B 2 C BIOFILMOVÉ PROCESY 3 E D 4 4 A 1 F 3 5 A středový sloup, B Segnerovo zkrápěcí kolo, C obvodový plášť, D roštové dno, E náplň, F skutečné dno s odtokovým objektem 1 přítok odpadní vody, 2 odpadní voda rozstřikovaná po povrchu náplně, 3 přívod vzduchu větracími otvory, 4 stékající odpadní voda a stržená biomasa, 5 odtok do dosazovací nádrže Rozdělení biofilmových reaktorů 1) Zkrápěné biologické kolony 2) Rotační biofilmové reaktory diskové klecové 3) Biofilmové reaktory s expandovaným ložem 4) Biofilmové reaktory s fluidizovaným ložem 5) Kombinovaná kultivace Zkrápěné biologické kolony do 50. let se používaly i pro velké ČOV, dnes pouze na menších první biofiltry byly ponořované dnes simultánní sorpce znečištění do biofilmu, oxidace a konverze do vznikající biomasy kromě růstu biomasy musí docházet i ke kontinuálnímu strhávání a vyplavování biomasy i za biofiltry jsou zařazeny DN (menší a mělčí než za aktivací) Dosazovací nádrž za biofiltrem 1
Ventilace biofiltru 1) přirozená v důsledku rozdílu teplot v zimě proudění zdola nahoru, v létě shora dolů proudění v důsledku difúze při malém rozdílu teplot plocha ventilačních otvorů má být zhruba 2 % plochy průřezu Dno biofiltru nutná odolná konstrukce, musí unést váhu náplně a být odolná vůči působení vody dříve borové trámky, později betonové nebo kameninové nosníky, dnes plast rošt musí být hustý, aby nepropadla náplň, ale musí propouštět vodu a vzduch 2) nucená v teplejších krajích nebo při čištění průmyslových OV odsávání vzduchu nebo vhánění pod tlakem 10 m 3 vzduchu na 1 m 3 OV za hodinu podle normy Náplň biofiltru Specifický povrch Mezerovitost náplně a = A f / V [m 2 /m 3 ] ε = (V V M ) / V. 100 [%] kde A f je kontaktní plocha povrchu náplně [m 2 ] V je objem biofiltru [m 3 ] V M je objem vlastního materiálu náplně [m 3 ] ε prostor, který v BF vyplňuje voda a závisí na velikosti a složitosti náplně sypná hmotnost hmotnost 1 m 3 náplně Přívod odpadní vody Klasická kamenná (minerální) náplň drcený lomový kámen, nerozpadavý, odolný proti chemickému působení i biologické korozi nejčastěji žula drcená láva nebo vysokopecní struska průměr 30 100 mm podle použití (BSK 5, nitrifikace) a = 40-50 m 2 /m 3, ε = 35 50 % značná sypná hmotnost (až 1 500 kg/m 3 ) nutná betonová konstrukce obvodového pláště zabahňování biofiltru po čase se náplň přicpává, na povrchu se tvoří louže, nutné odstavit, náplň nachlorovat a propláchnout a znovu zapracovat BF se proto provozovaly s řízenou recirkulací Segnerovo kolo 2
Sypaná náplň z plastů speciálně tvarované výlisky, náhodně uspořádané na roštu složitější struktury zvětšují specifický povrch náplně výhoda: jsme schopni ladit specifický povrch a = 100-400 m 2 /m 3, ε = 80 95 % sypná hmotnost 50-200 kg/m 3 konstrukce ze dřeva, plechu nebo plastu nevýhoda: cena náplň nahodile vyplňuje konstrukci možná tvorba mrtvých koutů Bloková náplň z plastu tvarované plastové desky a = 80-200 m 2 /m 3, ε = až 97 % specifická hmotnost bloků do 50 kg/m 3 střídání prolamovaných a rovných desek tvoří se kanálky desky spojovány nýty, lepením nebo svařováním Bloky s křížovým průtokem netvoří se zkratová proudění velký prostor pro růst BM, nedochází k zabahňování užívají se pro vysokozatěžované BF a čištění koncentrovaných OV 3
Základní technologické parametry biologických kolon povrchové hydraulické zatížení ν = Q/A BF (m 3 /m 2 h) objemové zatížení B V = Q S 1 /V (kg/m 3 d) -nespecifická, neříká nic o tom, jak rychle funguje biomasa plošné látkové zatížení A f = V a B A = Q S 1 /A f B V /a (g/m 2 d) ve skutečnosti A f <V a - je třeba zavést korekční konstantu f koeficient využitelnosti specifického povrchu náplně (má empirické hodnoty) Přebytečný kal kam s ním emšerské studně (štěrbinové nádrže) studené anaerobní vyhnívání kalu, doba zdržení kalu ve vyhnívacím prostoru 150 dní Rozdělení biofiltrů podle zatížení zatížení nízkozatěžované náplň B V (BSK 5 ) účinnost - [kg/m 3 d] E kámen 0,2 90-95 % plast sypaný < 0,5 90-95 % vysokozatěžované plast blok 1 (max. 6) 40-60 % kritérium: E = 90 95 % na BSK B A 8 g/m 2 d E = 90 95 % na BSK + nitrifikace B A 3 g/m 2 d Kombinace BF s aktivačním procesem Náplň zkrápěného biofiltru kamenná, nová 0,7-0,8 kamenná, stará 0,5-0,7 z plastu, bloková, a < 120 0,7-0,8 m2/m3 z plastu, bloková, a > 120 0,5-0,7 m2/m3 z plastu, sypaná, a < 150 m2/m3 0,6-0,7 z plastu, sypaná, a > 150 m2/m3 0,4-0,6 f Kromě kombinací typu ABF Procesu se stále častěji v čistírenské praxi uplatňují kombinace, kdy nosič biofilmu je umístěn přímo do aktivační nádrže. Běžné jsou zejména tyto kombinace: aktivační nádrž s vestavěnou blokovou náplní; bloky nosiče jsou umístěny nad aerační rošty, tak aby se zajistil přísun kyslíku do biofilmu a zamezilo se ukládání aktivovaného kalu uvnitř bloků aktivační nádrž s rozptýlenými částečkami nosiče biofilmu z polyuretanové pěny; ve vznosu jsou udržovány míchacími účinky pneumatických aerátorů Základní technologické parametry biologických kolon doba zdržení Θ = V/Q = H/ν = konst H/ν m V = H A BF -nutno zavést korekční konstantu (konst.), m koriguje vliv tvaru náplně na Θ minimální smáčecí rychlost takové hydraulické zatížení, při kterém bude náplň rovnoměrně smáčená a bude využit celý její povrch -pokud výpočtem vyjde malá smáčecí rychlost, je třeba zavést recykl (Q S = Q + Q r ) R = Q r /Q - není konstantní, reguluje se podle plováku ve vyrovnávací jímce 4
Tyto kombinované systémy se vyznačují následujícími vlastnostmi: 1. koncentrace aktivní biomasy v systému se zvyšuje bez výraznějšího zvýšení látkového zatížení dosazovací nádrže; výhodné pro intenzifikaci látkově přetížených čistíren 2. v systému se vytváří podmínky pro růst pomalu rostoucích nitrifikačních baktérií v biofilmu aniž by bylo nutno zvyšovat stáří aktivovaného kalu 3. přítomnost biofilmu zlepšuje sedimentační vlastnosti aktivovaného kalu - instalace nosiče biofilmu do aktivační nádrže výrazně zvýší odolnost systému proti viskóznímu i vláknitému bytnění. průměr disků 60 cm 3,6 m (u nás do 2 m) rychlost otáčení je taková, aby obvodová rychlost byla asi 20 m/h axiální meandrový průtok nebo radiální průtok ponořeno obvykle 45 % plochy (střídání sorpce znečištění do biofilmu a aerace intenzifikace procesu pomocí žlabů ( zkrápění a podpora aerace) pohon elektromotor s převodovkou nepoužívá se pro velké ČOV, jen domovní balené a do 500 EO studené anaerobní vyhnívání čistící efekt odtok 30 40 mg/l BSK materiál PVC nebo PE při delší nečinnosti disků problémy Rotační diskové reaktory (RDR) Rotační klecové reaktory (RKR) 5
Reaktory s expandovaným ložem expanze vlivem nárůstu biomasy analogie s vodárenskými filtry není nutná UN, protože dochází i k filtraci při velkých tlakových ztrátách se vypne přívod OV, lože se načechrá tlakovým vzduchem a vypere protiproudem vody materiál porézní, keramický nebo plastový, velikost 3 5 mm při praní nedochází k úplnému otěru BM BM z prací vody se odděluje v zahušťovací nádrži lze kombinovat anoxii a oxii filtrační rychlost 10 m/h nedochází k bytnění a pěnění Reaktory s fluidizovaným ložem filtrační rychlost cca 20 30 m/h náplň nejčastěji jemný písek (20 30 kg/m3) při dosažení určité rychlosti proudění se náplň přestane chovat jako pevné lože průtočná rychlost musí být větší než kritická ale menší než terminální kontinuální strhávání přebytečné biomasy otěrem alternativní náplň lehčí než voda (např. polystyrénové kuličky), pak ale nutný polopropustný kryt reaktoru. Denitrifikační biofiltr 6