СПОСОБ ВОДОПОДГОТОВКИ МОРСКОЙ ВОДЫ ДЕЛЬФИНАРИЯ Российский патент 2008 года по МПК C02F9/14 A01K61/00 C02F103/04 

Изобретение относится к способам комбинированной: биологической и физико-химической очистки воды и может быть использовано для водоподготовки воды бассейнов для содержания или выращивания морских животных, в том числе рыбы.

Известно использование системы регулирования качества воды бассейнов путем ее циркуляции через очистное устройство [1], включающее дозирование реагентов для коагуляции примесей воды и сорбции растворенных органических и минеральных веществ и последующее фильтрование воды через фильтры с зернистой загрузкой. К недостаткам известной технологии можно отнести отсутствие в ней узла выведения из воды соединений азота: азота аммония, азота нитритов и нитратов.

Наиболее близким по технической сущности и получаемому эффекту является «Устройство для биологической очистки воды» [2], предложенное и реализованное на предприятиях «Латрыбпром» в прошлом столетии при эксплуатации комплексов индустриального выращивания рыбы. В известном устройстве предложен технологический процесс восстановления качества воды рыбоводных бассейнов, включающий анаэробно-аэробную биологическую очистку воды бассейнов сообществами прикрепленных на волокнистой насадке микроорганизмов, последующую коагуляцию и флокуляцию остатков пищи рыб и их физиологических отходов, а также прирастающих микроорганизмов биореакторов реагентами, фильтрование через зернистую загрузку, реагентное обеззараживание и насыщение кислородом.

Известная очистная установка не может быть в полном объеме использована для водоподготовки морской воды дельфинариев, так как в демонстрационных бассейнах и бассейнах постоянного пребывания морских животных качество воды значительно лучше, чем в бассейнах рыборазведения, особенно в период кормления рыбы. Биореакторы для биологической очистки и фильтровальные устройства должны эксплуатироваться с другими параметрами, нагрузками и циркуляционным водооборотом, поэтому в известное устройство и технологию в нем реализованную необходимо внести существенные коррективы, задача которых состоит в снижении энергозатрат на поддержание качества воды в дельфинарии, улучшении экологии бассейнов дельфинария, упрощении эксплуатации системы водообработки.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в технологическом процессе водообработки, включающем биологическую очистку воды биоценозом прикрепленных микроорганизмов, реагентную обработку воды коагулянтом и флокулянтом, фильтрацию воды через зернистые фильтры, насыщение кислородом и обеззараживание, процесс биологической очистки осуществляют в биореакторе колонного типа, заполненного волокнистой полимерной насадкой, с пропусканием очищаемой воды в направлении сверху вниз со скоростью не более 25 мм/с, коагулянт вносят дозой, вдвое большей стехиометрического соотношения с количеством фосфора в воде дельфинария, а флокулянт вносят дозой не менее одной десятой веса взвешенных веществ в очищаемой воде после биореактора; фильтрование воды производят в напорных или открытых фильтрах при скорости фильтрования не более 8 м/ч после созревания хлопьев примесей взвешенных веществ в камере хлопьеобразования в течение не менее 10 минут, обеззараживание осветленной воды осуществляют воздействием световых лучей ультрафиолетового спектра излучения.

Проведенные патентные исследования показали, что ни в патентной, ни в научно-технической литературе нет сведений про способ водообработки морской воды дельфинариев с такой совокупностью отличительных признаков и параметров технологического процесса, какая приведена в формуле изобретения, что позволяет утверждать, что предлагаемый способ отвечает критерию «новизна».

Анализ выявленных отличительных от прототипа существенных признаков показал, что такие или сходные с ними признаки в известных технических решениях с проявлением тех же свойств не обнаружены, что позволяет сделать вывод о том, что заявляемый способ соответствует критерию «существенные отличия».

Способ поясняется технологической схемой очистки воды и обработки выделяемых осадков (Фиг.1), графиком зависимости эффективности работы биореактора от скорости фильтрования (Фиг.2), графиком зависимости эффективности работы камеры хлопьеобразования от времени пребывания (Фиг.3), графиком зависимости эффективности работы скорого фильтра от скорости фильтрования (Фиг.4), графиком зависимости эффективности удаления фосфата от дозы коагулянта (Фиг.5), графиком зависимости удаления взвешенных веществ при фильтровании от дозы флокулянта (Фиг.6).

Условные обозначения на схеме (Фиг.1) следующие:

1. Резервуар содержания животных.

2. Насос подачи воды на очистку.

3. Трубопровод подачи воды в биореактор.

4. Биореактор.

5. Кассеты с волокнистой полимерной насадкой.

6. Барботеры регенерации.

7. Воздух.

8. Отвод биологически очищенной воды.

9. Реагенты для коагуляции и флокуляции взвешенных веществ.

10. Камера хлопьеобразования.

11. Илоуплотнитель.

12. Трубопровод подачи воды на фильтрование.

13. Скорый песчаный фильтр.

14. Насос отвода фильтрата.

15. Фильтрат.

16. Бассейн демонстрации животных

17. Насос подачи промывной воды.

18. Водовод промывочной воды.

19. Промывная вода.

20. Регенерационная вода биореактора.

21. Напорный трубопровод регенерационной воды биореактора.

22. Уплотненный осадок.

23. Мешковая сушилка или центрифуга.

24. Фильтрат или фугат.

25. Кек.

26. Бак сброса кека.

27. Устройство для УФ обеззараживания очищенной воды.

Животные дельфинария основное время находятся в резервуаре содержания животных 1. В нем происходит кормление животных и, естественно, выделение животными фекалий. Частично фекалии выпадают на дно резервуара, а частично переходят в воду дельфинария в виде растворенных и взвешенных веществ. С дна резервуара осадок выводится с помощью водолазов и специальных водных пылесосов в илоуплотнитель 11, а примеси, находящиеся в воде, выводятся по технологической схеме Фиг.1. Вода резервуара содержания животных 1 забирается насосом 2 подачи воды на очистку и по трубопроводу 3 подачи воды в биореактор 4 направляется вначале на биологическую очистку биоценозом прикрепленных на волокнистой полимерной насадке кассет 5 микроорганизмов и водорослей.

Биореакторы 4 снабжены барботерами 6 регенерации волокнистой насадки с помощью воздуха 7. Из биореактора 4 биологически очищенная вода по трубопроводу отвода 8 биологически очищенной воды перетекает самотеком в нижнюю часть камеры хлопьеобразования 10. В трубопровод 8 биологически очищенной воды с помощью насосов-дозаторов приготовленные в специальных аппаратах растворов коагулянта и флокулянта закачиваются реагенты 9. В камере хлопьеобразования 10 коагулянт и флокулянт в восходящем потоке воды обеспечивают процессы нейтрализации зарядов частиц взвешенных веществ, входящих в состав воды, их агломерацию в крупные хлопья, протекание сорбционных взаимоотношений. Из верхней части камеры 10 самотеком по трубе 12 подачи воды на фильтрование при скорости движения не более 0,4 м/с, не разрушающей хлопья взвесей, вода поступает на рабочие скорые песчаные фильтры 13. Профильтровавшаяся вода откачивается насосом 14 отвода фильтрата 15 в бассейн 16 демонстрации животных, по пути проходя через устройство 27 для УФ обеззараживания очищенной воды. По мере заиления фильтров 13 потери напора в них возрастают, уровень воды в трубе 12 повышается и может достигнуть переливной кромки камеры хлопьеобразования 10. По сигналу датчика уровня воды на трубе 12 фильтры 13 отключаются поочередно и выводятся на промывку. При промывке включается насос 17 подачи промывочной воды по трубопроводу 18 из бассейна 16 демонстрации животных, а промывные воды из фильтров 13 направляются в илоуплотнитель 11 по трубопроводу 19 промывной воды. В илоуплотнитель 11 предусмотрено дозирование реагентов 9, а также регенерационных вод 20 с помощью насоса 17 подачи промывных и регенерационных вод по напорному трубопроводу 21 регенерационных вод. После сгущения осадков в илоуплотнителе 11 уплотненный осадок 22 отводят на центрифугу 23, из которой фугат 24 перекачивают в камеру хлопьеобразования 10, а кек 25 собирают в бак 26 сбора кека для последующей утилизации или вывоза на полигон твердых бытовых отходов вместе с бытовым мусором.

Осуществляется процесс очистки воды, выделения и обезвоживания осадков следующим образом. Воду из резервуара 1 содержания животных с помощью насоса 2 по трубопроводу 3 закачивают в биореактор 4, и она движется в нем сверху вниз. Поскольку в воде находятся в растворенном виде или во взвешенном состоянии продукты жизнедеятельности морских животных, а также приросшие на свету на стенках резервуара 1 и на поверхности воды водоросли, то при фильтровании в биореакторе 4 воды через волокнистую полимерную насадку в кассетах 5 примеси воды задерживаются на насадке и подвергаются окислению растворенным в воде кислородом с помощью микроорганизмов, удерживаемых в биореакторе 4 волокнистой насадкой. Поскольку со временем насадка заиливается, то ее требуется регенерировать, удалять с нее избыточную биомассу микроорганизмов и водорослей. Для удаления избытка отложений на насадке в биореакторе 4 предусмотрены барботеры 6 регенерации и подвод сжатого воздуха 7 от компрессора для встряхивания насадки потоком пузырьков воздуха. В период регенерации из биореактора 4 отводится регенерационная вода 20 с помощью насоса 17 по напорному трубопроводу 21 в илоуплотнитель 11. Под воздействием реагентов 9 иловая смесь регенерационной воды расслаивается в илоуплотнителе 11 и уплотненный осадок по трубе 22 отводится в центрифугу 23, где разделяется на 2 потока: поток фугата 24 по трубопроводу направляется в камеру хлопьеобразования 10, поток 25 кека собирается в баке 26 для вывоза на полигон твердых бытовых отходов.

Поскольку из биореактора 4 очищенная вода по трубопроводу отвода 8 биологически очищенной воды выносит в камеру 10 хлопьеобразования свободноплавающие примеси взвешенных веществ и растворенные в воде фосфаты, то в камеру 10 хлопьеобразования вносят растворы реагентов 9 коагулянта и флокулянта. В восходящем потоке воды коагулянт реагирует с фосфатами, образуя нерастворимую в воде смесь фосфата алюминия, а флокулянт обеспечивает образование крупных хлопьев взвесей. По трубе 12 вода из камеры 10 хлопьеобразования при скорости движения не более 0,4 м/с, чтобы не разрушать хлопья, отводится в фильтры 13 с песчаной загрузкой, где при скорости фильтрования не более 8 м/ч на песке крупностью 0,5...0,8 мм происходит задержание хлопьев взвесей и их содержание в воде понижается с 12...15 мг/л до 1...2 мг/л. Профильтровавшаяся вода в виде фильтрата 15 с помощью насоса 14 откачивается в бассейн 16 демонстрации животных, по пути проходя устройство 27 для УФ обеззараживания фильтрата 15.

Задержанные в фильтрах 13 взвеси закрывают поры песчаной загрузки и постепенно потери напора в фильтре возрастают, что приводит к подъему уровня воды в трубе 12. Когда уровень воды в трубе 12 поднимается до кромки излива воды из камеры хлопьеобразования 10, фильтры 13 переводят в режим промывки. Для промывки используют воду бассейна 16 демонстрации животных и с помощью насоса 17 подачи промывочной воды по трубопроводу 18 одновременно с подачей воздуха 7 в фильтры 13 обратным током производят взрыхление песка и его промывку. Промывная вода по трубопроводу 19 вместе с реагентом 9 направляется в илоуплотнитель 11, где после отстаивания выпавший осадок забирают по трубе 22 на центрифугу 23, и далее по схеме с регенерационной водой биореактора кек 25 выводится в бак 26 для последующего вывоза на полигон твердых бытовых отходов, а фугат 24 возвращается в камеру 10 хлопьеобразования.

Достижение поставленной задачи в биореакторе обеспечивается формой биореактора (колонного типа), скоростью движения в нем очищаемой воды. На Фиг.2 представлен график зависимости эффективности снижения величины БПК_П очищаемой воды от скорости движения ее в колонне биореактора сквозь волокнистую насадку кассет. Из графика следует, что при превышении скорости потока V очищаемой воды до величины 25 мм/с начинает резко понижаться эффективность очистки воды Э, %, так как на волокнах насадки ввиду турбулентности потока в меньшем количестве удерживается биомасса микроорганизмов.

Добавляемый в очищаемую воду коагулянт перед камерой хлопьеобразования должен успеть прореагировать с фосфатами воды, а флокулянт должен обеспечить укрупнение образовавшихся частиц нерастворимых соединений солей фосфата, поэтому был построен экспериментально полученный график зависимости эффективности связывания в хлопья частиц взвесей от времени хлопьеобразования t, мин, по величине прозрачности воды П, см.

Из графика на Фиг.3 следует, что через 10 минут завершается процесс хлопьеобразования и дальнейшее пребывание воды в камере не имеет смысла. Меньшее время пребывания дает снижение эффекта взаимодействия реагентов с примесями воды.

На Фиг.4 приведена графическая зависимость эффекта снижения количества взвешенных веществ от скорости фильтрования воды в песчаном фильтре с крупностью зерен песка 0,5...0,8 мм.

При скорости фильтрования V воды более 8 м/ч начинает быстро увеличиваться остаточная величина взвешенных веществ (ВВ, мг/л) в фильтрате, поэтому в формуле изобретения сделано ограничение по скорости.

На Фиг.5 приведена зависимость эффективности удаления фосфата из воды при различном соотношении дозы коагулянта относительно стехиометрического соотношения для реакции связывания фосфатов в нерастворимое соединение

По стехиометрическому соотношению с учетом гидратированности коагулянта веса его сухого вещества товарного продукта и фосфатов должны быть примерно равными для образования нерастворимого в воде фосфата алюминия. Однако при добавлении коагулянта в количестве, соответствующем стехиометрическому соотношению, в соответствии с данными экспериментов (Фиг.5) остаточное содержание фосфатов существенно больше допустимой величины 0,6 мг/л.

Только при соотношении алюминия и фосфора вдвое большем стехиометрического достигается решение поставленной задачи.

Влияет на эффективность фильтрования воды и доза флокулянта. На графике (Фиг.6) приведено влияние дозы флокулянта (полиакриламида) Д_ф на эффективность удаления взвешенных веществ (ВВ_ОСТ) фильтрованием воды через песчаный фильтр со скоростью 8 м/ч при оптимальной дозе коагулянта для удаления фосфатов.

Таким образом, заявленные в формуле изобретения параметры технологического процесса очистки воды дельфинария биологической и физико-химической очисткой гарантируют высокое качество воды и комфортные условия для жизни животных.

Осуществление процесса обеззараживания очищенной воды с помощью световых лучей ультрафиолетового спектра излучения исключает образование в воде дельфинария хлорорганических, канцерогенных веществ, что гарантирует долголетие животных.

Источники информации

1. Каталог продукции «Контек», 2005 г., с.19-46.

2. Авторское свидетельство СССР. Устройство для биологической очистки воды SU 1271016 A4 C02F 3/30 от 17.05.1982. Н.И.Куликов и др.

Изобретение относится к способам комбинированной: биологической и физико-химической очистки воды и может быть использовано для водоподготовки воды бассейнов для содержания или выращивания рыбы, а также морских животных, например дельфинов. Способ водоподготовки включает биологическую очистку воды биоценозом прикрепленных микроорганизмов, реагентную обработку воды коагулянтом и флокулянтом, фильтрацию воды через зернистые фильтры, насыщение кислородом и обеззараживание. Процесс биологической очистки осуществляют в биореакторе колонного типа, заполненного волокнистой полимерной насадкой с пропусканием очищаемой воды в направлении сверху вниз со скоростью не более 25 мм/с. Коагулянт вносят дозой, вдвое большей стехиометрического соотношения с количеством фосфора в воде дельфинария. Флокулянт - полиакриламид вносят дозой не менее одной десятой веса взвешенных веществ в очищаемой воде после биореактора. Фильтрование воды производят в напорных или открытых фильтрах при скорости фильтрования не более 8 м/ч после созревания хлопьев примесей взвешенных веществ в камере хлопьеобразования в течение не менее 10 минут. Обеззараживание осветленной воды осуществляют воздействием световых лучей ультрафиолетового спектра излучения. Способ обеспечивает снижение энергозатрат на поддержание качества воды в дельфинарии, улучшение экологии бассейнов дельфинария, упрощение эксплуатации системы водоподготовки. 6 ил.

Способ водоподготовки морской воды дельфинария, включающий биологическую очистку в биореакторах с насадкой для удерживания микроорганизмов, обработку воды алюминийсодержащим коагулянтом и флокулянтом полиакриламидом с последующим фильтрованием через зернистую загрузку, насыщение кислородом и обеззараживание, отличающийся тем, что биологическую очистку осуществляют в биореакторах колонного типа, заполненных волокнистой полимерной насадкой, с движением очищаемой воды сверху вниз со скоростью не более 25 мм/с, коагулянт вносят дозой, вдвое большей стехиометрического соотношения по алюминию с количеством фосфата в воде дельфинария, а полиакриламид вносят дозой не менее одной десятой веса взвешенных веществ в очищаемой воде после биореактора, фильтрование воды производят в напорных или открытых фильтрах при скорости фильтрования не более 8 м/ч после созревания хлопьев примесей взвешенных веществ в камере хлопьеобразования в течение не менее 10 мин, обеззараживание осветленной воды осуществляют воздействием световых лучей ультрафиолетового спектра излучения.