БАШЕННЫЙ РЕАКТОР ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД Российский патент 1997 года по МПК C02F3/08 

Изобретение относится к комбинированным устройствам для очистки сточных вод и может быть использована в различных отраслях промышленности для удаления из сточных вод трудноокисляемых органических веществ.

Известно устройство для биологической очистки воды, состоящее из вертикального цилиндрического корпуса с расширенной верхней частью, выполненного псевдоожиженным слоем насадки (патент США N 44900258, кл. C 02 F 3/08, 1984).

Аппарат обеспечивает окисление органических веществ бактериальными клетками в псевдоожиженном слое насадки и исключает вынос с очищенной водой крупных хлопков активного ила и частиц загрязнений. Недостаточная эффективность очистки на этом аппарате заключается в том, что мелкодисперсная взвесь не может быть задержана и выносится.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является башенный биореактор для очистки сточных вод (патент СССР N 1784035, кл. C 02 F 3/08, 1991).

Биореактор представляет собой вертикальный цилиндрический резервуар с расширенной верхней частью, заполненный псевдоожиженным слоем насадки, снабженный коаксиальной перегородкой с глухим днищем, разделяющей корпус на сообщающиеся между собой внутреннюю камеру осветления с фильтрующей загрузкой, а также тонкослойным модулем, установленным в расширенной верхней части корпуса и закрепленным на коаксиальной перегородке.

В псевдоожиженном слое насадки происходит адсорбция растворенных в воде загрязнений поверхностью насадки и культивирование на ней микроорганизмов, которые осуществляют окисление растворенных органических соединений с образованием нетоксичных продуктов распада. В тонкослойном модуле и фильтрующей загрузке из очищаемой воды удаляются тонкодиспергированные взвешенные вещества.

Недостатком работы известного устройства являются низкая степень очистки сточной воды от органических и взвешенных веществ, обусловленная низким коэффициентом полезного использования рабочего объема тонкослойного модуля из-за неравномерного распределения транзитного потока по отдельным полкам модуля, при этом значительным гидравлическим нагрузкам подвергаются нижние полки, а верхние не имеют существенного значения для процесса очистки.

Технический результат, полученный от использования предложенного биореактора, заключается в повышении степени очистки воды от органических и взвешенных веществ, сокращении количества избыточного ила, уменьшении рабочих объемов сооружений, увеличении удельной производительности биореактора и существенном расширении диапазона его эффективного применения за счет многоцелевого использования, а также улучшении массообменных характеристик биореактора.

Предложенный башенный биореактор для очистки сточных вод представляет собой комбинированное сооружение, совмещающее в одном объеме зоны окисления органических веществ в слое псевдоожиженной насадки, псевдоожиженного слоя гранулированного активного ила, неподвижной насадки из волокнистого материала и разделения иловой смеси путем отстаивания и фильтрации.

На чертеже изображен башенный биореактор в вертикальном разрезе.

Башенный биореактор выполнен в виде цилиндрического корпуса 1 с расширенной верхней частью 2 диаметром d_B, заполненного псевдоожиженным слоем насадки 3, выполненного в нижней части в виде усеченного конуса, снаружи в нижней части корпуса по периферии расположена камера осветления 4 с зернистой загрузкой 5, с внешним диаметром камеры осветления 4 "d_к", равным диаметру расширенной части корпуса 2 "d_B"(d_к=d_g), в нижней части корпуса 1 расположен трубопровод подачи воды на обработку 6, а в нижней части камеры осветления 4 трубопровод отвода очищенной воды 7, трубопровод рециркулируемого потока 8 соединен с трубопроводом подачи воды на обработку 6. В расширенной части корпуса 2 встроен периферийный цилиндрический кольцевой отстойник 9 с коническим днищем 10 и иловой щелью 11, образующий цилиндрической частью внутреннюю горловину биореактора 12. Под отстойником 9 расположены неподвижная волокнистая загрузка 13 и устройство удаления избыточного ила, выполненное в виде воронки 14, соединенной с трубопроводом удаления избыточного активного ила 15, и расположенное по центру в расширяющейся части корпуса 2. В нижней части корпуса 1 над трубопроводом подачи воды 6 установлен конический водораспределитель 16, а под иловой щелью 11 на корпусе установлен кольцевой отражатель 17. В верхней части отстойника 9 установлена неподвижная волокнистая насадка 18, полупогружная коаксиальная цилиндрическая перегородка 19 с перекрытием 20 с патрубками отвода биогаза 21 и 22, образующая газоотделительное кольцевое пространство, и устройство для сбора отстоенной воды, выполненное в виде кольцевого трубопровода 23 с патрубками, соединенного с трубопроводом для сбора отстоенной воды 24. Внутренняя горловина биореактора 12 имеет глухое перекрытие 25 и отверстия для перепуска воды 26. Камера осветления 4 имеет распределительный карман 27, соединенный с трубопроводом сбора отстоенной воды 24, и систему промывки зернистой загрузки 28, выполненную в виде парных полукольцевых трубопроводов с патрубками, расположенных в верхней и нижней части камеры 4. Высота камеры осветления 4 "h_к" составляет 1/7-1/2 высоты нижней части корпуса 1 "h_B".

На трубопроводе отвода рециркулируемого потока 8 установлены последовтаельно эжектор 29 и сатуратор 30, соединенный с трубопроводом подачи биогаза 31 от патрубка отвода биогаза 22 в сатуратор 30.

Башенный биореактор работает следующим образом.

Исходная сточная вода совместно с рециркулируемым потоком через трубопровод подачи воды на обработку 6 поступает в нижнюю часть корпуса 1. Через щели между коническим водораспределителем 16 и конической частью корпуса 1 вода поступает в зону с псевдоожиженным слоем насадки 3, где за счет адсорбции растворенных в воде загрязнений поверхностью насадки и микроорганизма активного ила, закрепленными на ней, происходит процесс изъятия органических загрязнений из сточной воды и их частичное разрушение. Псевдоожижение восходящего слоя насадки осуществляется под действием восходящего потока подаваемой воды. В результате проходящих процессов хлопки активного ила укрупняются и создают над псевдоожиженным слоем насадки достаточно устойчивый псевдоожиженный слой гранулированного активного ила. В этом слое происходит дальнейшее разложение органических веществ. При дальнейшем движении обрабатываемой воды снизу вверх, она проходит через слой фиксированной волокнистой загрузки 13, где происходит предварительное разделение иловой смеси за счет агломерации мелких хлопков свободноплавающего активного ила и их закрепления на поверхности загрузки, при этом одновременно происходит стабилизация восходящего потока воды и устанавливается верхняя граница псевдоожиженного слоя гранулированного активного ила. По трубопроводу 8 осветленную воду подают на рециркуляцию в трубопровод 6. Волокнистая загрузка 13 позволяет интенсифицировать процесс очистки воды за счет задержания и закрепления мельчайших частиц носителя, выносимых из зоны псевдоожижения, в результате его механического истирания. В биореакторе происходит анаэробная деструкция органических веществ, при этом происходит насыщение иловой смеси газообразными продуктами метаболизма микроорганизмов и накопление пузырьков газа внутри хлопка активного ила, поэтому фильтрация через волокнистую загрузку позволяет увеличить степень газовыделения при столкновении хлопков активного ила с волокнами загрузки. Легкие хлопки активного ила задерживаются на волокнистой загрузке 13, а тяжелые агломераты - оседают в слой гранулированного активного ила, откуда избыточный активный ил удаляют через воронку 14 по трубопроводу 15 из биореактора. Часть укрупненных на загрузке частиц активного ила выносится в отстойкик 9, откуда в результате дополнительной агломерации некоторые крупные агрегаты вновь оседают на загрузку, образуя дополнительный взвешенный слой, а часть поступает на разделение в кольцевой отстойник, способствуя повышению эффективности его работы. Надиловая вода через отверстия перепуска воды 25 во внутренней горловине 12 биореактора и газоотделительное кольцевое пространство поступает в отстойник 9, где происходит дальнейшее осветление надиловой воды, поток которой поднимается вертикально вверх, фильтруясь через фиксированную волокнистую насадку 18, на поверхности которой задерживается мелкодисперсная взвесь. Затем отстоенную воду собирают через патрубки в кольцевой трубопровод 23 и через трубопровод сбора отстоенной воды 24 выводят в распределительный карман 27 камеры осветления 4, после прохождения через зернистую загрузку 5 которой очищенную воду выводят через трубопровод отвода очищенной воды 7, уплотненный циркулирующий ил через иловую щель 11 возвращается в реакционную зону. Для предотвращения попадания пузырьков газа из реакционной зоны биореактора в отстойник 9, в нижней его части на выходе уплотненного ила ниже иловой щели 11 на корпусе установлен кольцевой отражатель 17. Выделившиеся газы брожения, содержащие преимущественно метан, углекислый газ, окислы азота, водород и др. скапливаются под перекрытием 20 и через патрубок отвода биогаза 21 по трубопроводу поступают в котельную для использования на местные нужды, а из патрубка 22 через трубопровод подачи биогаза 31 через эжектор 29 в сатуратор 30 для насыщения рециркулируемого в биореактор потока жидкости с целью увеличения глубины протекания процессов анаэробной деструкции органических соединений.

Внешний диаметр камеры осветления 4 с зернистой загрузкой 5 равен диаметру расширенной верхней части корпуса 2 (d_к=d_B) с целью упрощения и унификации конструктивного оформления аппарата.

Соотношение высот камеры осветления 4 "H_к" и нижней части корпуса "h_н" составляет 1: (2,0-7,0). При изменении соотношения меньше 1:7 уменьшается грязеемкость фильтра, снижается степень задержки взвеси и возрастает необходимость частых промывок. При изменении соотношения больше 1:2 снижается коэффициент полезного использования объема загрузки, при этом, в результате плохой отмывки и накопления остаточных загрязнений, слой загрузки кольматируется, что также снижает качество очищенной воды.

Для промывки фильтра используют систему промывки 2 зернистой загрузки 5, выполненную в виде парных полукольцевых трубопроводов с патрубками, расположенных в верхней и нижней части камеры осветления 4.

Таким образом, использование предложенного башенного биореактора для очистки сточных вод позволяет повысить степень очистки воды от органических и взвешенных веществ, сократить количество избыточного ила, увеличить удельную производительность биореактора, улучшить его массообменные характеристики и существенно расширить диапазон его эффективного применения за счет многоцелевого использования.

Использование: в различных отраслях промышленности для удаления из сточных вод трудноокисляемых органических веществ. Сущность изобретения: башенный биореактор состоит из вертикального корпуса с расширенной верхней частью, заполнен псевдоожиженным слоем насадки и в нижней части корпуса имеет периферийную камеру с зернистой загрузкой. В верхней части корпус снабжен периферийным цилиндрическим кольцевым отстойником с коническим днищем и иловой щелью, образующим цилиндрической частью внутреннюю горловину, неподвижной волокнистой загрузкой, расположенной под отстойником и устройством удаления избыточного ила, выполненным в виде воронки, соединенной с трубопроводом удаления избыточного активного ила и расположенной по центру в расширяющейся части корпуса. В нижней части корпус выполнен в виде усеченного конуса и снабжен коническим водораспределителем и кольцевым отражателем, установленным под иловой щелью отстойника. Отстойник в верхней части снабжен неподвижной волокнистой насадкой, полупогружной коаксиальной цилиндрической перегородкой с перекрытием с патрубками отвода биогаза в котел и сатуратор, и устройством для сбора отстоенной воды. Внутренняя горловина биореактора снабжена глухим перекрытием и отверстиями перепуска воды. Периферийная камера осветления с зернистой загрузкой расположена снаружи корпуса и снабжена распределительным карманом, соединенным с трубопроводом отвода отстоенной воды. Система промывки зернистой загрузки выполнена в виде парных полукольцевых трубопроводов с патрубками, расположенных в верхней и нижней частях камеры осветления. Использование изобретения позволяет повысить степень очистки воды от органических и взвешенных веществ, сократить количество избыточного активного ила, увеличить удельную производительность биореактора, улучшить его массообменные характеристики и существенно расширить диапазон его эффективного применения за счет многоцелевого использования. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Башенный биореактор для очистки сточных вод, включающий вертикальный цилиндрический корпус с расширенной верхней частью, заполненный псевдоожиженным слоем насадки, периферийную камеру осветления с зернистой загрузкой, расположенной в нижней части корпуса и снабженной системой промывки зернистой загрузки, трубопровод подачи воды на обработку, расположенный в нижней части корпуса, и трубопроводы отвода очищенной воды и рециркулируемого потока, отличающийся тем, что биореактор снабжен встроенным в верхней части корпуса периферийным цилиндрическим кольцевым отстойником с коническим днищем и иловой щелью, образующим цилиндрической частью внутреннюю горловину биореактора, неподвижной волокнистой загрузкой, расположенной под отстойником, и устройством удаления избыточного ила, выполненным в виде воронки, соединенной с трубопроводом удаления избыточного активного ила и расположенной по центру в расширяющейся части корпуса, корпус биореактора в нижней части выполнен в виде усеченного конуса и снабжен коническим водораспределителем, установленным над трубопроводом подачи воды на обработку, и кольцевым отражателем, установленным под иловой щелью отстойника, трубопровод рециркулируемого потока соединен с трубопроводом подачи воды на обработку, отстойник в верхней части снабжен неподвижной волокнистой насадкой, полупогружной коаксиальной цилиндрической перегородкой с перекрытием и патрубком отвода биогаза, образующей газоотделительное кольцевое пространство, устройством для сбора отстоенной воды, выполненным в виде кольцевого трубопровода с патрубками и трубопроводом для сбора отстоенной воды, внутренняя горловина биореактора снабжена глухим перекрытием и отверстиями перепуска воды, периферийная камера осветления с зернистой загрузкой расположена снаружи корпуса, внешний диаметр камеры равен диаметру расширенной верхней части корпуса, соотношение высот камеры осветления и нижней части корпуса составляет 1 2 7, снабжена распределительным карманом, соединенным с трубопроводом отвода отстоенной воды, а система промывки зернистой загрузки выполнена в виде парных полукольцевых трубопроводов с патрубками, расположенных в верхней и нижней частях камеры осветления. 2. Биореактор по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен эжектором и сатуратором, установленным последовательно на трубопроводе рециркулируемого потока, и трубопроводом подачи биогаза в сатуратор, соединенным с патрубком отвода биогаза в перекрытии цилиндрической перегородки отстойника.