SK50102012U1 - House waste water treatment plant - Google Patents

Description

Domová čistiareň odpadových vôd

Oblasť techniky

Technické riešenie sa týka malých domových čistiarní, kde sa pôsobí na odpadové vody aktivovaným kalom vo vznose v režime dis-kontinuálneho prietoku odpadových vôd.

Doterajší stav techniky

Na čistenie odpadových vôd z malých zdrojov znečistenia, čo sú rodinné domy, skupiny domov, penzióny, reštaurácie a podobne sa používajú rozmanité vzpy čistiarní. Najrozšírenejšie sú systémy, kde sa odpadové vody čistia aktivovaným kalom, čo je zmes mikroorganizmov, ktoré ku svojmu životu potrebujú organické znečistenie z odpadových vôd a zároveň kyslík, ktorý sa do vody dodáva prevzdušňovačmi zariadením. Na čistenie slúži aktivačná nádrž, do ktorej sa odpadové vody privádzajú obvykle po odstránení hrubých nečistôt. V nej sa odpadové vody zdržia po technologicky nutnú dobu a premiešavajú sa s aktivovaným kalom za súčasného prevzdušňovania. Hmotnosť aktivovaného kalu je väčšia než hmotnosť vody, a preto po ukončení miešania obsahu aktivačnej nádrže dochádza k oddeleniu vyčistenej vody od kalu a usadení kalu pri dne nádrže.

V praxi sa používajú dva základné typy čistiarní podľa spôsobu oddelenia kalu od vyčistenej vody. S kontinuálne pretekanou aktivačnou nádržou a s aktivačnou nádržou s dis-kontinuálnym prietokom. Pri spôsobe kontinuálneho prietoku aktivačnej nádrže je za aktivačnou nádržou umiestnená samostatná neprevzdušňovaná dosadzovacia nádrž, do ktorej sa bez prerušenia privádza ž aktivačnej nádrže zmes vyčistenej vody s kalom. Kal sa usadzuje pri dne usadzovacej nádrže a vyčistená voda už bez kalu odteká do odtoku z čistiarne.

Čistiarne s dis-kontinuálnym prietokom aktivačnej nádrže neobsahujú usadzovaciu nádrž. Proces biologického čistenia prebieha po dobu plnenia aktivačnej nádrže z hladiny minimálnej na hladinu maximálnu, prípadne i po naplnení aktivačnej nádrže. Potom dochádza k fáze sedimentácie, kedy sa nádrž neprevzdušňuje ani nepremiešava a následne k. fáze odčerpania vyčistenej vody do odtoku Sú známe systémy s vyrovnávacou nádržou na prítoku, kde sa odpadové vody akumulujú po dobu sedimentácie kalu pri dne aktivačnej nádrže a po dobu odčerpávania vyčistenej vody, kedy nie je vhodné do aktivačnej nádrže privádzať odpadové vody. Ďalej sú známe technické riešenia bez vyrovnávacej nádrže, v ktorých prítok odpadových vôd je vedený ku dnu

-2aktivačnej nádrže i po dobu sedimentácie, prípadne i v priebehu odčerpávania vyčistenej vody, pričom odčerpávanie vyčistenej vody je riešené tak, aby nedochádzalo k premiešavaniu surovej vody s už vyčistenou vodou. Sú známe aj technické riešenia, kedy sú odpadové vody z vyrovnávací nádrže prečerpávané ku dnu do aktivaónej nádrže po fáze sedimentácie a vytláčajú tak od dna povrchovú vrstvu vyčistenej vody do odtokového žľabu.

Na odčerpávanie vrstvy vyčistenej vody do odtoku existujú rozličné technické riešenia, pričom platí, že čím je čistiareň menšia, tým ťažšie je skonštruovať jednoduché, lacné a spoľahlivé odťahové zariadenie. Požaduje sa rýchle odčerpanie vrstvy vyčistenej vody bez zvírenia usadeného kalu. Väčšinou platí, že vrstva kalu po usadení dosahuje hĺbku od 30% do 60% náplne aktivačnej nádrže. Výhodné je odčerpávať vyčistenú vodu z podpovrchovej vrstvy, takže plávajúce nečistoty zostávajú na hladine. Používajú sa napríklad ponorné elektrické čerpadlá umiestnené na plaváku, kde plavák s čerpadlom klesá a stúpa s hladinou vody v aktivačnej nádrži alebo flexibilné hadice ukončené plavákom. Inokedy sú čerpadlá alebo vtoky čerpadiel osadené pevne v konštantnej výške nad vrstvou usadeného kalu. Obecne platí, že odťahové zariadenia, kde sa vtok vyčistenej vody pohybuje s hladinou, majú výhodu vo výraznom skrátení doby sedimentácie a zároveň poskytujú väčšiu bezpečnosť pred nasatím usadeného kalu do odtoku. Ich nevýhodou je obvykle nízka spoľahlivosť prevádzky, pretože v odpadových vodách sa vyskytuje odpad, ktorý prenikne aj do aktivačnej nádrže, ale biologicky sa nerozkladá, hromadí sa a pri prevzdušňovaní zanáša súčasti technológie použitej v aktivačnej nádrži. Zariadenia s pevným vtokom sú omnoho spoľahlivejšie, ale vyžadujú podstatne dlhšie doby sedimentácie a ak sa aktivačná nádrž pravidelne neodkaluje, hladina kalu po sedimentácii dosiahne až ku vtoku čerpadiel, a potom sa odčerpáva s vyčistenou vodou aj kal.

Ďalšou veľkou nevýhodou známych riešení pri malých čistiarňach odpadových vôd je ťažká regulácia výkonu podľa skutočného množstva odpadových vôd, pretože aktuálne zaťaženie čistiarne zodpovedá iba zriedka projektovanej kapacite čistiarne a to či už ide o množstvo odpadových vôd alebo o koncentráciu organického znečistenia. Regulácia používaná pri veľkých čistiarňach odpadových vôd nie je pri malých čistiarňach realizovateľná najmä z ekonomických dôvodov. Používajú sa len ručne nastavované časovače, ktorými sa reguluje funkčný čas dúchadla napríklad na základe počtu osôb, využívajúcich daný objekt. Tým v praxi dochádza jednak k plytvaniu elektrickej energie, a jednak pri nedostatočnom organickom zaťažení čistiarne a prebytku

-3dodávaného kyslíka hrozí aj zrútenie biologickej funkcie čistiarne, najmä pri dlhšom období malého alebo nulového zaťaženia čistiarne.

Podstata technického riešenia

Vyššie uvedené nedostatky odstraňuje domová čistiareň odpadových vôd, tvorená prítokovou komorou, spojenou s aktivačnou nádržou, v ktorej je umiestnené cirkulačné čerpadlo na prečerpávanie odpadových vôd do prítokovej komory, čerpadlo prebytočného kalu ústiace do kalojemu a zariadenie na odčerpávanie vyčistenej vody do odtoku. Podľa technického riešenia je prívod odpadových vôd z prítokovej komory do aktivačnej nádrže vedený do spodnej časti, s výhodou ku dnu aktivačnej nádrže. Transportné zariadenie na odčerpávanie vyčistenej vody z aktivačnej nádrže do odtoku je pripojené k separátnej nádrži čerpadla vyčistenej vody, ktoré je spojené výtlakom so zásobníkom vyčistenej vody. V zásobníku vyčistenej vody je uložené plniace čerpadlo, ktorého výtlak je spojený s nádržou čerpadla vyčistenej vody.

Prívod odpadových vôd do aktivačnej nádrže je tvorený otvorom v spoločnej stene prítokovej komory a aktivačnej nádrže. Otvor v stene je vytvorený pod hladinou odpadových vôd v prítokovej komore alebo na úrovni hladiny odpadových vôd v prítokovej komore a potom tvorí prepad do aktivačnej nádrže. Otvor v stene ústí do rúrky, umiestnenej v aktivačnej nádrži. Vyústenie rúrky je potom pri dne aktivačnej nádrže. Otvor v spoločnej stene môže byť rovnako vytvorený pri dne oboch nádrží.

Takto konštruované domové čistiarne sú konštrukčne jednoduché a bezpečné pri úspornej prevádzke s minimálnymi požiadavkami na obsluhu, kde spotreba elektrickej energie zodpovedá skutočnému zaťaženiu čistiarne. Ich ďalšou prednosťou je rýchlosť odčerpávania vyčistenej vody pri zachovaní požadovanej kvality vyčistenej vody.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Na priložených výkresoch sú uvedené jednotlivé fázy činnosti a varianty uskutočnenia domovej čistiarne podľa úžitkového vzoru. Na obr. 1 znázornená fáza plnenia reaktora čistiarne, na obr. 2 fáza sedimentácie s oddeleným kalojemom a na obr. 3 fáza odčerpávania vyčistenej vody z domovej čistiarne. Na obr. 1,4 a 5 sú znázornené rôzne varianty prepojenia prítokovej komory a aktivačnej nádrže.

-4Príklady uskutočnenia technického riešenia

Odpadové vody natekajú prítokom 1 do prítokovej komory 2, kde sa zachytia hrubé nečistoty, a ďalej ku dnu 6 aktivačnej nádrže 4. Súčasne prebieha prevzdušňovanie aktivačnej nádrže 4 prvým prevzdušňovacím zariadením 24, pripojeným k dúchadlu 25 cez rozdeľovač 27 prvým prívodom 32 vzduchu. Hladina vody v prítokovej komore 2 a aktivačnej nádrži 4 postupne stúpa z minimálnej hladiny 21 na maximálnu hladinu 23. Na počiatku, prípadne po celú dobu plnenia aktivačnej nádrže 4, sa prevzdušňuje prvým prívodom 32 vzduchu taktiež transportné zariadenie 12, aby do neho nevnikli nečistoty v priebehu prevzdušňovania aktivačnej nádrže 4.

Výška hladiny vody v oboch nádržiach 2, 4 je snímaná napríklad tlakovým senzorom 26, ktorý je umiestnený obvykle v aktivačnej nádrži 4 v rúrke 5, ale rovnako tak môže byť umiestnený v prítokovej komore 2, pokiaľ otvor 3 leží pod minimálnou hladinou 21. Súčasne je v činnosti cirkulačné čerpadlo 18 s výtlakom 17, vedeným do prítokovej komory 2. Miešaním odpadových vôd s aktivovaným kalom v aktivačnej nádrži 4 za prítomnosti rozpusteného O2 dochádza k biologickému čisteniu odpadových vôd. V priebehu prevzdušňovania aktivačnej nádrže 4 sa časť aktivačnej zmesi prečerpáva z aktivačnej nádrže 4 do prítokovej komory 2, kde sa premiešava so surovou vodou a dochádza tak k čiastočnej denitrifikácii a potom sa vracia späť do aktivačnej nádrže 4. Do aktivačnej nádrže 4 sa táto zmes vracia otvorom 3 v spoločnej stene 9 prítokovej komory 2 a aktivačnej nádrže 4, vytvoreným pod hladinou, ako je znázornené na obr. 1, 2 a 3, alebo v úrovni hladiny odpadových vôd podľa obr. 5. Na obr. 4 je vytvorený otvor 3 pri dne 6 aktivačnej nádrže 4. Na obr. 1,2, 3 a 5 otvor 3 ústi do rúrky 5, umiestnenej v aktivačnej nádrži 4 a vyúsťuje pri dne aktivačnej nádrže 4, aby nedochádzalo ku zmiešavaniu surovej a vyčistenej vody v dobe sedimentácie a v dobe odčerpávania vyčistenej vody z aktivačnej nádrže 4. Na zabezpečenie bezchybnej činnosti čistiarne je nutné, aby vyústenie vtoku odpadových vôd do aktivačnej nádrže 4 sa nachádzalo vždy pod úrovňou 29 hladiny kalu po jeho usadení pri dne 6 aktivačnej nádrže 4. Na obr. 5 je znázornený variant, kedy prítok 1 odpadových vôd je vedený do prítokovej komory 2, ktorá má súčasne funkciu nádrže primárnej sedimentácie a obvykle i kalojemu. V tomto prípade je prepojenie prítokovej komory 2 a aktivačnej nádrže 4 na úrovni, alebo t/ blízkosti, maximálnej hladiny 23.

-5Po dosiahnutí maximálnej hladiny 23 vody v aktivačnej nádrži 4 dôjde okamžite alebo po nastavenej prestávke k ukončeniu jej prevzdušňovania a prevzdušňovanie sa presmeruje do prítokovej komory 2, v ktorej sa zaháji intenzívne premiešavame druhým prevzdušňovacím zariadením 30, pripojeným k rozdeľovaču 27 druhým prívodom 33 vzduchu. Tým taktiež dochádza k rozrušeniu hrubých organických nečistôt. Výkon kompresora 25 i e tak efektívne využitý aj v dobe, kedy sa neprevzdušňuje aktivačná nádrž 4. V aktivačnej nádrži 4 v tej dobe prebieha fáza sedimentácie kalu pri dne 6. Maximálna hladina 23 vody je stabilizovaná alebo naďalej stúpa v dôsledku ďalšieho prítoku odpadových vôd do prítokovej komory 2. Aktivovaný kal sa postupne usadzuje pri dne 6 do úrovne 29 hladiny kalu.

Po časť alebo po celú dobu sedimentácie prebieha plnenie nádrže 10 čerpadla 11 vyčistenej vody plniacim čerpadlom 14 jeho výtlakom 20 zo zásobníka 13 čistej vody. Tým sa dosiahne zvýšenie hladiny vyčistenej vody v nádrži 10 nad úroveň maximálnej hladiny 23 v aktivačnej nádrži 4, čo je nutné pre následnú fázu čerpania vyčistených vôd z aktivačnej nádrže 4 čerpadlom 11 vyčistenej vody a čistiareň je tak pripravená na odťah vyčistenej vody. Pokiaľ je čistiareň vybavená samostatným kalojemom 8, je v tejto fáze v činnosti aj čerpadlo 31 prebytočného kalu s výtlakom 7. Čerpadlo 31 prebytočného kalu má nátok umiestnený nad dnom 6 aktivačnej nádrže 14 vo výške 15 - 50% hĺbky 22 aktivačnej nádrže 4 pri maximálnej hladine 23 vody.

Po ukončení sedimentácie nastáva fáza odčerpávania vyčistenej vody. Pri stálom prevzdušňovaní prítokovej komory 2 sa uvedie do činnosti čerpadlo 11 vyčistenej vody, ktoré odčerpáva vyčistenú vodu z podpovrchovej vrstvy z aktivačnej nádrže 4 transportným zariadením 12 do nádrže 10 a následne z nej výtlakom 19 do zásobníka 13 vyčistenej vody. Po naplnení tohto zásobníka do úrovne druhého prepadu 15, odteká vyčistená voda do odtoku 16 z čistiarne a alebo do neznázomenej nádrže terciálneho dočistenia, ktoré je obvykle tvorené pieskovou alebo membránovou filtráciou. Pretože hydraulický výkon plniaceho čerpadla 14 je podstatne menší ako hydraulický výkon čerpadla 11 vyčistenej vody, môžu obe čerpadlá pracovať súčasne. V prípade potreby je v činnosti aj naďalej čerpadlo 31 prebytočného kalu. Z hľadiska hydraulického zaťaženia čistiarne je však výhodnejšie, pokiaľ pri fáze odčerpávania vyčistenej vody sú plniace čerpadlo 14 a čerpadlo 31 prebytočného kalu už vypnuté. Pretože výkon čerpadla 11 vyčistenej vody umožňuje rýchlejšie odčerpávanie vyčistenej vody, než ako je prípadný nový prítok odpadových vôd do čistiarne, dochádza v aktivačnej nádrži 4_ k poklesu vody z maximálnej hladiny 23 na minimálnu

-6hladínu 21. Pri dosiahnutí minimálnej hladiny 21 sa vypne čerpadlo 11 vyčistenej vody a riadiaca jednotka 28 presmeruje prevzdušňovanie z prítokovej komory 2 späť do aktivačnej nádrže 4 a zaháji sa opäť fáza plnenia aktivačnej nádrže 4.

Pri domových čistiarňach odpadových vôd sa premiestňujú malé množstvá vody, a preto je možné s výhodou využiť vzduchové čerpadlá, napojené na centrálny rozvod vzduchu z dúchadla 25, ako je znázornené na obr.

5. Vzduchové čerpadlá sú ovládané neznázomenými elektrickými ventilmi z riadiacej jednotky 28. Na obr. 1 až 4 sú použité elektrické čerpadlá.

Claims (10)

Nároky na ochranu

1. Domová čistiareň odpadových vôd, tvorená prítokovou komorou, spojenou s aktivačnou nádržou, v ktorej je umiestnené cirkulačné čerpadlo na prečerpávanie odpadových vôd do prítokovej komory, čerpadlo prebytočného kalu ústiace do kalojemu, zariadením na meranie hladiny vody a zariadenie na odčerpávanie vyčistenej vody do odtoku, vyznačujúca sa tým, že prívod odpadových vôd z prítokovej komory (2) do aktivačnej nádrže (4) je vedený do spodnej časti aktivačnej nádrže (4), pričom transportné zariadenie (12) na odčerpávanie vyčistenej vody z aktivačnej nádrže (4) do odtoku (16) je pripojené k samostatnej nádrži (10) čerpadla (11) vyčistenej vody, ktoré je spojené svojim výtlakom (19) so zásobníkom (13) vyčistenej vody, v ktorom je uložené plniace čerpadlo (14), ktorého výtlak (20) je spojený s nádržou (10) čerpadla (11) vyčistenej vody.

2. Domová čistiareň odpadových vôd podľa nároku 1, vyznačujúca sa tým, že prívod odpadových vôd do aktivačnej nádrže (4) je tvorený otvorom (3) v spoločnej stene (9) prítokovej komory (2) a aktivačnej nádrže (4), vytvoreným pod hladinou odpadových vôd v prítokovej komore (2).

3. Domová čistiareň odpadových vôd podľa nároku 1 a 2, vyznačujúca sa tým, že otvor (3) ústi do rúrky (5), umiestnenej v aktivačnej nádrži (4), pričom vyústenie rúrky (5) je situované v spodnej časti aktivačnej nádrže (4).

4. Domová čistiareň odpadových vôd podľa nároku 1 a 2, vyznačujúca sa tým, že otvor (3) je vytvorený v spodnej časti aktivačnej nádrže (4).

5. Domová čistiareň odpadových vôd podľa nároku 1 a 3, vyznačujúca sa tým, že otvor (3) v spoločnej stene (9) prítokovej komory (2) a aktivačnej nádrže (4) je vytvorený v úrovni maximálnej hladiny (23) a vyššie.

6. Domová čistiareň odpadových vôd podľa nároku 1 až 5, vyznačujúca sa tým, že čerpadlo (31) prebytočného kalu má nátok umiestnený nad dnom (6) aktivačnej nádrže (4) vo výške 15 - 50% hĺbky (22) aktivačnej nádrže (4) pri maximálnej hladine (23).

-8τ.

Domová čistiareň odpadových vôd podľa nároku 1 až 6, vyznačujúca sa tým, že v prítokovej komore (2) je umiestnené druhé prevzdušňovacie zariadenie (30), ktoré je druhým prívodom (33) vzduchu pripojené k dúchadlu (25) cez rozdeľovač (27), pričom v aktivačnej nádrži (4) je umiestnené prvé prevzdušňovacie zariadenie (24), ktoré je prvým prívodom (32) vzduchu pripojené k dúchadlu (25) cez rozdeľovač (27), zatiaľ čo prívod (32) vzduchu je vedený do transportného zariadenia (12).

8. Domová čistiareň odpadových vôd podľa nároku 7, vyznačujúca sa tým, že dúchadlo (25) je pripojené k riadiacej jednotke (28), rovnako ako merač (26) hladiny vody.

9. Domová čistiareň odpadových vôd podľa nároku 1 až 8, vyznačujúca sa tým, že čerpadlo (11) vyčistenej vody, plniace čerpadlo (14), cirkulačné čerpadlo (18) a čerpadlo (31) prebytočného kalu sú elektrické čerpadlá.

10. Domová čistiareň odpadových vôd podľa nároku 1 až 8, vyznačujúca sa tým, že čerpadlo (11) vyčistenej vody, plniace čerpadlo (14), cirkulačné čerpadlo (18) a čerpadlo (31) prebytočného kalu sú vzduchové čerpadlá.