fluidizovanou vrstvou a kvapalinou bez suspenzie. Ďalej sa týka zariadenia na vykonávanie tohto spôsobu obsahujúceho nahor sa rozširujúci separátor, opatrený vo svojej spodnej časti vstupom kvapaliny so suspenziou a vo svojej vrchnej časti prostriedkom na odber kvapaliny bez suspenzie.

Doterajší stav techniky

Jedným z najprogresívnejších spôsobov separácie flokulujúcej suspenzie pri čistení a úprave vody je fluidná filtrácia vo vločkovom mraku. Vločkový mrak sa tvorí fluidizovanou vrstvou vločiek, ktoré sú vytvorené aglomeráciou častíc separovanej suspenzie. Voda s odstraňovanou suspenziou priteká do vločkového mraku prúdením zospodu nahor. Toto prúdenie udržiava vrstvu vločiek vo fluidizovanom stave. Pri prietoku vody so suspenziou cez fluidizovanú vrstvu dochádza ku kontaktu častíc suspenzie s vločkami s následným zachytením častíc suspenzie v dôsledku ich adhézie k vločkám. Touto filtráciou sa pretekajúca voda zbaví suspenzie, ktorá sa tak transformuje do formy vločiek, ktoré sú podstatne väčšie než častice pritekajúcej suspenzie.

Fluidizovaná vrstva vytvára nahor rozhranie medzi fluidizovanou vrstvou a kvapalinou bez suspenzie, tzv. hladinu vločkového mraku a kvapalina zbavená separovanej suspenzie sa odoberá nad hladinou vločkového mraku. K vytvoreniu rozhrania dochádza vtedy, ak je rýchlosť prúdenia kvapaliny tesne nad rozhraním menšia než rýchlosť nebrzdenej sedimentácie pre samostatnú časticu tvoriacu fluidizovanú vrstvu. Pretože vločky vytvorené v mraku aglomeráciou suspenzie sú podstatne väčšie než častice pritekajúcej suspenzie, je táto rýchlosť podstatne väčšia než rýchlosť sedimentácie samotnej separovanej suspenzie. Odber čistej kvapaliny musí byť pritom v takej vzdialenosti od hladiny vločkového mraku, aby nerovnomernosťou odberu nedochádzalo

-2k vynášaniu vločiek z mraku. Preto je v separačnom priestore nad vločkovým mrakom vždy nevyhnutná vrstva čistej kvapaliny.

Fluidizovaná vrstva sa musí zospodu podporovať. Často používaný spôsob podpory fluidizovanej vrstvy je hydrodynamická podpora, ktorého podstata spočíva vtom, že pod fluidnou vrstvou je prúdenie kvapaliny tak rýchle, že bráni jej prepadávaniu. V takom prípade sa rýchlosť prúdenia kvapaliny vo fluidizovanej vrstve smerom nahor znižuje.

Pri vločkovom mraku s vločkami tvorenými flokulujúcou suspenziou existuje dynamická rovnováha určujúca veľkosť vločiek nadanom mieste. Zachytávaním častíc suspenzie a vzájomnou aglomeráciou sa jednotlivé vločky zväčšujú a veľké vločky sa pôsobením hydrodynamických síl treštia na menšie vločky. Fluidizovaná vrstva pritom zase ovplyvňuje prúdenie kvapaliny, takže satým vytvára spätná väzba.

Neustálym zachytávaním suspenzie sa zväčšuje celkový objem vločiek, takže zvyšné vločky sa musia z mraku odoberať. Separovaná suspenzia sa tak odoberá z vločkového mraku vo forme zvyšných vločiek.

Sú známe dva druhy vločkového mraku, plne vznášaný, označovaný tiež ako dokonale vznášaný a čiastočne vznášaný, označovaný tiež ako nedokonale vznášaný. Odlišujú sa od seba rýchlosťou kvapaliny pri hladine vločkového mraku a spôsobom odberu zvyšných vločiek. Pri čiastočne vznášanom vločkovom mraku je rýchlosť kvapaliny pri hladine vločkového mraku menšia než medzi fluidizáciou a zvyšné vločky sa odoberajú zospodu; pri plne vznášanom vločkovom mraku je rýchlosť kvapaliny pri hladine vločkového mraku väčšia než medzi fluidizáciou a zvyšné vločky sa odoberajú z hladiny vločkového mraku.

Pretože pri hladine čiastočne vznášaného vločkového mraku je rýchlosť kvapaliny menšia než medzi fluidizáciou, dochádza tam k poruchám fluidizácie. Dochádza k vytváraniu veľkých zhlukov vločiek, ktoré prepadávajú fluidizovanou vrstvou dole. Ich prepadávanie vytvára v susedstve vzostupné prúdy a tým zvyšuje lokálnu rýchlosť vzostupného prúdenia, čo napomáha k udržaniu fluidizácie v iných oblastiach pri hladine. Pretože sa priemerná rýchlosť vzostupného prúdenia vo fluidizovanej vrstve smerom dole zväčšuje, časť zhlukov sa v rýchlejšom prúdení rozpadne a vločky z nich sa vracajú späť do vločkového mraku. Niektoré zhluky však prepadnú až pod fluidizovaná vrstvu, odkiaľ sa potom odoberajú. V určitom rozmedzí parametrov sa vytvorí rovnováha medzi množstvom suspenzie, ktorá do mraku priteká a množstvom suspenzie, ktorá z mraku

-3opísaným mechanizmom vypadáva a odoberá sa. Ak je množstvo pritekajúcej suspenzie väčšie než množstvo vypadávajúcej suspenzie, objem vločkového mraku sa zväčšuje a ak prekročí kapacitu zariadenia, vločkový mrak sa začne odplavovať do odberu vyčistenej vody - pretečie. Ak je množstvo pritekajúcej suspenzie menšie než množstvo vypadávajúcej suspenzie, objem vločkového mraku sa zmenšuje a ak poklesne pod kritickú hodnotu, vločkový mrak klesne pod separátor, inak vyjadrené, vypadne zo separačného priestoru.

Koncentrácia vločiek vo vločkovom mraku závisí na rýchlosti vzostupného prúdenia. Čím je rýchlosť prúdenia nižšia, tým je koncentrácia vyššia. Koncentrácia vločiek v zhlukoch vypadávajúcich z čiastočne vznášaného vločkového mraku je väčšia než odpovedá rýchlosti hranice fluidizácie. Preto môže byť koncentrácia separovanej suspenzie odoberanej z čiastočne vznášaného vločkového mraku vyššia než koncentrácia suspenzie odoberanej z plne vznášaného vločkového mraku. Na druhej strane je však rýchlosť prúdenia pri hladine vločkového mraku a teda hydraulický výkon pri plne vznášanom vločkovom mraku vyššia než pri čiastočne vznášanom vločkovom mraku. Preto je používanie plne vznášaného vločkového mraku výhodné na separáciu zriedených suspenziou, zatiaľ čo čiastočne vznášaný vločkový mrak je vhodný na separáciu koncentrovaných suspenziou.

Plne vznášaný vločkový mrak našiel preto uplatnenie pri chemickej úprave vody, kde koncentrácia suspenzie je obvykle radovo v desiatkach gramov sušiny na krychlový meter. Rýchlosť prúdenia kvapaliny pri hladine vločkového mraku pritom bežne nadobúda hodnôt 4 - 4,5 m/h pri 4násobnom až 8-násobnom zahustení suspenzie odoberanej z hladiny vločkového mraku, pričom odobraté vločky sa potom ešte sekundárne ďalej zahusťujú sedimentáciou. Čiastočne vznášaný vločkový mrak sa uplatňuje pri biologickom čistení odpadových vôd, kde sú bežné koncentrácie suspenzie 4 až 6 kilogramov sušiny na krychlový meter a separovaná zahustená suspenzia sa recikluje späť do čistiaceho procesu. Rýchlosť prúdenia kvapaliny pri hladine vločkového mraku pritom bežne nadobúda hodnôt 0,8 - 1 m/h a zahustenie odoberanej suspenzie môže dosahovať 1,5 až 2 násobku.

Všetky medzné hodnoty závisia však na rade parametrov, z ktorých pozorovateľný vplyv majú najmä teplota vody a charakter suspenzie. Dlhoročným pozorovaním radu uskutočnení sa zistilo, že tieto parametre obvykle ovplyvňujú medzné hodnoty v rozmedzí 10 až 30%.

-4Separačné priestory, v ktorých sa robí opísaná fluidná filtrácia vo vločkovom mraku, majú obvykle tvar nahor sa rozširujúceho kužeľa, ihlanu alebo prizmatu, ktorý zaručuje znižovanie rýchlosti prúdenia kvapaliny smerom nahor. Sú vymedzené šikmými stenami, ktoré majú obvykle sklon 52 až 60 uhlových stupňov, čo na jednej strane zabraňuje vytváraniu nánosov vločiek suspenzie na týchto stenách a pritom na druhej strane dáva dostatočnú plochu hladiny vločkového mraku. Prúdenie kvapaliny v týchto separačných priestoroch má v dôsledku ich tvaru okrem zvislej zložky, ktorá smeruje nahor, aj vodorovnú zložku, ktorá smeruje k šikmým stenám. Proti zvislej zložke prúdenie pôsobí na vločky vo zvislom smere nadol gravitačnej sily. Výslednicou skladania týchto síl je preto vodorovná sila, ktorá tlačí vločky smerom k šikmým stenám. V dôsledku toho dochádza pri šikmých stenách ku zvyšovaniu koncentrácie suspenzie, čo má za následok vytváranie hustotných prúdov, ktoré pozdĺž týchto stien klesajú nadol. Pri čiastočne vznášanom vločkovom mraku zhluky vločiek, ktoré klesajú nadol, pokračujú po dosadnutí na šikmú stenu tiež ďalej ako hustotné prúdy. Koncentrácia suspenzie v hustotných prúdoch sa potom ďalej ovplyvňuje pôsobením dvoch protichodných efektov: na jednej strane v dôsledku pôsobenia sily gravitácie dochádza v hustotnom prúde tečúcom po šikmej stene nadol k ďalšiemu zahusťovaniu suspenzie, na druhej strane protiprúd kvapaliny tečúci v separačnom priestore smerom nahor hustotné prúdy rozmýva a pôsobí teda potom na zrieďovanie suspenzie v hustotnom prúde.

Separátory pre vločkový mrak sú ďalej nahor vybavené odberom čistej kvapaliny bez suspenzie, obvykle vo forme prepadových žľabov alebo dierovaných rúrok a v spodnej časti majú vstup pre kvapalinu so suspenziou, ktorá sa má separovať. Najjednoduchším riešením tohto vstupu je prostý otvor spájajúci separačný priestor s iným funkčným priestorom, napríklad s aktivačným priestorom pri biologickom čistení vody alebo s koagulačným priestorom pri chemickej úprave vody. Sú však známe aj zložitejšie riešenia napríklad vo forme prívodných šikmých kanálov pozdĺž stien separačného priestoru, alebo vo forme prívodného centrálneho potrubia prechádzajúceho zvislo stredom separačného priestoru. Tieto prívodné kanály či potrubia sú potom napojené na iný funkčný priestor, z ktorého potom nimi nateká kvapalina so suspenziou obvykle zhora nadol k miestu vlastného vstupu do separačného priestoru, v ktorom potom prúdi kvapalina smerom nahor. Ak je celkové usporiadanie vstupu do separačného priestoru zložitejšie, potom sa vzhľadom k vyššie opísanému mechanizmu hydrodynamickej podpory fluidizovanej \Tstvy vločkového mraku ďalej rozumie pod pojmom vstup do separačného priestoru

- 3 vodorovná plocha v hornej úrovni otvoru, ktorým nateká voda k tomuto vstupu do separačného priestoru. .$ paračný priestor pre plne vznášaný mrak má vo vrchnej časti odber separovanej suspenzie, ktorý vymedzuje polohu hladiny vločkového mraku, zatiaľ čo pri čiastočne vznášanom vločkovom mraku je odber separovanej suspenzie pod úrovňou vstupu kvapaliny so suspenziou do separačného priestoru. Prietočná plocha vstupu kvapaliny so suspenziou do separačného priestoru je spravidla pri plne vznášanom vločkovom mraku 2,2 až 2,5 % a pri čiastočne vznášanom vločkovom mraku 10 až 15 % separačnej plochy. Čím väčšia je pri čiastočne vznášanom vločkovom mraku prietočná plocha vstupu do separačného priestoru, tým vyššia koncentrácia suspenzie môže tento mrak separovať, ale tým vyššia je aj hranica, pri ktorej tento vločkový mrak vypadáva.

Z opísaných princípov vyplýva ešte jeden podstatný rozdiel medzi čiastočne a plne vznášaným vločkovým mrakom. Pri plne vznášanom vločkovom mraku je výška hladiny vločkového mraku stále rovnaká a pri zmenách prietoku alebo koncentrácie vstupujúcej suspenzie sa iba mení koncentrácia odoberanej zahustenej suspenzie. Prekročenie maximálneho výkonu sa prejaví vynášaním vločiek z vločkového mraku a rozmývaním jeho hladiny. Pri čiastočne vznášanom vločkovom mraku sa výška hladiny mení so zmenou prietoku a koncentrácia vstupujúcej suspenzie prekročením maximálneho výkonu sa prejaví vystúpením hladiny vločkového mraku do úrovne odberu čistej kvapaliny s následným pretečením vločkového mraku do tohto odberu.

Prevádzkové skúsenosti ukázali, že vločkový mrak správne funguje vždy iba v určitom rozmedzí navrhovaných parametrov. Ak pri plne vznášanom vločkovom mraku používanom pri chemickej úprave vody poklesne prietok pod cca 50 % plného výkonu, začne dochádzať k poruchám fluidizácie, ktoré majú tendenciu sa prehlbovať a časom vedú k poruchám funkcie. Ak pri čiastočne vznášanom vločkovom mraku používanom pri biologickom čistení vody je koncentrácia aktivovaného kalu menšia než 1 - 2 kilogramy sušiny na meter krychlový, vločkový mrak sa v separačnom priestore nevytvorí, respektíve pri znížení koncentrácie suspenzie pod uvedenú hranicu vypadne zo separačného priestoru, t.j. klesne nadol pod separačný priestor.

Princípy plne vznášaného vločkového mraku aj rôzne usporiadanie odpovedajúcich zariadení sú opísané napríklad v čs. patentovom spise č. 88634 (S.Mackrle, V.Mackrle, I.Tesarík, V.Mičan, Reaktor na úpravu vôd vločkovým mrakom) a čs. patentovom spise č. 123929 (S.Mackrle, V.Mackrle, O.Dračka, L.Paseka, Čirič na úpravu vody koaguláciou a filtráciou dokonale vznášaným vločkovým mrakom) a jemu odpovedajúcim kanadským

-6patentovým spisom č. 769769. Čiastočne vznášaný vločkový mrak so samovoľným prepadávaním separovanej suspenzie späť do čistiaceho procesu je opísaný napríklad v čs. patentovom spise č. 159812 (S.Mackrle, V.Mackrle, Stavebnicové zariadenie na biologické čistenie organicky znečistených kvapalín) a jemu odpovedajúcich zahraničných patentových spisoch - kanadskému č. 921626 a USA č. 3627136 a je tiež oj saný včs. patentovom spise č. 173893 (S.Mackrle, V.Mackrle, O.Dračka, Reaktor na biologické čistene kvapaliny, najmä odpadovej vody) a jemu odpovedajúcich zahraničných patentových spisoch - kanadskému č. 1038090, nemeckému č. 2456953, francúzskemu č. 7439337 a japonskému č. 1044405. Čiastočne vznášaný vločkový mrak s aplikáciou odsávania prepadnutej separovanej suspenzie je opísaný včs. patentovom spise Č. 275746 (S.Mackrle, V.Mackrle, Spôsob biologického aktivačného čistenia vody a zariadenie na vykonávanie tohto spôsobu), ktorému odpovedajú napríklad USA patentový spis č. 5032276 a EP 345669.

Podstata vynálezu

Nevýhody stavu techniky do značnej miery odstraňuje spôsob podľa vynálezu, ktorého podstata spočíva vtom, že zahustená separovaná suspenzia vo forme vločiek z vločkového mraku sa odoberá z oblasti fluidizovanej vrstvy, pričom rýchlosť vzostupného prúdenia vo fluidizovanej vrstve sa smerom nahor v podstate znižuje.

Pritom je výhodné, že zahustená separovaná suspenzia vo forme vločiek z vločkového mraku sa odoberá z okrajovej oblasti fluidizovanej vrstvy, a že rýchlosť prúdenia smerom nahor sa vo fluidizovanej vrstve znižuje tak nad úrovňou odberu zahustenej suspenzie, ako aj pod ňou.

Ďalej je významné, že vrstva vločkového mraku nad úrovňou odoberania zahustenej suspenzie funguje ako čiastočne vznášaný vločkový mrak, v ktorom sa vytvárajú zhluky zahustenej suspenzie, ktoré sa následne odoberajú a vrstva vločkového mraku pod úrovňou odoberania zahustenej suspenzie funguje ako plne vznášaný vločkový mrak, v ktorom sa rozdeľuje prúdenie kvapaliny do čiastočne vznášaného vločkového mraku.

Na zníženie objemu odoberanej zvyšnej suspenzie je výhodné, že separovaná zahustená suspenzia odobratá z fluidizovanej vrstvy sa nútene pohybuje smerom nadol a pritom sa ďalej zahusťuje, pričom pri koncentrácii pritekajúcej suspenzie väčšej než 1 kg sušiny na krychlový meter je rýchlosť prúdenia vody smerom nahor bezprostredne nad

-Ί hladinou vločkového mraku v rozmedzí 1,6 až 2,2 metrov za hodinu a rýchlosť prúdenia vody na vstupe do vločkového mraku je v rozmedzí 2 až 6 centimetrov za sekundu. Objemové množstvo odoberanej zahustenej suspenzie je pritom v rozmedzí 1,5 násobku až 3 násobku objemového množstva vody bez suspenzie odoberanej nad hladinou vločkového mraku.

Podstata zariadenia podľa vynálezu na vykonávanie uvedeného spôsobu spočíva vtom, že separátor, ktorého vnútorný priestor obsahuje separačný priestor, je opatrený aspoň jedným prostriedkom na odber zahustenej suspenzie, ktorý je umiestnený nad vstupom do separátora, prevažne pri jeho vonkajšej stene alebo vonkajších stenách a pod hladinou vločkového mraku.

Je tiež podstatné, že prostriedok na odber zahustenej suspenzie je umiestnený výškovo v strednej časti separačného priestoru aspoň pri jednej z jeho vonkajších stenách a separačný priestor sa v separátore smerom nahor v podstate rozširuje tak nad úrovňou odberu zahustenej suspenzie, ako aj pod ňou.

Podľa ďalšieho variantu zariadenia podľa vynálezu je podstatné, že v separátore je separačný priestor vo svojej spodnej časti vymedzený aspoň jednou aspoň sčasti šikmou vnútornou stenou, pričom priestor medzi spodnou časťou vonkajšej steny a vnútornou stenou vytvára zahusťovací priestor a medzera medzi horným okrajom tejto vnútornej steny a vonkajšou stenou predstavuje miesto odberu zahustenej suspenzie zo separačného priestoru. Pritom je výhodné, že medzera medzi horným okrajom vnútornej steny a vonkajšou stenou tvorí tiež vstup do zahusťovacieho priestoru, ktorý je vo svojej spodnej časti vybavený prostriedkom na odťah zahustenej suspenzie.

Je výhodný aj iný variant, kde prostriedok na odber zahustenej suspenzie je vytvorený vodorovne uloženým zberným potrubím usporiadaným pri šikmej vonkajšej stene separátora.

Prínosom je tiež uskutočnenie, že šikmá vonkajšia stena separátora sa v oblasti odberu zahustenej suspenzie lomí a sklon jej hornej časti nad touto úrovňou je väčší než jej dolná časť pod ňou.

Z hľadiska efektívnosti odoberania zahustenej suspenzie je výhodné, že v mieste zberných potrubí sa separátor, a tým aj separačný priestor, smerom nahor skokovo rozširuje, pričom na strane zberných potrubí privrátenej k hornej časti posunutej šikmej vonkajšej stene sú urobené otvory.

-8Pre funkciu zariadenia podľa vynálezu je výhodné, že plocha vstupu do separačného priestoru je väčšia než 3 % a menšia než 6 % plochy separačného priestoru v úrovni odberu kvapaliny bez suspenzie a plocha separačného priestoru bezprostredne pod úrovňou odberu zahustenej suspenzie je väčšia než 20 % a bezprostredne nad úrovňou odberu zahustenej suspenzie je menšia než 70 % plochy separačného priestoru v úrovni odberu kvapaliny bez suspenzie. Je tiež výhodné, že tak úroveň vstupu do separačného priestoru, ako aj úroveň odberu kvapaliny bez suspenzie sú od úrovne odberu zahustenej suspenzie vo vertikálnej vzdialenosti väčšie než 1 meter.

Je tiež významné, že výška úrovne odberu zahustenej suspenzie nad úrovňou vstupu do separačného priestoru je v rozmedzí 1/4 a 3/4 výšky úrovne odberu kvapaliny bez suspenzie nad úrovňou vstupu do separačného priestoru.

Z konštrukčného hľadiska je prínosom, že aspoň jedno funkčné potrubie zo skupiny tvorenej zberným potrubím na odber zahustenej suspenzie, zberným potrubím na odber kvapaliny bez suspenzie, potrubím tvoriacim odtok, prívodným potrubím stlačeného vzduchu a preplachovacím potrubím, tvorí súčasne súčasť nosnej konštrukcie vonkajších stien separačného priestoru.

Je tiež výhodné, že sklon šikmej vonkajšej steny v jej hornej časti je v rozmedzí 52° a 60°, pripadne že sklon šikmej vnútornej steny je v rozmedzí 52° a 60° a sklon šikmej vonkajšej steny v jej dolnej časti je v rozmedzí 30° a 40°.

Hlavnou výhodou spôsobu a zariadenia podľa vynálezu je podstatné zvýšenie účinnosti separácie, čo je umožnené najmä zvýšením látkového zaťaženia separácie pri separácii koncentrovanej suspenzie, a to až na dvojnásobok oproti známym systémom fluidnej filtrácie čiastočne vznášaného vloČkového mraku. Toho možno využiť buď na zvýšenie hydraulického zaťaženia a tým zvýšenia kapacity separácie, alebo na zvýšenie koncentrácie suspenzie pri vstupe do vloČkového mraku, prípadne na optimálnu kombináciu obidvoch týchto efektov. Toto kvantitatívne zvýšenie účinnosti separácie sa prejaví priaznivo najmä pri aktivačnom biologickom čistení odpadových vôd na úsporách pri konštrukcii integrovaných biologických reaktorov. Zvýšenie hydraulického zaťaženia použitým spôsobom a zariadenie podľa vynálezu umožňuje zmenšenie separácie, a to až na 50 % oproti rozmerom doteraz známych zariadení s čiastočne vznášaným vločkovým mrakom. To prináša nielen úspory na konštrukciu vlastného separátora, ale umožňuje dosiahnutie ďalších konštrukčných úspor, napríklad zníženie potrebnej výšky integrovaného biologického reaktora a uložením separátora do reaktora. Zvýšenie

-9koncentrácie aktivovaného kalu v biologickom reaktore sa potom premietne do zmenšenia funkčných objemov potrebných na biologické procesy a tým aj zmenšenia rozmerov reaktora. Zmenšením rozmeru separátora a optimalizáciou konštrukcie a rozmerov reaktora sa potom docieľujú značné úspory na materiál, výrobné náklady, transport aj montáž. Ďalšou výhodou spôsobu a zariadenia na vykonávanie spôsobu podľa vynálezu je ich funkcia v podstatne väčšom rozmedzí parametrov než pri čiastočne vznášanom vločkovom mraku. To zväčšuje rozsah použiteľnosti spôsobu a zariadenia a vedie k ich podstatne väčšej flexibilite pri ich používaní.

Stručný opis obrázkov na výkresoch

Ďalej sú opísané štyri uskutočnenia vynálezu, kde značí obr.l prvé príkladné uskutočnenie zariadenia podľa vynálezu v nárysnom reze, obr. 2 prvé príkladné uskutočnenie zariadenia podľa vynálezu v axonometrickom znázornení, obr. 3 vyobrazenie prvého príkladného uskutočnenia do príkladného integrovaného reaktora na aktivačné čistenie odpadových vôd, obr. 4 druhé príkladné uskutočnenie zariadenia v nárysnom reze, obr. 5 druhé príkladné uskutočnenie v axonometrickom znázornení, obr. 6 tretie príkladné uskutočnenie zariadenia v nárysnom reze v príkladnom integrovanom biologickom reaktore, obr. 7 axonometrické znázornenie príkladného uskutočnenia podľa obr. 6, obr. 8 štvrté príkladné uskutočnenie zariadenia v nárysnom reze a obr. 9 štvrté príkladné uskutočnenie v axonometrickom znázornení v príkladnom integrovanom biologickom reaktore.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Pre úplnosť sú príkladné zariadenia opísané vždy ako súčasť príkladného integrovaného reaktora na aktivačné čistenie odpadových vôd s nitrifikáciou a denitrifikáciou jednotným aktivovaným kalom v suspendovanom stave; v príkladnom integrovanom reaktore potom príklady zariadenia slúžia na separáciu flokulujúcej suspenzie, ktorá pri uvedenom čistení vzniká. Funkčne a konštrukčne podobné časti sú v rôznych príkladoch uskutočnenia označené rovnakou vzťahovou značkou.

Príklad 1

Základnou časťou zariadenia na separáciu flokulujúcej suspenzie podľa vynálezu je separátor 1 v tvare nahor sa rozširujúceho kužeľa vymedzeného vonkajšou stenou 2 v tvare

- 10kužeľového plášťa (obr.l, 2). Je tiež možné, že tvar kužeľa separátora 1 nie je súvislý, že sú v ňom vložené neznázornené krátke valcové časti alebo aj časti kužeľového opačného sklonu, napríklad z výrobných alebo konštrukčných dôvodov.

Vnútorný priestor separátora I obsahuje separačný priestor, podľa tohto príkladu uskutočnenia sa vnútorný priestor separátora i prakticky zhoduje so separačným priestorom. Vo vonkajšej stene 2 je vložený prostriedok na odber zahustenej suspenzie vo forme kruhovo stočeného zberného potrubia 3 hranatého prierezu, v jej hornej časti je vložený prostriedok na odber kvapaliny bez suspenzie vo forme vloženého kruhovo stočeného zberného potrubia 4 trojuholníkového prierezu.

Výška úrovne odberu zahustenej suspenzie nad úrovňou vstupu 5 do separátora I, a tým do separačného priestoru, je v rozmedzí 1/4 a 3/4 výšky úrovne odberu kvapaliny bez suspenzie nad úrovňou vstupu 5 do separačného priestoru. Je výhodné, ak je prostriedok na odber zahustenej suspenzie umiestnený výškovo v strednej časti separátora i. Zberné potrubie 3 a 4 môže byť vyhotovené s iným prierezom, uvedené tvary sú iba výhodné.

V úrovni dolného zberného potrubia 3 je urobený skok v priemere vonkajšej steny 2, ale vonkajšia stena 2 môže byť tiež urobená ako plynulá kužeľová plocha bez akejkoľvek náhlej zmeny. Spodná časť vonkajšej steny 2 je ukončená vstupom 5 do separátora i, ktorý je vyhotovený ako vstupný otvor.

Horné zberné potrubie 4 na odber kvapaliny bez suspenzie je opatrené otvormi 6 na svojej šikmej vnútornej strane, zatiaľ čo dolné zberné potrubie 3 na odber zahustenej suspenzie je opatrené otvormi 7 na svojej hornej vodorovnej strane. Obidve dierované potrubia 3 a 4 predstavujú súčasne aj konštrukčné prvky, ktoré tvoria nosnú konštrukciu separátora J. Horné zberné potrubie 4 je zaústené do odtoku 8, na ktorom je nainštalovaný prepad 9 na udržanie konštantnej hladiny 10 vody v separátore i. Dolné zberné potrubie 3 je napojené potrubím H na recirkulačné čerpadlo 12. Nad horným zberným potrubí 4 môže byť vonkajšia stena 2 z prevádzkových dôvodov zakončená iným tvarom než kužeľom, napríklad valcovým zakončením O. Pri činnosti zariadenia je hladina 14 vločkového mraku medzi dolným dierovaným potrubím 3 a horným dierovaným potrubím 4.

Opísaný príklad zariadenia na separáciu flokulujúcej suspenzie tvorí súčasť reaktora na biologické aktivačné čistenie odpadovej vody, ktorý sa podľa príkladu uskutočnenia tvorí nádržou 15 rozdelenou na oxický priestor 16 a anoxický priestor 17,

- 11 ktoré sú spolu prepojené prepojením 18. Toto prepojenie .18 je napríklad urobené zárezom v deliacej stene 19 oddeľujúcej oxický priestor 16 od anoxického priestoru 17.

Do oxického priestoru 16 reaktora podľa príkladu uskutočnenia je vložený opísaný separátor 1, ktorého vstup 5 tak komunikuje s oxickým priestorom 16, zatiaľ čo výstup 20 recirkulačného čerpadla 12 je vyvedený do anoxického priestoru 17. Na dne 21 nádrže 15 je pod vstupom 5 do separátora 1 umiestnený protikužel 22 (obr. 3), ktorý má vo svojej homej časti otvory 23. Oxický priestor 16 je vybavený aeračnými prvkami 24 napojenými na prívodné potrubie 25 stlačeného vzduchu (obr. 3) a anoxický priestor Γ7 je vybavený prívodom 26 odpadovej vody a miešadlom 27 nasmerovaným medzi dve rovnobežné usmemovacie steny 28, ktoré sú zvisle vložené do anoxického priestoru 17. Prívod 26 odpadovej vody a výstup 20 recirkulačného čerpadla 12 sú vyvedené do protiľahlých rohov anoxického priestoru 17 ku dnu 21, prípadne do strednej hĺbky nádrže 15, zatiaľ Čo prepojenie 18 so separačným priestorom je urobené pri hladine 10 vody v nádrži 15.

Opísané zariadenie pracuje nasledujúcim spôsobom. Do separačného priestoru vteká vstupom 5 voda s flokulujúcou suspenziou tvorenou biologickým aktivovaným kalom. Voda prúdi v separačnom priestore smerom nahor, a pretože separačný priestor v separátore 1 sa smerom nahor v podstate rozširuje, rýchlosť prúdenia vody smerom nahor v podstate klesá. V separačnom priestore sa tak známym spôsobom vytvorí fluidná vrstva vločkového mraku, v ktorej sa zachytáva suspenzia z prúdiacej kvapaliny. Fluidná vrstva vločkového mraku vytvorí v separačnom priestore nad úrovňou dolného zberného potrubia 3 na odber zahustenej suspenzie a pod úrovňou horného zberného potrubia 4 na odber kvapaliny bez suspenzie hladinu 14 vločkového mraku, nad ktorou je vrstva kvapaliny bez suspenzie (obr.1, 2).

Možno zhrnúť, že flokulujúca suspenzia sa oddeľuje od kvapaliny filtráciou vo fluidizovanej vrstve vločkového mraku, v ktorom sa vločky tvoria zo separovanej suspenzie a fluidizácia sa udržiava vzostupným prúdením kvapaliny. Kvapalina so suspenziou vstupuje do fluidizovanej vrstvy zospodu a kvapalina zbavená suspenzie sa odoberá nad hladinou 14 vločkového mraku predstavovanou rozhraním medzi fluidizovanou vrstvou a kvapalinou bez suspenzie. Zahustená separovaná suspenzia vo forme vločiek z vločkového mraku sa odoberá z oblasti fluidizovanej vrstvy, pričom rýchlosť vzostupného prúdenia vo fluidizovanej vrstve sa smerom nahor v podstate znižuje.

- 12 Vrstva vločkového mraku nad úrovňou odoberania zahustenej suspenzie funguje ako čiastočne vznášaný vločkový mrak, v ktorom sa zahustená suspenzia ďalej zahusťuje, z ktorej sa vytvárajú zhluky zahustenej suspenzie, ktoré sa následne odoberajú. Vrstva vločkového mraku pod úrovňou odoberania zahustenej suspenzie funguje ako plne vznášaný vločkový mrak, v ktorom sa rovnomerne rozdeľuje prúdenie kvapaliny do čiastočne vznášaného vločkového mraku. Toto rozdeľovanie je spôsobené tým, že fluidizovaná vrstva pôsobí ako porézne prostredie, ktorého odpor rozdeľuje prúdenie, najmä smerom nahor do celého prietočného profilu. Z toho vyplýva, že v dolnej fluidizovanej vrstve plne vznášanom vločkovom mraku sa rozdelí prúdenie suspenzie do celého profilu separačného priestoru, takže vstupuje rovnomerne do fluidizovanej vrstvy čiastočne vznášaného vločkového mraku. Rovnako tak je pri hladine 14 vločkového mraku prúdenie rovnomerne rozdelené do celej plochy.

Pretože separátor i je prepojený vstupom 5 s oxickým priestorom 16 a ten je zase prepojený prepojením 18 s anoxickým priestorom 17. udržiava prepad 9 konštantnej hladiny 10 vody v celej nádrži 15. Preto odtečie z nádrže 15 prostredníctvom horného zberného potrubia 4 a otvorov 6 v ňom, ďalej prostredníctvom odtoku 8 cez prepad 9, také množstvo kvapaliny, aké natečie do nádrže 15 prívodom 26 odpadovej vody (obr. 3). Ak je objemové množstvo vody bez suspenzie, ktoré odtieklo odtokom 8 zo separačného priestoru Qo a objemové množstvo zahustenej suspenzie odobraté recirkulačným čerpadlom 12 zo separačného priestoru Qs, je objem vody so suspenziou, ktorý pritečie vstupom 5 do separačného priestoru, Qo+Qs- Ak je vo vode pritekajúcej do separačného priestoru vstupom 5 koncentrácia suspenzie C a koncentrácia odoberanej zahustenej suspenzie je Cs, je množstvo suspenzie, ktoré pritieklo do separačného priestoru C(Qo+Qs) a množstvo suspenzie odobraté zo separačného priestoru CsQs· Pri ustálenom stave musia byť obidve množstvá rovnaké, takže pre koncentráciu odobratej zahustenej suspenzie v ustálenom stave Css platí: Css = C(Qo+Qs)/Qs. Ak je koncentrácia odoberanej zahustenej suspenzie nižšia než C_Ss, množstvo suspenzie vo vločkovom mraku rastie a hladina vločkového mraku 10 sa v dôsledku toho zdvíha nahor, ak je koncentrácia odoberanej zahustenej suspenzie vyššia než Css, množstvo suspenzie vo vločkovom mraku klesá a hladina vločkového mraku 10 v dôsledku toho klesá nadol. Všetky množstvá Q sa udávajú v objemových jednotkách za určitý čas, napríklad v m³/h a koncentrácie sa udávajú napríklad v kg/m³. Výška hladiny 14 vločkového mraku je preto premenná a závisí na látkovej bilancii rovnako ako pri čiastočne vznášanom vločkovom mraku. Vločkový

- 13 mrak má pritom v určitom rozmedzí parametrov autoregulačné vlastnosti: koncentrácia odoberanej zahustenej suspenzie Cs rastie s rastúcou výškou hladiny 14 vločkového mraku, takže pri určitej nastavenej hodnote Qs a danej hodnote Qo sa hladina 14 vločkového mraku automaticky ustáli v takej výške, aby platilo Cs = C_Ss- Význam použitých symbolov je nasledujúci:

C koncentrácia suspenzie v aktivačnej zmesi vtekajúcej do separačného priestoru Qo objemové množstvo vody bez suspenzie odtekajúcej zo separačného priestoru Qs objemové množstvo zahustenej suspenzie odoberanej zo separačného priestoru Cs koncentrácia odoberanej zahustenej suspenzie

Css koncentrácia odoberanej zahustenej suspenzie pri ustálenom stave.

Hustotné prúdy so zahustenou suspenziou, ktoré pod hladinou 14 vločkového mraku tečú pozdĺž vnútornej strany šikmej vonkajšej steny 2 separátora 1 smerom nadol, pritekajú k zbernému potrubiu 3 na odber zahustenej suspenzie, a tam sa odsávajú činnosťou recirkulačného čerpadla 12. Pretože otvory 7 sú v zbernom potrubí 3 tvoriacom odber zahustenej suspenzie umiestnené na hornej strane, odoberajú sa hustotné prúdy nad zberným potrubím 3. Toto usporiadanie potláča zried’ovanie odoberanej zahustenej suspenzie.

Teoreticky možná hranica pre maximálnu rýchlosť prúdenia v úrovni hladiny 14 vločkového mraku odpovedá rýchlosti cca 2 - 2,2 m/h, pri ktorej začína prechádzať plne vznášaný vločkový mrak na čiastočne vznášaný vločkový mrak, t.j. 50 % z bežne dosahovaných rýchlosťou 4 - 4,5 m/h pri plne vznášanom vločkovom mraku.

Experimenty s opísaným zariadením, pri ktorom prietočná plocha separačného priestoru tesne pod úrovňou odberu zahustenej suspenzie zberným potrubím 3, predstavovala 25 % plochy separačného priestoru v úrovni odberu kvapaliny bez suspenzie zberným potrubím 4, ukázali, že maximálna rýchlosť prúdenia v úrovni hladiny H vločkového mraku pri tomto zariadení je v rozmedzí 1,6 - 1,9 m/h. Pri jej prekročení by vločkový mrak už pretekal do odberných prostriedkov vyčistenej kvapaliny. Z toho vyplýva asi dvojnásobné zvýšenie výkonu vzhľadom na doteraz známe zariadenia s čiastočne vznášaným vločkovým mrakom, čo predstavuje oproti v úvode uvedeným zvýšením, výkon zhruba na dvojnásobok. Ako najvhodnejšie sa pritom experimentálne ukázalo, keď objemové množstvo zahustenej suspenzie odobraté recirkulačným čerpadlom 12 sa rovná približne dvojnásobku objemového množstva vody bez suspenzie, ktoré odtieklo odtokom 8^ t.j. Qs= cca 2Qo.

- 14Pretože sa pri opísanom zariadení zvyšná zahustená suspenzia odoberá z vločkového mraku v oblasti jeho vonkajšieho obvodu a nemusí tak prepadávať vstupom 5, môže byť prietočná plocha tohto vstupu 5 menšia než pri známych zariadeniach s čiastočne vznášaným vločkovým mrakom, takže vločkový mrak pod úrovňou odberu zahustenej suspenzie zberným potrubím 3 môže fungovať ako plne vznášaný. To umožňuje potlačiť efekt vypadávania vločkového mraku pri nižšom prítoku suspenzie, ktorý obmedzuje rozsah použitia čiastočne vznášaného vločkového mraku. Aby vločkový mrak pod úrovňou odberu zahustenej suspenzie fungoval ako plne vznášaný, je treba, aby rýchlosť prúdenia vody na vstupe do vločkového mraku odpovedala hodnotám pre plne vznášaný vločkový mrak, t.j. aby bola v rozmedzí 2 až 6 centimetrov za sekundu. Ak sa vezme potom do úvahy objemové množstvo recirkulovanej suspenzie a výkon zariadenia, je vhodné, aby plocha vstupu 5 bola väčšia než 3 % a menšia než 6 % plochy separačného priestoru v úrovni odberu kvapaliny bez suspenzie zberným potrubím 4.

Objemové množstvo odoberanej zahustenej suspenzie je v rozmedzí l,5násobku až 3násobku objemového množstva vody bez suspenzie odoberanej nad hladinou vločkového mraku.

V oxickom priestore J6 a anoxickom priestore 17 reaktora pre biologické aktivačné čistenie odpadovej vody potom prebieha prítomnosťou recirkulačného čerpadla 12 vráteného aktivovaného kalu známe aktivačné čistenie odpadovej vody privádzané do reaktora prívodom 26 odpadovej vody a vyčistená voda odteká odtokom 8 cez prepad 9 preč. Ak obsahuje odpadová voda zlúčeniny dusíka, ako napríklad splašky, funguje anoxický priestor 17 ako predradený denitrifíkačný priestor, v ktorom sa redukujú dusičnany na plynný dusík. Uvedené dusičnany pritom vznikajú oxidáciou zlúčenín dusíka v oxickom priestore 16 a sú do anoxického priestoru 17 vrátené vo vode, ktorá je zoxického priestoru 16 cez separátor i vrátená spolu s vráteným aktivovaným kalom výstupom 20 recirkulačného čerpadla 12. Vyššie opísané usporiadanie prívodu 26 odpadovej vody a výstupu 20 recirkulačného čerpadla 12 spolu s prúdením vyvolaným miešadlom 27 a usmerneným usmerňovacími stenami 28 vedú v časti anoxického priestoru 17 na vytvorenie anaeróbnych podmienok, ktoré zvyšujú biologické odstraňovanie fosforu a opísané umiestnenie prepojenia 18 zabezpečuje, že privedená odpadová voda prejde celým anoxickým priestorom 17 pred tým, než pretečie do oxického priestoru 16.

Pri prerušení prevádzky zariadenia, napríklad pri výpadku prívodu energie alebo pri odstavení, je prerušená fluidizácia vločkového mraku, takže dôjde k jeho sedimentácii a

- 15usadený aktivovaný kal sa nahromadí v oblasti vstupu 5 do separátora J. Ak trvá prerušenie dlhšiu dobu, dôjde ku zgelovateniu usadeného aktivovaného kalu, Čím sa môže vytvoriť v oblasti vstupu 5 zátka znemožňujúca funkciu zariadenia pri opätovnom začatí prevádzky. Preto sa pri opätovnom začatí prevádzky privedie do protikužeľa 22 tlaková voda a stlačený vzduch. Obidve média tryskajú von otvormi 23 v hornej časti protikužela 22 a vytvoria tak intenzívnu turbulenciu, ktorá rozbije vrstvy usadeného kalu a vyčistia tak oblasť vstupu 5 do separátora 1. Okrem tejto funkcie má protikužeľ 22 ešte ďalšiu funkciu spočívajúcu v usmernení prúdenia pod vstupom 5 do separátora i, aby sa zabránilo tvorbe usadenín suspenzie na dne nádrže 15 pod stredom vstupu 5.

Príklad 2

Druhé príkladné uskutočnenie zariadenia podľa vynálezu je znázornené na obr. 4 a obr. 5. Separátor i je podobne ako v príklade 1 v podstate vymedzený nahor sa rozširujúci kužeľovitou stenou 2. Do spodnej časti separátora i je vložená kužeľovitá vnútorná stena 29, ktorá je svojim spodným okrajom spojená so spodným okrajom vonkajšej steny 2 (obr. 4). Vnútorná stena 29 vymedzuje tiež priestor rozširujúci sa smerom nahor a dosahuje do úrovne jednej poloviny až jednej tretiny výšky separačného priestoru J. Separačný priestor je teda vymedzený v spodnej časti separátora I vnútornou stenou 29 a v hornej časti separačného priestoru vonkajšou stenou 2. Separačný priestor je teda časť vnútorného priestoru separátora 1, je možné to vyjadriť aj tak, že vnútorný priestor separátora I obsahuje separačný priestor. Vonkajšia stena 2 má nad úrovňou horného okraja 30 vnútornej steny 29 kužeľový tvar, zatiaľ čo pod úrovňou horného okraju 30 má tvar eliptického vrchlíka a jej sklon sa v tejto časti znižuje z 52° - 60° až na 30° - 40°.

Oblasť medzi vonkajšou stenou 2 a vnútornou stenou 29 vytvára zahusťovací priestor 31 suspenzie, ktorý je vo svojej spodnej časti vybavený odťahom zahustenej suspenzie vo forme do kruhu stočeného zberného potrubia 32. Toto zberné potrubie 32 má s výhodou kruhový prierez a súčasne vytvára nosnú konštrukciu, na ktorú je z vonkajšej strany uchytený spodný okraj vonkajšej steny 2 a z vnútornej strany spodný okraj vnútornej steny 29. Spodný okraj vnútornej steny 29 pritom vytvára vstupný otvor, ktorý predstavuje vstup 5 do separačného priestoru separátora L Neznázornené otvory v zbernom potrubí 32 na odťah zahustenej suspenzie sú urobené pri spodnom okraji vonkajšej steny 2. Zberné potrubie 32 je potom napojené potrubím JT na recirkulačné čerpadlo 12, podobne ako podľa príkladu 1.

- 16Je možné zhrnúť, že separačný priestor je vo svojej spodnej časti vymedzený aspoň jednou aspoň sčasti šikmou vnútornou stenou 29, pričom priestor medzi spodnou časťou vonkajšej steny 2 a vnútornou stenou 29 vytvára zahusťovací priestor 31. Medzera, prípadne plocha medzery, medzi horným okrajom tejto vnútornej steny 29 a vonkajšou stenou 2, ktorá je podľa príkladu uskutočnenia v tvare medzikružia, predstavuje odberné miesto zahustenej suspenzie, kde sa odoberá zahustená suspenzia zo separačného priestoru. Táto medzera tvorí tiež vstup do zahusťovacieho priestoru 31, ktorý je vo svojej spodnej časti vybavený prostriedkom na odťah zahustenej suspenzie.

V hornej časti vonkajšej steny 2 je obdobne ako v príklade 1 vložený prostriedok na odber kvapaliny bez suspenzie vo forme vloženého kruhovo stočeného zberného potrubia 4 trojuholníkového prierezu, v ktorom sú urobené otvory 6 na šikmej vnútornej strane na odvod kvapaliny bez suspenzie. Zberné potrubie 4 je zaústené do odtoku 8, na ktorom je nainštalovaný prepad 9 na udržanie konštantnej hladiny 10 vody v separátore i.

Reaktor na biologické aktivačné čistenie odpadovej vody, do ktorého je opísané zariadenie podľa príkladu 2 vložené, je rovnaký ako podľa príkladu 1. Zariadenie podľa príkladu 2 pracuje rovnakým spôsobom ako zariadenie podľa príkladu 1, iba stým rozdielom, že hustotné prúdy so zahustenou suspenziou, ktoré pod hladinou 14 vločkového mraku tečú pozdĺž vnútornej strany šikmej vonkajšej steny 2 smerom nadol, pretekajú v úrovni horného okraja 30 vnútornej steny 29 medzikružím medzi týmto horným okrajom 30 a vonkajšou stenou 2 do zahusťovacieho priestoru 5. V ňom dochádza k ďalšiemu zahusteniu suspenzie pred jej odsatím recirkulačným čerpadlom 12 prostredníctvom otvorov v zbernom potrubí 32. K tomuto zahusťovaniu dochádza preto, že v zahusťovacom priestore 31 je potlačený zrieďovací vplyv protiprúdu kvapaliny vstupujúcej do separačného priestoru, takže pri toku hustotných prúdov po vnútornej strane vonkajšej steny 2 nadol prevláda zahusťovací efekt. Kvapalina, prípadne zriedená suspenzia, ktorá je pri zahusťovaní vytlačená z hustotného prúdu, odteká pozdĺž vonkajšej strany šikmej vnútornej steny 29 nahor a vracia sa do vločkového mraku. Tomu napomáha prúdenie kvapaliny so suspenziou v separačnom priestore, ktoré sa nad horným okrajom 30 šikmej vnútornej steny 29 spája s prúdením vytlačenej kvapaliny. V dôsledku väčšieho zahustenia suspenzie odobratej recirkulačným čerpadlom 12 a teda väčšou koncentráciou Cs zahustenej suspenzie, je pri rovnakých hodnotách Qo a Qs koncentrácia C suspenzie vo vode pritekajúcej do separačného priestoru vstupom 5 vyššia než v príklade 1. Pretože v dôsledku odsávania zahustenej suspenzie zberným potrubím 32 pri dne zahusťovacieho

- 17priestoru 31 je celkové prúdenie v zahusťovacom priestore 31 vzostupné a napomáha tak vzostupnému pohybu suspenzie, môže byť sklon vonkajšej steny 2 v tejto oblasti menší než sklon v hornej časti separátora L Experimentálne skúsenosti so zosúvaním flokulujúcej suspenzie po šikmých stenách v prítomnosti vzostupného prúdenia ukázali, že pri sklone stien 30° - 40° nedochádza k vytváraniu nánosov vločiek suspenzie na týchto stenách, a preto bol tento sklon uplatnený pre spodnú časť vonkajšej steny 2 v spodnej časti zahusťovacieho priestoru 3L

Príklad 3

Tretí príklad zariadenia podľa vynálezu je znázornený na obr.6 a obr.7.

Toto uskutočnenie má pozdĺžny separátor 1 v tvare nahor sa rozširujúceho prizmatu vytvoreného šikmými vonkajšími stenami 33 a 34, z ktorých každá má v strednej výške, podobne ako podľa príkladu 1, vložené zberné potrubie 35 a 36 na odber zahustenej suspenzie, ktoré je napojené na recirkulačné čerpadlo 12. Vnútorný priestor separátora I predstavuje separačný priestor. Zberné potrubie 35 a 36 tvorí súčasť šikmých vonkajších stien 33 a 34, ktorých časti sú na toto potrubie uchytené. V mieste zberných potrubí 35 a 36 je horná časť vonkajších stien 33 a 34 posunutá vzhľadom k ich dolnej časti, takže sa separátor I a tým aj separačný priestor smerom nahor v tomto mieste skokovo rozširuje. Zberné potrubie 35 a 36 na odber zahustenej suspenzie je opatrené otvormi 37, ktoré sú urobené na strane tohto zberného potrubia 35 a 36 privrátené k hornej časti posunutej šikmej vonkajšej steny 33 a 34.

Spodné okraje šikmých vonkajších stien 33 a 34 vytvárajú vstup 38 do separátora i vo forme pozdĺžnej obdĺžnikovej štrbiny. V úrovni vstupu 38 sú šikmé vonkajšie steny 33 a 34 opatrené preplachovacím potrubím 39 a 40, v ktorom sú urobené otvory 4J. aspoň v dvoch radách na prívod vody a vzduchu.

V hornej časti separátora i je usporiadané zberné potrubie 42 a 43 na odbery kvapaliny bez suspenzie, ktoré je obdobne ako predchádzajúce uskutočnenie opatrené prepadmi 9. Všetky prepady 9 sú pritom nastavené do rovnakej úrovne tak, aby odtok kvapaliny prebiehal rovnomerne. V zbernom potrubí 42 a 43 sú na jeho hornej Časti urobené otvory 48 na vstup vyčistenej vody (obr. 7). Na hornom okraji šikmých vonkajších stien 33 a 34 je prívodné potrubie 44 a 45 tvoriace prívod stlačeného vzduchu.

Aspoň niektoré funkčné potrubie, prípadne všetky funkčné potrubia vo vonkajších stenách 33 a 34, t.j. zberné potrubie 35 a 36 tvoriace odber zahustenej suspenzie, zberné

- 18poírubie 42 a 43 na odbery kvapaliny bez suspenzie, prívodné potrubie 44 a 45 tvoriace prívod stlačeného vzduchu a preplachovacie potrubie 39 a 40, tvorí súčasť nosnej konštrukcie šikmých vonkajších stien 33 a 34. Na túto nosnú konštrukciu sú pripevnené stenové prvky vytvárajúce plochu šikmých vonkajších stien 33 a 34. Opísané príkladné zariadenie na separáciu flokulujúcej suspenzie tvorí súčasť reaktora na biologické aktivačné čistenie odpadovej vody, ktorý sa príkladne tvorí nádržou 15 rozdelenou na oxický priestor 16 a anoxický priestor 17, ktoré sú spolu prepojené prepojením 18. Do oxiekého priestoru 16 je vložený opísaný separátor I, ktorého vstup 38 tak komunikuje s oxickým priestorom 16, zatiaľ čo výstup 20 recirkulačného čerpadla 12 je vyvedený do anoxického priestoru 17.

Separátor i je uzavretý zvislými čelami, ktoré sa tvoria časťou deliacej steny 19 rozdeľujúcou nádrž 15 na oxický priestor 16 a anoxický priestor 17 a časti prednej steny nádrže 15, ktorá nie je na obr. 6 a 7 patmá.

Na spodný okraj jednej šikmej vonkajšej steny 34 nadväzuje uzavieracia stena 46, ktorá siaha až ku dnu nádrže 15, k deliacej stene 19 a k prednej stene nádrže 15. Tým je uzavretá časť oxiekého priestoru 16 medzi pravou šikmou vonkajšou stenou 34 a stenami nádrže L5 s tým, že s inými priestormi komunikuje táto časť iba prepojením 18 v deliacej stene 19 a priechodmi 47 (obr. 7), ktoré sú urobené v podstate pri dna nádrže 15 v uzavieracej stene 46 v jej časti najvzdialenejšej od anoxického priestoru 17. Možno tiež uviesť, že deliaca stena 19 spolu s pravou šikmou vonkajšou stenou 34 rozdeľujú oxický priestor 16 na dve časti vzájomne prepojené priechody 47. Prvá časť oxiekého priestoru 16 je spojená prepojením 18 s anoxickým priestorom 17 a druhá časť oxiekého priestoru J6 je spojená so separátorom 1 vstupom 38. Je tiež možné, aby bola uzavieracia stena 46 napojená na ľavú šikmú vonkajšiu stenu 33, vtákom prípade by však muselo byť prepojenie 18 urobené na ľavej strane, pretože obidva tieto prvky musia byť v rovnakej časti oxiekého priestoru 16.

Oxický priestor 16 je ďalej vybavený aeračnými prvkami 24 napojenými na prívodné potrubie 25 stlačeného vzduchu. Usporiadanie a vybavenie anoxického priestoru 17 je rovnaké ako v predchádzajúcich príkladoch.

Opísané tretie príkladné zariadenie pracuje obdobne ako vyššie opísané prvé príkladné zariadenie s tým rozdielom, že uzavieracia stena 46 zabraňuje skratom v prúdení v oxickom priestore 16, takže aktivačná zmes po prítoku prepojením 18 musí najprv pretiecť prvou časťou oxiekého priestoru 16 a až po prietoku priechodmi 47 môže z druhej

- 19časti oxického priestoru 16 tiecť vstupom 38 do separačného priestoru. Ďalší rozdiel spočíva vtom, že čistenie oblasti vstupu 38 do separátora 1 po prerušení prevádzky zariadenia sa vykonáva zavedením stlačeného vzduchu a tlakovej vody do preplachovacieho potrubia 39 a 40, kde pri súčasnom zavedení obidvoch médií vzduch prúdi otvormi 41 urobenými vo vrchnej časti preplachovacieho potrubia 39 a 40 a voda tryská otvormi 44 urobenými v spodnej časti preplachovacieho potrubia 39 a 40.

Príklad 4

Štvrtý príklad uskutočnenia zariadenia je znázornený na obr. 8 a obr. 9.

Separátor I podľa tohto príkladu je v podstate vymedzený nahor sa rozširujúcimi šikmými vonkajšími stenami 50 a 51. Do spodnej časti separátora 1 sú vložené šikmé vnútorné steny 52 a 53, ktoré sú svojim spodným okrajom spojené so spodným okrajom vonkajších stien 50 a 51 (obr. 8), čo analogicky odpovedá uskutočneniu podľa príkladu 2. Vnútorné steny 52 a 53 vymedzujú tiež priestor rozširujúci sa smerom nahor a dosahujú do úrovne jednej poloviny až jednej tretiny výšky separátora L Separačný priestor, v ktorom prebieha vlastná separácia, je teda vymedzený v spodnej časti separátora I vnútornými stenami 52 a 53 a v hornej časti separátora I vonkajšími stenami 50 a 51. Vonkajšie steny 50 a 51 majú nad úrovňou horných okrajov 54 a 55 vnútorných stien 52 a 53 sklon v rozsahu 52° - 60°. Pod úrovňou horných okrajov 54 a 55 vnútorných stien 52 a 53 a približne v úrovni odberu zahustenej suspenzie sa vonkajšie steny 50 a 51 lomia na sklon v rozmedzí 30° - 40°.

Oblasť medzi vonkajšou stenou 50 alebo 51 a vnútornou stenou 52 alebo 53 vytvára zahusťovací priestor 56 suspenzie, ktorý je vo svojej spodnej časti vybavený odťahom zahustenej suspenzie vo forme zberného potrubia 57 a 58. Vstup do zahusťovacieho priestoru 56 je v úrovni horných okrajov 54 a 55 vnútorných stien 52 a 53. má tvar dvoch obdĺžnikov a predstavuje odberné miesto zahustenej suspenzie zo separačného priestoru.

Zberné potrubie 57 a 58 súčasne tvorí nosnú konštrukciu, na ktorú je z vonkajšej strany uchytený spodný okraj vonkajších stien 50 a 51 a z vnútornej strany spodný okraj vnútorných stien 52 a 53. Spodný okraj vnútorných stien 52 a 53 spolu s deliacou stenou 19 a prednou stenou nádrže 15 pritom vytvára obdĺžnikový vstupný otvor, ktorý predstavuje vstup 59 do separátora I, a tým do separačného priestoru. Otvory 60 v zbernom potrubí 57 a 58 na odťah zahustenej suspenzie sú urobené pri spodnom okraji

-20vonkajších stien 50 a 51· Zberné potrubie 57 a 58 je potom napojené potrubím H. na recirkulačné čerpadlo 12 podobne ako podľa príkladu 2.

Podobne ako v príklade 3 nadväzuje na spodný okraj jednej šikmej vonkajšej steny 51 uzavieracia stena 46, ktorá siaha až ku dnu nádrže 15, k deliacej stene 19 a k prednej stene nádrže 15 a má rovnaký účel ako v príklade 3. Tiež sú rovnako tak urobené priechody 47. Pre priehľadnosť sú priechody 47 aj uzavieracia stena 46 znázornené iba na obr. 9, nie na obr. 8.

V hornej časti separačného priestoru sú usporiadané zberné potrubia 61 a 62 predstavujúce odvod kvapaliny bez suspenzie. V ich hornej časti sú urobené otvory 48 na vstup vyčistenej kvapaliny. Svojou zvislou časťou (obr. 9) sú zberné potrubia 61 a 62 spojené s odvodným potrubím 67 (obr. 8 a 9) vyčistenej kvapaliny, ktoré je usporiadané v mieste, kde sa Šikmé vonkajšie steny 50 a 51 lomia a súčasne tvoria súčasť nosnej konštrukcie vonkajších stien 50 a 51. Odvodné potrubie 67 vyčistenej kvapaliny je usporiadané v úrovni odberu zahustenej suspenzie zo separačného priestoru, čo v podstate odpovedá úrovni horných okrajov 54 a 55 vnútorných stien 52 a 53.

Zberné potrubie 61 a 62 je opatrené prepadmi 63. Všetky prepady 63 sú pritom nastavené do rovnakej úrovne tak, aby odtok kvapaliny prebiehal rovnomerne. Na hornom okraji šikmých vonkajších stien 50 a 51 je usporiadané prívodné potrubie 64 a 65 tvoriace prívod stlačeného vzduchu, ktoré tiež tvorí súčasť nosnej konštrukcie vonkajších stien 50 a 51. Pri dne 21 nádrže 15 je usporiadané čistiace potrubie 66 (obr. 8), ktoré nie je znázornené na obr. 9, aby sa zachovala jeho prehľadnosť.

Príkladný reaktor na biologické aktivaČné čistenie odpadovej vody, do ktorého je opísané príkladné zariadenie na separáciu flokulujúcej suspenzie vložené, je vpodstate rovnaký ako podľa príkladu 3.

Uskutočnenie podľa príkladu 4 pracuje obdobne ; ko vyššie opísané uskutočnenie podľa príkladu 2 s tým rozdielom, že na čistenie oblasti vstupu 59 do separátora 1 sa používa namiesto protikužela 22 čistiace potrubie 66, ktoré po privedení vody a vzduchu funguje ako preplač ho vacie potrubie. Ďalší rozdiel spočíva v tom, že uzavieracia stena 46 s priechodmi 47 usmerňuje prúdenie v oxickom priestore 16 rovnako ako v predchádzajúcom reaktore podľa príkladu 3.

Pri všetkých príkladoch uskutočnenia sú uplatnené okrem opísaných funkčných častí väčšinou neznázornené podperné stĺpy, nosné prvky, prípadne ďalšie bežné

-21 konštrukčné prvky. Pri všetkých uskutočneniach platí, že separačný priestor sa v separátore i smerom nahor v podstate rozširuje tak nad úrovňou odberu zahustenej suspenzie, ako aj pod ňou.

Spôsob a zariadenie na vykonávanie spôsobu podľa vynálezu nie sú obmedzené iba na opísané príklady ale zahŕňajú aj všetky modifikácie, ktorých uskutočnenie je evidentné odborníkovi v obore na základe tu opísaných základných uskutočnení vynálezu. Napríklad je možné, že nahor sa rozširujúci separátor I obsahuje aj valcovú alebo podobnú časť, t.j. že sa nerozširuje plynulo. Rovnako tak môžu byť urobené aj vnútorné steny 29, 52, 53. Je tiež možné, že funkčné potrubie, najmä zberné potrubia 3, 4, 32, 35, 36, 57, 58 sú usporiadané pri stenách separátora i iba svojou prevažnou časťou, zatiaľ čo ich zvyšné časti sú usporiadané vnútri separátora 1. Je však dôležité aby aspoň prevažná časť zberných potrubí 3, 35, 36 zahustenej suspenzie bola usporiadaná pri vonkajších stenách alebo vonkajších stenách separačného priestoru, prípadne v jeho okrajových oblastiach.

Okrem toho je zberné potrubie 3, 35, 36, zahustenej suspenzie usporiadané svojou funkčnou časťou v 1/4 až 3/4 výšky medzi vstupom 5, 38, 59 do separačného priestoru a úrovňou odberu vyčistenej kvapaliny. Funkčnou časťou sa rozumie tá časť zberného potrubia 3, 35, 36, do ktorej otvorov 7, 37 priamo vstupuje zahustená suspenzia.

Zberné potrubie 32, 57, 58 v zahusťovacom priestore 31, 56 predstavuje odťah zahustenej suspenzie. Je usporiadané s výhodou približne v úrovni vstupu 5, 38, 59 do separačného priestoru, môže však byť uložené aj pod ním alebo nad ním.

Priemyslová využiteľnosť

Spôsob a zariadenie podľa vynálezu sú určené predovšetkým na separáciu flokulujúcej suspenzie pri čistení odpadových vôd, a to tak komunálnych, z mestských aglomeráciou, ako aj pre menšie jednotky, ako sú hotely alebo jednotlivé domy. Sú tiež vhodné na čistenie odpadových vôd z priemyslových závodov a nadol, aj na čistenie odpadových vôd z poľnohospodárskych závodov, napríklad na čistenie hnojovice domácich zvierat.

Claims (21)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Spôsob separácie suspenzie, najmä pri čistení odpadovej vody, kde sa flokulujúca suspenzia oddeľuje od kvapaliny filtráciou vo fluidizovanej vrstve vločkového mraku, v ktorom sa vločky tvoria zo separovanej suspenzie a fluidizácia sa udržiava vzostupným prúdením kvapaliny, pričom kvapalina so suspenziou vstupuje do fluidizovanej vrstvy zospodu a kvapalina zbavená suspenzie sa odoberá nad hladinou vločkového mraku predstavovanou rozhraním medzi fluidizovanou vrstvou a kvapalinou bez suspenzie, vyznačujúci sa tým, že zahustená separovaná suspenzia vo forme vločiek z vločkového mraku sa odoberá z oblasti fluidizovanej vrstvy, pričom rýchlosť vzostupného prúdenia vo fluidizovanej vrstve sa smerom nahor v podstate znižuje.
2. 2. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že zahustená separovaná suspenzia vo forme vločiek z vločkového mraku sa odoberá z okrajovej oblasti fluidizovanej vrstvy.

   Spôsob podľa nároku 1 alebo 2, vyznačujúci sa tým, že rýchlosť prúdenia smerom nahor sa vo fluidizovanej vrstve znižuje tak nad úrovňou odoberania zahustenej suspenzie, ako aj pod ňou.
3. 4. Spôsob podľa nároku 3, vyznačujúci sa tým, že vrstva vločkového mraku nad úrovňou odoberania zahustenej suspenzie funguje ako čiastočne vznášaný vločkový mrak, v ktorom sa vytvárajú zhluky zahustenej suspenzie, ktoré sa následne odoberajú.
4. 5. Spôsob podľa nároku 4, vyznačujúci sa tým, že vrstva vločkového mraku pod úrovňou odoberania zahustenej suspenzie funguje ako plne vznášaný vločkový mrak, v ktorom sa rozdeľuje prúdenie kvapaliny do čiastočne vznášaného vločkového mraku.
5. 6. Spôsob podľa nároku 1 alebo 2, vyznačujúci sa tým, že separovaná zahustená suspenzia odobratá z fluidizovanej vrstvy sa nútene pohybuje smerom nadol a pritom sa ďalej zahusťuje.

   -237. Spôsob podľa nároku 4, vyznačujúci sa tým, že pri koncentrácii pritekajúcej suspenzie väčšej než 1 kg sušiny na krychlový meter je rýchlosť prúdenia vody smerom nahor bezprostredne nad hladinou vločkového mraku v rozmedzí 1,6 až 2,2 metrov za hodinu.
6. 8. Spôsob podľa nároku 5, vyznačujúci sa tým, že rýchlosť prúdenia vody na vstupe do vločkového mraku je v rozmedzí 2 až 6 centimetrov za sekundu.
7. 9. Spôsob podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že objemové množstvo odoberanej zahustenej suspenzie je v rozmedzí l,5násobku až 3násobku objemového množstva vody bez suspenzie odoberanej nad hladinou vločkového mraku.
8. 10. Zariadenie na vykonávanie spôsobu podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 9, obsahujúce smerom nahor sa v podstate rozširujúci separátor opatrený vo svojej spodnej časti vstupom kvapaliny so suspenziou a vo svojej vrchnej časti prostriedkom na odber kvapaliny bez suspenzie, vyznačujúce sa tým, že separátor (1), ktorého vnútorný priestor obsahuje separačný priestor, je opatrený aspoň jedným miestom na odber zahustenej suspenzie zo separačného priestoru, ktoré je umiestnené nad vstupom (5, 38, 59) do separátora (1), prevažne pri jeho vonkajšej stene (2) alebo vonkajších stenách (33, 34, 50, 51) a pod hladinou vločkového mraku (14).
9. 11 .Zariadenie podľa nároku 10, vyznačujúce sa tým, že miesto na odber zahustenej suspenzie zo separačného priestoru je umiestnené vseparátore (1) výškovo v strednej časti separačného priestoru aspoň pri jednej z jeho vonkajších stien (2, 33, 34, 50, 51).
10. 12. Zariadenie podľa nároku 10 alebo 11, vyznačujúce sa tým, že separačný priestor sa v separátore (1) smerom nahor v podstate rozširuje tak nad úrovňou odberu zahustenej suspenzie, ako aj pod ňou..
11. 13. Zariadenie podľa nároku 12, vyznačujúce sa tým, že vseparátore (1) je separačný priestor v svojej spodnej časti vymedzený aspoň jednou aspoň sčasti šikmou vnútornou stenou (29, 52, 53), pričom priestor medzi spodnou časťou vonkajšej steny (2, 50, 51) a vnútornou stenou (29, 52, 53) vytvára zahusťovací priestor (31, 56) a medzera medzi

    -24homým okrajom (30, 54, 55) tejto vnútornej steny (29, 52, 53) a vonkajšou stenou (2, 51, 52) predstavuje miesto odberu zahustenej suspenzie zo separačného priestoru.
12. 14. Zariadenie podľa nároku 13, vyznačujúce sa tým, že medzera medzi horným okrajom (30, 54, 55) vnútornej steny (29, 52, 53) a vonkajšou stenou (2, 51, 52) tvorí tiež vstup do zahusťovacieho priestoru (31, 56), ktorý je vo svojej spodnej časti vybavený prostriedkom na odťah zahustenej suspenzie.
13. 15. Zariadenie podľa nároku 14, vyznačujúce sa tým, že prostriedok na odťah zahustenej suspenzie sa vytvorí vodorovne uloženým zberným potrubím (32, 57, 58) usporiadaným pri šikmej vonkajšej stene (2, 51, 52) separátora (1).
14. 16. Zariadenie podľa nároku 15, vyznačujúce sa tým, že šikmá vonkajšia stena (50, 51) separátora (1) sa v oblasti miesta odberu zahustenej suspenzie lomí a sklon jej hornej časti nad touto úrovňou je väčší než jej dolná časť pod ňou.
15. 17. Zariadenie podľa ktoréhokoľvek z nárokov 10 až 12, vyznačujúce sa tým, že v mieste zberných potrubí (35 a 36) sa separátor (1), a tým aj separačný priestor, smerom nahor skokovo rozširuje, pričom na strane zberných potrubí (35 a 36) privrátenej k hornej časti posunutej šikmej vonkajšej steny (33 a 34) sú urobené otvor}⁷ (37).
16. 18. Zariadenie podľa nároku 10, vyznačujúce sa tým, že plocha vstupu (5, 38, 59) do separačného priestoru je väčšia než 3 % a menšia než 6 % plochy separačného priestoru v úrovni odberu kvapaliny bez suspenzie.
17. 19. Zariadenie podľa nároku 10, vyznačujúce sa tým, že plocha separačného priestoru bezprostredne pod úrovňou odberu zahustenej suspenzie je väčšia než 20 % a bezprostredne nad úrovňou odberu zahustenej suspenzie je menšia než 70 % plochy separačného priestoru v úrovni odberu kvapaliny bez suspenzie.
18. 20. Zariadenie podľa nároku 10, vyznačujúce sa tým, že tak úroveň vstupu (5, 38, 59) do separačného priestoru, ako aj úroveň odberu kvapaliny bez suspenzie, sú od úrovne odberu zahustenej suspenzie vo vertikálnej vzdialenosti väčšie než 1 meter.

    -2521. Zariadenie podľa nároku 10, vyznačujúce sa tým, že výška úrovne odberu zahustenej suspenzie nad úrovňou vstupu (5, 38, 59) do separačného priestoru je v rozmedzí 1/4 a 3/4 výšky úrovne odberu kvapaliny bez suspenzie nad úrovňou vstupu (5, 38, 59) do separačného priestoru.
19. 22. Zariadenie podľa niektorého z nárokov 10 až 21, vyznačujúce sa tým, že aspoň jedno funkčné potrubie zo skupiny tvorenej zberným potrubím (3, 35, 36) na odber zahustenej suspenzie, zberným potrubím (32, 57, 58) na odťah zahustenej suspenzie, zberným potrubím (4, 42, 43, 61, 62) na odber kvapaliny bez suspenzie, potrubím (11, 67) tvoriacim odtok, prívodným potrubím (25, 44, 45, 64, 65) stlačeného vzduchu a preplachovacím potrubím (39, 40) tvorí súčasne súčasť nosnej konštrukcie vonkajších stien (2, 33, 34, 50, 51) separátora (1).
20. 23. Zariadenie podľa nároku 11 alebo 16, vyznačujúce sa tým, že sklon šikmej vonkajšej steny (2, 33, 34, 50, 51) v jej hornej časti je v rozmedzí 52° a 60°.
21. 24. Zariadenie podľa nároku 13 alebo 16, vyznačujúce sa tým, že sklon šikmej vnútornej steny (29, 52, 53) je v rozmedzí 52° a 60° a sklon šikmej vonkajšej steny (2, 50, 51) v jej dolnej časti je v rozmedzí 30° a 40°.