Спосіб очищення стічних вод в анаеробному реакторі

1. Спосіб очищення стічних вод в анаеробному реакторі (1), у якому мікроорганізми втримуються підкладками (3), які утворюють нерухомий шар в одній частині реактора (4, 5), який відрізняється тим, що він складається з наступних етапів: а) підвищують навантаження реактора так, щоб уникнути залежності між прикладеним навантаженням і тривалістю обробки стічних вод (TSH), для чого поступово підвищують прикладене навантаження до досягнення DCO (хімічної потреби в кисні) оброблюваних стічних вод і витримують тривалість обробки стічних вод (TSH) менше, ніж 48 годин; б) очищають стічні води, при цьому підтримують підкладки в нерухомому шарі; с) флюїдизують реактор, як тільки він щонайменше частково забруднився, шляхом переводу підкладок у тимчасовий суспендований стан. 2. Спосіб очищення за п. 1, який відрізняється тим, що на етапі а) тривалість обробки стічних вод TSH витримують незмінною. 3. Спосіб очищення за одним із пп. 1, 2, який відрізняється тим, що на етапі а) тривалість обробки стічних вод TSH становить 12-36 годин, переважно 20-30 годин, ще більш переважно 22-26 годин, і найбільше переважно 24 години. 4. Спосіб очищення за одним із пп. 1-3, який відрізняється тим, що етап а) триває 35±5 днів. 2 (19) 1 3 Винахід стосується способу очищення стічних вод (рідких відходів) в анаеробному реакторі. А саме, винахід стосується способу очищення, відповідно до якого мікроорганізми закріплюються на твердих підкладках, що утворюють нерухомий шар або анаеробний фільтр, який може бути флюїдизований при необхідності. Винахід також стосується використання біологічного реактора, у якому підкладки з мікроорганізмами можуть групуватися в нерухомий шар у процесі постійної роботи. Підкладки перебувають у суспендованому стані тільки або на початковій стадії підвищення навантаження реактора (пускова фаза) або в самому процесі постійної роботи як тільки реактор забруднюється. У цей час існує два основних способи біологічної обробки рідких відходів або стічних вод, а саме: аеробна обробка й анаеробна обробка. Винахід стосується очищення стічних вод за допомогою анаеробної обробки. Використання аеробних реакторів для обробки сильно насичених забрудненнями стічних вод веде до утворення великої кількості мулу за рахунок мікроорганізмів, які повинні очищати стічні води. Таким чином, у середньому 50% заблулнень. вилучених в аеробному реакторі, перетворюються в мул, що представляє собою інший вид забруднень, які слід обробляти у свою чергу. Тому аеробні способи застосовуються в основному для стічних вод з невеликою концентрацією забруднень. Крім того, аеробні реактори вимагають частої й тривалої аерації, що супроводжується витратою енергії. Тому для деяких видів біологічної обробки СТІЧНИХ ВОД Із великою концентрацією забруднень відоме застосування анаеробного реактора. Забруднення, оброблені в такому типі реактора, в основному перетворюються в енергетичний газ, який може бути надалі використаний в інших галузях. Серед переваг даного виду очищення стічних вод можна вказати той факт, що утворення надлишкового мулу не є значним, оскільки є низьким вихід біомаси, тобто кілограмів мікроорганізмів, що утворюються, на кілограм вилученого або внесеного DCO. DCO - це хімічна потреба в кисні, тобто, кількість кисню, яка необхідна для хімічного окислювання всієї забруднюючої речовини, зокрема, органічних сполук, що розкладаються або не розкладаються мікроорганізмами. Серед недоліків даного способу очищення стічних вод можна назвати той факт, що анаеробні мікроорганізми відрізняються більш низьким ступенем росту, ніж аеробні мікроорганізми, і те, що в реакторі з мікроорганізмами у суспендованому стані в основному неможливо перевищити концентрацію мікроорганізмів від 15 до 20 г/л. Щоб одержати більшу кількість мікроорганізмів у реакторі, можна також використати особливі підкладки, які занурюються й залишаються нерухомими в рідкій фазі й на які прикріплюються мікроорганізми. Існує два типи підкладок, так звані 89402 4 «безладні» й «упорядковані» підкладки. Застосування таких нерухомих підкладок у реакторі дозволяє втримувати біомасу в реакторі у вигляді біоплівки, а також підвищувати кількість мікроорганізмів у реакторі, що дозволяє поліпшити робочі характеристики реактора. Біомаса - це сукупність мікроорганізмів, які виконують деструкцію забруднень, що містяться в стічних водах. Біоплівка - це високо структуровані клітинні утворення, у яких є мікробні клітки, що служать для деструкції забруднень, що містяться в стічних водах, які об'єднані в одну комплексну основу. Оброблювані рідкі відходи циркулюють через підкладку знизу нагору (висхідний потік) або зверху вниз (спадний потік). Таким чином, рідкі відходи контактують із біомасою, яка починає очищення. Двома основними недоліками даного біологічного анаеробного реактора, як і будь-якого анаеробного способу, є, з одного боку, тривалість пускової фази реактора, яка найчастіше досягає від 3 до 6 місяців, і, з іншого боку, ризик забруднення реактора, що може призвести через більш-менш тривалий час до повної закупорки реактора. Практично, хоча утворення мулу завдяки роботі мікроорганізмів буде не таким великим у даному типі реактора в порівнянні з аеробними реакторами, але із часом мул накопичується на стінках підкладок й у зазорах між підкладками і його не можна видалити. Накопичення мулу може призвести до виходу з ладу реактора при його повній закупорці. В галузі обробки стічних вод анаеробним методом відомий, наприклад, біологічний реактор, у якому використовують нерухомі впорядковані підкладки, на стінках яких прикріплюються мікроорганізми. Підкладки створюють з порожніх трубок, які фіксують одним кінцем й упорядкованим способом у резервуарі реактора. Трубки мають діаметр 102,5 мм і підрозділяються за діаметром на чотирнадцять каналів, у яких прикріплюються мікроорганізми. В такий спосіб вони можуть формувати біоплівку. Однак досвід показує, що в даному типі реактора через кілька місяців роботи неминуче відбувається поступове забруднення. Практично із часом мул накопичується на стінках трубок і його не можна видалити. Це забруднення сильно заважає роботі реактора й, в остаточному підсумку, накопичення мулу може призвести до виходу з ладу реактора при його повній закупорці. Як альтернатива відоме використання анаеробного реактора, що працює на флюїдизованому шарі, тобто з підкладками, які постійно перемішуються. Мікроорганізми закріплюються на підкладках дуже маленьких розмірів і ці підкладки в реакторі підтримуються у суспендованому стані. Підкладки рухаються в реакторі й труться одна об одну і/або об внутрішні стінки резервуара реактора, відриваючи біоплівку, що сформована мікроорганізмами, як тільки вона перевищує певну товщину. Мул осідає на дно резервуара і його можна очистити або вивести разом з обробленими рідки 5 ми відходами. Немає ніякого ризику забруднення реактора, оскільки накопичення мулу на рівні підкладок стає майже неможливим. Постійна або майже постійна рухливість підкладок досягається за рахунок утворення постійного або майже постійного турбулентного руху в реакторі. Однак такий реактор має недоліки, що полягають, з одного боку, у дуже великому споживанні енергії для підтримання підкладок у постійному суспендованому стані й, з іншого боку, у необхідності пильного спостереження за установкою. Метою даного винаходу є високоефективна обробка стічних вод біологічним методом в анаеробному середовищі з метою видалення значної частини забруднень, що містяться в них, без ризику забруднення реактора, при низької собівартості, великому часі експлуатації й при значному скороченні тривалості початкової фази підвищення навантаження реактора (пускова фаза). Підвищення навантаження - це поступове підвищення навантаження, прикладеного із часом при засіві реактора до досягнення номінального навантаження, яке було встановлено при визначенні розмірів реактора. Іншою метою винаходу є можливість обробки всіх типів стічних вод, включаючи сильно забруднені рідкі відходи. Додатковою метою винаходу є сприяння росту біомаси в реакторі. Метою винаходу є також знаходження рішення проблеми обробки стічних вод, яке може бути легко застосоване безпосередньо в забруднюючих галузях промисловості. Для цього у винаході пропонується очисна обробка стічних вод в анаеробному реакторі на нерухомому шарі, який може стати рухливим залежно від потреб споживачів на стадії запуску або на стадії очищення реактора з метою оптимізації його роботи. Робота на нерухомому шарі відрізняється низькою собівартістю й дуже простою експлуатацією. Нерухомий шар створюється із множини підкладок, розташованих насипом у реакторі, на яких мікроорганізми створюють біоплівку й накопичуються на підкладках й у зазорах,- які утворюються між підкладками. На початку й у процесі фази запуску реактора (підвищення навантаження) росту біомаси на підкладках сприяє збереження коротких проміжків часу обробки стічних вод. Часта флюїдизація підкладок може також сприяти створенню біоплівки. Необхідним завданням є скорочення тривалості фази підвищення навантаження шляхом усунення вільних бактерій з реактора для прискорення закріплення на підкладках. Надалі (фаза постійної роботи) реактор працює на нерухомому шарі при його номінальному навантаженні. Це сприяє втриманню біомаси в зазорах. Утримання в зазорах - це накопичення біомаси в зазорах підкладок і між підкладками. Пристрій флюїдизації більше не використовується й реактор працює на повністю нерухомому шарі. Саме таким способом вдається, з одного боку, значно підвищити навантаження за короткий проміжок часу, найчастіше менш ніж за місяць, і, з іншого боку, одержати дуже велике навантаження для нерухомого шару, тобто таке, що досягає 45 кг DCO/M3. 89402 6 При використанні нерухомого шару в реакторі для обробки стічних вод усередині й між підкладками накопичується мул і починається закупорка реактора. Відповідно до винаходу, якщо реактор забруднений хоча б частково, передбачається флюїдизація підкладок. Флюїдизація є тимчасовою й триває протягом короткого проміжку часу, тобто, порядку декількох хвилин або декількох годин. У процесі флюїдизації рухливість підкладок забезпечує достатнє тертя для випадання мулу на дно корпуса. У цьому випадку надлишок мулу може бути вилучений з резервуара звичайним способом. Потім флюїдизація припиняється. Підкладки в реакторі знову стають нерухомими й знову створюють нерухомий шар. Час між двома флюїдизаціями може бути відносно тривалим, порядку від декількох місяців до декількох років залежно від типу підкладок і прикладеного навантаження. При очищенні реактора, як тільки він частково забруднився, біомасу не торкають, а усувають ризик закупорки реактора, яка зробила би неможливим його подальше використання. Таким чином, предметом винаходу є спосіб очищення стічних вод в анаеробному реакторі, де мікроорганізми втримуються підкладками, які утворюють нерухомий шар в одній частині реактора, який відрізняється тим, що він складається з етапу переводу підкладок у всьому реакторі в тимчасовий суспендований стан або на пусковій фазі для усунення вільних або захоплених мікроорганізмів в або між підкладками, або в процесі постійної роботи для виконання очищення реактора, як тільки він хоча б частково забруднився. Очищення - це усунення, щонайменше часткове, забруднень, що містяться в стічних водах (рідких відходах) у момент надходження в реактор. Перевід у суспендований стан полягає в доданні рухливості підкладкам, які були спочатку нерухомими в реакторі. Підкладки можуть у цьому випадку розподілятися по всьому об'єму реактора й переміщатися в ньому. Перевід у суспендований стан є тимчасовим у тім розумінні, що як тільки усувається забруднення, підкладки знову групуються в нерухомий шар. У той час як принцип винаходу дозволяв фахівцям припустити технічні характеристики, близькі до характеристик звичайних нерухомих шарів, тобто об'ємне максимальне навантаження від 15 до 20 кг DСО/м3-день при продуктивності очистки 80%, вони несподівано знайшли, що спосіб за винаходом дозволяє досягти технічних характеристик за прикладеним навантаженням у два рази вище, ніж ті, що можна одержати при наявності постійно нерухомого шару, тобто досягти величини навантаження 45 кг DСО/м3день при збереженні продуктивності очистки вище 80%. Більш того, при цьому можна швидко підвищувати навантаження. Спосіб очищення стічних вод за винаходом складається з наступних етапів: a) підвищують навантаження реактора при тривалості обробки стічних вод (TSH) менш ніж 48 годин; b) очищають стічні води, підтримуючи підкладки в нерухомому шарі; 7 c) флюїдизують реактор як тільки він щонайменше частково забруднився шляхом переводу підкладок у тимчасовий суспендований стан. Підвищення навантаження реактора - це фаза ініціювання реактора, під час якої прикладене навантаження поступово підвищується до номінального навантаження, визначеного при встановленні розмірів реактора, і коли на підкладках створюється біоплівка. Наприклад, підвищення навантаження реактора здійснюється до 20 DСО/м3×день±10%. Даний етап підвищення навантаження відрізняється поступовим збільшенням DCO стічних вод, що поступають в реактор, при короткій тривалості обробки стічних вод протягом усього етапу підвищення навантаження, щоб збільшити прикладене навантаження реактора. Переважно, щоб DCO оброблюваних стічних вод, а, відповідно, і прикладене навантаження, підвищувалися всі дні на постійний відсоток від 5 до 15%. Наприклад, щоденне підвищення може становити 10% від попередньої величини. Як тільки досягається необхідне об'ємне прикладене навантаження (OLR), тобто наприкінці етапу а), реактор можна використовувати в режимі нерухомого шару для оптимального очищення оброблюваних стічних вод. Зрозуміло, реактор уже працює протягом усього етапу а), але він не вважається працюючим в номінальних умовах, визначених при встановленні розмірів реактора. Прикладене навантаження - це кількість забруднень, що обробляється в реакторі, на кубічний метр реактора (об'ємне прикладене навантаження) або на грам біомаси (питоме прикладене навантаження) у день. По прикладах застосування способу за винаходом можна передбачити всі або частину наступних додаткових характеристик: - на етапі а) тривалість обробки стічних вод TSH постійна; - на етапі а) тривалість обробки стічних вод TSH становить від 12 до 36 годин, переважно від 20 до ЗО годин, а ще більш переважно від 22 до 26 годин, а найкраще - 24 години. - етап а) триває 35 днів ± 5 днів. - на етапі а) підкладки щонайменше один раз переводять у суспендований стан; наприклад, протягом кожної години підкладки перебувають у тимчасовому суспендованому стані 10 хвилин ± 2 хвилини; можна також передбачити безперервний суспендований стан протягом усього етапу а). Така рівномірна флюїдизація підкладок сприяє закріпленню біомаси на підкладках, тобто утворенню біоплівки, що дозволяє вилучати й видаляти вільну або просто накопичену в зазорах біомасу. Практично, у цих умовах тільки біомаса, яка фізично закріплена на підкладках у вигляді біоплівки, може втримуватися на вищевказаних підкладках під час флюїдизації. Біомаса, накопичена/утримувана в зазорах, видаляється так саме, як і біомаса у суспендованому стані. - етап b) триває від 2 до 12 місяців, переважно від 6 до 9 місяців, а ще краще - 8 місяців. У цілому етап b) очищення триває доти, поки реактор не забруднився й поки продуктивність очищення при 89402 8 об'ємному прикладеному навантаженні (OLR), що відповідає номінальному навантаженню, буде задовільною. Переважно вважають, що продуктивність очищення задовільна тоді, коли вона щонайменше дорівнює 80%. Як тільки продуктивність очищення падає нижче граничної величини, що встановлена споживачем, приступають до очищення. Наприклад, гранична величина може бути встановлена на 75% продуктивності очищення. Етап с) очищення триває від 15 хвилин до 1 години ±10 хвилин. Як тільки забруднення реактора ліквідоване, перевід підкладок у суспендований стан припиняється так, щоб вони перегрупувалися в .нерухомий шар. Тоді можна знову приступати до очищення стічних вод за етапом b) і так далі. В окремому прикладі застосування способу за винаходом можна використати підкладки, що мають густину нижче густини рідини, що міститься в реакторі, створюючи в такий спосіб нерухомий шар у верхній частині реактора. І, навпаки, можна використати підкладки із густиною більше ніж густина рідини в реакторі, створюючи в такий спосіб нерухомий шар у нижній частині реактора. Переважно, щоб на підкладках були зони прикріплення, на яких можуть закріплюватися мікроорганізми. Зони прикріплення повинні бути розташовані так, щоб забезпечити фізичне втримання вищевказаних мікроорганізмів. Можна, таким чином, фізично втримувати біомасу шляхом її розміщення усередині вищевказаних підкладок. Наприклад, зони прикріплення мають ребра. У цьому випадку мікроорганізми можуть закріплюватися на вищевказаних ребрах і формувати біомасу й/або втримуватися в зазорах між ребрами й/або між підкладками, у яких вони накопичуються. Дані підкладки виготовляють переважно з екструдованого або литого матеріалу й обладнують внутрішніми ребрами, захищеними від турбулентного руху, який може мати місце в реакторі. Вказані внутрішні ребра мають більшу поверхню прикріплення для мікроорганізмів. Такі підкладки дозволяють закріпити біомасу на великій поверхні, а, крім того, утримувати біомасу в зазорах між ребрами й між самими підкладками. Засоби для флюїдизації підкладок можуть перебувати в тій частині реактора, де немає нерухомого шару. Засоби подачі стічних вод у резервуар реактора так саме можуть бути розташовані в частині реактора, де немає нерухомого шару. Можна також передбачити тут засоби гомогенізації, які дозволяють розподілити рідкі відходи по всьому реактору. Підкладки займають в основному від 40 до 80% об'єму реактора й переважно від 50% до 70%. Чим більше кількість підкладок усередині реактора, тим більше буде біомаси, а, виходить, і більш великим може бути прикладене навантаження. Однак, треба, щоб у реакторі було досить простору між нерухомим шаром і хоча б однією, нижньою або верхньою, стінкою реактора для створення при необхідності суспендованого стану вищевказаних підкладок у повному обсязі реактора. Створення суспендованого стану або флюїдизація означає, що підкладки неупорядковані, неру 9 хомий шар зруйнований і всі підкладки в реакторі рухливі. Це дозволяє очистити реактор. Флюїдизація може бути здійснена шляхом приведення в дію такої системи, флюїдизації, як насос, здатний створити турбулентний рух усередині реактора, щоб перевести підкладки в суспендований стан. Може становити інтерес використання реактора, у якому система флюїдизації буде знімною й буде знаходитися зовні реактора. Вищевказана система флюїдизації повинна хоча б тимчасово приєднуватися до трубопроводу для виконання очищення. Під зовнішньою системою флюїдизації варто розуміти, що система флюїдизації не занурена в об'єм реактора, а розташована зовні. Таким чином, система флюїдизації не контактує з рідкими відходами й підкладками. Це істотно полегшує технічне обслуговування системи флюїдизації, яка практично є легкодоступною. Крім того, можна використати одну систему флюїдизації для очищення декількох реакторів. Практично, якщо за способом винаходу очищення виконується рідко й протягом короткого проміжку часу, одну й ту саму систему флюїдизації можна використати для поперемінного очищення різних реакторів. Флюїдизація підкладок при постійній роботі, тобто після етапу ініціалізації, здійснюється, як тільки реактор забруднився. Час, необхідний для очищення, може бути різним при переході від одного реактора до іншого залежно від типу й кількості підкладок, від кількості біомаси в реакторі й прикладеного навантаження. У цілому, можна регулювати період очищення, а також час очищення з урахуванням якості підкладок й/або кількості біомаси й/або прикладеного навантаження. Очищення може бути періодичним з періодом від декількох днів до декількох років залежно від потреб. В окремих прикладах застосування можна виконувати очищення один раз у рік або раз у два роки, три роки й т.д. Очищення можна також проводити нерегулярно, щораз, коли реактор більшменш забруднений і споживач хоче його очистити. Щоб знати рівень забруднення реактора й, отже, мати можливість його очищати, можна передбачити системи виявлення рівня забруднення в реакторі, які вимірюють, наприклад, втрати навантаження в реакторі. Між двома послідовними очищеннями підкладки групуються в нерухомий шар. У винаході пропонується також використання біологічного реактора, що складається з мікроорганізмів, утримуваних на підкладках, і засобів флюїдизації, що переводять підкладки в суспендований стан, яке відрізняється тим, що реактор використовують для очищення стічних вод шляхом анаеробної обробки, засоби флюїдизації використовують тимчасово для очищення реактора, якщо засоби флюїдизації не включені, підкладки нерухомі й утворюють у реакторі нерухомий шар. Для використання за винаходом підкладки займають, наприклад, від 40% до 80% об'єму реактора, переважно від 50 до 70% й, коли використовують засоби тимчасовий флюїдизації, підкладки 89402 10 можуть розподілятися по всьому об'єму реактора в зв'язку з переводом їх у суспендований стан, що забезпечує їхню рухливість в об'ємі реактора. Використовувані підкладки виготовляють, наприклад, з екструдованого або литого матеріалу й обладнують ребрами. Мікроорганізми закріплюються на вищевказаних ребрах й/або втримуються в зазорах між ребрами й/або між підкладками. В окремому прикладі здійснення винаходу засоби флюїдизації використовуваного біологічного реактора складаються із системи флюїдизації, яка створює турбулентний рух усередині реактора, щоб перевести підкладки в суспендований стан. Системою флюїдизації може бути, наприклад, насос. Насос може бути водяним або біогазовим. В іншому прикладі здійснення система флюїдизації має запас інертного газу - балон з азотом, від якого газ під тиском уводиться в реактор. Система флюїдизації може бути розташована зовні або усередині реактора. У тому випадку, коли система флюїдизації обладнана зовнішнім насосом, вказана система флюїдизації має також щонайменше один трубопровід, що проходить усередину реактора. В іншому прикладі здійснення винаходу є можливість створення турбулентного руху механічним способом, тобто механічним перемішуванням за допомогою будь-якого відомого пристрою. Винахід стане більш зрозумілим після прочитання нижченаведеного опису й вивчення доданих до нього малюнків. Вони дані як приклад і не обмежують винахід. На Фіг. 1 наведений приклад біологічного реактора, який може бути використаний для обробки стічних вод за винаходом. На Фіг. 2 наведений другий приклад біологічного реактора, що може бути використаний для обробки стічних вод за винаходом. На Фіг. 3 зображений біологічний реактор на Фіг. 2, в якому підкладки флюїдизовані. На Фіг. 4А і 4В схематично зображені підкладки для закріплення біомаси, вигляд збоку (Фіг. 4A) і вигляд зверху (Фіг. 4В). На Фіг. 5 показаний графік зміни тривалості обробки стічних вод (TRH) і кількості забруднень (OLR), уведених у реактор у прикладі застосування обробки за винаходом. На Фіг. 6А і 6В наведені графіки зміни ефективності способу очищення стічних вод залежно від тривалості обробки стічних вод (TRH) і кількості забруднень (OLR), уведених у реактор. На Фіг. 7 показаний графік підвищення навантаження в реакторі, який використовують за винаходом. На Фіг. 8 показаний графік зміни прикладеного навантаження в реакторі залежно від використовуваних підкладок. На Фіг. 1 показаний біологічний реактор 1, що може працювати як анаеробний. Реактор 1 складається з резервуара 2, у якому насипом розміщена множина твердих підкладок 3. У показаному випадку підкладки 3 мають густину значно менше густини води й тому всі підкладки сконцентровані у верхній частині 4 резервуара 2 реактора 1. Густина підкладок становить, наприклад, від 0,90 до 1,2. 11 На Фіг. 4А і 4В показаний приклад підкладки 3, яку можна використати в реакторі 1. Підкладка 3 має в основному круглу циліндричну форму висотою h близько 3 см і діаметром d - від 2,5 до 3,5 см. Висота h - це розмір підкладки 3 у напрямку, паралельному поздовжній осі підкладки. На підкладці 3 є множина твердих ребер 11, спрямованих до центра 12 підкладки 3. Всі ребра 11 закріплені першим краєм 15 на першому твердому кільці 13 і другим краєм 16 - на другому твердому кільці 14. Ребра 11 утворюють корпус підкладки 3. Ребра 11 знаходяться на відстані друг від друга, щоб утворився простір 17, через який можуть проходити рідкі відходи або взагалі рідина, щоб контактувати із тією частиною ребер 11, що спрямована до центра 12 підкладки 3. Звичайно, можна використати будь-які інші види підкладок 3 для закріплення мікроорганізмів. Переважним варіантом підкладок 3 є використання підкладок макроскопічного розміру, висотою h від 15 мм до 50 мм і діаметром від 10 мм до 50 мм. У нижній частині 5 резервуара 2, де немає підкладок 3, розташовані внутрішні засоби флюїдизації 6, тобто ті, що повністю знаходяться у резервуарі 2. Засоби флюїдизації 6 складаються з насоса 7, призначеного для подання газу або рідини в резервуар 2. Насос 7 може приводитися в рух і зупинятися на вимогу. Нижня частина 5 резервуара 2 реактора 1 обладнана також засобами гомогенізації 8. Засоби гомогенізації 8 можуть складатися, наприклад, з турбіни з лопатками для перемішування стічних вод, які надходять у резервуар 2 на рівні нижньої частини 5 вищевказаного резервуара. 2. Такі засоби гомогенізації 8 можуть становити особливий інтерес, коли реактор 1 використовують для обробки сильно забруднених стічних вод, які в іншому випадку могли б локально концентруватися в нижній частині 5 резервуара 2. За допомогою засобів гомогенізації 8 рідкі відходи змішуються із залишком рідини, що міститься в резервуарі 2. Рідкі відходи проходять, таким чином, через верхню частину 4 резервуара 2, де знаходиться нерухомий шар, утворений підкладками 3. Решітка, розташована на виході рідини, перешкоджає підкладкам 3 випадати з резервуара 2 через випускний трубопровід резервуара (не показаний), через який видаляються оброблені стічні води. Можна також передбачити решітку (не показана) на рівні нижньої частини реактора 1 для захисту засобів флюїдизації б і гомогенізації 8. Решітка дозволяє в цьому випадку уникнути будь-якого контакту між засобами флюїдизації й підкладками 3. Таким чином, навіть якщо деякі підкладки 3 опускаються на дно 10 резервуара 2, наприклад, коли кількість мікроорганізмів, закріплених на підкладках, така, що загальна густина вище, ніж густина рідини, вищевказані підкладки 3 не будуть пошкоджені засобами флюїдизації й не зашкодять цім засобам. Відповідно до іншого прикладу здійснення можна використати підкладки 3, що мають більш ви 89402 12 соку густину, ніж густина води, завдяки чому нерухомий шар, утворений підкладками 3, розташовується в нижній частині 5 резервуара 2. Стічні води попадають у цьому випадку в резервуар 2 на рівні верхньої частини 4 або нижньої частини 5, де можуть також знаходитися засоби гомогенізації 8 і засоби флюїдизації 7. За іншим прикладом здійснення засоби флюїдизації 6 можуть бути розташовані в частині реактора 1, що містить нерухомий шар. У прикладі, показаному на Фіг. 2, засоби флюїдизації 6 тільки частково знаходяться усередині. Засоби флюїдизації 6 складаються з насоса 7 ззовні резервуара 2 і внутрішньої системи 9 трубопроводів. Насос 7 з'єднаний із системою 9 трубопроводів, що знаходиться всередині резервуара 2. Система 9 трубопроводів складається з декількох трубопроводів, розподілених у дна 10 резервуара 2. Зрозуміло, у системі 9 можна передбачити й тільки один трубопровід. Зовнішній насос 7 може бути знімним. Таким чином, можна тимчасово приєднати насос 7 до системи 9 трубопроводів, якщо споживачеві необхідно створити турбулентний рух у резервуарі 2. На Фіг. 3 можна бачити біологічний реактор 1, у якому приведені в дію засоби флюїдизації 6. Насос 7 подає рідину або газ у резервуар 2, створюючи турбулентний рух. Турбулентний рух є достатнім для порушення нерухомого шару підкладок 3. Всі підкладки 3 знову перебувають у суспендованому стані по всьому об'єму резервуара 2 і переміщаються у вищевказаному резервуарі 2. Таким чином, надлишок мулу, що скупчився в підкладках 3, може осісти на дно 10 резервуара 2, звідки його легко видалити. Якщо насос 7 не працює, тобто зупинений, турбулентний рух припиняється. Підкладки 3 з урахуванням їхньої густини, знову піднімаються до верхньої частини 4 резервуара 2 реактора 1, де вони стають нерухомими й створюють новий нерухомий шар. Одним із недоліків анаеробних реакторів є те, що час, необхідний для підвищення навантаження даного реактора, дуже тривалий, найчастіше він становить від трьох до шести місяців. У цей період підвищення навантаження прикладене в реакторі навантаження має бути малим у зв'язку з низькою концентрацією біомаси. Тому неможливо відразу прикласти максимальне навантаження, визначене при проектуванні установки даного аеробного реактора. Необхідна фаза підвищення навантаження, яка відрізняється поступовим підвищенням прикладеного навантаження в реакторі. За винаходом було передбачено скоротити тривалість фази підвищення навантаження в анаеробному реакторі, застосовуваному за винаходом. Із цією метою були проведені експерименти, результати яких представлені на Фіг. 7. Ці експерименти показали, що при поступовому підвищенні об'ємного прикладеного навантаження в реакторі й підтримці короткої тривалості обробки стічних вод TSH вдається значно підвищити навантаження за дуже невеликий час. При тривалості обробки протягом одного дня концентрація DCO в оброблюваних рідких відходах, у 13 кг/м3, дорівнює об'ємному прикладеному навантаженню, у кг/м3×день. Усунення взаємозв'язку між прикладеним навантаженням і тривалістю обробки стічних вод TSH досягається, якщо спочатку зменшити концентрації DCO у вхідних стічних водах, тобто розвести їх, а потім поступово підвищувати концентрацію DCO до досягнення концентрації DCO стічних вод у необробленому стані. DCO оброблюваних стічних вод у переважному варіанті підвищується щодня в постійному процентному співвідношенні від 5 до 15 %. Наприклад, як показано на Фіг. 7, концентрація DCO у рідких відходах підвищується приблизно на 10 % щодня, що дозволяє довести DCO подачі від 0,5 до 20 кг/м3 за 35 днів. Протягом цих 35 днів тривалість обробки стічних вод TSH становить 24 години. До кінця цього періоду об'ємне прикладене навантаження досягне 20 кг/м3×день при збереженні продуктивності очистки 80%. У цьому випадку реактор тільки після 35 днів буде працювати в номінальних умовах, визначених при встановленні його розмірів. У прикладі, що показаний на Фіг. 7, тривалість обробки стічних вод TSH постійна. Зрозуміло, можна підтримувати коротку й різну тривалість обробки стічних вод TSH, переважно менш ніж 48 годин. Наприклад, протягом перших 10 днів етапу підвищення навантаження підтримують тривалість обробки стічних вод TSH 36 годин, потім його скорочують до 30 годин аж до 35-го дня. У процесі застосування даного способу очищення за винаходом прикладене навантаження може підвищуватися, щоб досягти найчастіше величини більше або рівної 45 кг DCO/м3×день в залежності від стічних вод, що обробляються, при эфективному видалені більш ніж 80% забруднень, що містяться в стічних водах. На даній фазі підвищення навантаження для посилення росту біомаси, що закріплюється на підкладках у вигляді біоплівки, у порівнянні з ростом накопиченої біомаси, що втримується в зазорах або на підкладках і практично не прикріплюється до них, переважно здійснювати часту флюїдизацію підкладок. Переважно, щоб флюїдизація була тимчасовою, а підкладки перегруповувалися в нерухомий шар після кожної флюїдизації. Можна також утримувати підкладки у суспендованому стані протягом усього етапу підвищення навантаження. У цьому випадку реактор працює на флюїдизованому шарі протягом всього даного етапу. Однак, оскільки робота на постійно флюїдизованому шарі вимагає значної витрати енергії, переважно виконувати часту флюїдизацію, наприклад, щогодини, але короткочасно, наприклад, протягом менш ніж 15 хвилин. Розвиток біоплівки на поверхні підкладки дозволяє накопичувати в реакторі мікроорганізми з дуже високою активністю, що дає можливість швидко підвищити навантаження, навіть якщо кількість біомаси в реакторі не дуже велика. Як тільки фаза підвищення навантаження завершена, накопичення біомаси не шкодить роботі реактора а, навпаки, дозволяє ще збільшити кількість мікроорганізмів у реакторі, що сприяє пода 89402 14 льшому підвищенню прикладеного навантаження при постійній роботі. Тому вже немає необхідності виконувати часту флюїдизацію. Навпаки, підтримують роботу реактора з нерухомим шаром, що сприяє накопиченню біомаси як у вигляді біоплівки, так і в зазорах й усередині підкладок. Основною перевагою переходу на нерухомий шар наприкінці пускової фази є оптимізація енергетичних витрат при зупинці насоса для флюїдизації, а також скорочення часу, необхідного для догляду за реактором. Крім того, робота на нерухомому шарі дозволяє забезпечити фільтрацію стічних вод і задовільне втримання твердих часток у реакторі завдяки фільтруючому впливу підкладок. Таке рішення дозволяє значно прискорити підвищення навантаження в порівнянні зі звичайними рішеннями, у яких найчастіше сполучають поступове підвищення OLR із пропорційним зниженням тривалості обробки стічних вод TSH без розведення подаваних стічних вод. Таким чином, для поліпшення технічних характеристик анаеробного реактора, використовуваного за винаходом, можна розділити процес очищення за винаходом на дві основних стадії, а саме: Перша стадія підвищення навантаження, наприклад, від t0 до t+1 місяць, протягом якої відбувається закріплення біомаси на підкладках у вигляді біоплівки й очищення від вільної біомаси й біомаси в зазорах. Для цього зменшують тривалість обробки стічних вод TSH і поступово збільшують DCO. Друга стадія постійної роботи від t+1 місяць до t¥ протягом якої реактор працює на нерухомому шарі з очищенням підкладок на великому просторі для видалення надлишкової біомаси. Протягом даної другої стадії підвищується втримання біомаси шляхом накопичення в зазорах підкладок. Приклад застосування реактора 1, що описаний вище, буде розглянутий більш докладно. Устаткування й метод Використовують реактор, що складається із циліндричного резервуара із ПВХ. Внутрішній діаметр резервуара - близько 190 мм при висоті 1150 мм. Висота - це найбільший розмір резервуара паралельно поздовжньої осі вищевказаного резервуара. Даний реактор має корисний об'єм близько 30 літрів. Реактор обладнаний засобами нагрівання, які дозволяють підтримувати всередині резервуара температуру близько 35°C Вхідна труба дозволяє подавати оброблювані стічні води всередину резервуара на рівні нижньої частини вищевказаного резервуара. Випускна труба, що розташована у верхній частині резервуара, дозволяє видаляти оброблені стічні води. Система обмеження переливу через край дозволяє підтримувати рівень рідини в резервуарі на висоті 1000 мм. У резервуарі реактора розміщені поліетиленові підкладки в основному трубчастої циліндричної форми. Підкладки заповнюють близько 60% об'єму резервуара. Густина даних підкладок дорівнює майже 0,93, а питома поверхня - 320 м2/м3. Питома поверхня - це поверхня, на яку можуть прикріплятися мікроорганізми, створюючи біоплівку. Викори 15 стовувані підкладки мають великий розмір у порівнянні з підкладками, які звичайно використовують у рухливому шарі, і відносно малий розмір у порівнянні з підкладками, які звичайно використовують у нерухомому шарі. Слід уточнити, що розмір використовуваних підкладок становить близько 30-35 мм за висотою при діаметрі близько 29 мм. Для виконання при необхідності флюїдизації підкладки згруповані в нерухомий шар у реакторі, реактор обладнаний внутрішнім насосом, розміщеним на дні резервуара таким чином, щоб він був занурений у рідину, що міститься в резервуарі. Внутрішній насос являє собою засіб флюїдизації, тобто очищення реактора. Продуктивність насоса близько 480 л/год. Оброблювані стічні води являють собою солодову гущавину винокурного заводу, загальна DCO яких становить від 10 до 24 г/л, а розчинна DCO від 10 до 19 г/л. Вихідна рН стічних вод становить 4-5,5. Вихідна рН - це рН стічних вод у момент введення в резервуар реактора. Перед очищенням від забруднень у реакторі рН повинна бути доведена до нейтральної рН, тобто приблизно до 7. Використовувану анаеробну закваску з іншого анаеробного реактора застосовували для обробки солодової гущавини винокурного заводу й піддавали згущенню шляхом відстоювання. Закваска це групи бактерій, застосовуваних для засіву резервуара реактора. Очищення було виконано наприкінці 101 дня використання за допомогою насоса, що працював протягом 15 хвилин. Виміри Для аналізу технічних характеристик реактора і якості очищення стічних вод від забруднень вимірювали зміну кількості біомаси на підкладках, а також зміну кількості розчинної DCO. Кількість біомаси на підкладках визначали шляхом виміру сухої ваги підкладок, які попередньо нагрівали до 100°C протягом 24 годин. DCO виміряли звичайним способом за допомогою калориметричного методу (Jirka, 1975). Спостереження за роботою реактора Перед тим як почати процес обробки стічних вод, реактор пускають у хід так, щоб час, протягом якого оброблювані стічні води перебувають у реакторі, тобто тривалість обробки стічних вод (TRH), був тривалим, а об'ємне прикладене навантаження (ORL), тобто кількість забруднень, уведених у реактор на м3 у день, було низьким. Потім тривалість обробки стічних вод (TRH) поступово зменшують, у той час як ORL підвищують збільшенням об'єму солодової гущавини винокурного заводу, що вводять у реактор. Реактор використовували протягом 180 днів. Щоб реактор можна було вважати високопродуктивним, тривалість обробки стічних вод (TRH) повинна бути якнайменшою, a OLR якнайбільшим. На Фіг. 5 показаний графік зміни тривалості обробки стічних вод TRH й OLR з перебігом часу у використовуваному реакторі. Протягом першого періоду між 1 й 81 днями об'ємне прикладене навантаження (OLR) є невеликим і залишається нижче 5,6 г DCO/л×день. три 89402 16 валість обробки стічних вод TRH різко знижується від 35 днів у перші дні до 5 днів на 81-й день. Протягом другого періоду між 82 днем й 101 днем тривалість обробки стічних вод TRH злегка збільшується. Середня величина TRH становить 7,7 дня внаслідок недостатньої кількості солодової гущавини винокурного заводу. Разом із цим об'ємне прикладене навантаження OLR злегка знижується й становить від 1,6 до 2,6 г DCO/л×день. У третьому періоді - між 102 й 180 днем тривалість обробки стічних вод TRH зменшується, досягаючи мінімальної тривалості - 0,7 дня. Об'ємне прикладене навантаження, навпаки, підвищується дуже швидко, досягаючи величин до 36 г DCO/л×день. Як порівняння, при ідентичних умовах анаеробний реактор із нерухомим шаром, що містить упорядковану підкладку типу клуазонілу (Cloisonyle) має більш низьке об'ємне прикладене навантаження, яке не перевищує 14 г DCO/л×день. Аналізи й результати. Перший період роботи складається з фази запуску реактора й прикладання невеликих навантажень, щоб уникнути будь-якого органічного перевантаження й дати можливість біомасі накопичуватися в реакторі. Протягом цього першого періоду очищення продуктивність очищення буде вище 85%. Протягом третього періоду роботи, що є характерним для оптимальної роботи реактора, час обробки наближається до 0,7 дня, а прикладене навантаження до 30 г DCO/л×день, щоб видалити більш ніж 80% забруднень із стічних вод. DCO розчину на виході з реактора, буде менше ніж 5,5 г/л. На графіках Фіг. 6А и 6В можна бачити зміну ефективності очищення в реакторі. На даних графіках чітко видно, що за допомогою способу за винаходом можна усунути більше 80% забруднень із сильно забруднених стічних вод, таких як солодова гущавина винокурного заводу при прикладеному навантаженні менше 30г DCO/л×день и тривалості обробки стічних вод в реакторі менше одного дня. Зміна кількості біомаси, закріпленої на підкладках Зразки із чотирьох підкладок регулярно відбирають із резервуара реактора й просушують протягом 24 годин при 100°С. Потім зразки зважують для оцінки кількості біомаси на підкладках. Перший зразок відбирають після 66 днів роботи реактора, тобто протягом першого періоду роботи. Середня кількість біомаси - 2,5 г на підкладку. Другий зразок відбирають після 156 днів роботи реактора, тобто протягом другого періоду роботи. У цьому випадку середня кількість біомаси - 3,2 г на підкладку. Таким чином, біомаса збільшується на 30% між 66 і 156 днями. Третій зразок був відібраний після 180 днів, тобто до кінця третього періоду роботи. Середня кількість біомаси - 4,5 г на підкладку. Після 180 днів використання реактора загальна концентрація біомаси, закріпленої на підкладках у реакторі, становить близько 57 г/л у реакторі. 17 Таким чином, біомаса в реакторі достатньо збільшується. Це обумовлено великою питомою поверхнею використовуваних підкладок, а також тим, що підкладки згруповані в нерухомий шар, що дозволяє біомасі закріплюватися на підкладках і безперешкодно накопичуватися в зазорах. У порівнянні з реактором, у якому мікроорганізми перебувають у вільному стані в об'ємі реактора, концентрація мікроорганізмів в 5-6 разів вище при підтримуваній питомій активності. Питома активність - це кількість DCO, яку можна усунути на кілограм біомаси. Виходячи із цього, очікується, що технічні характеристики очищення реактора будуть кращими. Технічні характеристики реактора Прикладене навантаження при способі очищення за винаходом становить більше 30 г DCO/л×день при ефективному усуненні більше 80% забруднень, що містяться в стічних водах. У цілому, для порівняння, активність, яка виміряна звичайним способом в анаеробному реакторі з нерухомим шаром без будь-якого можливого забруднена, становить близько 15 г DCO/л×день. Технічні характеристики реактора, використовуваного за винаходом, безпосередньо зв'язані зі здатністю мікроорганізмів закріплюватися на підкладках і з відсутністю турбулентного руху всередині вищевказаного реактора. Можливість забруднення реактора приведе до оптимального росту біомаси. Очищення від забруднення, що виконується в міру необхідності, наприклад, як тільки споживач вважає, що забруднення може бути шкідливим, дозволяє збільшити тривалість роботи реактора й зберегти його технічні характеристики на весь період використання. Щоб краще визначити технічні характеристики, зв'язані зі специфічними особливостями обраної підкладки при застосуванні способу за винаходом, були проведені експерименти з використанням різних підкладок із ребрами, щоб мікроорганізми могли фізично закріплюватися на вищевказаних ребрах й/або втримуватися в зазорах між ребрами й/або між підкладками. При проведенні цих експериментів були використані три інертні підкладки R1, R2 й R3 із різними питомими поверхнями, відповідно, 310, 320 й 855 м2/м3. Кожна із трьох підкладок R1, R2 й R3 відповідає підкладці 3, що показана на Фіг. 4А. Таким чином, R1, R2 й R3 можуть бути покриті біоплівками, закріпленими на вищевказаних підкладках, а можуть також накопичувати біомасу в отворах і зазорах 17, передбачених між ребрами 11 й у 89402 18 центрі 12 вищевказаних підкладок. Результати, представлені на Фіг. 8, показують, що технічні характеристики, одержані для трьох підкладок, близькі. Велике прикладене навантаження, приблизно 20 кг DСО/м3×день, було досягнуто після практично однакового часу роботи, а саме -приблизно 110 днів. Із цього можна зробити висновок, що дія способу очищення за винаходом у процесі етапу очищення на нерухомому шарі, очевидно, ґрунтується на фільтруючому ефекті використовуваних підкладок, які вловлюють біомасу у свої зазори, і на утворенні біоплівки шляхом фізичного закріплення біомаси на вищевказаних підкладках. Фактично, якщо обробка залежала б тільки від біоплівки, органічне навантаження було б пропорційне питомій поверхні. Це дозволяє пояснити одержання непередбачених технічних характеристик за допомогою способу за винаходом, що дає можливість одержати прикладене навантаження аж до 45 кг DСО/м3×день у порівнянні з максимальною величиною 20 кг DСО/м3×день при звичайних нерухомих шарах. Пропорційний розрахунок промислових розмірів реактора, що грунтується на цих даних про прикладене навантаження, показує, що спосіб за винаходом дозволяє значно зменшити габарити встаткування. Таким чином, у способі за винаходом відразу ж по завершенню підвищення навантаження й при роботі реактора на нерухомому шарі в реакторі вдається досягти втримання біомаси в основному накопиченням на додаток до звичайного утворення біоплівки. Утримання біомаси - це її накопичення в зазорах підкладок й/або між підкладками. Практично при нерухомому шарі утворення біоплівки приводить до зменшення питомої поверхні й активності біомаси внаслідок покриття підкладок послідовними шарами біоплівки. Ці послідовні покриття можуть бути причиною обмеження прикладеного навантаження на звичайні нерухомі шари. За винаходом система очищення дозволяє видаляти надлишкову біомасу, що накопичилася в шарі підкладок. Ефект «утримання біомаси» шляхом фільтрації пов'язаний з розміром, формою, гідродинамікою підкладок, а також з використанням реактора на нерухомому шарі. Цей факт є відмінністю від звичайних біофільтрів, у яких утримання відбувається шляхом пакетування підкладок, а не за допомогою самих підкладок. 19 89402 20 21 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 89402 Підписне 22 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601