ЗАГРУЗКА ДЛЯ БИОФИЛЬТРОВ Российский патент 2005 года по МПК C02F3/10 

Изобретение может быть использовано в процессе очистки сточных вод, в частности в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности.

Известна загрузка для биофильтра (заявка Японии №60-14637, C 02 F 3/08, 1985 г.), представляющая собой полосы, ленты или шнуры из пластика легче воды, верхний и нижний концы которых закреплены на фиксаторах.

Недостатками таких элементов загрузки для биофильтров являются низкая степень очистки сточных вод от нефтепродуктов и низкая прочность элементов загрузки.

Известна загрузка для биофильтров (заявка Франции №2565579, С 02 F 3/00, 1985 г.), представляющая собой стеклянные волокна, соединенные в цилиндрическую щетку.

Недостатками такой загрузки для биофильтров являются низкая степень очистки сточных вод от нефтепродуктов и низкая прочность элементов загрузки.

Известна загрузка для биофильтров (авторское свидетельство СССР №1560486, C 02 F 3/04, 1990 г.) из гофрированных пластмассовых листов и прокладками между ними в виде полосок или струн.

Недостатками такой загрузки для биофильтров являются низкая степень очистки сточных вод от нефтепродуктов и низкая прочность элементов загрузки.

Известна загрузка для биофильтров (патент РФ №2091332, C 02 F 3/04, 1997 г.) из каркаса с нанесенным на него путем пневмоэкструзии полимерным волокнистым материалом с пористостью (35-40) - (90-95)% и толщиной волокна (5-10)-(400-500) мкм.

Недостатками такой загрузки для биофильтров являются низкая степень очистки сточных вод от нефтепродуктов и низкая прочность полимерного волокнистого материала.

Известна загрузка для биофильтров (патент РФ №2061661, C 02 F 3/04, 1997 г.),в которой листы каркаса выполнены из полимерного материала с пористостью (200-300) - (500-1000) мкм и толщиной 3-20 мм путем пневмоэкструзии.

Недостатками такой загрузки для биофильтров являются низкая степень очистки сточных вод от нефтепродуктов и низкая прочность полимерного волокнистого материала.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является загрузка для биофильтров (Истомина Л.П., Науменко И.В., Перевозный В.Г. Применение плоскостной насадки для интенсификации биологической очистки сточных вод. Химия и технология воды, 1990, 12, №3, с.272-275), представляющая собой синтетический нетканый материал, который состоит из 50% волокон вискозы и 50% нитрона, называемый “флазилен”.

Недостатками такой загрузки для биофильтров являются низкая степень очистки сточных вод от нефтепродуктов и низкая прочность флазилена.

Предлагаемая загрузка для биофильтра содержит нетканый полимерный материал - геосинтетик с пористостью 80-230 мкм и толщиной полотна 0,3-0,55 мм в количестве 0,45-1,43 г/л.

Геосинтетик изготавливают из 100%-ного полипропилена, имеющего плотность 0,91 г/см³ и температуру плавления 165° С, путем термического соединения непрерывных волокон диаметром 60-300 мкм каландрированием. Полученный материал имеет серебристый цвет, высокие жесткость и водопроницаемость. Он обладает хорошей сопротивляемостью при строительстве дорог для повышения несущей способности грунтового основания, для разделения слоев дорожной одежды, для устройства дренажных конструкций, при строительстве кровель и т.д.

Предлагаемое применение его по новому назначению обеспечивает высокую степень очистки сточных вод, содержащих нефтепродукты, и более высокую прочность биофильтров по сравнению с используемыми материалами в настоящее время.

Кроме того, предлагаемый материал можно использовать в готовых объемных модулях загрузки любой конструкции, что создает наиболее благоприятные условия для иммобилизации микроорганизмов и гидробионтов.

Нижеприведенные примеры по очистке сточных вод от нефтепродуктов демонстрируют эффективность применения геосинтетика по новому назначению.

Опыты проводили в лабораторных условиях с использованием биореактора емкостью 16 л с закрепленными в нем тремя насадками на металлических квадратных рамах с размером стороны 20 см и отстойника. Очищение воды в биореакторе проводили в условиях интенсивной аэрации со скоростью подачи воздуха 20 м³/м²·^{ч. Время очистки – 6 часов. Затем очищенную воду подавали в отстойник, где отделяли от избыточного ила.}

Для аналитического контроля воды использовали общепринятые методики (Лурье Ю.Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод. - М.: Химия, 1984 г.).

Для проведения опытов использовали сточные воды Туапсинского НПЗ с содержанием нефтепродуктов 7,63 мг/л и 29,4 мг/л и рН 7,8-7,9. Температура проведения очистки 27-29° С. В качестве биоценоза использовали активный ил, который содержал такие микроорганизмы как артробактерии, например Arthrobacter siderocapsulatus, Arthrobacter tumescens, железобактерии, например, рода Leptothrix и другие.

После проведения опыта насадки освобождали от ила и высушивали. Всем насадкам до и после опыта определяли прочность на разрыв по европейскому стандарту ЕР ISO 10319.

Пример №1

В биореактор емкостью 16 л помещали насадки из геосинтетика, имеющего прочность 7,6 кН/м², с пористостью 135 мкм и толщиной 0,42 мм, что составило 0,94 г/л.

На насадке наращивали биоценоз из активного ила до концентрации биомассы 0,1 мг/л. Затем подавали сточную воду с рН 7,86, содержащую 7,63 мг/л нефтепродуктов, и воздух со скоростью 20 м³/м²·^{ч. Температура очистки составляла 28° С.}

Через 6 часов очищенную воду переводили в отстойник, где в течение 3 часов вода отстаивалась от избыточного ила и затем отбиралась на анализ.

Насадка извлекалась из реактора, очищалась от наросшей биомассы, высушивалась и испытывалась на прочность.

Результаты испытаний представлены в таблице.

Пример №2

Очистку сточной воды осуществляли по примеру №1 с той разницей, что в качестве насадки использовали геосинтетик с прочностью 3,0 кН/м², пористостью 230 мкм и толщиной 0,35 мм. Количество насадки в биореакторе составило 0,51 г/л. Температура очистки составляла 27° С, а рН сточной воды составило 7,8.

Результаты испытаний представлены в таблице.

Пример №3

Очистку сточной воды осуществляли по примеру №1 с той разницей, что в качестве насадки использовали геосинтетик с прочностью 12,1 кН/м², пористостью 80 мкм и толщиной 0,55 мм. Количество насадки в биореакторе составило 1,43 г/л. Температура очистки составляла 28° С, а рН сточной воды составило 7,9.

Результаты испытаний представлены в таблице.

Пример №4

Очистку сточной воды осуществляли по примеру №1 с той разницей, что в качестве насадки использовали геосинтетик с прочностью 3,2 кН/м², пористостью 230 мкм и толщиной 0,30 мм. Количество насадки в биореакторе составило 0,45 г/л. Температура очистки составляла 27° С, рН сточной воды составило 7,8, а количество нефтепродуктов в сточной воде - 29,4 мг/л.

Результаты испытаний представлены в таблице.

Пример №5 (сравнительный)

Очистку сточной воды осуществляли по примеру №1 с той разницей, что в качестве насадки использовали геосинтетик с прочностью 15,3 кН/м², пористостью 70 мкм и толщиной 0,59 мм. Количество насадки в биореакторе составило 0,61 г/л. Температура очистки составляла 27° С, а рН сточной воды составило 7,8.

Результаты испытаний представлены в таблице.

Пример №6 (сравнительный)

Очистку сточной воды осуществляли по примеру №1 с той разницей, что в качестве насадки использовали геосинтетик с прочностью 2,6 кН/м², пористостью 230 мкм и толщиной 0,25 мм. Количество насадки в биореакторе составило 0,45 г/л. Температура очистки составляла 27° С, а рН сточной воды составило 7,8.

Результаты испытаний представлены в таблице.

Пример №7 (сравнительный)

Очистку сточной воды осуществляли по примеру №1 с той разницей, что в качестве насадки использовали геосинтетик с прочностью 15,3 кН/м², пористостью 70 мкм и толщиной 0,59 мм. Количество насадки в биореакторе составило 0,61 г/л. Температура очистки составляла 27° С, рН сточной воды составило - 7,8, а количество нефтепродуктов в сточной воде составило 29,4 мг/л.

Результаты испытаний представлены в таблице.

Пример №8 (сравнительный)

Очистку сточной воды осуществляли по примеру №1 с той разницей, что в качестве насадки использовали геосинтетик с прочностью 2,6 кН/м², пористостью 230 мкм и толщиной 0,25 мм. Количество насадки в биореакторе составило 0,45 г/л. Температура очистки составляла 27° С, рН сточной воды составило - 7,8, а количество нефтепродуктов в сточной воде составило 29,4 мг/л.

Результаты испытаний представлены в таблице.

Пример №9 (сравнительный)

Очистку сточной воды осуществляли по примеру №1 с той разницей, что количество насадки составило 0,40 г/л.

Результаты испытаний представлены в таблице.

Пример №10 (сравнительный)

Очистку сточной воды осуществляли по примеру №1 с той разницей, что количество насадки составило 1,55 г/л.

Результаты испытаний представлены в таблице.

Пример №11 (по прототипу)

Очистку сточной воды осуществляли по примеру №1 с той разницей, что в качестве насадки использовали флазилен с прочностью 0,8 кН/м², пористостью 420 мкм и толщиной 0,03 мм. Количество насадки в биореакторе составило 0,25 г/л.

Результаты испытаний представлены в таблице.

Пример №12 (по прототипу)

Очистку сточной воды осуществляли по примеру №11 с той разницей, что содержание нефтепродуктов в сточной воде составило 29,4 мг/л.

Результаты испытаний представлены в таблице.

Как видно из представленных материалов, предложенная загрузка для биофильтров с использованием нетканого материала из полипропилена - геосинтетика - обладает высокой прочностью и позволяет увеличить степень очистки сточной воды от нефтепродуктов.

Однако достижение высоких показателей по очистке возможно лишь при использовании геосинтетика с заявленными пористостью, толщиной и его количеством в биореакторе (пр. №1-4).

Так, при использовании геосинтетика с низкой пористостью и высокой толщиной стенки (пр. №5 и 7) степень очистки резко снижается, что можно объяснить снижением скорости потока через насадку.

При снижении толщины стенки ниже заявленной (пр. №6 и 8) степень очистки снижается незначительно, а прочность насадки падает.

Материал для биофильтра - геосинтетик - с более высокой пористостью не выпускается.

При малом количестве насадки в биореакторе (пр.9) степень очистки сточной воды падает, а при большом (пр.10) очистка остается на прежнем уровне, но скорость потока падает.

Сравнение предложенного биофильтра с биофильтром, в котором используют флазилен (по прототипу, пр.11 и 12), показывают высокую эффективность биофильтра с использованием геосинтетика.

Таблица
Результаты опытов по очистке сточной воды от нефтепродуктов с использованием предлагаемого биофильтраПример №Характеристика насадкиРезультаты испытанийнаименованиеколичество насадки, г/лпористость, мкмТолщина ммсодержание нефтепродуктов, мг/лстепень очистки, %Прочность, кН/м²на входе в реакторна выходе из отстойникадо опытапосле опыта1геосинтетик0,941350,437,630,3895,027,66,92то же0,512300,357,630,2696,543,02,23“-“1,43800,557,630,2596,7612,111,64“-“0,452300,3029,46,4378,123,22,35 ср.“-“0,61700,597,633,9648,1015,314,76 ср.“-“0,452300,257,630,4194,632,61,27 ср.“-“0,61700,5929,423,6419,6015,314,88 ср.“-“0,452300,2529,46,9976,242,60,99 ср.“-“0,401350,437,634,0147,447,66,910 ср.“-“1,551350,437,630,4094,757.66,511 пр.флазилен 4200,037,632,468,500,8Насадка порвана12 пр.“-“ 4200,0329,419,8632,500,8то же

Изобретение относится к очистке сточных вод, в частности в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. Загрузка для биофильтров содержит в качестве полимерного материала нетканый материал из полипропилена - геосинтетик - с пористостью 80-230 мкм, толщиной полотна 0,30-0,55 мм в количестве 0,45-1,43 г/л. Технический эффект - обеспечение высокой прочности биофильтров, создание благоприятных условий для иммобилизации микроорганизмов и гидробионтов. 1 табл.

Загрузка для биофильтров, содержащая полимерный материал, отличающаяся тем, что в качестве полимерного материала используют нетканый материал из полипропилена - геосинтетик с пористостью 80-230 мкм и толщиной полотна 0,30-0,55 мм в количестве 0,45-1,43 г/л.