ЗАГРУЗКА ДЛЯ БИОФИЛЬТРОВ Российский патент 1994 года по МПК C02F3/04 

Изобретение относится к биологической очистке сточных вод и позволяет получить плоскую загрузку для биофильтров, обладающую высокоразвитой поверхностью для обрастания биопленкой.

Известна загрузка для биофильтров, содержащая плоские пористые элементы, установленные в жестких рамках.

Недостатком указанной загрузки является то, что из-за отсутствия в плоских пористых элементах оптимальной пористой структуры не обеспечивается высокая эффективность процесса биологической очистки и снижается производительность, а также указанная загрузка не может быть использована в различных по назначению и конфигурации очистных установках, т.е. ограничены функциональные возможности данной загрузки.

В основу изобретения поставлена задача повышения производительности и качества очистки сточных вод, а также улучшения условий эксплуатации и расширения функциональных возможностей его использования в различных очистных установках и сооружениях.

Сущность изобретения состоит в том, что в загрузке для биофильтров, содержащей плоский пористый элемент, установленный в жесткой рамке, плоский пористый элемент выполнен из материала редоксид с высокоразвитой разветвленной открытой пористой структурой в форме многоугольных пластин или дисков с отношением площади поверхности пор в элементе к общей площади поверхности плоского элемента, равном S_пов.п:S_пов.пэ = (2-3)х10³, при этом отношение толщины плоского элемента к его большему характерному размеру принято равным
δ : а = 0,05-0,15, где S_пов.п - площадь поверхности пор в плоском элементе;
S_пов.пэ - общая площадь поверхности плоского элемента;
δ - толщина плоского элемента;
а - больший характерный размер плоского элемента, а рамка выполнена из соединенных между собой корпуса и крышки с окнами на всех их гранях, а плоский пористый элемент установлен в рамке с возможностью поджатия его к опорным площадкам корпуса и крышки.

Кроме того, корпус и крышка рамки снабжены по периметру фланцами, установленными в верхней и нижней частях корпуса и крышки соответственно, и упругой прокладкой, размещенной между фланцами корпуса и крышки.

При этом многоугольные пластины выполнены в виде прямоугольника, квадрата, треугольника, трапеции, ромба, шести- или восьмиугольника.

Причем диски выполнены в виде круга, полвины круга, сектора или сегмента круга.

Кроме того, диски выполнены в виде эллипса, параболы, гиперболы, лемнискаты, шарового слоя или кольца.

Представленная выше совокупность существенных признаков направлена на достижение технического результата и находится в причинно-следственной связи с ним, так как:
во-первых, материал редоксид, полученный обжигом глинистого сырья по специальной технологии с образованием разветвленной открытой пористой структуры, при наличии отношения площади поверхности пор в элементе к площади поверхности плоского элемента различных форм, равного S_пов.п:S_пов.пэ = (2-3)х10³, и состоящий из оксидов кремния, железа, алюминия, щелочных металлов и потерь при прокаливании, при использовании в биофильтрах очистных сооружений обеспечивает благоприятное развитие и жизнедеятельность микроорганизмов с образованием устойчивой биопленки на шероховатых поверхностях и в порах пластин или дисков. При этом микроорганизмы развиваются как в поверхностных порах плоского элемента, так и в глубинных порах. В процессе жизнедеятельности поверхностные микроорганизмы биопленки рядом стоящих пластин или дисков окисляют находящиеся в очищаемой сточной воде органические вещества и аммонийный азот, а глубинные микроорганизмы восстанавливают образующиеся при этом нитраты и нитриты до молекулярного азота. В процессе эксплуатации биофильтров отмершая биопленка потоком сточной воды смывается с поверхности пластин или дисков и выносится в специальную камеру, стоящую в очистных сооружениях после биофильтра, где выпадает в осадок, который периодически сбрасывается в специальную зону. Промывка фильтрующей загрузки не требуется, так как взвешенные вещества и отмершая биопленка потоками воды выносятся из зоны фильтрации. Выбранные соотношения толщины пластин или дисков к большему их характерному размеру обеспечивают требуемую прочность;
во-вторых, скомпонованная из различных форм пористых плоских элементов в жестких конструкциях и установленная в корпусе загрузка для биофильтра легко монтируется и, в случае необходимости, демонтируется в различных типах очистных установок и сооружений, что улучшает условия эксплуатации и расширяет функциональные возможности;
в-третьих, как показали экспериментальные исследования, регенерацию (восстановление) нужно проводить как минимум только через 10 лет. Способ регенерации чрезвычайно прост (обжиг в термопечах).

Все перечисленные особенности предлагаемой загрузки для биофильтров по сравнению с известными повышают производительность очистных сооружений, качество очистки, а также упрощают эксплуатацию очистных сооружений, расширяют функциональные возможности и повышают сроки его действия без регенерации загрузки.

Таким образом, заявленное техническое решение соответствует условиям патентоспособности изобретения.

На фиг. 1 изображен общий вид загрузки для биофильтров; на фиг. 2 - сечение по А-А на фиг. 1; на фиг. 3 изображен плоский пористый элемент загрузки, выполненный в форме прямоугольника; на фиг. 4 - то же, в форме квадрата; на фиг. 5 - то же, в форме треугольника; на фиг. 6 - то же, в форме трапеции; на фиг. 7 изображен плоский пористый элемент загрузки, выполненный в форме ромба; на фиг. 8 - то же, в форме шестиугольника; на фиг. 9 - то же, в форме восьмиугольника; на фиг. 10 - то же, в форме круга; на фиг. 11 - то же в форме половины круга; на фиг. 12 - то же, в форме сектора круга; на фиг. 13 - то же, в форме сегмента круга; на фиг. 14 - то же, в форме эллипса; на фиг. 15 - то же, в форме параболы; на фиг. 16 - то же, в форме гиперболы; на фиг. 17 - то же, в форме лемнискаты; на фиг. 18 - то же, в форме шарового слоя; на фиг. 19 - то же, в форме кольца.

Загрузка для биофильтров состоит из рамки 1, выполненной из корпуса 2 с опорной площадкой 3, окнами 4 по его граням и фланцем 5, упругой прокладки 6, а также крышки 7 с окнами 8 по ее граням, фланцем 9 и опорной площадкой 10, плоского пористого элемента 11, обладающего высокоразвитой разветвленной пористой структурой и установленного с зазором 12 внутри корпуса 2. Открытые поры 13 (см. фиг. 2) расположены на внешней поверхности плоского элемента 11, а глубинные поры 14 - в его центре. Крышка 7 при помощи крепежа (винт-гайки), на фигурах не показан, через фланец 9 и упругую прокладку 6 соединена с фланцем 5 корпуса 2 с обеспечением поджатия плоского пористого элемента 11 к опорным площадкам 3 и 10 корпуса 2 и крышки 7.

Пористые элементы 11 загрузки для биофильтров изготавливают в формах в специальных термопечах, в которых вспучивают глинистое сырье по специальной технологии. На последнем этапе технологического процесса осуществляют распиливание полученного материала на плоские элементы требуемой конфигурации и размеров. Сборку загрузки для биофильтров осуществляют следующим образом. Плоские пористые элементы 11, изготовленные из материала редоксид, устанавливают в корпус 2, который закрывают крышкой 7 с образованием жесткой рамки 1 с обеспечением равномерного поджатия плоских элементов 11 через упругую прокладку 6 к опорным площадкам 3 и 10 корпуса 2 и крышки 7. При необходимости увеличения размеров загрузки для биофильтров в рамке 1 могут быть установлены два, три и более плоских пористых элемента 11. Выбор формы плоского пористого элемента 11 в загрузке для биофильтров зависит от ряда факторов, основными из которых являются: назначение и производительность очистных установок и сооружений, качество очистки сточных вод; схема компоновочных решений очистных установок и сооружений и условия их эксплуатации; регенерация пористых плоских элементов и способы их изготовления, а также их прочность.

С учетом вышеуказанных факторов наиболее приемлемыми формами плоских пористых элементов являются: многоугольные пластины (см. фиг. 3-9) в виде прямоугольника 15, квадрата 16, треугольника 17, трапеции 18, ромба 19, шестиугольника 20, восьмиугольника 21 и диски (см. фиг. 10-19) в виде круга 22, половины круга 23, сектора круга 24, сегмента круга 25, эллипса 26, параболы 27, гиперболы 28, лемнискаты 29, шарового слоя 30 и кольца 31.

Наиболее оптимальной конструкцией плоских пористых элементов 11 в виде многоугольных пластин или дисков является конструкция, в которой отношение толщины (δ) плоского пористого элемента 11 к максимальному характерному размеру (а) равно δ/а = 0,1 при отношении площади поверхности пор в элементе 11 к площади поверхности самого элемента 11 различных форм равном S_пов.п:S_пов.пэ = 2,5 х 10³.

Загрузка для биофильтров работает следующим образом. В зависимости от компоновочных решений очистных установок или сооружений загрузка для биофильтров, состоящая из плоских пористых элементов 11 в виде пластин или дисков из материала редоксид, может устанавливаться как в продольном, так и в поперечном направлениях по ходу движения сточной воды с образованием каскадов из пластин или дисков.

Экспериментально установлено, что пусконаладочный период, при котором осуществляется формование биопленки в пористых плоских элементах 11 из материала редоксид с диаметром пор 13-20 мм, в течение первых 25-30 сут работы биофильтра. На поверхностях плоских элементов 11 и в их порах 13 интенсивно развиваются бактерии, осуществляющие окисление органических веществ и аммонийного азота.

Толщина биопленки, как показали эксперименты, достигает до 2 мм. На нижнем конце плоского элемента 11, находящемся ближе к дну корпуса очистной установки (на фигурах не показана), и в глубинных порах 14, как показали эксперименты, толщина биопленки уменьшается до 0,5 мм и она состоит в основном из денитрифицирующих бактерий, осуществляющих восстановление нитратов и нитритов в газообразный азот.

Сравнительный микробиологический анализ показал, что при соотношении площадей поверхности пор в одном плоском элементе 11 к площади поверхности самого элемента S_пов.п: S_пов.пэ = (2-3) х 10³ развивается в 1,4-1,6 раза больше различных видов аэробных микроорганизмов, чем в существующих загрузках для биофильтров (керамзитовой, пластмассной и др.). Сточная вода, содержащая начальные загрязнения перед очистной установкой: БПК_полн До 250 мг О₂/л
Взвешенные вещества (ВВ) До 230 мг/л Азот аммонийный До 20 мг/л Жиры До 50 мг/л пройдя каскады пористых элементов 11, изготовленных из редоксида, в очистной установке может быть очищена по БПК_полн - до 2-3 мг О₂/л; ВВ - 2-3 мг/л, жиры до 0,1-0,2 мг/л, при различных гидравлических нагрузках. Заиливание загрузочного материала редоксид в форме плоских элементов 11 отработанной биопленкой и взвешенными веществами не наблюдается.

Предлагаемая загрузка для биофильтров может быть использована в очистных установках или сооружениях как при малой их производительности (1-12 м³/сут), так и при большой производительности (начиная от 25 м³/сут и выше).

Использование предлагаемой загрузки для биофильтров позволит сконструировать компактные очистные установки, удобные в эксплуатации и не требующие регенерации загрузки при длительном сроке очистки сточных вод.

Эффективность очистки сточных вод на данной загрузке биофильтров возрастает:
по задержанию взвешенных веществ - на 10-20%;
по удалению органических веществ - на 11-17%;
по удалению азотистых веществ - на 40-45%.

Использование: биологическая очистка сточных вод с обеспечением высокоразвитой поверхности для обрастания биопленкой. Сущность изобретения: в загрузке для биофильтров, содержащей плоский пористый элемент, установленный в жесткой рамке, плоский элемент выполнен из материала редоксид с высокоразвитой разветвленной открытой пористой структурой в форме многоугольных пластин или дисков. Отношение площади поверхности пор в элементе к общей площади поверхности плоского элемента равно S_пов.п: S_{пов.п.э.}= (2-3)×10³ , отношение толщины плоского элемента к его большему характерному размеру принято равным δ: a=0,05-0,15 , где S_пов.п - площадь поверхности пор в плоском элементе; S_пов.п.э - общая площадь поверхности плоского элемента; δ - толщина плоского элемента; а - больший характерный размер плоского элемента. Рамка выполнена из соединенных между собой корпуса и крышки с окнами на всех их гранях, а плоский элемент установлен в рамке с возможностью поджатия его к опорным площадкам корпуса. Корпус и крышка рамки снабжены по периметру фланцами, установленными в верхней и нижней частях корпуса и крышки соответственно, упругой прокладкой, размещенной между фланцами корпуса и крышки. Многоугольные пластины выполнены в виде прямоугольника, квадрата, треугольника, трапеции, ромба, шести- или восьмиугольника, а диски выполнены в виде круга, половины круга, сектора или сегмента круга. Диски выполнены также в виде эллипса, параболы, гиперболы, лемнискаты, шарового слоя или кольца. 4 з.п. ф-лы, 19 ил.

1. ЗАГРУЗКА ДЛЯ БИОФИЛЬТРОВ, содержащая плоский пористый элемент, установленный в жесткой рамке, отличающаяся тем, что плоский элемент выполнен из материала "редоксид" с высокоразвитой разветвленной открытой пористой структурой в форме многоугольных пластин или дисков с отношением площади поверхности S_пов.п пор в плоском элементе к общей площади поверхности плоского элемента S_пов.п.э (2 - 3) · 10³, при этом отношение толщины δ плоского элемента к его большему характерному размеру a равно 0,05 - 0,15, рамка выполнена из соединенных между собой корпуса и крышки с окнами на всех их гранях, а плоский пористый элемент установлен в рамке с возможностью поджатия его к опорным площадкам корпуса и крышки. 2. Загрузка по п.1, отличающаяся тем, что корпус и крышка рамки снабжены по периметру фланцами, установленными в верхней и нижней частях корпуса и крышки соответственно, и упругой прокладкой, размещенной между фланцами корпуса и крышки. 3. Загрузка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что многоугольные пластины выполнены в виде прямоугольника, квадрата, треугольника, трапеции, ромба, шести- или восьмиугольника. 4. Загрузка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что диски выполнены в виде круга, половины круга, сектора или сегмента круга. 5. Загрузка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что диски выполнены в виде эллипса, параболы, гиперболы, лемнискаты, шарового слоя или кольца.