БИОСОРБЦИОННЫЙ ФИЛЬТР ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД Российский патент 2002 года по МПК B01J20/00 B01D39/00 

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, а именно к способам очистки сточных вод, и может быть использовано для очистки фильтрационных сточных вод, образуемых на полигонах захоронения твердых бытовых отходов (ТБО).

Известен фильтр для очистки сточных вод, содержащий корпус и помещенный в нем фильтрующий элемент, выполненный из частиц пенополистирола или пенополиуретана [1].

Недостатками этого фильтра являются необходимость его периодической промывки, недостаточная степень очистки сточных вод от трудноокисляемых органических соединений. Кроме того, загрузка фильтра выполняет роль инертного материала, увеличивающего поверхность контакта биопленки с очищаемой водой. При этом непористые частицы полимеров не принимают непосредственного участия в биологических процессах очистки. Эффективность очистки невысока и зависит в большей степени от развития биопленки.

Наиболее близким по технической сути к предлагаемому фильтру является биореактор для очистки сточных вод [2]. Биореактор 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-биоблокатор - 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.

Причина, препятствующая получению требуемого технического результата, заключается в том, что известный биореактор эффективен только при очистке хозяйственно-бытовых сточных вод, содержащих легко окисляемые органические вещества (ХПК=380-400 мг/л). Т.е. известный биореактор неэффективен для очистки фильтрационных вод полигонов ТБО крупных промышленных центров, которые характеризуются высоким содержанием органических, в том числе хлорорганических соединений, трудно окисляемых традиционными методами биологической очистки.

Задачей изобретения является повышение эффективности очистки фильтрационных сточных вод полигонов ТБО за счет использования более эффективных загрузочных материалов биофильтра.

Поставленная задача решается за счет использования фильтра, состоящего из корпуса с подводящим и отводящим патрубками, и дренажной системы, отводящей очищенную воду. В корпусе биофильтра расположены слои загрузки в следующей последовательности: кора (высота слоя 100 мм), шлак (высота слоя 500 мм), скоп (высота слоя 300 мм), сорбент Н (высота слоя 500 мм), гравий крупностью 50-100 мм (высота слоя 100 мм). Подводящий патрубок содержит форсунки для равномерного распределения сточной воды по площади фильтра.

Отличительными от прототипа признаками являются: использование в качестве слоев загрузки сорбента Н, шлака, отхода целлюлозно-бумажной промышленности - скопа, елово-осиновой коры; а также расположение этих слоев в строгой последовательности и выбор определенной их высоты.

Материалы, использованные в качестве загрузочных, являются отходами производства. Кора елово-осиновая, 5-летнего срока хранения, образуется на целлюлозно-бумажном комбинате в процессе окорки древесины. Каменноугольный шлак образуется при сжигании каменного угля, возможно использование металлургического шлака. Скоп является отходом целлюлозно-бумажной промышленности. Сорбент Н - недочет окорки древесины представляет собой золу, образующуюся при сжигании отходов целлюлозно-бумажных и лесопильно-деревообрабатывающих комбинатов в котловых установках в условиях, близких к методам активации древесных углей [3,4].

На чертеже изображен предлагаемый биосорбционный фильтр. Фильтр состоит из корпуса 1 с подводящим патрубком 2, содержащим форсунки для равномерного распределения сточной воды по площади фильтра, и дренажной системы 3, отводящей очищенную воду. В корпусе биофильтра расположены слои 4-8 загрузки в следующей последовательности сверху вниз: кора, высота слоя 100 мм; шлак, высота слоя 500 мм, скоп, высота слоя 300 мм; сорбент Н, высота слоя 500 мм; гравий крупностью 50-100 мм, высота слоя 100 мм.

Биосорбционный фильтр работает в режиме естественной аэрации подобно капельному биофильтру. По подводящему патрубку 2 в корпус 1 биофильтра подают сточную воду. Она проходит через слой 4 загрузочного материала - кору, которая используется в качестве источника активной микрофлоры, необходимой для осуществления биохимических процессов окисления органических примесей. Далее вода поступает в слой 5 шлака, который содержит оксиды кальция и кремния. Назначение этого слоя - создание области с повышенной величиной рН, необходимой для активизации аэробных микроорганизмов и извлечения взвешенных, коллоидных и высокомолекулярных органических соединений, что приводит к значительному снижению цветности и улучшению других органолептических свойств очищаемых сточных вод. Затем вода проходит через слой 6 загрузки - скоп, который предназначен для очистки фильтрационных вод от высокомолекулярных соединений и снижения общей минерализации. Последним слоем 7 химически активной загрузки, через которую проходит очищаемая вода, является сорбент Н. Сорбент Н обладает развитой поверхностью, мезопористой структурой и на нем эффективно извлекаются нефтепродукты, СПАВ, трудно окисляемые органические соединения. Кроме того, на развитой поверхности сорбента активно протекают биохимические процессы, в результате которых происходит разложение и окисление сорбированных органических соединений. Слой 8 гравия выполняет роль дренажного слоя. Далее очищенная сточная вода выводится из биофильтра по патрубку 3.

По выходным кривым сорбции и вычисленному времени защитного действия каждого слоя были установлены оптимальные размеры слоев загрузки фильтра, а также последовательность их расположения в соответствии с функциональным назначением. Увеличение высоты слоев загрузки фильтров не дает значительного повышения эффективности очистки и приводит к непроизводительным затратам материалов, уменьшение высоты слоев загрузки значительно снижает эффективность очистки. Чтобы каждый слой биофильтра выполнял свое функциональное назначение, соотношение высот слоев (кора, шлак, скоп, сорбент Н, гравий) по ходу движения очищаемой воды должно составлять соответственно 1:5:3:5:1.

В процессе эксперимента сточные воды ТБО очищали в биосорбционном фильтре объемом 3 дм³, диаметром 10 см. Сточная вода разбрызгивалась на поверхности биофильтра, объемная скорость подачи воды составляла 6 л/час.

Результаты экспериментов при заявленном соотношении высот слоев загрузки (концентрация органических веществ (ХПК) и величина цветности в первой пробе элюата (V=5000 мл)) в сравнении с работой известного биореактора, принятого за прототип, приведены в таблице.

Полученные результаты экспериментов показали, что использование заявленной конструкции биосорбционного фильтра позволит достичь максимально эффективной очистки сточных вод полигонов ТБО.

Технико-экономические преимущества использования заявляемых видов загрузки биосорбционного фильтра состоят также в том, что они являются отходами производств и не требуют регенерации. Кроме того, присутствие в загрузке микроорганизмов способствует саморегенерации фильтрующих материалов, что значительно увеличивает фильтроцикл.

Источники информации
1. И.М. Таварткиладзе. Сорбционные процессы в биофильтрах. - М.: Стройиздат, 1989.

2. Патент РФ 2049737 С1, 6 С 02 F 3/04. Биореактор для очистки сточных вод /Терентьева Н. А., Казарян В.А.

3. Ручкина О.И. Разработка комбинированного метода очистки сточных вод производств трифенилметановых красителей с применением сорбента из отходов окорки древесины. Дис... канд.техн.наук: 11.00.11. - Защищена 6.12.88; Утв. 6.12.88; Пермь, 1988. - 229 c: 44 ил., 42 табл., 134 библиогр.; с.55-71.

4. Ручкина О. И., Вайсман Я.И., Шлома Э.Н., Худак В.И. Очистка сточных вод производств трифенилметановых красителей с применением сорбента из недожига окорки древесины // Обзорная информация. Серия "Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов." - М.: НИИТЭХИМ, 1988, вып. 1, с.6-10).

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, а именно к способам очистки сточных вод, и может быть использовано для очистки фильтрационных сточных вод, образуемых на полигонах захоронения твердых бытовых отходов (ТБО). Фильтр состоит из корпуса с подводящим патрубком, содержащим форсунки для равномерного распределения сточной воды по площади фильтра, и дренажной системы, отводящей очищенную воду. В корпусе биофильтра расположены слои загрузки в следующей последовательности по ходу движения воды: кора елово-осиновая 5-летнего срока хранения, шлак, скоп, сорбент-Н, гравий крупностью 50-100 мм. Фильтр работает в режиме естественной аэрации. Изобретение позволяет повысить степень очистки вод. 3 з.п.ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Биосорбционный фильтр для очистки сточных вод, состоящий из корпуса с подводящим и отводящим патрубками и расположенными в корпусе слоями наполнителя, мелкозернистой и крупнозернистой загрузок, отличающийся тем, что в качестве наполнителя он содержит слои: сорбент Н - недожог окорки древесины, кору елово-осиновую 5-летнюю и отход целлюлозно-бумажной промышленности - скоп, в качестве мелкозернистой загрузки - гравий фракции 50-100 мм; в качестве крупнозернистой загрузки - шлак; последовательность расположения слоев в корпусе фильтра по ходу движения очищаемой воды следующая: кора, шлак, скоп, сорбент, гравий. 2. Биосорбционный фильтр по п.1, отличающийся тем, что соотношение высот слоев по ходу движения очищаемой воды составляет соответственно 1:5:3:5:1. 3. Биосорбционный фильтр по пп.1 и 2, отличающийся тем, что высота слоя коры составляет 100 мм. 4. Биосорбционный фильтр по пп.1-3, отличающийся тем, в качестве крупнозернистой загрузки используют шлаки от сжигания каменного угля или металлургические шлаки.