способ и устройство для обработки сточной воды, осадка и органических субстратов

Формула изобретения

1. Способ снижения или исключения образования объемного осадка, плавающего осадка и/или пены, при котором обрабатывают сточную воду, осадок или органические субстраты, содержащие нитевидные и флокулирующие микроорганизмы и используемые в биогазовых установках, отличающийся тем, что сточную воду, осадок или органические субстраты направляют в трубу (2, 4) и через, по меньшей мере, одно сужение (3), расположенное в этой трубе (2, 4), подвергают воздействию сдвиговой нагрузки, которая является достаточной для снижения относительного количества нитевидных микроорганизмов по сравнению с флокулирующими микроорганизмами, причем сдвиговую нагрузку создают турбулентным потоком в трубе, и при этом скорость течения сточной воды, осадка или органических субстратов увеличивается при прохождении через сужение (3) трубы (2, 4) при снижении давления, вследствие чего в сточной воде, в осадке или органических субстратах возникает кавитация.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что внутренний диаметр является наименьшим в сужении (3), а внутренний диаметр трубы (2), расположенной выше сужения (3) по ходу потока, больше, чем внутренний диаметр трубы, расположенной (4) ниже сужения (3) по ходу потока.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что продолжительность кавитации можно регулировать путем изменения длины трубы (4), расположенной ниже сужения (7) по ходу потока.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что внутренний диаметр сужения (3) в трубе (2, 4) можно изменять.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что из сточной воды, осадка или органических субстратов перед введением их в трубу (2, 4), по меньшей мере, частично удаляют содержащиеся в них или удерживаемые ими пузырьки газа.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что сточную воду, осадок или органические субстраты, по меньшей мере, частично освобождают от удерживаемых или содержащихся в них пузырьков газа путем выведения их через затопленный ствол (8).

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что число Рейнольдса сточной воды, осадка или органических субстратов, направляемых через трубу (2, 4) составляет, по меньшей мере, 100000, предпочтительно, по меньшей мере, 250000, еще более предпочтительно, по меньшей мере, 500000.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что сточную воду, осадок или органические субстраты распыляют после прохождения через трубу (2, 4).

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одно сужение (3) является соплом.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что сточная вода представляет собой активированный осадок или смешанный биоценоз.

11. Устройство для снижения или исключения образования объемного осадка, плавающего осадка и/или пены, отличающееся тем, что это устройство имеет трубу (2, 4), имеющую, по меньшей мере, одно сужение (3) и приспособление (7) для подачи сточной воды, осадка или органических субстратов через трубу (2, 4) так, чтобы обработка сточной воды, осадка или органических субстратов, содержащих нитевидные и флокулирующие микроорганизмы и используемых в биогазовых установках, производится под воздействием кавитации, причем в трубе (4) ниже сужения (3) по ходу потока установлен дроссель (5).

12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что внутренний диаметр трубы (2, 4) является наименьшим в сужении (3), а внутренний диаметр трубы (2), расположенной выше сужения (3) по ходу потока, больше, чем внутренний диаметр трубы (4), расположенной ниже сужения (3) по ходу потока.

13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что отношение внутреннего диаметра трубы (2), расположенной выше сужения (3) по ходу потока к внутреннему диаметру трубы (4), расположенной ниже сужения (3) по ходу потока, составляет приблизительно 5:1 до приблизительно 1,2:1.

14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что это отношение составляет приблизительно от 3:1 до приблизительно 1,5:1, предпочтительно 2:1.

15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что, по меньшей мере, одно сужение (3) включает часть с суживающимся и расширяющимся внутренним диаметром, причем часть с суживающимся внутренним диаметром расположена выше по ходу потока, а часть с расширяющимся внутренним диаметром расположена ниже по ходу потока.

16. Устройство по п.15, отличающееся тем, что длина части с суживающимся внутренним диаметром короче, чем длина части с расширяющимся внутренним диаметром.

17. Устройство по п.11, отличающееся тем, что труба (4), расположенная ниже сужения (3) по ходу потока, выполнена с возможностью регулировки длины.

18. Устройство по п.11, отличающееся тем, что сужение (3) представляет собой сопло.

19. Устройство по п.18, отличающееся тем, что выше сопла (3) по ходу потока расположен конфузор.

20. Устройство по п.11, отличающееся тем, что диффузор расположен после трубы (4), расположенной ниже сужения по ходу потока, предпочтительно, выше дросселя (5) по ходу потока.

21. Устройство по п.11, отличающееся тем, что приспособление (7) для подачи сточной воды, осадка или органических субстратов является насосом.

22. Устройство по п.21, отличающееся тем, что насос расположен в затопленном стволе (8).

Описание изобретения к патенту

Данное изобретение относится к способу обработки сточной воды, осадка или органических субстратов, используемых в биогазовых установках, содержащих нитевидные и флокулирующие микроорганизмы, с целью снижения или устранения образования объемного осадка, плавающего осадка и/или пены.

При эксплуатации очистных сооружений со стадией биологической очистки приходится неоднократно сталкиваться с проблемами, связанными с существованием агрегатов неосаждающихся или плавающих осадков, в частности, в емкости для активированного осадка и в емкостях для последующего отстаивания или для окончательного осаждения.

Для стабильной работы очистного сооружения необходимо отделять биомассу, которая используется для очистки сточной воды и которая содержит микроорганизмы, применяемые для операции очистки, от очищаемой сточной воды. В процессе с активированным осадком эту биомассу отделяют в основном осаждением в емкости для последующего отстаивания и частично или полностью возвращают в емкость с активированным осадком. Таким образом, надежная работа очистного сооружения со стадией биологической очистки требует использования биомассы, которая хорошо осаждается, или же активированного осадка, который хорошо осаждается.

Биомасса, используемая в емкости с активированным осадком, представляет собой смешанный биоценоз самых разнообразных микроорганизмов. Этот смешанный биоценоз содержит, между прочим, нитевидные бактерии или волокнистые бактерии и флокулирующие бактерии.

Скопления неосаждающегося или плавающего осадка возникают в случае усиленного роста нитевидных бактерий, которые затем объединяются, образуя сеть из волокон. Эта сеть из волокон значительно замедляет процесс уплотнения и осаждения активированного осадка. Скопления плавающего осадка состоят в основном из объемного осадка, плавающего осадка и пены.

Объемный осадок, плавающий осадок и пена могут существовать также, если сточная вода содержит мелкодисперсные маленькие пузырьки газа, гидрофобные компоненты сточной воды и/или структуры клеток, а также поверхностно-активные вещества.

В случае образования объемного осадка, плавающего осадка или пены становится очень трудным или невозможным обеспечить стабильную работу биологического очистного сооружения.

В DE 19843862 А1 описан способ, позволяющий избежать образования плавающего и/или объемного осадка в очистных сооружениях, при котором содержащий биомассу осадок обрабатывают ультразвуком.

В DE 19517381 С1 описано другое устройство для разрушения клеточных структур в осадках биологических очистных сооружений с применением ультразвука.

Недостатком является то, что эти процессы сложны и дороги с технической точки зрения, и к обслуживающему персоналу предъявляются повышенные требования.

KA-Wasserwirtschaft, Abwasser, Abfall 2001 (48) No 5, pp.598-604 обсуждает применение наполнителей и флокулирующих агентов на основе полиалюминатов, таких как, например, полигидроксид алюминия или полихлорид алюминия. Однако применение таких наполнителей и флокулирующих агентов приводит к существенному возрастанию стоимости.

WAP (Wasser Abwasser Praxis) 3/99, pp.25-31 сообщает, что механическое уменьшение размера частиц объемных и плавающих осадков приводит к образованию более мелких скоплений, что улучшает свойства в отношении осаждения.

Операция по уменьшению размеров объемного и плавающего осадка производится при использовании перемешивающей шаровой мельницы, гомогенизатора, работающего на принципе истирания (shearing gap homogeniser), ультразвукового гомогенизатора и гомогенизатора с применением высокого давления. Для того, чтобы иметь возможность осуществить эффективную обработку плавающего осадка, необходимо затратить энергию по меньшей мере около 1000 кДж/м³ осадка.

Здесь недостатком является то, что измельчающие устройства, предложенные в этой публикации, являются сложными и дорогими, и, следовательно, они непригодны, в частности, для многих небольших муниципальных очистных сооружений.

Целью данного изобретения является обеспечение способа и устройства, которые просты в осуществлении и недороги в работе и которые эффективно снижают или исключают образование скоплений неосаждающегося осадка в очистных сооружениях, биогазовых реакторах и т.д.

Предмет данного изобретения связан со способом обработки сточной воды, осадка или органических субстратов, которые применяются в биогазовых установках и содержат нитевидные и флокулирующие микроорганизмы, с целью снижения или исключения образования объемного осадка, плавающего осадка и/или пены, при котором сточные воды, осадок или органические субстраты подают в канал, и в этом канале их подвергают воздействию сдвиговой нагрузки, достаточной для того, чтобы уменьшить относительное количество нитевидных микроорганизмов по сравнению с флокулирующими микроорганизмами.

Предпочтительные исполнения приведены в пп.2-14 формулы изобретения.

Данное изобретение далее описано в основном применительно к очистным сооружениям. Однако данное изобретение никоим образом не ограничивается очистными сооружениями. Изобретение можно также использовать в других биологических установках, в которых нитевидные и флокулирующие микроорганизмы присутствуют и взаимодействуют в смешанном биоценозе. Например, данное изобретение можно также использовать в связи с биогазовыми реакторами и анаэробными ферменторами. В этой связи приведенная далее информация применима, соответственно, к биогазовым реакторам и анаэробным ферменторам.

Согласно данному изобретению сточная вода является предпочтительно активированным осадком или смешанным биоценозом в биологических очистных сооружениях.

Согласно данному изобретению проблема, которая существовала в течение десятилетий - проблема существования объемного осадка, плавающего осадка и пены на стадиях биологической очистки в очистных сооружениях, может быть решена неожиданно простым образом.

Согласно данному изобретению сточную воду, предпочтительно активированный осадок или смешанный биоценоз, подвергают в канале воздействию сдвиговой нагрузки с помощью гидродинамически создаваемых сдвиговых полей. Эти сдвиговые поля возникают из-за наличия градиентов скорости в сточной воде, предпочтительно в активированном осадке или в смешанном биоценозе, которые направляют в канал.

Эти сдвиговые нагрузки приводят к уменьшению размеров или к разделению сети из нитевидных бактерий или скоплений осадка, образованных из длинноволокнистых микроорганизмов. Кроме того, высвобождаются превосходно распределенные пузырьки газа, которые прилипают к скоплениям осадка или включаются в них. Эти пузырьки газа, содержащиеся в необработанных скоплениях осадка, отрицательным образом влияют на седиментационное поведение скоплений осадка.

Наконец, из-за сдвиговой нагрузки процедура включает частичное разрушение нитевидных бактерий и снижение длины волокон этих нитевидных бактерий.

Усилие, производимое сдвиговым полем и прилагаемое к нитевидным бактериям, содержащимся в смешанном биоценозе, приводит, в частности, к изменениям метаболизма нитевидных бактерий, что приводит в случае с нитевидными микроорганизмами или бактериями к изменению кинетики роста. Рост нитевидных микроорганизмов заметно снижается.

Изменение метаболизма нитевидных микроорганизмов должно приписываться, в частности, стимуляции защитных механизмов в отношении давления, которое возникает при приложении сдвиговой нагрузки. Это помимо прочего приводит к выделению внеклеточных полимерных веществ, которые именуются также ВПВ, преимущественно за счет нитевидных микроорганизмов. Эти выделяющиеся внеклеточные полимерные вещества снижают адгезию скоплений осадка, которые в сдвиговом поле уменьшаются в размерах. Эта адгезия противодействует существованию маленьких частиц осадка, которые не осаждаются или которые осаждаются слишком медленно, и это приводит к преимущественной флокуляции и, соответственно, к желаемой седиментации смешанного биоценоза.

Соотношение флокулирующих микроорганизмов и нитевидных микроорганизмов в смешанном биоценозе или активированном осадке изменяется в сторону преимущества флокулирующих микроорганизмов. Увеличение отношения флокулирующих бактерий к нитевидным бактериям в смешанном биоценозе ускоряет осаждение скоплений осадка.

Флокулирующие микроорганизмы, в отличие от нитевидных микроорганизмов, ведут себя хорошо в отношении седиментации.

Предпочтительно сдвиговую нагрузку производят в канале турбулентным потоком. Предпочтительно также в канале обеспечено по меньшей мере одно сужение, через которое направляют сточную воду.

Сточная вода, которую направляют в канал, является в высшей степени турбулентным потоком. Число Рейнольдса турбулентного потока сточной воды или смешанного биоценоза предпочтительно составляет по меньшей мере 100000, предпочтительнее по меньшей мере 180000, более предпочтительно по меньшей мере 250000, и еще более предпочтительно по меньшей мере 500000.

Сточную воду, предпочтительно активированный осадок или смешанный биоценоз, можно нагнетать через канал посредством обычного насоса. В этом случае можно организовать по меньшей мере одно сужение в канале как со стороны всасывания, так и со стороны нагнетания.

В предпочтительном исполнении скорость потока сточной воды увеличивается при прохождении через сужение в канале при снижении давления до тех пор, пока не достигается давление насыщенного пара, что происходит в форме кавитации.

Существование пустот в жидкостях и их перемещение называется кавитацией. Эта пустота может быть образована локальной фазой пониженного давления, сдвиговыми нагрузками или подводом энергии к жидкости. Газы, растворенные в жидкости, диффундируют в пузырьки, образованные таким образом. Когда давление в жидкости снова повышается, эти пузырьки газа резко сжимаются из-за внешнего давления. В ходе сжатия пузырьков их содержимое сжимается так сильно, что локально образуются высокие давления, до нескольких тысяч бар, и высокие температуры, до нескольких тысяч градусов Кельвина. Газ в пузырьках ионизируется, и образуются радикалы.

Кроме того, сжатие пузырьков образует ударные волны и, если это происходит вблизи твердых поверхностей, струю жидкости, которая проходит через пузырек. Струи жидкости и ударные волны, испускаемые пузырьками, имеют достаточную энергию, чтобы раздробить агломераты частиц, например, такие как агломераты осадка, и разрушить открытые макромолекулы и стенки клеток бактерий.

В сужении, организованном в канале, скорость течения увеличивается, и давление падает. Именно в этих условиях возникает кавитация, которая является желательной в отношении способа по данному изобретению. В одном из исполнений способ по данному изобретению предпочтительно включает одновременное существование сдвиговой нагрузки и кавитации.

Сдвиговая нагрузка, вызываемая, например, потоком с высокой турбулентностью, а также кавитация, предпочтительно образованная сужением канала, особенно удачно взаимодействуют в способе по данному изобретению. Сдвиговая нагрузка и эффект кавитации действуют, в частности, на относительно крупные нитевидные микроорганизмы или на сеть волокон, образованную этими нитевидными микроорганизмами. Нитевидные микроорганизмы частично разрушаются при разрыве клеточных мембран. В существенной степени процедура включает уменьшение длины нитей и, таким образом, приводит к тому, что сеть волокон разрывается или уменьшается в размерах.

Неожиданным является то, что флокулирующие бактерии не разрушаются способом по данному изобретению. Кроме того, не происходит никаких существенных изменений в клеточном метаболизме, так что кинетика роста флокулирующих микроорганизмов существенно не замедляется или же существенно не изменяется. Таким образом, с точки зрения различной кинетики роста нитевидных и флокулирующих микроорганизмов, способ по данному изобретению приводит к предпочтительному изменению состава смешанного биоценоза. Таким образом, это изменение состава по бактериям, которое вызывается способом по данному изобретению, приводит к тому, что активированный осадок становится прочным.

В соответствии с еще одним исполнением данного изобретения продолжительность кавитации и, таким образом, период действия кавитации на сточную воду или смешанный биоценоз можно регулировать.

Неожиданно было обнаружено, что кавитация, производимая сужением в канале, может быть получена, если внутренний диаметр канала, который предпочтительно организован ниже по ходу потока по отношению к сужению, больше чем наименьший внутренний диаметр в сужении канала, но меньше, чем внутренний диаметр канала, который расположен выше сужения по ходу потока.

Продолжительность кавитации можно регулировать посредством длины канала, расположенного ниже сужения по ходу потока. Если увеличить длину канала, расположенного по ходу течения ниже сужения, то период воздействия на поток сточной воды, предпочтительно активированный осадок или смешанный биоценоз, также увеличивается.

Отношение внутреннего диаметра канала, расположенного выше сужения по ходу потока, к внутреннему диаметру канала, расположенного ниже сужения по ходу потока, может быть, например, приблизительно между 5:1 и приблизительно 1,2:1, предпочтительно между 3:1 и 1,5:1, очень предпочтительно 2:1.

Отношение наименьшего внутреннего диаметра сужения к внутреннему диаметру канала, расположенного по ходу потока ниже сужения, может составлять, например, от 1:1,2 до 1:3, предпочтительно 1:2.

Особенно удивительно, что в способе по данному изобретению полученная кавитация не вызывает истирания стенок ни в сужении канала, ни в самом канале, расположенном ниже сужения по ходу течения сточной воды, ни в фитингах, которые могут там располагаться.

Предполагается, что из-за более высокого давления у стенок канала кавитационные пузырьки возникают преимущественно в середине канала. Эти кавитационные пузырьки, возникающие в середине потока сточных вод, соответственно не сталкиваются со стенками канала и, следовательно, не могут служить причиной эффекта истирания.

В простейшем случае канал может иметь форму трубы. Сужение в канале в простейшем случае может быть в форме сопла, предпочтительно с геометрией сопла Лаваля.

Кроме того, предмет данного изобретения связан с устройством для обработки сточной воды, осадка или органических субстратов, применяемых в биогазовых установках и содержащих нитевидные и флокулирующие микроорганизмы, для уменьшения или устранения образования объемного осадка, плавающего осадка и/или пены; это устройство имеет канал, имеющий по меньшей мере одно сужение, и приспособление для транспортирования сточной воды, осадка или органических субстратов через этот канал.

Предпочтительные разработки устройств приведены в прилагаемых пунктах 16-28 формулы изобретения.

Что касается соотношения размеров внутренних диаметров канала возле сужения канала или выше и ниже сужения по ходу потока, внимание направлено на упомянутую выше информацию, связанную со способом по данному изобретению.

Предпочтительно, если по меньшей мере одно сужение включает часть, имеющую суживающийся и расширяющийся внутренний диаметр, где, относительно направления потока сточной воды, предпочтительно активированного осадка или смешанного биоценоза, часть с суживающимся внутренним диаметром расположена выше по ходу потока, чем часть с расширяющимся внутренним диаметром.

Например, канал, по ходу потока сточной воды, может сначала иметь коническое сужение до наименьшего внутреннего диаметра, а затем коническое расширение. Сужение предпочтительно является соплом, которое взаимно связывает два канала, предпочтительно трубы.

В другом исполнении данного изобретения сужение или сопло сконструировано так, что длина части с суживающимся внутренним диаметром короче, чем длина части с расширяющимся внутренним диаметром.

В данном исполнении геометрическая конфигурация сужения или сопла соответственно не является симметричной относительно части этого сужения или сопла с наименьшим внутренним диаметром.

Было обнаружено, что если сопло имеет асимметричную конфигурацию, желаемую кавитацию можно отрегулировать таким образом, что получается кавитация, пригодная для целей исключения образования объемных осадков, плавающего осадка и/или пены. В частности, длину последующего участка, на котором образуется кавитация, и, соответственно, период действия кавитации на поток сточной воды можно регулировать посредством выходного угла сопла.

В соответствии с предпочтительным исполнением сопло имеет геометрию сопла Лаваля.

В еще одном исполнении устройства по данному изобретению ниже по ходу потока относительно сужения или сопла в канале организован дроссель, например задвижка. Распространение кавитации можно дополнительно регулировать с помощью этого дросселя.

Пузырьки газа, которые входят в канал, могут оказывать демпфирующее действие на образование кавитации. В этом отношении в соответствии с предпочтительным исполнением изобретения долю газовых пузырьков в потоке сточной воды, который вводят в канал, сокращают. Предпочтительно поток сточной воды дегазируют при транспортировании в канал, например, с помощью насоса, предпочтительно погружного насоса с электроприводом, в затопленом стволе.

Изобретение дополнительно иллюстрируется со ссылкой на Фиг.1-8, на которых представлены:

фиг.1 - схематическое изображение конструкции на примере устройства по данному изобретению;

фиг.2 - схематическое изображение процесса дегазации скоплений осадка в сдвиговом поле;

фиг.3 - схематическое изображение улучшенной флокуляции скоплений осадка с уменьшенными размерами, которая реализуется при выделении внеклеточных полимерных веществ (ВПВ);

фиг.4 - схематическое изображение уменьшения длины волокон нитевидных микроорганизмов в сдвиговом поле и, возможно, кавитации;

фиг.5 - схематическое изображение влияния способа по данному изобретению на кинетику роста флокулирующих микроорганизмов и нитевидных микроорганизмов;

фиг.6 - изображение измеренных значений показателя объема осадка (ПОО) перед применением способа по данному изобретению и после него при испытании очистного сооружения;

фиг.7 - изображение измеренных значений, показывающих стабилизацию параметров процесса по данному изобретению при испытании очистного сооружения;

фиг.8 - схематическое изображение насоса, расположенного в затопленом стволе.

На Фиг.1 изображен схематический вид устройства по данному изобретению. Насос 1 транспортирует сточную воду, предпочтительно активированный осадок или смешанный биоценоз, например, из емкости для активации или емкости для последующего отстаивания (не показано) посредством трубы 2 через сопло 3 в трубу 4. В трубе 4 может быть установлен дроссель 5. Обработанная сточная вода затем выходит из трубы 4 посредством отводящего приспособления 6 предпочтительно обратно в емкость для удаления, например, в емкость для активации или в емкость для последующего отстаивания. Следует учитывать, что обработанную сточную воду можно также отводить посредством отводящего приспособления 6 в дополнительную емкость для улавливания.

Насос 1 может быть расположен в трубе 2 или 4 как выше по течению сопла 3, так и ниже его. Труба 2 имеет внутренний диаметр, который предпочтительно больше, чем внутренний диаметр трубы 4; при этом внутренний диаметр трубы 4 больше, чем наименьший внутренний диаметр сопла 3.

В качестве насоса 1 можно использовать любой насос, пригодный для использования в емкости для отстаивания. Труба 4, расположенная ниже сопла 3 по ходу потока, за счет внутреннего диаметра, который уменьшен по отношению к трубе 2, расположенной выше сопла 3 по ходу потока, имеет более длительный период действия кавитации, производимой соплом 3, на сточную воду или смешанный биоценоз. Длину трубы 4 можно регулировать в зависимости от желаемого периода действия кавитации. Например, труба 4 может быть выполнена с возможностью регулировки ее длины. Это дает возможность достигать желаемого уменьшения длины волокон нитевидных бактерий, а также надежного высвобождения пузырьков газа, заключенных в сеть из волокон, образованную нитевидными микроорганизмами. Кроме того, рост нитевидных микроорганизмов замедляется при приложении нагрузки.

Период действия кавитации можно регулировать, кроме всего прочего, посредством длины трубы 4, расположенной ниже сопла 3 по ходу потока. Кроме того, образование кавитационных пузырьков можно также регулировать давлением в трубе 4, а это давление можно регулировать дроссельной задвижкой 5. Отводящее приспособление 6, предпочтительно в форме распылительной форсунки, при отведении обработанного смешанного биоценоза из устройства по данному изобретению способствует выделению газовых пузырьков, растворенных в агрегатах осадка.

Можно расположить выше сопла 3 по ходу потока конфузор, который уменьшает внутренний диаметр трубы 2, подающей сточную воду, то есть трубы 2, расположенной выше сопла по ходу потока. Это облегчает переход между подающей сточную воду трубой 2 и соплом 3.

Предпочтительно также, если между соплом 3 и дроссельной задвижкой 5 расположен диффузор, этот диффузор увеличивает внутренний диаметр трубы 4, расположенной ниже сопла 3 по ходу потока. Увеличение внутреннего диаметра трубы 4 вызывает увеличение давления в сточной воде, предпочтительно в активированном осадке или в смешанном биоценозе, и кавитация прекращается. Таким образом, можно надежным образом избежать действия кавитации, то есть возникновения кавитационных пузырьков, на дроссельную задвижку 5 и, соответственно, повреждения, например истирания, дроссельной задвижки 5.

Предпочтительно внутренний диаметр трубы 4 ниже диффузора по ходу потока увеличить до величины внутреннего диаметра, которая приблизительно соответствует внутреннему диаметру трубы 2, расположенной выше сопла по ходу потока.

Продолжительность эффекта кавитации и, следовательно, период действия кавитации можно контролировать посредством длины трубы 4 с уменьшенным внутренним диаметром между соплом 3 и диффузором. Можно сделать так, чтобы длину трубопровода 4 между соплом 3 и диффузором можно было изменять, например он может быть телескопическим.

В принципе можно также несколько сопел 3, например два или три, расположить в системе труб последовательно. Однако было обнаружено, что сокращение количества объемного осадка, плавающего осадка и/или пены или же исключение образования объемного осадка, плавающего осадка и/или пены достигается уже при одном сопле 3 при конфигурации согласно данному изобретению.

Устройство по данному изобретению является неожиданно простым с точки зрения конструкции. Соответственно способ и устройство по данному изобретению имеют значительные преимущества, поскольку устройство по существу не требует ухода и, соответственно, способ является недорогим. Преимуществом является то, что для работы не требуется квалифицированный персонал. В этом отношении данное изобретение может быть с успехом использовано как на крупных, так и на малых очистных сооружениях.

На Фиг.2 изображена схема, иллюстрирующая высвобождение пузырьков газа, которые сцеплены со скоплениями осадка или окружены ими и которые высвобождаются из скоплений осадка при воздействии на них сдвигового поля. Плавучесть скоплений осадка существенно уменьшается при высвобождении пузырьков газа, которые сцеплены со скоплениями осадка или окружены ими.

Когда сточная вода, предпочтительно активированный осадок или смешанный биоценоз, протекает через сопло 3, это приводит к дополнительному снижению давления в протекающей сточной воде, что дополнительно способствует отрыву пузырьков газа от скоплений осадка. Другими словами, совместное действие турбулентности, возникающей в сточной воде благодаря соплу 3, и уменьшения давления приводит к желаемому эффекту дегазации в отношении скоплений осадка или к высвобождению прилипших или заключенных в осадок пузырьков газа.

На Фиг.3 изображена улучшенная флокуляция скоплений осадка уменьшенного размера, которая реализуется при выделении внеклеточных полимерных веществ (ВПВ) нитевидными микроорганизмами. На микроорганизмы, находящиеся в сточной воде, воздействует давление, возникающее из-за сдвиговой нагрузки, вызываемой соплом 3, в отношении сточной воды, предпочтительно активированного осадка или смешанного биоценоза. В случае микроорганизмов это давление вызывает выделение ВПВ. Выделение ВПВ приводит к хлопьевидному слипанию скоплений осадка уменьшенного размера.

Этот эффект флокуляции дает большие преимущества с точки зрения желаемого осаждения осадка. Скопление агломератов осадка уменьшенного размера, которое создается благодаря ВПВ, препятствует образованию чрезмерно маленьких хлопьев, которые из-за слишком малого размера не осаждаются или не осаждаются в течение желаемого периода времени.

На Фиг.4 приведена диаграмма уменьшения длины волокон нитевидных микроорганизмов при применении способа по данному изобретению. Кроме уменьшения длины волокон, также разрывается образовавшаяся из волокон сеть.

На Фиг.5 показано влияние способа по данному изобретению на кинетику роста спекулирующих микроорганизмов и микроорганизмов в форме нити или волоса. Фиг.5 показывает, что способ по данному изобретению не влияет или по существу не влияет на скорость роста флокулирующих микроорганизмов.

В противоположность этому, способ по данному изобретению оказывает заметное влияние на скорость роста нитевидных микроорганизмов. Из-за сдвигового поля, прилагаемого в устройстве по данному изобретению, и эффекта кавитации, который предпочтительно имеет место, рост нитевидных микроорганизмов заметно подавляется по сравнению с флокулирующими микроорганизмами. Это приводит к желаемому изменению относительного состава смешанного биоценоза. Отношение количества нитевидных микроорганизмов к количеству флокулирующих микроорганизмов снижается.

Фиг.6 и 7 изображают экспериментальные кривые, полученные при измерениях на опытной установке для обработки сточных вод.

Способ по данному изобретению был осуществлен на очистных сооружениях при количестве стоков, эквивалентном сточным водам, получаемым приблизительно от 12000 жителей. Подаваемые на эту установку сточные воды содержали также значительное количество стоков от текстильной промышленности, и в течение более чем 10 лет там наблюдались проблемы, связанные с образованием объемного и плавающего осадка.

В исследуемом очистном сооружении показатель объема осадка (ПОО) часто составлял свыше 120 мл/г. Слой осадка, который образовывался на емкости последующего отстаивания, удаляли до трех раз в день. Толщина слоя плавающего осадка могла возрастать до 5 см и более.

Устройство по данному изобретению было установлено непосредственно в емкости для активации очистных сооружений. В течение первых двух недель устройство по данному изобретению работало ежедневно только в течение 4 часов (выходная мощность насоса 3,75 кВт при объемной скорости потока 10,6 л/с). Внутренний диаметр трубы, расположенной по ходу потока выше сопла, составлял 100 мм, внутренний диаметр трубы, установленной по ходу потока ниже сопла, составлял 50 мм. Диаметр используемого сопла в самом узком месте составлял 25 мм. Сопло имело геометрию сопла Лаваля.

Выше сопла по ходу потока был расположен конфузор, который уменьшал внутренний диаметр подающей трубы со 100 до 50 мм. Ниже сопла по ходу потока в трубе был установлен дроссель. Между соплом и дросселем был установлен диффузор, который снова увеличивал внутренний диаметр трубы с 50 до 100 мм. Расстояние между соплом и диффузором или длина трубы с внутренним диаметром 500 мм составляла 100 см.

Уже после 3 дней проведения испытаний стало возможным наблюдать в микроскопе заметное снижение длины волокон длинноволокнистых структур в активированном осадке. Этот факт проявлялся и в постепенном снижении показателя объема осадка (ПОО).

После 2 недель проведения испытаний устройство по данному изобретению было переключено на режим непрерывной работы и подвод энергии был увеличен примерно до 350 кДж/м³ смешанного биоценоза (Фиг.6).

Показатель объема осадка (ПОО), который определяет объем осадка, высадившегося из 1 л за 30 минут по отношению к начальной концентрации, упал заметно ниже 100 мл/г после увеличения подведенной мощности. При значениях выше 120 мг/г могут возникнуть существенные проблемы с точки зрения свойств объемного осадка, определяющих его способность к осаждению в емкости последующего отстаивания.

Резкое снижение длины волокон нитевидных микроорганизмов можно было наблюдать в микроскоп уже на следующий день. Показатель объема осадка составлял около 80 мл/г, и это значение сохранялось в течение недель. Это значение заметно ниже порогового значения 120 мг/г, по которому должно оцениваться поведение объемного осадка. Значительное снижение показателя объема осадка, приблизительно до 80 мл/г, произошло как в емкости для активации, так и в емкости для последующего отстаивания.

Совершенно неожиданно было обнаружено, что подводимая к смешанному биоценозу мощность может быть значительно ниже 1000 кДж/м³ для того, чтобы избежать образования объемного и плавающего осадка. В зависимости от соотношения нитевидных микроорганизмов в смешанном биоценозе, подводимая мощность может составлять, например, приблизительно от 200 кДж/м³ смешанного биоценоза до приблизительно 800 кДж/м³ смешанного биоценоза, предпочтительно приблизительно от 250 кДж/м³ смешанного биоценоза до 600 кДж/м ³, еще более предпочтительно приблизительно от 300 кДж/м ³ до приблизительно 500 кДж/м³. Скорость протекания сточной воды или смешанного биоценоза, транспортируемого по трубе 4, в этом случае находится в интервале приблизительно от 3 м/с до 10 м/с, предпочтительно приблизительно от 4 м/с до 8 м/с, еще более предпочтительно приблизительно от 5 м/с до 7 м/с.

Из Фиг.7 можно видеть, что наблюдается также стабилизация и других параметров процесса, то есть можно сказать, что способ по данному изобретению приводит к стабильной работе экспериментальной установки.

Можно явственно видеть, что можно извлечь избыточное количество осадка благодаря улучшенным свойствам в отношении осаждения и тем самым стабилизировать все имеющиеся параметры процесса. При увеличении подводимой мощности примерно до 350 кДж/м³ посредством увеличения мощности насоса происходит сглаживание полученных экспериментальных кривых в отношении показателя осадка в емкости для активации (ПОО-активация), показателя осадка в емкости для последующего отстаивания (ПОО-последующее отстаивание), сухого вещества в емкости для активации (СВ-активация), сухого вещества в емкости для последующего отстаивания (СВ-последующее отстаивание), в отношении возраста осадка и в отношении степени предварительного уплотнения. Смешанный биоценоз заметно улучшается.

На Фиг.8 изображен насос 7, установленный в стволе 8, расположенном ниже поверхности смешанного биоценоза. Ствол 8 обозначен в соответствии с данным изобретением как затопленный ствол 8. В затопленом стволе 8 установлен насос 7, который транспортирует сточную воду, предпочтительно активированный осадок или смешанный биоценоз, в трубу 2. Между насосом 7 и внутренними стенками затопленого ствола 8 образуется зона дегазации. В зоне дегазации пузырьки газа, содержащиеся или удерживаемые в сточной воде или смешанном биоценозе, по меньшей мере частично отделяются и высвобождаются и выходят через ствол, который открыт в направлении к поверхности.