СПОСОБ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2015 года по МПК C02F3/02 C02F11/04 C02F11/14 

Изобретение относится к области природоохранной и энергетической теплотехники и предназначено для переработки сточных вод или органических субстратов с относительной влажностью 90-98%: хозяйственных и близких к ним по составу производственных сточных вод, навоза домашних животных, помета птицы, осадков и илов.

Известен способ обработки сточных вод с получением очищенной воды и обеззараживания отходов, включающий процеживание сточных вод в решетках, очистку в песколовках, промывку, биологическую очистку сточных вод в ступенчатых биореакторах нитри-денитрификации с циркуляцией активного ила, доочистку сточной воды с задержанием в отстойниках возвратного ила, реагентную обработку активного ила (RU 2475458 С2, МПК С02F 9/14, опубл. 20.02.2013 г.).

Недостатком способа является многоступенчатость очистки, сложность осуществления способа.

Известен способ обеззараживания очищенных сточных вод, включающий ввод в обрабатываемую жидкость на последнем этапе очистки биологически активного агента микроорганизмов, обеспечивающих уничтожение микрофлоры, в том числе патогенных возбудителей инфекционных заболеваний. В качестве биологически активного агента используют микробиологический препарат, содержащий непатогенные микроорганизмы (RU 2326822 С2, МПК С02F 3/24, опубл. 20.06.2008 г.).

Недостатком способа является сложность и многоступенчатость процесса очистки.

Известен способ интенсификации биологической очистки сточных вод активным илом с использованием биологически активного вещества препарата Мелафен (RU 2445275 С2, МПК С02F 3/02, опубл. 24.03.2012 г.).

Данный способ выбран в качестве прототипа. В этом способе интенсификации биологической очистки сточных вод активным илом используют биологически активное вещество, стимулирующее метаболизм микроорганизмов, в качестве такого биологически активного вещества используют препарат Мелафен.

Недостатком способа является сложность технологического процесса интенсификации очистки при использовании Мелафена.

Известна установка, использующая при работе принцип биологической очистки сточных вод (субстрата) с применением биологически активного вещества для интенсификации процесса, содержащая две камеры, пеногаситель, крышку, мешалку с электроприводом и системой управления, люк выгрузки биомассы, дренажную трубу, патрубки загрузки исходной и выгрузки сброженной биомассы, патрубок отбора биогаза (RU 2082682 С1, МПК С02F 3/28, опубл. 27.06.1997 г.).

Недостатком установки является сложность конструкции, большая материалоемкость.

Известна аналогичная установка, содержащая внешнюю и внутреннюю камеры, воздуходувку, механическую мешалку с электроприводом и системой автоматики, патрубки загрузки исходной и слива сброженной биомассы, патрубок отбора биогаза, люк выгрузки биомассы (RU 2066304 С1, С02F 3/28, опубл. 10.09.1996 г.). Недостатком установки также является сложность конструкции.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению, принятым за прототип, является установка - метатенк (биореактор), применяемый при аналогичных условиях для биологической очистки сточных вод (RU 2456247 С2, МПК С02F 3/28, опубл. 20.07.2012 г.). Установка предназначена для переработки органических субстратов относительной влажностью 90-98%: бесподстилочного навоза, помета сельскохозяйственных животных, осадков и илов как отходов процессов механобиологической очистки хозяйственно-бытовых и близких к ним по составу производственных сточных вод АПК. Он состоит из герметичного корпуса с патрубками подвода исходного субстрата и отвода отработанных субстратов, патрубка отвода биогаза, полой центральной трубы, снабженной патрубками подвода и отвода теплоносителя. Внутри нижней части центральной трубы коаксиально размещен патрубок для подвода биогаза. Метатенк снабжен вертикально ориентированными средствами иммобилизации анаэробной микрофлоры, которые размещены в концевом пространстве, между центральной трубой и корпусом метатенка, и выполнены в виде совокупности вертикальных стержней с пористой структурой с возможностью реверсивного вращения всей совокупности, объединены в верхней части посредством жесткой рамной подвески, связанной с приводом через вал.

Недостатком метатенка является значительная сложность конструкции, наличие узлов и агрегатов с приводом и системой управления, высокая материалоемкость.

Задачей изобретения является совершенствование технологического процесса интенсификации биологической очистки сточных вод активным илом и устройства для его осуществления.

Технический результат достигается благодаря тому, что в способе биологической очистки сточных вод активным илом с использованием биологически активного вещества, в отличие от прототипа, в качестве последнего используется порошкообразное вещество UWDM-1 в количестве, обеспечивающем его концентрацию в воде, равную 1·10^-6-1·10^-10 мг/дм³.

Технический результат применения устройства для осуществления способа заключается в том, что устройство для осуществления способа состоит из герметичного корпуса с патрубками подвода сточных (исходных), отвода очищенных вод, отвода биогаза, коаксиально расположенной в корпусе полой центральной трубы с патрубками подвода и отвода теплоносителя, средства подачи биологически активного вещества, но в отличие от прототипа, средство подачи биологически активного вещества выполнено в виде мешалки с приводом, снабженной в верхней части дозаторами, в нижней - соединенной трубопроводом с верхней частью корпуса, центральная труба разделена не менее чем двумя поперечными сетками, покрытыми пористым материалом, причем отверстия сеток расположены со смещением относительно друг друга.

Известно разработанное в Канаде порошкообразное вещество UWDM-1 (University of Windsor Dynamic Material), которое содержит молекулы - кольца ротаксана и двуядерный комплекс меди (htpp//nd.cnews.ru). Однако до настоящего времени для интенсификации биологической очистки сточных вод оно не применялось.

Данный материал UWDM-1 обладает свойствами активации (при нагреве), при этом создается пустое пространство между его молекулами, что позволяет кольцам ротаксана вращаться без препятствий со стороны соседних молекулярных компонентов. Для получения определенной скорости динамических процессов необходимо наличие изменения температуры (http//translate file:///googleusecjntent.com).

Учитывая указанные свойства UWDM-1, данный материал предлагается использовать в заявляемом способе в качестве активного вещества, стимулирующего метаболизм биологически активного вещества (микроорганизмов) активного ила при очистке сточных вод.

Для эффективной работы биореактора оптимальной является концентрация вещества UWDM-1 в воде, равная 10^-6-1·10^-10 мг/дм³. Если его концентрация в воде менее 10^-6-1·10^-10 мг/дм³, то перемешивание замедляется, при концентрации UWDM-1 в воде более 10^-6-1·10^-10 мг/дм³ перемешивание происходит слишком быстро.

Конструкция заявляемого устройства для осуществления способа поясняется чертежом.

Устройство для осуществления предлагаемого способа состоит из герметичного корпуса 1 с патрубками подвода 2 сточных (исходных), отвода 3 очищенных вод, отвода 4 биогаза, коаксиально расположенной в корпусе полой центральной трубы 5 с патрубками подвода 6 и отвода 7 теплоносителя, средства подачи биологически активного вещества. Средство подачи биологически активного вещества представляет собой мешалку 8 с приводом, снабженную в верхней части тремя дозаторами 9, в нижней - соединенной трубопроводом 10 с верхней частью корпуса 1, центральная труба разделена не менее чем двумя жестко закрепленными внутри нее, поперечными сетками 11, покрытыми пористым материалом 12, отверстия 13 сеток расположены со смещением относительно друг друга,

Способ осуществляют при помощи вышеуказанного устройства следующим образом.

Через патрубок подвода 2 исходная сточная вода (субстрат) поступает в герметичный корпус 1 и заполняет его. При этом патрубок отвода 3 очищенных вод перекрыт вентилем. Одновременно через дозаторы 9 в мешалку 8 направляются чистая вода, активный ил, порошкообразное вещество UWDM-1. Включается привод мешалки (не показан), и компоненты перемешиваются до необходимой концентрации (1·10^-6-1·10^-10 мг/дм³) в виде геля. Открывается вентиль, и гель через трубопровод 10 поступает в верхнюю часть центральной трубы 5.

Через отверстия 13 сетки 11 гель перетекает из выше расположенной в ниже расположенную поперечную сетку и заполняет все внутренне пространство центральной трубы 5. Сетка 11 покрыта пористым материалом 12, например пенополиуретаном (ППУ) (пористой резиной) http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2/3638.html для задержки на ней геля. Для перетекания воды сверху вниз и увеличения контакта ее с гелем отверстия сеток расположены со смещением относительно друг друга.

Для начала анаэробного процесса разложения органических веществ (масло, навоз, жир и др.), находящихся в исходной сточной воде (субстрате), ее нагревают путем подачи теплоносителя через патрубок подвода 6 теплоносителя (горячая вода) в полую центральную трубу 5. Через патрубок отвода 7 теплоноситель сливается из полой центральной трубы. Процесс разложения органических веществ (масло, навоз, жир и др.), находящихся в сточной воде, протекает при температуре до 35°C (мезофильный режим) или при температуре до 50-60°C (термофильный режим). Образовавшийся при этом биогаз (метан, двуокись углерода) выводится через патрубок отвода 4. Степень распада органических веществ составляет 40-60%.

Биологическая очистка сточных вод активным илом в устройстве осуществляется за счет перемешивания сточных вод, растворенных в ней органических веществ, при помощи порошкообразного вещества UWDM-1, активного ила с находящимися в нем биологически активным веществом (микроорганизмами).

При нагревании сточной воды, находящейся во внутренней полости центральной трубы, порошкообразное вещество UWDM-1 активируется, то есть переходит в состояние, при котором часть комплекса начинает вращаться на молекулярном уровне. За счет этого происходит интенсификация биологической очистки сточных вод активным илом. Очищенная вода выводится из корпуса с помощью патрубка отвода 3.

Пример 1. Для очистки сточных вод, содержащих растительное масло в концентрации 200 мг/дм³, активным илом с использованием биологически активного вещества (микроорганизмов) порошкообразное вещество UWDM-1 имело концентрацию в сточной воде 1·10^-6-1·10^-10 мг/дм³, температура нагревания 30°C. Исходная концентрация масла в воде 200 мг/л, после очистки 12-20 мг/л. При температуре свыше 30°C, например 39°C, мезофильный режим не реализуется.

Пример 2. Для очистки нефтесодержащих сточных вод с исходной концентрацией 400 мг/дм³ активным илом с использованием биологически активного вещества (микроорганизмов), порошкообразное вещество UWDM-1 имело концентрацию в сточной воде 5·10^-6-1·70^-10 мг/дм³, температуру нагревания 45°C. Исходная концентрация нефти в воде 400 мг/л, после очистки 5-12 мг/л. При температуре свыше 50-60°C, например при температуре 75°C, термофильный режим не реализуется.

Эффективность очистки воды от растительного масла по предлагаемому способу и устройству для его осуществления составила 90-94%.

Изобретения могут быть использованы в области переработки органических субстратов с относительной влажностью 90-98%, в том числе хозяйственных и близких к ним по составу производственных сточных вод, навоза домашних животных, помета птицы, осадков и илов. Способ биологической очистки сточных вод активным илом осуществляют с использованием биологически активного вещества, в качестве которого используют порошкообразное вещество UWDM-1, содержащее молекулы ротаксана и двуядерный комплекс меди, в количестве, обеспечивающем его концентрацию в биореакторе, равную 10^-6-1·10^-10 мг/дм³. Устройство для осуществления способа состоит из герметичного корпуса (1) с патрубками подвода (2) сточных, отвода (3) очищенных вод, отвода биогаза (4), коаксиально расположенной в корпусе полой центральной трубы (5) с патрубками подвода (6) и отвода (7) теплоносителя, средства подачи биологически активного вещества. Средство подачи биологически активного вещества выполнено в виде мешалки с приводом (8), снабженной в верхней части дозаторами (9), в нижней - соединенной трубопроводом (1) с верхней частью корпуса (1). Центральная труба (5) разделена не менее чем двумя поперечными сетками (11), покрытыми пористым материалом (12), причем отверстия (13) сеток (11) расположены со смещением относительно друг друга. Изобретения обеспечивают повышение эффективности очистки до 90-94%. 2 н.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.

1. Способ биологической очистки сточных вод активным илом с использованием биологически активного вещества, отличающийся тем, что в качестве последнего используют порошкообразное вещество, содержащее молекулы ротаксана и двуядерный комплекс меди, в количестве, обеспечивающем его концентрацию в биореакторе, равную 10^-6-1·10^-10 мг/дм^3.

2. Устройство для осуществления способа по п. 1, состоящее из герметичного корпуса с патрубками подвода сточных, отвода очищенных вод, отвода биогаза, коаксиально расположенной в корпусе полой центральной трубы с патрубками подвода и отвода теплоносителя, средства подачи биологически активного вещества, отличающееся тем, что средство подачи биологически активного вещества выполнено в виде мешалки с приводом, снабженной в верхней части дозаторами, в нижней - соединенной трубопроводом с верхней частью корпуса, центральная труба разделена не менее чем двумя поперечными сетками, покрытыми пенополиуретаном, причем отверстия сеток расположены со смещением относительно друг друга.