CZ2004968A3 - Způsob biologického čištění vody při použití nosičového materiálu - Google Patents

Description

1 φφφφ τζ-φ* -. Vá* • ♦ φ φ φφφ φφφ φ φ φ φ • · φ φ • φ · φφφ · φ φ φ φφ φφ φ φ φ φ φ φ φφφφ φ φ φφ φ

ZPŮSOB BIOLOGICKÉHO ČIŠTĚNÍ VODY PŘI POUŽITÍ NOSIČOVÉHO MATERIÁLU

OBLAST TECHNIKY

Vynález se týká způsobu biologického čištění vody, jako je odpadní voda, v němž je použit nosičový materiál.

DOSAVADNÍ STAV TECHNIKY Při biologickém čištění vody nebo odpadní vody je voda vedena skrze některý typ reaktora (nádoba nebo jiný prostor), v němž jsou využity mikroorganismy pro přeměnu nečistot přítomných ve vodě na neškodné konečné produkty, jako je oxid uhličitý a voda. Čištění může být prováděno za přístupu vzduchu (aerobně), nebo bez přístupu vzduchu (anaerobně). Aby se zvýšila účinnost procesu čištění, je obecným cílem uchování vysokého obsahu aktivních mikroorganismů, a to zamezením úniku těchto organismů spolu s čištěnou vodou, a umožněním růstu mikroorganismů rozptýlených v reaktora, a jejich odstraněním z vody v kroku separace, a navrácením mikroorganismů do reaktoru (např. postup s aktivovaným kalem), nebo zavedením některého typu nosičového materiálu, na jehož povrchu mohou růst mikroorganismy jako biofilm, a jsou tak udrženy v procesu (biofílmy). Existují také spojení těchto dvou druhů postupů, nazývané jako hybridní postupy, v nichž je nosičový materiál zaveden do postupu s aktivovaným kalem, takže mohou být v postupu využity rozptýlené mikroorganismy, stejně jako biofilm rostoucích mikroorganismů.

Postup s biofílmy má mnohé výhody ve srovnání s postupem s aktivovaným kalem. Např. mohou být použity vyšší dávky a postup s biofilmem je podstatně méně citlivý na obměny a porušení. Nejběžnější postupy s biofilmem jsou založeny na vložení nosičového materiálu do čistícího reaktora, přičemž tento materiál zahrnuje naplněná tělíska nebo bloky, které jsou v postupu udržovány připevněné a nehybné. Tato zpracování postupu zahrnují riziko ucpání biofilmové vrstvy biomasou nebo jiným materiálem z částic a riziko tvorby mrtvých zón v postupu, v němž je kontakt mezi vodou a aktivními mikroorganismy nedostatečný. V jiném typu postupu s biofilmem, který byl velmi úspěšný v posledních letech, je použit nosičový materiál, který je v postupu udržován v suspenzi v pohybu, a tento postup se nazývá MBBR postup, „reaktor s pohyblivou vrstvou biofílmu“. Nosičový materiál s mikroorganismy rostoucími na tomto materiálu je udržován v postupu propouštěním odcházející vody skrze síto (cedník nebo síťka), které má průměr otvoru nebo šířku štěrbiny tak malou, že nosičový 2 2

·· · • « · • * · · • · · · · • ···« • · ψ · « · · • ♦ »»· · · • « · · »· ·♦ materiál nemůže projít skrz. Výhodou tohoto typu postupu je např. odstranění rizika ucpání vrstvy a tvorby mrtvých zón.

Použití nosičového materiálu, který je udržován v suspenzi, a pohyb během postupu byl původně udáván pro různá použití hybridních procesů, tj. pro zlepšení funkce postupu byly v postupu s aktivovaným kalem použity rozptýlené nosiče. Nosiče, které byly pro tento důvod použity, zahrnují části pěnové pryže (EP 0 142 123), různé typy válcovitých naplněných částic (Bundesministerium fur Forschung und Technologie, „Einsatz von Schwebekorper zur Erhóhung der...“ od Dr. D. Dengler, H. Lang, A. Baum, Forschungsbericht 02 WA 8538, leden 1988, str. 12-13), nosiče zahrnující polokulaté částice mající vnitřní stěny koule děrované (DE 30 17 439), ,ježkovité nosiče“,děrované koule a přetnuté desky (EP 0 058 974).

První pravý postup s biofilmem s rozptýleným nosičovým materiálem (MBBR) byl použit na začátku devadesátých let (EP 0 575 314 Bl) a byl náhle velmi úspěšný. Postup je založen na použití nosičového materiálu s povrchem, který je alespoň l,5krát větší než je povrch hladných prvků majících stejné rozměry, a hustota se pohybuje od 0,9 až 1,2, povrch je částečně chráněn proti opotřebení jinými nosičovými prvky, a má stěny umožňující dostatečný průtok vody skrze nosiče. Nejvýhodnější zpracování těchto nosičů zahrnují části hadičky mající uvnitř příčky a na povrchu výčnělky. Tyto nosiče mající průměr pohybující se v rozmezí 8 až 15 mm byly úspěšně používány ve více než 150 použití MBBR postupu ve stejném měřítku.

Podobné nosiče pro MBBR postup jsou popsány v Patent Abstracts of Japan, Vol. 14, No. 509, kde jsou nosiče popsány jako hadicovité prvky s vnějším průměrem pohybujícím se v rozmezí 2 až 20 mm, s hustotou v rozmezí 1,0 až 1,02, s poměrem mezi délkou a průměrem 0,3 až 3,0, as několika podélnými otvory skrze nosič, přičemž každý má průměr alespoň 1 mm.

Nosiče zahrnující části vytékajících hadic tohoto typu, které byly vyvinuty pro MBBR postup, byly poté použity také v hybridních postupech (tržní materiál od EVU Entwicklung von Umwelttechnik GmbH; tržní materiál od Conor Pacific Environmental Technologies lne.). Jelikož jsou nosiče v MBBR postupu vystaveny opakovaným srážkám s dalšími jinými povrchy, které jsou vystaveny dalším nosičům, jsou udržovány bez růstu biofilmu. Účinnost tohoto postupu je tak vysoce závislá na ploše, která je chráněná proti srážkám například ve vnitřních průchodech nebo oddílech (dolní otvory) v nosičích. Záměr krytí velké plochy původně vedl pouze k malým nosičům, menším než 15 mm, které byly použity v MBBR postupu. Odborníci v současném stavu techniky považovali za nemožné, aby velké nosiče, 3 • ···· ** · • #·· I » i • · «·· ·*· 99 ♦· * · · 9 9 9 9 9 9 · ··· · • · · ·· ·· ·« » • t · 9 ♦· < 9 9 909* 9 9 9 • 9 9 větší než přibližně 15 mm, poskytovaly dostatečně velkou chráněnou plochu, bez průtoku vody, nečistot a kyslíku, které silně poškozují biofilm. V dalším vývoji byly nalezeny kritické parametry, které jsou vyžadovány pro zaručení dostatečného pohybu hmoty také u velkých nosičů, které mají poměrně velkou chráněnou plochu (EP 0 750 591). V mnoha využitích, obzvláště když odpadní voda obsahuje mnoho částic, je výhodné použít velké nosiče, neboť pro udržení těchto nosičů v postupu mohou být použity mřížky nebo síta mající velké otvory. V jednom zpracování je tento nosič dostupný na trhu definovaný jako válcovitý nosičový prvek tvořený radiálními stěnami, které jsou vzájemně spojeny do struktury podobné kolu turbíny, které je ve středu otevřené. Nosiče tohoto typu o velikosti v rozmezí pohybující se od 30 až 60 mm a mající chráněnou oblast až do přibližně 300 m2/m3 celkového objemu nosiče, byly úspěšně použity v přibližně 50 MBBR použitích. V těchto předchozích zpracováních nebylo nicméně možné v praxi použít velké nosiče, >15 mm s účinnou chráněnou oblastí >400 m2/m3 celkového objemu nosiče, bez problému v přenosu hmoty na biofilm. To je také vysvětleno v EP 0 750 591. „Jestliže jsou nosičové prvky navrženy tak, že mají velmi velký povrch, >500 m2/m3, může být obtížné zamezit tomu, že průchody skrze nosičový prvek budou tak úzké, že budou růstem uzavřeny“. >500 m /m týkající se objemu nosičového prvku ~ 400 m2/m3 celkového objemu.

Podle zpracování v současném stavu techniky je pro malé nosiče, <15 mm, praktické omezení pro účinnou chráněnou plochu, které může být dosaženo bez omezení přenosu hmoty, stanoveno na 500 m /m celkového objemu nosiče.

PODSTATA VYNÁLEZU

Prvotním cílem navrhovaného vynálezu je výrazné zvýšení výkonnosti MBBR a hybridních postupů. Vynález se týká způsobu biologického čištění vody, v němž je voda dodávána do reaktoru, který obsahuje nosiče rostoucího bioťilmu, které jsou udržovány ve vodě v reaktoru v pohybu a jsou rozloženy tak, aby byly zadrženy v reaktoru sítem umožňujícím propouštění vody z reaktoru skrze otvory síta, a které mají dobře vymezené průchody nebo oddíly poskytující povrch pro růst biofílmu, a které jsou chráněny proti srážkám s povrchy jiných nosičových prvků.

Tento cíl je dosažen způsobem podle vynálezu, podle něhož je charakteristickým znakem podle nároku 1 fakt, že nosičový materiál slučuje velkou velikost ve dvou rozměrech s účinnou chráněnou plochou, která je podstatně větší než podle zpracování v součastném stavu techniky, bez problému v přenosu hmoty na biofilm. 4 • ···· ·· ·· ·« · »· · ···· · · · • ··· · ·· · · · · · • · · · « ··· · · · ···· • ··· »··· ··· ··· ·· ·· ·· *

Použití nosičů podle vynálezu poskytuje velké výhody ve srovnání s použitím nosičů podle zpracování v součastném stavu techniky díky faktu, že v postupu mohou být poskytnuty podstatně větší účinně chráněné povrchy, což zvyšuje výkonnost postupu a poskytuje možnost podstatně omezit objem čistícího reaktoru. S ohledem na současný stav techniky diskutovaný výše nebylo odborníkům zřejmé, jak navrhnout nosiče použité ve způsobu podle vynálezu, jak je definován v nároku 1, aby bylo dosaženo podstatného zvýšení účinnosti MBBR postupu nebo hybridních postupů. Výhodné znaky vynálezu jsou popsány v závislých nárocích.

Pro vysvětlení vynálezu ve větších detailech budou popsány dvě zpracování pod odkazem na připojené kresby, ve kterých:

Obr. 1 a 2 znázorňují boční pohled a pohled příčného řezu, v tomto pořadí, podle prvního zpracování nosičového prvku podle vynálezu, příčný řez byl veden podél linie A-A na obr. 1, a obr. 3 a 4 znázorňují pohledy podobné jako na obr. 1 a 2 a ukazují druhé zpracování podle vynálezu.

Nosičový prvek podle prvního zpracování může být popsán jako kulatá deska mající množství průchodů, které jsou vytvořeny skrze čtvercové otvory skrze desku se stěnami, které poskytují chráněný povrch proti opotřebení dalšími nosičovými prvky. Průměr nosičového prvku je 30 mm. Tloušťka desky ve směru průchodu je 2 mm a otvory mají boční délku 1 mm, která poskytuje chráněnou plochu přibližně 1950 m /m objemu nosičového prvku, a poměr mezi délkou průchodů a největším rozměrem otvorů (úhlopříčný) je 1,4. Obecně, rozměr nosičového prvku nebo jeho délky by měl být větší než 20 mm, délka průchodů by měla být menší než 6 mm, a poměr mezi délkou průchodů a nej delším rozměrem přívodových otvorů by měl být menší než 3, nejlépe menší než 2,5, zvláště menší než 2. Chráněná oblast by měla být obecně alespoň 1000 m2/m3 objemu nosičového prvku, výhodně alespoň 1250 m2/m3 objemu nosičového prvku, zvláště alespoň 1500 m /m objemu nosičového prvku.

Nosič podle druhého zpracování může být popsán jako osmiúhelníková deska mající množství kruhových otvorů ve dnu, které jsou v desce z obou stran, které tvoří oddíly a poskytují chráněný povrch proti opotřebení jinými nosiči. Rozměr nosiče přes rohy je 52 mm. Tloušťka desky je 4,5 mm. Hloubka oddílů je 2 mm, a rozměr přívodových otvorů oddílů je 1,5 mm, a poskytují chráněnou plochu 1330 m /m objemu nosičového prvku a poměr mezi hloubkou oddílů a nejdelším rozměrem (průměr) otvorů je 1,33. V postupu podle vynálezu je voda, jako je odpadní voda, dodávána do prostoru, jako je nádoba zde nazývaná jako reaktor, obsahující nosiče podle vynálezu, např. podle jednoho nebo druhého zpracování popisovaného výše. Nosiče jsou udržovány ve vodě v reaktoru v pohybu, ze kterého je voda vypouštěna skrze otvory v sítu. Nosiče by měly být navrženy ve vztahu kotvorům všitu při posouzení parametrů vynálezu, aby například neprošly skrze otvory v sítu, ale zůstaly v reaktoru.

Kombinace velikosti, plochy, délky průchodu a hloubky oddílu, a rozměr přívodového otvoru ve spojení s délkou průchodu nebo hloubkou oddílu, jak je vysvětleno výše, poskytuje nosiči podstatně zlepšené vlastnosti vMBBR nebo hybridních postupech, než dříve používané nosiče. Velmi důležitým znakem vynálezu je, že délka průchodu nebo hloubka oddílu je přizpůsobena rozměru přívodových otvorů podle výše zmíněném poměru. V rozsáhlých srovnáních mezi vynálezem a výhodných zpracování nosičů podle současného stavu techniky, bylo shledáno, že vynález poskytuje podstatně větší výkonnost MBBR nebo hybridních postupů. Níže v tabulce 1 bylo zaznamenáno srovnání týkající se nitrifikace městské vody ve třech paralelních MBBR postupech, kdy každý reaktor byl naplněn nosičovým materiálem až do 50 % objemu procesového reaktoru. Takto by použitím nosičového materiálu podle vynálezu byla výkonnost postupu zvýšena alespoň 3krát.

Tabulka 1:

Srovnání mezi vynálezem a použitím nosičového materiálu podle současného stavu techniky

Typ nosiče Rychlost nitrifikace, g NH4-N/m3 reaktor, hod ΚΙ (EP 0 575 314 Bl) 11,5 Natrix 10/10 (EP 0 750 591) 8,3 Vynález, zpracování podle obr. 1 34,1

Claims (4)

1. 6 PATENTOVÉ NÁROKY 1. Způsob biologického čištění vody, vyznačující se tím, že voda je dodávána do reaktoru obsahující nosiče pro růst biofilmu, které jsou ve vodě v reaktoru udržovány v pohybu a jsou navrženy tak, aby byly zadržovány v reaktoru sítem, které umožňuje průchod vody z reaktoru skrze otvory v sítu, a které mají dobře vymezené průchody nebo oddíly poskytující povrch pro růst biofilmu, který je chráněn proti srážce s povrchy jiných nosičů, přičemž nosičový prvek má šířku nebo průměr větší než 20 mm, chráněná oblast je větší než 1000 m /m objemu nosičového prvku, výhodněji větší než 1250 m /m objemu nosičového prvku, zvláště větší než 1500 m2/m3 objemu nosičového prvku, střední hodnota délky průchodů nebo hloubka oddílů v nosiči je menší než 6 mm nebo menší než 3 mm, výhodně menší než 4,5 mm nebo 2,5 mm, zvláště menší než 3 mm nebo 2 mm, a poměr mezi délkou průchodu nebo hloubkou oddílu a nejdelším rozměrem přívodových otvorů průchodů nebo oddílů, je menší než 3, výhodněji menší než 2,5, zvláště menší než 2.
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že nosičový prvek je deska mající množství průchozích otvorů tvořících průchody.
3. 3. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že nosičový prvek je deska mající množství slepých otvorů tvořících oddíly, které se rozšiřují do desky z jejích obou stran.
4. 4. Způsob podle kteréhokoliv z nároků laž3, vyznačující se tím, že rozptýlená biomasa ve vytékající vodě je oddělena od vody a je navrácena do reaktoru, takže reaktor obsahuje rozptýlenou biomasu ve vodě, jakož i biomasu rostoucí na nosičích.