CZ111998A3 - Způsob dvoustupňového čištění odpadních vod biologickou cestou a zařízení k provádění způsobu - Google Patents

Description

Způsob dvoustupňového čištění odpadních vod biologickou cestou a zařízení k provádění způsobu

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu dvoustupňového čištění odpadních vod biologickou cestou s využitím aktivačního systému s aktivovaným kalem ve vznosu a zařízení k provádění způsobu, vhodného zejména pro malé domovní čistírny.

Dosavadní stav techniky

Čištění odpadních vod biologickou cestou využívá aktivovaného kalu, což je směs rozličných bakterií a drobných mikroorganismů. Tento kal potřebuje ke svému životu organické látky obsažené v odpadních vodách, které rozkládá a tím odpadní vody čistí. Aktivační proces je možný pouze při nepřetržitém okysličování, které je zpravidla řešeno vháněním vzduchu do aktivační nádrže.

K čištění odpadních vod se využívají jednak mikroorganismy pevně přisedlé k podkladu, ve íormě různých systémů bioíiltrů a bioreaktorů, které jsou smáčeny odpadními vodami, a jednak aktivační systémy s kalem ve vznosu, kde jsou vločky kalu promíchávány s odpadní vodou a vzduchem.

Dosud známé čistírny odpadních vod s kalem ve vznosu lze dělit na systémy s kontinuálním průtokem odpadních vod aktivační nádrží a na systémy s diskontinuálním průtokem.

U kontinuálního systému čištění jsou odpadní vody po hrubém předčištění vedeny do aktivační nádrže a po technologicky nutné době, kdy je voda vyčištěna, je odvedena spolu s aktivovaným kalem do samostatné dosazovací nádrže. V této nádrži dojde k odsazení kalu a čistá voda je odvedena do odtoku.

U systému s diskontinuálním průtokem jsou odpadní vody po hrubém předčištění přivedeny do aktivační nádrže přímo nebo po přečerpání z vyrovnávací nádrže. Po vyčištění vody se přeruší aktivační proces, to jest zastaví se provzdušňování a případné promíchávání vody v aktivační nádrži,a po odsazení kalu se • · • · · · · · ·· • · · · · · · · · ·· • · · · · · ···· · ··· ·· • · · · · · · ·· ····· · · · ·· · ·

- 2 vyčištěná voda odčerpá nebo odtáhne gravitačně do odpadu. Pak se opět napouští aktivační nádrž a popsaný cyklus se opakuje. Ve srovnání s kontinuálním čištěním odpadá dosazovací nádrž a napouštění aktivační nádrže (SBR) se cyklicky opakuje.

Nevýhodou výše popsaných aktivačních čistících systémů odpadních vod je to, že je lze obtížně využít pro malé domovní čistírny, a to zejména s ohledem na nároky spojené s řízením provozu čistí rny.

U aktivačních čistíren s kontinuálním průtokem je nutno kal z dosazovací nádrže trvale čerpat zpět k přítoku odpadních vod do aktivační nádrže. Pokud v této nádrži koncentrace kalu stoupne nad povolenou hodnotu, přebytečný kal je nutno z čistírny odčerpat. Pravidelná měření koncentrace kalu v aktivační nádrži a odčerpávání kalu vyžadují kvalifikovanou obsluhu. Kromě toho při nárazovém přítoku odpadních vod by byla aktivační nádrž zatěžována nerovnoměrně. To by mělo za následek zhoršenou kvalitu vody na odtoku, nebo při požadované kvalitě vody by bylo nutno předimenzovat aktivační a dosazovací nádrž.

Dosud známé malé kontinuální čistírny s aktivovaným kalem ve vznosu jsou s ohledem na hromadící se kal v aktivační nádrži konstruovány buď na velkou hustotu kalu, který je nezbytné udržovat energeticky náročným způsobem ve vznosu bez přerušení činnosti čistírny až 200 dní do odkalení, nebo vyžadují kvalifikovanou obsluhu, která pravidelně zajišťuje odkalování aktivační nádrže. Oba tyto systémy nemohou fungovat delší dobu bez přítoku splašků, protože po spotřebování organických látek v aktivační nádrži dochází postupně k autolýze kalu a jeho vymizení z aktivace. Tím je zásadním způsobem narušena činnost čistírny. Aktivační čistírny s diskontinuálním průtokem aktivační nádrže (SBR) se vyznačují poměrně složitým řídícím systémem s několika čerpadly a pro malé zdroje odpadních vod jsou proto příliš nákladné.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky odstraňuje způsob dvoustupňového čistění odpadních vod biologickou cestou s aktivovaným kalem ve vznosu. Podstata řešení podle vynálezu spočívá v tom, že se do

I. aktivačního stupně, který má zároveň funkci vyrovnávací nádrže a kalojemu přivádějí odpadní vody, které se při fázi pozvolného plnění II. aktivačního stupně, který je tvořen reaktorem, následně přečerpávají čerpadlem surové vody k dočištění. V průběhu čistění se reaktor provzdušňuje při fázi plnění z minimální na maximální hladinu, přičemž vyrovnávací nádrž se provzdušňuje při fázi prázdnění reaktoru z hladiny maximální na hladinu minimální. Bezprostředně po naplnění reaktoru dochází k jeho vyprazdňování. Čas potřebný pro oddělení kalu od vyčištěné vody a jeho usazení u dna při fázi prázdnění reaktoru je určený dobou přečerpávání přebytečného kalu a části vyčištěné vody z reaktoru v reaktoru

V případě, do vyrovnávací nádrže, za kterou maximální hladina poklesne na zapínací hladinu čerpadla čisté vody.

že ve vyrovnávací nádrži klesne hladina vody na minimální hladinu, zablokuje se přečerpávání čisté vody do odtoku a objem náplně reaktoru v rozmezí maximální a minimální hladiny se přečerpává čerpadlem přebytečného kalu do vyrovnávací nádrže.

Pokud hladina vody ve vyrovnávací nádrži vystoupí na stanovenou úroveň, čerpání čisté vody do odtoku se odblokuje.

Tato dvoustupňová diskontinuelní aktivační čistírna odpadních vod je tvořená jednak vyrovnávací nádrží s přítokem odpadních vod a čerpadlem surové vody a jednak reaktorem s čerpadlem přebytečného kalu, plovákovým spínačem maximální a minimální hladiny, čerpadlem čisté vody a provzdušňovacím zařízením. Ve vyrovnávací nádrži je dále umístěno provzdušňovací zařízením a plovákový přepínače udržovacího režimu pro blokování čerpadla čisté vody.

V reaktoru je v úrovni mezi maximální a minimální hladinou, umístěn plovákový přepínač čerpadla čisté vody.

Systém obvykle dále obsahuje centrální kompresor.

elektrorozváděč rozvod vzduchu, kalibrované trysky na rozvodu vzduchu pro Jednotlivé velikostní typy čistíren a regulátor výkonu, který se osazuje na elektrické napojení čistírny.

Obdobnou variantou řešení je systém, kdy místo jediného kompresoru a dvou kusů elektroventilů se samostatnými rozvody vzduchu jsou použity dva samostatné kompresory.

Výše popsaná čistírna využívá výhod diskontinuelního aktivačního systému (SBR), kdy odpadá provozně i konstrukčně náročná dosazovací nádrž a zároveň maximálně zjednodušuje řízení tohoto systému. Tím, že celý systém je řízen jen snímáním hladin, obvykle jen plováky, a nevyžaduje žádné elektrické časovače, je řízení velmi jednoduché a spolehlivé a je možné tak využít systému SBR u nejmenších zdrojů znečištění. Zároveň se podstatně zvyšuje účinnost čištění, protože výkon dmychadla je plně využit po dobu sedimentace a prázdnění reaktoru k provzdušňování I. aktivačního stupně, kde dochází ke značnému stupni předčištění odpadních vod a současně k aerobní stabilizaci přebytečného kalu.

Nejvýhodnější aplikací tohoto systému je rekonstrukce již postavených žump a septiků na čistírny odpadních vod. V tomto případě stávající žumpa má funkci vyrovnávací nádrže a kalojemu a nově se do žumpy vloží pouze reaktor s provzdušňovacím a řídícím systémem a tím vznikne kompletní domovní čistírna.

Jedná se patrně o nejmenší čistírny, které pracují s řízenou denitrifikací. Při plnění a biologickém čištění probíhá v reaktoru zároveň nitrifikace, to jest biologická oxidace čpavku na dusičnany. Po zpětném přečerpání vyčištěné vody do vyrovnávací nádrže s anoxickým prostředím, se z vyčištěné vody biologicky uvolňuje plynný dusík. Směs surové a vyčištěné vody, která je následně načerpávána do reaktoru již obsahuje podstatně méně dusíku. Účinnost denitrifikace je dána poměrem vyčištěné vody, která je z reaktoru v jednom cyklu přečerpávána do vyrovnávací nádrže k objemu vody, která je odčerpávána do odtoku. Tento poměr se jednoduše určí nastavením zapínací hladiny čerpadla čisté vody.

»» t · ··· ···· ··-· · · · ♦ · ···• · · · · · ···· · ··· · · ··· ··· · · · ··· ·· ·· · ·· . ··

- 5 - .

Přehled obrázků na výkresech

Na přiloženém výkresu je znázorněno jedno z možných provedení dvoustupňové aktivační čistírny podle vynálezu.

Příklad provedení vynálezu

Aktivační čistírna podle obr. je tvořena dvěmi vodotěsně oddělenými aktivačními nádržemi. I. aktivační stupeň tvoří vyrovnávací nádrž X, obvykle stávající žumpa a II. aktivační stupeň reaktor 2,. Vyrovnávací nádrž 1 slouží k akumulaci a vyrovnání nerovnoměrného přítoku splašků a zároveň zde dochází k zachycení hrubých nečistot a k akumulaci přebytečného kalu z reaktoru 2. Je zde tedy skladována a přerušovaně provzdušříována směs primárního a přebytečného aktivovaného kalu se směsí surové a vyčištěné odpadní vody. Ve vyrovnávací nádrži 1 je umístěn provzdušňovací element 11. vzduchové čerpadlo 9 surové vody, plovákový přepínač 7 udržovacího režimu a íiltr 10 hrubých nečistot s provzdušněním. Reaktor 2 obsahuje vzduchové čerpadlo 12 přebytečného kalu, vzduchové nebo elektrické čerpadlo 13 čisté vody, provzdušřiovací element XX, plovákový spínač 26 maximální a minimální hladiny v reaktoru 2 a plovákový spínač 4 čerpadla čisté vody.

Odpadní vody jsou přiváděny do vyrovnávací nádrže X a odtud jsou přes filtr 10 hrubých nečistot načerpávány pomalu vzduchovým čerpadlem 9 surové vody do reaktoru 2, kde jsou po dobu plnění reaktoru 2 provzdušřiovány a čištěny. Plnění reaktoru 2 probíhá od minimální hladiny 14 po maximální hladinu 15. Rozsah plnění reaktoru 2 se nastavuje od 15 % do 60 % objemu reaktoru 2 a plnění pak trvá obvykle od jedné do pěti ti hodin.

Po naplnění reaktoru 2 na maximální hladinu 15 uzavře plovákový přepínač 22 elektroventil 19 plnění a zároveň otevře elektroventi1 20 prázdnění reaktoru 2. Tím nastane fáze prázdnění reaktoru 2 se současným provzdušříováním vyrovnávací nádrže X, kde po tuto dobu probíhá předčištění odpadních vod se současnou aerobní stabilizací kalu. Po celou dobu této fáze je v provozu vzduchové čerpadlo 12 přebytečného kalu, které snižuje hladinu vody v reaktoru 2 z maximální hladiny 15 na zapínací hladinu 16 čerpadla 13 čisté vody, kdy je odblokován elektroventil 21 čerpadla čisté vody, a tím je uvedeno čerpadlo 13 čisté vody do provozu. Tato časová prodleva nezbytná pro oddělení kalu od vyčištěné vody je určena výkonem čerpadla přebytečného kalu .12. a pohybuje se obvykle od 30 .do 90 minut. Po zapnutí čerpadla čisté vody £3 je pak reaktor rychle odčerpán na minimální hladinu 14 a tím je ukončena íáze prázdnění reaktoru 2. spojená s provzdušřiováním vyrovnávací nádrže £ a zároveň začíná další fáze plnění reaktoru 2.. Tato činnost se cyklicky opakuje.

Nátok k čerpadlu 12 přebytečného kalu je na úrovni požadované hladiny 17 kalu v reaktoru 2 po usazení. Znamená to, že při každém cyklu je tak udržováno automaticky optimální množství aktivovaného kalu v reaktoru 2.

Pokud není dostatečný přítok splašků do čistírny, dojde k poklesu hladiny ve vyrovnávací nádrži £ až na nastavenou minimální hladinu 5, kdy plovákový spínač 7 blokuje elektroventil 21 čerpadla 13 čisté vody i po poklesu hladiny v reaktoru 2. na zapínací hladinu 16 čerpadla 13 čisté vody. Výsledkem je, že íáze prázdnění reaktoru J2, spojená s provzdušřiováním vyrovnávací nádrže 1 trvá tak dlouho, než se celý objem reaktoru 2 z maximální hladiny 15 na minimální hladinu 14 přečerpá pomalu čerpadlem 12 přebytečného kalu do vyrovnávací nádrže £. Nedochází tedy k odtoku čisté vody z čistírny. Pokud je přiváděn elektrický proud do čistírny bez přerušení, pracuje kompresor 24 hodin denně se střídavým provzdušřiováním vyrovnávací nádrže £ a reaktoru 2 a čistírna tak pracuje na plný výkon. Pokud se na regulátoru výkonu 24 nastaví přerušování přívodu elektrického proudu, zkrátí se tak celková doba chodu kompresoru 25 a tím i chodu čistírny. Tím dochází k velice jednoduché a účinné regulaci výkonu čistírny za současné úspory elektrické energie podle skutečného zatížení čistírny.

Naprosto stejným způsobem systém íunguje, pokud jsou použity dva samostatné kompresory. Jedno je pak v provozu pro fázi plnění reaktoru 2. a druhé pro íázi jeho prázdnění. Hladinový spínač 26 maximální a minimální hladiny pak místo otevírání a zavírání elektroventilů 19 a 20., spouští střídavě vždy jeden z dvojice kompresorů.

Claims (4)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1 . Způsob dvoustupňového čistění odpadních vod biologickou cestou s aktivovaným kalem ve vznosu, při němž se do vyrovnávací nádrže přivádějí odpadní vody a při fázi plnění reaktoru se následně přečerpávají čerpadlem surové vody do reaktoru k dočištění, vyznačující se tím, že reaktor se provzduSňuje při fázi plnění z minimální na maximální hladinu, přičemž vyrovnávací nádrž se provzduSňuje při fázi prázdnění reaktoru z hladiny maximální na hladinu minimální.
2. 2. Způsob čistění odpadních vod podle nároku 1, vyznačující se tím, že čas potřebný pro oddělení kalu od vyčištěné vody a jeho usazení u dna při fázi prázdnění reaktoru je určený dobou přečerpávání přebytečného kalu a části vyčištěné vody z reaktoru do vyrovnávací nádrže, za kterou maximální hladina v reaktoru poklesne na zapínací hladinu čerpadla čisté vody.
3. 3. Způsob čiStění odpadních vod podle nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že při poklesu hladiny vody ve vyrovnávací nádrži na minimální hladinu se zablokuje přečerpávání Čisté vody do odtoku a objem náplně reaktoru v rozmezí maximální a minimální hladiny se přečerpává čerpadlem přebytečného kalu do vyrovnávací nádrže, přičemž pokud hladina vody ve vyrovnávací nádrži vystoupí na stanovenou úroveň, čerpání čisté vody do odtoku se odblokuje.

   Φ 4 Φ'

   Φ ΦΦΦΦ ··· 4
4. 4. Dvoustupňová diskontinuelní aktivační čistírna odpadních vod biologickou cestou vyrovnávací nádrží s aktivovaným kalem ve vznosu, tvořená přítokem odpadních vod a čerpadlem surové vody a reaktorem čerpadlem přebytečného kalu.

   plovákovým spínačem maximální a minimální hladiny, čerpadlem čisté vody a provzdušříovacím zařízením, vyznačující se tím.

   že vyrovnávací nádrž (1) je dále opatřena provzduSříovacím zařízením (11) a plovákovým přepínačem (7) udržovacího režimu pro blokování čerpadla (13) čisté vody, přičemž v reaktoru (2) je v úrovni mezi maximální a minimální hladinou, umístěn plovákový přepínač (4) čerpadla (13) čisté vody.