ВСТАВКА НОСИТЕЛЯ ДЛЯ РАЗМЕЩЕНИЯ И СОДЕРЖАНИЯ БИОПЛЕНОЧНОЙ КУЛЬТУРЫ ОЧИЩАЮЩИХ ТЕКУЧИЕ СРЕДЫ СТРУКТУР Российский патент 2015 года по МПК C02F3/10 

Настоящее изобретение относится к вставке носителя для размещения и содержания биопленочной культуры очищающих текучие среды структур, которая содержит пространственную сетку, изготовленную из штапельных волокон с использованием трикотажного способа.

Известны многочисленные способы очистки сточных вод. Одним из наиболее известных и наиболее широко используемых способов является обработка активированным илом. Однако его недостаток заключается в том, что очистительная способность реакторов значительно ограничена ограниченной способностью удерживания биомассы активированными иловыми системами. Согласно классической схеме, фаза осаждения, следующая за реактором с активированным илом, благоприятно функционирует до тех пор, пока концентрация активированного ила внутри реактора остается ниже концентрации плавающего вещества, составляющей 5-6 кг/м³. Если концентрация активированного ила внутри реактора выше этого уровня, может быть достигнута более высокая разлагающая способность усовершенствованием стадии разделения фаз или проведением ее внутри реактора биомассы. За первым указанным вариантом следуют, например, процессы мембранного разделения, в то время как вторая группа решений включает биопленочные реакторы.

В случае биопленочных реакторов, использующих текстильные материалы на основе тканых натуральных или синтетических волокон в качестве биопленочных носителей, рост биопленки также начинается отдельно с текстильных волокон. Условие для этого состоит в том, что отдельные волокна должны быть расположены и закреплены на соответствующем расстоянии друг от друга, достаточно просторно. Значительное преимущество этой конструкции заключается в том, что если поверхность штапельных волокон считать отдельно, то очень большая удельная поверхность может быть покрыта биопленкой.

Следующее преимущество состоит в том, что согласно опыту, если эти волокна используют как погруженные элементы биопленочного носителя, получается очень большое количество биопленки, которая в то же время имеет рыхлую волокнистую структуру, что позволяет удерживать большое количество биомассы без существенных ограничений переноса материала, что играет ключевую роль в случае биопленочных систем.

Стали известными несколько различных решений текстильно-биопленочного носителя, сосредоточенных на этом основном принципе.

Носитель, состоящий из вертикальных несущих фиксирующих волокон, выдерживающих вес текстиля и биопленки, покрывающей поверхности носителя, и секций биопленочного носителя, сооруженных между ними в различных направлениях таким образом, чтобы освободиться от нагрузки, представлен в описании патента ФРГ №101 32 546. В то же время в публикации патента ФРГ №101 43 367 описаны новые способы расположения секций биопленочного носителя и конструкции, также содержащие горизонтальные несущие фиксирующие волокна.

Опубликованная патентная заявка США №2008/0245731 относится к биопленочному текстильному носителю, состоящему из горизонтальных несущих волокон миткалевого переплетения и свободных волокон, соединяющих их и служащих в качестве поверхности биопленочного носителя.

Описание патента ФРГ №197 30 839 относится к решению, в котором секция биопленочного носителя не просто состоит из свободных волокон, но и из петель, образованных этими волокнами. В этом случае носители фиксированы жесткими стержнями, вставленными в отдельные текстильные секции для обеспечения механической устойчивости.

Общая отличительная особенность описанных конструкций состоит в том, что они образуют пространственные структуры растягиванием пластин биопленочного носителя и размещением некоторых из этих пластин близко друг к другу в параллельном положении.

Описание патента США №6274035 представляет блок биологического фильтра, сооруженный из таких пластин, расположенных близко друг к другу, и это решение основано на том, что расстояние между пластинами обеспечено распорными деталями, прикрепленными к самим пластинам. Это описание также представляет структуры, сооруженные из плоских пластин, и решение, в котором пластины с распорными деталями скручены в компактные кольца для получения пространственной структуры.

Описание патента ФРГ №101 32 546 представляет решение, в котором каждый из отдельных носителей снабжен рамкой, и затем эти рамки размещают рядом друг с другом.

Однако общий недостаток известных решений состоит в том, что вследствие расположения носителей полная поверхность желательного размера не может быть получена на данной основной площади, и удельная производительность реактора остается ниже предполагаемой, или, особенно при использовании трубчатых носителей, существует риск блокировки, что может привести к снижению работоспособности и надежности реактора.

Следующий недостаток известных пространственных биопленочных носителей заключается в том, что трудно их расположить с образованием пространственной структуры, и, вследствие нагрузки соединений в узловых точках, существует повышенный риск неисправности.

Задача настоящего изобретения заключается в устранении недостатков известных решений и создании решения, которое имеет простую структурную конструкцию и способствует созданию достаточно большой поверхности биопленочного носителя без риска блокировки, чтобы можно было осуществлять контролируемый поток, и состав и растяжение пространственной структуры не приводили к статическим или механическим проблемам в узловых точках.

Конструкции согласно настоящему изобретению основаны на признании того, что если текстильные единицы, созданные известным самим по себе способом, соединены друг с другом таким образом, что всегда существует четное число концов текстильных единиц в точках соединения, то можно создать всю пространственную структуру простым способом и легко прикрепить ее по краям, чтобы силы, передаваемые текстильными единицами в узловые точки, практически «погашали» друг друга, и, таким образом, без какой-либо тяговой силы или какой-либо значительной нагрузки текстильных единиц, распорная деталь, граничащая с соседними текстильными единицами, могла удерживаться в желательной форме канала, имеющего достаточно большое поперечное сечение, и, таким образом, задача может быть решена.

В соответствии с поставленной задачей, вставка носителя согласно настоящему изобретению для размещения и содержания биопленочной культуры очищающих текучие среды структур, которая содержит пространственную сетку, изготовленную из штапельных волокон с использованием трикотажного способа, сооружается таким образом, что сетка имеет внутренние текстильные единицы, соединенные друг с другом в промежуточных полных узловых точках и расположенные между полными узловыми точками, и внешние текстильные единицы, расположенные вдоль краев сетки, где в случае, по меньшей мере, части полных узловых точек существует четное число внутренних текстильных единиц, направленных в данную полную узловую точку, каждая из внутренних сторон внешних текстильных единиц, расположенных вдоль краев сетки, соединена с полной узловой точкой, и внешние стороны внешних текстильных единиц снабжены соединительными точками для соединения структуры, через соединительные точки сетка прикреплена к структуре в фиксированном положении.

Следующий критерий вставки носителя согласно настоящему изобретению состоит в том, что две из внутренних текстильных единиц, расположенных в данной полной узловой точке, находятся в одной главной плоскости, и данная главная плоскость проходит через данную полную узловую точку.

В случае возможной конструкции вставки носителя, по меньшей мере, некоторые из текстильных единиц соединены друг с другом в полной узловой точке посредством адгезионного, и/или когезионного, и/или трикотажного соединения.

В случае другого возможного варианта настоящего изобретения некоторые текстильные единицы изготовлены из одного и того же материала, и каждая из отдельных групп таких размещенных текстильных единиц образует основной корпус.

В случае следующего другого варианта осуществления вставки носителя соединительные точки расположены на концах основных корпусов или, в данном случае, соединительные точки расположены на концах основных корпусов и на свободных секциях между концами основных корпусов.

С точки зрения настоящего изобретения может быть предпочтительно, если расстояние между соседними полными узловыми точками составляет 50-300 мм, предпочтительнее 100-150 мм.

В случае следующей конструкции вставки носителя, по меньшей мере, часть текстильных единиц содержит продольные свободные волокна и поперечные волокна, соединяющие продольные свободные волокна друг с другом. Предпочтительно расстояние между двумя соседними продольными свободными волокнами должно составлять не более чем 50 мм, в то время как расстояние между двумя соседними поперечными волокнами должно составлять не более чем 50 мм, и площадь поперечного сечения продольного свободного волокна (30) должна составлять, по меньшей мере, 0,0001 мм².

Конструкция вставки носителя согласно настоящему изобретению имеет многочисленные выгодные отличительные особенности. Наиболее важная из них заключается в том, что вследствие отличающихся от обычных конструкции и соединения отдельных текстильных единиц всю пространственную структуру вставки носителя можно легко построить, вставку носителя можно легко и безопасно устанавливать в реактор, и, в процессе использования, даже после длительного периода работы, не происходят повреждения в узловых точках вследствие сил, возникающих от крепления.

Следующее преимущество, вытекающее из этого, состоит в том, что стоимость производства, эксплуатации и обслуживания вставки носителя является достаточно умеренной.

Можно также отметить в качестве преимущества, что, вследствие пространственной структурной конструкции согласно настоящему изобретению, по сравнению с известными и обыкновенно применяемыми решениями, размер поверхности носителя, расположенного в единице объема реактора, можно значительно увеличить. В результате этого эффективность уже работающих установок для очистки сточных вод можно повысить без какой-либо особой реконструкции или каких-либо значительных инвестиционных расходов. В случае новых установок для очистки сточных вод, помимо более предпочтительных инвестиционных расходов, установку для очистки сточных вод большей мощности можно построить на той же площади или установку данной мощности можно построить при меньших затратах.

Другое преимущество заключается в том, что в случае использования вставки носителя согласно настоящему изобретению свободное пространство, используемое в реакторе, находится в виде каналов, граничащих с четным числом фильтрующих блоков и имеющих поперечное сечение, составляющее 5-30 см, предпочтительно 10-15 см, в результате чего можно осуществлять контролируемый поток материала в реакторе, что приводит к лучшему перемешиванию и более благоприятному переносу материала, что еще больше повышает очистительную способность реакторов.

Следует также отметить в качестве преимущества, что поскольку структура вставки носителя согласно настоящему изобретению, вследствие использования гибких текстильных единиц, граничащих с каналами, устраняет риск блокировки, который является таким распространенным в случае трубчатых систем, то безопасность работы конструкции согласно настоящему изобретению также значительно выше, чем в случае известных трубчатых решений.

Можно отметить в качестве экономического преимущества вставки носителя согласно настоящему изобретению, что вследствие контролируемого потока, обеспеченного определенной пространственной структурой, улучшается перенос материала внутри реактора, непосредственное преимущество которого состоит в более совершенном переносе кислорода и вытекающей из этого меньшей потребности в вентиляции. Все это приводит к сбережению энергии во время работы. Вследствие устранения риска блокировки - по сравнению с использованием трехмерных пластмассовых структур - обеспечивается большая степень безопасности работы, о чем, с экономической точки зрения, свидетельствует сокращение потери рабочего времени в результате неисправностей, вызванных блокировками.

Далее настоящее изобретение описано подробно в связи с примерами конструкции на основании чертежей. На чертежах

фиг.1 представляет вид сверху вставки носителя согласно настоящему изобретению,

фиг.2 представляет вид сбоку возможного варианта основного корпуса, используемого в качестве строительного элемента вставки носителя согласно фиг.1,

фиг.3 схематически представляет вид варианта вставки носителя согласно фиг.1,

фиг.4 представляет вид сверху другого варианта конструкции вставки носителя.

Фиг.1 представляет вариант вставки носителя 2 согласно настоящему изобретению, которая содержит сетку 10, помещенную в реакционное пространство структуры 1 для очистки сточных вод. Можно видеть, что в случае этой конструкции вставки носителя 2 сетка 10 образована группой внутренних текстильных единиц 11, 12, 13, 14, 15, 16, соединенных друг с другом в полных узловых точках 20, 21, 22, 23 и расположенных под прямыми углами к своим соседям, и внешних текстильных единиц 17, 18, расположенных вдоль края 10a сетки 10 и соединенных со структурой 1 через соединительные точки 24, 25. В данном случае внутренняя сторона 17a внешней текстильной единицы 17 находится в полной узловой точке 21, в то время как ее внешняя сторона 17b соприкасается со структурой 1, но внутренняя сторона 18a внешней текстильной единицы 18 расположена в узловой точке (не показано на фиг. 1), а ее внешняя сторона 18b расположена вдоль граничащей структуры 1. В этом расположении сетка 10 граничит с трубами формы прямоугольной призмы, где расстояние «Т» между полной узловой точкой 20 и полной узловой точкой 22, полной узловой точкой 22 и полной узловой точкой 21, полной узловой точкой 21 и полной узловой точкой 23 и, наконец, между полной узловой точкой 23 и полной узловой точкой 20 имеет одинаковую величину. Практически расстояние «Т» составляет 50-300 мм, но предпочтительно расстояние «Т» составляет 100-150 мм.

Отдельные внутренние текстильные единицы 11, 12, 13, 14, 15, 16 и также внешние текстильные единицы 17, 18, как показано на фиг.2, состоят из поперечных волокон 40 и продольных свободных волокон 30. Практически продольные свободные волокна 30 расположены просторно друг от друга в вертикальном направлении внутренней текстильной единицы 11, хотя плотность поперечных волокон 40 намного больше. В части, армированной поперечными волокнами 40, расстояние между двумя соседними поперечными волокнами 40 составляет не более чем 50 мм, в то время как площадь поперечного сечения продольных свободных волокон 30, просторно висящих рядом друг с другом, составляет, по меньшей мере, 0,0001 мм².

На фиг. 1 видно, что группа из нескольких текстильных единиц, расположенных рядом друг с другом, в том числе, например, внешняя текстильная единица 17, внутренняя текстильная единица 15, внутренняя текстильная единица 14, внутренняя текстильная единица 11 и следующие текстильные единицы, образует основной корпус «F1». Наиболее верхняя секция (горизонтальная на фиг. 2) основного корпуса «F1», армированная поперечными волокнами 40, пригодна для принятия силы, необходимой для прикрепления основного корпуса «F1» к структуре 1 и переноса его между одним концом «F1a» и другим концом «F1b» основного корпуса «F1».

Фиг.1 также показывает, что в отдельных узловых точках, например, в полной узловой точке 20, среди внутренних текстильных единиц 11, 12, 13, 14, принадлежащих ей, внутренняя текстильная единица 11 и внутренняя текстильная единица 13 расположены в одной и той же главной плоскости «S1», в то время как внутренняя текстильная единица 12 и внутренняя текстильная единица 14 также расположены в одной и той же главной плоскости «S2». В результате этого в прикрепленном положении вставки носителя 2 минимальная боковая сила создается в полной узловой точке 20.

На фиг.1 также видно, что основной корпус «F1» согнут по зигзагообразной линии таким образом, что в случае соседней внешней текстильной единицы 17 внутренняя текстильная единица 15, внутренняя текстильная единица 14, внутренняя текстильная единица 11 и следующие текстильные единицы полной узловой точки 21, полной узловой точки 22 и полной узловой точки 20 находятся в контакте с соседними основными корпусами «F2» по двум сторонам основного корпуса «F1». Таким образом, в полной узловой точке 20 внутренняя текстильная единица 14 и внутренняя текстильная единица 11 основного корпуса «F1», состоящие из одинакового материала, и внутренняя текстильная единица 13 и внутренняя текстильная единица 12 основного корпуса «F2», состоящего из одинакового материала, прикреплены друг к другу.

Соединение основного корпуса «F1» и основного корпуса «F2» в полной узловой точке 20 можно обеспечить за счет адгезионного, когезионного или другого механического соединения, например шва, в полной узловой точке 20. Очевидно сетку 10, имеющую квадратные ячейки в виде сверху, можно изготовить аналогичным способом в случае всех узловых точек вставки носителя 2. Очевидно, что основной корпус «F2» также прикреплен к структуре 1 своим концом «F2a» и «F2b». Основной корпус, расположенный вдоль структуры, как показано на фиг.1, соединяет структуру 1 в нескольких угловых точках между концами.

Фиг.3 показывает положение части сетки 10. Можно снова увидеть полную узловую точку 20 и внутренние текстильные единицы 11, 12, 13, 14, соединенные в ней, где внутренняя текстильная единица 11 и внутренняя текстильная единица 13 находятся в главной плоскости «S1», в то время как внутренняя текстильная единица 12 и внутренняя текстильная единица 14 находятся в главной плоскости «S2». Также видна структура отдельных внутренних текстильных единиц 11 и внешних текстильных единиц 17, которая состоит из горизонтальных секций поперечного волокна 40, идущих параллельно друг другу, и ряда вертикальных продольных свободных волокон 30.

Фиг.4 показывает вид сверху другого варианта вставки носителя 2 согласно настоящему изобретению. Здесь часть основных корпусов, например, основной корпус «F1» состоит из внутренних текстильных единиц 11, 12, 13, 14, идущих по одной прямой линии в главной плоскости «S1», и внешней текстильной единицы 18. В то же время, между двумя прямыми основными корпусами «F1» находятся основные корпуса «F2», сложенные по зигзагообразной линии, которые соединяют основные корпуса «F1» в полных узловых точках 20, 21, 22, 23. В случае этой конструкции в полных узловых точках, например, в узловой точке 20, в которой сходятся вместе шесть внутренних текстильных единиц, число которых всегда четное, таким образом, что силы, воздействующие на данную полную узловую точку 20, здесь также являются минимальными, когда две внутренние текстильные единицы находятся в главной плоскости «S1», две другие в главной плоскость «S2», и две последние в главной плоскости «S3». В этой плоскости силы проявляют свое действие, и абсолютное значение сил является одинаковым, но силы имеют противоположные направления, так что они практически погашают друг друга.

В изготовлении вставок носителя 2 согласно настоящему изобретению, прежде всего, изготавливают основные корпуса «F1» и их соседние основные корпуса «F2» с использованием трикотажного способа, который известен сам по себе, так что только на данных увеличенных расстояниях находятся продольные свободные волокна 30, удерживаемые вместе точно расположенными связками из более плотнотканых поперечных волокон 40. Далее готовые главные корпуса «F1» и главные корпуса «F2» скрепляют друг с другом в соответствующих полных узловых точках 20, соответствующих своему требуемому положению, и таким образом создается точно упорядоченная пространственная структура внутренних текстильных единиц 11, 12, 13, 14, 15, 16 и внешних текстильных единиц 17, 18. Наконец, эту структуру прикрепляют к структуре 1 через соединительные точки 24, 25 внешних текстильных единиц 17, 18 таким образом, что отдельные внутренние текстильные единицы 11, 12, 13, 14, 15, 16 и внешние текстильные единицы 17, 18 входят в пространство реактора.

Даже при использовании этих вставок носителя 2 сточные воды очищаются обычным способом, но вследствие своей мягкой структуры вставка носителя 2 согласно настоящему изобретению образует существенно большую поверхность биопленочного носителя, не блокируется и также обеспечивает контролируемый поток сточных вод.

Вставку носителя согласно настоящему изобретению можно предпочтительно использовать в установках для очистки сточных вод с помощью биопленки.

Список условных обозначений

1 структура

2 вставка носителя

10 сетка

10a край

11 внутренняя текстильная единица

12 внутренняя текстильная единица

13 внутренняя текстильная единица

14 внутренняя текстильная единица

15 внутренняя текстильная единица

16 внутренняя текстильная единица

17 внешняя текстильная единица

17a внутренняя сторона

17b внешняя сторона

18 внешняя текстильная единица

18a внутренняя сторона

18b внешняя сторона

20 полная узловая точка

21 полная узловая точка

22 полная узловая точка

23 полная узловая точка

24 соединительная точка

25 соединительная точка

30 продольное свободное волокно

40 поперечное волокно

«F1» основной корпус

«F1a» конец

«F1b» конец

«F2» основной корпус

«F2a» конец

«F2b» конец

«S1» главная плоскость

«S2» главная плоскость

«S3» главная плоскость

«T» расстояние

Изобретение относится к вставкам носителей для размещения и содержания биопленочных культур и может быть использовано в очистке сточных вод. Вставка носителя содержит пространственную сетку, изготовленную из штапельных волокон с использованием трикотажного способа, узловые точки и соединительные точки для присоединения сетки к структуре 1. Сетка (10) содержит внутренние текстильные единицы (11, 12, 13, 14, 15, 16), соединенные друг с другом в узловых точках (20, 21, 22, 23) и расположенные между узловыми точками (20, 21, 22, 23), и внешние текстильные единицы (17, 18), расположенные вдоль краев (10a) сетки (10). При этом текстильные единицы представляют собой структуру, состоящую из продольных и поперечных волокон. В части узловых точек (20, 21, 22, 23) находится четное число внутренних текстильных единиц (11, 12, 13, 14, 15, 16), направленных к данным узловым точкам (20, 21, 22, 23). Внутренние стороны (17a, 18a) каждой из внешних текстильных единиц (17, 18), расположенные вдоль краев (10a) сетки (10), соединены с узловой точкой (21, 22, 23). При этом соединительные точки (24, 25) расположены на внешних сторонах (17b, 18b) внешних текстильных единиц (17, 18). Изобретение позволяет упростить конструкцию и увеличить поверхность носителя биопленки. 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Вставка носителя для размещения и содержания биопленочной культуры очищающих текучие среды структур, которая содержит пространственную сетку, изготовленную из штапельных волокон с использованием трикотажного способа, узловые точки и соединительные точки для присоединения сетки к структуре (1) в фиксированном положении, отличающаяся тем, что сетка (10) содержит внутренние текстильные единицы (11, 12, 13, 14, 15, 16), соединенные друг с другом в узловых точках (20, 21, 22, 23) и расположенные между узловыми точками (20, 21, 22, 23), и внешние текстильные единицы (17, 18), расположенные вдоль краев (10а) сетки (10), при этом текстильные единицы представляют собой структуру, состоящую из продольных волокон и поперечных волокон, причем в случае, по меньшей мере, части узловых точек (20, 21, 22, 23) существует четное число внутренних текстильных единиц (11, 12, 13, 14, 15, 16), направленных к данным узловым точкам (20, 21, 22, 23), внутренние стороны (17а, 18а) каждой из внешних текстильных единиц (17, 18), расположенные вдоль краев (10а) сетки (10), соединены с узловой точкой (21, 22, 23), при этом соединительные точки (24, 25) обеспечены на внешних сторонах (17b, 18b) внешних текстильных единиц (17, 18).

2. Вставка носителя по п. 1, отличающаяся тем, что две из внутренних текстильных единиц (11, 12, 13, 14, 15, 16), соединенных в данной узловой точке (20, 21, 22), расположены в одной и той же главной плоскости (S1, S2, S3), причем главная плоскость (S1, S2, S3) проходит черед данную узловую точку (20, 21, 22, 23).

3. Вставка носителя по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, некоторые из текстильных единиц (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) соединены друг с другом в узловой точке (20, 21, 22, 23) адгезионным, и/или когезионным, и/или трикотажным соединением.

4. Вставка носителя по п. 1, отличающаяся тем, что некоторые из текстильных единиц (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) изготовлены из одинакового материала, причем каждая из отдельных групп размещенных таким образом текстильных единиц (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) образует основной корпус (F1, F2).

5. Вставка носителя по п. 4, отличающаяся тем, что соединительные точки (24, 25) расположены на концах (F1a, F1b, F2a, F2b) основных корпусов (F1, F2).

6. Вставка носителя по п. 4, отличающаяся тем, что соединительные точки (24, 25) расположены на концах (F1a, F1b, F2a, F2b) основных корпусов (F1, F2) и на свободных секциях между концами (F1a, F1b, F2a, F2b) основных корпусов (F1, F2).

7. Вставка носителя по п. 1, отличающаяся тем, что расстояние (Т) между соседними узловыми точками (20, 21, 22, 23) составляет 50-300 мм, предпочтительно 100-150 мм.

8. Вставка носителя по п. 1, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, некоторые из текстильных единиц (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) содержат продольные свободные волокна (30) и поперечные волокна (40), соединяющие продольные свободные волокна (30) друг с другом.

9. Вставка носителя по п. 8, отличающаяся тем, что расстояние между двумя соседними продольными свободными волокнами (30) составляет не более чем 50 мм.

10. Вставка носителя по п. 8, отличающаяся тем, что расстояние между двумя соседними поперечными волокнами (40) составляет не более чем 50 мм.

11. Вставка носителя по любому из пп. 7-10, отличающаяся тем, что площадь поперечного сечения продольного свободного волокна (30) составляет по меньшей мере 0,0001 мм².