PL 69 657 Y1 2 Opis wzoru Przedmiotem wzoru uzytkowego jest biologiczna oczyszczalnia scieków z biomasa znajdujaca sie w stanie zawieszenia w komorze osadu czynnego przeplywowej, jak równiez w reaktorach porcjo- wego dzialania. Biologiczne oczyszczanie scieków realizowane jest przede wszystkim w systemach z biomasa znajdujaca sie w stanie zawieszenia zwana osadem czynnym lub przytwierdzona do podloza nosnego zwana blona biologiczna. Mozliwe jest równiez oczyszczanie scieków w ukladach hybrydowych, sta- nowiacych polaczenie blony biologicznej i osadu czynnego, czyli biomasy zawieszonej i utwierdzonej do nosników w jednym reaktorze w postaci zloza ruchomego. Technologia zloza ruchomego polega na wykorzystaniu jako nosników biomasy swobodnie po- ruszajacych sie w sciekach ruchomych elementów. W zaleznosci od sposobu ruchu i zawieszenia unoszacych sie nosników z blona biologiczna, zloze ruchome moze znajdowac sie w stanie zawieszo- nym lub fluidyzacji wywolanym przeplywem scieków lub powietrza. W technologii MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) zloze znajduje sie w zawieszeniu w calej objetosci reaktora dzieki gestosci stosowa- nych nosników blony biologicznej, która zblizona jest do gestosci wody. Jak wynika z publikacji Ødegaard H., Gisvold B., Strickland J., "The influence of carrier size and shape in the moving bed biofilm process" Wat. Sci. Tech., 2000, 41, 4–5, ss. 383–391 oraz Zubrowska-Sudol M. pt. "Zastoso- wanie zloza ruchomego (moving bed) w technologii oczyszczania scieków", GWiTS, 2004, 7–8, ss. 266–269 stosowane w reaktorach MBBR elementy wypelnienia zloza wykonane z róznych mate- rialów takich jak tworzywa sztuczne, pianki poliuretanowe i tym podobne charakteryzuja sie róznym ksztaltem, przez co posiadaja zróznicowana powierzchnie wlasciwa od 800 ? 1000 m 2 ? m -3 wypelnienia warunkujaca rozwój mikroorganizmów. Z tego wzgledu ksztalt nosników i rodzaj wypelnienia determi- nuje prowadzenie biologicznego oczyszczania scieków. Oprócz klasycznych ksztaltek tworzywowych w reaktorach MBBR jako nosnik biomasy moga byc stosowane materialy o wysokiej porowatosci oraz substancje, które dodatkowo sa sorbentami na przyklad granulowany wegiel aktywny. Materialy poro- wate jako nosniki biomasy zapewniaja duza powierzchnie podloza mikrobiologicznego oraz poprawia- ja dyfuzje substratów do wnetrza biofilmu zwiekszajac tym samym jego efektywnosc co wynika z publikacji Maslonia A., Tomaszka J. A., (2009 a i b) pt.: „Przeglad literatury nowych rozwiazan tech- nologicznych reaktorów sekwencyjnych z blona biologiczna" – Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej, Budownictwo i Inzynieria Srodowiska. Nr 268, z. 56, 67–85 oraz pt.: „Oczyszczanie scieków w sekwencyjnym reaktorze porcjowym ze zlozem ruchomym z porowatym nosnikiem bioma- sy" Gaz, Woda i Technika Sanitarna 11, 31–35. Zaleta technologii zloza ruchomego jest mozliwosc przyjecia znacznie wyzszych ladunków za- nieczyszczen w porównaniu do analogicznej objetosci klasycznej komory osadu czynnego. Uzyskanie wysokiego stezenia biomasy dzieki jej zatrzymaniu na nosnikach zwieksza stabilnosc biologicznego oczyszczania scieków i elastycznosc w odniesieniu do zmiennych ladunków zanieczyszczen doplywa- jacych do ukladu. Poza tym reaktory ze zlozem ruchomym wykazuja wysoka tolerancje na wahania pH i temperatury oraz zawartosc substancji toksycznych. Zastosowanie dodatkowej biomasy w formie blony biologicznej ma istotne znaczenie w przypadku modernizacji istniejacych ukladów, czesto prze- ciazonych hydraulicznie lub o niskiej efektywnosci biologicznego oczyszczania scieków. Poprawa sprawnosci oczyszczania sprowadza sie do wprowadzenia do komory osadu czynnego odpowiednie- go podloza dla rozwoju mikroorganizmów w postaci elementów mobilnych. Zloze ruchome jest rów- niez rozwiazaniem alternatywnym w przypadku nowo powstajacych oczyszczalni, poniewaz mozliwe jest wówczas zastosowanie mniejszej objetosci reaktora porcjowego co równiez wynika z wczesniej wymienionych publikacji Ødegaard i inni oraz Zebrowskiej-Sudol M. Kluczowym czynnikiem dla prawidlowego i stabilnego rozwoju mikroorganizmów blony biolo- gicznej w reaktorach ze zlozem ruchomym jest podloze, które powinno zapewnic odpowiednia po- wierzchnie kontaktu mikroorganizmów z usuwanymi ze scieków substancjami. Efektywnosc usuwania zanieczyszczen ze scieków ksztaltuje sie na róznym poziomie w zaleznosci od zastosowanego wypelnienia. Wobec tego istota zloza ruchomego jest wybór optymalnego nosnika blony biologicznej. Obecnie stosowane sa tworzywowe nosniki blony biologicznej o gestosci zblizonej do gestosci scieków. Z uwagi na znaczna nasiakliwosc i mala wytrzymalosc mechaniczna wysoko porowatych mate- rialów mineralnych takich jak pumeksu, keramzytu nie ma mozliwosci ich zastosowania jako nosnika zloza ruchomego jak to wynika z wymienionej juz publikacji Maslonia A. i Tomaszka J. A. pt.: PL 69 657 Y1 3 „Oczyszczanie scieków w sekwencyjnym reaktorze porcjowym ze zlozem ruchomym z porowatym nosnikiem biomasy". Wada zloza ruchomego jest niekontrolowane zarastanie lub scinanie blony biologicznej w przy- padku zbyt malych lub duzych sil tnacych warunkujacych grubosc biofilmu na nosnikach biomasy o czym mowa w publikacji Morgenroth E., Wilderer P.A. pt.: „Controlled biomass removal – the key parameter to achieve enhanced biological phosphorus removal in biofilm systems" Wat Sci. Tech., 1999, 39, 7, ss. 33–40. Mankamentem technologii zloza ruchomego jest przede wszystkim wyplywanie i „ucieczka" no- sników zloza z reaktora, wobec czego konieczne jest uzupelnianie jego ilosci. W celu zabezpieczenia ruchomego zloza przed wyplywaniem z reaktora na odplywie montuje sie specjalnie zaprojektowane sita lub separatory na doplywie do osadnika wtórnego. Nastepnie z sit i separatora nosniki zawracane sa z powrotem do reaktora. Innym problemem jest niemozliwosc utrzymywania nosników biomasy w zawieszeniu. Z uwagi na zróznicowane pokrycie blona biologiczna nosników, czesc z nich moze wyplywac na powierzchnie, a czesc opadac na dno reaktora jak to wynika z publikacji Podedworna J., Zubrowska-Sudol M., pt.: „Efektywnosc oczyszczania scieków komunalnych w reaktorze SBR ze zlo- zem ruchomym" Wydawnictwo Seidel Przywecki. Warszawa 10.12.2007 r. Z publikacji miedzynarodowego zgloszenia wynalazku nr WO 9410095 A1 znany jest proces oczyszczania scieków z zastosowaniem immobilizowanych mikroorganizmów na nosniku w postaci na przyklad keramzytu. To znane rozwiazanie dotyczy jednak wykorzystania porowatych mineralnych materialów o uziarnieniu 4–8 mm jako nosnik immobilizowanej biomasy w reaktorach z mieszaniem fluidalnym (Fluid-Mixed-Bed Reactor) stosowanych do oczyszczania roztworów, scieków, badz szla- mów i osadów o uwodnieniu do 60–80% z zanieczyszczen organicznych. W rozwiazaniu tym pokru- szony material porowaty – keramzyt, lawa, pumeks, perlit, gryz lub mieszanki tych materialów, pod- dawane sa mieszaniu w reaktorze Fluid-Mixed-Bed Reactor w czasie od 2–200 h najlepiej 20–70 h (50 h) dodatkowo doprowadzane jest natlenianie mieszaniny za pomoca nadtlenku wodoru. Objetosc materialów porowatych wynosi 25–30% (powyzej 10%) objetosci reaktora. Reaktor Fluid-Mixed-Bed Reactor z porowatymi nosnikami immobilizowanej biomasy stanowi urzadzenie wstepne przed komora fermentacji. Nosniki znajduja sie w ruchu fluidalnym, nie nastepuje ich niszczenie, a usuwanie zanie- czyszczen z oczyszczanego medium wynika z dlugiego czasu zatrzymania (nawet do 200 h). W tym rozwiazaniu brak jest osadu czynnego oraz brak jest inkorporacji, to jest wbudowywania mikroziaren w strukture klaczków osadu czynnego. Znane sa równiez, na przyklad z publikacji polskiego opisu patentowego nr PL 163314 B1, na- sypowe zloza biologiczne, skladajace sie z azurowego korpusu w ksztalcie kuli, wewnatrz którego znajduje sie wypelnienie zlozone ze swobodnych kulek z materialu o duzym ciezarze wlasciwym, z co najmniej jednym otworem o srednicy mniejszej od srednicy kulek wypelnienia. To znane rozwiazanie dotyczy zloza nasypowego reaktorów, którego materialem nasypowym sa kulki wykonane z tlenku glinu. Zloze biologiczne stanowi zloze semifluidalne, a same kulki posiadaja duzy ciezar wlasciwy. Nie nastepuje tutaj kruszenie kulek, a same kulki tworza uklad semifluidalny. Stosowanie keramzytu jako nosnika zloza biologicznego jest znane równiez z publikacji pol- skiego zgloszenia wynalazku nr PL 315931 A1. To znane rozwiazanie dotyczy wykorzystania keram- zytu jako podloza w stacjonarnym zlozu biologicznym do oczyszczania scieków. Ziarna keramzytu nie przemieszczaja sie i nie znajduja sie w ruchu. Alternatywnym i znacznie korzystniejszym jest rozwiazanie wedlug niniejszego wzoru uzytko- wego. Biologiczna oczyszczalnia scieków z biomasa w stanie zawieszenia, usytuowana w zbiornikach koszowych umieszczonych w komorze osadu czynnego przeplywowej lub reaktorze porcjowego dzia- lania oraz zbiornikami koszowymi zanurzonymi ponizej zwierciadla scieków i osadu czynnego, wedlug wzoru uzytkowego charakteryzuje sie tym, ze jej zbiorniki koszowe sa w postaci prostopadlosciennych koszy, w których sa umieszczone swobodnie poruszajace sie porowate ziarna stanowiace nosnik blony biologicznej, a ziarna sa w ilosci od 40 do 60% objetosci kosza oraz sa ziarnami keramzytu o uziarnieniu od 8 do 20 mm scieralnymi w koszach, zas powstale w wyniku scierania mikroczastki keramzytu sa wbudowane w klaczki osadu czynnego, przy czym sciany zbiorników koszowych posia- daja przeswity mniejsze niz umieszczone w nich ziarna, a same kosze stanowia od 20 do 80% calko- witej objetosci komory lub reaktora, a ponadto kosze z ziarnami keramzytu w biologicznej oczyszczalni scieków sa zawieszone na belkach. PL 69 657 Y1 4 W wyniku zastosowania w biologicznej oczyszczalni scieków wedlug wzoru zloza ruchomego ograniczonego scianami kosza nie nastepuje wyplywanie nosników blony biologicznej z komory osadu czynnego, a ziarna keramzytu znajduja sie caly czas w zawieszeniu. Wystepujace sily scinajace utrzymuja stale pokrycie blona biologiczna ziaren keramzytu – nosników blony biologicznej. Równiez zaleta stosowania kosza jest mozliwosc przyjecia znacznie wyzszych ladunków zanieczyszczen w porównaniu do analogicznej objetosci klasycznej komory osadu czynnego. Dzieki umieszczeniu ziaren keramzytu w koszach wystepuje niewielkie ich scieranie i w wyniku tego powstajace mikrocza- steczki sa wbudowywane w klaczki osadu czynnego oraz odprowadzane wraz z osadem nadmiernym poza uklad. Wówczas niezbedne jest uzupelnienie kosza ziarnami keramzytu w okresie raz na 2 lata, co znacznie obniza koszty eksploatacyjne tych oczyszczalni. Wykorzystanie materialu porowatego – keramzytu w rozwiazaniu wedlug wzoru sprowadza sie do jego wykorzystania jako nosnika mikroorganizmów w tak zwanym zlozu ruchomym, które wynika bezposrednio z gestosci osadu czynnego i nosnika. Ziarna keramzytu nie opadaja ani nie wyplywaja, bowiem maja gestosc zblizona do gestosci scieków i osadu czynnego. Przedmiot wzoru uzytkowego pokazano na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia kosz z ziar- nami nosnika blony biologicznej zawieszony na stalej glebokosci ponizej zwierciadla scieków, w wido- ku aksonometrycznym, zas fig. 2 – rozmieszczenie tych koszy w komorze osadu czynnego lub reakto- rze w widoku z góry. Biologiczna oczyszczalnia scieków, wedlug wzoru uzytkowego, posiada biomase w stanie za- wieszenia, usytuowana w zbiornikach koszowych umieszczonych w komorze 1 osadu czynnego prze- plywowej lub reaktorze 9 porcjowego dzialania oraz zbiorniki koszowe zanurzone ponizej zwierciadla 5 scieków 2 i osadu czynnego. Zbiorniki koszowe sa w postaci prostopadlosciennych koszy 3, w których sa umieszczone swo- bodnie poruszajace sie porowate ziarna 8 stanowiace nosnik blony biologicznej. Ziarna 8 sa w ilosci od 40 do 60% objetosci kosza 3 oraz sa ziarnami keramzytu o uziarnieniu od 8 do 20 mm scieralnymi w koszach 3. Powstale w wyniku scierania mikroczastki keramzytu sa wbudowane w klaczki osadu czynnego. Sciany 6 koszy 3 stanowia siatki z oczkami 7 o mniejszych wymiarach niz umieszczone w wewnetrznej przestrzeni kosza 3 w formie zawiesiny ziarna 8 keramzytu, przez co te sciany 6 po- siadaja przeswity mniejsze niz umieszczone w nich ziarna 8. Na powierzchni ziaren 8 wytwarza sie blona biologiczna bioraca czynny udzial w przemianach biochemicznych biologicznego oczyszczania scieków 2. Oczyszczanie scieków 2 odbywa sie w wyniku ich przeplywu oznaczonego na fig. 1 i fig. 2 strzalkami poprzez kosze 3 z plywajacymi w nich ziarnami 8 keramzytu z czynna blona biologiczna. Objetosc koszy 3 stanowi od 20 do 80% calkowitej objetosci komory 1 lub reaktora 9. Kosze 3 biolo- gicznej oczyszczalni scieków z ziarnami keramzytu 8 sa zawieszone na belkach 4, Jak pokazano na fig, 1 w komorze 1 osadu czynnego biologicznej oczyszczalni scieków 2, zgodnej ze wzorem, wypelnionej sciekami 2 i osadem czynnym umieszczony jest kosz 3 zawieszony na belce 4 i usytuowany ponizej zwierciadla 5 scieków 2 i osadu czynnego, Na fig. 2 pokazano reaktor 9 porcjowego dzialania w widoku z góry z koszami 3 wypelniajacymi jego przestrzen czynna 11 w 20 do 80%. W koszach 3 jest umieszczone zloze ruchome w postaci ziaren 8 keramzytu o uziarnieniu od 8 do 20 mm, stanowiace od 40 do 80% objetosci kosza. Przeply- wajace scieki 2 przez reaktor 9 porcjowego dzialania, zgodnie z kierunkiem oznaczonym strzalkami, równoczesnie musza przeplywac przez kosze 3 wypelnione ziarnami 8 keramzytu z blona biologiczna w wyniku czego podlegaja procesowi oczyszczania. Wykaz oznaczen 1 – komora, 2 – scieki, 3 – kosz, 4 – belka, 5 – zwierciadlo, 6 – sciana, 7 – oczko, 8 – ziarno, 9 – reaktor, 11 – przestrzen czynna PL 69 657 Y1 5 PL PL