БИОФИЛЬТР БАШЕННОГО ТИПА Российский патент 1998 года по МПК C02F3/10 

Изобретение относится к установкам очистки хозяйственно-бытовых и высококонцентрированных сточных вод, загрязненных органическими веществами, и может быть использовано, в частности, для очитки стоков предприятий молочной и пищевой промышленности.

Известны капельные биофильтры [1], представляющие собой железобетонную конструкцию, прямоугольную или круглую в сечении, заполненную загрузочным материалом, который уложен на поддерживающую решетку. Доступ воздуха в биофильтр обеспечивается через поддерживающую решетку путем устройства отверстий в ограждающей поверхности стен, расположенных ниже уровня поддерживающей решетки. Высота капельного биофильтра не более 2 м. Соотношение между площадью и высотой не ограничивается какой-либо определенной величиной. Допустимая нагрузка по загрязнениям не более 400 г/м³ по БПК в сутки.

Известны биофильтры в виде биологической башни [2], конструкция которых аналогична капельным биофильтрам, но в качестве загрузочных материалов используются современные синтетические загрузки, что несколько улучшает условия вентиляции и позволяет увеличить высоту сооружения до 6 м и более, благодаря чему увеличивается время контакта стоков с загрузкой и жидкость может подаваться непрерывно с помощью неподвижных оросителей. Допустимая нагрузка по загрязнениям не более 2400 г/м³ по БПК в сутки. Так же, как и в капельных биофильтрах, в биологических башнях соотношение между площадью поперечного сечения и высотой не ограничивается какой-либо определенной величиной, но в тех и других сооружениях площадь значительно больше высоты.

Описанные конструкции имеют следующие недостатки:
значительно худшие условия вентиляции в средних слоях загрузки, чем в верхних (особенно в капельных биофильтрах) и в связи с этим возникновение в средних слоях анаэробных зон, вследствие чего ухудшается процесс очистки, наступает заиливание биофильтра, появляются неприятные запахи, возникают мухи Psychoda, кроме того, биопленка средних слоев состоит в основном из биопленки, смытой с верхних слоев;
эффективно работает только верхний слой описанных сооружений, около 0,3 м от поверхности загрузки, так как в нем наилучшие условия вентиляции (устройство ажурных стен или отверстий по всей высоте стен капельных биофильтров с целью улучшения условий вентиляции себя не оправдала, так как воздух проникает через отверстия лишь на глубину 2 - 3 м от них);
конструкция занимает большие площади, что влечет за собой еще один недостаток - не всегда можно расположить описанные конструкции в помещении;
неэффективное использование объема загрузки, так как при ее горизонтальном расположении она работает менее эффективно, чем при вертикальном при том же объеме загрузки;
отрицательное влияние низких температур при расположении сооружений на открытом воздухе;
ухудшение вентиляции весной и осенью, так как вентиляция описываемых сооружений зависит от перепада температур - между температурой в теле биофильтра и температурой наружного воздуха;
плохо происходит удаление CO₂ из-за плохой вентиляции в теле биофильтра и биологической башни, так как особое значение вентиляции не только в насыщении стоков кислородом воздуха, но и в удалении углекислоты, образующейся при минерализации органических веществ;
высокая стоимость строительства;
невозможность доступа к средним и нижним слоям загрузочного материала.

Наиболее эффективным в настоящее время и наиболее близким по технической сущности к изобретению является биофильтр башенного типа [3]. В отличие от всех других типов биофильтров у башенных отношение диаметра к высоте задается определенной величиной - 1:6 - 1:8, благодаря чему создается хорошая воздушная тяга подобно дымовым трубам, благодаря чему искусственная вентиляция необязательна.

Башенный биофильтр представляет собой железобетонную колонну, разделенную решетками на секции высотой 2 - 4 м. На решетках расположена фильтрующая загрузка (щебень). В нижней части биофильтра расположены междудонное пространство, не заполненное загрузкой, высотой 0,4 - 0,9 м и отверстия для поступления воздуха. Сточные воды поступают по трубопроводу с простым распределителем и разбрызгиваются по поверхности фильтрующей загрузки, ударяясь предварительно в перфорированные отбойные диски.

Недостатками башенных биофильтров являются
необходимость подачи стоков на большую высоту;
большие капитальные затраты, поэтому башенные биофильтры целесообразно применять в местностях с ярко выраженным рельефом, обеспечивающим поступление стоков самотеком;
из-за небольших размеров поперечного сечения башенных биофильтров наступает их охлаждение как при низких температурах, так и вследствие расположения их на открытых местностях, подверженных воздействию сильных ветров.

башенные биофильтры требуют для своего размещения больших территорий.

Целью изобретения является создание малогабаритного эффективного биофильтра башенного типа с улучшенными условиями вентиляции и максимально эффективным использованием всего объема загрузки и сооружения, обладающего повышенной окислительной мощностью, устойчивостью к залповым сбросам стоков по концентрациям и гидронагрузкам, простого по конструкции и не требующего при монтаже больших капитальных затрат.

Поставленная цель достигается тем, что биофильтр башенного типа, включающий рабочую часть, состоящую из заполненных насадкой секций, и пустотелую камеру, расположенную под рабочей частью, дополнительно содержит незаполненную насадкой тяговую башню, расположенную над рабочей частью, а пустотелая камера имеет сужающееся сечение. Кроме того, каждая секция рабочей части биофильтра имеет фланцевые соединения, поддерживающие перфорированные перегородки, а под сужающимся сечением пустотелой камеры имеются два патрубка, обеспечивающие работу в условиях естественной и принудительной вентиляции.

Малогабаритный биофильтр изображен на чертеже. Он включает рабочую часть 1 высотой H_р, равную 4 - 6 м (то есть равную высоте помещения), состоящую из секций, расположенную в корпусе 8, тяговую башню 2 высотой H_т (высота не ограничена), пустотелую камеру 15. Между секциями, заполненными насадкой 9, имеются фланцевые соединения 3, которые соединены болтами 5 для обеспечения жесткости конструкции. Между фланцами 3 расположены перфорированные перегородки 13, на которые уложена загрузка 9. В пустотелой камере 15 имеется сужение 4 для создания сверхзвуковых или близких к ним скоростей движения воздуха в рабочей части 1 биофильтра. Кроме того, пустотелая камера 15 имеет патрубок 6 для подачи воздуха при работе установки в режиме принудительной вентиляции и патрубок 14 с шибером - в режиме работы с естественной вентиляцией. Для работы в условиях искусственной (принудительной) вентиляции под пустотелой камерой 15 размещен стакан 10 для создания гидравлического затвора.

Биофильтр работает следующим образом.

Сточные воды по трубопроводу 11 попадают на отбойный щит 12, который позволяет распределять стоки равномерно по всей площади загрузки.

Далее стоки, проходя по рабочей части 1 биофильтра, не только обтекают загрузку, но и разбиваются на ней на капли при применении в качестве загрузки, например, колец Рашига, которые можно использовать в изобретении, уложив их в шахматном порядке, что практически невозможно осуществить в других типах биофильтров с большой площадью поперечного сечения и невозможностью дальнейшего доступа к загрузке при эксплуатации. При использовании подобных загрузок и разбиении струи на капли повышается эффект насыщения кислородом, так как при этом увеличивается массообмен и наступает постоянное обновление поверхности капли и соприкосновение с воздушной средой с одновременной отдувкой CO₂.

Наличие тяговой башни позволяет в условиях естественной вентиляции обеспечить высокий эффект очистки сточных вод, так как в установке возникают высокие скорости движения воздуха в рабочей части, что увеличивает степень насыщения стоков кислородом.

Допустимая нагрузка по загрязнениям ориентировочно 3000 г/м³ по БПК в сутки.

Для работы в режиме искусственной вентиляции (принудительной вентиляции) в пустотелой камере 15 открывается заслонка патрубка 6, включается вентилятор 7 и сужение сечения 4 позволяет установке даже при небольшом избыточном давлении, созданном вентилятором, работать подобно сверхзвуковому соплу, что приводит к повышению скоростей движения воздуха по рабочей части (они близки к сверхзвуковым) и увеличению степени насыщения стоков кислородом и, следовательно, к повышению степени очистки стоков. В этом случае стакан 10 играет роль гидравлического затвора, не пропуская воздушный поток через нижний торец сооружения. Вертикальное расположение загрузки в установке по сравнению с капельными биофильтрами и биологическими башнями позволяет более эффективно использовать тот же объем загрузки.

Таким образом, предлагаемые малогабаритные биофильтры могут с успехом заменить повсеместно применяемые малоэффективные капельные биофильтры, высвобождая при этом большие площади и повышая окислительную мощность очистных сооружений (несколько малогабаритных биофильтров заменяют капельный биофильтр большой площади). При введении рециркуляции степень очистки еще более повышается.

Кроме того, малогабаритные биофильтры могут применятся не только как самостоятельные сооружения биологической очистки, но и в качестве ступени предварительной очистки перед сооружениями любой производительности и технологии, а также могут быть встроены в любую технологическую цепочку при реконструкции очистных сооружений.

Источники информации.

1. Канализация. Федоров Н.Ф., Шифрин С.М. М.: Высшая школа, 1968 г.

2. Технология обработки природных и сточных вод. М.: Стройиздат, 1979 г.

3. Канализация. Федоров Н.Ф., Шифрин С.М. М.: Высшая школа, 1968 г.

Изобретение относится к установкам очистки хозяйственно-бытовых и высококонцентрированных сточных вод, загрязненных органическими веществами, и может быть использовано, в частности, для очистки предприятий молочной и пищевой промышленности. Сущность изобретения: биофильтр башенного типа, включающий рабочую часть, состоящую из заполненных насадкой секций, и пустотелую камеру, расположенную под рабочей частью, дополнительно содержит не заполненную насадкой тяговую башню, расположенную над рабочей частью, а пустотелая камера имеет сужающееся сечение. При этом каждая секция рабочей части имеет фланцевые соединения, между которыми расположены поддерживающие перфорированные перегородки, а под сужающимся сечением пустотелой камеры имеются два патрубка, обеспечивающие работу в условиях естественной и принудительной вентиляции. Предлагаемый биофильтр является малогабаритным, высокоэффективным, с улучшенными условиями вентиляции и может успешно заменить малоэффективные капельные биофильтры. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Биофильтр башенного типа для очистки сточных вод, включающий рабочую часть, состоящую из заполненных насадкой секций, и пустотелую камеру, расположенную под рабочей частью, отличающийся тем, что он дополнительно содержит не заполненную насадкой тяговую башню, расположенную под рабочей частью, а пустотелая камера имеет сужающееся сечение. 2. Биофильтр по п. 1, отличающийся тем, что каждая секция его рабочей части имеет фланцевые соединения, между которыми расположены поддерживающие перфорированные перегородки. 3. Биофильтр по п. 1, отличающийся тем, что под сужающимся сечением в пустотелой камере имеются два патрубка, обеспечивающие работу в условиях ествественной и принудительной вентиляции.