PL206368B1 - Reaktor biologiczny do oczyszczania ścieków w procesie beztlenowym - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest reaktor biologiczny do oczyszczania ścieków w procesie beztlenowym. Reaktory takie stosowane są do oczyszczania ścieków o wysokich stężeniach substancji organicznych.

Reaktory do beztlenowego oczyszczania ścieków mogą opierać się o różne technologie, przy czym zasadnicze różnice występują w sposobie retencjonowania biomasy. Główne rodzaje reaktorów, w których odbywa się przyrost biomasy bakteryjnej to reaktory kontaktowe, filtry beztlenowe, reaktory fluidalne, reaktory wstępujące typu UASB lub EGSB.

Najpowszechniej stosowane są reaktory typu UASB. Są to urządzenia o wstępującym przepływie ścieków. W górnej części bioreaktora znajduje się separator sprzyjający odgazowaniu oraz rozdziałowi ścieków oczyszczonych od biomasy bakteryjnej. Podstawowym warunkiem funkcjonowania reaktorów UASB jest wytworzenie granulowanego osadu czynnego. Posiada on bardzo dobre własności sedymentacyjne i jest zatrzymywany w systemie pomimo wstępującego przepływu ścieków i prądów przemieszczającego się biogazu. Ponadto granulacja osadu sprzyja zwiększeniu jego koncentracji w reaktorze, co prowadzi do szybkiego rozkładu zanieczyszczeń i pozwala na stosowanie wysokich obciążeń ładunkiem zanieczyszczeń, nawet rzędu 40 kg ChZT/m³ · d. Granulacja osadu jest naturalnym procesem związanym z morfologią mikroorganizmów i jakością ścieków poddawanych oczyszczaniu. Prezentowane rozwiązanie stanowi modyfikacje reaktora typu UASB.

Według wynalazku reaktor biologiczny do oczyszczania ścieków w procesie beztlenowym ma komorę beztlenową z wejściem, doprowadzającym ścieki od dołu oraz łapacz osadu. Powyżej łapacza osadu znajduje się odpływ ścieków. Nad komorą beztlenową znajduje się złoże biologiczne z systemem doprowadzającym. Nad złożem biologicznym umieszczony jest króciec podłączony do pompy. Dookoła złoża biologicznego znajdują się aplikatory mikrofalowe. Pod złożem biologicznym umieszczony jest przewód zakończony na dnie komory systemem rozprowadzania ścieków.

Energia mikrofal dostarczane jest bezpośrednio do błony biologicznej. Dzięki temu do osiągnięcia pożądanego efektu wystarczająca jest bardzo krótka kilkusekundowa ekspozycja mikroorganizmów na działanie promieni. Dzięki otrzymanej dawce energii wzrasta aktywność biologiczna bakterii, intensywniej wykorzystują one zanieczyszczenia zawarte w ściekach, przez co podnosi się ogólna sprawność procesu oczyszczania.

Zastosowanie promieniowania mikrofalowego w górnej części reaktora pozwala nie tylko na podniesienie aktywności błony biologicznej, ale dodatkowo wpływa na ogrzanie ścieków w całym reaktorze oraz ułatwia odgazowanie ścieków. Możliwe jest utrzymanie wysokiej sprawności procesu nawet w niekorzystnych warunkach termicznych otoczenia.

Zastosowanie systemu, w którym ścieki rozdeszczowywane są na powierzchni wypełnienia w warunkach obniżonego ciśnienia powoduje, ż e w ułatwiony sposób odprowadzane są z nich gazy. Dzięki temu można wpływać na odczyn panujący we wnętrzu reaktora. Sprawne odgazowywanie ścieków powoduje, że w warunkach, gdy następuje załamanie metanogenezy i w nadmiernych ilościach powstają kwasy lotne mogą one być odprowadzone poza reaktor. Działanie takie zatrzymuje dalsze obniżanie odczynu i pozwala przywrócić właściwą pracę reaktora. Podobny proces ma miejsce, gdy przy wzroście odczynu rośnie zawartość amoniaku w ściekach. Przy dużych koncentracjach amoniak jest toksyczny dla bakterii metanowych. Jego odciągnięcie pozwala na sprawny przebieg fermentacji metanowej.

Zastosowanie reaktora z układem do odprowadzania gazu ze ścieków oraz promieniowaniem mikrofalowym pozwala na podniesienie efektywności usuwania związków organicznych o około 25%. Jednocześnie proces fermentacji przebiega w sposób stabilny. Nawet przy obciążeniu rzędu 20 kg ChZT/m³ odczyn utrzymuje się na poziomie 7,5 pH podczas gdy w reaktorze, w którym nie stosowano podciśnienia wartość ta spadała do wartości poniżej 5,0 pH.

Przedmiot wynalazku zostanie przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku w schemacie ogólnym.

Reaktor biologiczny do oczyszczania ścieków w procesie beztlenowym ma komorę 1 beztlenową z wejściem 2, doprowadzającym ścieki od dołu oraz łapacz 3 osadu. Powyżej łapacza 3 osadu znajduje się odpływ 4 ścieków. Nad komorą 1 beztlenową umieszczone jest złoże 5 biologiczne z systemem doprowadzającym 6. Nad złożem 5 biologicznym znajduje się króciec 7 odprowadzający biogaz podłączony do pompy 8 wytwarzającej we wnętrzu urządzenia podciśnienie. Dookoła złoża 5

PL 206 368 B1 biologicznego rozmieszczone są aplikatory 9 mikrofalowe. Pod złożem 5 biologicznym umieszczony jest przewód 10 zakończony na dnie komory 1 systemem rozprowadzania ścieków 11.

Ścieki surowe dopływają do komory 1 beztlenowej. Następuje tutaj oczyszczenie ścieków. Zachodzi hydroliza złożonych związków organicznych do prostszych przyswajalnych dla mikroorganizmów postaci. W wyniku prowadzonej w komorze beztlenowej fermentacji metanowej powstaje produkt uboczny - biogaz. Ścieki są oddzielane od osadu czynnego przy pomocy łapacza biogazu 3. Wstępnie odczyszczone ścieki z komory 1 beztlenowej odpływają do systemu dozowania ścieków 6 na złoże 5 biologiczne. Ścieki przepływają przez wypełnienie złoża 5, na powierzchni którego znajduje się błona biologiczna. Jest ona systematycznie poddawana działaniu promieniowania mikrofalowego dozowanego przy pomocy aplikatorów mikrofalowych 9.

W reaktorze utrzymywane jest obniżone ciśnienie przy pomocy pompy 8 podciśnieniowej, której króciec ssący 7 znajduje się w kopule powyżej złoża biologicznego. Jednocześnie następuje tędy odprowadzenie biogazu. Ze złoża 5 biologicznego ścieki trafiają na dno komory 1 beztlenowej przy pomocy przewodu 10 z systemem rozprowadzania 11. Oczyszczone ścieki odpływają odpływem 4 znajdującym się powyżej łapacza osadu.

Reaktor składa się z dwóch wydzielonych funkcjonalnie części. W dolnej części reaktora znajduje się komora 1 działająca w oparciu o beztlenowy osad czynny. W komorze 1 osad czynny przybiera postać granul zawieszonych w ściekach. Dopływ ścieków surowych oraz zawracanych z górnej części reaktora powoduje unoszenie osadu i jednorodne jego wymieszanie ze ściekami. Ta część reaktora ma podstawowe znaczenie w oczyszczaniu ścieków. Przepływ w reaktorze odbywa się z dołu do góry. W górnej części znajduje się łapacz 3 osadu uniemożliwiający wynoszenie osadu z reaktora. Powyżej łapacza 3 osadu umieszczone jest na ruszcie złoże 5 z tworzywa sztucznego. Odseparowane od osadu ścieki są przepompowywane ponad wypełnienie złoża 5 i rozprowadzane równomiernie na jego powierzchni.

We wnętrzu reaktora panuje podciśnienie, co powoduje, że z rozprowadzanych na powierzchni wypełnienia ścieków ulatniają się w ułatwiony sposób gazy. Górna część reaktora, w której znajduje się złoże 5 poddawane jest działaniu promieniowania mikrofalowego. Ogrzewanie mikrofalowe ma objętościowy charakter oraz cechuje je selektywność. Oznacza to, że mikrofale oddziaływają jedynie z substancjami o odpowiednich właściwościach dielektrycznych, takich jak woda, podczas gdy tworzywa sztuczne są dla nich niemal całkowicie przepuszczalne. Odwrotnie, metal stanowi dla mikrofal barierę, od której się odbijają. Dzięki temu bezpośrednio w wyniku działania mikrofal następuje podwyższenie temperatury samej błony biologicznej bez zbędnych strat i pochłaniania energii przez wypełnienie, które wykonane jest z tworzywa sztucznego.

Energia kierowana jest bezpośrednio do mikroorganizmów błony, przez co pożądany efekt podwyższenia temperatury zachodzi wyłącznie tam gdzie tego oczekujemy. Dzięki dostarczeniu do układu błona biologiczna - ścieki dodatkowej energii w postaci energii promieniowania, a następnie energii cieplnej możliwe jest podniesienie aktywności centrów katalitycznych enzymów w komórkach bakteryjnych, a przez to zwiększenie szybkości reakcji biochemicznych rozkładu zanieczyszczeń. W podwyższonej temperaturze wypełnienia reaktora spada rozpuszczalność gazów, co ułatwia dodatkowo obok podciśnienia odgazowywanie ścieków. Ścieki, które przesączyły się przez wypełnienie złoża 5 są kierowane przewodem 10 na dno reaktora, dzięki czemu istnieje możliwość kontroli obciążenia hydraulicznego i zapewnienia odpowiedniego wymieszania w komorze 1 osadu czynnego.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Reaktor biologiczny do oczyszczania ścieków w procesie beztlenowym, znamienny tym, że ma komorę (1) beztlenową z wejściem (2), doprowadzającym ścieki od dołu oraz łapacz (3) osadu, a powyżej łapacza (3) osadu znajduje się odpływ (4) ścieków natomiast nad komorą (1) beztlenową znajduje się złoże (5) biologiczne z systemem doprowadzającym (6), a nad złożem (5) biologicznym znajduje się króciec (7) podłączony do pompy (8), przy czym dookoła złoża (5) biologicznego znajdują się aplikatory (9) mikrofalowe, a pod złożem (5) biologicznym umieszczony jest przewód (10) zakończony na dnie komory (1) systemem rozprowadzania ścieków (11).