RS56571B1 - Postupak tretiranja otpadnih voda i uređaj za njegovu primenu u sekvencijalnim faznim reaktorima - Google Patents

Description

Opis

Oblast tehnike

Pronalazak se odnosi na tretiranje otpadnih voda u reaktorima sa diskontinualnim protokom, na primer u Sekvencijalnim Faznim Reaktorima (SBR -Sequencing Batch Reactor). Stoga, on se odnosi na proces biološkog tretiranja otpadnih voda korišćenjem suspenzije aktivnog mulja uglavnom u malim ili kućnim postrojenjima za tretiranje vode.

Stanje tehnike

Tretiranje otpadnih voda SBR postupkom karakterisano je podelom postupka tretiranja vode na nekoliko faza. U toku prve faze punjenja, voda se u reaktoru podiže sa donjeg na gornji nivo. Glavni procesi tretiranja koji su vezani za aeraciju i mešanje otpadne vode sa aktiviranim muljem, koji se sastoji od mešavine različitih mikroorganizama, vrši se nakon što je reaktor ispunjen do gornjeg nivoa, odnosno do njegovog operativnog nivoa. Proces tretiranja može takođe biti započet i u toku punjenja reaktora. Nakon vremena potrebnog za tretiranje otpadnih voda sledi faza sedimentacije u kojoj se aktivirani mulj koji je teži od vode prikuplja u donjem delu rezervoara. Nakon dovoljno dugog vremena, koje zavisi od kvaliteta mulja, njegove brzine sedimentacije i geometrije i veličine rezervoara, izvršava se faza pražnjenja u toku koje nivo tečnosti pada sa operacionog na niži nivo.

Kako bi se sprečilo da dolazna otpadna voda ometa sedimentaciju mulja, ili da se otpadna voda ispumpava na odvodu bez prethodnog tretiranja, ova postrojenja za tretiranje otpadnih voda su opremljena rezervoarom za izjednačavanje na dovodu gde se otpadna voda akumulira u toku procesa sedimentacije mulja i odlivanja tretirane vode. Druga alternativa jeste postrojenje za tretiranje otpadnih voda sa više SBR rezervoara koji se uvek nalaze u različitim fazama postupka tako da u svakom trenutku postoji po SBR koji je spreman da prihvati dotok otpadne vode. Još jedna alternativa jeste da se postrojenje za tretiranje otpadnih voda sastoji od jednog SBR u koji otpadna voda utiče kontinualno. U takvom slučaju otpadna voda se usmerava na dno reaktora, pri čemu rezervoari moraju biti dovoljno duboki a dovod u rezervoar postavljen na naspramnom zidu rezervoara u odnosu na odvod tretirane vode. Ove mere eliminišu opasnost od mešanja sirove i tretirane vode na odvodu iz postrojenja za preradu otpadnih voda. U ovom slučaju reaktor može biti napunjen u toku faze sedimentacije do višeg nivoa u odnosu na gornji nivo dok se faza pražnjenja može produžiti odvođenjem količine otpadne vode koja je dotekla dok se reaktor nalazio u fazi pražnjenja.

Na osnovu prethodnih činjenica, očigledno je da se glavni proces tretiranja ne izvršava u toku vremena u toku kojeg se vrši sedimentacija mulja i pražnjenje reaktora. Stoga, za čitavo postrojenje je pogodno da se ova vremena smanje na minimum. Ovo se postiže pomoću sistema za odvođenje vode visokih performansi i prikupljanjem tretirane vode odmah ispod nivoa vode, gde ona nije zagađena česticama mulja koji se sleže.

U manjim SBR postrojenjima poželjno je da se za odvođenje tretirane vode koristi vazdušna pumpa za ispumpavanje. Imajući na umu činjenicu da je u većini slučajeva u postrojenjima za prečišćavanje vode već raspoloživ vazduh pod pritiskom, ovo rešenje se smatra efektivnim sa stanovišta materijalnih ulaganja i naprednijim u smislu dizajna i konstrukcije u odnosu na korišćenje, na primer, električnih pumpi. Ipak, problem sa ispumpavanjem vode primenom vazdušne pumpe jeste posledica njenog malog hidrauličkog kapaciteta pri maloj dubini potapanja u tečnosti koja se ispumpava. Trenutno se vazdušne pumpe za ispumpavanje smeštaju direktno u vodu koja se ispumpava. Usled zahtevanog hidrauličnog kapaciteta vazdušne pumpe za ispumpavanje koji je potrebno da ona isporučuje, ulaz pumpe mora biti postavljen dovoljno duboko ispod nivoa površine vode u reaktoru, zbog čega dolazi do velikog vremenskog kašnjenja u fazi sedimentacije sve dok se prelaz između staloženog mulja i tretirane vode ne spusti dovoljno duboko ispod ulaza pumpe kako bi se sprečilo usisavanje mulja prilikom odlivanja tretirane vode.

Druga opcija je takav dizajn vazdušne pumpe za ispumpavanje gde se vazduh pod pritiskom uvodi samo u blizini dna, što proizvodi dovoljan pritisak za rad pumpe. Tretirana voda se sprovodi do vazdušne pumpe za ispumpavanje kroz dovod smešten na nivou iznad procenjenog sloja mulja nakon sedimentacije. Iako ovo rešenje osigurava da će kapacitet isporuke vazdušne pumpe za ispumpavanje biti dovoljan, ono zahteva dugotrajnu sedimentaciju dok se sloj mulja ne slegne od bezbedne dubine ispod dovoda pumpe za vazduh. Drugi uočeni nedostatak ovog rešenja jeste činjenica da mulj ulazi u dovod pumpe u toku procesa aktivacije kada se aktivirani mulj meša sa otpadnom vodom, što rezultuje pogoršanjem kvaliteta odvodne tretirane vode.

Dokument DE 20 2007 016942 U1 opisuje postrojenje za tretiranje otpadnih voda sa reaktorom koji direktno prihvata vazdušnu pumpu za ispumpavanje koja se sastoji od prve vertikalne cevi koja je povezana u svom donjem delu sa drugom, dužom vertikalnom cevi. Pritisak se usmerava na donji deo druge vertikalne cevi. Tretirana voda teče kroz prvu vertikalnu cev i voda se odvodi iz postrojenja kroz drugu cev. Ulaz u prvu cev mora biti postavljen na dovoljnoj visini iznad nivoa sedimentiranog mulja.

Izlaganje suštine pronalaska

Prethodno navedeni nedostaci se eliminišu postupkom tretiranja otpadnih voda i uređajem za njegovu realizaciju u sekvencijalnim faznim reaktorima prema nezavisnim Zahtevima 1 i 3. Otpadna voda se u reaktoru postrojenja za tretiranje otpadnih voda izlaže aktiviranom mulju da bi se, nakon toga, u fazi sedimentacije aktivirani mulj odvojio od tretirane vode sleganjem prema dnu reaktora, a tretirana voda odvodi iz postrojenja za prečišćavanje. Osnova pronalaska je sadržana u činjenici da se pod-površinski sloj tretirane vode odvodi iz postrojenja za tretiranje otpadnih voda pomoću uređaja za odvod u zaseban rezervoar vazdušne pumpe za ispumpavanje, koji je na vodo-nepropustan način razdvojen od unutrašnjosti reaktora. Iz odvojenog rezervoara vazdušne pumpe za ispumpavanje tretirana voda se upumpava u odvod pomoću vazdušne pumpe za ispumpavanje čiji je ulaz potopljen na dubini koja odgovara zahtevanoj hidrauličnoj isporuci te pumpe.

Potopljeni ulazni kraj uređaja za odvod se kreće vertikalno zajedno sa promenom nivoa vode u reaktoru.

Pre nego što se tretirana voda izvede iz reaktora, nivo vode u zasebnom rezervoaru sa vazdušnom pumpom za ispumpavanje se podiže na viši nivo u odnosu na nivo vode u reaktoru.

U toku odvođenja tretirane vode iz reaktora, nivo vode u zasebnom rezervoaru sa vazdušnom pumpom za ispumpavanje se zadržava na nižem nivou u odnosu na nivo vode u reaktoru, najmanje usled visine iznad nivoa vode u reaktoru na kojoj je postavljen prelivni odvod uređaja za odvod.

Voda se iz pod-površinskog sloja povlači u zasebni rezervoar delovanjem vazdušne pumpe za ispumpavanje a pomoću uređaja za odvod, smanjenjem nivoa vode u rezervoaru sa vazdušnom pumpom za ispumpavanje. Hidraulični kapacitet koji isporučuje vazdušna pumpa se smanjuje usled hidrauličnih gubitaka koji su posledica protoka vode kroz uređaj za odvod. Ovi hidraulični gubici će se ukupno prikazati kao glavni gubitak, što je razlika između nivoa vode u reaktoru i nivoa vode u rezervoaru vazdušne pumpe za ispumpavanje. Glavni gubitak jeste suma visine prelivanja u uređaju za odvod koji se nalazi iznad nivoa vode u reaktoru i glavnog gubitka usled proticanja vode kroz uređaj za odvod. Glavni gubitak usled protoka se povećava sa povećanjem protoka (1/s, 1/min) i smanjenjem prečnika cevi uređaja za odvod. Ukoliko glavni gubitak dostigne visinu koja je jednaka dubini potapanja fleksibilne veze uređaja za odvod sa rezervoarom vazdušne pumpe, tj. ako nivo vode u rezervoaru vazdušne pumpe za ispumpavanje padne ispod nivoa ove veze, uređaj za odvod će biti ispunjen vazduhom i prekinuti svoj rad.

Postrojenje za tretiranje otpadnih voda sa sekvencijalnim faznim reaktorom prema pronalasku, sastoji se od rezervoara reaktora sa dovodom otpadnih voda, uređajem za aeraciju i vazdušnom pumpom za ispumpavanje tretirane vode. Vazdušna pumpa za uduvavanje vazduha je smeštena u zasebnom rezervoaru koji je od unutrašnjosti reaktora odvojen na vodo-nepropustan način. Voda koja se ispumpava se povlači iz reaktora u zasebni rezervoar pumpe pomoću uređaja za odvod vode koji se sastoji od ulazne cevi u gornjem dovodnom delu, koja je opremljena komponentom za plutanje, prelivom i ulaznom cevi. Donji kraj ulazne cevi je fleksibilno povezan sa zasebnim rezervoarom. Preliv se pomoću komponente za plutanje drži iznad nivoa vode u reaktoru. Ulazni otvor ulazne cevi je potopljen ispod nivoa vode u reaktoru kako bi se izbeglo zagađenje nečistoćama koje plutaju u toku odvođenja tretirane vode. Kako za vazdušnu pumpu za ispumpavanje važi da što je više potopljena, to je veći kapacitet koji ona isporučuje, mesto na kojem se postavlja njen ulazni otvor se uobičajeno odabira da bude u blizini donjeg dela njenog rezervoara, bez obzira da li je ovaj rezervoar u unutrašnjosti ili izvan reaktora. Dubina ulaznog otvora vazdušne pumpe za ispumpavanje se bira u skladu sa zahtevanim kapacitetom hidraulične isporuke pumpe.

Prednost rešenja koje je zasnovano na pronalasku je primarno sadržano u činjenici da se vreme mirovanja postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda, tj. vreme u toku kojeg se vrši sedimentacija mulja i odvođenje tretirane vode iz postrojenja, znatno skraćuje kada se ne vrši glavno tretiranje otpadnih voda. Brzina odvođenja tretirane vode može biti promenjena po potrebi postavljanjem ulaznog otvora vazdušne pumpe za ispumpavanje na drugu dubinu. Takođe, opasnost da mulj može dospeti u vodu koja se odvodi je minimizovana. Uz uvažavanje činjenice da je izvor vazdušnog pritiska neophodna komponenta kod većine SBR postrojenja, primena vazdušne pumpe za ispumpavanje zarad obezbeđivanja zahtevanog kapaciteta na izlazu je u poređenju sa drugim metodama ispumpavanja jednostavna u smislu dizajna i veoma efektivna u pogledu troškova. Odvođenje tretirane vode iz pod-površinskog nivoa će sprečiti njeno zagađivanje plutajućim nečistoćama.

Opšti opis Slika nacrta

Slike 1 i 2 prikazuju jednu od mogućih verzija postrojenja za tretiranje otpadnih voda sa vazdušnom pumpom za ispumpavanje koja je smeštena unutar reaktora, gde Slika 1 prikazuje status sa isključenom vazdušnom pumpom za ispumpavanje, dok Slika 2 prikazuje pumpu za uduvavanje vazduha u radu. Slike 3 i 4 prikazuju primere postrojenja za tretiranje otpadnih voda sa vazdušnom pumpom za ispumpavanje smeštenom izvan reaktora postrojenja za tretiranje otpadnih voda.

Opis prvenstvenih varijanti izvođenja

Na osnovu pronalaska, postrojenje za tretiranje otpadnih voda se sastoji od reaktora 4 sa gravitacionim ili dovodom 18 pod pritiskom za dopremanje otpadnih voda, i uređajem 16 za aeraciju. Prema jednoj od mogućih verzija prikazanoj na Slikama 1 i 2, u reaktoru 4 se nalazi uređaj 2 za odvod koji se sastoji od ulazne cevi 9 sa ulaznim otvorom 24, plutajuće komponente 7 i takođe transportne cevi 5 koja ulazi u rezervoar 3 vazdušne pumpe 1 za ispumpavanje pomoću fleksibilne veze 6. Plutajuća komponenta 7 se može sastojati, na primer, od zakrivljene cevi ili od dela ispunjenog vazduhom izrađenog u nekom drugom obliku. Fleksibilna konekcija 6 se može sastojati od zakrivljenja, fleksibilne cevi izrađene od mekog materijala, itd. Rezervoar 3 vazdušne pumpe 1 za ispumpavanje je odvojen od unutrašnjosti reaktora 4 na vodo-nepropustan način. Vazdušna pumpa 1 za ispumpavanje poseduje ulazni otvor 12 koji je poželjno smešten u blizini dna rezervoara 3. Kako bi vazdušna pumpa 1 za ispumpavanje radila pouzdano, njen ulazni otvor 12 ne bi trebalo da bude postavljen iznad minimalnog nivoa 21 vode u reaktoru 4 umanjenom za polovinu razlike između gornjeg i donjeg nivoa 19, 21 vode u reaktoru 4. Slike 3 i 4 prikazuju rezervoar 3 vazdušne pumpe 1 za ispumpavanje koja je postavljena izvan reaktora 4. Dok Slika 3 prikazuje da je rezervoar 3 vazdušne pumpe 1 za ispumpavanje 1 postavljen na istom nivou sa reaktorom 4, Slika 4 prikazuje da je ulazni otvor 12 vazdušne pumpe 1 za ispumpavanje smešten ispod nivoa dna reaktora 4. Ovo dodatno povećava kapacitet koji vazdušna pumpa 1 za ispumpavanje može da isporuči po potrebi. U ovom slučaju, uređaj 2 za odvođenje se uvodi u rezervoar 26 sa tretiranom vodom, smešten u reaktoru 4. Rezervoar 26 sa tretiranom vodom je povezan preko spojne cevi 25 sa rezervoarom 3 vazdušne pumpe 1 za ispumpavanje koji je postavljen izvan reaktora 4.

Opisano tehničko rešenje je jedno od alternativa koje zahtevaju dodavanje rezervoara za izjednačavanje, koji nije prikazan na slikama, pre reaktora 4. Otpadna voda se akumulira u ovom rezervoaru i u toku faze sedimentacije i faze pražnjenja reaktora 4 ona se ne uvodi u reaktor 4. Ipak, ista primena rešenja prema pronalasku je takođe moguća i u drugim verzijama postrojenja za tretiranje otpadnih voda, na primer sa parom reaktora ili sa reaktorom koji je strukturno prilagođen za kontinualni dotok otpadnih voda.

U toku faze punjenja, koja je prikazana na Slici 1, rezervoar reaktora 4 se ispunjava otpadnom vodom koja se dovodi kroz dovod 18, sve do nivoa 19 vode. U toku faze punjenja, često se vrši aeracija u reaktoru 4, što se često postiže mešanjem otpadne vode sa aktiviranim muljem koji tretira otpadnu vodu. Takođe je korisno da se mala količina vazduha dovede u uređaj 2 za odvod tako da se u toku cele faze punjenja ulazna cev 9 prozračuje kako se mulj ne bi taložio na njenim zidovima. Nakon što je reaktor napunjen, sledi ili faza sedimentacije ili, ukoliko je neophodno i u vezi sa tipom i stepenom zagađenja, još jedna aktivacija u punom reaktoru 4. U toku vremena u kojem se ne-razdvojena mešavina 17 otpadne vode i mulja meša u reaktoru 4, pumpa 1 za upumpavanje vazduha je uvek isključena. U ovoj fazi vazduh koji se nalazi u potopljenoj ulaznoj cevi 9 sprečava da nečistoće koje plutaju po površini i mešavina mulja i tretirane vode dospeju do vazdušne pumpe 1 za ispumpavanje.

Na Slici 2 je prikazano stanje u kojem se nalazi postrojenje za tretiranje otpadnih voda u toku odvođenja tretirane vode nakon potrebnog vremena za sedimentaciju. Ovo vreme sedimentacije zavisi od karakteristika mulja i u tipičnom slučaju iznosi od 10 do 70 minuta, a traje sve dok iznad linije 23 razdvajanja tretirane vode i mulja nastaje dovoljan sloj tretirane vode, a koja stoga pada dovoljno duboko ispod ulaznog otvora 24 dovodne cevi 9. U toku faze sedimentacije, niža zona 22 mulja koji se sleže nestaje dok se gornja zona 20 tretirane vode povećava. Pre nego što se vazdušna pumpa 1 za ispumpavanje uključi, rezervoar 3 vazdušne pumpe 1 za ispumpavanje se ispunjava bistrom vodom iz ne-prikazanog akumulacionog rezervoara bistre vode, najmanje do nivoa 14 vode u reaktoru 4. Stoga se, takođe, i transportna cev 5 ispunjava do odgovarajućeg nivoa vode. Nakon što vazdušna pumpa 1 za ispumpavanje započne da ispumpava tretiranu vodu iz rezervoara 3 vazdušne pumpe 1 za ispumpavanje, tretirana, pod-površinska voda se iz reaktora 4 povlači u ulaznu cev 9 sa dubine 10 potopljenog ulaznog otvora 24. Tretirana voda se povlači preko preliva 8 pomoću transportne cevi 5 u rezervoar 3 vazdušne pumpe 1 za ispumpavanje i preko ulaznog otvora 12 vazdušne pumpe za ispumpavanje izvan postrojenja za tretiranje otpadnih voda. U toku ovog ispumpavanja, nivo 13 vode u rezervoaru 3 se mora držati nižim u odnosu na trenutni nivo 14 vode u reaktoru 4, najmanje pomoću visine 15 preliva 8 iznad nivoa 14 vode reaktora 4. Kako bi se obezbedilo besprekorno ispumpavanje i dovoljan nad-pritisak na mestu ulaznog otvora 12 pumpe 1, neophodno je da dubina 11 potapanja ulaznog otvora 12 bude dovoljno duboka. Specifična dubina potapanja ulaznog otvora 12, stoga, zavisi od dizajna i veličine postrojenja za tretiranje otpadnih voda, kao i od zahteva koji se postavljaju po pitanju brzine odvođenja tretirane vode iz postrojenja za tretiranje otpadnih voda. U toku odvođenja tretirane vode, ozračena plutajuća komponenta 7 zajedno sa ulaznom cevi 9 kopira fluktuaciju nivoa 14 vode u reaktoru 4 koji pada tokom čitavog vremena odvođenja vode. Ovaj status traje tokom čitavog perioda pražnjenja reaktora 4 sa gornjeg nivoa 19 vode na donji nivo 21 vode. Nakon što je ovaj nivo 21 vode dostignut, vazdušna pumpa 1 za ispumpavanje se gasi. U isto vreme se mora obezbediti da niži nivo 21 vode ne padne ispod visine konekcije između uređaja 2 za odvod i rezervoara 3. Prethodno navedene činjenice jasno prikazuju da ova veza uređaja 2 za odvod mora biti konstantno potopljena ispod nivoa 14 vode u reaktoru 4. U toku odvođenja tretirane vode, ozračeni prostor plutajuće komponente 7 i ozračeni prostor u transportnoj cevi 5 iznad operacionog nivoa 13 vode funkcionišu kao plutajući element i drže ulazni otvor 24 u konstantno potopljenom položaju nasuprot trenutnog nivoa 14 vode u reaktoru 4. Tretirana voda iz pod-površinske zone 20 u reaktoru 4 se uobičajeno odvodi sa dubine od oko 50 do 300 mm. Ovim se obezbeđuje prevencija da neće doći do povlačenja plutajućih nečistoća u odvod i takođe se vrši odvod tretirane vode iz najčistije pod-površinske zone.

Claims (5)

PATENTNI ZAHTEVI

1. Postupak tretiranja otpadnih voda sa lebdećim aktiviranim muljem u sekvencijalnom faznom reaktoru (4), gde se otpadna voda u reaktoru (4) postrojenja za tretiranje otpadnih voda tretira pomoću aktiviranog mulja i gde se, nakon toga, u toku faze sedimentacije aktivirani mulj odvaja od tretirane vode taloženjem na dnu reaktora (4) i gde se tretirana voda odvodi iz postrojenja za prečišćavanje vode,

naznačen time

što se tretirana voda povlači pomoću uređaja (2) za odvod iz pod-površinskog sloja vode u reaktoru (4) u zaseban rezervoar (3) vazdušne pumpe (1) za ispumpavanje, što je rezervoar (3) odvojen od unutrašnjosti reaktora (4) na vodo-nepropustan načina, pri čemu se tretirana voda ispumpava iz zasebnog rezervoara (3) do odvoda iz reaktora (4) pomoću vazdušne pumpe (1) za ispumpavanje čiji je ulaz (12) smešten na dubinu koja odgovara zahtevanom kapacitetu isporuke pumpe (1), pri čemu se potopljeni ulazni deo uređaja (2) za odvod kreće vertikalno duž promenljivog nivoa (14) vode u reaktoru (4).

2. Postupak tretiranja otpadnih voda prema Zahtevu 1, naznačen time, što se nivo (13) vode u zasebnom rezervoaru (3) sa vazdušnom pumpom (1) za ispumpavanje povećava do nivoa koji je veći od nivoa (14) vode u reaktoru (4) pre odvođenja tretirane vode iz reaktora (4).

3. Postrojenje za tretiranje otpadnih voda sa sekvencijalnim faznim reaktorima, koje se sastoji od rezervoara reaktora (4) sa dotokom otpadne vode, uređaja (16) za aeraciju i vazdušne pumpe (1) za ispumpavanje radi ispumpavanja tretirane vode,

naznačeno time,

što je vazdušna pumpa (1) za ispumpavanje smeštena u rezervoaru (3) koji je na vodo-nepropustan način razdvojen od unutrašnjosti reaktora (4); što postrojenje za tretiranje otpadnih voda sadrži uređaj (2) za odvod prilagođen da povlači tretiranu vodu iz pod-površinskog sloja vode u reaktoru (4) u zasebni rezervoar (3) vazdušne pumpe (1), gde uređaj (2) za odvod sadrži ulaznu cev (9), plutajuću komponentu (7) i transportnu cev (5), gde transportna cev (5) ulazi u rezervoar (3) preko fleksibilne veze (6) i gde je gornji deo transportne cevi (5) opremljen plutajućom komponentom sa prelivom (8) za tretiranu vodu koji se drži iznad nivoa voda (14) u reaktoru (4), pri čemu se plutajuća komponenta (7) završava ulaznom cevi (9), ulaznim otvorom (24) koji je potopljen ispod nivoa (14) vode u reaktoru (4).

4. Postrojenje za tretiranje otpadnih voda sa sekvencijalnim faznim reaktorima prema Zahtevu 3, naznačeno time, što je rezervoar (3) vazdušne pumpe (1) za ispumpavanje smešten u reaktoru (4).

5. Postrojenje za tretiranje otpadnih voda sa sekvencijalnim faznim reaktorima prema Zahtevu 3, naznačeno time, što je rezervoar (3) sa vazdušnom pumpom (1) za ispumpavanje smešten izvan reaktora (4).