УСТАНОВКА ДЛЯ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ВОДЫ И ВОЗДУХА Российский патент 1998 года по МПК C12M1/00 

Предполагаемое изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано для очистки бытовых и производственных сточных вод, а также воздуха в производственных помещениях.

Известны различные конструкции барботажных аэротенков, а также аэротенков с поверхностной аэрацией [1].

Аэротенки с поверхностной аэрацией представляют собой емкости, заполняемые стоками, у поверхности которых размещены разбрызгивающие или самовсасывающие мешалки - аэраторы.

Барботажные аэротенки представляют собой емкости, заполняемые стоками, на дне которых расположены перфорированные трубы, в которые подается сжатый воздух.

Недостатком аэротенков с поверхностной аэрацией или барботажных является необходимость последующей очистки воды от взвешенных частиц и микроорганизмов в отстойниках и фильтрах тонкой очистки.

Наиболее близкой к предполагаемому изобретению является конструкция биофильтра с плоскостной загрузкой и узлом орошения в виде сегнерова колеса [2] . Биофильтр состоит из емкости, в которой размещена плоскостная загрузка. Над емкостью расположен ороситель, выполненный в виде радиальных труб с тангенциально расположенными отверстиями. Трубы укреплены на полой ступице с возможностью вращения вокруг вертикальной оси. К ступице с помощью циркуляционного насоса подводится жидкость. Вращение узла орошения осуществляется в результате реактивного воздействия вытекающих через отверстия струй жидкости. Стекающая с плоскостной загрузки жидкость частично поступает на циркуляцию в узел орошения, частично в - в отстойник и далее в фильтр тонкой очистки. Таким образом, данной конструкции присущ также общий недостаток аэротенков с поверхностной аэрацией или барботажных: необходимость последующей очистки воды от взвешенных частиц и микроорганизмов в отстойниках и фильтрах тонкой очистки.

Задачей изобретения является обеспечение биологической очистки сточных вод, удаление из нее взвешенных частиц и микроорганизмов и одновременная очистка воздуха в одном аппарате.

Данный технический результат достигается тем, что в установке, содержащей корпус со штуцерами для подачи и выведения воздуха и очищаемой жидкости, узел орошения, сборник суспензии микроорганизмов, циркуляционный насос, соединенный с узлом орошения и сборником суспензии микроорганизмов, сборник очищенной воды, расположенный в нижней части корпуса, согласно изобретению, под узлом орошения и над сборником суспензии микроорганизмов укреплены последовательно листовые фильтры с трубками для отвода фильтрата, соединенными с расположенными в нижней части корпуса сборником очищенной воды. Согласно пп. 2. изобретения, узел орошения выполнен в виде сегнерова колеса или коллектора с форсунками; согласно пп. 3. изобретения, между трубками для отвода фильтрата и сборником очищенной воды размещен коллектор с клапаном для периодического отключения стока фильтрата; согласно пп. 4. изобретения, между листовыми фильтрами установлены насадочные листы и согласно пп. 5. изобретения, в зазорах между насадочными листами и между листовыми фильтрами укреплены сетки.

Наличие в установке листовых фильтров, используемых одновременно как в качестве листовой насадки с иммобилизацией на фильтрующей поверхности микроорганизмов в виде биопленки, так и в качестве фильтров, обеспечивает биологическую очистку воды в аэробных условиях и получение осветленного фильтрата.

Размещение сеток между насадочными листами и между листовыми фильтрами препятствует слипанию поверхностей и увеличению гидравлического сопротивлений потоку воздуха при уменьшении зазоров между насадочными листами или листовыми фильтрами. Сетки, применяемые для этих целей не должны быть плоскими.

Выполнение узла орошения в виде сегнерова колеса обеспечивает более интенсивное периодическое орошение поверхностей по сравнению со стационарными оросителями и, соответственно, удаление избытка микроорганизмов и загрязнений с поверхностей.

Размещение между трубками для отвода фильтрата и сборником очищенной воды коллектора с клапаном для периодического отключения стока фильтрата позволяет эффективнее очищать поверхности листовых фильтров в отсутствии перепада давления на фильтрующей поверхности.

Соотношение между количеством листов и листовых фильтров выбирается из условия обеспечения заданной производительности установки по воде и воздуху.

На фиг. 1 показан общий вид установки на фиг. 2 - вид в разрезе А-А, на фиг. 3 показан узел варианта установки с коллектором и клапаном для периодического отключения стока фильтрата На фиг. 4,5 показан разрез и план варианта установки с радиальным размещением листовых фильтров и узлом орошения в виде сегнерова колеса.

Установка (фиг. 1) состоит из корпуса 1 с крышкой 2, снабженных штуцерами 3,4 для подачи и отвода воздуха.

В нижней части корпуса расположены сборники суспензии микроорганизмов 5 и очищенной воды 6, снабженные штуцерами для подачи очищенной воды 7 слива осадка 8, отбора очищенной воды 9, отбора суспензии микроорганизмов 10 для подачи с помощью циркуляционного насоса 11 в узел орошения 12, расположенный в верхней части корпуса 1 и выполненный в виде съемного коллектора с перфорированными трубами. Под узлом орошения 12 на стенках корпуса укреплены полки 13, на которые опираются концы прутков 14. а прутках 14 укреплены сетки 15, листовые фильтры 16, насадочные листы 17, которые могут быть изготовлены из фильтровальной ткани. Крепление сетки 15 к пруткам 14 осуществляется посредством сварки или проволокой.

Внизу всех листовых фильтров 16 имеются трубки для отвода фильтрата 18, которые проходят через щелевое отверстие 19 в стенке корпуса 1, примыкающей к сборнику очищенной воды 6 и опускаются на глубину H в этот сборник,
Значение H определяет гидростатическое разрежение в нижней части листовых фильтров 16. Сборник очищенной воды закрыт крышкой 20.

На фиг. 3 показан вариант установки с коллектором 21 и клапаном для периодического отключения стока фильтрата 22. Коллектор 21 соединен с трубками для отвода фильтрата 18.

На фиг. 4,5 показан вариант установки с радиальным расположением листовых фильтров 16 сеток 15, насадочных листов 17 и узлом орошения 12 в виде сегнерова колеса Установка включает цилиндрический корпус 1 и коаксиально расположенный внутренний цилиндр 22. Между ними на полки 13 опираются концы прутков 14, к которым крепятся листовые фильтры 16, сетки 15 и насадочные листы 17. Над ними расположены радиальные трубы с отверстиями узла орошения 12, выполненного в виде сегнерова колеса. Во внутреннем цилиндре 22 имеются щелевидные отверстия 19, через которые трубки для отвода фильтрата 18 проходят в сборник очищенной воды 6, расположенный во внутреннем цилиндре 22. Сборник суспензии микроорганизмов 5 расположен внизу кольцевого пространства между корпусом 1 и внутренним цилиндром 22. Узел орошения 12 укреплен на подшипниковой опоре, расположенной на крышке 23 внутреннего цилиндра 22. На узле орошения 12 имеется воронка 24 для подачи жидкости насосом 11 через штуцер 25, расположенный на крышке 2.

Установка работает следующим образом. Через штуцер 7 в установку подается загрязненная вода в количестве, обеспечивающем заполнение сборника суспензии микроорганизмов 5. При запуске установки в сборник Б подается засевная культура микроорганизмов и, в случае необходимости, вспомогательные вещества для образования осадка на фильтрующих поверхностях: диатомит, перлит, целлюлоза, древесная мука, древесный уголь. Штуцеры 3,4 соединяются с линиями приточной и вытяжной вентиляции. После включения циркуляционного насоса 11 суспензия микроорганизмов и вспомогательных материалов забирается из сборника 5 через штуцер 10 и подается в узел орошения 12 (фиг. 1, 2) или воронку 24 узла орошения 12 в виде сегнерова колеса (фиг. 4, 5). Через несколько часов или суток, в зависимости от объема установки, количества засевной культуры микроорганизмов и вспомогательных веществ, на поверхности листовых фильтров 16 (фиг. 1, 2, 3, 4, 4.5) образуется слой биопленки, производится отбор очищенной воды из этих фильтров через трубки для отвода фильтрата 18 в сборники очищенной воды 6 и далее через штуцеры 9 потребителям чистой воды. Соответственно, в сборник суспензии микроорганизмов 5 подается загрязненная вода. Фильтрация жидкости через листовые фильтры 16 осуществляется из пленки жидкости, стекающей по поверхности фильтровальной ткани при орошении за счет гидростатического разряжения, определяемого высотой листовых фильтров, их гидравлическим сопротивлением и расстоянием от нижних кромок этих фильтров над уровнем очищенной воды в сборнике 6. В случае превышения производительности фильтров над количеством отбираемой очищенной воды, ее избыток перетекает через щелевидные отверстия 19 в сборник суспензии микроорганизмов 5.

В установке, выполненной согласно варианту, показанному на фиг.3, имеется возможность периодического отключения стока фильтрата из листовых фильтров 16 посредством перекрытия клапана 22. В отсутствие стока фильтрата перепад давления между пленкой жидкости, стекающей по наружной поверхности листовых фильтров 16 и жидкостью в дренажных каналах по всей высоте фильтров равен нулю, что обеспечивает эффективную очистку поверхностей этих фильтров от избытка биомассы и загрязнений.

При длительной работе установки в сборнике суспензии микроорганизмов 5 накапливается осадок, который периодически удаляется через штуцер 8.

В случае преимущественной очистки воздуха и незначительного потребления очищенной воды на опорах 13 установлено большее количество насадочных листов 17. Размещение сеток 15 между насадочными листами 17 и между листовыми фильтрами 16 препятствует слипанию поверхностей в результате действия сил поверхностного натяжения.

Таким образом, использование прелагаемой установки позволит эффективно очищать воздух и воду в одном аппарате без применения отстойников и дополнительных фильтров для тонкой очистки воды.

Относительно небольшой перепад давления на поверхности листовых фильтров 16 компенсируется их большой поверхностью, поскольку они выполняют функции насадки с биопленкой, что обеспечивает высокую производительность установки по очищенной воде.

Для очистных установок производительностью 100 м³/сутки поверхность насадки с биопленкой, орошаемой в аэробных условиях составляет около 2000 м³.

Применительно к предлагаемой установке эта поверхность представляет собой поверхность листовых фильтров.

Скорость фильтрации W_п через эту поверхность составит: W_n = 6•10^-4 мм/сек.

Скорость фильтрации, определяемая по зависимости Дарси для биопленки толщиной 1 мм и среднем значении перепада давления на листовом фильтре 0.01 н/м² составит:
W = 10^-2 мм/сек. Сопоставляя значения W_n и W получим, что расчетное значение скорости фильтрации на два порядка превосходит значение скорости фильтрации, соответствующее заданной производительности. Это означает, что при увеличении слоя осадка и увеличении его удельного сопротивления производительность установки не снижается.

Литература:
1. Оборудование, сооружения, основы проектирования химико-технологических процессов защиты биосферы от промышленных выбросов./Родионов А.И., Кузнецов Ю. П., Зенков В.В., Соловьев Г.С. Учебное пособие для вузов. - М.. Химия, 1985. С.91.

2. Яковлев С.В., Воронов Ю.В. Биологические фильтры/М.: Стройиздат.1982. С.88.

Назначение: изобретение относится к области биологической очистки жидкостных и газовых сред и может быть использовано в химической, нефтеперерабатывающей, деревоперерабатывающей, пищевой, сельскохозяйственной, биотехнологической промышленности для очистки жидкостей и отходящих газов от органических загрязнений, таких как фенол и его производные, спирты, альдегиды, меркаптаны, ароматические соединения, алканы и алкены. Сущность изобретения: установка представляет собой корпус со штуцерами для подачи и выведения воздуха и очищаемой жидкости, узел орошения, сборник суспензии микроорганизмов, циркуляционный насос, соединенный с узлом орошения и сборником суспензии микроорганизмов, сборник очищенной воды, расположенный в нижней части корпуса, согласно изобретению, под узлом орошения и над сборником суспензии микроорганизмов укреплены последовательно листовые фильтры с трубками для отвода фильтрата, соединенными с расположенным в нижней части корпуса сборником очищенной воды. Узел орошения может быть выполнен в виде сегнерова колеса или коллектора с форсунками. Между трубками для отвода фильтрата и сборником очищенной воды может быть размещен коллектор с клапаном для периодического отключения стока фильтрата. Между листовыми фильтрами могут быть установлены насадочные листы. В зазорах между насадочными листами и между листовыми фильтрами предпочтительно укреплены сетки. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Установка для микробиологической очистки воды и воздуха, содержащая корпус с штуцерами для подачи и выведения воздуха и очищаемой жидкости, узел орошения, укрепленный в верхней части корпуса, сборник суспензии микроорганизмов, циркуляционный насос, соединенный с узлом орошения и сборником суспензии микроорганизмов, сборник очищенной воды, расположенный в нижней части корпуса, отличающаяся тем, что под узлом орошения и над сборником суспензии микроорганизмов на прутках, закрепленных в верхней части корпуса, под узлом орошения укреплены последовательно листовые фильтры с трубками для отвода фильтрата, соединенными с расположенным в нижней части корпуса сборником очищенной воды, причем трубки для отвода фильтрата находятся внизу листовых фильтров. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что узел орошения выполнен в виде сегнерова колеса или коллектора с форсунками. 3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что между трубками для отвода фильтрата и сборником очищенной воды размещен коллектор с клапаном для периодического отключения стока фильтрата. 4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что между листовыми фильтрами установлены насадочные листы. 5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в зазорах между насадочными листами и между листовыми фильтрами укреплены сетки.