БИОРЕАКТОР ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД Российский патент 1995 года по МПК C02F3/04 

Изобретение относится к очистке сточных вод, в частности к биологической очистке, и может быть использовано для очистки и доочистки биологически очищенных хозяйственно-бытовых и близких к ним по составу промышленных сточных вод.

Известен фильтр для очистки жидкости, содержащий корпус с подводящим и отводящим патрубками, и расположенные в корпусе слои из крупнозернистой и мелкозернистой загрузки [1]
Недостатками известного фильтра являются: необходимость промывки, недостаточная степень очистки от всех ингредиентов сточных вод, находящихся в растворенном состоянии, в частности, органических веществ, оцениваемых по БПК и ХПК, нефтепродуктов, фенолов, СПАВ, соединений азота, фосфора, ионов металлов и т.д.

Известен биореактор для очистки сточных вод, созданный на базе каркасно-засыпного фильтра [2] На поверхности гравийного каркаса фильтра уложены дырчатые трубы для встряхивания расположенной над ними загрузки биоблока.

Доочистка биохимически очищенных городских сточных вод в комбинированном биореакторе происходит за счет удаления взвешенных веществ и вследствие деструкции растворенных примесей. Окисление растворенных компонентов осуществляется иммобилизованой микрофлорой, населяющей разветвленную поверхность крупнопористого наполнителя биоблока и зернистых загрузок фильтра.

Недостатками биореактора являются сложность конструкции, необходимость промывки фильтрующих слоев и регенерации загрузки биоблока, недостаточная степень очистки от трудноокисляемых органических соединений, оцениваемых по ХПК, соединений азота, фосфора, ионов металлов, нефтепродуктов, СПАВ.

Технический результат, полученный от использования предложенного устройства заключается в упрощении конструкции, исключении необходимости регенерации загрузки биоблока и промывки зернистой загрузки, повышении степени очистки сточных вод от трудноокисляемых органических соединений, оцениваемых по ХПК, соединений азота, фосфора, ионов металлов, нефтепродуктов, СПАВ.

На чертеже изображен биореактор.

Биореактор состоит из корпуса 1, выполненного в виде колодца, с патрубками подвода сточной воды 2 и отвода очищенной воды 3. В корпусе 1 биореактора расположены слои наполнителя биоблока торфа 4, крупнозернистой 5 и мелкозернистой 6 загрузок. Последовательность расположения слоев в биореакторе по ходу движения очищаемой жидкости следующая: наполнитель торф, крупнозернистая химическиактивная загрузка, наполнитель торф, крупнозернистая химическиактивная загрузка, мелкозернистая загрузка. В качестве крупнозернистой химическиактивной загрузки используют кальцийсодержащие горные породы (известняк, доломит, мергель и т.д.) фракции 150-200 мм, мелкозернистая загрузка имеет эквивалентный размер 50-100 мм.

Биореактор работает следующим образом. По подводящему патрубку 2 в корпус биореактора 1 подают сточную воду. Она проходит через первый слой наполнителя биоблока торфа 4. Функциональное назначение наполнителя биоблока задержание и концентрирование взвешенных и коллоидных ингредиентов обрабатываемой сточной воды и концентрирование микроорганизмов, использующих задержанные ингредиенты в процессе метаболизма. Поэтому материал, используемый в качестве наполнителя биоблока, должен обладать фильтрующими свойствами и является средой, благоприятной для развития микроорганизмов. Обоим условиям удовлетворяет торф. Торф относят к так называемым "биолитам", т.е. к породам, образованным в результате протекания биологических процессов. Биолиты являются средой, наиболее подходящей для заселения микроорганизмами, так как в их составе есть все необходимое для жизнедеятельности. Кроме того, структура торфа позволяет рассматривать его и в качестве фильтрующего материала. В слое торфа задерживаются взвешенные и коллоидные ингредиенты сточной воды, а прикрепленные к торфу микроорганизмы изымают растворенные органические соединения, биогенные элементы (азот и фосфор), перерабатывают задержанные взвешенные и коллоидные ингредиенты, трансформируя сложные органические соединения в более простые. Здесь работают факультативные и аэробные микроорганизмы. По мере зарастания слоя наполнителя биоблока он вынимается и заменяется новым. Периодичность замены определяется составом сточной воды, подаваемой на обработку. Были проведены экспериментальные исследования с использованием в качестве наполнителя биоблока слоев торфа толщиной 100, 200, 300 и 500 мм. Наилучшие результаты получены при использовании слоя торфа толщиной 500 мм, которая и была принята для данного биореактора. Толщина слоя торфа 500 мм практически не увеличивает эффективность изъятия ингредиентов сточной воды, при этом усложняется процедура замены слоя наполнителя.

Пройдя слой наполнителя, сточная вода проходит через первый слой химически активной крупнозернистой загрузки 5. Назначение этого слоя создание области повышенного окислительно-восстановительного потенциала и увеличенных рН, здесь активизируются аэробные микроорганизмы и развиваются водоросли, в основном диатомовые, таким образом создаются условия для нитрификации, эффективного удаления фосфатов, нефтепродуктов, СПАВ, органических соединений, оцениваемых по ХПК, ионов металлов, процессов комплексообразования. Экспериментально показано, что величины создаваемых значений окислительно-восстановительного потенциала зависят от толщины слоя и крупности химически активной загрузки. При использовании в качестве химически активной загрузки известняка требуемая величина окислительно-восстановительного потенциала была получена при укладке в один ряд известняка фракции 150-200 мм. Для получения такой же величины с использованием фракции <150 мм потребуется слой известняка большей высоты, что необоснованно увеличит габариты биореактора. На этом основании в качестве крупнозернистой загрузки используют загрузку фракции 150-200 мм, уложенную в один ряд.

Все вышеперечисленные процессы, а также денитрификация осуществляются микроорганизмами во втором слое наполнителя-торфа. Затем сточная вода проходит второй слой химически активной крупнозернистой загрузки 5, назначение которого аналогично первому слою загрузки 5. Далее глубокоочищенная сточная вода фильтруется через слой мелкозернистой загрузки 6, где она освобождается от остатков взвешенных веществ и по патрубку 3 выводится из биореактора.

Минимальная высота слоя мелкозернистой загрузки 400 мм при крупности ее 50-100 мм. Указанные величины обусловлены тем, что слой мелкозернистой загрузки должен выполнять следующие основные функции: изымать взвешенные вещества из очищенной сточной воды, обладать высокой грязеемкостью и перерабатывать задержанные взвешенные вещества, для чего необходимо сохранять в объеме слоя аэробные условия. Для эффективного изъятия взвешенных веществ предпочтительно использование более мелкой загрузки и большей высоты слоя, для увеличения грязеемкости необходима более крупная загрузка и большая высота слоя. Для сохранения аэробных условий предпочтительнее более крупная загрузка и меньшая высота слоя. Экспериментально показано, что для выполнения указанных функций высоту слоя мелкозернистой загрузки целесообразно принять 400 мм при крупности 50-100 мм.

Снижение высоты слоя <400 мм приводит к периодическому выносу взвешенных веществ, увеличение высоты слоя >400 мм приводит к повторному загрязнению очищенной сточной воды органическими соединениями в результате процессов загнивания, протекающих в нижних слоях.

Уменьшение крупности загрузки <50 мм снижает грязеемкость вместе с нарушением аэробности, что также приводит к повторному загрязнению очищенной сточной воды. При увеличении крупности загрузки >100 мм наблюдается повышение содержания взвешенных веществ в очищенной сточной воде. Исходя из вышесказанного, для данного биореактора высота слоя мелкозернистой загрузки принята 400 мм при крупности 50-100 мм.

Таким образом, чтобы каждый слой биореактора выполнял свое функциональное назначение, соотношение высот этих слоев: наполнителя, крупнозернистой и мелкозернистой загрузок составляет по ходу движения очищаемой воды 1:0,3:1:0,3:0,8.

Результаты экспериментов при указанных соотношениях высот слоев и слое торфа в 500 мм и сравнение с работой известного биореактора, принятого за прототип, приведены в таблице.

Из таблицы следует, что эффективность очистки в предложенном биореакторе выше, чем в известном что позволяет говорить о преимуществах предложенного биореактора. Кроме того, предложенный биореактор не требует регенерации загрузки биоблока и промывки зернистой загрузки, а также конструктивно более прост.

Использование: очистка и доочистка биологически очищенных хозяйственно-бытовых и близких к ним по составу промышленных сточных вод. Сущность изобретения: биореактор для очистки сточных вод состоит из корпуса с подводящим и отводящим патрубками и расположенными в корпусе слоями загрузки. Эти слои расположены по ходу движения воды в следующей последовательности. наполнитель биоблокаторф, высота слоя 500 мм, крупнозернистая загрузка химически активная кальцийсодержащая горная порода фракции 150 200 мм, уложенная слоем в один ряд, торф высота слоя 500 мм, крупнозернистая загрузка, мелкозернистая загрузка щебень фракции 50 100 мм. В качестве химически активной кальцийсодержащей горной породы используют известняк и/или доломит и/или мергель. 3 з. п. ф-лы, 1 ил. 1 табл.

1. БИОРЕАКТОР ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД, состоящий из корпуса с подводящим и отводящим патрубками и расположенными в корпусе слоями наполнителя биоблока, мелкозернистой и крупнозернистой загрузок, отличающийся тем, что в качестве наполнителя биоблока используют торф, крупнозернистая загрузка выполнена из химически активной кальцийсодержащей горной породы, а мелкозернистая из щебня фракции 50 100 мм, последовательность расположения слоев в корпусе по ходу движения очищаемой воды следующая: торф, крупнозернистая загрузка, торф, крупнозернистая загрузка, мелкозернистая загрузка, при этом первый слой наполнителя биоблока выполнен с возможностью его замены. 2. Биореактор по п. 1, отличающийся тем, что высота слоя наполнителя биоблока составляет 500 мм. 3. Биореактор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в качестве химически активной кальцийсодержащей горной породы используют известняк, и/или доломит, и/или мергель фракции 150 200 мм. 4. Биореактор по пп.1 3, отличающийся тем, что соотношение высот слоев биореактора: наполнителя, крупнозернистой загрузки, наполнителя, крупнозернистой загрузки и мелкозернистой загрузки по ходу движения очищаемой воды составляет соответственно 1 0,3 1 0,3 0,8.