МАЛОГАБАРИТНЫЙ БИОФИЛЬТР БАШЕННОГО ТИПА Российский патент 2004 года по МПК C02F3/10 C02F3/10 C02F101/30 C02F103/34 

Изобретение относится к установкам очистки хозяйственно-бытовых и высококонцентрированных по органическим загрязнениям сточных вод.

Известны капельные биофильтры [1], представляющие собой железобетонную конструкцию, прямоугольную или круглую в сечении, заполненную загрузочным материалом, как правило щебнем, 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 биофильтра не более 2,0 м. Ограничение высоты связано с тем, что при дальнейшем ее увеличении создаются плохие условия для вентиляции всей высоты загрузочного материала, что усугубляется крайне маленькими просветами между отдельными гранулами загрузки из щебня, которая имеет высокую плотность. Соотношение между площадью поперечного сечения и высотой не регламентируется какой-либо определенной величиной. Вентиляция слоя загрузки принимается естественная. Допустимая нагрузка по загрязнениям - не более 400 г/м³ БПК в сутки.

Известны биофильтры в виде биологической башни [2], конструкция которых аналогична капельным биофильтрам, но в качестве загрузочных материалов используются современные синтетические загрузки из полимерных материалов, что несколько улучшает условия вентиляции и позволяет увеличить высоту сооружения до 6,0 м, благодаря чему увеличивается время контакта стоков с загрузкой и сточная жидкость может подаваться непрерывно с помощью неподвижных оросителей. Соотношение между площадью поперечного сечения и высотой не регламентируется какой-либо определенной величиной, но в капельных биофильтрах и биологических башнях площадь поперечного сеченая значительно больше высоты. Допустимая нагрузка по органическим загрязнениям - не более 2400 г/м³ БПК в сутки.

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 средние слоях анаэробных зон, вследствие чего ухудшается процесс очистки, наступает заиливание биофильтра, неприятные запахи, появление мух. Кроме того, биопленка средних слоев биофильтра состоит, в основном, из биопленки, смытой с верхних его слоев, то есть, эффективно работает только верхний слой загрузочного материала, высота которого составляет не более 0,3 м от поверхности эагрузки - это происходит, в основном, из-за плохих условий вентиляции глубинных слоев загрузочного материала;
- конструкции указанных биофильтров занимают большие площади, что, во-первых, требует больших территорий для их размещения, а во-вторых, не всегда позволяет расположить эти биофильтры в помещении, в то время как расположение в помещении данных сооружений значительно повышает не только эффект очистки, особенно в зимний период, когда охлаждение стоков даже на 1-2 градуса ведет к резкому ухудшению очистки, но и значительно облегчает условия работы обслуживающего персонала;
- неэффективное использование объема загрузки, так как при ее горизонтальном расположении она работает менее эффективно, чем при вертикальном, при том же объеме;
- ухудшение условий 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 СО₂ из-за плохой вентиляции в теле биофильтра и биологической башни, так как особое значение вентиляции состоит не только в том, чтобы насытить стоки кислородом, но и в том, чтобы удалить углекислоту, образующуюся при минерализации органических веществ, то это особенно актуально;
- высокая стоимость строительства и большая его продолжительность и трудоемкость:
- невозможность или большая сложность доступа к средним и нижним слоям загрузочного материала, в то время, как часто бывает такая необходимость в связи с возможностью заиливания загрузки в данных конструкциях;
- трудность равномерного распределения стоков по большой площади поверхности подобных конструкций;
- невозможность отключения какой-либо площади поверхности биофильтров из работы при уменьшении количества стоков /это актуально особенно при колеблющемся количестве стоков в спортивных лагерях, домах отдыха/;
- неэффективность применения в таких конструкциях искусственной вентиляции.

Наиболее эффективным в настоящее время и наиболее близким при технической сущности к предлагаемому 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, в качестве которой используется щебень. Разделение башенного биофильтра решетками по высоте на ярусы в значительной степени обусловлено большим весом щебеночной загрузки и невозможностью удержать этот вес при помощи одной только нижней поддерживающей решетки. В нижней части биофильтра под поддерживающей решеткой расположено 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 отбойные диски в виде отдельных пластинок.

Недостатками башенных биофильтров являются:
- большие капитальные затраты на строительство, так как башенный биофильтр представляет собой массивную железобетонную конструкцию, способную выдерживать большие нагрузки от веса щебня;
- невозможность или трудность расположения башенных биофильтров в помещении, а в связи с этим их быстрое охлаждение в зимний период, и связанные с этим нарушения процессов очистки при охлаждении стоков;
- применение неэффективного загрузочного материала большого веса и недостаточно хорошо продуваемого воздушным потоком;
- невозможность в связи с большими капитальными затратами построить любое необходимое количество колонн башенных биофильтров для станций с колеблющимся количеством стоков, при котором необходимо периодически отключать отдельные колонны /секции/ при уменьшении количества стоков и загружать стоками меньшее количество биофильтров и, наоборот, при увеличении количества стоков распределять их по большему количеству биофильтров, то есть невозможность гибкого регулирования технологического процесса.

Целью предлагаемого изобретения является создание малогабаритной эффективной установки с улучшенными условиями вентиляции, обладающей повышенной окислительной мощностью, устойчиво работающей при колебаниях по количеству стоков и загрязнениям, а также при залповых сбросах по концентрациям и гидравлическим нагрузкам, простого по конструкции, не требующего при монтаже больших капитальных затрат, малогабаритного и легко размещаемого в помещении и простого в эксплуатации.

Поставленная цель достигается тем, что малогабаритный биофильтр башенного типа, включающий рабочую камеру с крышкой, нижним дырчатым днищем, на котором расположена насадка из колец Рашига и верхним распределительным поддоном с отверстиями, систему искусственной приточной вентиляции, трубопровод для подачи исходной воды, отличающийся тем, что соотношение площади поперечного сечения к рабочей высоте близко или более 1:6 при площади поперечного сечения 0,5-1,2 м², над рабочей камерой расположен рассекатель струи с патрубком и задвижкой, установленной на трубопроводе подачи исходных стоков, двумя патрубками, входящими в рабочую камеру под нижним дырчатым днищем, один из которых соединен с системой приточной вентиляции, а другой, предназначенный для работы в режиме естественной вентиляции, имеет поворотную заглушку с осью вращения в виде болта и гидрозатвором в виде изогнутого участка трубы, установленного на отводящем трубопроводе, при этом верхний распределительный поддон выполнен с ограничительным кольцом по периметру, при этом крышка рабочей камеры имеет верхний вентиляционный патрубок, выходящий за пределы помещения и возвышающийся над крышей здания, а верхняя крышка рабочей камеры, верхний распределительный поддон, рассекатель струи и верхний вентиляционный патрубок имеют разъемные соединения для удобства демонтажа.

Малогабаритный биофильтр башенного типа изображен на фиг. 1 (общий вид и вид сверху).

Малогабаритный биофильтр башенного типа включает
- трубопровод для подачи исходной воды 1;
- рассекатель струи 2 c отверстиями;
- верхний распределительный поддон 3;
- рабочую камеру 4 высотой h_р;
- насадку из колец Рашига 5;
- нижнее дырчатое днище 6;
- междудонное пространство 7;
- гидрозатвор в виде изогнутого участка трубы 8;
- патрубок, соединенный с системой плиточной вентиляции 9;
- патрубок, предназначенный для работы в режиме естественной вентиляции 10;
- вентилятор 11;
- стены помещения 12;
- крышку рабочей камеры 13;
- верхний вентиляционный патрубок 14;
- фланцевое разъемное соединение верхнего вентиляционного патрубка 15;
- разъемное фланцевое соединение крышки рабочей камера 16;
- фланцевое разъемное соединение с системой приточной вентиляции 17;
- поворотную заглушку /фланцевое соединение/ 18;
- задвижку на трубопроводе подачи исходной воды 19;
- болт поворотной заглушки 20;
- ограничительное кольцо верхнего распределительного поддона 21;
- опоры, поддерживающие крышку рабочей камеры 22;
- опоры, поддерживающие верхний распределительный поддон 23;
- крышки рабочей камеры, верхний распределительный поддон, нижнее дырчатое днище свободно опираются на соответствующие опоры;
- опоры нижнего дырчатого днища 24;
- патрубок 25.

Малогабаритный биофильтр башенного типа работает следующим образом.

Сточные воды по трубопроводу подачи исходной воды 1 поступают на рассекатель струи 2, при помощи которого достигается равномерное распределение стоков по всей площади верхнего распределительного поддона 3. Ограничительное кольцо верхнего распределительного поддона 21 препятствует проскоку неочищенной воды между стенками рабочей камеры 4 и загрузкой из колец Рашига 5. Попадая на верхний распределительный поддон 3, сточная вода через отверстия в нем равномерно распределяется по всей площади загрузки из колец Рашига 5, на которых образуется биологическая пленка, состоящая из микроорганизмов и осуществляющая процесс биологической очистки сточных вод. Пройдя через всю высоту загрузки из колец Рашига, биологически очищенная сточная вода проходит через нижнее дырчатое днище 6 в междудонное пространство 7 и по гидрозатвору в виде изогнутого участка трубы 8 отводится на дальнейшие технологические звенья очистных сооружений. Движение стоков по установке происходит в направлении сверху вниз, в то время как движение воздуха, насыщающего стоки кислородом и необходимого для жизнедеятельности микроорганизмов происходит в обратном направлении - снизу вверх. Воздух может поступать в установку по патрубку 10 - при режиме работы малогабаритного башенного биофильтра в условиях естественной вентиляции, при режиме же работы установки в условиях искусственной вентиляции заглушка 18 на патрубке 10 закрывается при помощи поворота заглушки 18 вокруг оси болта 20. При этом гидрозатвор 8 на отводящем стоки трубопроводе не позволяет воздуху, нагнетаемому вентилятором 11 через патрубок 9, выходить через отводящий стоки трубопровод 8, чему также препятствует закрытая поворотная заглушка 18 при режиме работы установки в условиях искусственной вентиляции. Нижнее дырчатое днище 6 не только поддерживает насадку-загрузку из колец Рашига, а также создает междудонное пространство 7 для свободного прохода воздуха, а отверстия в нижнем дырчатом днище создают условия для равномерного распределения воздуха по всей площади поперечного сечения установки.

Для создания оптимальных условий вентиляции в установке предусмотрена крышка рабочей камеры 13, переходящая в верхний вентиляционный патрубок 14, возвышающийся над крышей здания и создающий дополнительную тягу в рабочей камере малогабаритного биофильтра башенного типа. Принятая загрузка из колец Рашига 5 является гораздо более эффективной по сравнению со щебеночной загрузкой, применяемой в традиционных биофильтрах башенного типа. Задвижка 19, установленная на трубопроводе 1 подачи исходной воды, позволяет регулировать количество стоков, подаваемых на данную конкретную установку или, в случае необходимости, и резкого уменьшения количества стоков вообще прекращать их подачу. Для удобство доступа к загрузке 5 крышка рабочей камеры 13 имеет разъемное фланцевое соединение 16, предусмотрен также легкий демонтаж патрубка 25 при помощи фланца 15 от верхнего вентиляционного патрубка 14, легкий демонтаж рассекателя струи 2 при помощи фланцевого соединения на задвижке 19 /фланцы задвижки/ и легкий подъем крышки рабочей камеры 13 с опор 22, верхнего распределительного поддона 3 с опор 23 и нижнего дырчатого днища 5 с опор 24, так как детали 13, 3 и 6 свободно опираются на указанные опоры. Установка расположена в помещении 12, благодаря чему создаются наилучшие температурные условия для очистки стоков и большие удобства при эксплуатации в зимний период. Патрубок 9 имеет фланцевое соединение 17 для демонтажа от вентилятора 11. Вертикальное расположение загрузки-насадки из колец Рашига делает работу установки наиболее эффективной по сравнению с капельными биофильтрами и биологическими башнями. Наличие в установке герметично закрытой крышки рабочей камеры 13 и соединение этой крышки верхним вентиляционным патрубком 14 усиливает тягу в малогабаритном биофильтре башенного типа при режиме работы в условиях не только естественной, но и искусственной вентиляции.

Малогабаритные биофильтры башенного типа могут применяться не только как самостоятельное звено биологической очистки стоков, но и могут использоваться в качестве предварительной дополнительной ступени перед сооружениями любой производительности и технологии для улучшения степени очистки, а также могут быть встроены в любую технологическую цепочку при реконструкции действующих и неэффективно работающих очистных сооружений.

Источники информации
1. "Канализация", Федоров Н.Ф. Шифрин С.М., Издательство "Высшая школа", Москва, 1968 г.

2. "Технология обработки природных и сточных вод", М.Хаммер, Москва. "Стройиздат", 1979 г.

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

Изобретение относится к установкам очистки хозяйственно-бытовых и высококонцентрированных по органическим загрязнениям сточных вод. Малогабаритный биофильтр башенного типа включает рабочую камеру с крышкой, нижнее дырчатое днище, насадку из колец Рашига, верхний распределительный поддон с отверстиями, систему искусственной приточной вентиляции, трубопровод для подачи исходной воды. Соотношение площади поперечного сечения к рабочей высоте близко или более 1: 6 при площади поперечного сечения 0,5-1,2 м². Над рабочей камерой расположен рассекатель струи с отверстиями и двумя патрубками под нижним дырчатым днищем: один соединен с системой приточной вентиляции, а другой для работы в режиме естественной вентиляции имеет поворотную заглушку с осью вращения в виде болта. Гидрозатвор в виде изогнутого участка трубы установлен на отводящем трубопроводе. Рассекатель струи установлен на трубопроводе подачи исходных стоков, имеющем задвижку. Верхний распределительный поддон выполнен с ограничительным кольцом по периметру. Крышка рабочей камеры имеет верхний вентиляционный патрубок, возвышающийся над крышей здания. Технический результат: создание эффективной установки с улучшенными условиями вентиляции, повышенной окислительной мощностью и устойчивой к колебаниям количества стоков и загрязнений. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Малогабаритный биофильтр башенного типа для очистки сточных вод, содержащий рабочую камеру с крышкой, нижним дырчатым днищем и верхним распределительным поддоном с отверстиями, систему искусственной вентиляции, трубопровод для подачи исходной воды, отличающийся тем, что соотношение площади поперечного сечения к рабочей высоте близко или более 1:6 при площади поперечного сечения, равной 0,5-1,2 м², над рабочей камерой расположен рассекатель струи с отверстиями, установленный на трубопроводе подачи исходных стоков, имеющем задвижку, двумя патрубками, входящими в рабочую камеру под нижним дырчатым днищем, один из которых соединен с системой приточной вентиляции, а другой, предназначенный для работы в режиме естественной вентиляции, имеет поворотную заглушку с осью вращения в виде болта, и гидрозатвором в виде изогнутого участка трубы, установленным на отводящем трубопроводе, при этом верхний распределительный поддон выполнен с ограничительным кольцом по периметру, а насадка состоит из колец Рашига.2. Малогабаритный биофильтр башенного типа по п.1, отличающийся тем, что имеет разъемные соединения для демонтажа верхней крышки, верхнего распределительного поддона, нижнего дырчатого днища, верхнего вентиляционного патрубка и рассекателя струи.3. Малогабаритный биофильтр башенного типа по п.1, отличающийся тем, что крышка рабочей камеры имеет верхний вентиляционный патрубок, выходящий за пределы помещения и возвышающийся над крышей здания.