PL175172B1 - Sposób oczyszczania ścieków metodą "błota aktywnego" - Google Patents

Abstract

1. Sposób oczyszczania scieków metoda "blota aktywnego", pozwalajacy na zwiekszenie wydajnosci oczyszczania zanieczyszczen weglem, zanieczyszczen azotem oraz ewentualnie zanieczyszczen fosforanem, zgodnie z którym laczy sie ze soba w zbiorniku aktywacyjnym scieki zawierajace zanieczyszczenie weglem i/lub azotem i/lub fosforanem z biomasa, skladajaca sie z mikroorganizmów oczyszczajacych, oddziela sie wode sciekowa poddana obróbce od blota aktywnego w osadniku i ponownie wprowadza sie do obiegu czesc blota aktywnego w kierunku zbiornika aktywacyjnego, znamienny tym, ze miesza sie z biomasa sproszkowany talk i powstala mieszanine klaczków utworzonych z ziaren mineralnych talku, uwiezionego w matrycy bakteryjnej, wykazujaca wieksza gestosc od gestosci wody czesciowo ponownie wprowadza sie nieprzerwanie do obiegu i zwieksza koncentracje mikroorganizmów w zbiorniku aktywacyjnym oraz czas przebywania wymie- nionych mikroorganizmów w tym zbiorniku. PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest ulepszony sposób biologicznego oczyszczania ścieków metodą aktywnego błota w celu zwiększenia wydajności oczyszczania.

Oczyszczenie ścieków sposobem aktywnego błota, który to sposób jest stosowany w ponad 60% miejskich stacjach oczyszczania krajów rozwiniętych polega na tym, że ścieki te, często wstępnie odsolone i odtłuszczone są odprowadzane (często za pośrednictwem zbiornika wstępnego przelewania) do basenu aktywacyjnego, gdzie degradacja biologiczna jest realizowana przy pomocy bakterii. Basen aktywacyjny jest w razie potrzeby napowietrzany podczas pewnych cykli, pozwalając na rozwój bakterii tlenowych, głównie ze względu na usunięcie zanieczyszczeń węglowych. Basen ten może być również poddany cyklom, w czasie których nie jest napowietrzany, a to w celu rozwoju beztlenowców, jak również ze względu na niszczenie azotanów. Istnieje również możliwość zastosowania drugiego zbiornika nienapowietrzonego dla rozwoju bakterii beztlenowych. Bakterie lub mikroorganizmy tworzą kłaczki o gęstości zbliżonej do gęstości wody (określane jako błoto aktywne), a ścieki oczyszczone są oddzielane od tych kłaczków na skutek różnicy gęstości, klasycznie na skutek ciążenia w zbiorniku post-dekantacyjnym, ogólnie zwanym klaryfikatorem lub wtórnym osadnikiem (dalej zwanym osadnikiem). Tak oczyszczona woda może być wówczas odprowadzona bezpośrednio do rzeki.

Błoto zebrane na spodzie osadnika jest częściowo odprowadzane do basenu aktywacyjnego w celu zachowania w nim zwiększonej liczby mikroorganizmów oczyszczających. Nadmiar błota jest odprowadzany, a następnie oddzielnie osuszany w celu zmniejszenia jego objętości i masy, co umożliwia wykorzystanie go w rolnictwie lub składowanie.

Eksploatacja stacji biologicznego oczyszczania ścieków za pomocą aktywnego błota napotyka na dwie zasadnicze trudności.

1) - utrzymanie dostatecznej koncentracji mikroorganizmów oczyszczających w basenie aktywacyjnym w kontakcie z oczyszczonym ściekiem.

Jeśli na skutek składu fizyko-chemicznego ścieków przy wejściu do oczyszczalni bakterie, które się rozwijają w środowisku, łączą się w kłaczki włókniste, które z kolei słabo się osadzają (40% oczyszczalni w Europie), to oddzielenie wody od mikroorganizmów oczyszczających jest bardzo trudne. Osadnik nie może dalej spełniać swej roli oczyszczania wody i ściek, który jest skierowany do rzeki, zawiera liczne mikroorganizmy oczyszczające: ma miejsce wówczas regularne ługowanie basenu aktywacyjnego, który stopniowo opróżnia się z mikroorganizmów oczyszczających, co doprowadza do zatrzymania procesu oczyszczania ścieku.

2) - nitryfikowanie jonów amonu w poddawanym obróbce ścieku, ponieważ z jednej strony jony amonu, które stanowią największą część zanieczyszczenia azotowego są bardzo toksyczne, zaś z drugiej strony, nitrifikacja amonu stanowi fazę ograniczającą eliminację pożywek azotowych w części odpowiedzialnych za problemy eutrofizacji rzek i jezior.

175 172

Gdy ilość ścieków do oczyszczania jest większa od zdolności przetwórczej oczyszczalni (o średniej lub dużej wydajności wskazując, że ilość zanieczyszczeń do obróbki jest bardzo znaczna w stosunku do ilości mikroorganizmów oczyszczających, znajdujących się w zbiorniku aktywacyjnym), obsługa nie może już wprowadzić ponownie w obieg błota, które opuściło osadnik w wyniku ograniczonej przepustowości instalacji. Jest to na przykład przypadek oczyszczalni ścieków w miastach, w których wzrasta liczba mieszkańców. Błoto aktywne jest wówczas prawie całkowicie wyeliminowane z systemu oczyszczającego. Wynika z tego bardzo słaba koncentracja w basenie aktywacyjnym ilości mikroorganizmów, niszczących zanieczyszczenia węglowe oraz całkowita nieobecność mikroorganizmów, niszczących zanieczyszczenia azotem. Te ostatnie nie zaszczepiają się w błocie młodym, to znaczy w błocie, które nie przebywało zbyt długo w oczyszczalni. Zanieczyszczenia węglowe wchodzące do oczyszczalni, podlegają więc tylko nieznacznej degradacji, co nie następuje w ogóle w przypadku zanieczyszczeń azotowych.

Istnieje niewiele rozwiązań, pozwalających na utrzymanie dostatecznego zagęszczenia mikroorganizmów oczyszczających (mówi się często o biomasie) wbasenie aktywacyjnym i/lub na zaszczepienie bakterii nitrifikujących, niezbędnych do usunięcia zanieczyszczeń związkami azotu (zwłaszcza NH4+ i/lub NO3'). W przypadku oczyszczalni o zbyt małej pojemności (ilość ścieków do obróbki jest większa od zdolności przerobowej) jedynym rozwiązaniem jest powiększenie basenów aktywacyjnych lub zmiana procesu oczyszczania. Powiększenie instalacji jest bardzo uciążliwe, a czasami wręcz niemożliwe, zwłaszcza wówczas, gdy oczyszczalnia jest usytuowana w strefie miejskiej, gdzie brak wolnych terenów.

Ponadto, słaba koncentracja mikroorganizmów oczyszczających prowadzi do niewielkiej wydajności końcowych faz usuwania azotanów i zmusza do znacznego powiększenia instalacji lub do stosowania basenów pomocniczych dla usunięcia tego rodzaju zanieczyszczeń.

Celem mniejszego wynalazku jest sposób, który pozwala z jednej strony na zwiększenie koncentracji biomasy oczyszczającej w basenie aktywacyjnym i lepsze opanowanie tej koncentracji, z drugiej zaś strony na zwiększenie działalności obecnych bakterii, nawet gdy błoto aktywne występuje w postaci włókien, trudnych do oddzielenia od obrabianego ścieku, a nawet wówczas, gdy koszt oczyszczania błota w osadniku jest wysoki z uwagi na zbytmałą pojemność oczyszczalni dla wpływających ścieków. To zwiększenie koncentracji · i działania biomasy czynnej dotyczy w pierwszym rzędzie mikroorganizmów, które niszczą zanieczyszczenia węglem; dzięki przedłużeniu czasu pobytu mikroorganizmów w basenie aktywacyjnym dotyczy ono także mikroorganizmów, które utleniają i niszczą zanieczyszczenia amoniakalne. Ulepszony sposób według wynalazku pozwala na zmniejszenie odprowadzania materiałów organicznych do rzek, jak również usunięcie do istniejącej instalacji wodnej jonów toksycznego amonu. Oprócz tego, zwiększenie aktywności bakterii tłumaczy się wzrostem zniszczenia fosforanów, a tym samym znacznym usunięciem zanieczyszczeń tymi fosforanami.

W tym celu, sposób według wynalazku polega na stosowaniu błota aktywnego, w którym łączy się w basenie aktywacynym ścieki zawierające zanieczyszczenia węglowe i/lub azotowe, i/lub zanieczyszczenia fosforanem z biomasą, składającą się z mikroorganizmów oczyszczających, oddziela się ścieki poddawane obróbce błotem aktywnym w osadniku i część błota aktywnego wprowadza się ponownie do obiegu do basenu aktywacyjnego. Według niniejszego wynalazku miesza się z biomasą sproszkowany talk lub pirofilit lub mikę z wyątkiem wszelkich organicznych środków wiążących, w warunkach odpowiednich do bezpośredniego łączenia ziaren mineralnych i bakterii i do utworzenia mieszaniny kłaczków składających się z ziaren mineralnych talku, pirofilitu lub miki uwięzionych w matrycy bakteryjnej i związanych z nią· bezpośrednio, przy czym błoto aktywne, utworzone przez wymienione mieszaniny kłaczków składające się z ziaren mineralnych i bakterii, wykazuje większą gęstość od gęstości wody i jest częściowo w sposób nieprzerwany zawracane do obiegu w celu zwiększenia koncentracji mikroorganizmów w basenie aktywacyjnym oraz czasu ich przebywania w tym basenie.

175 172

Przez osadnik rozumie się każdy układ statyczny lub dynamiczny, sprzyjający oddzielaniu ciał stałych od ciekłych, spowodowany różnicą gęstości, taki jak zbiornik dekantacyjny, ciążeniem hydrocyklonami lub podobnymi urządzeniami.

W sposobie według wynalazku można zaobserwować, że kiedy drobiny sproszkowanego talku, pirofilitu lub miki wchodzą w kontakt z mikroorganizmami, tworzą się mieszaniny kłaczków, spowodowane efektem usidlania sproszkowanych cząstek w kłaczkach bakteryjnych. Skutek ten jest nieoczekiwany z powodu charakterystycznej wielkiej bezwładności fizyko-chemicznej, braku porowatości i małej specyficznej powierzchni tych wymienionych proszków, w przypadku talku, pirofilitu i miki oczekiwany rezultat jest jeszcze bardziej zaskakujący, ponieważ talk, pirofilit i mika mają charakter lipofilowy dobrze znany, który nadaje im właściwość absorbowania tłuszczy i pozwala przewidzieć całkowity brak powinowactwa wobec bakterii, a takie powinowactwo idzie zawsze w parze z materiałami wodolubnymi. Efekt tworzenia mieszaniny kłaczków jest bardzo widoczny i nie mógł być do tej pory wytłumaczony. Wówczas, gdy ilość sproszkowanego talku, pirofilitu lub miki zawarta jest pomiędzy 0,01 g/l i 2,0 g/l ścieków stwierdza się, że praktycznie wszystkie ziarna proszku i wszystkie mikroorganizmy złączyły się w mieszaninę mnóstwa mieszanin kłaczków wymienionego wyżej typu.

Korzystnym jest, aby wielkość cząstek użytego talku, pirofilitu lub miki była mniejsza od 100 ąm. W sposobie według wynalazku szczególnie korzystna wielkość cząstek użytego talku, pirofilu lub miki zawarta jest pomiędzy 3 i 50 ąm.

Przez talk rozumie się uwodniony krzemian magnezu o wzorze 3MgO · 4SiO2 · H2O lub wszelką mieszaninę krzemianu warstwowego, zawierającą ten składnik. Przez pirofilit rozumie się uwodniony krzemian glinu o wzorze A2O3 · 4SiO2 · H2O, zwany również Agalmatolitem lub wszelką mieszaninę krzemianów, zawierającą ten składnik. Przez mikę rozumie się miki zawierające tlenki glinu takie jakmuskowity o wzorze 6SiO2 · 3A2O3 · K2O · 2H2O, a także miki magnezo-organiczne takie jak flogopity o wzorze 6SiO2 · A2O3 · 6MgO · K2O · 2H2O jak również illity, zawierające tlenki glinu i tlenki magnezu pochodzące od wymienionych minerałów przez zmienne zastępowanie Al przez Si z jednej strony, a z drugiej Fe przez Al lub Mg. We wszystkich tych wypadkach te naturalne gatunki mogą zawierać towarzyszące im minerały.

Mieszaniny kłaczków, utworzone sposobem według wynalazku, mają gęstość większą aniżeli zwykłe Maczki bakteryjne, ze względu na masę właściwą sproszkowanych ziaren rzędu 2,5 do 3 razy większą od masy skupienia mikroorganizmów, które zazwyczaj tworzą się w środowisku wodnym. Ta zwiększona gęstość pozwala na uzyskanie gwałtownego zagęszczenia błota aktywnego w trakcie następnych ponownych cykli, która zapewnia w fazie stałego działania dobre oddzielenie błota w osadniku. Należy zauważyć, że kiedy w osadniku znajduje się hydrocyklon, oddzielenie jest szczególnie korzystne; technika za pomocą hydrocyMonowania (wodoodpylania), której zaleta polega na wprowadzeniu urządzeń z wkładką kompaktową dostosowaną do usuwania zapachów jest obecnie mało stosowana, ponieważ różnica gęstości pomiędzy kłaczkami bakteryjnymi i wodą ściekową jest często bardzo mała i z tego powodu progi odcięcia koryta cieków są bardzo trudne do utrzymania. We wszystkich wypadkach recyrkulacja mikroorganizmów oczyszczających w kierunku basenu aktywacyjnego cieszy się powodzeniem nawet wówczas, gdy bakterie występują pod postacią włóknistą, (która łączy się zazwyczaj w kłaczki bakteryjne, osadzające się trudem). Ponadto, ta lepsza recyrkulacja (obieg wtórny) błota aktywnego zwiększa czas przebywania mikroorganizmów oczyszczających, pozwalając na zaskakujące zaszczepianie bakterii nitrifikujących (wiązanie azotu) nawet w oczyszczalniach o średnim lub dużym obciążeniu. Można było również stwierdzić, przy jednakowym ciężarze mikroorganizmów, zwiększoną aktywność bakteryjną wówczas, gdy mikroorganizmy są skupione w kłaczkach, będących mieszaniną mikroorganizmów i sproszkowanych ziaren (w stosunku do aktywności kłaczków czysto bakteryjnych), efekt ten jest również niewytłumaczony. To zwiększenie aktywności (mierzonej zużyciem tlenu w środowisku) tłumaczy się zwiększonym zużyciem fosforanu. W tym miejscu należy odnotować, że wymienione proszki są

175 172 chemicznie neutralne i nie są rozpuszczalne w ściekach, gdy się je do nich wprowadza (co zapobiega wprowadzeniu do wód nowego zanieczyszczenia).

Odmiana sposobu według wynalazku polega na stosowaniu talku, pirofilitu lub miki kationizowanej w postaci proszków. Chodzi tutaj o talk, pirofilit lub mikę w postaci proszków poddanych obróbce za pomocą różnych czynników kationizujących. Jako czynnik kationizujący można stosować na przykład takie kompozycje, jak aminy na bazie epichłorohydryny, poliaminy alifatyczne czwartorzędowe lub podobne. Stosowanie talku, pirofilitu lub miki kationizowanej pozwala na zagęszczenie błota aktywnego, które przewyższa błoto, uzyskane takimi samymi proszkami mineralnymi nie poddanymi obróbce.

Proszki, które służą jako dodatki mogą być wprowadzone, zgodnie ze sposobem według wynalazku, zarówno przed basenem wstępnego osadzania jak też bezpośrednio do basenu aktywacyjnego. Możliwe jest również wprowadzenie talku, pirofilitu lub miki do obiegu recyrkulacyjnego (wtórnego) błota aktywnego, pomiędzy osadnikiem i basenem aktywacyjnym lub do osadnika (bez względu na to, czy osadnik jest tradycyjny lub nie, dynamiczny lub statyczny), gdzie będą oddziaływały bezpośrednio na zagęszczenie błota. Wykazano, że dodanie talku, pirofilitu lub miki w postaci sproszkowanej bezpośrednio do basenu aktywacyjnego jest szczególnie skuteczne dla gwałtownego zwiększenia koncentracji mikroorganizmów. Dodanie tych proszków do osadnika jest szczególnie skuteczne w przypadku bakterii włóknistych, aby uniknąć ich ługowania.

Przytoczone niżej przykłady ilustrują sposób według wynalazku. We wszystkich tych przykładach zastosowano ścieki, pobrane u wyjścia z osadnika początkowego typu konwencjonalnego z szybkością wzrastającą rzędu 0,5 m/h, za wyjątkiem przykładów 6 i 7.

Przykłady 1 do 7 przeprowadzono w oczyszczalni doświadczalnej, składającej się (w odcinku poniżej osadnika początkowego):

- z basenu aktywacyjnego cylindrycznego o objętości 3,5 l, zasilanego natężeniem przepływu 1,5 l/h nieprzerwanie utlenianego i mieszanego (regulowanie wzbogacenia środowiska w tlen do 5 mg/l);

- z cylindryczno-stożkowego osadnika o objętości 31, którego stożkowa podstawa jest podłączona z jednej strony przewodem recyrkulacyjnym błota do basenu aktywacyjnego, z drugiej natomiast strony do pompy odciągającej;

- z urządzenia do wprowadzania mineralnego proszku do basenu aktywacyjnego (lub w przykładach 4, 5, 6 do osadnika), składającego się z pojemnika na proszek w zawiesinie wodnej i pompy do wtryskiwania tej zawiesiny, pozwalającej na regulowanie ilości zawiesiny, a tym samym proszku wprowadzanego do basenu aktywacyjnego (lub też do osadnika).

Przykłady 12 i 3 z jednej strony i przykłady 4, 5 i 6 z drugiej strony, były prowadzone na trzech urządzeniach identycznych z urządzeniem opisanym uprzednio i zwanym urządzeniem doświadczalnym. Przykład 7 jest prowadzony na tym samym urządzeniu doświadczalnym, przy czym załączony rysunek ilustruje rezultaty, uzyskane w tym przykładzie 7.

Przykład 1.

Stabilizuje się oczyszczalnię błotem aktywnym, działając klasycznie przez wprowadzenie sproszkowanego talku.

Przykład ten jest prowadzony w trzech kolejnych fazach.

Faza pierwsza:

Czas trwania: 35 dni klasycznego działania dla określenia właściwości oczyszczających danej instalacji.

Faza druga:

Czas trwania: 35 dni działania przy zawartości 0,15 g talku na 1 litr ścieków poddawanych obróbce, nieprzerwanie podawanego do zbiornika aktywacyjnego. Faza ta pozwala uwydatnić wpływ talku na właściwości oczyszczające urządzenia.

Faza trzecia:

Czas trwania: 45 dni klasycznego funkcjonowania, przy czym wprowadzanie talku zostaje zatrzymane na początku tej fazy. Faza ta pozwala na upewnienie się, że efekt uzyskany w fazie 2 jest spowodowany dodaniem talku, a nie na skutek przypadkowego działania urządzenia oraz, że pod nieobecność talku urządzenie oczyszcza na tym samym poziomie, jak podczas fazy pierwszej. Faza ta jest dłuższa od poprzednich, ponieważ trzeba około tygodnia, aby usunąć całkowicie talk z urządzenia.

Podczas trzech następujących po sobie faz, każdego dnia mierzone były trzy parametry i ich wartości średnie oraz odchylenie od średniej wartości, mierzone dla każdej fazy badań.

- Chemiczne zapotrzebowanie tlenu w całej objętości ścieku (DCO wyrażone w mg Oz/l) charakterystyczne dla koncentracji zanieczyszczenia węglem, mierzone przy wejściu do basenu aktywacyjnego i u wyjścia z osadnika (w ten sposób oblicza się spadek całkowitego zapotrzebowania tlenu DCO, -pierwsza charakterystyka możliwości oczyszczających danego urządzenia);

- Chemiczne zapotrzebowanie na tlen części rozpuszczalnej ścieku (rozpuszczalne DCO, wyrażone w mg O2/I), charakterystyczne dla koncentracji zanieczyszczeń węglowych rozpuszczalnych, mierzonych przy wejściu do basenu aktywacyjnego i przy wyjściu z osadnika (w ten sposób oblicza się spadek rozpuszczalnego zapotrzebowania na tlen (DCO), - druga charakterystyka możliwości oczyszczających urządzenia).

- Wskaźnik Mohlmann’a, wyrażony objętością wypełnioną przez błoto aktywne, zlewane przez 30 minut, odnosi się do masy materiałów w zawiesinie wymenionego błota aktywnego (1M w ml/g) (im wskaźnik tenjest niższy, tym oddzielenie kłaczków bakteryjnych od oczyszczonej wody jest bardziej ułatwione).

Zastosowany proszek talku jest wprowadzony do handlu przez przedsiębiorstwo TALC DE LUZENAC (Francja), pod nazwą LUZENAC MB 30. Proszek ten składa się w 55% z uwodnionego krzemianu magnezu i 45% krzemianu magnezu i uwodnionego glinu. 75% cząstek kulistych ma średnicę odpowiednio mniejszą od 11 μπι, w tym 50% od 6,3 μ m i 25% od 3,5 μm.

	DCO całkowite (mg/1)	DCO rozpuszczalne (mg/1)	IM (ml/g)
Vs	Et	Ab	Vs	Et	Ab	V	Et
Faza 1	105	37	224	52	26	89	128	101
Faza 2	98	17	256	43	18	123	51	15
Faza 3	110	25	190	56	22	74	100	28

Vs = wartość wyjściowa, Et = odchylenie od wartości średniej, Ab = osłabienie, V = wskaźnik wartości;

Efekt talku jest widoczny na wskaźniku Mohlmann’a (zdolność oddzielania ciał stałych od cieczy), jak również na regularności wartości wyjściowych, charakteryzującej się bardzo niskimi odchyleniami od wartości średniej. Talk pozwala nie tylko na oczyszczenie, lepsze od przeciętnych, lecz jego wartość jest bardzo regularna.

Efekt przy oczyszczaniu z zanieczyszczeń nierozpuszczalnych jak również rozpuszczalnych jest niezaprzeczalny.

Przykład 2.

Stabilizuje się oczyszczalnię błotem aktywnym, działając sposobem klasycznym przez wprowadzenie sproszkowanej miki.

Fazy badań i mierzone parametry są identyczne do opisanych w przykładzie 1. Sproszkowana mika jest dodawana w ilości 1,0 g/l ścieków poddawanych obróbce.

Zastosowana sproszkowana mika jest sprzedawana przez przedsiębiorstwo KAOLIN D’ARVOR (Francja) pod nazwą MIC.AR.VOR 20. Składa się on z 55% miki, 30% kaolinitu i 15% skalenia. 75% cząstek kulistych ma średnicę odpowiednio niższą od 7,4 μ^ 50% od 4,1 μm i 25% od 1,9μιη.

	DCO całkowite (mg/1)	DCO rozpuszczalne (mg/1)	IM (ml/g)
Vs	Et	Ab	Vs	Et	Ab	V	Et
Faza 1	105	37	224	52	26	89	128	101
Faza' 2	100	22	254	48	22	118	86	26
Faza 3	110	25	190	56	22	74	100	28

Vs = wartość wyjściowa, Et = odchylenie od wartości średniej, Ab = osłabienie, V = wskaźnik wartości;

175 172

Zastosowanie sproszkowanej miki pozwala na zwiększenie usuwania zanieczyszczenia węglowego, regularnie polepsza eliminację zanieczyszczeń oraz poprawia oddzielanie błota aktywnego od oczyszczonej wody.

Przykład 3.

Stabilizuje się oczyszczalnię, rozregulowaną obecnością włóknistych bakterii, przez wprowadzenie sproszkowanego talku.

Przykład ten jest prowadzony w czterech następujących po sobie fazach.

Faza pierwsza:

Czas trwania: 10 dni działania, w którym to czasie urządzenie doświadczalne jest zasilane tym samym rodzajem ścieków, jakie stosowano w przykładzie 12 lub 3, do których dodano 1,5 g glukozy na litr obrabianych ścieków. Glukoza jest zanieczyszczeniem, które łatwo podlega biodegradacji a korzystnie wpływa na rozwój bakterii włóknistych. Po pierwszych pięciu dniach oczyszczanie jest całkowicie zakłócone. Osadnik jest wypełniony zawiesiną, a oddzielanie cząstek stałych od cieczy jest zatrzymane i bakterie są odrzucone z instalacji pilotującej.

Faza druga:

Czas trwania: 3 dni działania z zawartością 2 g talku na li^tr ścieków do obróbki + 1,5 g glukozy na litr wody, nieprzerwanie wprowadzanych do osadnika. Po tych trzech dniach powtórny obieg błota jest ponownie możliwy.

Faza trzecia:

Czas trwania: 27 dni działania z zawartością 0,15 g talku na litr ścieków + 1,5 g glukozy na litr wody, wprowadzanych nieprzerwanie do osadnika. Zmniejszenie ilości talku było możliwe, ponieważ druga faza znacznie umożliwiła właściwą pracę instalacji.

Faza czwarta:

Czas trwania: 15 dni działania bez talku, wyłącznie mieszaniną ścieków + glukoza (1,5 g/l). Trzeba około tygodnia dla całkowitego usunięcia talku z instalacji.

Parametry mierzone są identyczne, jak w przykładzie 1.

Talkiem używanym jest Luzenac MB 30, stosowany i opisany w przykładzie 1.

	DCO całkowite (mg/ł)	DCO rozpuszczalne (mg/l)	IM (ml/g)
Vs	Et	Ab	Vs	Et	Ab	V	Et
Faza 1	1202	1675	167	186	149	310	499	421
Faza 2 i 3	108	77	1795	70	48	505	205	98
Faza 4	1150	1590	190	173	133	320	510	470

Vs = wartość wyjściowa, Et = odchylenie od wartości średniej, Ab = osłabienie, V = wskaźnik wartości;

Efekt talku jest widoczny. Pozwala on na ponowny spadek wartości całkowitego zapotrzebowania tlenu (DCO) do zakończenia pracy poniżej normy 125 mg/l.

Zmniejszenie to w trzech charakterystycznych oczyszczaniach w instalacji jest bardzo szybkie i bardzo istotne w trakcie fazy 2 i 3.

Jednakże obserwacja pod mikroskopem optycznym kłaczków bakteryjnych wskazuje, że ekologia układu nie została zmieniona: bakterie włókniste są nadal obecne, ich efekt na oddzielenie ciał stałych od cieczy jest żaden, ponieważ te bakterie owijają się wokół talku, tworząc gęstą mieszaninę kłaczków.

W trakcie czwartej fazy (zatrzymanie talku) problemy pojawiają się ponownie w miarę eliminacji talku (przez oczyszczenie błota), aż staną się nierozwiązywalne, gdy cały talk zostanie usunięty.

Stosowana instalacja z tą chwilą nie może odpowiednio oczyszczać ścieków.

Przykład 4.

Uzdatnia się oczyszczalnię, rozregulowaną obecnością bakterii włóknistych przez wprowadzenie sproszkowanej miki.

Badane fazy i mierzone parametry są identyczne z opisanymi w przykładzie 1.

Sproszkowana mika jaką użyto, jest taka jaką opisano w przykładzie 3.

175 172

	DCO całkowite (mg/1)	DCO rozpuszczalne (mg/1)	IM (ml/g)
Vs	Et	Ab	Vs	Et	Ab	V	Et
Faza 1	1202	1675	167	186	149	310	499	421
Faza 2 i 3	127	101	1776	84	51	491	250	110
Faza 4	1197	1605	143	181	138	312	525	478

V_s = wartość wyjiściowa, Et = odchylenie od wartości średniej, Ab = osłabienie, V = wskaźnik wartości;

Zastosowanie proszku miki pozwala więc na zadowalającą pracę instalacji, pomimo obecności bakterii włóknistych, przy czym nie wpływa to na zmianę ekologii układu.

Przykład 5.

Nitryfikuje się w stałej temperaturze przez dodanie sproszkowanego talku.

Przykład 5 jest prowadzony na instalacji doświadczalnej, opisanej wcześniej. W celu badania efektu, wywołanego dodaniem sproszkowanego talku na nitryfikację jonów amonu, cała instalacja jest utrzymywana w temperaturze 15°C (nitryfikacja zależy ogromnie od temperatury i różnica kilku stopni zmienia niezwykle kinetykę reakcji).

Reakcja na nitryfikację zależy również od wielkości masy ładunku ścieku wprowadzonego do instalacji, który jest poddawany badaniu na przemian z talkiem i bez talku. Osiąga się to, modyfikując warunki hydrauliczne w instalacji.

Uzyskane wyniki są przedstawione na krzywych 1 i 2 na rysunku, wykazujących ewolucję ilości wyeliminowanych jonów amonu w instalacji (ładunek N-NH4+ usunięty, wyrażony w kg N-NH4⁺/m³ na dzień), przy działaniu w zależności od ilości zanieczyszczenia węglem, wchodzącego do instalacji, do ilości mikroorganizmów obecnych w basenie aktywacyjnym (wielkość zastosowanego ładunku wyrażona w kg DBO/kg MES/dzień).

Zastosowany sproszkowany talk jest taki jak w przykładzie 1, w tej samej ilości (0,15 g na litr ścieków).

Krzywe 1 i 2 wykazują niedwuznacznie, że dzięki wprowadzeniu talku możliwe jest wyeliminowanie znacznych ilości jonów amonu, nawet przy dużym lub bardzo dużym ładunku masy, podczas gdy bez talku eliminacja ta jest bardzo ograniczona lub wręcz niemożliwa.

Przykład 6.

Oczyszczalnię komunalną uzdatnia się, przez dodanie sproszkowanego talku.

Przykład 6 jest prowadzony w oczyszczalni o pojemności na 1000 mieszkańców, przetwarzającej 600 - 700 m³/dzień. Pojemność nominalna (zaprojektowana) wynosi tylko 300 m³/dzień. Oczyszczalnia ta, położona w Styrze (Austria) podlega niskim temperaturom i w trakcie prowadzenia eksperymentu temperatura ustabilizowała się w granicach 10°C. Przy tej niskiej temperaturze kinetyka nitryfikacji jest znacznie zwolniona i oczyszczenie z amonu nie może mieć miejsca.

Oczyszczalnia dysponuje urządzeniami do wstępnej obróbki ścieków (oczyszczarka krat, osadnik piasku, odtłuszczarka). Następuje klarowanie ścieku przez około 2 godziny przed wejściem do basenu aktywacyjnego. Oddzielenie kłaczków bakteiyjnych z oczyszczonej wody następuje w osadniku wtórnym typu konwencjonalnego.

Przykład ten jest prowadzony w trzech kolejnych fazach.

Faza pierwsza:

Czas trwania: 20 dni klasycznego funkcjonowania;

Średnia temperatura: 15°C.

Faza druga:

Czas trwania: 35 dni funkcjonowania z zawartością około 0,20 g talku na litr ścieków. Sproszkowany talk, z trudem zwilżający się, zostaje wstępnie zwilżony przez wodę, wchodzącą do basenu aktywacyjnego w śrubie Archimedesa, zanim będzie nieprzerwanie wprowadzany do basenu aktywacyjnego.

Średnia temperatura: 10°C.

175 172

Faza trzecia:

Czas trwania: 45 dni funkcjonowania typowej oczyszczalni, gdzie wprowadzanie sproszkowanego talku zatrzymano na początku tej fazy. Po około dziesięciu dniach sproszkowany talk będzie usunięty.

Średnia temperatura: 10°C.

Sproszkowany talk jaki użyto, jest wprowadzany do handlu przez przedsiębiorstwo Naintsch Mineralwerke (Austria) pod nazwą Biosorb 30. Składa on się z 55% uwodnionego krzemianu magnezu i z 45% uwodnionego krzemianu magnezu i glinu, 75% cząstek kulistych ma średnicę odpowiednio mniejszą od 12//m, w tym 50% od 6,7 /im i 25% od 3,4/im.

W czasie kolejnych faz codziennie mierzy się szereg wskaźników zanieczyszczenia odprowadzanej wody:

- zapotrzebowanie chemiczne na tlen całego ścieku (DCO całkowite, w mg/l);

- koncentrację w azocie jonów amonu w ścieku (N-NH4, w mg/l);

- koncentrację w azocie jonów azotanów w ścieku (N-NO3, w mg/l);

- koncentrację w fosforze jonów ortofosforanów w ścieku (P-0PO4, w mg/l)

	DCO całkowite (mg/l)	N-NH4 (mg/l)	N-NO3 (mg/l)	P-0PO4 (mg/l)
Etap 1	102	28,5	12,5	1,3
Etap 2	43	2,5	5,2	0,9
Etap 3	112	33,0	14,3	1,5

Wartości średnie głównych wskaźników przy wyjściu z instalacji oczyszczania wody. Spadek tych wartości może być tłumaczony wprowadzeniem talku.

	DCO całkowite	N-NH4	N-NO3	P-0PO4
Efekt talku	60%	90%	60%	35%

Spadek zanieczyszczenia spowodowany obecnością talku w stosunku do okresów, pozbawionych działania talku.

Efekt spowodowany talkiem jest widoczny i nieoczekiwany. Bardzo pozytywny wpływ użycia sproszkowanego talku na usunięcie zanieczyszczeń węglowych (DCO) i amoniakalnych (NH 4+), już zaobserwowany na instalacjach doświadczalnych, jest tutaj potwierdzony. Bardzo pozytywny wpływ zastosowania sproszkowanego talku na usuwanie azotanów i fosforanów nie był przewidziany, ponieważ wszystkie próby prowadzone w laboratorium na instalacjach doświadczalnych były prawie idealne. Zwłaszcza baseny aktywacyjne wymienionych instalacji doświadczalnych były całkowicie napowietrzone. Stąd też denitryfikacja nie mogła być zaobserwowana. Tak więc, w rzeczywistej oczyszczalni skuteczność oczyszczania i napowietrzania nie jest jednolita we wszystkich objętościach i istnieją strefy nieutlenione, to znaczy nienapowietrzone: jest to przypadek oczyszczalni, gdzie jedna osłabiona denitryfikacja jest tradycyjnie możliwa. Ten nieoczekiwany, zgodny z wynalazkiem efekt może być tłumaczony ochroną sproszkowanego talku względem zanieczyszczeń organicznych, obecnych w środowisku i/lub dzięki koncentracji bakterii nitryfikacyjnych wobec obecności sproszkowanego talku.

W efekcie pomiar oddychania błota, przeprowadzony na zwykłych kłaczkach i na kłaczkach mieszanych wykazuje, że kłaczki mieszane pochłaniają dwa do trzech razy szybciej tlen w zbiorniku aktywacyjnym, aniżeli kłaczki zwykłe.

Wskazuje to, że aktywność bakteryjna jest znacznie wzmożona i może tłumaczyć zwiększone spożycie fosforu przez bakterie jak również posuniętą degradację amonu, azotanów oraz zanieczyszczeń węglowych.

Przykład 7.

Zagęszcza się błoto aktywne za pomocą osadzania w obecności różnych dodatków.

W tym przykładzie porównano zagęszczenie samego błota aktywnego i błota zmieszanego z węglanem wapnia lub z samymi substancjami kationizowanymi, z zagęszczeniem obserwowanym po dodaniu talku, talku kationizowanego lub miki zgodnie z wynalazkiem.

175 172

Błoto aktywne pochodzi z oczyszczalni miejskiej, w której przeprowadzono doświadczenia opisane w przykładzie 6. Błoto to zawiera 4,1 g materiałów suchych na litr błota aktywnego.

Do jednego litra wymienionego wyżej błota aktywnego wprowadzono, mieszając podczas 10 minut, materiały mineralne, kationizowane lub nie:

a) 0,5 g talku o nazwie Biosorb 30, jaki opisano i zastosowano w przykładzie 6,

b) 0,5 g talku Biosorb 30, jednocześnie dodano 0,7%, w stosunku do masy, aminy na bazie epichlorohydryny o chronionej nazwie handlowej Percol, produkowanego przez Allied Colloid (W.Bryt.),

c) 0,0035 g produktu chronionego Percol lub ilości jak w punkcie b),

d) 0,5 g produktu 'Biosorb 30 potraktowanego 0,7%, w stosunku do masy, poliaminą alifatyczną czwartorzędową o chronionej nazwie handlowej Superfloc, produkowanym przez American Cyanamid Corporation (New Jersey - USA)

e) 0,0035 g produktu Superfloc, bądź ilością jak w punkcie d),

f) 0,5 g kaolinu 20 B,

g) 0,5 g miki o nazwie Micarvor 20, opisanej i zastosowanej w przykładach 3 i 6

h) 0,5 g węglanu wapnia o nazwie Hydrocarb 5, produkowanego przez przedsiębiorstwo OMYA (Szwajcaria),

i) 0,5 g pirofilitu o nazwie HTM 20, produkowanego przez przedsiębiorstwo MINErAcAO MATHEUSS LEME Ltda (Brazylia). Ten pirofilit ma czystość wyższą od 95%. 75% cząstek ma średnicę sferyczną odpowiednio mniejszą od 9/zm, w tym 50% od 5 μ m i 25% od 2,6 μ m.

Mieszaniny otrzymane w ten sposób, jak również powołując się na samo błoto aktywne (ref.), są wprowadzane do skalowanych probówek i wielkość błota oczyszczonego jest zwiększona po 30 minutach klarowania.

	ref	a	b	c	d	e	f	g	h	i
Objętość po 30 min (ml)	790	470	410	750	380	750	670	630	750	460
Zmniejszenie objętości w stosunku do ref ___	-	40%	48%	5%	52%	5%	15%	20%	5%	42%

Wyniki podane w tabeli wykazują niedwuznacznie znaczącą rolę sproszkowanego talku, pirofilitu i miki na osadzanie się błota aktywnego jak również współzależność, która istnieje pomiędzy czynnikami kationizowanymi i proszkami aktywnymi, zwłaszcza talkiem. Odnotować należy, że zastosowanie samych dodatków chemicznych jak również węglanu wapnia ma niewielki wpływ na opisany sposób.

175 172

Ładunek N-NH^ wyeliminowany (kg N - NH^/m^/dzień)

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 4,00 zł

Claims (15)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób oczyszczania ścieków metodą błota aktywnego, pozwalający na zwiększenie wydajności oczyszczania zanieczyszczeń węglem, zanieczyszczeń azotem oraz ewentualnie zanieczyszczeń fosforanem, zgodnie z którym łączy się ze sobą w zbiorniku aktywacyjnym ścieki zawierające zanieczyszczenie węglem i/lub azotem i/lub fosforanem z biomasą, składającą się z mikroorganizmów oczyszczających, oddziela się wodę ściekową poddaną obróbce od błota aktywnego w osadniku i ponownie wprowadza się do obiegu część błota aktywnego w kierunku zbiornika aktywacyjnego, znamienny tym, że miesza się z biomasą sproszkowany talk i powstałą mieszaninę kłaczków utworzonych z ziaren mineralnych talku, uwięzionego w matrycy bakteryjnej, wykazującą większą gęstość od gęstości wody częściowo ponownie wprowadza się nieprzerwanie do obiegu i zwiększa koncentrację mikroorganizmów w zbiorniku aktywacyjnym oraz czas przebywania wymienionych mikroorganizmów w tym zbiorniku.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się proszek talku utworzony z cząstek o wielkości mniejszej od 100 μ m.
3. 3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że stosuje się proszek talku utworzony z cząstek o wielkości zawartej pomiędzy 3 μm i 50 μm.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że miesza się sproszkowany talk w ilości od 0,01 g do 2,0 g na litr ścieków wchodzących do obróbki do zbiornika aktywacyjnego.
5. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się sproszkowany talk kationizowany.
6. 6. Sposób oczyszczania ścieków metodą błota aktywnego, pozwalający na zwiększenie wydajności oczyszczania zanieczyszczeń węglem, zanieczyszczeń azotem oraz ewentualnie zanieczyszczeń fosforanem, zgodnie z którym łączy się ze sobą w zbiorniku aktywacyjnym ścieki, zawierające zanieczyszczenia węglem i/lub azotem i/lub fosforanem z biomasą składającą się z mikroorganizmów oczyszczających, oddziela się wodę ściekową poddaną obróbce od błota aktywnego i ponownie wprowadza się do obiegu część błota aktywnego w kierunku zbiornika aktywacyjnego, znamienny tym, że miesza się z biomasą sproszkowaną mikę powstałą mieszaninę kłaczków utworzonych z ziaren mineralnych miki, uwięzionej w matrycy bakteryjnej wykazującą większą gęstość od gęstości wody wprowadza się częściowo ponownie nieprzerwanie do obiegu i zwiększa koncentrację mikroorganizmów' w zbiorniku aktywacyjnym oraz czas ich przebywania w tym zbiorniku.
7. 7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że stosuje się proszek miki utworzony z cząstek o wielkości mniejszej od 100 μ m.
8. 8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że stosuje się proszek miki utworzony z cząstek o wielkości zawartej pomiędzy 3 μ m i 5θμιη.
9. 9. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że miesza się sproszkowaną mikę w ilości pomiędzy 0,01 g do 2,0 g na litr ścieków wchodzących do obróbki do zbiornika aktywacyjnego.
10. 10. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że stosuje się sproszkowaną mikę kationizowaną.
11. 11. Sposób oczyszczania ścieków metodą błota aktywnego, pozwalający na zwiększenie wydajności oczyszczania zanieczyszczeń węglem, zanieczyszczeń azotem oraz ewentualnie zanieczyszczeń fosforanem, zgodnie z którym łączy się ze sobą w zbiorniku aktywacyjnym ścieki zawierające zanieczyszczenia węglem i/lub azotem i/lub fosforanem z biomasą składającą się z mikroorganizmów oczyszczających, oddziela się wodę ściekową poddaną obróbce od błota aktywnego w osadniku i ponownie wprowadza się do obiegu część błota aktywnego w kierunku zbiornika aktywacyjnego, znamienny tym, że miesza się z biomasą sproszkowany pirofilit i powstałą mieszaninę kłaczków utworzonych z ziaren

    175 172 mineralnych pirofilitu, uwięzionych w matrycy bakteryjnej, wykazującą gęstość większą od gęstości wody częściowo ponownie wprowadza się nieprzerwanie do obiegu i zwiększa koncentrację mikroorganizmów w zbiorniku aktywacyjnym oraz czas ich przebywania w tym zbiorniku.
12. 12. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że stosuje się proszek pirofilitu utworzony z cząstek o wielkości mniejszej od 100 μ m.
13. 13. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że stosuje się proszek pirofilitu utworzony z cząstek o wielkości zawartej pomiędzy 3 μm i 50 μ m.
14. 14. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że miesza się sproszkowany pirofilit w ilości pomiędzy 0,01 g do 2,0 g na litr ścieków wchodzących do obróbki do zbiornika aktywacyjnego.
15. 15. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że stosuje się sproszkowany pirofilit kationizowany.