PL224187B1 - Urządzenie do oczyszczania ścieków - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do oczyszczania ścieków przeznaczone do tlenowego oczyszczania ścieków zawierających substancje organiczne i fosforany, w tym do oczyszczania ścieków komunalnych oraz przemysłowych, zwłaszcza z przemysłu spożywczego (mięsnego, mleczarskiego), papierniczego, włókienniczego. Urządzenie według wynalazku może pracować jako główny moduł systemów przydomowych oczyszczalni ścieków.

Urządzenia stosowane do oczyszczania ścieków zawierających substancje organiczne oparte są na biochemicznej aktywności mikroorganizmów osadzonych na zawiesinie osadu czynnego lub na wypełnieniu stałym złóż biologicznych. Urządzeniem łączącym zalety reaktorów z osadem czynnym i ze złożem biologicznym z wypełnieniem stałym jest biologiczne złoże zawieszone (fluidalne), w którym wypełnienie stanowią różnego rodzaju elementy - nośniki np. piasek, koksik, pumeks, kształtki z tworzyw sztucznych.

Znaną cechą charakteryzującą złoża fluidalne jest wysoka sprawność oczyszczania ścieków przy stosunkowo krótkich czasach retencji. Wysokie stężenie biomasy w reaktorze osiągane jest przez zastosowanie kształtek o rozwiniętej powierzchni właściwej. Dzięki określonej powierzchni właściwej wypełnienia możliwa jest kontrola stężenia biomasy w reaktorze. Technologia złoża zawieszonego eliminuje wiele wad związanych z technologią osadu czynnego jak: tworzenie stref niedocenionych, niedostateczny transport tlenu czy puchnięcie osadu. Zawieszone złoża biologiczne wymagają niższych nakładów eksploatacyjnych oraz zajmują mniejszą powierzchnię w porównaniu z reaktorami z osadem czynnym. Reaktory ze złożem fluidalnym zazwyczaj mają kształt kolumn do których ścieki dostarczane są od dołu. Ścieki po określonym czasie kontaktu z biomasą wytworzoną na wypełnieniu oraz po odseparowaniu od wypełnienia wypływają z reaktora.

Oczyszczanie biologiczne ścieków przebiegać może podczas procesu tlenowego i beztlenowego. Tlen dostarczany jest z powietrza do ścieków znanym sposobem poprzez aeratory mechaniczne umieszczone wewnątrz lub na zewnątrz reaktorów biologicznych. Napowietrzanie umożliwia przemieszczanie się elementów wypełnienia w reaktorze. W przypadku złóż z wypełnieniem stałym (spłukiwanych lub zraszanych) natlenianie odbywa się samoistnie poprzez dyfuzję tlenu z powietrza w trakcie spływu ścieków po elementach wypełnienia stałego. Odpowiedni czas kontaktu ścieków z powierzchnią wypełnienia zapewnia recyrkulacja ścieków. Znanym z patentu CN201660525 jest urządzenie, w którym zastosowano cyrkulację ścieków wewnątrz złoża fluidalnego, stanowiącego kolumnę. Ścieki wraz z wypełnieniem złoża opuszczają kolumnę górnym końcem, po czym spływają przestrzenią między ścianą a osłoną kolumny i mieszając się z tlenem, doprowadzanym przez zewnętrzny aerator, wpływają do kolumny złoża od dołu.

W celu poprawy wydajności oczyszczania ścieków oraz usuwania fosforu stosuje się koagulację chemiczną w odseparowanym urządzeniu lub symultanicznie - w reaktorze biologicznym. Koagulację chemiczną inicjuje się za pomocą koagulantów dozowanych do ścieków - soli glinu lub żelaza, albo poprzez roztwarzanie metali w procesie elektrokoagulacji znanym sposobem - po doprowadzeniu prądu elektrycznego do elektrod. Źródłem metali w roztworze może być także ogniwo elektrochemiczne (korozyjne), które tworzą dwa elementy zanurzone w elektrolicie, zbudowane z metali różniących się standardowymi potencjałami elektrochemicznymi. Przez ogniwo przepływa prąd, przy czym w strefie anodowej następuje utlenianie, uwalnianie elektronów i kationów metali, a na katodzie redukcja. W zgłoszeniu wynalazku PL385558 pt. „Wypełnienie aktywne” opisano urządzenie, w którym wykorzystano bezprądowe roztwarzanie metali z elementów wypełnień aktywnych w oparciu o zjawisko korozji elektrochemicznej do wspomagania biologicznego procesu oczyszczania ścieków, w tym do usuwania fosforu. Przy czym wypełnienie złoża stanowią granulaty z tworzyw sztucznych zawierających aluminium i miedź. Wypełnienie aktywne ze złomu stalowego i aluminiowego znane jest z pracy pt. „Przemiany zanieczyszczeń ścieków w reaktorze z wypełnieniem stalowym i aluminiowym”. Ochrona Środowiska, 4/ 24, s. 31-36, 2004. Koagulację chemiczną w wyniku procesu roztwarzania metali można usprawnić poprzez użycie ogniw elektrochemicznych zbudowanych z elektrod węglowych - katod oraz anod z protektorowych stopów aluminiowych jak pokazano w zgłoszeniu wynalazku nr P. 398207.

Według wynalazku urządzenie do oczyszczania ścieków w postaci kolumny z pokrywą z sitem, umieszczonej nad zbiornikiem recyrkulacyjnym charakteryzuje się tym, że kolumna wypełniona złożem fluidalnym wyposażona jest w płaskie perforowane kołnierze zamontowane na jej zewnętrznej ścianie, przy czym wewnętrzna ściana kolumny pokryta jest metalem, który spełnia funkcję katody,

PL 224 187 B1 a wewnątrz kolumny znajduje się wymienna anoda zbudowana z metalu o niższym standardowym potencjale elektrochemicznym niż katoda.

Urządzenia według wynalazku charakteryzują się zwartą konstrukcją oraz wysoką efektywnością oczyszczania ścieków pod względem usuwania fosforu i redukcji ładunku ChZT oraz niskimi nakładami energetycznymi. Odmiana urządzenia z ogniwem korozyjnym w postaci układu elektrod metalicznych nadaje się do oczyszczania ścieków bytowo-gospodarczych oraz jako element oczyszczalni ścieków charakteryzujących się wysokim ładunkiem ChZT, dużą zawartością zawiesin i cząstek koloidalnych (papiernicze, barwnikarskie), a także ścieków o wysokim stężeniu fosforanów (ścieki mleczarskie). Ogniwo elektrochemiczne (korozyjne) utworzone wewnątrz reaktora biologicznego z dwóch powierzchni metalicznych oraz ścieków jest źródłem jonów metali, które hydrolizując do wodorotlenków koagulują i wytwarzają dodatkową powierzchnię sorpcyjną dla zanieczyszczeń organicznych oraz wiążą fosforany. Zastosowanie wydajnego samoczynnego systemu natleniania oraz elektrochemicznego roztwarzania metali pozwala na skrócenie czasu zatrzymania ścieków wewnątrz reaktora.

Przedmiot wynalazku uwidoczniono w przykładach wykonania na rysunkach, z których fig. 1, przedstawia przydomową oczyszczalnię ścieków w ujęciu schematycznym z przedmiotem wynalazku jako elementem oczyszczalni - jednostkowym modułem II stopnia oczyszczania. Fig. 2 pokazuje przedmiot wynalazku - jednostkowy moduł biologicznego stopnia oczyszczania z elektrochemicznym roztwarzaniem metali.

P r z y k ł a d ₃

Ścieki bytowo-gospodarcze w ilości Q = 1,5 m³/d o charakterystyce jak w tab. 1. dopływają do przydomowej oczyszczalni ścieków, której I stopień stanowi osadnik 1 wstępny. Z osadnika ścieki przepływają przewodem 2 rurowym i za pomocą pompy 3 zatłaczane są do rozdzielnika 4 II stopnia oczyszczania, którego moduły 5 jednostkowe w ilości dwudziestu sztuk zbudowane są według wynalazku.

W cylindrycznej kolumnie 6 z PCV o średnicy φ = 120 mm oraz długości L = 1500 mm znajduje się biologiczne złoże 7 fluidalne. Wypełnienie pojedynczego modułu 5 złoża stanowią polietylenowe ₃ kształtki cylindryczne o rozmiarach dł./szer./wys. 5/5/5 mm i gęstości 0,95 g/cm³. Wewnętrzna ściana kolumny 6 pokryta jest blachą miedzianą, która spełnia funkcję katody, a w jej środku znajduje się wymienna anoda 8 w kształcie walca z aluminiowego stopu protektorowego o średnicy φ = 40 mm oraz długości L = 1550 mm, tak że powierzchnie metaliczne tworzą ogniwo galwaniczne Cu/Al, a ścieki stanowią elektrolit. Kolumna 6 posiada dwa otwory 9 doprowadzające ścieki od dołu. Od góry zakończona jest pokrywą 10 z otworami o średnicy 2,5 mm, co umożliwia separację ścieków od wypełnienia. Ścieki wypływają przez otwory pokrywy 10 i spływają dalej po zewnętrznej ścianie kolumny 6, a wzdłuż tej kolumny na jej zewnętrznej ścianie przymocowane są płaskie kołnierze 11 z PCV o szerokości płaszczyzny brzegowej 50 mm, z otworami o średnicy 5 mm rozmieszczonymi niejednorodnie po całej powierzchni kołnierza 11. Ścieki spływając kaskadowo w dół są sukcesywnie natleniane. Kolumna z PCV każdego jednostkowego modułu 5 złoża przymocowana jest uchwytami koszykowymi do ₃ stalowego stelaża 12 nad zbiornikiem 13 recyrkulacyjnym o objętości V = 400 dm , do którego wpływają natlenione ścieki z wszystkich dwudziestu modułów.

Parametry złoża zamieszczono w tab. 2.

Ścieki ze zbiornika 13 recyrkulacyjnego (fig. 1) przepływają dalej przewodem 14 poprzez zawory trójdrożne 15 oraz 16, z których są zatłaczane pompą 3 i recyrkulują z powrotem na złoże. Ścieki są ₃ pompowane do rozdzielnika 4 z prędkością V = 6 dm³/s. Po dziesięciu godzinach recyrkulacji, ścieki ₃ w ilości 600 dm³ odpływają przewodem 14 ze zbiornika 13 i z modułów 5 złóż fluidalnych przez zawór 15 trójdrożny i przewód 17 odpływowy ścieków oczyszczonych do osadnika wtórnego - klarownika 18, ₃ a pompa 3 zatłacza kolejną porcję 600 dm³ ścieków z osadnika wstępnego 1 przez zawór trójdrożny 16 ₃ do rozdzielnika 4 reaktora z prędkością V = 6 dm³/s.

T a b e l a 1

Charakterystyka ścieków surowych dopływających do oczyszczalni

Parametr	ChZT	BZT5	P og.	N-NH4	N-og.	Przewodność
[mg/dm3]	811	524	10,5	48,9	60,3	1,15 mS/cm

PL 224 187 B1

T a b e l a 2

Charakterystyka złoża biologicznego

Powierzchnia właściwa wypełnienia	Wypełnienie objętości reaktora kształtkami	Obciążenie objętości złoża ładunkiem zanieczyszczeń	Czas zatrzymania ścieków w reaktorze fluidalnym	Zawartość tlenu w temp. 20°C
500 m2/m3	70%	4,05 kg ChZT/m3/d	5 h	Zbiornik recyrkulacyjny 5-6 mg O2/dm3 Złoże fluidalne 1-3 mg O2/dm3

Zastrzeżenie patentowe

Claims (1)

1. Urządzenie do oczyszczania ścieków w postaci kolumny z pokrywą i sitem, umieszczonej nad zbiornikiem recyrkulacyjnym, znamienne tym, że kolumna (6) wypełniona złożem (7) fluidalnym wyposażona jest w płaskie perforowane kołnierze (11) zamontowane na jej zewnętrznej ścianie, przy czym wewnętrzna ściana kolumny (6) pokryta jest metalem, który spełnia funkcję katody, a wewnątrz kolumny (6) znajduje się wymienna anoda (8) z metalu o niższym standardowym potencjale elektrochemicznym niż katoda.