RS65818B1 - Novi tretman otpadnih voda i postupak za smanjenje čvrstih materija - Google Patents

Description

Opis

UVOD

[0001] Ovaj pronalazak odnosi se na postupak i noseći medijum („packing media“) za zakačeni rast, za preradu otpadnih voda. Ovaj postupak naročito obuhvata korak biološkog tretmana otpadnih voda kojim se uklanja ili u velikoj meri smanjuje proizvodnja viška biološkog mulja. Ovaj pronalazak može se primeniti kod raznih postrojenja za preradu otpadnih voda, počev od manjih montažnih postrojenja do velikih postrojenja za obradu domaće ili industrijske vode. Može se koristiti i kao samostalni potpuni tretman ili se kombinovati sa drugim koracima. Takođe može se koristiti i kao sredstvo za poboljšanje postojećih postrojenja, tj. povećati kapacitet i/ili kvalitet prerade ili smanjiti ili ukloniti višak biološkog mulja koji se proizvodi u tim postrojenjima.

OSNOVA

[0002] Voda je nešto što je najvažnije za život. Za neka živa bića važnija je i od vazduha. Tim bićima, da bi preživela, nije potreban vazduh, pa čak ni kiseonik u bilo kojem obliku. U vodi se lako rastvaraju nečistoće, uključujući i one organskog porekla, tako da se voda može lako zagaditi. Gotovo svakom upotrebom vode u vodu se unose nečistoće i stvaraju se otpadne vode. Otklanjanje ovih nečistoća na delotvoran način, tako da se spreči širenje zagađivača na širu životnu sredinu ili tako da se voda može ponovo koristiti predstavlja veliki izazov poslednjih vekova, a naročito poslednjih decenija. Standardna praksa uklanjanja organskih zagađivača iz vode, ili, kako se češće naziva, prerade otpadnih voda, jeste biološka prerada. Jedna od nus-pojava biološke prerade jeste stvaranje viška mulja, koji sam po sebi predstavlja izvor zagađenja, i koji sam po sebi zahteva tretman i korake odlaganja. Ovi koraci zahtevaju visoke investicione i operativne troškove.

[0003] Poslednjih decenija postoji povećan interes za istraživanje i tehnologiju, a u cilju smanjenja viška biološkog mulja tokom proizvodnje kvalitetnih efluenata. CA2542894 prikazuje sistem prerade otpadnih voda u jednom rezervoaru, koji obuhvata suspedovane i imobilisane mikroorganizme, pri čemu se sistem sastoji od više zona sa različitim uslovima životne sredine, uključujući aerobni, anoksični i anaerobni, radi smanjenja jačine visoko koncentrovanih otpadnih voda u smislu sadržaja organskih ugljeničnih jedinjenja i hranljivih materija, pre svega azota i fosfora. Gornja zona ovog sistema prerade deluje alternativno pod aerobnim, odnosno anoksičnim uslovima kontrolisanim ventilatorom koji se pali i gasi i koji uvodi vazduh kroz difuzore vazduha smeštene pri dnu gornje zone. Donja zona sistema prerade sadrži zone ispražnjene od kiseonika, uključujući anoksične uslove pri dnu i anaerobne uslove iznad anoksičnih zona, a ispod difuzora vazduha. Gornji i donji odeljci rezervoara su u fluidnoj komunikaciji. Unutar gornje aerobne zone i donjih zona ispražnjenih od kiseonika, odlaže se rastresit noseći materijal ili stacionarni predmeti za podršku vezivanja mikrobne biomase i formiranje mikrobnog biofilma.

[0004] Cilj ovog pronalaska je da izvrši biološku preradu sa visokom stopom i kompaktnom postavkom, a istovremeno da smanji ili eliminiše problem viška mulja i stvaranja čvrstih materija, uz dodatne koristi odstranjivanja azota i smanjenja neprijatnog mirisa.

KRATAK OPIS PRONALASKA

[0005] Ovaj pronalazak definisan je u priloženim patentnim zahtevima.

[0006] Ovaj pronalazak predstavlja jednostavan, ali veoma napredan postupak tretmana otpadnih voda u kojem se mogu koristiti jedinstveni noseći medijumi koji pojačavaju zakačen mikrobiološki rast na velikim površinama. U aerobnom delu ovog postupka mogu se koristiti super aeratori kao jedinice za snabdevanje vazduhom (aeraciju) koje efikasno pokrivaju veliku površinu bioreaktora.

[0007] Pronalazak uključuje u svoj celokupni sastav mnoge fleksibilnosti u rukovanju tretmanom raznovrsnih vrsta industrijskih i sanitarnih otpadnih voda..

[0008] Ovaj postupak može se primeniti u raznim konfiguracijama, npr. sa nosećim medijumom ili bez njega, odnosno samostalno ili u kombinaciji sa drugim postupcima ili kao sporedan postupak u nekom postrojenju za preradu, namenjen smanjivanju muljnog viška ili čvrstih materija, odnosno povećavanju kapaciteta prerade ili, istovremeno, dodavanje/povećavanje uklanjanja azota.

[0009] Na slici F-1 prikazan je osnovni bioreaktor od više zona. Kao što se može videti, ulazne otpadne vode (influent), zajedno sa povratnim muljem, uvode se i raspoređuju na dnu relativno dubokog bioreaktora. Aeracija se vrši na sredini ili na gornjem delu bioreaktora. Kako se mešavina ulaznih otpadnih voda (influent) i povratnog mulja kreće na gore sa dna bioreaktora od više zona, formiraju se različite zone usled raspoloživosti nitrata i kiseonika. Ako je prisutan nitrat, onda će prva zona na dnu biti anoksična, pri čemu nitrat koriste mikroorganizmi zajedno sa izvorima ugljenika i generiše se gas N2. Da bi se ubrzala denitrifikacija, noseći medijum se može staviti na dno bioreaktora da bi se povećala tamošnja populacija biomase. Pošto se svi nitrati potroše, usled nedostatka kiseonika formira se anaerobna zona. U ovoj zoni, mast i drugi složeni organski molekuli razlažu se u jednostavnije oblike, kao što su masne kiseline, koje će lakše oksidirati kasnije, u aerobnoj zoni.

[0010] Odmah ispod zone aeracije nalazi se zona koja nije ni aerobna ni anaerobna. U ovoj zoni preovlađuju fakultativne bakterije. Turbulencija aeratora gura i vuče aerobne, odnosno anaerobne bakterije u suprotne zone i u fakultativnu zonu. Aerobne i anaerobne bakterije umiru kada su u suprotnim zonama.

[0011] Fakultativne bakterije konzumiraju mrtve mikroorganizme i aerobne bakterije. S druge strane, stres koji proističe zbog turbulentnog kretanja ćelija između različitih uslova, i brzih i ponavljajućih promena u potencijalima redukcije oksidacije njihovog okruženja, pokreće supstratni ciklus koji dovodi do razdvajanja ciklusa energije i rasta i dovešće do stanja visoke proizvodnje energije umesto proizvodnje novih ćelija. Ovi uslovi mogu dovesti do potpune i/ili delimične eliminacije proizvodnje viška biološkog mulja.

[0012] H2S se obično generiše u anaerobnoj zoni i glavni je izvor neprijatnog mirisa. Sulfid se pretvara u sulfat u gornjoj aerobnoj zoni i stoga se materija koja izaziva neprijatni miris eliminiše, pa neprijatni miris nestaje.

[0013] U gornjem delu rezervoara, gde se odvija aeracija, noseći medijum za zakačen rast može se koristiti da obezbedi postojanje velike populacije mikroorganizama radi iskorišćavanja aeracije i rezultirajućeg rastvorenog kiseonika na maksimalan način.

[0014] Kao što smo pomenuli ranije, ovaj postupak može raditi sa ili bez nosećeg medijuma. Najbolje je koristiti noseći medijum u gornjoj, aerobnoj zoni, da bi se aeracija maksimalno iskoristila, ali se takođe može koristiti u donjoj, anoksičnoj i/ili anaerobnoj zoni kada je to potrebno da se poveća stopa. Na slici F-2 vidimo bioreaktor koji ima noseći medijum samo u aerobnoj zoni.

[0015] U slučaju ako influent ima veoma visok sadržaj nitrata i nizak izvor ugljenika, onda se može dodati izvor ugljenika poput sirove otpadne vode, i to u tok ka dnu bioreaktora, kao što je prikazano na slici F-3. Ovo je naročito primenjivo ako se ovaj postupak koristi za denitrifikaciju tretiranog efluenta iz postupka prerade koji ne obuhvata etapu denitrifikacije. Upotrebnom bioreaktora od više zona, višak mulja i čvrstih materija nastalih u postrojenju za preradu može se smanjiti ili eliminisati odstranjivanjem nitrata. Takođe se povećava kapacitet postrojenja za preradu, i to korišćenjem dela sirovih otpadnih voda kao izvora ugljenika.

[0016] U slučaju ako influent ima veoma visok sadržaj nitrata i nizak izvor ugljenika, onda se može dodati izvor ugljenika poput sirove otpadne vode, i to u tok ka dnu bioreaktora, kao što je prikazano na slici F-3. Ovo je naročito primenjivo ako se ovaj postupak koristi za denitrifikaciju tretiranog efluenta iz postupka prerade koji ne obuhvata etapu denitrifikacije. Upotrebnom bioreaktora od više zona, višak mulja i čvrstih tvari nastalih u postrojenju za preradu može se smanjiti ili eliminisati odstranjivanjem nitrata. Takođe se povećava kapacitet postrojenja za preradu, i to korišćenjem dela sirovih otpadnih voda kao izvora ugljenika.

[0017] Dva ili više bioreaktora sa više zona mogu se koristiti u nizu za otpadne vode sa visokim COD da bi se obezbedio željeni nivo prerade i da bi se ispunili standardi ili da bi se voda ponovo upotrebila. Takođe se savetuje upotreba aerobnog bioreaktora posle bioreaktora sa više zona, naročito ako postoji namera da se odstrani azot da bi se obezbedila nitrifikacija da bi se amonijak azot pretvorio u nitratni oblik. Nitrat će se pretvoriti u gas N2 kada se vrati na dno bioreaktora od više zona zajedno sa povratnim muljem ili u odvojenoj internoj fazi recikliranja. Na slici F-4 vidimo bioreaktor od više zona (a) posle kojeg sledi aerobni bioreaktor (b). U aerobnom bioreaktoru (b) noseći medijum se može koristiti za povećanje populacije mikroorganizama u zakačenoj formi. Veza između bioreaktora sa više zona (a) i aerobnog bioreaktora (b) treba da bude takva da se izbegne kratak spoj u aerobnom bioreaktoru. Ulaz u aerobni bioreaktor (a) treba da bude na vrhu ili na dnu aerobnog bioeraktora (a). Uopšte, kako aearacija obezbeđuje dobro mešanje, do kratkog spoja ne može doći čak i ako tok uđe u aerobni bioreaktor (a) na vrhu osim ako rezervoar nije premali ili preuzak ili je rastojanje između uticanja u aerobni bioreaktor i isticanja iz istog veoma kratko.

[0018] U poslednjoj etapi odvajanja suspendovanih čvrstih materija od efluenta, da bi se postigao bistri efluent, mogu se koristiti taložni rezervoari ili druga sredstva, poput membrana, mikrocediljki ili mikrosita.

Najpoželjniji način primene ovog pronalaska

[0019] Slika F-5 prikazuje jednu konfiguraciju koja se može koristiti za preradu sanitarnih i mnogih industrijskih otpadnih voda. U ovoj konfiguraciji ulazne otpadne vode (influent) (linija 1) ulaze u bunar ili u rezervoar za izjednačavanje (pumpna komora) u zavisnosti od stanja otpadnih voda. Povratni mulj koji se odvaja od efluenta u rezervoaru za taloženje ili u membrani ili u postupku filtracije (linija 4) vraća se u istu pumpnu komoru. Deo vraćenog mulja (linija 4) može se vratiti u aerobni bioreaktor ako postoji potreba za kontrolisanjem MLSS. Potom se ova mešavina (linija 2) upumpava u dno bioreaktora od više zona (fakultativno) i tamo se distribuira. Prošavši različite tretmane u bioreaktoru od više zona (fakultativno), otpadne vode teku sa vrha bioreaktora u susedni aerobni bioreaktor. Interno recikliranje (linija 5) vraća deo vode sa nitratima u pumpnu komoru. Aeracija se obavlja u gornjem delu bioreaktora sa više zona i u dnu aerobnog bioreaktora. Nakon prerade u aerobnom bioreaktoru, voda utiče u rezervoar za taloženje, gde gubi čvrste materije, a čista voda se dezinfikuje ili filtrira ili prolazi kroz druge postupke u zavisnosti od upotrebe tretirane vode. Alternativno se moduli membrana mogu koristiti samostalno ili zajedno sa mikrocediljkama ili mikrositima za odvajanje čvrstih materija od vode. Odvojene čvrste materije vraćaju se u ulaz ili u pumpnu komoru. Potopljene membrane mogu se koristiti u aerobnoj preradi ako je potrebno, u kom slučaju je interno recikliranje (linija 5) potrebno samo da bi se čvrste materije vratile u ulaz ili u pumpnu komoru i da bi se obezbedila stabilna koncentracija suspendovanih čvrstih materija u komori membrane ili u aerobnom bioreaktoru.

[0020] Da bi se delotvornost tretmana dovela do maksimuma, noseći medijum sa visokom specifičnom površinom i grubom površinom postavlja se unutar bioreaktora da bi podstakao brz bakteriološki rast u obliku biofilma. Noseći medijum treba da bude takav da se ne može zapušiti. Mada se mogu koristiti različiti noseći medijumi osmišljen je poseban noseći medijum sa visokom specifičnom površinom, koji je delotvorniji, čisti se sam i ne zapušava se. Ovaj noseći medijum može se oblikovati od različite plastike. Posebni prahovi ili fileri mogu se dodati u polimer da povećaju mikroskopsku površinu i podstaknu rast mikroorganizama na površini. Slika F-6 prikazuje poseban dizajn ovog nosača. Kao što se vidi na slici F-7, slici F-8 i slici F-9, svaki deo ima „ženske“ konektore na jednoj strani i „muške“ konektore na drugoj. Svaki deo postavljen je iza drugog dela i zajedno se sklapaju i formiraju blok. Na slici F-12 vidi se fotografija svih ubačenih delova zajedno. Slika F-7, slika F-8, slika F-9 i slika F -10 prikazuju pogled iz različitih uglova i detalje navedenog komada. Slika F11 i slika F-12 prikazuje sklopljene blokove postavljene jedan povrh drugog. Svaki sloj stoji povrh drugog sloja pod uglom od 90 stepeni. Na ovaj način premošćuju se kanali koji odvode oljuštene i oguljene delove biofilma u svakom sloju da bi se mešanje dovelo do maksimuma i sprečilo stvaranje kanala.

PRIMENJIVOST U INDUSTRIJI

[0021] Ovaj pronalazak može se primeniti u svakom vidu postrojenja za preradu bioloških otpadnih voda, bilo da su mala ili velika, za domaću upotrebu ili industrijska. Može se koristiti za izgradnju novih postrojenja ili kod postojećih postrojenja, radi povećanja kapaciteta ili kvaliteta efluenta ili eliminisanja viška proizvodnje biološkog mulja ili u sve ili samo neke gorenavedene svrhe.

Claims (8)

Patenti zahtevi

1. Postupak tretmana otpadnih voda pomešanih sa muljnim viškom u bioreaktoru sa više zona koji ima sredstvo za turbulentnu aeraciju u svom srednjem ili gornjem delu, a nema aeraciju ili kiseonik u svom donjem delu, navedeni postupak se sastoji od izazivanja turbulentnog toka u srednjim ili gornjim delovima bioreaktora sa navedenim sredstvima za turbulentnu aeraciju;

uvođenje ulaznih otpadnih voda (influent) pomešanih sa muljnim viškom generisanim od strane postrojenja za preradu u dno bioreaktora sa više zona, i isticanje tretirane otpadne vode pomešane sa muljnim viškom sa vrha navedenog bioreaktora, čime se obezbeđuje ukupan tok unutar navedenog bioreaktora, sa dna do vrha bioreaktora, i formiranje različitih zona usled raspoloživosti nitrata i kiseonika;

pri čemu tok u reaktoru dovodi do distribucije ulaznih otpadnih voda (influent) pomešanih sa muljnim viškom na dnu bioreaktora, praćen kretanjem ulaznih otpadnih voda (influent) pomešanih sa muljnim viškom prema gore, kroz formirane anoksične, anaerobne, fakultativne i aerobne zone od dna prema vrhu bioreaktora;

pri čemu fakultativne bakterije konzumiraju mrtve mikroorganizme i aerobne bakterije, pri čemu stres koji proističe zbog turbulentnog kretanja ćelija između različitih uslova i brzih i ponavljajućih promena u potencijalima redukcije oksidacije njihovog okruženja, pokreće supstratni ciklus koji dovodi do razdvajanja ciklusa energije i rasta, i dovodi do stanja visoke proizvodnje energije umesto proizvodnje novih ćelija, čime dovodi do ukupne i/ili delimične eliminacije formiranja viška biološkog mulja.

2. Postupak prema zahtevu 1, pri čemu agensi neprijatnog mirisa, proizvedeni u anaerobnim uslovima ispod sredstava aeracije se oksidišu u gornjem, aerobnom delu navedenog bioreaktora.

3. Postupak prema bilo kom od prethodnih zahteva, pri čemu se azotni gas, koji može biti proizveden u anoksičnoj zoni, izvlači navedenim sredstvima aeracije.

4. Postupak prema prethodnim zahtevima, koji dalje obuhvata postavljanje nosećeg medijuma na dnu bioreaktora da bi se povećala biomasa mikroorganizama na dnu bioreaktora.

5. Postupak prema bilo kom od prethodnih zahteva, koji dalje obuhvata korišćenje nosećeg medijuma u gornjem delu bioreaktora, gde se odvija aeracija, da bi se obezbedilo postojanje velike populacije mikroorganizama, da bi se iskoristila aeracija i rezultirajući rastvoreni kiseonik na maksimalan način.

6. Postupak prema bilo kom od prethodnih zahteva, koji dalje obuhvata i dodavanje izvora ugljenika na dno bioreaktora, koji može biti sirova otpadna voda, kada influentni biološki muljni višak ima visok sadržaj nitrata, a nizak izvor ugljenika.

7. Postupak prema prethodnim zahtevima, koji obuhvata dalji tretman navedenog toka koji izlazi iz pomenutog bioreaktor i ulazi u drugi bioreaktor koji je aerobni bioreaktor.

8. Postupak prema zahtevu 7, koji obuhvata korišćenje nosećeg medijuma u navedenom drugom bioreaktoru, da bi se povećala populacija mikroorganizama u formi zakačenog rasta.