SK7883Y1 - Spôsob a zariadenie na čistenie odpadových vôd aktivačným procesom so zvýšeným odstraňovaním dusíka a fosforu - Google Patents

Abstract

Spôsob čistenia odpadových vôd so zvýšeným odstraňovaním dusíka a fosforu aktivačným procesom zahŕňa procesy prebiehajúce v anaeróbnej zóne, anoxickej zóne, oxickej zóne a dosadzovacej zóne biologického reaktora s riadením prevzdušňovania, recirkulácie a miešania aktivačnej zmesi prerušovaným chodom, počas ktorého sa striedajú krátkodobé periódy prevzdušňovania a krátkodobé periódy recirkulácie a jedna krátkodobá perióda prevzdušňovania a jedna krátkodobá perióda recirkulácie tvoria jeden cyklus. Zariadenie na čistenie odpadových vôd s aktivačným procesom so zvýšeným odstraňovaním dusíka a fosforu obsahuje riadiacu jednotku vybavenú aspoň jedným denným časovým režimom s pevnou dĺžkou krátkodobých periód prevzdušňovania a krátkodobých periód recirkulácie, prípadne krátkodobých periód pokoja v rámci jedného cyklu alebo vybavenú aspoň jedným algoritmom na premenu dĺžok krátkodobých periód prevzdušňovania, krátkodobých periód recirkulácie, prípadne krátkodobých periód pokoja v závislosti od meraných veličín pomocou on-line meracích zariadení v rámci jedného cyklu.

Description

Technické riešenie sa týka spôsobu a zariadenia na čistenie odpadových vôd aktivačným procesom so zvýšeným odstraňovaním dusíka a fosforu, predovšetkým pre individuálne a decentralizované systémy čistenia odpadových vôd.

Doterajší stav techniky

Individuálne alebo decentralizované čistenie odpadových vôd je spôsob zneškodňovania splaškových a komunálnych odpadových vôd z jednotlivých rodinných domov alebo skupín rodinných domov, hotelov, reštaurácií, malých závodov, priemyselných parkov a iných malých zdrojov v mieste ich vzniku, ktorý je uplatňovaný najmä vtedy, ak z technických alebo ekonomických príčin nie je možné sa napojiť na verejnú kanalizáciu s centrálnou čistiarňou odpadových vôd.

Cieľom individuálnych alebo decentralizovaných systémov čistenia odpadových vôd je z hygienického a ekologického hľadiska vyhovujúce vypúšťanie vyčistených vôd do povrchových vôd alebo vsakovanie do pôdy, resp. recyklácia a spätné využitie vyčistených vôd pri ich vyhovujúcej kvalite v mieste vzniku odpadových vôd. Domové a malé čistiarne odpadových vôd, ktoré slúžia na individuálne alebo decentralizované čistenie odpadových vôd sú zamerané najmä na čistenie organického znečistenia a prípadne na oxidovanie amoniakálneho dusíka (nitrifikáciu). V čoraz väčšej miere vystupuje do popredia potreba odstrániť dusík a fosfor z vypúšťaných odpadových vôd, aj z individuálnych a malých zdrojov, lebo tieto majú eutrofizačný efekt na povrchové vody (rozvoj tzv. vodného kvetu) najmä v citlivých oblastiach. V mnohých krajinách platia sprísnené limity na vypúšťanie odpadových vôd s obsahom dusíka (N<10 mg/1) a fosforu (P<l,0 mg/1) do povrchových a podzemných vôd, a to plošne alebo len v citlivých oblastiach. Denné, týždenné alebo sezónne kolísanie organického znečistenia na prítoku do individuálnych a malých decentralizovaných systémov čistenia odpadových vôd má výrazný vplyv na účinnosť odstraňovania dusíka a fosforu, lebo fosfor akumulujúce aj denitrifikačné mikroorganizmy potrebujú pre svoju funkciu dostatok ľahko rozložiteľného organického substrátu.

Proces biologického odbúravania dusíka a fosforu aktivačným procesom patrí medzi najrozšírenejšie metódy na zníženie dusíka a fosforu v procese čistenia splaškových a komunálnych odpadových vôd. Najmä pri odstraňovaní dusíka sa treba prevažne orientovať na odstránenie biologickým spôsobom, lebo iné, chemické a fyzikálno-chemické spôsoby, sa ukázali ako značne neekonomické. Chemické odstránenie fosforu je rozšírené, ale je snaha o zníženie spotreby chemikálií, a preto je preferované aspoň čiastočné biologické odstraňovanie fosforu. Pre biologické odstraňovanie dusíka a fosforu je nevyhnutné vytvoriť striedavé anaeróbne, anoxické a oxické podmienky pre aktivovaný kal v biologickom reaktore. Anaeróbne, anoxické a oxické podmienky sú často charakterizované oxidačno-redukčným potenciálom (ORP), pričom pre anaeróbne prostredie je typická hodnota -250 až -400 mV, pre anoxické prostredie -50 mV až +50 mV a pre oxické prostredie +100 až +250 mV. Obvykle ide o jednokalové systémy, kde aktivovaný kal obsahuje tak heterotrofnú (denitrifikačnú a oxidačnú) ako aj autotrofnú (nitrifikačnú) populáciu mikroorganizmov. Časť aktivovaného kalu sa vracia do procesu ako recirkulovaný kal, resp. ostáva v reakčnom objeme a časť sa odoberá ako prebytočný kal so zvýšeným obsahom fosforu, na ďalšie spracovanie, uskladňovanie alebo zneškodnenie. Recirkulácia a odťah kalu alebo vyčistenej vody sa môže uskutočniť pomocou mechanických čerpadiel alebo pneumaticky pomocou mamutkových čerpadiel. Prvý spôsob je typický skôr pre komunálne čistiarne odpadových vôd s väčšou kapacitou, čerpanie pomocou mamutkových čerpadiel je typické pre individuálne a malé čistiarne odpadových vôd. Na prevzdušňovanie oxickej zóny sú najčastejšie používané jemnobublinné aeračné elementy, ktoré sú ekonomicky efektívnym spôsobom prevzdušňovania. Miešanie anaeróbnych a anoxických zón môže prebiehať pomocou mechanických miešadiel (najmä pri veľkokapacitných centrálnych čistiarňach) alebo občasným premiešavaním tlakovým vzduchom resp. hydraulickým premiešavaním pomocou recirkulácie aktivačnej zmesi (najmä pri individuálnych a malých čistiarňach).

V priebehu posledných desaťročí boli vyvinuté rôzne modifikácie aktivačného procesu so zvýšeným biologickým odstraňovaním dusíka a fosforu, ktoré dosahujú požadované sprísnené limity na dusík a fosfor. Na individuálne a decentralizované čistenie odpadových vôd z malých zdrojov sú kladené špecifické požiadavky pri zachovaní vysokej účinnosti odstraňovania dusíka a fosforu:

- zachovať vysokú účinnosť odstraňovania dusíka a fosforu aj pri veľmi kolísavej produkcii odpadových vôd počas dňa a počas roka z malých zdrojov znečistenia,

- flexibilita prispôsobenia recirkulácie a prevzdušňovania zmenám v množstve, kvalite odpadových vôd a iných faktorov, ktoré vplývajú na účinnosť procesu čistenia, možnosť diaľkovej kontroly a riadenia,

- nízka náročnosť obsluhy,

- nízka energetická náročnosť.

SK 7883 Υ1

Všetky uvedené očakávania sú spojené so spôsobom riadenia procesov prevzdušňovania a recirkulácie aktivačnej zmesi, lebo tieto procesy ovplyvňujú najviac výslednú účinnosť odstraňovania dusíka a fosforu, ale aj energetickú náročnosť. Dôležité je tiež, aby spôsob riadenia prevzdušňovania a recirkulácie vyžadoval čo najmenšie nároky na skúsenosti a odborné znalosti prevádzky a obsluhy najmä pri najmenších decentralizovaných systémoch - domových a malých čistiarňach odpadových vôd.

Konfiguráciu biologických reaktorov, v ktorých sa odohráva aktivačný proces, je môžené rozdeliť na:

- reaktory alebo zóny kompletne premiešavané,

- reaktory alebo zóny s postupným (piestovým) tokom,

- reaktory alebo zóny kaskádové, ktoré sa skladajú z viacerých, sériovo zapojených menších, kompletne premiešavaných reaktorov (selektorov), pričom každá z reaktorových konfigurácií môže pozitívne alebo záporne ovplyvňovať procesy biologického odbúrania dusíka a fosforu.

Z hľadiska spôsobu prevádzky a vytvorenia striedavých anaeróbnych, anoxických a oxických podmienok pre aktivovaný kal je možné rozdeliť existujúce modifikované aktivačné systémy na

- systémy s kontinuálnym prítokom a odtokom odpadových vôd s priestorovo oddelenými anaeróbnymi, anoxickými a oxickými zónami a priestorovo oddeleným dosadzovacím priestorom na separáciu aktivovaného kalu od vyčistenej vody v rámci biologického reaktora a s recirkuláciou aktivačnej zmesi medzi jednotlivými zónami a priestormi,

- systémy s diskontinuálnym prítokom a odtokom s časovým oddelením anaeróbnych, anoxických, oxických a separačných fáz v biologickom reaktore bez priestorovo oddelenej dosadzovacej zóny (systémy „SBR“ - Sequencing Batch Reactor), ktoré nepotrebujú recirkuláciu aktivačnej zmesi,

- zmiešané, kombinované a hybridné systémy, ktoré využívajú niektoré prvky prechádzajúcich dvoch systémoch v rôznej kombinácii na eliminovanie nevýhod čisto kontinuálnych alebo čisto diskontinuálnych systémov.

Všeobecným znakom kontinuálnych systémov je kontinuálny prítok a odtok do biologického reaktora/reaktorov, približne konštantná hladina vody vo všetkých zónach procesu a priestorovo vymedzená dosadzovacia nádrž alebo zóna na separáciu aktivovaného kalu od vyčistenej vody. Na biologické odstraňovanie dusíka sú do procesu čistenia aktivovaným kalom zaradené okrem oxickej zóny aj priestorovo ohraničené anoxické zóny, ktoré sú obvykle predradené anoxické zóny (napr. Ludzack-Ettingerov proces) s jedným interným anoxickým recyklom z oxickej zóny do anoxickej zóny alebo z dosadzovacej zóny do anoxickej zóny (tzv. „recyklus NOx“). V prípade potreby biologického odbúravania fosforu sa pridáva ešte anaeróbna zóna (napr. „UCT proces“) s interným recyklom aktivačnej zmesi z anoxickej do anaeróbnej zóny (interný recyklus aktivačnej zmesi, tzv. „interný recyklus MLSS“ - Mixed Liquor Suspended Solids). Usadený aktivovaný kal z dosadzovacej zóny je vrátený do čistiaceho procesu recirkuláciou vratného kalu („recyklus vratného kalu“).

Recirkulácia má veľký vplyv na účinnosť odstraňovania dusíka, lebo čím väčší je recirkulačný pomer medzi „recyklom NOx“ a priemerným denným prietokom odpadových vôd Q_d, tým väčšia je účinnosť odstraňovania dusíka. Ale s príliš vysokou hodnotou „recyklu NOx“ je spojená nielen zvýšená spotreba energie na čerpanie, ale aj vyrovnávanie koncentračného gradientu, ktorý je potrebný na potláčanie vláknitých organizmov, ďalej vnášanie dusičnanov a rozpusteného kyslíka do anaeróbnej a anoxickej zóny, čím sa znižuje účinnosť odbúravania dusíka a fosforu. Ako ekonomický limit „recyklu NOx“ sa uvádza hodnota rovnajúca sa 4x Qp, t. j. pomer 4 : 1. Typický „recyklus NOx“ je 2 : 1 až 4 : 1 a „interný recyklus MLSS“ 1 : 1 až 3 : 1. Pre individuálne a malé čistiarne odpadových vôd, kde reálne priteká celé denné množstvo odpadových vôd za 10 až 12 hodín, je užitočnejšie počítať recirkulačný pomer pomocou maximálneho hodinového prietoku Qmax.h- Ďalšou základnou charakteristikou je hydraulický čas zdržania v jednotlivých zónach aktivačného procesu, ktorý dáva do súvisu objem jednotlivých vymedzených zón k priemernému dennému prietoku Q_d, berúc do úvahy aj kinetiku biologických procesov. Typické časy zdržania v UCT procese sú v anaeróbnej zóne 1 až 2 hodiny, v anoxickej zóne 2 až 4 h, v oxickej zóne 4 až 12 h, t. j. približný volumetrický pomer medzi anaeróbnou zónou, anoxickou zónu a oxickou zónou je 1 : 2 : 4 až 1 : 2 :6. Typické volumetrické pomery jednotlivých zón pre ostatné kontinuálne modifikované aktivačné systémy sú v rozmedzí 1 : 2 : 4 až 1 : 2:8.

Na účinnosť a stabilitu odstraňovania dusíka a fosforu z odpadových vôd má veľký vplyv obsah ľahko odbúrateľných organických látok v odpadových vodách, ktorých hlavnou zložkou sú nižšie mastné kyseliny

- „VFA“ (Volatile Fatty Acids), ktoré vznikajú najmä fermentáciou organických zložiek surových odpadových vôd pomocou fermentačných mikroorganizmov. Nižšie mastné kysliny predstavujú vhodný substrát aj pre denitrifikačné organizmy a zlepšujú účinnosť odstraňovania dusíka, v prípade ich nedostatku sa zníži účinnosť biologického odstraňovania fosforu. Podľa stavu techniky jednou z možností na zlepšenie účinnosti biologického odstraňovania fosforu je pridávať VFA vo forme externého substrátu do anaeróbnej zóny v biologickom reaktore alebo produkovať VFA in situ v bočnom technologickom prúde mimo hlavnej linky biologického čistenia, napr. v objekte kalového hospodárstva (v zahusťovacej nádrži primárneho kalu), a oboha3

SK 7883 Yl tiť tým prítok do biologického reaktora produkovaným VFA. V procese „Phostrip“ sú anaeróbne podmienky vytvorené dostatočne dlhým hydraulickým časom zdržania vratného kalu v gravitačnej zahusťovacej nádrži HRT = 8 až 12 h (HRT - Hydraulical Retention Time), počas ktorého je vratný aktivovaný kal fermentovaný, pričom sa produkujú VFA, ktoré využívajú fosfor akumulujúce organizmy „PAO“ (Phosphor Accumulating Organisms). Kal z dna gravitačnej zahusťovacej nádrže sa privádza na prítok do anoxickej a oxickej zóny, kde PAO akumulujú fosfor za anoxických a oxických podmienok. Vylúhovanie uvoľneného fosforu je podporené recirkuláciou kalu z dna na prítok gravitačnej zahusťovacej nádrže. Nevýhodou tohto procesu je, že pri dlhom čase zdržania kalu 4 až 6 dní, nastane tzv. sekundárne uvoľnenie fosforu, ktoré nie je spojené s akumuláciou intracelulárnych zásobných látok PHA (poly-|i-hydroxyalkanoate) potrebných pre fosfor akumulujúce organizmy PAO a tento uvoľnený fosfor je treba chemicky vyzrážať. Nevýhodou je tiež to, že proces Phostrip vyžaduje dodatočnú nádrž mimo biologického reaktora. Podľa súčasného stavu techniky, produkcia VFA in situ priamo v biologickom reaktore v anaeróbnej zóne je nežiaduca, lebo predĺženie hydraulického času zdržania HRT>3 h v anaeróbnej zóne na účely fermentácie organických látok a aktivovaného kalu vedie už k spomínanému sekundárnemu uvoľňovaniu fosforu. Čo sa týka času zdržania kalu, odporúča sa SRT okolo 1 dňa. Pri predĺžení hydraulického času zdržania v anaeróbnej fáze s neuvedením kalu do suspenzie a zmiešania s aktivačnou zmesou aspoň krátkodobo treba riešiť aj možný problém výskytu zápachov v prípade, keď rozklad organických látok a aktivovaného kalu prejde do hlbokej anaeróbnej fázy, ktoré sú charakterizované ORP -450 m V a menej, keď dochádza k tvorbe sírovodíka a ostatných zapáchajúcich plynov. Boli snahy o zavedenie produkcie VFA in situ v biologickom reaktore, ako napr. v W02005/028373A2, ale dosahovaná priemerná výstupná koncentrácia fosforu bola len 3 mg/1 P, čo je spôsobené pravdepodobne sekundárnym uvoľňovaním fosforu z dôvodu danej konfigurácie biologického reaktora a riadenia procesu, ktoré sa spolieha na difúzne procesy a na nasávací účinok vyššie položených čerpadiel pri uvedení cirkulácie medzi anaeróbnymi, anoxickými a oxickými zónami, pričom kalová oblasť nie je uvedená do suspenzie a nie je súčasťou aktivačného procesu. Podobný spôsob miešania je aj v riešení podľa US2010/0101995A1.

Zákonitosti kinetiky mikrobiologických procesov určujú rýchlosť denitrifikácie a ostatných procesov, ktoré sú spojené s utilizáciou substrátu. Je všeobecne známe, že rýchlosť utilizácie substrátu sa zvýši, ak sa zvýši koncentrácia substrátu v reaktore pri danej koncentrácii biomasy. Pod určitou kritickou koncentráciou substrátu hodnota rýchlosti utilizácie substrátu sa znižuje skoro lineárne. Podobná závislosť platí aj pre rýchlosť asimilácie ostatných substrátov, napr. elektrón akceptorového substrátu (kyslík, dusičnanový dusík), čo znamená, že okrem koncentrácie substrátu na asimiláciu - ľahko odbúrateľných organických látok, má vplyv na rýchlosť procesov asimilácie ľahko dostupného substrátu za neprítomnosti kyslíka a prítomnosti dusičnanového dusíka (denitrifikácia v anoxickej zóne), resp. asimilácie za prítomnosti kyslíka (nitrifikácia a oxidácia v oxickej zóne), aj koncentrácia elektrón akceptorového substrátu - dusičnanového dusíka v anoxickej zóne, resp. kyslíka v oxickej zóne. Preto sú snahy o udržanie systému vo vysokej pracovnej rýchlosti biochemických reakcií na zvýšenie efektivity odstraňovania dusíka automatickým riadením dĺžky periód ONOFF prevzdušňovania aktivačnej zmesi, napr. v CS9101653 A3, kde sa ale nerieši riadenie recirkulácie a miešania aktivačnej zmesi. Kontinuálnymi modifikovanými aktivačnými procesmi s biologickým odstraňovaním dusíka a fosforu je možné dosiahnuť koncentrácie celkového dusíka Ncelk>10 mg/1 a celkového fosforu Pcelk>l mg/1, ale vyžadujú riadenie procesov prevzdušňovania a recirkulácie aktivačnej zmesi na odstránenie dusíka a fosforu so zvýšenými nárokmi na automatizačnú techniku spolu s on-line meračmi a analyzátormi rôznych veličín, charakterizujúcich priebeh oxidačno-redukčných pomerov, koncentrácie kyslíka a foriem dusíka a fosforu, atď. spolu s potrebnými skúsenosťami a odbornými znalosťami prevádzky a obsluhy, ktoré je možné zabezpečiť ekonomicky len pre centralizované stredné a veľké komunálne čistiarne odpadových vôd.

Riadenie aktivačného procesu znamená predovšetkým riadenie vypnutia - zapnutia prevzdušňovania alebo riadenia intenzity prevzdušňovania a riadenie intenzity recirkulácie, skokovo alebo plynulé. Riadenie prevzdušňovania je založené na rôznych časových režimoch zapnutia alebo vypnutia dúchadla v rôznych časových intervaloch, prepínaním medzi nižšími alebo vyššími otáčkami prevzdušňovacích zariadení alebo plynulou zmenou intenzity prevzdušňovania pomocou frekvenčných meničov k dúchadlám alebo riadením polohovateľných ventilov na vetvách tlakového vzduchu. Pri dlhšie trvajúcom vypnutí dúchadiel je treba zabezpečiť udržanie aktivovaného kalu vo vznose zapnutím mechanických miešadiel, resp. občasným krátkodobým zapnutím dúchadla. Riadenie zapnutia - vypnutia dúchadiel alebo zníženia - zvýšenia počtu otáčok motorov dúchadiel je buď na základe jednoduchých pevných časových režimov podľa predpokladaného denného priebehu zaťaženia prítoku biologického reaktora (typicky pri individuálnych a malých systémoch), ktoré sú zabudované do časovača, alebo na základe merania veličín charakterizujúcich koncentráciu rozpusteného kyslíka, foriem dusíka a fosforu, oxidačno-redukčného potenciálu a pod. (typicky pri väčších centrálnych čistiarniach odpadových vôd) a vyhodnotenia meraných veličín on-line pomocou riadiacich algoritmov podľa rôznych riadiacich stratégií, ktoré sú založené na kinetike procesov oxidácie foriem dusíka, zmeny oxidačno-redukčných pomerov v aktivačnej zmesi a pod., kde dĺžka periód ON-OFF prevzdušňovania je závislá od meranej veličiny a cieľových hodnôt meraných veličín. Na základe meraných signálov a ich vyhod4

SK 7883 Υ1 nocovania kontroluje riadiaca jednotka polohovateľné ventily na vzduchových rozvodoch k prevzdušňovačmi elementom alebo riadi frekvenčný menič otáčok motora dúchadla.

Intenzita recirkulácie sa môže regulovať skokovo zapnutím alebo vypnutím viacerých recirkulačných čerpadiel zapojených paralelne, skokovým zvýšením otáčok recirkulačných zariadení alebo plynulou reguláciou otáčok dúchadiel alebo recirkulačných zariadení na základe merania veličín charakterizujúcich prietok odpadových vôd a prietok recirkulovaných prúdov, merania koncentrácie nerozpustených látok v recirkulovaných prúdoch, koncentrácie organického znečistenia prítoku, merania oxidačno-redukčného potenciálu ORP, koncentrácie dusičnanov (napr. US6254778B1) a vyhodnotenia meraných veličín on-line pomocou riadiacich algoritmov podľa rôznych riadiacich stratégií.

Miešanie aktivačnej zmesi v anaeróbnej a anoxickej zóne je pri väčších centrálnych čistiarňach odpadových vôd kontinuálne, alebo prevažujú dlhé periódy kontinuálneho chodu, ktoré sú prerušené krátkodobými periódami státia, čo má prevažne ekonomické dôvody na šetrenie elektrickej energie. Pri domových a malých čistiarňach odpadových vôd je miešanie v anaeróbnej a anoxickej zóne zabezpečené pomocou hrubobublinného prevzdušňovania alebo krátkodobého jemnobublinného prevzdušňovania, resp. je miešanie zabezpečené hydraulicky pomocou recirkulácie aktivačnej zmesi. V týchto menších zariadeniach je miešanie v princípe prerušované, často prebieha paralelne s recirkuláciou aktivačnej zmesi.

V patente US2003/0183572 Al je opísaný spôsob a zariadenie na kontinuálne čistenie odpadových vôd aktivačným procesom s odstraňovaním dusíka a fosforu, ďalšie vylepšenia tohto procesu na vyrovnanie premenlivých prietokov pomocou regulátora prietoku a integrovanej retenčnej zóny boli zverejnené vo W02007022899A1, ktorých cieľom bolo využiť kontinuálny modifikovaný aktivačný proces v oblasti individuálnych a decentralizovaných riešení a znížiť nároky na skúsenosti a odborné znalosti prevádzky a obsluhy.

Spôsob čistenia odpadových vôd podľa US2003/0183572 Al a W02007022899A1 zahŕňa aktivačný priestor s neprevzdušňovanou anaeróbno-fermentačnou zónou, denitrifikačnou zónou a prevzdušovanou nitriťikačnou zónou a dosadzovacou zónou v jednom biologickom reaktore, kde anaeróbno-fermentačná zóna a denitrifikačná zóna aktivačného priestoru boli oddelené nornými a priepadovými stenami v smere postupného toku s vytvorením vertikálne pretekaného labyrintu, s recirkuláciou z denitrifikačnej zóny do anaeróbno-fermentačnej zóny a recirkulácie vratného kalu z dosadzovacej zóny do denitrifikačnej zóny. Recirkulácia aktivačnej zmesi v anaeróbno-fermentačnej a anoxickej zóne zabezpečuje aj miešanie aktivačnej zmesi. Čas zdržania a koncentrácia aktivovaného kalu v anaeróbno-fermentačnej zóne, denitrifikačnej zóne, nitriťikačnej zóne a dosadzovacej zóne sú riadené zmenou intenzity recirkulácie aktivačnej zmesi do anaeróbno-fermentačnej zóny a vratného kalu do denitrifikačnej zóny alebo striedaním kontinuálneho chodu a krátkodobého prerušovaného chodu recirkulácie v pevne určených časových intervaloch, ktoré korešpondujú s dennými výkyvmi zaťaženia prítoku do biologického reaktora. Dúchadlo dodáva tlakový vzduch jednak do prevzdušňovacích elementov, ktoré slúžia na miešanie a prevzdušňovanie nitriťikačnej (oxickej) zóny a aj na recirkuláciu aktivačnej zmesi pomocou mamutkových čerpadiel, ktoré sú poháňané tlakovým vzduchom z dúchadla. Chod dúchadla je riadený riadiacou jednotkou, ktorá obsahuje prednastavené intervaly prerušovaného a kontinuálneho chodu počas dňa, t. j. sa striedajú intervaly prerušovaného chodu a kontinuálneho chodu, pričom ich striedanie je prispôsobené dennému režimu produkcie odpadových vôd z individuálneho zdroja. Recirkulácia a prevzdušňovanie aktivačnej zmesi prebieha súbežne, pričom počas kontinuálneho chodu dúchadla dochádza k premiešavaniu anaeróbno-fermentačnej, anoxickej a oxickej zóny a vyrovnáva sa koncentrácia kalu v jednotlivých zónach.

Zariadenie na rozdelenie vzduchu podľa US2003/0183572 Al pozostáva z dúchadla a vzduchového rozvádzača s ručnými ventilmi, ktorými je potrebné nastaviť rozdelenie množstva vzduchu do jednotlivých prvkov - mamutkových čerpadiel a prevzdušňovacieho elementu cez rozvodné potrubia vzduchu na vyrovnanie vplyvu odlišných tlakových strát v jednotlivých prvkoch a nastavenie správnej intenzity recirkulácie a prevzdušňovania. Zariadenie na reguláciu vzduchu do jednotlivých prvkov cez ručné ventily vyžaduje odborné znalosti a skúsenosti pri nastavovaní rozdelenia vzduchu do jednotlivých prvkov. Správnosť nastavenia má výrazný vplyv na čistiacu účinnosť, funkčnosť čistiarne odpadových vôd. Pri neskúsenom alebo náhodnom prestavení ručných ventilov je možné znemožniť funkciu jednotlivých prvkov a tým znížiť účinnosť čistenia. Takisto veľkou nevýhodou je, že nie je možné diaľkovo prestaviť ručné ventily v prípade potreby, ale len ručne na mieste, resp. jedinou možnosťou je diaľkovo prestaviť režim chodu dúchadla. Dúchadlo musí mať dostatočný výkon na spĺňanie súbežnej dodávky vzduchu do mamutkových čerpadiel a pre potreby prevzdušňovania. Väčší výkon dúchadla znamená aj vyššie investičné náklady a väčšiu spotrebu elektrickej energie.

V tabuľke č. 1 sú uvedené výsledky dlhodobého testovania účinnosti domovej čistiarne odpadových vôd využívajúcej spôsob čistenia odpadových vôd podľa patentu US2003/0183572 Al. Z tejto tabuľky vyplýva, že zariadenie nedosahovalo požadovanú koncentráciu Ncelk pod 10 mg/1 a priemerná koncentrácia celkového fosforu Pcelk bola nad 3 mg/1 a účinnosť odstraňovania dusíka bola okolo 60 % a účinnosť odstraňovania

SK 7883 Υ1 fosforu len okolo 50 %. Energetická náročnosť bola 0,28 kWh/EO,d (EO-počet pripojených ekvivalentných obyvateľov).

Tabuľka č. 1

Parametre	BSK5	Ncelk+	Pcelk
	Koncentrácia Účinnosť	Koncentrácia	Účinnosť	Koncentrácia	Účinnosť
	mg/1	čistenia	mg/1	čistenia %	mg/1		čistenia
		%			7,0		%
Surová odpadová voda	250	-	39,2	-
Vyčistená	7,0	97,2	15,0	61,7	3,7		47,4

odpadová voda + pre teploty aktivačnej zmesi > 12 °C

Pri diskontinuálnych systémoch čistenia odpadových vôd (SBR proces a modifikované verzie SBR procesu ako CASS™, ICEAS™) prebiehajú jednotlivé procesy taktiež cyklicky, nakoľko anaeróbne, anoxické a oxické kultivačné podmienky pre aktivovaný kal sú dosahované cyklickým zapínaním a vypínaním dúchadiel a miešadiel, resp. je využívané hydraulické miešanie pomocou prítoku surových odpadových vôd (proces ICEAS™). Charakteristickou vlastnosťou týchto systémov je, že nepotrebujú recirkuláciu aktivovaného kalu (klasické SBR systémy), len odťah prebytočného kalu a vyčistenej vody, alebo potrebujú len nízky recirkulačný pomer (reaktor CAAS™ alebo reaktor podľa patentu W098/30504), pretože prevzdušňovanie a separácia aktivovaného kalu prebieha v rovnakom reaktorovom objeme. Pri systémoch SBR sa zníženie koncentrácie dusíka a fosforu dosahuje vložením fázy premiešavania za prítoku odpadových vôd bez prevzdušňovania a/alebo cyklickým prevzdušňovaním ON/OFF počas prevzdušňovacej fázy.

Typické fázy SBR procesu sú nasledovné:

- fáza 1 - „prítok“ - často pomocou mamutky, počas pokojovej fázy, trvá cca 90 minút,

- fáza la - „anaeróbna fáza“ - počas pokojovej fázy za prítoku surových odpadových vôd s obsahom ľahko rozložiteľných organických látok, môže byť spojená s občasným premiešavaním pomocou krátkodobého alebo hrubobublinného prevzdušňovania alebo mechanickým miešadlom,

- fáza 2 - „prevzdušňovanie“ - trvanie cyklu 180 minút, prevzdušňovanie môže byť prerušované, napr. 4 minúty ON a 6 minút OFF, dĺžka cyklov 10 minút,

- fáza 3 - „anoxická fáza“ - môže byť spojená s občasným premiešavaním pomocou krátkodobého alebo hrubobublinného prevzdušňovania alebo mechanickým miešadlom, trvá cca 60 minút,

- fáza 4 - „fáza usadzovania“ - trvá aspoň 90 minút,

- fáza 4a - „odťah vyčistenej vody“ - pomocou mamutkového čerpadla počas fázy usadzovania a

- fáza 4b - „odťah prebytočného kalu“ - pomocou mamutkového čerpadla sa odčerpá 30 až 40 cm z dna počas fázy usadzovania.

Typický počet cyklov je 6 cyklov za deň.

Podstata technického riešenia

Predkladaným technickým riešením podľa tohto úžitkového vzoru bola účinnosť odstránenia dusíka a fosforu v podmienkach výrazného kolísania hydraulického a látkového zaťaženia počas dňa, týždňa a sezóny výrazne zvýšená a energetická náročnosť a náročnosť obsluhy významne znížená vylepšením spôsobu čistenia odpadových vôd oproti spôsobu podľa US2003/0183572 Al s procesmi prebiehajúcimi v anaeróbnej zóne, anoxickej zóne, oxickej zóne a v dosadzovacej zóne, s riadením prevzdušňovania, recirkulácie a miešania aktivačnej zmesi prerušovaným chodom. Dlhodobým testovaním sa zistilo, že kľúčovým faktorom na zvýšenie biologického odbúravania dusíka a fosforu je prerušovaný chod prevzdušňovania, recirkulácie a miešania aktivačnej zmesi tak, aby sa striedali krátkodobé periódy prevzdušňovania a krátkodobé periódy recirkulácie a miešania. Po zistení tohto poznatku sa začalo pracovať na vyvíjaní nového spôsobu riadenia prevzdušňovania, recirkulácie a miešania aktivačnej zmesi a zaznamenala sa zvýšená účinnosť čistiaceho procesu v prípade, keď krátkodobé, pulzné periódy prevzdušňovania a krátkodobé periódy recirkulácie a miešania prebiehajú asynchrónne, pričom jedna perióda prevzdušňovania a jedna perióda recirkulácie a miešania tvoria jeden cyklus, ktorý sa opakuje viac ako 80 až 320-krát za deň, optimálne v rozsahu približne 160 až 310-krát za deň.

SK 7883 Υ1

Na základe skúseností z testovania prerušovaného prevzdušňovania, recirkulácie a miešania bola stanovená optimálna dĺžka periód prevzdušňovania a periódy recirkulácie a miešania podľa tohto riešenia, ktoré tvoria súčasť technického riešenia: trvanie periódy prevzdušňovania je v rozsahu 0,5 až 7 minút, optimálne v rozsahu približne 3 až 5 minút a trvanie periódy recirkulácie a miešania je v rozsahu 0,5 až 14 minút, optimálne v rozsahu približne 1 až 5 minút.

Trvanie periód môže byť prispôsobené typu a kapacite dúchadiel, recirkulačných a miešacích zariadení s tým, že pre voľbu dĺžky periód prevzdušňovania, recirkulácie a miešania je podstatné, aby počas krátkodobej periódy bez recirkulácie a miešania v anaeróbnej a anoxickej zóne alebo bez prevzdušňovania a miešania v oxickej zóne nedošlo k úplnému usadeniu vločiek kalu, aby aktivovaný kal ostal čiastočne vo vznose tak v oxickej zóne ako aj v anaeróbnej a anoxickej zóne, resp. aby počas periód recirkulácie a miešania v anaeróbnej a anoxickej zóne nebol podstatne porušený koncentračný gradient medzi koncentráciou aktivačnej zmesi pri dne a koncentráciou aktivačnej zmesi pri hladine, čo sa dá dosiahnuť striedaním krátkodobej periódy recirkulácie a miešania aktivačnej zmesi v anaeróbnej a anoxickej zóne a periódy prevzdušňovania a miešania aktivačnej zmesi v oxickej zóne, pričom počas periódy recirkulácie a miešania aktivačnej zmesi v anaeróbnej a anoxickej zóne neprebieha prevzdušňovanie a miešanie aktivačnej zmesi v oxickej zóne a počas periódy prevzdušňovania a miešania aktivačnej zmesi v oxickej zóne neprebieha recirkulácia a miešanie aktivačnej zmesi v anaeróbnej a anoxickej zóne.

Kinetika procesov denitriľikácie v anoxickej zóne pri prebytku ľahko rozložiteľného substrátu (VFA) je dostatočne rýchla vďaka zvýšenej metabolickej aktivite biomasy a rapídnym enzymatickým reakciám v pulzne dávkovanom podiele aktivačnej zmesi z oxickej do anoxickej zóny. Rýchly priebeh procesu denitriľikácie za niekoľko minút je podporený jednak prebytkom ľahko rozložiteľného substrátu VFA a jednak krátkodobým pulzným zvýšením koncentrácie elektrón akceptorového substrátu - dusičnanového dusíka z recyklu Nox. Tvorba rozložiteľného substrátu VFA v prebytku in situ v biologickom reaktore je podporená stratifikáciou kalového mraku, keď krátkodobé trvanie periódy recirkulácie a miešania neporuší podstatne väčšiu hustotu kalového mraku pri dne v anaeróbnej zóne s nízkou hodnotou oxidačno-redukčného potenciálu, kde sú týmto vytvorené optimálne podmienky na akumuláciu intracelulárnych zásobných látok do fosfor akumulujúcich baktérií, pričom tento proces prebieha tiež len za niekoľko minút. Amplitúda priebehu pulzného dávkovania recirkulačnej zmesi počas dňa je daná maximálnou využiteľnou kapacitou recirkulačných zariadení, pričom minimálna hodnota amplitúdy môže byť nula alebo určitá minimálna hodnota, napr. v rozmedzí 5 až 49 % hodnoty amplitúdy. Amplitúda krátkodobých periód prevzdušňovania je daná maximálne využiteľnou kapacitou dúchadla alebo dúchadiel, pričom znížená hodnota amplitúdy môže byť nula alebo určitá znížená hodnota, napr. 5 až 49 % hodnoty amplitúdy prevzdušňovania.

Pulzné dávkovanie recirkulačnej zmesi počas recirkulácie môže byť založené na vypnutí - zapnutí recirkulačného zariadenia alebo plynulou zmenou otáčok elektromotora recirkulačného zariadenia pomocou frekvenčného meniča, motorového soťt štartéra alebo zariadenia s podobným účelom. Krátkodobé zapnutie miešacieho zariadenia v anaeróbnej a anoxickej zóne počas periódy recirkulácie a miešania môže byť založené na vypnutí - zapnutí miešacieho zariadenia alebo plynulou zmenou otáčok elektromotora miešacieho zariadenia pomocou frekvenčného meniča, motorového soťt štartéra alebo zariadenia s podobným účelom. Krátkodobé zapínanie - vypínanie dúchadla sa môže uskutočniť priamym vypínaním - zapínaním dúchadla alebo plynulou zmenou otáčok elektromotora dúchadla pomocou frekvenčného meniča, motorového soťt štartéra alebo zariadenia s podobným účelom.

Výhodné je miešanie v anaeróbnej a anoxickej zóne pomocou recirkulácie aktivačnej zmesi a usporiadanie série norných a priepadových stien, ktoré tvoria vertikálne pretekaný labyrint v anaeróbnej a anoxickej zóne s postupným (piestovým) tokom, lebo vtedy dochádza k prirodzenému vytváraniu stratifikácie kalového mraku a koncentračného gradientu medzi koncentráciou aktivačnej zmesi pri dne a pri hladine biologického reaktora v anaeróbnej a anoxickej zóne a tiež napomáha pri účinnom vymývaní vytvorených ľahko rozložiteľných organických látok vo forme VFA z kalového mraku vertikálnym prúdením aktivačnej zmesi zo dna smerom k hladine cez stratifikovanú vrstvu kalového mraku.

Výhodné je, že prispôsobenie sa k zmenám zaťažovacích parametrov biologického reaktora zmenou množstva a kvality pritekajúcich odpadových vôd alebo zmenám iných parametrov (teplota aktivačnej zmesi, inhibičné účinky zložiek v pritekajúcej odpadovej vode a iné), ktoré ovplyvňujú účinnosť a efektivitu biologického čistiaceho procesu, možno dosiahnuť jednoduchým prepínaním medzi dennými režimami s vopred určeným trvaním periódy prevzdušňovania a periódy recirkulácie a miešania, prípadne periódy pokoja v rámci jedného cyklu, pričom takéto prepínanie medzi dennými režimami je možné uskutočniť manuálne na základe predpokladaného vyššieho alebo nižšieho zaťaženia (napr. pri dočasnom zvýšení produkcie odpadových vôd z dôvodu návštevy alebo zníženia produkcie odpadových vôd pri dovolenke v prípade domových čistiarní odpadových vôd) alebo automaticky na základe meraných veličín (ORP, koncentrácia kyslíka, koncentrácia foriem dusíka, koncentrácia fosforu) v prípade väčších centrálnych čistiarní odpadových vôd, pričom tieto zmeny je možné uskutočniť aj diaľkovým ovládaním. Jednotlivé časové režimy sa líšia súčtovou dĺžkou času recirkulácie a prevzdušňovania počas dňa, t. j. recirkulačným pomerom a dĺžkou oxickej fázy.

SK 7883 Yl

Výhodné riešenie je, že prispôsobenie sa k zmenám zaťažovacích parametrov biologického reaktora (zmenám množstva a kvality pritekajúcich odpadových vôd) alebo zmenám iných parametrov (teplota aktivačnej zmesi, inhibičné účinky zložiek v pritekajúcej odpadovej vode a iné), ktoré ovplyvňujú účinnosť a efektivitu biologického čistiaceho procesu, možno dosiahnuť premenlivou dĺžkou periódy prevzdušňovania a periódy recirkulácie a miešania, prípadne periódy pokoja v rámci jedného cyklu a pomocou zabudovaného algoritmu, ktorý je zostavený podľa zvolenej kontrolnej stratégie dosiahnutia cieľových koncentrácií dusíka a fosforu vo vyčistenej odpadovej vode na základe merania meraných veličín v aktivačnej zmesi (ORP, koncentrácia kyslíka, koncentrácia foriem dusíka, koncentrácia fosforu), pričom meranie a vyhodnotenie meraných veličín prebieha on-line a priamo ovplyvňuje skutočnú dĺžku periód recirkulácie a miešania a periód prevzdušňovania v rámci stanovených intervalov periód recirkulácie a miešania, a periód prevzdušňovania, prípadne periód pokoja, pričom zvolenú kontrolnú stratégiu možno zmeniť aj diaľkovým ovládaním.

Podstatné na uskutočnenie nového spôsobu riadenia prevzdušňovania, recirkulácie a miešania aktivačnej zmesi je konfigurácia biologického reaktora, ktorej časť s anaeróbnou a anoxickou zónou má prevažne vertikálny a piestový tok, aby bola stratifikácia kalového mraku čo najmenej rušená recirkuláciou aktivačnej zmesi a prítokom odpadových vôd, ďalej aby mohlo dôjsť k efektívnemu vymývaniu produkovaného ľahko dostupného substrátu vo forme nižších mastných kyselín a aby nedošlo k sekundárnemu uvoľňovaniu fosforu. Významným parametrom pre produkciu prebytku VFA in situ v biologickom reaktore v stratifikovanej vrstve kalu a na úplnú denitrifikáciu je dostatočný dlhý hydraulický čas zdržania v anaeróbnych a anoxických zónach, čo je vyjadrené podmienkou volumetrického pomeru medzi priestorovo oddelenými anaeróbnymi, anoxickými a oxickými zónami 1 : 1 : 1 až 1 : 2 : 4, optimálne v rozmedzí 1 : 1 : 1,5 až 1 : 1 : 2 a/alebo minimálnemu hydraulickému času zdržania v anaeróbnej zóne v rozsahu 7 až 15 hodín, optimálne v rozmedzí 9 až 13 hodín.

Podstatné je, že nedôjde k sekundárnemu uvoľňovaniu fosforu vplyvom rýchlo sa opakujúcich cyklických procesov recirkulácie a miešania, počas ktorých dôjde k resuspenzácii usadených vločiek aktivovaného kalu a mikroorganizmy sa stanú súčasťou recirkulovanej aktivačnej zmesi a sú krátko po sebe vystavené cyklicky anaeróbnym, anoxickým a oxickým podmienkam, s počtom cyklov v rozsahu 80 až 320, optimálne v rozsahu 160 až 310 cyklov za deň.

Podstatné je pre vytváranie stratifikovanej vrstvy kalu a produkciu prebytku VFA in situ v bioreaktore na rozdiel od riešenia v US2003/0183572 Al a stavu techniky, že podľa predloženého technického riešenia nie sú v dennom časovom režime alebo riadiacom algoritme dlhodobé fázy kontinuálneho chodu prevzdušňovania, recirkulácie a miešania aktivačnej zmesi a prevzdušňovanie, recirkulácia a miešanie prebieha asynchrónne, prípadne pred periódou recirkulácie a miešania je zaradená ešte perióda pokoja, keď neprebieha ani prevzdušňovanie, ani recirkulácia a miešanie. Novým riešením riadenia prevzdušňovania, recirkulácie a miešania aktivačnej zmesi sa zabráni súbehu recirkulácie a prevzdušňovania aktivačnej zmesi, čím sa podstatne zníži vnášanie rozpusteného kyslíka v prúde recyklu NOx z oxickej zóny do anoxickej zóny, keď počas vypnutého prevzdušňovania sa rapídne zníži koncentrácia rozpusteného kyslíka v oxickej zóne vplyvom asimilácie, t. j. využitia ešte dostupného rozpusteného kyslíka ako elektrón akceptorového substrátu. Tento dej je ešte viac podporený v prípade zaradenia pokojovej periódy za periódou prevzdušňovania resp. pred periódou recirkulácie a miešania. Podporovaním fermentácie v stratifikovanej vrstve kalového mraku v anaeróbnej zóne a tvorbe prebytku VFA in situ sa zrýchli proces denitrifikácie, ktorého dynamika je závislá od prístupu k ľahko rozložiteľnému substrátu v dostatočnom množstve a prístupe k elektrón akceptorovému substrátu v dostatočnom množstve, čo v prípade denitrifikácie znamená oxidované formy dusíka z recyklu NOx. Podporovaním fermentácie sa spätne podporuje prehlbovanie anaeróbneho prostredia na dne anaeróbnej zóny, keďže interným recyklom MLSS sa nedostávajú oxidované formy dusíka z anoxickej zóny do anaeróbnej zóny, ktoré sú rušivé pre fosfor akumulujúce baktérie PAO a pre fermentačné baktérie, ktoré môžu účinne pracovať len pri dostatočne nízkej hodnote ORP a bez prítomnosti oxidovaných foriem dusíka. Dlhodobé testovanie účinnosti preukázalo, že nedošlo k zníženiu účinnosti odstraňovania dusíka a fosforu ani pri preťažení a nízkom zaťažení čistiarne počas simulovaných období s nízkym a vysokým zaťažením a období bez prítoku odpadových vôd, čo poukazuje na optimálnu voľbu dĺžky periód prevzdušňovania, recirkulácie a miešania a pre dostatočnú tvorbu ľahko dostupného substrátu vo forme nižších mastných kyselín. Dostatočné zásoby organických látok pri dne v stratifikovanej vrstve kalového mraku s pôvodom z pritekajúcich odpadových vôd z období normálneho alebo zvýšeného zaťaženia, ale aj z rozkladu aktivovaného kalu produkovaného v prebytku počas normálneho alebo zvýšeného zaťaženia, majú pufrovací účinok na zabránenie zníženia účinnosti odstraňovania fosforu vplyvom výkyvov v množstve a kvalite odpadových vôd, lebo sú garanciou produkcie dostatočného množstva VFA aj pri dočasne nižšom zaťažení alebo v období bez prítoku odpadových vôd.

Výhodou pri individuálnych a malých čistiarňach odpadových vôd s riadením prevzdušňovania a recirkulácie aktivačnej zmesi pomocou tlakového vzduchu a mamutkových čerpadiel podľa tohto riešenia je, že nie je potrebné manuálne nastavenie intenzity recirkulácie samostatne pre jednotlivé recirkulačné mamutkové čerpadlá a prevzdušňovacie elementy pomocou ručných ventilov a vyrovnávanie rôznych tlakových strát tlakového vzduchu medzi mamutkovými čerpadlami a prevzdušňovacími elementmi, lebo tlakový vzduch je

SK 7883 Υ1 presmerovaný buď do okruhu prevzdušňovacích elementov, alebo do okruhu recirkulačných mamutkových čerpadiel. V prípade potreby prispôsobenia recirkulácie alebo prevzdušňovania zmenám v kvalite a množstve odpadových vôd (dlhodobá návšteva, dovolenka atď.) je možné jednoducho prepnúť na iný časový režim, bez nutnosti prestavovania ručných ventilov a takúto zmenu možno vykonať aj diaľkovo, ak je čistiareň vybavená vhodným komunikačným modulom, napr. GSM modulom. Krátkodobé periódy prevzdušňovania a recirkulácie rádovo niekoľko minút umožňujú flexibilitu zmien optimálne cca 160 až 300 cyklov za deň, na rozdiel od stavu techniky, kde sú cykly rádovo v trvaní niekoľko hodín, napr. 4-hodinový cyklus, t. j. denne 6 cyklov.

Nesúbežný priebeh prevzdušňovania a recirkulácie aktivačnej zmesi tlakovým vzduchom z dúchadla umožňuje šetriť energiu pre prevádzku dúchadla a používať dúchadlo s nižšou kapacitou na produkciu tlakového vzduchu v Nm3/h aj v prípade kontinuálnych systémov s aktivovaným kalom, čím sa znižujú investičné aj prevádzkové náklady.

Nesúbežný priebeh prevzdušňovania a recirkulácie aktivačnej zmesi pomocou tlakového vzduchu z dúchadla zlepšuje aj účinnosť odstraňovania dusíka a fosforu, lebo dĺžka periódy prevzdušňovania nekopíruje dĺžku periódy recirkulácie, čím možno optimalizovať recirkulačný pomer recirkulačných čerpadiel pre recirkuláciu NOx z oxickej zóny do anoxickej zóny a internej recirkulácie MLSS medzi anoxickou zónou a anaeróbnou zónou nezávisle od potreby dostatočne dlhého času prevzdušňovania v oxickej zóne 6 až 21 hodín za deň, čo nie je možné pri súbežnom priebehu prevzdušňovania a recirkulácie aktivačnej zmesi pomocou tlakového vzduchu z dúchadla.

Výhodné je vkladanie pokojovej periódy pred periódu recirkulácie, keď je vypnuté dúchadlo, prevzdušňovanie je OFF a recirkulácia je OFF, čím možno ďalej stupňovať účinnosť stratifikácie kalového mraku v anaeróbnej a anoxickej zóne, znížiť koncentráciu kyslíka vo vratnom kale a v recykle NOx a znížiť spotrebu elektrickej energie. Dĺžka trvania pokojovej periódy môže byť v rozmedzí približne 0,5 až 15 minút, optimálne 2 až 6 minút.

Pre individuálne systémy čistenia odpadových vôd je výhodným riešením, ak na striedavé rozdelenie tlakového vzduchu medzi vetvu prevzdušňovania a vetvu recirkulácie slúži jeden trojcestný elektromagnetický ventil, ktorého jeden výstupný port je napojený na vzduchovú vetvu prevzdušňovania a druhý výstupný port je napojený na vzduchovú vetvu recirkulácie aktivačnej zmesi.

Zariadenia na striedavé presmerovanie tlakového vzduchu medzi vetvami prevzdušnenia a vetvami recirkulácie môžu zahŕňať rôzne elektrické, elektromagnetické, hydraulické ventily a aktuátory a ich počet môže byť rôzny podľa veľkosti čistiarne odpadových vôd a počtu paralelných technologických liniek čistenia. Recirkulačné zariadenie môže byť aj čerpadlo alebo viac čerpadiel rôzneho typu (najmä pri veľkých čistiarňach odpadových vôd) a striedanie periód prevzdušňovania a recirkulácie možno uskutočniť aj pomocou vypnutia-zapnutia dúchadiel a recirkulačných zariadení alebo zníženia alebo zvýšenia otáčok elektromotorov, ktoré poháňajú dúchadlá na dodávku tlakového vzduchu a čerpadlá na recirkuláciu aktivačnej zmesi.

Porovnanie technologických parametrov spôsobu riadenia recirkulácie a prevzdušňovania podľa stavu techniky a podľa predloženého technického riešenia je v tabuľkách č. 2, 3 a 4 pre kontinuálne a diskontinuálne aktivačné systémy.

Tabuľka č. 2: Riadenie recirkulácie a prevzdušňovania - porovnanie stavu techniky s predloženým technickým riešením

	Stav techniky	Predložené technické riešenie
1. Typ aktivačného systému	Kontinuálny s recirkuláciou aktivačnej zmesi	Kontinuálny alebo diskontinuálny-hybridný, cyklický s recirkuláciou aktivačnej zmesi
2. Spôsob recirkulácie	Kontinuálny, paralelne s prevzdušňovaním (stredne veľké a veľké ČOV) Kontinuálny a prerušovaný, paralelne s prevzdušňovaním (domové a malé ČOV)	Pulzne prerušovaný, striedavo (asynchrónne) s prevzdušňovaním
3. Spôsob prevzdušňovania	Kontinuálny a/alebo prerušovaný, paralelne s recirkuláciou	Pulzne prerušovaný, striedavo (asynchrónne) s recirkuláciou
4. Spôsob riadenia recirkulácie a prevzdušňovania

SK 7883 Υ1

4.1 Riadenie časovačom	Pevne nastavené fázy kontinuálneho a prerušovaného chodu, recirkulácia paralelne s prevzdušňovaním (domové a malé CO V).	Pevne nastavené krátkodobé periódy recirkulácie striedavo (asynchrónne) s krátkodobými periódami prevzdušňovania
4.1.1 Riadené zariadenie	Dúchadlo (domové a malé ČOV).	Elektromagnetický alebo iný ventil/ventily na vzduchovom rozvode (domové, malé a stredne veľké ČOV) Recirkulačné zariadenie (čerpadlo/čerpadlá) a dúchadlo/dúchadlá (veľké ČOV) skokovo alebo plynulé cez frekvenčný menič a pod. zariadenie
4.1.2 Trvanie periódy recirkulácie ON	>15 min. (domové a malé ČOV)	0,5 až 14 minút
4.1.3 Trvanie periódy recirkulácie OFF	>15 min. (domové a malé ČOV)	0,5 až 7 minút
4.1.4 Trvanie periódy prevzdušňovania ON	>10 min.	0,5 až 7 minút
4.1.5 Trvanie periódy prevzdušňovania OFF	>10 min.	0,5 až 14 minút
4.1.6 Počet cyklov recirkulácie ON-OFF za deň	<48 (domové a malé ČOV)	>80
4.2 Riadenie od meraných veličín	On-line meranie koncentrácie kyslíka a/alebo foriem dusíka, oxidačno -redukčného potenciálu alebo iných veličín, automatické zvýšenie alebo zníženie intenzity prevzdušňovania a/alebo recirkulácie podľa nastavených kritických hodnôt meraných veličín	On-line meranie koncentrácie kyslíka a/alebo foriem dusíka, oxidačno-redukčného potenciálu alebo iných veličín, automatické zvýšenie alebo zníženie trvania periódy recirkulácie a periódy prevzdušňovania podľa nastavených kritických hodnôt meraných veličín, v intervale krátkodobých periód recirkulácie a prevzdušňovania
4.2.1 Riadené zariadenie	Recirkulácia: Recirkulačné zariadenie (čerpadlo/čerpadlá) Prevzdušňovanie: Dúchadlo/dúchadlá	Recirkulácia a prevzdušňovanie: elektromagnetický alebo iný ventil/ventily na vzduchovom rozvode (domové, malé a stredne veľké ČOV) Recirkulácia: Recirkulačné zariadenie (čerpadlo/čerpadlá) (veľké ČOV) Prevzdušňovanie: Dúchad- lo/dúchadlá (veľké ČOV)
4.2.2 Trvanie periódy recirkulácie ON	V závislosti od meraných veličín, kontinuálne zvýšenie alebo zníženie intenzity recirkulácie	V závislosti od meraných veličín, v intervale min. 0,5 minút, max. 14 minút

SK 7883 Yl

4.2.2 Trvanie periódy recirkulácie OFF		V závislosti od meraných veličín, v intervale min. 0,5 minút, max. 7 minút
4.2.3 Trvanie periódy prevzdušňovania ON	V závislosti od meraných veličín, v intervale min. 10 minút, max.90 až 300 minút	V závislosti od meraných veličín, v intervale min. 0,5 minút, max. 7 minút
4.2.4 Trvanie periódy prevzdušňovania OFF	V závislosti od meraných veličín, v intervale min. 10 minút, max. 30 až 120 minút	V závislosti od meraných veličín, v intervale min. 0,5 minút, max. 14 minút
4.2.5 Počet cyklov recirkulácie ON-OFF za deň	-	>80

Tabuľka č. 3: Riadenie recirkulácie a prevzdušňovania-porovnanie stavu techniky s predloženým tech niekým riešením___

	Stav techniky	Predložené technické riešenie
1. Typ aktivačného systému	Diskontinuálny-hybridný, cyklický	Kontinuálny alebo diskontinuálny-hybridný, cyklický
2. Spôsob recirkulácie	SBR systémy: Bez recirkulácie Cyklické aktivačné systémy: Kontinuálny počas niektorých fáz (napr. fáza plnenia- prevzdušňovania)	Pulzne prerušovaný, striedavo (asynchrónne) s prevzdušňovaním
3. Spôsob prevzdušňovania	Kontinuálny a/alebo prerušovaný vo fázach prevzdušňovania cyklického systému	Pulzne prerušovaný, striedavo (asynchrónne) s recirkuláciou
4. Spôsob riadenia recirkulácie a prevzdušňovania
4.1 Riadenie časovačom	Riadenie recirkulácie: SBR systémy - bez recirkulácie Riadenie prevzdušňovania: SBR systémy - pevne nastavené periódy kontinuálneho a/alebo prerušovaného chodu počas fázy prevzdušňovania, pevne stanovená dĺžka bez prevzdušňovania počas fáz prítoku a anoxickej fázy (domové a malé CO V)	Pevne nastavené krátkodobé periódy recirkulácie striedavo (asynchrónne) s krátkodobými periódami prevzdušňovania
4.1.1 Riadené zariadenie	Elektromagnetický alebo iný ventil/ventily na vzduchovom rozvode (domové a malé CO V)	Elektromagnetický alebo iný ventil/ventily na vzduchovom rozvode (domové, malé a stredne veľké ČOV) Recirkulačné zariadenie (čerpadlo/čerpadlá) a dúchadlo/dúchadlá (veľké ČOV)
4.1.2 Trvanie periódy recirkulácie ON		0,5 až 14 minút
4.1.3 Trvanie periódy recirkulácie OFF		0,5 až 7 minút
4.1.4 Trvanie periódy prevzdušňovania ON	Počas fázy prevzdušňovania, 4 min.	0,5 až 7 minút

SK 7883 Yl

4.1.5 Trvanie periódy prevzdušňovania OFF	Počas fázy prevzdušňovania 6 min. Počas anoxickej fázy 60 min.	0,5 až 14 minút
4.1.6 Počet cyklov recirkulácie ON-OFF za deň		>80
4.2 Riadenie odmeraných veličín	On-line meranie koncentrácie kyslíka a/alebo foriem dusíka, oxidačno-redukčného potenciálu alebo iných veličín, automatické zvýšenie alebo zníženie trvania anaeróbnej, oxickej, anoxickej fázy a fázy usadzovania podľa nastavených kritických hodnôt meraných veličín	On-line meranie koncentrácie kyslíka a/alebo foriem dusíka, oxidačno-redukčného potenciálu alebo iných veličín, automatické zvýšenie alebo zníženie trvania periódy recirkulácie a periódy prevzdušňovania podľa nastavených kritických hodnôt meraných veličín, v intervale krátkodobých periód recirkulácie a prevzdušňovania
3.2.1 Riadené zariadenie	Elektromagnetický alebo iný ventil/ventily na vzduchovom rozvode (domové, malé a stredne veľké ČOV) Recirkulačné zariadenie (čerpadlo/čerpadlá) (veľké ČOV)	Elektromagnetický alebo iný ventil/ventily na vzduchovom rozvode (domové, malé a stredne veľké ČOV) Recirkulačné zariadenie (čerpadlo/čerpadlá) (veľké ČOV)
4.2.2 Trvanie periódy recirkulácie ON	SBR systémy - bez recirkulácie Cyklické aktivačné systémy: V závislosti od meraných veličín, skrátenie alebo predĺženie fázy prítoku-prevzdušňovania 2,4 h	V závislosti od meraných veličín, v intervale min 0,5 minút, max. 14 minút
4.2.2 Trvanie periódy recirkulácie OFF	SBR systémy - bez recirkulácie Cyklické aktivačné systémy: V závislosti od meraných veličín, skrátenie alebo predĺženie fázy prítoku-prevzdušňovania 2,4 h	V závislosti od meraných veličín, v intervale min. 0,5 minút, max. 7 minút
4.2.3 Trvanie periódy prevzdušňovania ON	V závislosti od meraných veličín, predĺženie alebo skrátenie anaeróbnej, anoxickej a oxickej fázy	V závislosti od meraných veličín, v intervale min. 0,5 minút, max. 7 minút
4.2.4 Trvanie periódy prevzdušňovania OFF	V závislosti od meraných veličín, predĺženie alebo skrátenie anaeróbnej, anoxickej a oxickej fázy	V závislosti od meraných veličín, v intervale min. 0,5 minút, max. 14 minút
4.2.5 Počet cyklov recirkulácie ON-OFF za deň		>80

Tabuľka č. 4: Hydraulický čas zdržania v anaeróbnej zóne a volumetrický pomer medzi anaeróbnou, ano xickou a oxickou zónou - porovnanie stavu techniky s predloženým technickým riešením

	Stav techniky	Predložené technické riešenie
Typ aktivačného systému	Kontinuálny	Kontinuálny
Hydraulický čas zdržania v anaeróbnej zóne	<3 hod.	7 až 15 hod.

SK 7883 Yl

Volumetrický pomer medzi anaeróbnou, anoxickou a oxickou zónou

1 : 2 : 4 až 1 : 2 : 8

1 : 1 : 1 až 1 :2 : 4

Výhodou technického riešenia podľa tohto úžitkového vzoru oproti stavu techniky je výrazne zvýšená účinnosť čistenia odpadových vôd v biologickom reaktore, t. j. výrazne zvýšená účinnosť odstránenia dusíka a fosforu v podmienkach výrazného kolísania hydraulického a látkového zaťaženia počas dňa, týždňa a sezóny a energetická náročnosť a náročnosť obsluhy významne znížená.

Vzťahové značky v nárokoch slúžia na bližšie objasnenie technického riešenia a nie sú obmedzujúce k rozsahu ochrany a rovnako uvedené príklady uskutočnenia nie sú obmedzujúce k rozsahu ochrany.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Podstata technického riešenia je ďalej objasnená v príkladoch jeho uskutočnenia, ktoré sú opísané na základe pripojených výkresov, ktoré znázorňujú: obr. č. 1 Riadenie recirkulácie a prevzdušňovania - príklad 1 obr. č. 2 Perióda prevzdušňovania (prevzdušňovanie ON, recirkulácia OFF) - príklad 1 obr. č. 3 Perióda recirkulácie (recirkulácia ON, prevzdušňovanie OFF) - príklad 1 obr. č. 4 Riadenie recirkulácie a prevzdušňovania - príklad 2 obr. č. 5 Perióda pokoja (recirkulácia OFF, prevzdušňovanie OFF) - príklad 2 obr. č. 6 Riadenie recirkulácie a prevzdušňovania - príklad 3 obr. č. 7 Perióda prevzdušňovania (prevzdušňovanie ON, recirkulácia Ymin) - príklad 3 obr. č. 8 Perióda recirkulácie (recirkulácia Ymax, prevzdušňovanie OFF) - príklad 3 obr. č. 9 Perióda prevzdušňovania (prevzdušňovanie Ymax, recirkulácia Ymin) - príklad 3 obr. č. 10 Perióda recirkulácie (recirkulácia Ymax, prevzdušňovanie Ymin) - príklad 3 obr. č. 11 Riadenie recirkulácie a prevzdušňovania - príklad 4 obr. č. 12 Perióda prevzdušňovania (prevzdušňovanie ON, recirkulácia OFF) - príklad 4 obr. č. 13 Perióda recirkulácie (recirkulácia ON, prevzdušňovanie OFF) - príklad 4 obr. č. 14 Riadenie recirkulácie a prevzdušňovania - príklad 5 obr. č. 15 Riadenie recirkulácie a prevzdušňovania - príklad 6 obr. č. 16 Priebeh koncentrácie fosforu v prítoku do bioreaktora 1 a v odtoku z bioreaktora 1 počas dlhodobého testu obr. č. 17 Priebeh koncentrácie foriem dusíka v prítoku do bioreaktora j_ a v odtoku z bioreaktora j_ počas dlhodobého testu

Príklady uskutočnenia

Príklad 1

Biologický reaktor J_ na čistenie odpadových vôd aktivačným procesom so zvýšeným odstraňovaním dusíka a fosforu pre individuálne a decentrálne riešenia, so zariadením na riadenie prevzdušňovania, recirkulácie a miešania aktivačnej zmesi je znázornený schematicky na obrázkoch č. 2, 3. Na obrázku č.1 sú znázornené tri pevné denné režimy (denný režim č. 1 až 3), ktoré sú zabudované do riadiacej jednotky 22. Do riadiacej jednotky 22 môže byť zabudovaný ešte väčší počet rôznych pevných denných režimov, ktoré sú prispôsobené kapacite biologických reaktorov 1 a kapacite prislúchajúcich dúchadiel 20 a recirkulačných čerpadiel 9, 14 z typového radu domových čistiarní odpadových vôd. Pri výbere denného režimu pre prevádzku biologického reaktora j_ rozhoduje najmä vypočítaný recirkulačný pomer a vypočítané množstvo vzduchu na prevzdušnenie, miešanie a recirkuláciu. Recirkulačný pomer sa počíta z návrhového maximálneho hodinového prietoku a maximálnej kapacity recirkulačných čerpadiel 9, 14, pričom štandardný denný režim sa volí tak, aby vypočítaný recirkulačný pomer bol v oblasti približne 3 až 4. Potrebné množstvo vzduchu sa počíta podľa zaužívaných výpočtových vzťahov na odstránenie organického znečistenia so zohľadnením vplyvu nitrifikácie a denitrifikácie a z výpočtu potrebného objemu vzduchu pre chod recirkulačných mamutkových čerpadiel 9, 14 prípadne iných spotrebičov vzduchu, ktoré nie sú znázornené na schémach biologických reaktorov 1, pri zvolenej kapacite dúchadla 20 musí zvolený denný režim splniť požiadavku dodania potrebného množstva vzduchu súčtom periód prevzdušňovania za deň.

Nádrž biologického reaktora 1 obsahuje anaeróbnu zónu 2, anoxickú zónu 3, oxickú zónu 4, dosadzovaciu zónu 5, kde anaeróbna zóna 2 a anoxická zóna 3 sú oddelené nornými stenami 6 a priepadovými stenami 7 v smere toku, ktoré vytvárajú vertikálne pretekaný labyrint 8.

SK 7883 Yl

Odpadová voda s obsahom hrubých nečistôt priteká do začiatočného úseku anaeróbnej zóny 2 vertikálne pretekaného labyrintu 8, kde sa nachádza mechanické predčistenie pomocou vyberateľného koša na hrubé nečistoty, neznázornené na obrázku. Do začiatočného úseku anaeróbnej zóny 2 je zaústený interný recyklus MLSS z konečného úseku anoxickej zóny 3 pomocou recirkulačného zariadenia - mamutkového čerpadla 9, ktoré vyvolá internú recirkuláciu a miešanie vo vertikálne pretekanom labyrinte 8. Mechanicky predčistená odpadová voda odteká cez vertikálne pretekaný labyrint 8, kde norné steny 6 a priepadové steny 7 usmerňujú smer prúdenia aktivačnej zmesi smerom dole a smerom hore, t. j. smer toku je prevažne vertikálny a vzdialenosť medzi jednotlivými deliacimi stenami je zvolená tak, aby charakter toku aktivačnej zmesi medzi deliacimi stenami bol prevažne piestový. Z vertikálne pretekaného labyrintu 8 odteká aktivačná zmes do oxickej zóny 4. V oxickej zóne 4 sú uložené pri dne 12 jemnobublinné prevzdušňovacie elementy 13, ktoré zabezpečujú prevzdušňovanie a miešanie aktivačnej zmesi. Aktivačná zmes odteká z oxickej zóny 4 do dosadzovacej zóny 5, kde sa oddelí aktivovaný kal od vyčistenej vody a vyčistená voda odteká do odtoku z biologického reaktora L Aktivovaný kal z dna dosadzovacej zóny 5 je odčerpávaný pomocou recirkulačného zariadenia mamutkového čerpadla 14 sčasti do oxickej zóny 4 ako recyklus vratného kalu a sčasti do anoxickej zóny 3 vertikálne pretekaného labyrintu 8 ako recyklus NOx. Prebytočný kal sa odstráni po dosiahnutí vysokej koncentrácie v biologickom reaktore 1 vyčerpaním a odvozom raz alebo dvakrát ročne podľa zaťaženia biologického reaktora L

Tlakový vzduch na prevzdušnenie oxickej zóny 4 a na chod mamutkových čerpadiel 9, 14 dodáva dúchadlo 20 cez trojcestný solenoidový ventil 21. Dúchadlo 20 vháňa kontinuálne vzduch cez vzduchové potrubie 38 do trojcestného solenoidového ventilu 21, ktorý má jeden vstupný port 23 a dva výstupné porty 24, z ktorých jeden je napojený na vzduchové potrubie 25 a druhý na vzduchovú vetvu 26 prevzdušňovania. Trojcestný solenoidový ventil 21 je riadený pomocou riadiacej jednotky 22 cez káblové prepojenie 39. Riadiaca jednotka 22 má zabudované pevné denné časové režimy podľa obrázka č. 1 a dáva signál na prepnutie trojcestného solenoidového ventilu 21 v súlade s aktivovaným časovým režimom striedavo do jednej alebo druhej polohy cez káblové prepojenie 39, čím rozdeľuje vzduch buď do vzduchového potrubia 25, alebo do vzduchovej vetvy 26 prevzdušňovania. Vzduchové potrubie 25 je napojené na rozdeľovač vzduchu 27, ktorý rozdeľuje vzduch do vzduchových vetiev 29, 30 recirkulácie a do mamutkových čerpadiel 9, 14. Dúchadlo 20 ide kontinuálne a nie je riadené riadiacou jednotkou 22.

Základné parametre skúšaného typu bioreaktora X pre 6 EO (ekvivalentných obyvateľov): Menovité organické denné zaťaženie: 0,36 kg BSK5/d Menovitý hydraulický denný prietok: 0,90 m3/d Rozmery skúšobného typu bioreaktora pre 6 EO:
Objem anaeróbnej zóny 2	4801
Objem anoxickej zóny 3	4801
Objem oxickej zóny 4:	9301
Objem dosadzovacej zóny 5:	2601
Hydraulický čas zdržania v anaeróbnej zóne 2 HRTanaer	12,8 h
Hydraulický čas zdržania v anoxickej zóne 3 HRTanox	12,8 h
Hydraulický čas zdržania v oxickej zóne 4 HRTOX	24,8 h
čas zdržania kalu v anaeróbnej zóne 2 SRTmaer	20,8 d
priemerná koncentrácia kalu pri dne 12 anaeróbnej zóny 2	22,5 kg/m3
priemerná koncentrácia kalu pri hladine 11 anaeróbnej zóny 2	3,5 kg/m3
kapacita mamutkového čerpadla 9 na interný recyklus MLSS	22,4 1/min.
kapacita mamutkového čerpadla 14 vratného kalu a recyklu NOx	22,4 1/min.
kapacita dúchadla 20	64 1/min.
zvolený optimálny časový režim	„1“
počet cyklov v časovom režime „1“	288
dĺžka periódy prevzdušňovania	4 minúty
dĺžka periódy recirkulácie	1 minúta
dĺžka cyklu	5 minút
celková dĺžka prevzdušňovania za deň	19,2 h
Spôsob čistenia odpadových vôd s aktivovaným kalom v biologickom reaktore X pri aktivovanom den-

nom režime č. 1 z obrázka č. 1 je charakterizovaný týmito procesmi:

- Počas krátkodobej periódy prevzdušňovania (obrázok č. 2) v trvaní T2 = 4 minúty prebieha prevzdušňovanie a miešanie aktivačnej zmesi v oxickej zóne 4, keď tlakový vzduch z dúchadla 20 je presmerovaný do oxickej zóny 4 do prevzdušňovacích elementov 13 a súčasne je zastavená recirkulácia a miešanie aktivačnej zmesi uzavretím vzduchového potrubia 25, ktoré vedie do recirkulačných mamutkových čerpadiel 9, 14. V oxickej zóne 4 sa za prítomnosti rozpusteného kyslíka v aktivačnej zmesi a jej úplného premiešavania pomocou vháňaného tlakového vzduchu cez prevzdušňovacie elementy 13 za oxických podmienok odohráva proces aeróbnej oxidácie organických látok aeróbnymi heterotrofnými baktériami, rapídny biochemický pro14

SK 7883 Yl ces nitrifikácie amónych iónov a nitritových iónov aeróbnymi chemoautotrofnými baktériami a akumulácie fosforu vo fosfor akumulujúcich baktériách s využitím chemicky viazanej energie z intracelulárnych poly-β-hydroxyalkanoátových (PHA) zásobných látok. Oxické podmienky v oxickej zóne 4 sú charakterizované nárastom oxidačno-redukčného potenciálu ORP počas priebehu tejto periódy z cca -50 až +50 mV na cca +100 až +200 mV a koncentrácie kyslíka z cca 0,5 mg/1 na viac ako 1,5 mg/1 O₂. Zastavením recirkulácie a miešania aktivačnej zmesi vo vertikálne pretekanom labyrinte 8 s anaeróbnymi zónami 2 a anoxickými zónami 3 prebieha prehlbovanie vertikálnej stratifikácie kalového mraku usadzovaním ťažších častíc z pritekajúcej odpadovej vody a ťažších vločiek aktivačnej zmesi s priemernou koncentráciou kalu okolo 15 až 25 kg/m³ pri dne 12 a ľahšie častice a vločky aktivovaného kalu bližšie ku hladine 11 vody s priemernou koncentráciou kalu okolo 2 až 5 kg/m³, pričom sa vytvárajú optimálne anaeróbne podmienky charakterizované hodnotami ORP -200 až -450 mV bližšie k dnu 12 anaeróbnej zóny 2 a anoxickej zóny 3 a hodnotami ORP -50 až -150 mV bližšie ku hladine 11 vody. Bližšie ku dnu 12 vertikálne pretekaného labyrintu 8 sa odohráva proces hydrolýzy a fermentácie usaditeľných a koloidálnych biodegradabilných organických látok a vločiek aktivovaného kalu pomocou fermentačných baktérií, pričom sa produkuje ľahko dostupný substrát vo forme nižších mastných kyselín in situ v biologickom reaktore 1.

- Počas krátkodobej periódy recirkulácie (obrázok č. 3) v trvaní TI = 1 minúta sa zastaví prevzdušňovanie a miešanie oxickej zóny 4 presmerovaním tlakového vzduchu z dúchadla 20 do recirkulačných mamutkových čerpadiel 9, 14 a prebieha recirkulácia a miešanie aktivačnej zmesi v anaeróbnej zóne 2 a anoxickej zóne 3. Recirkulačné mamutkové čerpadlá 9, 14 zabezpečujú recirkuláciu aktivačnej zmesi: recyklus vratného kalu z dosadzovacej zóny 5 do oxickej zóny 4, recyklus NOx do anoxickej zóny 3 a interný recyklus MLSS medzi anoxickou zónou 3 a anaeróbnou zónou 2 vo vertikálne pretekanom labyrinte 8. V oxickej zóne 4 sa odohráva zníženie koncentrácie rozpustného kyslíka asimiláciou organických látok, pričom sa spotrebúva zvyšný rozpustený kyslík ako elektrón akceptorový substrát aeróbnymi heterotrofnými baktériami. V anoxickej zóne 3 sa odohráva rapídny biochemický proces denitrifikácie pri krátkodobo vysokej koncentrácii oxidovaných foriem dusíka z recyklu NOx redukciou heterotrofnými denitrifikačnými baktériami za prítomnosti ľahko dostupného substrátu vo forme nižších mastných kyselín, ktoré boli produkované v stratifikovanej vrstve kalového mraku pri dne 12 anaeróbnej zóny 2 a anoxickej zóny 3 a ktoré sú vymývané zo stratifikovanej vrstvy kalu v anaeróbnej zóne 2 a anoxickej zóne 3 interným recyklom MLSS spolu s fermentačnými baktériami, pričom aktivačná zmes recirkulovaná interným recyklom MLSS s obsahom fermentačných baktérií očkuje pritekajúce surové odpadové vody a aktivačnú zmes z recyklu NOx fermentačnými baktériami. Krátkodobé trvanie recirkulačnej periódy neporuší podstatne vertikálnu stratifikáciu vo vertikálne pretekanom labyrinte 8, ale zabezpečí optimálny recirkulačný pomer 3:1, ktorý je dosiahnutý kapacitou 22,4 1/min. mamutkového čerpadla 14 na recyklus NOx s počtom cyklov 288 za deň a maximálnym hodinovým prietokom odpadových vôd Qm,h = 90 1/h ďalej zabezpečí recirkulačný pomer 3 : 1 interného recyklu MLSS vo vertikálne pretekanom labyrinte 8, čo je dané kapacitou 22,4 1/min. mamutkového čerpadla 9 interného recyklu MLSS vo vertikálne pretekanom labyrinte 8, počtom 288 cyklov za deň a maximálnym hodinovým prietokom odpadových vôd Qm,h = 90 1/h. V anaeróbnej zóne 2 sa odohráva rapídna biochemická reakcia asimilácie produkovaných nižších mastných kyselín fosfor akumulujúcimi baktériami, ktoré vytvárajú chemicky viazanú energiu vo forme intracelulárnych zásobných látok.

V tabuľke č. 5 sú uvedené výsledky dlhodobého testovania účinnosti biologického reaktora 1 využívajúceho spôsob čistenia odpadových vôd podľa tohto technického riešenia. Z tejto tabuľky vyplýva, že zariadenie dosahuje požadovanú koncentráciu Ncelk pod 10 mg/1 a koncentráciu celkového fosforu Pcelk pod 1 mg/1 a účinnosť odstraňovania dusíka bola nad 93 % a účinnosť odstraňovania fosforu nad 93 %. Energetická náročnosť bola 0,17 kWh/d,EO (EO-počet pripojených ekvivalentných obyvateľov). Priebeh koncentrácie foriem dusíka a fosforu v prítoku do bioreaktora 1 a v odtoku z bioreaktora j_ počas dlhodobého testu je znázornený na obrázkoch č. 6, 7.

Tabuľka č. 5

Parametre	BSK5	Ncelk+	Pcelk
	Koncentrácia Účinnosť	Koncentrácia	Účinnosť	Koncentrácia	Účinnosť
	mg/1	čistenia	mg/1		čistenia	mg/1	čistenia
Surová		%			%		%
odpadová voda	386	-	77		-	9,0	-
Vyčistená	5,9	98,5	5,3+		93,1+	0,6	93,3

odpadová voda + pre teploty aktivačnej zmesi > 12 °C

SK 7883 Yl

Príklad 2

Biologický reaktor Á podľa príkladu 1; riadiaca jednotka 22 riadi cez káblové prepojenie 39 trojcestný solenoidový ventil 21 a cez káblové prepojenie 33 dúchadlo 20 so spôsobom riadenia prevzdušňovania a recirkulácie, ktorý pozostáva zo striedania troch periód (pozri obrázok č. 4 - denný režim č. 4): perióda prevzdušňovania podľa príkladu 1, periódy recirkulácie a periódy pokoja:

- Počas periódy pokoja (obrázok č. 5) v trvaní T3 = 2 minúty sa zastaví dúchadlo 20, ktoré nedodáva tlakový vzduch ani na poháňanie recirkulačných mamutkových čerpadiel 9, 14, ani do prevzdušňovacích elementov 13. V oxickej zóne 4 pokračuje zníženie koncentrácie rozpustného kyslíka asimiláciou organických látok aeróbnymi heterotrofnými baktériami a odohráva sa aj simultánna denitrifikácia vnútri vločiek aktivovaného kalu, kde poklesne koncentrácia rozpusteného kyslíka pod hodnotu 0,5 mg/1. V sekciách vertikálne pretekaného labyrintu 8 s anaeróbnymi zónami 2 a anoxickými zónami 3 je naďalej zastavená recirkulácia a miešanie aktivačnej zmesi a prebieha usadzovanie a ďalšie prehlbovanie vertikálnej stratifikácie kalového mraku.

- Počas periódy recirkulácie (obrázok č. 3) v trvaní T = 2 minúty sa obnoví prevádzka dúchadla 20 a tlakový vzduch sa presmeruje do recirkulačných mamutkových čerpadiel 9, 14, ktoré zabezpečujú recirkuláciu a miešanie aktivačnej zmesi v anaeróbnej zóne 2 a anoxickej zóne 3 a súčasne sa uzavrie vzduchová vetva 26 prevzdušňovania. Zaradením periódy pokoja pred periódou recirkulácie sa zníži koncentrácia rozpusteného kyslíka v recykle NOx do anoxickej zóny 3, čím sa zlepší účinnosť odstraňovania dusíka a ešte viac sa zabraňuje vnosu nitrifikovaného dusíka do anaeróbnej zóny 2, čím sa zvýši účinnosť odstraňovania fosforu. Krátkodobé trvanie recirkulačnej periódy neporuší podstatne vertikálnu stratifikáciu vo vertikálne pretekanom labyrinte 8, ktoré bolo ešte posilnené v predchádzajúcej pokojovej perióde. Dúchadlo 20 pracuje 18 hodín denne. Energetická náročnosť bola znížená zaradením pokojovej periódy na 0,13 kWh/d,EO (EO-počet pripojených ekvivalentných obyvateľov).

Príklad 3

Biologický reaktor j_ podľa príkladu 1; riadiaca jednotka 22 riadi cez káblové prepojenie 39 normálne zatvorený dvojcestný solenoidový ventil 35 alebo aj cez káblové prepojenie 33 dúchadlo 20 so spôsobom riadenia prevzdušňovania a recirkulácie, ktorý pozostáva zo striedania dvoch alebo troch periód (pozri obrázky č. 6 - denný režim, č. 5 a č. 6), možné zapojenie rozdelenia vzduchu je na obrázkoch č. 7, 8 alebo obrázkoch č. 9, 10.

Na obrázkoch č. 7, 8 je zapojenie rozdelenia vzduchu s denným režimom č. 5 na obrázku č. 6. Tlakový vzduch na prevzdušnenie oxickej zóny 4 a na chod recirkulačných mamutkových čerpadiel 9, 14 dodáva dúchadlo 20 cez vzduchové potrubie 38 a rozdeľovač vzduchu 27, ktorý rozdeľuje vzduch do vzduchových vetiev 29, 30 recirkulácie do mamutkových čerpadiel 9, 14 a do vetvy 26 prevzdušňovania do prevzdušúovacích elementov 13. Na vetve 26 prevzdušňovania je normálne zatvorený dvojcestný solenoidový ventil 35 so vstupným 23 a výstupným portom 24. Na vzduchových vetvách 29, 30 recirkulácie do mamutkových čerpadiel 9, 14 sú ventily 37, ktoré slúžia na regulovanie prietoku vzduchu. Dvojcestný solenoidový ventil 35 je riadený pomocou riadiacej jednotky 22 cez káblové prepojenie 39. Riadiaca jednotka 22 má zabudované pevné denné časové režimy podľa obrázkov č. 1 alebo č. 2 a dáva signál v súlade so zvoleným časovým režimom na periodické krátkodobé otvorenie dvojcestného solenoidového ventilu 35, pričom začne prúdiť tlakový vzduch do vzduchovej vetvy 26 prevzdušňovania a súčasne poklesne tlak vo vzduchových vetvách 29, 30 recirkulácie a vplyvom nastavenia ventilov 37 sa pri zníženom tlaku vzduchu dostane do mamutkových čerpadiel 9, 14 len minimálne množstvo vzduchu, čo spôsobuje zníženú intenzitu recirkulácie Y_min a miešania aktivačnej zmesi v anaeróbnej zóne 2 a anoxickej zóne 3, ktorý sa rovná cca 20 % celkového výkonu recirkulačného mamutkového čerpadla 9 a 14, čím je ešte zachovaný koncentračný gradient medzi koncentráciou aktivačnej zmesi pri dne 12 a koncentráciou aktivačnej zmesi pri hladine 11. Pri krátkodobom zatvorenom stave dvojcestného solenoidového ventilu prúdi vzduch len do vzduchových vetiev 29, 30 recirkulácie na poháňanie mamutkových čerpadiel 9, 14 na recirkuláciu aktivačnej zmesi s maximálnou intenzitou Y_max, ktorý sa rovná maximálnemu výkonu recirkulačných mamutkových čerpadiel 9 a 14. Dúchadlo 20 môže byť prevádzkované kontinuálne podľa príkladu 1 alebo diskontinuálne podľa príkladu 2 s pokojovou periódou.

Na obrázkoch č. 9, 10 je zapojenie rozdelenia vzduchu s denným režimom č. 6 na obrázku č. 6. Dvojcestný solenoidový ventil 35 je zapojený do obtokového vzduchového potrubia 36, cez ktoré je možné dať navyše vzduch do vzduchovej vetvy 26 prevzdušňovania, ak je solenoidový ventil 35 v otvorenej polohe cez krátkodobú periódu prevzdušňovania. Ventily 37 sú nastavené tak, aby v prípade periódy prevzdušňovania sa dostalo len minimálne množstvo vzduchu do vzduchovej vetvy 29, 30 recirkulácie, čo spôsobuje zníženú intenzitu recirkulácie Y_min a miešania aktivačnej zmesi v anaeróbnej a anoxickej zóne 2, 3, ktorý sa rovná cca 20 % celkového výkonu recirkulačného mamutkového čerpadla 9 a 14, resp. počas periódy recirkulácie len minimálne množstvo vzduchu do vzduchovej vetvy 26 prevzdušňovania, čo spôsobuje zníženú intenzitu prevzdušňovania ¥_mi_n a miešania aktivačnej zmesi v oxickej zóne 4, ktorý sa rovná cca 20 % celkového výkonu dúchadla 20 a tak bola splnená podmienka nízkej intenzity recirkulácie a miešania aktivačnej zmesi v perióde prevzdušňovania, resp. nízkej intenzity prevzdušňovania a miešania počas periódy prevzdušňovania.

SK 7883 Yl

Príklad 4

Biologický reaktor X podľa príkladu 1; s recyklom vratného kalu z dosadzovacej zóny 5 do oxickej zóny 4, recyklu NOx z oxickej zóny 4 do anoxickej zóny 3, interného recyklu MLSS z anoxickej zóny 3 do anaeróbnej zóny 2, schéma biologického reaktora X so zapojením rozdelenia vzduchu je na obrázkoch č. 12 a 13.

Aktivovaný kal z dna dosadzovacej zóny 5 je odčerpávaný pomocou recirkulačného zariadenia - mamutkového čerpadla 15 do oxickej zóny 4 ako recyklus vratného kalu. Recyklus NOx je zabezpečený pomocou recirkulačného zariadenia - mamutkového čerpadla 16 a z oxickej zóny 4 do anoxickej zóny 3 vertikálne pretekaného labyrintu 8. Prebytočný kal so zvýšeným obsahom fosforu je odčerpávaný do prevzdušňovaného kalojemu neznázorneného na obrázkoch č. 12 a 13. Tlakový vzduch na prevzdušnenie oxickej zóny 4 a na chod mamutkových čerpadiel 9, 15. 16 dodáva dúchadlo 20, ktoré je ovládané frekvenčným meničom 34 na plynulú zmenu otáčok elektromotora dúchadla 20. Dúchadlo 20 je napojené na vzduchové potrubie 38 a rozdeľovač 27 tlakového vzduchu, ktorý rozdeľuje tlakový vzduch do vzduchovej vetvy 26 prevzdušňovania, do vzduchovej vetvy 31 na recirkuláciu vratného kalu, vetvy 32 na recirkuláciu NOx a vetvy 29 na internú recirkuláciu MLSS. Na každej vzduchovej vetve 29, 31. 32 recirkulácie sa nachádza dvojcestný solenoidový ventil 35, ktorý je riadený riadiacim panelom 22 cez káblové vedenie 39, ktorý riadi aj prevádzku frekvenčného meniča 34 cez káblové vedenie 40. Lrekvenčný menič 34 mení frekvenciu prúdu na elektromotore dúchadla 20 tak, aby rozbeh a zastavenie dúchadla 20 prebiehalo plynulé. Dvojcestné solenoidové ventily 35 sú riadené pomocou riadiacej jednotky 22, ktorá má zabudovaný algoritmus na zmenu pevných časových režimov s periódami prevzdušňovania, recirkulácie a pokoja, ako napr. denný režim č. 7 alebo 8 na obr. č. 11. V biologickom reaktore sú osadené meracie sondy oxidačno-redukčného potenciálu 42 a dusičnanové dusíka 43. ktorých výstup 44 je tiež zavedený do riadiacej jednotky 22. Zabudovaný algoritmus môže byť založený na optimalizovaní hodnôt redox potenciálov v anaeróbnej zóne 2, anoxickej zóne 3 a oxickej zóne 4 a cieľových koncentrácií dusičnanového dusíka v oxickej zóne 4, ale je možné používať aj iné meracie sondy, resp. kombinovať výsledky meracích sond s meraním prietoku odpadových vôd a recirkulovanej aktivačnej zmesi. Podľa zabudovaného algoritmu púšťajú dvojcestné solenoidové ventily 35 tlakový vzduch striedavo do vetvy 26 prevzdušňovania a do vetvy 29, 31. 32 recirkulácie. Rovnako je možné, aby denné režimy mali premennú dĺžku krátkodobých periód prevzdušňovania, recirkulácie a miešania aktivačnej zmesi.

Spôsob čistenia odpadových vôd s aktivovaným kalom je charakterizovaný týmito procesmi:

- Počas prevádzky čistiarne odpadových vôd pri dennom režime č. 7 podľa obrázka č. 11 nastane zvýšenie látkového zaťaženia prítoku organickými látkami. V dôsledku toho poklesne redox potenciál v oxickej zóne 4, čo vyhodnotí algoritmus v riadiacej jednotke 22 tak, že zvolí automaticky ďalší pevne zabudovaný denný režim s väčšou dĺžkou prevzdušňovacích periód a kratšou dĺžkou recirkulačných periód, resp. vyberie režim s nižšou dĺžkou pokojovej periódy. Riadiaca jednotka vyhodnotí aj meranie redox sondy v anaeróbnej zóne 2 a dusičnanovej sondy v oxickej zóne 4 a vyhodnotí priebeh meraných veličín v čase, zo zistených tendencií sa rozhodne zvoliť iný denný režim s kratšími alebo dlhšími periódami prevzdušňovania, recirkulácie a pokoja- Pri znížení zaťaženia čistiarne napr. počas noci sa zvýši redox potenciál v oxickej zóne 4, čo vyhodnotí algoritmus v riadiacej jednotke 22 tak, že zvolí automaticky ďalší pevne zabudovaný denný režim s kratšou dĺžkou prevzdušňovacích periód a väčšou dĺžkou recirkulačných periód, resp. vyberie režim s väčšou dĺžkou pokojovej periódy. Riadiaca jednotka vyhodnotí aj meranie redox sondy v anaeróbnej zóne 2 a dusičnanovej sondy v oxickej zóne 4 a vyhodnotí priebeh meraných veličín v čase, zo zistených tendencií sa rozhodne zvoliť iný denný režim s kratšími alebo dlhšími periódami prevzdušňovania, recirkulácie a pokoja.

- Počas krátkodobej periódy prevzdušňovania (prevzdušňovanie ON, recirkulácia OLE, obrázok č. 12) v trvaní T2 = 4 minúty prebieha prevzdušňovanie a miešanie aktivačnej zmesi v oxickej zóne 4 otvorením solenoidového ventilu na vzduchovej vetve 26 prevzdušňovania, a súčasne je zastavená recirkulácia a miešanie v anaeróbnej zóne 2 a anoxickej zóne 3 zatvorením solenoidových ventilov 35 na vzduchových vetvách 29, 31. 32 recirkulácie. V oxickej zóne 4 sa za prítomnosti rozpusteného kyslíka v aktivačnej zmesi a jej úplného premiešavania pomocou vháňaného tlakového vzduchu cez prevzdušňovacie elementy 13 za oxických podmienok odohráva proces aeróbnej oxidácie organických látok aeróbnymi heterotrofnými baktériami, rapídny biochemický proces nitrifikácie amónych iónov a nitritových iónov aeróbnymi chemoautotrofnými baktériami a akumulácie fosforu vo fosfor akumulujúcich baktériách s využitím chemicky viazanej energie z intracelulárnych zásobných látok PHA. Oxické podmienky v oxickej zóne 4 sú charakterizované nárastom oxidačno-redukčného potenciálu ORP počas priebehu tejto periódy z cca -50 až +50 mV na cca +100 až +200 mV a koncentrácie kyslíka z cca 0,5 mg/1 na viac ako 1,5 mg/1 O₂. Súčasným zastavením recirkulácie aktivačnej zmesi vo vertikálne pretekanom labyrinte 8 s anaeróbnymi zónami 2 a anoxickými zónami 3 prebieha prehlbovanie vertikálnej stratifikácie kalového mraku usadzovaním ťažších častíc zo surovej odpadovej vody a ťažších vločiek aktivačnej zmesi s priemernou koncentráciou kalu okolo 15 až 25 kg/m³ pri dne 12 a ľahšie častice a vločky aktivovaného kalu bližšie k hladine 11 vody s priemernou koncentráciou kalu okolo 2 až 5 kg/m³, pričom sa vytvárajú anaeróbne podmienky charakterizované hodnotami ORP -200 až - 450 mV bližšie k dnu 12 anaeróbnej zóny 2 a anoxickej zóny 3 a hodnotami ORP -50 až -150 mV bližšie k hladine 11

SK 7883 Yl vody. Bližšie ku dnu 12 vertikálne pretekaného labyrintu 8 sa odohráva proces hydrolýzy a fermentácie usaditeľných a koloidálnych biodegradabilných organických látok a aktivačnej zmesi pomocou fermentačných baktérií, pričom sa produkuje ľahko dostupný substrát vo forme nižších mastných kyselín in situ v biologickom reaktore L

- Počas periódy pokoja (recirkulácia OFF, prevzdušňovanie OFF) v trvaní T3 = 2 minúty sa plynulo zníži intenzita prevzdušňovania pomocou frekvenčného meniča 34 pri otvorenom stave solenoidového ventilu 35 na vzduchovej vetve 26 prevzdušňovania a naďalej trvá vypnutý stav recirkulácie aktivačnej zmesi a solenoidových ventilov 35 na vzduchových vetvách 29, 31. 32 recirkulácie. V oxickej zóne 4 pokračuje zníženie koncentrácie rozpustného kyslíka asimiláciou organických látok aeróbnymi heterotrofnými baktériami a uskutočňuje sa aj simultánna denitrifikácia na úrovni vločiek aktivovaného kalu, kde poklesne koncentrácia rozpusteného kyslíka pod hodnotu 0,5 mg/1. V sekciách vertikálne pretekaného labyrintu 8 s anaeróbnymi zónami 2 a anoxickými zónami 3 je naďalej zastavená recirkulácia a miešanie aktivačnej zmesi a prebieha usadzovanie a ďalšie prehlbovanie vertikálnej stratifikácie kalového mraku.

- Počas krátkodobej periódy recirkulácie (recirkulácia ON, prevzdušňovanie OFF, obrázok č. 13) v trvaní TI = 2 minúty prebieha recirkulácia aktivačnej zmesi plynulým rozbehom dúchadla 20 pomocou frekvenčného meniča 34. keď tlakový vzduch sa presmeruje zatvorením solenoidového ventilu 35 na vzduchovej vetve 26 prevzdušňovania a otvorením vzduchových vetiev 29, 31. 32 recirkulácie. Recirkulačné zariadenia 9, 15. 16 zabezpečujú recirkuláciu aktivačnej zmesi: recyklus vratného kalu z dosadzovacej zóny 5 do oxickej zóny 4, recyklus NOx z oxickej zóny 4 do anoxickej zóny 3 a interný recyklus MLSS z anoxickej zóny 3 do anaeróbnej zóny 2 vo vertikálne pretekanom labyrinte 8. V oxickej zóne 4 sa odohráva zníženie koncentrácie rozpustného kyslíka asimiláciou organických látok, pričom sa spotrebúva zvyšný rozpustený kyslík ako elektrón akceptorový substrát aeróbnymi heterotrofnými baktériami a po vyčerpaní rozpusteného kyslíka najmä vo vločkách aktivovaného kalu prebieha simultánna denitrifikácia. V anoxickej zóne 3 sa odohráva rapídny biochemický proces denitrifikácie pri krátkodobo vysokej koncentrácii oxidovaných foriem dusíka redukciou heterotrofnými denitrifikačnými baktériami za prítomnosti ľahko dostupného substrátu vo forme nižších mastných kyselín, ktoré boli produkované v stratifikovanej vrstve kalového mraku pri dne 12 anaeróbnej zóny 2 a ktoré sú vymývané zo stratifikovanej vrstvy kalu v anaeróbnej zóne 2 interným recyklom MLSS spolu s fermentačnými baktériami, pričom aktivačná zmes recirkulovaná interným recyklom MLSS s obsahom fermentačných baktérií očkuje pritekajúce surové odpadové vody a aktivačnú zmes recirkulovanú recyklom NOx fermentačnými baktériami. V anaeróbnej zóne 2 sa odohráva rapídna biochemická reakcia asimilácie produkovaných nižších mastných kyselín fosfor akumulujúcimi baktériami, ktoré vytvárajú chemicky viazanú energiu vo forme intracelulárnych zásobných látok.

Príklad 5

Zníženie intenzity recirkulácie a miešania resp. prevzdušňovania a miešania počas krátkodobých periód môže byť v rozmedzí cca 5 % až 49 % maximálneho výkonu recirkulačného zariadenia resp. dúchadla, priebeh prevzdušňovania a recirkulácie je znázornený na obrázku č. 14, denným režim č. 8 a č. 9.

Príklad 6

Namiesto mamutkových čerpadiel 9, 14. 15, 16 na recirkuláciu a miešanie aktivačnej zmesi sa môžu používať recirkulačné čerpadlá a miešadlá vybavené frekvenčnými meničmi alebo inými zariadeniami na plynulé zvýšenie a zníženie otáčok elektromotorov čerpadiel a miešadiel, najmä pri čistiarňach odpadových vôd s väčšou kapacitou. Možný priebeh prevzdušňovania a recirkulácie a miešania je na obrázku č. 15, denný režim č. 10 a č. 11. Striedanie krátkodobých periód recirkulácie, miešania a prevzdušňovania sa dosahuje samostatným riadením dúchadiel, recirkulačných čerpadiel a miešadiel.

Príklad 7

Namiesto solenoidových ventilov 21. 35 na automatické, krátkodobé, striedavé otváranie a zatváranie vzduchových vetiev 26 prevzdušňovania a vzduchových vetiev 29, 31. 32 recirkulácie sa môžu použiť rôzne iné ventily s aktuátorom na elektrickom, pneumatickom alebo hydraulickom princípe. Namiesto frekvenčných meničov 34 sa môžu použiť rôzne iné zariadenia na plynulú zmenu otáčok elektromotorov dúchadla a recirkulačného zariadenia, napr. motorový soft štartér a iné podobné zariadenia.

Príklad 8

Meracie zariadenia 42, 43 na on-line meranie veličín môžu byť okrem sond na meranie oxidačno-redukčného potenciálu a dusičnanovej sondy aj sondy na meranie ostatných foriem dusíka, sonda na meranie fosforu, kyslíka, zariadenia na meranie prietokov odpadovej vody a recirkulačných prúdov aktivačnej zmesi a pod.

SK 7883 Yl

Priemyselná využiteľnosť

Spôsob a zariadenie na čistenie odpadových vôd aktivačným procesom so zvýšeným odstraňovaním dusíka a fosforu podľa tohto technického riešenia je možné aplikovať v čistiarňach odpadových vôd nielen pre malé, izolované zdroje znečistenia, ale aj na decentralizované riešenie čistenia odpadových vôd v oblastiach, kde napojenie na verejnú kanalizáciu by bolo neúmerne drahým riešením. Riešenie podľa tohto technického riešenia umožňuje diaľkovú kontrolu a riadenie čistiaceho procesu v jednotlivých čistiarňach odpadových vôd a kvalita vyčistenej vody spĺňa aj zvýšené požiadavky z hľadiska odstránenia dusíka a fosforu z odpadových vôd, preto je možné tieto čistiarne použiť aj na vypúšťanie do povrchových vôd v citlivých oblastiach, kde hrozí eutrofizácia povrchových vôd, na vypúšťanie do povrchových vôd vhodných na rekreáciu a kúpanie, na vypúšťanie do podzemných vôd ako aj využívanie vyčistených vôd na splachovanie toaliet, alebo ako úžitkovú vodu.

Využitie spôsobu riadenia prevzdušňovania a recirkulácie aktivačnej zmesi sa neobmedzuje len na individuálne a malé čistiarne odpadových vôd a na splaškové a komunálne odpadové vody, ale aj na stredne veľké a veľké čistiarne odpadových vôd s kapacitou cca do 50 000 ekvivalentných obyvateľov a na biodegradabilné odpadové vody z agropotravinárskeho priemyslu.

NÁROKY NA OCHRANU

Claims (9)

1. Spôsob čistenia odpadových vôd so zvýšeným odstraňovaním dusíka a fosforu aktivačným procesom zahŕňa procesy prebiehajúce v anaeróbnej zóne (2), anoxickej zóne (3), oxickej zóne (4) a dosadzovacej zóne (5) biologického reaktora (1) s riadením prevzdušňovania, recirkulácie a miešania aktivačnej zmesi prerušovaným chodom, vyznačujúci sa tým, že prerušovaný chod prevzdušňovania a recirkulácie aktivačnej zmesi je riadený tak, že sa striedajú krátkodobé periódy prevzdušňovania a krátkodobé periódy recirkulácie a jedna krátkodobá perióda prevzdušňovania a jedna krátkodobá perióda recirkulácie tvoria jeden cyklus, pričom: - počas krátkodobej periódy prevzdušňovania prebieha prevzdušňovanie a miešanie aktivačnej zmesi v oxickej zóne (4) a súčasne je zastavená recirkulácia a miešanie aktivačnej zmesi v anaeróbnej zóne (2) a anoxickej zóne (3) alebo intenzita recirkulácie a miešania aktivačnej zmesi v anaeróbnej zóne (2) a anoxickej zóne (3) je znížená tak, aby bol zachovaný koncentračný gradient medzi koncentráciou aktivačnej zmesi pri dne (12) a koncentráciou aktivačnej zmesi pri hladine (11), v oxickej zóne (4) sa za prítomnosti rozpusteného kyslíka v aktivačnej zmesi a jej úplného premiešavania pomocou vháňaného tlakového vzduchu za oxických podmienok odohráva proces aeróbnej oxidácie organických látok aeróbnymi heterotrofnými baktériami, rapídny biochemický proces nitrifikácie amónych iónov a nitritových iónov aeróbnymi chemoautotrofnými baktériami a akumulácie fosforu vo fosfor akumulujúcich baktériách s využitím chemicky viazanej energie z intracelulárnych zásobných látok, súčasne pri zastavenej recirkulácii a miešaní aktivačnej zmesi v anaeróbnej zóne (2) a anoxickej zóne (3) alebo pri zníženej intenzite recirkulácie a miešania aktivačnej zmesi prebieha v anaeróbnej zóne (2) a anoxickej zóne (3) usadzovanie ťažších častíc zo surovej odpadovej vody a ťažších vločiek aktivovaného kalu, pričom sa vytvárajú anaeróbne podmienky bližšie ku dnu (12) anaeróbnej zóny (2) a anoxickej zóny (3), pri ktorých sa odohráva proces hydrolýzy a fermentácie usaditeľných a koloidálnych biodegradabilných organických látok a aktivovaného kalu pomocou fermentačných baktérií, pričom sa produkuje ľahko dostupný substrát vo forme nižších mastných kyselín in situ v biologickom reaktore (1); - počas krátkodobej periódy recirkulácie sa zastaví prevzdušňovanie a miešanie aktivačnej zmesi v oxickej zóne (4) alebo sa zníži intenzita prevzdušňovania a miešania aktivačnej zmesi v oxickej zóne (4) tak, aby výsledná koncentrácia rozpusteného kyslíka v aktivačnej zmesi nepresiahla hodnotu 0,5 mg/1 a súčasne prebieha recirkulácia a miešanie aktivačnej zmesi v anaeróbnej zóne (2) a anoxickej zóne (3), v oxickej zóne (4) dochádza k zníženiu koncentrácie rozpustného kyslíka asimiláciou prípadne simultánnou denitrifikáciou vo vločkách aktivovaného kalu, v anoxickej zóne (3) sa odohráva rapídny biochemický proces denitrifikácie pri krátkodobo vysokej koncentrácii oxidovaných foriem dusíka z recyklu oxidov dusíka (NOx) redukciou heterotrofnými denitrifikačnými baktériami za prítomnosti ľahko dostupného substrátu vo forme nižších mastných kyselín, ktoré boli produkované v stratifikovanej vrstve kalového mraku pri dne (12) anaeróbnej zóny (2) a anoxickej zóny (3) a ktoré sú vymývané zo stratifikovanej vrstvy kalu v anaeróbnej zóne (2) a anoxickej zóne (3) interným recyklom aktivačnej zmesi (MLSS) spolu s fermentačnými baktériami, pričom aktivačná zmes recirkulovaná interným recyklom aktivačnej zmesi (MLSS) s obsahom fermentačných baktérií očkuje pritekajúce surové odpadové vody a aktivačnú zmes z recyklu oxidov dusíka (NOx) fermentačnými baktériami, v anaeróbnej zóne (2) sa odohráva rapídna biochemická reakcia asimilácie produkovaných nižších mastných kyselín fosfor akumulujúcimi baktériami, ktoré vytvárajú chemicky viazanú energiu vo forme intracelulárnych zásobných látok.

2. Spôsob čistenia odpadových vôd podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že v rámci jedného cyklu perióda prevzdušňovania trvá v rozsahu 0,5 až 7 minút, optimálne 3 až 5 minút a perióda recirku19

SK 7883 Υ1 lácie trvá v rozsahu 0,5 až 14 minút, optimálne 1 až 5 minút a počet cyklov za deň je 80 až 320, optimálne 160 až 310 cyklov za deň.

3. Spôsob čistenia odpadových vôd podľa ktoréhokoľvek z nárokov la 2, vyznačujúci sa tým, že jeden cyklus obsahuje tiež najmenej jednu krátkodobú periódu pokoja po perióde prevzdušňovania, počas ktorej neprebieha ani recirkulácia a miešanie aktivačnej zmesi v anaeróbnej zóne (2) a anoxickej zóne (3) a ani prevzdušňovanie a miešanie aktivačnej zmesi v oxickej zóne (4).

4. Spôsob čistenia odpadových vôd podľa nároku 3, vyznačujúci sa tým, že krátkodobá perióda pokoja trvá v rozsahu 0,5 až 15 minút, optimálne 2 až 6 minút.

5. Spôsob čistenia odpadových vôd podľa ktoréhokoľvek z nárokov laž4, vyznačujúci sa tým, že aktivačná zmes v anaeróbnej zóne (2) a anoxickej zóne (3) prúdi prevažne piestovo a prevažne vertikálne.

6. Spôsob čistenia odpadových vôd podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 5, vyznačujúci sa tým, že volumetrický pomer medzi anaeróbnou zónou (2), anoxickou zónou (3) a oxickou zónou (4) je v rozsahu 1 : 1 : 1 až 1 : 2 : 4, optimálne v rozmedzí 1 : 1 : 1,5 až 1 : 1 : 2 a/alebo hydraulický čas zdržania v anaeróbnej zóne (2) je v rozsahu 7 až 15 hodín, optimálne v rozmedzí 9 až 13 hodín.

7. Zariadenie na čistenie odpadových vôd s aktivačným procesom so zvýšeným odstraňovaním dusíka a fosforu so spôsobom čistenia opísaným v nárokoch 1 až 6 obsahuje biologický reaktor (1), ktorý združuje anaeróbnu zónu (2), anoxickú zónu (3), oxickú zónu (4) a dosadzovaciu zónu (5), kde anaeróbna zóna (2) a anoxická zóna (3) sú oddelené nornými stenami (6) a priepadovými stenami (7) usporiadanými tak, aby smer prúdenia aktivačnej zmesi bol prevažne piestový a prevažne vertikálny s recirkulačnými čerpadlami zabezpečujúcimi recyklus vratného kalu z dosadzovacej zóny (5) do oxickej zóny (4), recyklus oxidov dusíka (NOx) z oxickej zóny (4) alebo dosadzovacej zóny (5) do anoxickej zóny (3), interný recyklus aktivačnej zmesi (MLSS) z anoxickej zóny (3) do anaeróbnej zóny (2), vyznačujúce sa tým, že obsahuje riadiacu jednotku (22) vybavenú aspoňjedným denným časovým režimom s pevnou dĺžkou krátkodobých periód prevzdušňovania a krátkodobých periód recirkulácie, prípadne krátkodobých periód pokoja v rámci jedného cyklu alebo vybavenú aspoňjedným algoritmom na premenu dĺžok krátkodobých periód prevzdušňovania, krátkodobých periód recirkulácie, prípadne krátkodobých periód pokoja v závislosti od meraných veličín pomocou on-line meracích zariadení (42, 43) v rámci jedného cyklu, pričom riadiaca jednotka je prepojená aspoň s jedným ventilom (21, 35), ktorý je riadiacou jednotkou riadený a ktorý je umiestnený aspoň na jednej vzduchovej vetve (26, 29, 30, 31, 32) tlakového vzduchu.

8. Zariadenie na čistenie odpadových vôd podľa nároku 7, vyznačujúce sa tým, že ventil (21, 35) je trojcestný ventil (21) alebo dvojcestný ventil (35) a tento ventil umožňuje presmerovanie tlakového vzduchu alternatívne do vzduchovej vetvy (26) prevzdušňovania a do vzduchovej vetvy (29, 31, 32) recirkulácie alebo zvýšenie prietoku vzduchu do vzduchovej vetvy (26) prevzdušňovania pri súčasnom znížení prietoku vzduchu do vzduchovej vetvy (29, 30, 31, 32) recirkulácie a opačne.

9. Zariadenie na čistenie odpadových vôd s aktivačným procesom so zvýšeným odstraňovaním dusíka a fosforu podľa nárokov 7 alebo 8, vyznačujúce sa tým, že ventil (21, 35) je elektrický, elektromagnetický, hydraulický alebo pneumatický.

13 výkresov