CZ326394A3 - Phosphorus removing method - Google Patents

Description

Způsob odstraňování fosforu

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu odstraňování způsobu, při kterém je fosfor přítomen ve formě ortho fosforečnanu a odstraňuje se adsorpci vápenatých solí na hydratovaný oxid hořečnatý.

Dosavadní stav techniky

Přítomnost fosforu ve vodních tocích, které vstupují do životního prostředí, je považována za nežádoucí vzhledem k účinku, který má tento prvek na eutrofizaci. Třebaže se mohou do vodních toků dostávat značná množství fosforu z povrchových vod, které vymývají fosfor z půdy v povodí (zejména v zemědělských oblastech hnojených chemikáliemi obsahujícími fosfor), je podíl fosforu, který se do prostředí dostává z komunálních a průmyslových odpadních vod. Tak například v Hawkesbury v povodí řeky Nepean poblíž Sydney v Austrálii pochází podle odhadu 1/3 až 1/2 celkového rozpuštěného fosforu z kanalizace.

Problémy nadměrného množství fosforu ve vodních tocích jsou již známy nějakou dobu a v dosavadním stavu techniky je známo množství metod, zaměřených na upřesnění a řešení problému. Cílem těchto postupů je zbavit vodní odpady většiny fosforu, aby jejich kvalita odpovídala příslušným předpisům na ochranu životního prostředí.

Jedním z obecných přístupů k problému odstraňování fosforuje zpracování odpadní vody obsahující fosfor přidáváním solí kovů, čímž se vytvoří nerozpustná sloučenina kovu obsahující fosfor, která se pak odstraňuje z vody usazováním nebo, jinými postupy. Některé z těchto postupů používají soli hliníku nebo železa a také vápno. Při tomto postupu se tvoří nerozpustné fosforečnany hliníku, železa či vápníku.

Tyto dosavadní postupy sice byly do určité míry úspěšné, neboť umožnily splnit hodnoty, stanovené v normách, avšak požadavky na omezení množství fosforu v odcházejících odpadních vodách pro ochranu životního prostředí se zpřísňují, takže by nebylo možno splnit tyto zpřísněné normy bez velmi značného zvýšení dávek srážecích činidel a/nebo velmi výrazného technologického zlepšení stávajících čistíren odpadních vod. Údaje o množství solí železa, které by bylo nutné pro snížení koncentrace fosforu na 0,15 mg/1 lze nalézt v článku D M Philp J.Wat.Poll.Cont.Fed. 57(8) 1984, str. 841 až 846, kde se popisuje odstraňování fosforu z velkého objemu odpadních vod poblíž Canberry v Austrálii.

Zlepšení použitím solí kovů s sebou nese zvýšení nákladů a zdražení celého procesu, avšak ještě závažnější nevýhodou je, že při použití těchto chemikálií pro vy srážení fosforu vznikají velmi gelovité kalové produkty, které jsou těžko zpracovatelné a obtížně se zbavují vody. Použití chemického srážení fosforu má obvykle za následek zvýšení objemu kalu o 30 až 40 % a s tím spojené zvýšení nákladů na transport a skládkování. Kal také obsahuje zvýšené množství hliníku nebo železa, který může ztížit jeho uplatnění jako hnojivou přísadu v zemědělství. Dále může v některých případech použití těchto chemikálií komplikovat účinnost různých biologických způsobů, používaných pro odstraňování uhlíku a dusíku, neboť chemikálie, použité ke srážení fosforu mohou mít vliv na pH v bioreaktorech.

Další nevýhodou je, že značné množství fosforu se ztratí v podobě kalu. Například se odhaduje, že město s 500 000 obyvateli ztrácí v důsledku použití chemického srážení v čistírenském kalu v ročně okolo 3001 (elementárního fosforu).

Dalším obecným přístupem k řešení problému odstraňování fosforu je použití adsorbentů. Při tomto způsobu se fosfor sráží na vhodném mediu, na kterém pak zůstává adsorbován. Když je zachycovací medium dostatečně nasyceno fosforem, odstraňuje se a využívá se buď tak, že se z něho získává fosfor a medium se zregeneruje, nebo se používá přímo jako zdroj fosforu například v směsných hnojivech. Vzhledem k tomu, že při tomto způsobu se získává malý objem produktu, nasyceného fosforem v recyklovatelné formě, jeví se tato metoda jako výhodnější proti jiným. Navíc se zmenšují celkové objemy kalu z čištění odpadních vod.

Metody absorpční se uvádějí ve známém stavu jako vhodné pro odstranění fosforu z vodních toků. Viz Pac. Chem. Eng. Cong. 4, 259 až 264 (1983), Hirasawa a kol popisují způsob odstraňování fosforu, při kterém se fosfor odstraňuje ve formě krystalického hydroxy apatitu, který se vytváří na mediu, jako je například fosforečná hornina nebo kostní uhlí. Tato media podle autorů způsobují krystalizací. při tomto procesu se odpadní voda s obsahem fosforu nejprve zbaví oxidu uhličitého a pak se přidá vhodné množství hydroxidu vápenatého. Potom prochází podle jednoho provedení čištěná voda pískovým filtrem a potom účinným mediem v pevném loži. Z tohoto pevného lože vytéká vyčištěná voda. Podle druhého způsobu prochází čištěná voda fluidním ložem účinného media, potom přes pískový filtr a nakonec účinným mediem v pevném loži. Z tohoto pevného lože vytéká vyčištěná voda.

Autoři uvádějí, že u sekundárního odtoku odpadních vod o vydatnosti 100 irP/den, který obsahuje 2 až 3 mg/1 fosforu, se množství fosforu snížilo na 0,26 až 0,35 mg/1.

V J. Water Pollut. Cont. Fed. 60(7), 1239 až 1244 (1988) Kaneko a kol. popisuje způsob odstraňování fosforu za použití magnéziového granulovaného aktivovaného slínku, při čemž uvádějí jeho složení následující: 95 % MgO, 3 % CaO a 1 % SÍO2.

Tento proces v podstatě zahrnuje přidávání hydroxidu sodného a síranu vápenatého do předčištěné odpadní vody tak, aby bylo pH 8 až 9 a koncentrace vápníku od 50 do 60 mg/1. Čištěný roztok prochází směrem shora dolů pískovým filtrem, kde se odstraňují suspendované pevné látky a poté kolonou s obsahem magnéziového granulovaného aktivovaného slínku, kde se odstraňuje fosfor. Při průtoku 3,0 itP/m^ objemu MgO lože za hodinu se snížila koncentrace fosforu z 2 až 5 mg/1 na úroveň nižší než 0,5 mg/1. Když se asi po 8 měsících provozu zvýšila koncentrace fosforu nad uvedenou úroveň, byla pálená magnézie regenerována působením 2% kyseliny octové. Autoři uvádějí, že nebylo nutné odstraňovat oxid uhličitý v nátoku.

Na základě shora uvedené práce se objevily další příbuzné japonské výzkumy. Tak například v JP 62 16795-A se uvádí odstraňování fosforu z odpadní vody v systému s fluidním ložem, které sestává z různých materiálů absorbujících fosfor včetně lehce pálené magnézie. Postup, jak je v přihlášce popsán, zahrnuje výrazné recyklování odpadního proudu, zbaveného fosforu, což napomáhá fluidizaci reakčního lože a dále se zde objevuje požadavek přidávání aniontového polymeru do reakční směsi.

V Wat. Res. 25(8), 959 až 965 (1991), Roques a kol. popisují jiný proces na odstranění fosforu z odpadních vod, používající napůl pálený dolomit jako fosfor fixující medium. Uvádějí, že toto medium sestává z ekvimolární směsi MgO a CaCOj a mělo průměr částic od 0,5 do 2 mm se střední hodnotou 1,5 mm. Příklady ukazují, že zrna o průměru 0,5 mm měla absorpční kapacitu fosforu 10 mg PO4 na 1 g media. Kyselá regenerace media byla neúspěšná v důsledku rozpadu jeho částic. Jelikož bylo zjištěno, že absorpční kapacita fosforu je závislá na měrném povrchu media, byl testován práškový materiál s měrným povrchem 1200 m^/m^ a porovnán se srovnávacímu materiálem s měrným povrchem 3900 nP/nP Použití tohoto materiálu zdvojnásobilo pohltivost fosforu, přičemž se dosáhlo zhruba absorpční kapacity⁷ 20 mg PO4 na 1 g media. Autoři uvádějí, že jemně práškové medium (střední průměr pod 100 mikronů) ... se má přivádět do mírně axiálně míchané nádrže za účelem jeho zabudování přímo do bakteriálních vloček. To napomáhá zdrženi pevných látek během jejich průchodu sedimentační nádrží. Množství produkovaného kalu se při tom výrazně nezvýší a pH odcházející vody dovoluje, aby se vypouštěla přímo do vodních toků.

Je zřejmé, že autoři zjistili, jakou úlohu hraje aditivování finální sraženiny vloček, která vzniká při biologickém zpracování při současném získání odstraněného fosforu.

Podstata vynálezu

Tento vynález, při znalosti užitečnosti již dříve známých způsobů odstraňování fosforu, je založen na překvapivém zjištění, že použiti magnézie v relativně jemném změní částic v mírně míchaném loži se dosáhne vysoce účinného odstranění fosforu ze znečištěné vody.

Vynález spočívá ve způsobu odstraňování fosforu v podobě orthofosforečnanu ze znečištěné vody, popřípadě zbavené oxidu uhličitého, který zahrnuje přidávám účinného množství vápenatých iontů, úpravu pH na hodnotu mezi asi 5,0 až 8,0, uvádění čištěné vody do reakční nádoby, uvádění této vody do kontaktu s oxidem hořečnatým v podobě jemných částic v množství, dostatečném k tomu, aby tento oxid zachytil vznikající fosfát hořečnatý, za současného míchání oxidu hořečnatého a odstraňování čištěné vody, zbavené fosforu, z reakční nádoby.

Při použití tohoto způsobu mohou být obvykle koncentrace orthofosforečnanu spolehlivě sníženy z několika set mg/1 (jako fosfor) ve znečištěné vodě na 0,3 mg/1 (jako fosfor) v odtoku nebo ještě níže, při kontinuálním provedení. Kromě toho je konečný pevný produkt, odcházející z reaktoru, výrazně obohacen fosforem a - v závislosti na konkrétním provádění procesu - může obsahovat 5 až 18 % nebo více elementárního fosforu. To představuje doplňkový vysoce kvalitní zdroj tohoto prvku, použitelný pro jeho recyklovám do různých výrob.

Vody obsahující mohou pocházet z různých zdrojů, zahrnujících odtoky z primárního, sekundárního a terciárního stupně čištění odpadních vod, průmyslové odpadní vody nebo technologické proudy. Tyto vody mohou také obsahovat těžké kovy, které by škodily životnímu prostředí, pokud by nebyly odstraněny před vypouštěním konečného odtoku. Kromě odstraňování fosforu je ovšem základní vlastností magnézie působit absorpci těžkých kovů ve formě hydroxidů. Pro odpadní vody, obsahující značná množství organických nebo nerozpustných látek, přítomných v podobě částeček je v některých případech nutné aerobní nebo anaerobní čištění, popřípadě s následnou pískovou filtrací pro odstranění látek v podobě částeček.

Ačkoliv pro nasycení čištění vody vápníkem je možno použít nejrůznějších kombinací solí vápníku, jsou dvěma snadno dostupnými zdroji sádra - CaSO4.2H2O - a chlorid vápenatý. Množství vápníku, které by mělo být dodáno do odpadní vody, závisí na požadované koncentraci na výstupu procesu, obvykle aby se dosáhlo snížení koncentrace fosforu ze vstupní hodnoty (Pin) v mg/1 na méně než 0,2 mg/1 na výstupu, musí se přidat do nátoku alespoň [2 x Pin + 80] mg/1 nebo více Vápníku při současném udržování pH v reaktoru nad 9,7.

Při výhodném provedení se vstupní proud obohacuje vápníkem na požadovanou koncentraci tak, že se oddělí část proudu (obvykle 10 až 20 % celkového množství) do malé míchané nádrže, do které se přidává pevná sádra ve vhodném poměru. Tento oddělený proud, nasycený síranem vápenatým, se poté spojuje s hlavním proudem. Pokud se jako zdroje vápníku používá rozpustnější vápenatá sůl, jako CaCl2, není nutné oddělovat proud pro přidávání a lze koncentrovaný roztok soli jednoduše přidávat do vstupu v požadovaném poměru.

V některých případech je vhodné, aby se odpadní voda, obsahující fosfor zbavila před kontaktem s magnézií oxidu uhličitého. Jak hydrogenuhličitany, tak i rozpuštěný oxid uhličitý, mohou nepříznivě ovlivňovat usazování fosforu konkurenční reakcí s vápníkem, která vede k usazování CaCC>3 - uhličitanu vápenatého. Jedním ze způsobů odstraňování oxidu uhličitého je úprava pH odpadní vody na 4 až 4,5 pomocí zředěné minerální kyseliny s následným stripováním vzduchem. Pro tento účel je výborně použitelná kyselina sírová. Po tomto procesu může být žádoucí upravení pH vody na vyšší hodnoty mírnou přísadou hydroxidu sodného, amoniaku, vápna či jiné vhodné zásady.

Odstranění oxidu uhličitého lze provádět před nebo po přidání vápníku. Je však výhodné odstraňovat oxid uhličitý před nasycením nátoku vápníkem.

Je-li zpracovávaná voda tímto způsobem upravena, přivádí se do reakční nádoby, výhodně do její spodní části. Bylo zjištěno, že výhodným tvarem nádoby je tvar válcový s konickým dnem, neboť takové uspořádání podporuje rovnoměrné rozdělování vmíchávaného přítoku. Nicméně je možno použít jakékoliv tvarování této nádoby, umožňující distribuci vmíchávaného přítoku. Množství jemné magnézie uváděné, které se přivede do nádoby, se mírně míchá stoupajícím proudem a určitý horizontální pohyb magnéziového lože se dodává pomalým otáčením míchadla. Důvodem tohoto míchání je zabránit vzniku kanálu krátkého spojení mezi vstupem a výstupem, které by mělo za následek zkrácení doby kontaktu. Jak kapalina prochází magnézií, usazuje se fosfor na částicích v podobě amorfní sraženiny fosforečnanu vápenatého.

Magnézie, jak je zde tento termín používán, vhodná pro reakční lože, by měla být v podobě jemných částic, aby se dosáhlo co nejvyšší aktivity této složky. Výhodná je velikost částic kolem 200 mikronů, zejména pak kolem 100 mikronů nebo méně. Pokud jsou však částečky příliš malé, část lože se ztrácí únikem do výtoku. Bylo zjištěno, že je například použitelná komerčně dostupná magnézie Enviromag 75 dostupná od ICI - se středním průměrem částic kolem 10 mikronů a s takovým rozdělením velikosti částic, že 95 % hmotnostních projde 75 mikronovým sítem. Tento materiál má měrný povrch 40 m^/g a složení:

MgO	95 až 97 %
CaO	1,5 až 2,8%
SiO2	0,5 až 0,8 %
AI2O3	0,1 %

Fe2C>3 OJ %

Je třeba poznamenat, že uvedení tohoto materiálu jako vhodného nijak neomezuje vynález a neznamená, že by ze zdrojů oxidu hořečnatého byl použitelný jen on sám. Oxidy hořčíku nebo materiály, které je obsahují ve významném množství z jiných zdrojů v hydratované nebo nehydratované formě a s odlišným rozdělením částic a směsi chemických látek s obsahem oxidu hořčíku lze také při způsobu podle vynálezu použít pro odstraňování fosforu z odpadních vod nebo z jiných technologických proudů.

Pokud se způsob podle vynálezu provozuje s vysokým průtokem, lze z lože odebírat určitou část pevného materiálu. Je-li koncentrace pevných látek na výstupu ze zařízení nepřijatelná, lze tyto rozptýlené pevné látky odfiltrovat obvyklým způsobem, popřípadě ve spojení s flokulací a srážením, s použitím aniontových polymerů jako promotorů flokulace jemných částic.

V souvislosti s ukládáním fosforu bylo zjištěni, že objem fluidního lože začíná růst spojitě s rostoucím průtokem kapaliny reaktorem, t.j. v závislosti na povrchovém plnění a také v závislosti na koncentraci fosforu v nátokovém proudu. Po určité době se však fluidizovaný objem lože ustálí a velice výrazně vzrostou srážecí schopnosti lože. Toto ustálení lože se ukazuje být závislé na stupni hydratace oxidu hořečnatého a jeho přeměny na hydroxid hořečnatý. Vzrůstání objemu lože, zejména pokud je intenzivně čerpána do reaktoru znečištěná voda s vysokým obsahem fosforu, vyžaduje určitou opatrnost při nabíhání procesu, než se lože stabilizuje. Bylo však zjištěno, že postup lze provádět při hodnotách povrchového plnění 0,5 až 2,0 metr/h při koncentraci nad 90 mg/1 fosforu na vstupu.

Znečištěné vody s vyšším obsahem fosforu lze také úspěšně zpracovávat, ale v takovém případě je třeba čerpat zpočátku do vstupu menší objem za jednotku času, v závislosti na celkovém objemu reaktoru.

Po průchodu reakční zonou a usazovacím procesem se z reaktoru vypouští zpracovaná voda, zbavená fosforu, přičemž ve výhodném provedení se odebírá z jeho horní části. Výhodně je střední doba zdržení 0,5 až 2 hodiny. Na tomto místě je důležité poznamenat, že tato doba zdržení se spíše řídí podle usazovacích vlastností reakční směsi než nějakým inherentním zpomalením rychlosti reakce. Termodynamická chemická rovnováha se dosáhne relativně rychle a koncentrace roztoku orthofosforečnanu na výstupu reaktoru je dána vztahem: Celková koncentrace fosforu na výstupu = 0,46 x (1 + 10^2,37-pHyQ_al,5 (vyjádřená v mg/1) přičemž symbol Ca v tomto vztahu znamená koncentraci vápníku na výstupu reaktoru vyjádřenou také v mg/1.

Přehled obrázků na výkresech

Obr. 1 je průtokové schéma, znázorňující jedno provedení způsobu podle vynálezu. Obr. 2 je průtokové schéma, znázorňující druhé provedení podle vynálezu.

Obr. 3 je průtokové schéma, znázorňující třetí provedení podle vynálezu.

Obr. 4 je průtokové schéma, znázorňující čtvrté provedení podle vynálezu.

Obr. 5 zobrazuje schematicky provedení způsobu, použité v v příkladech 1 a 2.

Obr. 6 zobrazuje schematicky reaktor větších rozměrů a připojenou usazovací nádrž, jak jsou použity v příkladech 6, 7 a 8.

Obr. 7 je graf představující vyhodnocení účinnosti způsobu podle příkladu 1.

Obr. 8 je graf, představující vyhodnocení účinnosti způsobu podle příkladu 2.

Obr. 9 je graf, představující vyhodnocení účinnosti způsobu podle příkladu 4.

Obr. 10 je graf, představující vyhodnocení účinnosti způsobu podle příkladů 6 a 7.

Varianty provedení podle vynálezu

Konkrétní rozměry reaktoru podle obr. 1, který byl použit v převážné většině příkladů, budou uvedeny dále, jiné rozměry a sestavení reaktoru jsou odpovídající. První jednoduchou variantou je vertikální válcová reakční nádoba, opatřená vhodným míchadlem, která opět pracuje se vzestupným proudem.

Při tomto provedení je funkce základní nádoby dvojí, neboť tato nádoba jednak tvoří reakční zónu pro různé významné probíhající reakce a zároveň slouží jako usazovák.

V souladu s tím musí být provozována se vzestupným prouděním o rychlosti menší, než je rychlost usazování většiny částic, obsahujících fosfáty hořčíku/vápníku.

Na obr. 1 je znázorněno jedno provedení způsobu podle vynálezu. Při tomto provedení vstupuje proud 10 s obsahem fosforu do nádoby 13. Do kapaliny 12 obsahující fosfor se přidává kyselina 14 v množství, dostatečném k úpravě pH na 4,5. Poté se probublává kapalinou 12 vzduch Π. za účelem úplného zbavení oxidu , uhličitého.

Když je oxid uhličitý z kapaliny 12 odstraněn, čerpá se tato kapalina do nižšího, konického konce 23 reakční nádoby 22 čerpadlem 21. Část kapaliny 12, zbavené oxidu uhličitého se odvádí za pomoci čerpadla 18 do další nádoby 16. V této nádobě se přidává za současného míchání sádra 15 tak, aby se dosáhlo potřebné koncentrace vápníku v kapalině F7. Ta se pak vede potrubím 20 zpět do potrubí 19, aby se efektivně získal proud obohacený vápníkem, který se vede do nádoby 22.

Magnézie 24 se přidává do nádoby 22 za účelem vytvoření lože o výšce 26, ve kterém se za současného mícháním míchadlem 25, ve spojem se vzestupným prouděním, které způsobuje čerpadlo 21. dosahuje maximálního kontaktu mezi ložem s obsahem oxidu hořečnatého a a proudem kapaliny, obsahující fosfor. Je však třeba podotknout, že intenzita míchání se omezuje na minimum, nezbytné k zabránění vzniku kanálu krátkého spojem vstupu s výstupem.

Po fázi kontaktu mezi proudem kapaliny a magnézií se odebírá v hloubce 27 potrubím 28 do promíchávané nádoby 32. V této nádobě se přidává aniontový polymer 30 za účelem flokulace pevných látek v kapalném proudu 31, který je obsahuje a je při tom promícháván míchadlem 29. Flokulant 33 se po čase sbírá a odstraňuje se 35 společně s magnézií 36, nasycenou fosforem z reakční nádoby 22 k následujícímu odvodnění až na pevný zbytek 34 za vzniku proudu 37 kapaliny. Pevný zbytek 34 se odvádí jako fosforem obohacený produkt 39, vhodný jako hnojivo. Proud 37 se vrací zpět do potrubí 28.

Proud 40 zbavený fosforu po flokulaci v nádobě 32 prochází nádobou 41, kde se do něj vhání oxid uhličitý 43 až se dosáhne pH kapaliny 42 v této nádobě kolem 7 až 8. Po úpravě pH se proud zbavený fosforu odvádí jako odtok 44.

Provedení, znázorněné na obr. 2 má znaky už uvedené v provedení na obr. 1.

Podstatným rozdílem je však u tohoto provedení oproti obr. 1 ta skutečnost, že se místo přivádění sádry do odděleného proudu, zbaveného oxidu uhličitého, přidává sádrové lože 45 přímo do spodní části reakční nádoby pod magnéziovým ložem 24.

Při provádění tohoto způsobu protéká vstupující kapalina nejprve vrstvou sádry⁷, kde se obohatí vápenatými ionty a pak se vede do horní oblasti, kde vysoké pH a velký povrch částic oxidu hořečnatého dovoluje usazování amorfního fosforečnanu vápenatého. Toto smíšené uspořádání fluidního lože obvykle vyžaduje přidávání vápníku do proudu čištěné kapaliny před jejím vstupem do reaktoru. Při provozování této varianty způsobu podle vynálezu bylo zjištěno, že těžší vrstva síranu vápenatého zůstává v podstatě oddělená od horní oblasti s nižší hustotou, obsahující oxid hořečnatý se zachycenými sloučeninami fosforu. Vzhledem k tomu, že sádra je ve vodě dost rozpustná, může být nutné občas doplnit nižší vrstvu čerstvou sádrou.

Hlavní nevýhodou této varianty provádění způsobu podle vynálezu je, že odcházející proud odnáší v důsledku rozpustnosti sádry ve vodě, dost velké její množství. To může být škodlivé zejména pro vody s vysokou salinitou. Za druhé dochází ke kontaminaci pevného produktu s obsahem fosforu, který se odebírá z reaktoru, částí nezužitkované sádry.

Jinou zchudnou sestavou je takové provedení, při němž se vstup (doplňovaný vápníkem) čerpá do kontinuálně míchaného reaktoru, který může být relativně malých rozměrů, s obsahem suspenze magnézie. Celková reakční směs se pak nechá protékat běžným usazovacím a sušícím zařízením, (například konickou nádrží nebo šikmým plochým usazovákem), kde se pak, po usazeni pevných látek, ze soustavy odebírá čirý, fosforu zbavený roztok. Zahuštěný kal s obsahem fosforu se pak čerpá buď všechen, nebo zčásti, zpět do reakční nádoby. Jak dochází ke spotřebovávání činidla s obsahem oxidu hořečnatého, je třeba přidávat v malém množství do reakční směsi čerstvý MgO.

Pokud se postupuje tímto způsobem, proces se skládá z odděleného reakčního a usazovacího stupně a v některých případech může tento způsob nabízet výhody oproti jednostupňovému způsobu, popsanému před tím. Při tomto provedení může být výhodné používat pro promíchávání prostoru v reakční nádobě tyčovité míchadlo.

Na obr. 3 je provedení znázorněno schematicky, se znaky jako u provedení na obr. 1 a 2 s použitím stejných čísel jako vztahových značek. Konkrétně se znečištěná voda, obohacená vápníkem, ze které byl odstraněn oxid uhličitý čerpá pomocí čerpadla 21 do reakční nádoby 100, která obsahuje magnéziové lože 101. To je kontinuálně promícháváno míchadlem 102. Po nějaké době se reakční směs s nasycenou magnézií nechá přetékat proudem 103 do běžného usazovacího nebo zahušťovacího zařízení, kterým jev daném případě konická nádrž 104. Po usazení pevných látek 106 se čirá fosforu zbavená kapalina odvádí proudem 107 do nádrže 32 pro odstranění vloček, jak byla již shora popsána. Pevná látky 106 se odebírá jako zahuštěný kal a vrací se do nádrže 100 nebo, pokud je magnézie plně nasycena, vede se do odvodňovacího stupně, jak bylo již shora popsáno.

V dalším provedení je výhodně odstraněna tendence lože zvětšovat svůj objem v důsledku sycení fosforem. Při tomto způsobu se vstupní odpadní voda - předběžně, je-li to požadováno, obohacená vápníkem a/nebo zbavená oxidu uhličitého - přivádí u konce dna, které je výhodně konického tvaru pro zajištění rovnoměrného rozdělování kapaliny, válcového reaktoru naplněného oxidem hořečnatým. Jak proces pokračuje, reakční směs je stále více obohacována o zachycený fosfor a v důsledku toho rychlost vzestupného proudu v celém objemu lože vzrůstá. Objem lože roste a zabírá stále větší podíl z celkového objemu reaktoru a demarkační čára mezi reagující hmotou a čirým supematantem, nyní už do značné míry zbaveným orthofosfátu, postupně ve válci stoupá.

Při tomto provedení se lože nechá stoupnout do určité výšky reaktoru kal obohacený o fosfor se odebírá vhodně upraveným výstupem, a to buď kontinuálně, nebo v odpovídajících várkách ve stanovených časových intervalech. Jelikož objem lože roste mnohem pomaleji než se přivádí vstupní proud, je třeba odebírat kal v objemu obvykle pouze 3 až 5 % celkového průtoku a hlavní podíl průtoku odchází z reaktoru výstupem umístěným v horní část reakční nádoby. Je samozřejmě nutno nahrazovat ztracený objem lože čerstvým oxidem hořečnatým a buď kontinuálním nebo semikontinuálním způsobem.

Při vhodné volbě vstupní hmoty na bázi MgO a ve vzájemné závislosti vhodného vstupního nátoku znečištěné vody a koncentrace orthofosforečnanu, je možno navrhnout reaktor v takové podobě, že koncentrace fosforu v pevné složce odebíraného kalu má jakoukoliv požadovanou hodnotu.

Při tomto provedení nevzniká potřeba recy klovám kalu s jedinou výjimkou, že supematant, vznikající při nutném odvodňování kalu se vrací do základního vstupního proudu.

Toto provedení je zobrazeno schematicky na obr. 4, s použitím stejných významů vztahových znaků jako v provedeních na obr. 1 a 2. Konkrétně v tomto případě, jak objem lože sycené magnézie roste, odtok 38 odtéká z nádoby 22 výstupem 201 na jejím horním konci. Čerstvá magnézie 202 se do nádoby 22 přidává pro opětovné udržování objemu lože.

Neopatrným zvýšením přítoku kapaliny může dojít k změně vlastností reagující hmoty, důležitých zejména pro usazování a jemné částice překročí oblast, kde mají být udržovány. To lze řešit pomocí finálního filtračního stupně popřípadě doplněného polymerovou doplňkovou flokulací.

V posledním případě bylo zjištěno, že lze vypustit recyklování malého množství vznikajících vloček zpět do hlavní reakční nádoby, neboť rezidua polymeru snižují aktivitu oxidu hořečnatého.

Ve všech případech proces v reaktoru probíhá při vysokém pH přičemž oxid hořečnatý se uvádí do kontaktu s proudem, obsahujícím fosfor při pH asi 8 až 12. S výhodou je hodnota pH od asi 9 do asi 11. Volba pH je určována rozpustností oxidu hořečnatého. Je-li to žádoucí, pH přiváděné znečištěné vody na vstupu se může snižovat dávkováním zředěné minerální kyseliny - například kyseliny sírové - nebo finálním zpracováním s oxidem uhličitým - t.j. rekarbonací.

Z popisu, který byl uveden je zřejmé, že předložený postup představuje od základu odlišný přístup ve srovnání s postupy popsanými ve známém stavu techniky a specificky je předložený vynález založen na použití jemně mleté magnézie a na reakční nádobě, v které je magnézie přítomna jako promíchávané, spíše než fixní lože.

Oba procesy, jak proces, který popsal Kaneko a kol., tak proces popsaný Hirasawou a kol., využívají granulovaného media ve fixních ložích, dále Roques a kol. používá částečně páleného dolomitového materiálu, který je chemicky odlišný od magnézie podle předloženého vynálezu.

Dále je třeba poznamenat, že Roques a kol. uvádějí přidávání částečně páleného dolomitu jako závěrečný stupeň biologického zpracování odpadu. V tomto stupni je přítomno kromě rozpuštěného fosforu značné množství organického materiálu. Tento organický materiál se adsorbuje na jimi používané médium, čímž obaluje aktivní povrch a v důsledku toho snižuje schopnost zachycovat velká množství fosforu. Tento fakt byl autory rozpoznán, když uváděli polovypálený dolomit jako přísadu k usazeným biologickým vločkám.

V podstatě jejich proces je jednou z metod popisujících zlepšení usazovacích vlastností zpracovávaného odpadu, při němž lze také odstranit část fosforu.

Za účelem lepšího porozumění podstatě a rozsahu předkládaného vynálezu, jsou dále popsány experimenty, prováděné v laboratorním měřítku, v kterých se využívá různých konfigurací reaktoru. Tyto experimenty byly prováděny v měřítku laboratorní konstrukce na malé aparatuře, schopné zpracovat průtok 50 1/hod.

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1

Tento laboratorní experiment je charakterizován průtokovým schématem na obr. 1 a bylo při něm použito použitím zařízení, které je znázorněno na obr. 5. Jedná se o první experiment, který sloužil obecně k definování a stanovení provozních podmínek, které pak byly použity při následujících experimentech.

Zařízení, které bylo používáno při provádění tohoto experimentu, je dále popsáno s odkazem na obr. 5.

Nátok 320, zbavený oxidu uhličitého a obsahující fosfor a obohacený vápenatými ionty, byl čerpán dnem 323 2,5 1 konického reaktoru s použitím peristaltického čerpadla (není znázorněno). Reaktor byl před tím naplněn oxidem hořečnatým za účelem vytvoření lože 324 do výšky 326. Aby se zabránilo proniknutí lože 324 do plnícího potrubí, bylo opatřeno zátkou 321 ze skleněné vaty v místě u dna 323 reaktoru 322.

Po určité době hladina celkové kapaliny v reaktoru vzrostla na výšku 327· V tomto okamžiku se začalo s vypouštěním odtoku pomocí gravitace 328 plexisklovou trubicí 329. obsahující vložku 339 skleněné vaty.

Po filtraci se proud 331 zbavený fosforu vedl do 3 1 shromažďovací nádoby 332. Zfiltrovaný a fosforu zbavený odtok se pak ze shromažďovací nádoby 332 vypouštěl výstupem 340.

Prvním experimentem, využívajícím toto zařízení je dále detailně popsaný následující postup:

Odtok z terciárního stupně čistírny odpadních vod v Quakers Hill (poblíž Sydney v Austrálii) byl obohacen přídavkem 1 až 2 mg/1 fosforu ve formě disodiumhydrogenfosforu tak, aby koncentrace fosforu na vstupu do reaktoru mezi 10 a 40 mg/1. Koncentrace vápníku byla také doplňována přidáváním CaCl2 o obvyklé koncentraci vápenatých iontů mezi 70 a 140 mg/1.

Hydrogenuhličitan a rozpuštěný oxid uhličitý, což jsou sloučeniny, které by mohly rušit zachycování fosforu konkurenční reakcí s vápenatými ionty za vzniku uhličitanu vápenatého (CaCO3) v reaktoru, byly přítomny v odtoku v koncentraci odpovídající asi 120 mg/1 HCO3 a byly odstraněny stripováním. Poté bylo pH sníženo z asi 7 na 4 až 4,5 použitím zředěné kyseliny sírové a následným asi půlhodinovým probubláváním vzduchem pomocí akvarijního aerátoru. Pak bylo upraveno pH zpět na 6,5 až 7,5 roztokem hydroxidu sodného. Bylo by však možno použít jiného zásaditého materiálu, jako vápna nebo roztoku amoniaku. Připomínáme, že následné působení lože MgO by zneutralizovalo případná rezidua kyseliny. Nicméně to by současně vedlo k částečnému znovurozpuštění již zachyceného fosforu a mohlo působit problémy v interpretaci reaktoru a účinnosti způsobu.

Kapalina 320 pak byla čerpána ke dnu 323 konického reaktoru 322 pomocí peristaltického čerpadla průtokem mezi 500 a 1000 mg/h. Použitý reaktor měl konické dno o objemu 1,5 1 a válcovitou horní část o objemu 1 1, takže celkový objem reaktoru by!2,5 1. Při najíždění experimentu byl reaktor nejdříve naplněn 100 g jemně zrnitého oxidu hořečnatého 324 obchodně dostupného jako Enviromag-75 (ICI) a do dna konické sekce byla vložena vložka 339 z jemné skleněné vaty, aby se předešlo toku zpět do přítokového potrubí.

Reaktor byl také opatřen míchadlem 325 takového tvaru který umožňoval mírné promíchávání obsahu reaktoru. Toto promíchávání bylo shledáno nezbytným, aby se předešlo vytvoření kanálu v loži, který by způsobil v systému krátké spojení a signifikantně snížil účinnost procesu. Rychlost míchání byla asi 40 otáček za minutu.

V průběhu provozování objem reaktivního lože viditelně vzrůstala asi čtyřnásobně, jako důsledek vzestupného proudu kapaliny a mírného míchání. S postupujícím časem, jak rostl obsah fosforu v loži, tak postupně také vzrůstal celkový objem lože.

Při dosažení výšky 327 byl ponechán reaktor 322 aby se přeplnil a výstupem 328 přetekl do sestupného gravitačního filtru, vytvořeného jednoduše z plexisklové trubice 329 o průměru 30 mm naplněné vrstvou skelné vaty 339, zaústěné do třílitrové shromažďovací nádrže 332.

Tento filtr zachycoval jednoduchým způsobem částice, vynášené z reaktoru a zabraňoval jejich proniknutí do finálního odtoku 380. Bylo zjištěno, že toto zařízeni je notné pouze po dobu prvních 200 hodin provozu, neboť po této době se usazovací vlastnosti částic v reakčním loži zlepšily, jak předpokládáme, v důsledku toho, že poté už byly potaženy fosforečnanem vápenatým a činnost reaktoru už nebyla rušena vlivem malých nebo nepevných materiálů, protože byly z nádoby reaktoru odplaveny.

Experiment byl prováděn 1500 hodin při nátoku P mezi 2 mg/1 (neupravovaný odtok, odcházející z čistírny odpadních vod) a 45 mg/litr. Soustava byla provozována při teplotě okolí, t.j. 20 až 25 °C.

Vzorky odtoku byly rovnoměrně odebírány ze shromažďovací nádrže a analyzovány na obsah orthofosforečnanu pomocí metody molybdenové modři, která je popsána v normě 4500-P vydané v r. 1992 American Water Works Assotiation v publikaci Standard Methods for Examination of Water and Wastewater.

Hodnota celkového odtoku orthofosfátu (který je obsažen jednak v jemných částicích, které byly vyplaveny z reaktoru a také je rozpuštěn jako pravý iontový fosfor) ze zařízení podle vynálezu byla také vyhodnocena, současně se samotnou koncentrací složek pravého roztoku po filtraci 0,45 mikronovým filtrem.

Průběh účinnosti reaktoru je vyhodnocen pomocí grafu na obr. 7 a údaje o vzrůstajícím podílu odplavených jemných částic lze zjistit ze srovnání grafů koncentrací orthofosfátu ve filtrovaném a nefiltrovaném odtoku. Je třeba poznamenat, že pro větší zřetelnost a odlišení grafu koncentrací fosforu v filtrovaném a nefiltrovaném odtoku jsou vynášeny hodnoty pro nefiltrovaný odtok jako dvojnásobky. Množství odstraněného fosforu bylo vypočteno na základě obsahu fosforu ve zfiltrovaném odtoku. Mírné míchání bylo udržováno neustále a pro zachycování fosforu bylo stále přístupné adekvátní množství vápníku. Soustava - jak pracovala v této laboratorní studii - zbavila znečištěnou vodu 95 % orthofosforečnanu, obsaženého ve vstupu, a to dokonce i v případě, kdy znečištěné vody obsahovaly více než 40 mg/1 fosforu.

Po ukončení experimentu byly pevné látky obsažené v reaktoru vybrány, sušeny na konstantní hmotnost při 105 °C a analyzovány. Hmotnost sušiny byla 160 g při obsahu 27 % PO4 t.j. 9 % P), 14 % Ca a 50 % (nevyužitého) hydroxidu hořečnatého. Příklad 2

Do znečištěné vody získaná z odtoku z terciárního stupně čistírny odpadních vod v Penrith - poblíž Sydney v Austrálii - obsahující kolem 4 mg/1 fosforu (jako orthofosforečnan) byl přidán další orthofosforečnan v takovém množství, aby celková koncentrace fosforu (počítáno jako prvku) byla asi 20 mg/1. Dále byl přidán chlorid vápenatý nebo síran vápenatý (sádra), takže odpad obsahoval kolem 120 mg/1 HCO3, přičemž v tomto experimentu nebyl na vstupu do MgO reaktoru odstraňován oxid uhličitý neboť nebyl zjištěn žádný negativní vliv této komponenty na proces.

Přítok, takto upravený, byl čerpán do reaktoru, opět naplněného 100 g MgO a pokus byl veden stejným způsobem jako v příkladu 1 a ve stejné aparatuře po dobu 1034 hodin.

S překvapením bylo zjištěno, že přítomnost uhličitanu v přítoku neměla nepříznivý vliv na účinnost procesu odstraňování fosforu, která byla tak vysoká, že přes 99 % rozpuštěného orthofosforečnanu rozpuštěného v čištěné kapaliny bylo zachyceno ložem MgO. Titrace vstupující a vystupující kapaliny ukázaly, že jen asi 20 % z hydrogenuhličitanu, přítomného v nátokovém proudu, se zachytilo jako uhličitan vápenatý v reaktoru. Odtok byl nicméně přesycen CaCO3 a určité kalcitové úsady se vytvořily ve shromažďovací nádrži.

V tomto směru bylo však zjištěno, že pokud se udržuje mírné míchání, ukládá se určité množství uhličitanu vápenatého u dna reaktoru, zejména na zátce ze skelné vaty, což snižuje průtok a přispívá ke vzniku kanálu v hlavním tělese lože MgO. Průběh experimentuje znázorněn na obr. 8.

Na závěr této zkoušky bylo zjištěno, že suchá hmotnost pevných látek v reaktoru je 182 g a obsahuje 26,7 % PO4 (t.j. 8,9 % P), 15,2 % Ca a 49 % hydroxidu hořečnatého.

V příkladech 1 a 2 byla ukázána použitelnost způsobu odstraňování orthofosforečnanu z terciárního odtoku z čistírny odpadních vod. Další analýzy nátoku a odtoku pri těchto experimentech ukazují, že se také odstranilo určité množství fluoridu a určité množství oxidu křemičitého - obsažených v odpadní vodě. Tak v příkladu 2 byla snížena koncentrace fluoridu z 1,0 mg/1 v nátoku na 0,7 mg/1 v odtoku a křemík byl snížen z 3,5 na 2,5 mg/1.

Příklad 3

Tento experiment byl prováděn ve stejné aparatuře jako předchozí testy, ale byla použita pouze sekundárně zpracovaná odpadní voda z čistírny odpadních vod v Round Comer poblíž Sydney v Austrálii. Je to malá čistírna, v níž se používá pouze dvoustupňového zpracování biologicky aktivovaného kalu a v souladu s tím nátok do MgO reaktoru obsahoval vyšší množství organického materiálu a suspendovaných pevných látek ve srovnám s předchozími testy. Tento nátok také obsahoval asi 8 mg/1 celkového fosforu, z čehož bylo 7 mg/1 ve formě orthofosforečnanu neboť v této čistírně se nepoužívá žádné specifické metody pro odstraňování fosforu.

Pro tento test nebyl z nátoku odstraňován oxid uhličitý a úprava nátoku před vlastní reakcí spočívala pouze v přidání vápníku v množství 80 mg/1, pro což byl použit chlorid vápenatý.

Při této zkoušce byl reaktor naplněn 50 g MgO a poté byla čerpána znečištěná předběžně shora uvedeným způsobem upravená voda průtokem mezi 500 a 1000 ml/hodinu. Test byl prováděn přes 142 hodin a rozpuštěný orthofosforečnan byl odstraněn z více než 95 %. Při tomto testu však dosti značná část jemného částicového materiálu byla vyplavena z reaktoru a více než 70 mg/1 suspendovaných pevných látek bylo zjištěno v odtoku z reaktoru. Více než 20 % zachyceného fosforu bylo vyneseno z reaktoru právě ve spojení s tímto jemným materiálem. Když však byl odtok upraven pomocí přísady aniontového polymeru za účelem flokulace a usazení tohoto materiálu (v tomto případě bylo použito 2 až 3 mg/1 Alflocu 627, (který vyrábí Nalco v Austrálii) při obvyklém pH odtoku 10,2 až 10,5, spadly hodnoty koncentrací fosforu v podobě orthofosforečnanu (bez použití filtrace) na 0,2 až 0,3 mg/1.

Nebylo také zcela jasné, zda byly veškeré pevné látky vyplaveny v důsledku vlastností směsi sekundárně zpracované odpadní vody nebo zda se také na těchto ztrátách nepodílelo příliš intenzivní míchání v průběhu experimentu.

V každém případě tato zkouška ukázala, že orthofosforečnan se může efektivně zachycovat ve formě fosforečnanu vápenatého z odtoku ze sekundárního stupně čistírny odpadních vod a také to, že částečné vyplavování znečisťujícího materiálu lze udržet pod kontrolou použitím použitím aniontových polyflokulantů.

Pevně látky zbývající v reaktoru po tomto experimentu měly hmotnost 67 g a obsahovaly 2,2 % P (6,6 % PO4). Stejně jako u předchozích dvou příkladů, neprojevil se v loži žádný biologický růst ani v tomto případě původu odpadní vody. Příklad 4

Tento experiment byl prováděn s použitím lože tvořeného směsí MgO a sádry za účelem potvrzení proveditelnosti způsobu podle vynálezu při vypuštění stupně předběžné úpravy vápníkem při zahrnutí tohoto stupně do hlavního reaktoru. Stupně procesu jsou znázorněny na průtokovém schématu na obr. 2.

Experiment byl prováděn s použitím stejné aparatury jako v příkladech 1 až 3, avšak byl připraven umělý nátokový roztok obsahující pouze orthofosforečnan v koncentraci 35 až 40 mg/1 a o pH 6,5 až 7.

Nátok, neobsahující žádný vápník kromě malého množství, přítomného ve vodě, ze které byl připraven, které bylo kolem 5 až 10 mg/1. Opět bylo použito čerpání do reaktoru průtokem 500 až 1000 ml/hodinu. Reaktor byl na začátku pokusu naplněn 100 g sádrou (CaSO4-2H2O), která byla převrstvena přidanými 100 g oxidu hořečnatého. Jak proud čištěné kapaliny prochází přes lože tvořené sádrou, obohacuje se o Ca2⁺ ionty, což potom umožňuje ukládání fosforečnanu vápenatého, když se roztok střetává s okolním prostředím lože oxidu hořečnatého s vysokým pH.

V průběhu tohoto experimentu bylo zjištěno, že sádra, která má vyšší hustotu (SG 2,30) vždy zůstává pod vrstvou obsahující oxid hořečnatý a fosforečnan vápenatý, jejíž SG je výrazně nižší, patrně vzhledem k zachycenému fosforečnanu vápenatému.

Vzhledem k relativně vysoké rozpustnosti síranu vápenatého (kolem 2 mg/1 v nasyceném roztoku při 25 °C), byla zjištěna nutnost doplňovat čas od času sádrové lože a proto bylo kromě sádry předložené na začátku reakce přidáno v jejím průběhu celkem ještě dalších 140 g sádry.

Tento experiment byl prováděn po dobu 514 hodin, po které se v loži zachytilo 17,1 g elementárního fosforu. Hmotnost sušiny pevných látek zbylých po reakci v reaktoru byla 260 g, z čehož bylo 19,5 % PO4 (6,5 % P), 20 % Ca, 47 % Mg(OH)2 a přibližně 21 % nerozpuštěného síranu vápenatého.

Průběh reakce je znázorněn na obr. 9.

Příklad 5

Tento experiment byl prováděn s vysokým nátokem orthofosforečnanu, t.j., 20 až 60 mg/1, doplňovaném popřípadě vápníkem, t.j. 120 až 230 mg/1, za účelem zjištění koncentrace úrovně, na kterou mohou být pevné látky zbývající v reaktoru obohaceny o elementární fosfor, pokud je velmi vysoká koncentrace odstraňovaného fosforu v nátoku.

Reaktor byl stejný jako ve shora popsaných příkladech a opět byl na vstupu průtok

500 až 1000 ml/hodinu. Zkouška byla prováděna 1218 hodin v jejichž průběhu prošlo reaktorem 39,4 g elementárního fosforu (přítomného v roztoku jako orthofosforečnan) a 37,7 g elementárního P se zachytilo v loži. To představuje 95,6% odstranění fosforu.

Pevné látky, které zbyly v reaktoru po ukončení testu měly hmotnost sušiny 205 g a obsahovaly 45 % PO4 (18 % P), 29,7 % Ca a pouze kolem 16 % hydroxidu hořečnatého. Tento produkt představuje vysoce fosforečné hnojivo.

V následujících třech příkladech bylo použito zařízení mnohem většího, aby se ověňla účinnost způsobu podle vynálezu ve větším měřítku a také pro stanovení vlastností lože, které se týkají jeho růstu v závislosti na tom, jak roste nasycení lože fosforem.

Bylo použito reaktoru 422 s konicky tvarovaným dnem 423 jako dříve, ale tento reaktor měl mnohem větší objem kolem 30 1. Rozměry reaktoru jsou znázorněny na obr. 6. Nátok 420 byl čerpán do konické části průtokem 25 až 28 1/h, což odpovídá povrchu reaktoru 1 m/h. Oxid hořečnatý, který byl ještě před tím předložen do reaktoru, vytvořil lože 424 do úrovně hladiny v hloubce 426. To bylo udržováno v reaktoru pružným zpětným ventilem 429. Nátok 420 byl regulován rozdělovacím potrubím 421. V těchto experimentech se odtok z reaktoru gravitací odvádí potrubím 428do 5 1 usazováku 434, do něhož se přidával aniontový polymer 431 (Alfloc 627) v poměru 2 až 3 mg na litr odtoku. Toto zpracování úspěšně vyvločkovalo malé množství částečkového materiálu 433, vyplaveného odtokem z reaktoru. K promíchávání této nádrže bylo použito míchadla 430. Vyvločkovaný a fosforu zbavený obsah 432 byl vypouštěn potrubím 436.

Příklad 6

Tento příklad využívá proudového schématu na obr. 1, při použití umělého nátoku s obsahem fosforu 15 mg/1 a doplněného Ca na 110 mg/1. Reaktor byl naplněn 50 gramy oxidu hořečnatého a nátok byl do soustavy čerpán průtokem 25 1/h po dobu 30 hodin.

V tomto experimentu koncentrace rozpustného fosforu v odtoku, zfiltrovaném přes filtr 0,5 mikronu, nikdy nepřekročila 0,2 mg/1, zatímco koncentrace fosforu v nezfiltrovaném vyvločkovaném odtoku z usazováku byla obvykle 0,2 až 0,5 mg/1. Doba zdržení v usazováku byla velmi krátká - kolem 12 minut - a prodloužením usazovacího času by se pravděpodobně dosáhlo lepší kvality odtoku.

V průběhu tohoto experimentu bylo pozorováno, že objem lože v reaktoru roste dokud není uloženo zhruba 7 gramů fosforu a potom zůstává přibližně konstantní.

Po zkončení testu měly hmotnost pevné látky z reaktoru po vysušení 86 gramů a obsahovaly 11,7 % P (35 % PO4) a 25,6 % Ca.

Suchý vy vločkovaný materiál byl z usazováku odebírán a celkově měl hmotnost 3,3 g·

Příklad 7

Tento příklad byl prováděn způsobem identickým s příkladem 6 s tím rozdílem, že nátok obsahoval kromě 15 mg/1 fosforu (45 mg/1 PO4) ještě 120mg/l hydrogenuhličitanu.

Stejně jako u příkladu 2 bylo i v tomto experimentu zjištěno, že uhličitan v nátoku nemá negativní vliv na odstraňování fosforu, přičemž bylo dosaženo koncentrace rozpustného fosforu nikdy nepřesahující 0,26 mg/1. Přítomnost uhličitanu nicméně měla značný vliv na objem reakčního lože, který vedl k signifikantně menším objemům lože ve srovnání s příkladem, kdy uhličitan v nátoku chyběl. Tento účinek je ilustrován na obr. 10, kde jsou vyneseny objemy obou příkladů 6 a 7 v závislosti na průběhu těchto dvou experimentů.

Účinek uhličitanu na snížení objemů lože reaktoru už byl zaznamenán v jiných experimentech, zde neuváděných a mohl by mít určitý význam při zvažování aspektů významných pro návrh konkrétního postupu a zařízení a jeho dimenzování. Pevné látky, které byly po zkoněení procesu z reaktoru vyjmuty měly hmotnost po vysušení 107 g, z čehož tvořil 9,5 % P a 28,1 % Ca. Zvýšený poměr Ca/P, zaznamenaný v tomto experimentuje důsledkem relativně malého množství CaCOj, které se ukládá společně s fosforečnanem vápenatým. V tomto experimentu bylo z usazováku odebráno 7,1 gramů suchého vy vločkovaného materiálu.

Odborníci v oboru mohou modifikovat postupy, uvedené v příkladech, aniž by se odchýlili od myšlenky vynálezu nebo vybočili z jeho rozsahu, jak je v nejširší podobě popsán. Popsaná konkrétní provedení je proto třeba považovat ve všech znacích za ilustrativní, nikoliv omezující.

Claims (20)

1. Způsob odstraňování fosforu, ve formě orthofosforečnanu, z vodného proudu, vyznačující se tím, že se do proudu přidávají vápenaté ionty, popřípadě se odstraňuje z tohoto proudu oxid uhličitý před přidáváním vápníku, pH se upraví na hodnotu mezi 5 a 8, proud se uvádí do reakční nádoby takovým způsobem, že teče vzestupně, za nepřítomnosti aniontového polymeru se uvádí proud do kontaktu s oxidem hořečnatým v podobě částic o velikosti menší než asi 200 mikronů v množství dostatečném k tomu, aby se zafixoval takto vzniklý fosforečnan vápenatý, přičemž pH roztoku, kontaktovaného s oxidem hořečnatým je asi 8 až 12 za současného míchám oxidu hořečnatého právě tak, aby se dostatečně zabránilo vytvoření kanálů a odstraňování proudu, se sníženou koncentrací fosforu.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že vápník se přidává do systému pomocí lože sádry, umístěného ve spodní části reakční nádoby.

3. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že kapalný proud s obsahem vápníku se uvádí do reakční nádoby, obsahující kontinuálně míchanou suspenzi magnézie která, je-li patřičně nasycena fosforem, může přetékat do usazovacího nebo zahušťovacího zařízení, kde se z ní vytvoří zahuštěná, fosforem nasycená kaše, která se vrací do reakční nádoby a kapalný proud se sníženým obsahem fosforu.

4. Způsob podle některého z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že vápník je ve formě rozpustné soli, výhodně sádry nebo chloridu vápenatého.

5. Způsob podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že se do proudu vnášejí vápenaté ionty oddělením jeho části do nádrže, přidáním vápníku do čištěné kapaliny v ní obsaženém a navracením proudu, obohaceného vápníkem do proudu, který se přivádí do reakční nádoby.

6. Způsob podle některého z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že z kapalného proudu se odstraňuje oxid uhličitý' a pak se do něj vnášejí vápenaté ionty.

7. Způsob podle nároku 6, vyznačující se tím, že odstranění oxidu uhličitého se dosahuje přidáním dostatečného množství kyseliny do kapalného proudu, který protéká nádobou, aby se dosáhlo pH 4 až 4,5 a stripováním vzduchem.

8. Způsob podle nároku 7, vyznačující se tím, že se přidává do proudu, z něhož byl odstraněn oxid uhličitý, alkalická látka, aby se upravilo pH na asi 5 až 8.

9. Způsob podle nároku 8, vyznačující se tím, že oxid hořečnatý má velikost částic menší než asi 100 mikronů.

10. Způsob podle nároku 9, \y značující se tím, že rozdělení částic oxidu hořečnatého je takové, že 95 % hmotnostních projde sítem 75 mikronů.

11. Způsob podle nároku 10, vyznačující se tím, že oxid hořečnatý má střední průměr částic asi 10 mikronů.

12. Způsob podle některého z nároků 1 až 11, vyznačující se tím, že oxid hořečnatý má podobu pálené magnézie.

.

13. Způsob „podle některého z nároků 1 až 12, vyznačující se tím, že proud se sníženou koncentrací fosforu se podrobí filtraci a flokulaci.

14. Způsob podle nároku 13, vyznačující se tím, že flokulace se dosahuje přidáním aniontového polymeru do kapalného proudu se sníženou koncentrací fosforu.

15. Způsob podle některého z nároků 1 až 14, vyznačující se tím, že oxid hořečnatý nebo magnézie se po obohacení fosforem odvádí a odvodňuje, přičemž vzniklý kapalný podíl se vrací do reakční nádoby a pevný podíl se odvádí pro použití jako hnoj ivo.

16. Způsob podle některého z nároků 1 až 15, vyznačující se tím, že pH kapalného proudu má před přidáním vápníku hodnotu 5 až 7.

17. Způsob podle některého z nároků 1 až 16, vyznačující se tím, že pH obsahu reakční nádoby je asi 9 až 11.

18. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že reakční nádoba obsahuje tyčovité míchadlo.

19. Způsob podle některého z nároků 1 až 18, vyznačující se tím, že vodným proudem s obsahem fosforu je primární, sekundární nebo terciární odtok z čistírny vody.

20. Způsob podle některého z nároků 1 až 19, vyznačující se tím, že množství vápenatých iontů přidávaných do kapalného proudu pro snížení koncentrace fosforu na hodnotu menší než 0,2 mg/1 je dostatečné pokud je větší nebo rovno [2 x Pin + 80] mg/1 kde Pin představuje koncentraci fosforu v kapalném proudu.