18. Komory o głębokim wprowadzaniu powietrza.
Napowietrzanie sprężonym powietrzem polega na wtłaczaniu i rozbijaniu na pęcherzyki powietrza wody. Urządzenia do napowietrzania sprężonym powietrzem składają się ze źródła sprężonego powietrza (dmuchawy, wentylatory), przewodów
rozprowadzających sprężone powietrze oraz elementów napowietrzających. W celu
otrzymania jak największej powierzchni międzyfazowej stosuje się różne elementy do
dyspergowania powietrza. Najczęściej są to elementy porowate wykonane z materiałów
ceramicznych lub tworzyw sztucznych w kształcie rur, płyt itp. Znacznie rzadziej stosuje
się rury perforowane lub szczelinowe.
Na stopień wykorzystania tlenu zawartego w powietrzu wprowadzanym do ścieków
mają wpływ:
wielkość pęcherzyków powietrza zależna od konstrukcji elementów napowietrzających,
głębokość założenia elementów napowietrzających,
− kształt komory napowietrzania,
sposób ułożenia elementów napowietrzających w stosunku do rzutu poziomego komory.
Do 1 m3 wody odtlenionej o wysokości 1 m wprowadzić można przy napowietrzaniu:
drobnymi pęcherzykami 10 12 g O2,
średnimi pęcherzykami 7 9 g O2,
dużymi pęcherzykami 5 7 g O2.
Wielkość uzyskiwanych pęcherzyków powietrza wynosi przeciętnie przy
napowietrzaniu:
drobnymi pęcherzykami 0,5 5 mm,
średnimi pęcherzykami 5 10 mm,
dużymi pęcherzykami 10 mm.
Ilość tlenu rozpuszczonego w cieczy zależna jest proporcjonalnie od natężenia
doprowadzonego powietrza w zakresie 0,5 3,0 m3/ m3h przy drobno-pęcherzykowym
napowietrzaniu. Powyżej 3,0 m3/ m3h zależność staje się nieliniowa.
Wielkość oraz kształt pęcherzyków pozostaje w przybliżeniu złożoną funkcją średnicy
otworów (wielkości porów), natężenia przepływu powietrza, głębokości zanurzenia
elementu doprowadzającego sprężone powietrze, dodatkowo przyłożonych sił
mechanicznych, geometrycznych cech komór napowietrzania i obecności substancji
powierzchniowo czynnych.
Napowietrzanie sprężonym powietrzem za pomocą rury perforowanej, umieszczonej
na dnie zbiornika przedstawiono na rysunku 1d. W przypadku doprowadzania sprężonego
powietrza do komory napowietrzania zachodzi samowolne mieszanie cieczy, zwane
barbotażem (natlenianie wody jest celem nadrzędnym, któremu towarzyszy zjawisko
mieszania). Napowietrzanie połączone z kontrolowanym mieszaniem cieczy można
uzyskać przez doprowadzenie sprężonego powietrza za pomocą pompy mamutowej,
umieszczonej centralnie w komorze napowietrzania (rys. 1e).
Z ekonomicznego punktu widzenia przy budowie i wyborze sposobu natleniania
należy dążyć do uzyskania maksymalnie dużego wykorzystania tlenu przy jak najniższym
zużyciu energii. Lepsze wykorzystanie tlenu można osiągnąć między innymi przez
zwiększenie powierzchni fazowej. Zwiększenie powierzchni międzyfazowej oznacza
zmniejszenie wielkości pęcherzyków powietrza, które można osiągnąć stosując ulepszone
metody generowania pęcherzyków powietrza.
Przykładem jest Komora Kessenera.
1) BARDENPHO
Zintegrowane usuwanie zanieczyszczeń zawierających azot i fosfor zapewnia także zmodyfikowany (5-stopniowy) system Bardenpho (rys. 2). Druga komora anoksyczna zapewnia dodatkową denitryfikację azotanów(V) wytwarzanych przez nitryfikatory w komorze tlenowej. Nitryfikatory te wykorzystują azotany(III) jako akceptor elektronów i endogenny (wewnątrzkomórkowy) węgiel jako źródła elektronów. Ostatnia komora tlenowa służy usuwaniu azotu z oczyszczonych ścieków oraz zapobieganiu uwalnianiu się fosforu z biomasy w osadniku wtórnym. Metoda ta jest skuteczniejsza w utlenianiu zanieczyszczeń organicznych w porównaniu z metodą A2/O, głównie dzięki dłuższemu wiekowi osadu czynnego.
2) BIODENITRO
Opatentowany system Bio-Denitro i jego pochodna Bio-Denipho to uznane w Świecie technologie oczyszczania ścieków na drodze biologicznej. Systemy te należą do grupy układów sekwencyjnych, w
których w tych samych reaktorach stwarza się zamiennie warunki tlenowe i anoksyczne.
Fazy oczyszczania ścieków sterowane są czasowo co pozwala na elastyczną eksploatację zależnie od
rzeczywistego składu ścieków poddawanych oczyszczaniu.
Technologia BioDenitro zapewnia biologiczne usuwanie azotu.
3) Układ UCT
Do usuwania związków zawierających azot i fosfor służy także metoda zwana UCT, którą opracowano w RPA w University of Cape Town. Dziś bardziej znana jest jej wersja zmodyfikowana, którą zilustrowano na rys. 3. Powracający osad czynny (recyrkulowany osad zagęszczony) kierowany jest w tej metodzie do tej części komory anoksycznej, do której nie recyrkuluje się azotanów(V) z komory tlenowej. Azotany(V) zawarte w powracającym osadzie czynnym są redukowane w tej komorze do azotu gazowego, a ścieki zawracane do komory beztlenowej. Do drugiej części komory anoksycznej trafia główny strumień azotanów(V) z komory tlenowej i są one konwertowane do azotu gazowego. Sekwencja: komora beztlenowa- komora anoksyczna, zapewnia eliminację fosforu.
24. Reaktor hybrydowy.
Hybrydowy, cyrkulacyjny reaktor biologiczny - komora osadu czynnego - działa w ciągłym
przepływie i uśrednianiu czynnika, powtarzając kompletną sekwencję procesu wspólnych przemian
węgla, azotu i fosforu. Prędkość cyrkulacji i ilości obiegów (powtórzeń) dzięki właściwościom ASD
dostosowuje się automatycznie, proporcjonalnie do wielkości stale dopływającego ładunku.
Wnętrze komory reaktora zaprojektowane jest tak, żeby wpływające do niego mechanicznie
oczyszczone ścieki, zanim przepłyną do osadnika wtórnego, przepłynęły przez strefę beztlenową oraz
co najmniej kilkakrotnie opłynęły pierścień reaktora przechodząc kolejno przez szereg stref tlenowych
i niedotlenionych. Komora reaktora skonstruowana jest w ten sposób, żeby przepływ ścieków tworzył
obieg, przez kolejno naprzemiennie występujące strefy funkcjonalne. Często realizowane jest to
w formie pierścienia.
Podział pierścienia komory na strefy funkcjonalne realizowany jest przy pomocy ścian
zbudowanych z przepływowych złóż zanurzonych. Ciąg stref funkcjonalnych buduje trójfazowy
proces oczyszczania. Jest to możliwe dzięki temu, że jak wspomniano wcześniej - zasiedlone biomasą
złoże, ustawione poprzecznie do przepływu strugi, stanowi barierę troficzną i tlenową. Schemat
hybrydowego biologicznego reaktora cyrkulacyjnego przedstawiono na rys.
Strefy funkcjonalne reaktora to:
- strefa beztlenowa (B),
- strefy anoksyczne (niedotlenione o zawartości tlenu rzędu 0,2 ÷ 0,3 g O2/m3) (N),
- strefy tlenowe ( nitryfikacji, o stęŜeniu tlenu - 2 g O2/m3) (T).
Strefa „B” jest jedna natomiast strefy „N” i „T” występują na obwodzie reaktora naprzemiennie i
jest ich od kilku do kilkunastu.
Cyrkulację w komorze wywołują aeratory strumieniowe denne (ASD), ktore jak wspomniano
wcześniej - hydraulicznie zachowują się jak pompa mamut. Ich wydatek cyrkulacyjny jest wprost
proporcjonalny do ilości podawanego powietrza. Ilość podawanego powietrza jest sterowana
zapotrzebowaniem na tlen zaleŜnym od ilości dopływającego do oczyszczalni ładunku zanieczyszczeń.
Zapotrzebowanie na tlen jest jednocześnie wskaźnikiem dynamiki procesu (im jest ono większe, tym
większe są przemiany ilościowe). Zapewnieniem właściwej dynamiki procesu jest regulacja
wydajności cyrkulacyjnej aeratorow, ktora rośnie lub maleje automatycznie i proporcjonalnie do ilości
podawanego powietrza (tlenu).
Otrzymuje się w ten sposob całkowicie samosterowny układ cyrkulacyjny, bez potrzeby montaŜu
drogiego i często zawodnego osprzętu, a ingerencja obsługi w proces jest nie tylko niepotrzebna,
ale i niewskazana.