RS58953B1

RS58953B1 - Postupak i uređaj za tretman otpadnih voda primenom gravimetrijske selekcije

Info

Publication number: RS58953B1
Application number: RS20190407A
Authority: RS
Inventors: Geert Nyhuis; Maureen O'shaughnessy; Bernhard Wett; Charles Bott; Sudhir Murthy
Original assignee: Hampton Roads Sanitation Distr; D C Water & Sewer Authority; Oshaughnessy Maureen; Bernhard Wett
Priority date: 2012-11-27
Filing date: 2013-11-27
Publication date: 2019-08-30
Also published as: CA2892761C; ES3046539T3; MX347655B; RU2644889C2; AU2013352135B2; EP3483123C0; EP3483123B1; EP3483123A1; AU2013352135A1; EP2925676B1; BR112015012248A2; ZA201504671B; PL3483123T3; US9242882B2; EP2925676A4; US20140144836A1; MX2015006714A; WO2014085662A1; US10112856B2; BR112015012248B1

Description

Opis

POZIV NA PRETHODNE PRIJAVE

[0001] Ova prijava traži i koristi prioritet US privremene prijave patenta br.61/730,196, podnete 27. novembra 2012, pod nazivom "Postupak i uređaj za tretman otpadnih voda primenom gravimetrijske selekcije".

OBLAST TEHNIKE

[0002] Predmetno otkrivanje se generalno odnosi na postupak i uređaj za tretman otpadnih voda, a preciznije, na postupak i uređaj za tretman otpadnih voda gravimetrijskom selekcijom.

STANJE TEHNIKE

[0003] Gravitaciono razdvajanje se obično upotrebljava za odstranjivanje čvrstih materija koje je povezano sa preradom aktiviranog mulja. Razvijena je metodologija za poboljšanje taloženja čvrstih materija gravimetrijskom selekcijom. Ova metodologija bi se takođe mogla primeniti za smanjenje prljanja membrane kod procesa u membranskom bioreaktoru (MBR) ili za smanjenje prljanja membranskog difuzora. Trenutno postoje tri pristupa za izbor čvrstih materija koje se dobro talože. Prva strategija u okviru prerade aktiviranog mulja je da se izaberu čvrste materije koje se dobro talože, kao što je primena aerobnih i anoksičnih ili anaerobnih zona ili selektora radi poboljšanja taloženja. Međutim, postoji mešovita istorija primene ovih selektora i ona uvek nije uspešna.

[0004] Drugi metod obuhvata primenu smicanja/agitacije u reaktoru da bi se izdvojile zrnaste čvrste materije koje se dobro talože. Ova selekcija je takođe praćena povećanjem odlivnog protoka mulja u glavnoj struji gravitacionog separatora za čvrstu materiju-tečnost. Ovaj proces selekcije je često postepen i spor, a pošto je selektor povezan sa preradom glavne struje, to može rezultovati problemima u vezi sa ostvarivanjem dopuštenih zahteva. U većini slučajeva, samo sukcesivna prerada u šaržnom reaktoru omogućava povećanje fleksibilnosti tokom vremena i modifikaciju odlivnog protoka.

[0005] Treći metod obuhvata selekciju i odstranjivanje pene koja se slabo taloži i čvrstih materija zarobljenih u njoj, a često putem sakupljanja i "površinskog odstranjivanja" pene i čvrstih materija na površini reaktora korišćenjem "klasifikujućih selektora". Mada je ovaj pristup bio originalno namenjen za smanjenje pene, njime takođe selektivno ispiraju čvrste materije koje se ne talože dobro, pošto čvrste materije koje se sporo talože teže da se akumuliraju blizu površine u reaktorima. Zbog toga se ovim metodom zadržavaju samo čvrste materije koje se dobro talože, čime je realizovan metod koji može biti koristan za deselekciju čvrstih materija koje se slabo talože, ali koji može imati ograničenu primenu u selekciji čvrstih materija koje se talože. Pri implementaciji ovog metoda poboljšanja karakteristika taloženja su često nekonzistentna, pošto se ponekad čvrste materije koje se loše talože zadržavaju i ostaju u mulju, ukoliko se proizvedu u količinama koje prevazilaze npr. brzinu odstranjivanja sa površine klasifikatora.

[0006] Postoji nezadovoljena potreba za postupkom i uređajem za tretman otpadnih voda koji ne bi imali nedostatke postupaka koji se sada primenjuju za selekciju i izdvajanje čvrstih materija iz otpadne vode.

[0007] Dokument US2007/000836 prikazuje primer postrojenja za tretiranje otpadnih voda koje je poznato iz stanja tehnike.

SUŠTINA PRONALASKA

[0008] Prema jednom aspektu pronalaska realizovan je postupak za tretiranje otpadnih voda, koji obuhvata selekciju i zadržavanje čvrstih materija uz superiorne karakteristike taloženja. Ovo je definisano u zahtevu 1. Postupak obuhvata dovođenje otpadne vode na ulaz procesora koji izvodi biološki proces tretiranja otpadne vode; odvođenje prerađene otpadne vode sa izlaza procesora; dovođenje prerađene otpadne vode na ulaz gravimetrijskog selektora koji vrši selekciju čvrstih materija sa superiornim karakteristikama taloženja; i odvođenje struje za recikliranje na prvi izlaz gravimetrijskog selektora. Gravimetrijski selektor vrši selekciju onih čvrstih materija koje imaju zapreminski indeks mulja (ZIM) manji od 120 mL/gm.

[0009] Postupak dalje sadrži odvođenje otpadne struje na drugi izlaz gravimetrijskog selektora radi prerade čvrstih materija, pri čemu prerada čvrstih materija obuhvata bar jedno zgušnjavanje, stabilizaciju, kondicioniranje i odstranjivanje vode. Otpadna struja može biti odbačena, dok se struja za recikliranje vraća u procesor. Otpadna struja može sadržati čvrste materije sa karakteristikama slabog taloženja i filtriranja ili one koje imaju povećani potencijal za prljanje membrane.

[0010] Postupak dalje sadrži dovođenje struje za recikliranje sa prvog izlaza gravimetrijskog selektora u procesor. Struja za recikliranje sadrži čvrste materije sa superiornim karakteristikama taloženja.

[0011] Proces tretiranja obuhvata biološki proces tretiranja kao što je: prerada mulja aktiviranog rastom u suspenziji; prerada zrnastog mulja; prerada mulja aktiviranog integrisanim fiksnim filmom; proces odstranjivanja bioloških nutrijenata; proces aerobne digestije; ili proces anaerobne digestije.

[0012] Biološki proces tretiranja može obuhvatati linijski proces razdvajanja čvrstih materijatečnosti.

[0013] Procesor može sadržati membranski separator.

[0014] Gravimetrijski selektor može sadržati ciklon koji ubrzava otpadnu vodu i obezbeđuje silu smicanja otpadne vode da bi se razdvojile čvrste materije sa dobrim karakteristikama taloženja od čvrstih materija sa lošim karakteristikama taloženja i filtriranja.

[0015] Ulazni protok i geometrija ciklona mogu biti konfigurisani tako da se brzina otpadne vode u ciklonu podesi tako da se izdvoje veće ili gušće čvrste materije ili da se produži raspoloživo vreme razdvajanja u ciklonu.

[0016] Gravimetrijski selektor može sadržati centrifugu koja obezbeđuje centrifugalnu i silu smicanja radi razdvajanja čvrstih materija sa dobrim karakteristikama taloženja od čvrstih materija sa lošim karakteristikama taloženja i filtriranja u otpadnoj vodi.

[0017] Proces dovođenja otpadne vode koja se prerađuje na ulaz gravimetrijskog selektora može sadržati: dovođenje otpadne vode koja se prerađuje na ulaz separatora koji razdvaja otpadnu vodu na podliv i odliv (odn. efluent); prijem podliva iz separatora; i gravimetrijsko razdvajanje čvrstih materija sa superiornim karakteristikama taloženja od podliva i dovođenje struje za recikliranje na prvi izlaz.

[0018] Postupak dalje može sadržati upravljanje brzinom otpadne vode u ciklonu tako da se zadržavaju čvrste materije unapred određene veličine ili gustine.

[0019] Postupak dalje može sadržati upravljanje hidrauličnim opterećenjem da bi se izabralo taloženje čvrstih materija unapred određene veličine ili gustine.

[0020] Prema sledećem aspektu pronalaska realizovan je uređaj za tretiranje otpadnih voda koji izdvaja i zadržava čvrste materije sa superiornim karakteristikama taloženja. Ovo je definisano u zahtevu 9. Uređaj sadrži: procesor koji sadrži ulaz i izlaz, pri čemu je procesor konfigurisan za izvođenje procesa tretiranja; i gravimetrijski selektor koji sadrži ulaz, izlaz za otpadnu struju i izlaz za struju za recikliranje, pri čemu se izlaz za struju za recikliranje gravimetrijskog selektora reciklira u procesoru.

[0021] Ulaz gravimetrijskog selektora može biti povezan sa izlazom procesora.

[0022] Ulaz gravimetrijskog selektora može biti povezan sa izlazom za podliv separatora.

[0023] Izlaz za struju za recikliranje gravimetrijskog selektora dovodi struju za recikliranje u procesor, pri čemu struja za recikliranje sadrži čvrste materije sa superiornim karakteristikama taloženja.

[0024] Proces prerade je bioreaktorski proces, a taj proces može obuhvatati: preradu mulja aktiviranog rastom u suspenziji; preradu zrnastog mulja; preradu mulja aktiviranog integrisanim fiksnim filmom; proces odstranjivanja bioloških nutrijenata; proces aerobne digestije; ili proces anaerobne digestije.

[0025] Bioreaktorski proces može obuhvatati linijski proces razdvajanja čvrstih materija od tečnosti.

[0026] Gravimetrijski selektor uređaja može sadržati ciklon koji ubrzava otpadnu vodu i obezbeđuje silu smicanja otpadne vode da bi se razdvojile čvrste materije sa dobrim karakteristikama taloženja od čvrstih materija sa lošim karakteristikama taloženja i filtriranja.

[0027] Gravimetrijski selektor uređaja može sadržati centrifugu koja obezbeđuje centrifugalnu i silu smicanja radi razdvajanja čvrstih materija sa dobrim karakteristikama taloženja od čvrstih materija sa lošim karakteristikama taloženja i filtriranja u otpadnoj vodi.

[0028] Ulazni protok i geometrija ciklona mogu biti konfigurisani tako da se brzina otpadne vode u ciklonu podesi tako: da se izdvoje veće ili gušće čvrste materije ili da se produži raspoloživo vreme razdvajanja u ciklonu.

[0029] Ciklon može upravljati brzinom otpadne vode tako da podesi odlivni protok tako da se zadržavaju čvrste materije unapred određene veličine ili gustine.

[0030] Ciklon može upravljati hidrauličnim opterećenjem da bi se izabralo taloženje čvrstih materija unapred određene veličine ili gustine.

[0031] Uređaj dalje može sadržati separator čiji ulaz je povezan sa izlazom procesora.

KRATKI OPIS SLIKA NACRTA

[0032] Priložene slike nacrta, koje su namenjene za obezbeđivanje daljeg razumevanja otkrivanja, a inkorporirane su u ovaj opis i predstavljaju njegov deo, ilustruju primere izvođenja otkrivanja i zajedno sa detaljnim opisom služe za objašnjenje principa otkrivanja. Nije izvršen pokušaj da se strukturni detalji otkrivanja prikažu detaljnije nego što može biti neophodno za fundamentalno razumevanje otkrivanja i različitih načina na koje on može biti izveden u praksi. Na nacrtu:

Slika 1 prikazuje primer prerade aktiviranog mulja gde se odstranjivanje mulja izvodi pomoću otpadne struje izvedene iz podliva izbistrivača.

Slika 2 prikazuje primer prerade aktiviranog mulja u skladu sa principima otkrivanja gde se struja otpadne vode koja se prerađuje izvodi direktno iz reaktorskog rezervoara i dovodi u gravimetrijski selektor, pri čemu se gušće i veće čestice vraćaju u reaktor, dok se lakša frakcija, koja predstavlja čvrste materije koje se odbacuju, izvodi iz sistema.

Slika 3 prikazuje preradu aktiviranog mulja u skladu sa principima otkrivanja gde se struja otpadne vode koja se prerađuje izvodi iz podliva izbistrivača i dovodi u gravimetrijski selektor, pri čemu se gušće i veće čestice vraćaju u reaktor, dok se lakša frakcija, koja predstavlja čvrste materije koje se odbacuju, izvodi iz sistema.

Slika 4 prikazuje dijagram tipičnog pogoršanja svojstava taloženja mulja sa poboljšanim performansama taloženja pri preradama aktiviranog mulja sa slika 2 ili 3.

Slika 5 prikazuje dijagram poređenja pogoršanja svojstava taloženja mulja u jednoj procesnoj liniji u tipičnom sistemu sa poboljšanim performansama taloženja sa paralelnom linijom u skladu sa principima otkrivanja.

Slika 6 prikazuje dijagram zapreminskog indeksa mulja (ZIM) prema vremenu za preradu aktiviranog mulja u skladu sa principima otkrivanja.

DETALJNI OPIS PRONALASKA

[0033] Otkrivanje i njegove različite karakteristike i poželjni detalji su detaljnije objašnjeni sa pozivom na neograničavajuće primere izvođenja i primere koji su opisani i/ili ilustrovani na priloženim slikama nacrta i detaljno su opisani u sledećem opisu. Treba naglasiti da karakteristike koje su ilustrovane na slikama nacrta nisu nužno prikazane u srazmeri i da se karakteristike jednog primera izvođenja mogu koristiti sa drugim primerima izvođenja, što će stručnjak iz odgovarajuće oblasti shvatiti čak i ako ovde to nije eksplicitno navedeno. Opisi dobro poznatih komponenata i tehnika prerade mogu biti izostavljeni kada to neće nužno učiniti nejasnim primere izvođenja otkrivanja. Ovde upotrebljeni primeri su namenjeni samo za olakšanje razumevanja načina na koji se otkrivanje može izvesti u praksi i dalje omogućavaju stručnjacima iz odgovarajuće oblasti da u praksi izvedu primere izvođenja otkrivanja. Shodno tome, ovdašnje primere i primere izvođenja ne bi trebalo smatrati ograničavajućim za obim otkrivanja. Pored toga, naglašava se da slične pozivne oznake označavaju slične delove na više prikazanih izgleda na slikama nacrta.

[0034] Izrazi "koji sadrži", "koji obuhvata" i njihove varijacije koje se koriste u ovom otkrivanju znače "sadrži, ali nije ograničen na", osim ako eksplicitno nije navedeno drugačije.

[0035] Izrazi "jedan", "jedna" i "taj" kada se koriste u ovom otkrivanju znače "jedan ili više", osim ako eksplicitno nije navedeno drugačije.

[0036] Mada koraci procesa, koraci postupka, ili slično mogu biti opisani po sukcesivnom redosledu, takvi procesi i postupci mogu biti konfigurisani tako da se izvode po izmenjenim redosledima. Drugim rečima, bilo koja sekvenca ili redosled koraka koji može biti opisan ne ukazuje nužno na zahtev da se koraci moraju izvoditi po tom redosledu. Koraci ovde opisanih procesa ili postupaka se mogu izvoditi po bilo kom redosledu u praksi. Dalje, neki koraci se mogu izvesti istovremeno.

[0037] Kada je ovde opisan samo jedan uređaj ili predmet, lako je uočljivo da se može upotrebiti više od jednog uređaja ili predmeta umesto samo jednog uređaja ili predmeta. Slično tome, tamo gde je ovde opisano više od jednog uređaja ili predmeta, lako je uočljivo da se može upotrebiti samo jedan uređaj ili predmet umesto više od jednog uređaja ili predmeta. Alternativno tome, funkcionalnost ili karakteristike uređaja mogu biti otelotvorene pomoću jednog ili više uređaja za koje nije eksplicitno opisano da imaju takvu funkcionalnost ili karakteristike.

[0038] Slika 1 prikazuje primer prerade aktiviranog mulja i sistema 100 za izvođenje prerade aktiviranog mulja. Sistem 100 može obuhvatati prethodni tretman, koji može sadržati rešetku napravljenu od šipki 2, odstranjivač krupnog peska (nije prikazan), komoru 3 za prethodni tretman, i dovodnu pumpu (nije prikazana). Sistem 100 dalje može sadržati primarni separator 5, procesor 6, i sekundarni separator 9. Sistem 100 može primati otpadnu vodu 1 iz spoljašnjeg izvora (nije prikazan), kao što je npr. kanalizacioni sistem, i prerađivati otpadnu vodu 1 u stepenu za prethodni tretman koji može sadržati, npr. rešetku napravljenu od šipki 2 radi uklanjanja većih objekata, kao što su limenke, krpe, štapovi, plastična ambalaža i slično, iz otpadne vode 1. Stepen za prethodni tretman takođe može sadržati komoru 3 za prethodni tretman, koja može sadržati komoru sa peskom ili krupnim peskom, radi podešavanja brzine doticanja otpadne vode 1, a čime se omogućava taloženje npr. peska, krupnog peska, kamenja, slomljenog stakla i sličnog. Komora 3 za prethodni tretman može biti zamenjena npr. kanalom za pesak ili krupni pesak. Stepen za prethodni tretman dalje može sadržati mali rezervoar za odstranjivanje npr. masti, maziva i sličnog.

[0039] Posle stepena za prethodni tretman, preostala smeša 4A čvrsta materija-tečnost, koja sadrži višak otpadne vode koji sadrži akumulirane čvrste materije, može biti poslata u primarni separator 5 radi gravitacionog taloženja. Primarni separator 5 može sadržati rezervoar (npr. rezervoar za izbistravanje, rezervoar za sediment, itd.), koji može imati jedan od mnoštva oblika, kao što su, npr. pravougaoni, konusni, kružni, elipsasti, i tako dalje. Primarni separator 5 može imati dodatni hemijski ili balastni materijal da bi se poboljšalo odstranjivanje čvrstih materija. Primarni separator 5 taloži teže čvrste materije iz smeše 4A čvrsta materija-tečnost. Rezultujući podliv 8A može biti odveden iz primarnog separatora 5 i poslat u preradu čvrstih materija radi daljeg tretiranja, kao što je npr. zgušnjavanje, stabilizacija, kondicioniranje, odstranjivanje vode, prerada mulja, i tako dalje, kao što je poznato onima koji su prosečni stručnjaci iz odgovarajuće oblasti.

[0040] Rezultujuća smeša 4B čvrsta materija-tečnost, koja sadrži rastvorljive organske i neorganske kontaminante i čestične materijale, onda može biti poslata u procesor 6. Procesor 6 može sadržati bioreaktor. Procesor 6 može sadržati aeracioni rezervoar (nije prikazan) i žive aerobne i fakultativne bakterije. U smešu 4B može biti dodat vazduh da bi se uvela u bioreaktorski proces (gde se gaje aerobne bakterije) u procesoru 6. Aerobne bakterije će digestirati organski materijal u prisustvu rastvorenog kiseonika.

[0041] Procesor 6 dalje može sadržati membranski modul (nije prikazan) za izdvajanje relativno čiste vode iz suspenzije organske materije i bakterija. Ako je membranski modul uključen u procesor 6, onda iz sistema 200 (prikazan na slici 2) i 300 (prikazan na slici 3) može biti izostavljen separator 9. Aerobne bakterije i membranski modul mogu biti postavljeni tako da rade sukcesivno u membranskom bioreaktoru (MBR). Na primer, smeša čvrsta materija-tečnost može strujati prvo kroz bioreaktor, gde se može držati sve dok bude potrebno da se reakcija završi, a zatim kroz membranski modul.

[0042] Vazduh može biti dodat u procesor 6 bilo kojim poznatim metodom kojim se može dovesti vazduh u smešu 4B čvrsta materija-tečnost. Uobičajeni metod je putem dodavanja komprimovanog vazduha u difuzore sa finim mehurićima (nije prikazano) konstruisane od perforiranih fleksibilnih membranskih materijala, uključujući EPDM i poliuretan. Procesor 6 ispušta oksigenovanu smešu čvrsta materija-tečnost, koja je generalno poznata kao smeša 4C tečnosti, koja se onda prosleđuje u sekundarni separator 9.

[0043] Sekundarni separator 9 razdvaja smešu čvrsta materija-tečnost 4C da bi proizveo podliv 4F, koji se onda može reciklirati kao deo izdvojenog mulja 7 i poslati nazad u bioreaktor 6, a izbistrena otpadna voda kao odliv 10. Deo podliva biomase 8B (ili smeše tečnosti) može biti izveden iz procesa i poslat na preradu čvrstih materija radi daljeg tretiranja, kao što je npr. zgušnjavanje, stabilizacija, kondicioniranje, odstranjivanje vode, prerada mulja, i tako dalje, kao što je poznato prosečnim stručnjacima iz odgovarajuće oblasti.

[0044] Alternativno tome, procesor 6 može sadržati membranu (nije prikazana) koja može biti suspendovana u mulju u procesoru 6 (umesto sekundarnog separatora 9), a koji može biti podesno podeljen da bi se ostvarilo korektno strujanje vazduha, sa viškom koji se povlači iz osnove procesora 6 u takvoj količini da bi se dobilo željeno vreme retencije mulja (VRM).

[0045] Treba naglasiti da umesto ili pored procesora 6, sistem 200 može sadržati, npr. preradu zrnastog mulja, preradu mulja aktiviranog integrisanim fiksnim filmom, proces odstranjivanja bioloških nutrijenata sa različitim anaerobnim, anoksičnim i aerobnim zonama sa pridruženim internim recikliranjima, proces aerobne digestije, proces anaerobne digestije i slično, kao što je poznato iz odgovarajuće oblasti.

[0046] Slika 2 prikazuje primer sistema 200 za izvođenje prerade aktiviranog mulja koji je konstruisan u skladu sa principima otkrivanja. Sistem 200 može imati sličnu dispoziciju kao sistem 100. Sistem 200 može sadržati ciklon (nije prikazan), hidrociklon (nije prikazan), centrifugu (nije prikazana), rezervoar za sedimentaciju (nije prikazan), kolonu za sedimentaciju (nije prikazana), filter (nije prikazan) i slično. Od dodatnih komponenata u odnosu na sistem 100, sistem 200 sadrži gravimetrijski selektor 11. Sistem 200 ima sposobnost da vrši selekciju čvrstih materija sa dobrim taloženjem gravimetrijskom selekcijom u gravimetrijskom selektoru 11, npr. direktnim izvođenjem smeše tečnosti (ili oksigenovane smeše čvrsta materija-tečnost 4D). Čvrste materije sa dobrim taloženjem obuhvataju čvrste materije koje imaju zapreminski indeks mulja (ZIM) npr. manji od 120 mL/gm, a prvenstveno manji ili jednak 100 mL/gm.

[0047] Gravimetrijski selektor 11 može sadržati npr. izbistrivač, rezervoar za taloženje, ciklon, hidrociklon, centrifugu i slično. Gravimetrijski selektor 11 može sadržati jedan ulaz i mnoštvo izlaza, uključujući izlaz za otpadnu struju i izlaz za struju za recikliranje. Gravimetrijski selektor 11 može biti postavljen tako da prima oksigenovanu smešu čvrsta materija-tečnost ili smešu 4D tečnosti na svom ulazu iz izlaza procesora 6. Alternativno (ili dodatno tome), u gravimetrijski selektor 11 može biti dovedena struja 4C. U toku rada, gravimetrijski selektor 11 može klasifikovati, izdvajati i/ili sortirati čestice u smeši 4D, koja može sadržati tečnost ili suspenziju tečnost-čvrsta materija, na bazi npr. odnosa centripetalne sile prema fluidnom otporu čestica. Gravimetrijski selektor 11 može izdvajati čvrste materije sa dobrim taloženjem iz smeše 4D i ispuštati čvrste materije na svom izlazu za struju za recikliranje kao podliv 4E, koji se može odvesti nazad u procesor 6 radi dalje prerade (npr. bioreakcije, digestije itd.). Gravimetrijski selektor 11 može ispuštati preostalu tečnost/suspenziju tečnosti na svom izlazu za otpadnu struju kao otpadnu struju 8C, koja može sadržati manje čestice i koloide koji imaju potencijal da izazovu prljanje MBR membrane, da izazovu pojavu mutnoće odliva 10, i da indukuju prljanje membranskog difuzora za vazduh, i koja može biti odvedena iz sistema radi daljeg tretiranja, kao što je npr. prerada mulja, odstranjivanje vode i tako dalje.

[0048] Slika 3 prikazuje jedan drugi primer sistema 300 za izvođenje prerade aktiviranog mulja koji je konstruisan u skladu sa principima ovog otkrivanja. Sistem 300 može imati sličnu dispoziciju kao sistem 100. Od dodatnih komponenata u odnosu na sistem 100, sistem 300 može sadržati gravimetrijski selektor 11, koji može biti postavljen tako da prima podliv 4F na svom ulazu iz izlaza sekundarnog separatora 9. Sistem 300 ima sposobnost da vrši selekciju čvrstih materija sa dobrim taloženjem gravimetrijskom selekcijom u gravimetrijskom selektoru 11, npr. direktnim odvođenjem iz koncentrovanijeg povratnog mulja 7.

[0049] Gravimetrijski selektor 11 može preraditi podliv 4F, uz izdvajanje težih čvrstih materija iz smeše tečnost-čvrsta materija i odvođenje težih čvrstih materija kao podliv 4E na izlaz za struju za recikliranje i kao rezultujući odliv 8C na izlaz za otpadnu struju gravimetrijskog selektora 11. Odliv 8C se može proslediti na preradu čvrstih materija radi daljeg tretiranja, kao što je npr. stabilizacija, odstranjivanje vode i tako dalje. Podliv 4E može biti recikliran zajedno sa izdvojenim muljem 7 i vraćen u procesor 6 radi dalje prerade.

[0050] Prema jednom varijantnom aspektu otkrivanja, ispuštanje dela (ili celokupnog) mulja se može izvršiti direktno iz podliva sekundarnog separatora 9, koji nije prikazan na slikama.

[0051] Gravimetrijski selektor 11 može sadržati jedan ili više uređaja za gravitaciono razdvajanje radi selekcije i izdvajanja čvrstih materija iz smeše tečnst-čvrsta materija, uključujući, na primer, rezervoar za taloženje, kolonu za taloženje, ciklon, hidrociklon, centrifugu i/ili slično. U gravimetrijskom selektoru 11, odlivni protok, koji se takođe naziva brzinom podizanja, može se upotrebiti kao parametar pri izboru čvrstih materija sa dobrim taloženjem iz tečnosti (ili mulja). Ovaj odlivni protok se može podesiti tako da se poveća ispuštanje čvrstih materija sa lošim taloženjem, dok ostaju samo čvrste materije sa dobrim taloženjem. Povećanje odlivnog protoka može podstaći selekciju čvrstih materija sa dobrim taloženjem sve dok se ne dostigne izvesna tačka, kada je vreme retencije nedovoljno za adekvatnu klasifikaciju čvrstih materija. Ciljni odlivni protok uređaja za gravitacionu selekciju bi trebao da bude baziran na željenom VRM procesa, i pratećoj potrebi da se odstrani čestična masa biomase iz sistema. Specifični odlivni protok mora biti prilagođen specifičnom upotrebljenom uređaju, ali se generalno može očekivati da će biti od 10 do 100 puta od odlivnog protoka sekundarnog procesa separacije 7.

[0052] Hidrociklonska separacija se vrši pod pritiskom, a pad pritiska se može upotrebiti kao izvor energije za separaciju. Shodno tome, ako gravimetrijski selektor 11 sadrži hidrociklon, onda bi hidrociklon trebao da bude konfigurisan tako da ulaz bude postavljen tako da dovodi dolaznu smešu tečnost-čvrsta materija tangencijalno u hidrociklon da bi se razvila velika radijalna brzina. Dalje, hidrociklon može imati oblik koji se sužava. Zato može biti inicirano spiralno kretanje, a ubrzanje fluida može nastati usled oblika hidrociklona koji se sužava. Ovo stvara silu smicanja koja poboljšava karakteristike taloženja čestica usled dejstava kao što su npr. kidanje filamenata ili istiskivanje intersticijalne ili vezane vode. Promena početne brzine i/ili prečnika (veličine) ciklona može rezultovati selekcijom različitih brzina separacije frakcija željenih čvrstih materija, ili obratno, odlivom nepoželjnih.

[0053] Na primer, par hidrociklona može biti instaliran u liniji za otpadni mulj sistema 200 (ili 300) i svaki od njih može biti konfigurisan za izlazni protok npr. od oko 20 m<3>/h. Pritisak može biti podešen npr. na oko 1.7 bar. On-lajn senzor pritiska (nije prikazan) može biti uključen sistem 200 (ili 300), da bi mogao da obezbedi upravljački signal za frekventni pogon npr. pumpe (nije prikazana), koja takođe može biti uključena u sistem 200 (ili 300). Podlivna mlaznica, odnosno mlaznice u sistemu 200 (ili 300) mogu imati prečnik npr. od oko 25mm, čime se smanjuje bilo kakva verovatnoća podložnosti zagušenju. Slika 4 prikazuje dijagrame ZIM (mL/g) prema vremenu za ovaj primer.

[0054] Prema sledećem primeru, mnoštvo ciklona (npr. baterija od sedan ciklona) može biti instalirano u sistem 200 (ili 300). Svaki od ciklona može biti konfigurisan za protok od 5m<3>/h. Pritisak može biti podešen npr. na oko 2.1 bar, a prečnik podlivne mlaznice, odnosno mlaznica može biti npr. oko 22mm. Sistem 200 (ili 300) može sadržati jedno ili više linijskih sita npr. širine od oko 5mm da bi se ciklon, odnosno cikloni zaštitili od zagušenja. Slika 6 prikazuje dijagram ZIM (mL/g) prema vremenu za ovaj primer.

[0055] Separacija centrifugiranjem se često izvodi uz korišćenje dekanter centrifuge, pri čemu povećanje o/min centrifuge (npr. u opsegu od 500 - 5000 o/min) povećava gravitacionu silu, a time i brzinu taloženja. Shodno tome, ako gravimetrijski selektor 11 sadrži centrifugu koja ima sekcije kućišta, puža i sabirnika, onda centrifuga može podvrgnuti smešu tečnost-čvrsta materija u gravimetrijskom selektoru 11 dejstvu gravitacione sile mnogo puta npr. u rezervoaru za taloženje. Veoma mala razlika u o/min (npr. obično u opsegu od 1-10 o/min) između kućišta i puža u centrifugi se može upotrebiti za razdvajanje čvrstih materija koje se bolje talože od čvrstih materija koje se lošije talože i koje se ispuštaju u sekciju odlivnog sabirnika centrifuge. Shodno tome, zahvaljujući upravljanju hidrauličnim opterećenjem, brzinom obrtanja centrifuge, razlikom o/min između kućišta/puža, i održavanju ovih odnosa između unapred određenih graničnih vrednosti, može se upravljati selekcijom većih i/ili gušćih čvrstih materija. Na primer, povećanje hidrauličnog opterećenja ili razlike o/min između kućišta/puža može poboljšati izdvajanje većih i/ili gušćih čvrstih materija, dok smanjenje ovih odnosa može pomoći u produžavanju raspoloživog vremena retencije za gravimetrijsku separaciju, dok se ravnotežni odnos može koristiti za održavanje procesa. Čvrste materije u sekciji sabirnika se ispuštaju, dok se teže čvrste materije uz puža mogu zadržati i vratiti u procesor 6.

[0056] Važna karakteristika gravimetrijskog selektora 11 je njegova sposobnost korišćenja agresivnog odlivnog protoka da bi se održalo dobro taloženje čvrstih materija u posebnoj opremi koja je povezana sa otpadnom strujom čvrstih materija. Ove čvrste materije koje se dobro talože teže tome da budu gušće i veće, pri čemu je bolje taloženje bazirano na Stoksovom taloženju koje omogućava brzo odstranivanje materijala u gravimetrijskom selektoru 11. Sledeća važna karakteristika je selektivno odstranjivanje manjih čestica i koloida iz smeše tečnost/tečnostčvrsta materija koje imaju potencijal da izazovu prljanje MBR membrane i/ili pojavu mutnoće odliva 10, i da indukuju prljanje membranskog difuzora za vazduh, npr. u procesoru 6.

[0057] Objavljena US prijava patenta br. US 2013/0001160 koja opisuje postupak za biološko prečišćavanje otpadnih voda koje sadrže amonijak, ovde je uključena u celini. Opisani postupak predviđa gravimetrijsko razdvajanje (npr. korišćenjem hidrociklona, centrifuge ili sedimentacije) faze teškog mulja koja sadrži sporo rastuće bakterije koje oksidišu amonijak bakterije (ANAMMOX) od faze lakog mulja i vraćanje faze teškog mulja u aeracioni reaktor radi tretiranja otpadnih voda koje sadrže amonijak, dok se faza lakog mulja dovodi u digestor radi proizvodnje gasa.

[0058] Slike 4 - 6 ilustruju poboljšanja svojstava taloženja mulja koja nastaju usled implementacije principa otkrivanja, uključujući implementaciju sistema 200 (prikazan na slici 2) ili 300 (prikazan na slici 3). Zapreminski indeks mulja (ZIM) predstavlja zapreminu sloja mulja istaloženog za 30 minuta u cilindru za testiranje normalizovanu za jedan gram čvrstih materija i on predstavlja standardnu meru taložnosti. Često je ZIM veći od 150 mL/g indikator loše taložnosti mulja, dok je ZIM manji od 120 mL/gm, a prvenstveno manji ili jednak 100 mL/gm indikator dobre taložnosti. Taložnost mulja određuje maksimalnu količinu smeše tečnosti -čvrstih materija koja se može tretirati u postrojenju sa aktiviranim muljem. Čak i kod mnogih postrojenja za tretiranje koja dobro rade, performanse taloženja imaju tendenciju da se pogoršaju u toku izvesnih perioda godine npr. obično na kraju zimske sezone.

[0059] Kao što se vidi na slikama 4 - 6, upotreba gravimetrijskog selektora 11 obezbeđuje i održava dobru taložnost, kao što je npr. manju od 120 mL/gm, a prvenstveno manju ili jednaku oko 100 mL/gm.

[0060] Slika 4 prikazuje dijagram koji upoređuje pogoršanje svojstava taloženja mulja u procesu u sistemu 100 sa poboljšanim performansama taloženja u sistemima 200 i 300 sa preradom aktiviranog mulja. Ovaj dijagram pokazuje koristi od implementacije gravimetrijskog selektora 11 u skladu sa principima otkrivanja. Naročito, ovaj dijagram ilustruje poređenje svojstava taloženja pri korišćenju sistema 200 (ili 300) u odnosu na svojstva taloženja pri korišćenju sistema 100 (prikazan na slici 1), koji ne sadrži gravimetrijski selektor 11. Naročito, ovaj dijagram prikazuje rezultate gde je par ciklona instaliran u liniji za otpadni mulj sistema, i gde je svaki od ciklona projektovan za izlazni protok od 20 m3/h pod pritiskom od 1.7 bar sa podlivnom mlaznicom prečnika od 25mm, kao što je ranije naglašeno.

[0061] Na slici 4, dijagram upoređuje pogoršanje svojstava taloženja mulja u sistemu u toku sezone zima-proleće (npr. od 1. decembra do 30. maja) tokom trogodišnjeg perioda. Kao što se vidi na dijagramu, mada je ZIM dostizao nivoe do oko 190 mL/g na kraju zimske sezone, sa poboljšanim performansama taloženja u toku istog perioda ZIM je ostao ispod 100 mL/g pri korišćenju sistema 200 (ili 300).

[0062] Slike 5 i 6 prikazuju dijagrame na kojima su upoređena pogoršanja svojstava taloženja mulja u jednoj procesnoj liniji u tipičnom sistemu sa paralelnom linijom sa poboljšanim performansama taloženja u sistemu 200 (ili 300). Naročito, dijagrami prikazuju rezultate sveobuhvatnog pilot testa u WWTP Glarnerland postrojenja gde je bila instalirana baterija od 7 ciklona, pri čemu je svaki bio projektovan za protok od 5m<3>/h. Bilo je izabrano da projektovani pritisak bude 2.1 bar, a da prečnik podlivne mlaznice bude 12 mm. Linijsko sito širine 5 mm je bilo instalirano da bi zaštitilo ciklon od zagušenja. Rezultati pokazuju poređenje pogoršanja svojstava taloženja mulja (ZIM preko 900 ml/g) za jednu liniju za preradu tečnosti sa paralelnom linijom sa poboljšanim performansama taloženja u toku eksperimentalnog perioda (ZIM je ostao konstantan od oko 100 mL/g). Izgleda da je upoređivanje performansi u WWTP Glarnerland bilo direktnije kada je jedna linija za tretiranje radila bez gravimetrijskog selektora, dok je druga paralelna radila sa gravimetrijskim selektorom, kao što se vidi u sistemu 200 (ili 300) u toku istog perioda.

[0063] Na slici 6, dijagram takođe prikazuje rezultate testa na WWTP Strass postrojenju gde je par ciklona bio instaliran u liniji za otpadni mulj, pri čemu je svaki bio projektovan za izlazni protok od 20 m3/h. Bilo je izabrano da projektovani pritisak bude 1.7 bar, a on-lajn senzor pritiska je bio uključen radi obezbeđivanja upravljačkog signala za frekventni pogon pumpe korišćene u sistemu. Zbog veličine podlivne mlaznice, koja je imala prečnik od 25mm, nije bila uočena podložnost zagušivanju.

[0064] Kao što je evidentno sa slika 4-6, primena gravimetrijskog selektora 11 u sistemu 200 (ili 300) može smanjiti pogoršanje performansi taloženja do koga bi inače došlo i koje bi inače dovelo do problema u radu i do pojave uskog grla u konstrukciji.

[0065] Prerada aktiviranog mulja može uključivati bioreaktor koji se može upotrebiti za tretiranje otpadnih voda. Prerada aktiviranog mulja dalje može uključivati alternativne procese za tretiranje otpadnih voda npr. preradu zrnastog mulja, preradu mulja aktiviranog integrisanim fiksnim filmom, proces aerobne digestije, proces anaerobne digestije, i tako dalje. Bilo koji od ovih procesa može biti povezan sa uređajem za separaciju koji koristi gravimetrijsku separaciju radi recikliranja ili odstranjivanja biomase.

Claims

[0066] Mada je otkrivanje opisano na osnovu ilustrativnih primera izvođenja, stručnjaci iz odgovarajuće oblasti će shvatiti da se otkrivanje može primeniti u praksi sa modifikacijama koje se nalaze u okviru priloženih patentnih zahteva. Ovi primeri su samo ilustrativni i ne treba da predstavljaju isključivu listu svih mogućih konstrukcija, primera izvođenja, primena ili modifikacija otkrivanja.

Patentni zahtevi

1. Postupak za tretiranje otpadnih voda, koji sadrži:

dovođenje otpadne vode (1) kroz prvi separator (5) na ulaz procesora (6), i razdvajanje, u prvom separatoru (5), otpadne vode (1) na teške čvrste materije (8A) i smešu (4B) čvrsta materija-tečnost;

preradu, u procesoru (6), smeše (4B) čvrsta materija-tečnost iz prvog separatora (5) biološkim procesom tretiranja, da bi se odvela smeša (4C, 4D) tečnosti; i

preradu, u drugom separatoru (9), smeše (4C) tečnosti koja izlazi iz procesora (6) da bi se proizvela izbistrena otpadna voda (10) i podliv (4F), ili da bi se proizvela relativno čista voda pomoću membranskog modula uključenog u procesor (6);

naznačen time što postupak takođe sadrži:

dovođenje smeše (4D) tečnosti iz procesora (6) ili podliva (4F) iz drugog separatora (9) na ulaz gravimetrijskog selektora (11) koji sadrži ciklon, hidrociklon ili centrifugu; izdvajanje, u gravimetrijskom selektoru (11), čvrstih materija koje imaju superiorne karakteristike taloženja sa zapreminskim indeksom mulja (ZIM) manjim od 120 mL/gm; odvođenje struje (4E) za recikliranje na prvi izlaz gravimetrijskog selektora (11), pri čemu struja (4E) za recikliranje sadrži izdvojene čvrste materije;

odvođenje otpadne struje (8C) na drugi izlaz gravimetrijskog selektora (11), i dovođenje otpadne struje (8C) sa drugog izlaza gravimetrijskog selektora (11) u preradu čvrstih materija, gde prerada čvrstih materija obuhvata bar zgušnjavanje, stabilizaciju, kondicioniranje i odstranjivanje vode; i

dovođenje struje (4E) za recikliranje sa prvog izlaza gravimetrijskog selektora (11) u procesor (6).
2. Postupak prema zahtevu 1, pri čemu prerada u procesoru (6) obuhvata:

preradu mulja aktiviranog rastom u suspenziji;

preradu zrnastog mulja;

preradu mulja aktiviranog integrisanim fiksnim filmom;

proces odstranjivanja bioloških nutrijenata;

proces aerobne digestije; ili

proces anaerobne digestije.
3. Postupak prema zahtevu 1, pri čemu biološki proces tretiranja sadrži linijski proces razdvajanja čvrstih materija-tečnosti.
4. Postupak prema zahtevu 1, pri čemu procesor (6) sadrži membranski separator.
5. Postupak prema zahtevu 1, pri čemu gravimetrijski selektor (11) sadrži ciklon koji ubrzava smešu (4D) tečnosti ili podliv (4F) i obezbeđuje silu smicanja smeši (4D) tečnosti ili podlivu (4F) da bi se razdvojile izabrane čvrste materije od drugih čvrstih materija koje imaju ZIM veći od 120 mL/gm.
6. Postupak prema zahtevu 5, pri čemu su ulazni protok i geometrija ciklona konfigurisani tako da podešavaju brzinu smeše (4D) tečnosti ili podliva (4F) u ciklonu tako da se:

izdvajaju čvrste materije veličine i gustine; ili

produži raspoloživo vreme razdvajanja u ciklonu.
7. Postupak prema zahtevu 5 koji dalje sadrži:

upravljanje brzinom smeše (4D) tečnosti ili podliva (4F) u ciklonu tako da se zadržavaju čvrste materije unapred određene veličine ili gustine.
8. Postupak prema zahtevu 5 koji dalje sadrži:

upravljanje hidrauličnim opterećenjem da bi se izabralo taloženje čvrstih materija unapred određene veličine ili gustine.
9. Uređaj (200, 300) za tretiranje otpadnih voda, koji sadrži:

prvi separator (5) koji prerađuje otpadnu vodu (1) i prilagođen je za razdvajanje otpadne vode (1) na teške čvrste materije (8A) i smešu (4B) čvrsta materija-tečnost; procesor (6) koji sadrži ulaz i izlaz, pri čemu procesor (6) izvodi biološki proces tretiranja na smeši (4B) čvrsta materija-tečnost dovedenoj na njegov ulaz iz prvog separatora (5), a smeša (4C) tečnosti se odvodi sa njegovog izlaza; i

drugi separator (9) koji ima ulaz povezan tako da prima smešu (4C) tečnosti sa izlaza procesora (6), da bi razdvojio izbistrenu otpadnu vodu (10) od podliva (4F),

ili membranski modul koji je uključen u procesor (6) da bi odvodio relativno čistu vodu; i naznačen

gravimetrijskim selektorom (11) koji sadrži ciklon, hidrociklon ili centrifugu, i što ima ulaz povezan bilo za prijem smeše (4D) tečnosti koja izlazi iz procesora (6) ili podliva (4F) iz drugog separatora (9), i ima izlaz za otpadnu struju (8C), i izlaz za struju (4E) za recikliranje, pri čemu je gravimetrijski separator (11) konfigurisan tako da izdvaja čvrste materije koje imaju superiorne karakteristike taloženja sa zapreminskim indeksom mulja (ZIM) manjim od 120 mL/gm,

pri čemu izlaz za struju (4E) za recikliranje gravimetrijskog selektora (11) sadrži izdvojene čvrste materije i reciklira se u procesoru (6).
10. Uređaj prema zahtevu 9, pri čemu proces tretiranja obuhvata:

preradu mulja aktiviranog rastom u suspenziji;

preradu zrnastog mulja;

preradu mulja aktiviranog integrisanim fiksnim filmom;

proces odstranjivanja bioloških nutrijenata;

proces aerobne digestije; ili

proces anaerobne digestije.
11. Uređaj prema zahtevu 9, pri čemu gravimetrijski selektor (11) sadrži ciklon koji razdvaja izabrane čvrste materije od drugih čvrstih materija koje imaju ZIM veći od 120 mL/gm.
12. Uređaj prema zahtevu 9, pri čemu gravimetrijski selektor (11) sadrži centrifugu za razdvajanje izabranih čvrstih materija od drugih čvrstih materija sa ZIM većim od

120 mL/gm.
13. Uređaj prema zahtevu 11, pri čemu su ulazni protok i geometrija ciklona konfigurisani tako da se:

izdvajaju čvrste materije unapred određene veličine i gustine; ili

produži raspoloživo vreme razdvajanja u ciklonu.
14. Uređaj prema zahtevu 11, pri čemu ciklon upravlja brzinom otpadne vode koja se prerađuje da bi se podesio odlivni protok tako da se zadržava taloženje čvrstih materija unapred određene veličine ili gustine.
15. Uređaj prema zahtevu 11, pri čemu ciklon upravlja hidrauličnim opterećenjem da bi se izabralo taloženje čvrstih materija unapred određene veličine ili gustine.