БИОСОРБЕР ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД Российский патент 2017 года по МПК C02F3/06 C02F3/08 C02F1/74 B01J20/20 

Область техники, к которой относится изобретение.

Изобретение относится к системам очистки сточных вод, а именно к биосорберам для очистки сточных вод, включающим биореактор с псевдоожиженным слоем загрузки и слоем фильтрующей загрузки, систему насыщения воды кислородом воздуха, трубопровод подачи сточных вод на обработку, трубопровод отвода очищенной воды и трубопровод рециркулируемого потока с циркуляционным насосом.

Биологическая загрузка - основа биологического фильтра, являющегося частью биореактора, в котором сточная вода фильтруется через биологическую загрузку, покрытую биологической пленкой (биопленкой), образованной колониями микроорганизмов.

Уровень техники.

Известен из уровня техники биосорбер для очистки сточных вод, включающий биореактор с псевдоожиженным слоем загрузки, систему насыщения воды кислородом воздуха, трубопровод подачи сточных вод на обработку, трубопровод отвода очищенной воды и трубопровод рециркулируемого потока с циркуляционным насосом, см описание к патенту на изобретение №2064453, опубликовано 27.07.1996.

Данное устройство является наиболее близким по технической сущности к заявленной полезной модели и взято за прототип к предлагаемой полезной модели.

Недостатком данного устройства является невысокая степень очистки сточных вод, а также невысокая надежности работы биосорбера. Это связано с тем, что:

- активный уголь (сорбент), являющийся слоем загрузки, подвержен кольматажу (то есть закупорке, засорению, естественной цементации), так как в биореакторе осуществлен постоянный равномерный восходящий поток среды,

- активный уголь (сорбент), являющийся слоем загрузки, вымывается из камеры биореактора, и для его улавливания необходимо устанавливать по периферии камеру фильтрации с дополнительной зернистой загрузкой,

- прототип характеризуется большим расходом биозагрузочного материала.

Раскрытие изобретения.

Опирающееся на это оригинальное наблюдение настоящее изобретение, главным образом, имеет целью предложить биосорбер для очистки сточных вод, позволяющий как минимум сгладить по меньшей мере один из указанных выше недостатков, а именно обеспечить повышение степени очистки сточных вод при обеспечении высокой надежности работы, что и является технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение.

Для достижения этой цели биосорбер для очистки сточных вод, включает биореактор с псевдоожиженным слоем загрузки, систему насыщения воды кислородом воздуха, трубопровод подачи сточных вод на обработку, трубопровод отвода очищенной воды и трубопровод рециркулируемого потока с циркуляционным насосом, при этом биосорбер включает в себя приемно-дозирующую камеру, соединенную через насос-дозатор с камерой уловителем вынесенного угля, которая соединена с биореактором с псевдоожиженным слоем загрузки через циркуляционный насос, причем биосорбер включает в себя модуль автоматизированного управления биосорбером, при этом биореактор снабжен выпуклым отражателем активного угля, установленным в верхней части биореактора, выполненный с возможностью обеспечения ламинарного восходящего движения жидкости вдоль стенок биореактора.

Благодаря таким выгодным характеристикам появляется возможность обеспечения ускоренной регенерации загрузки, благодаря наличию камеры-уловителя вынесенного угля становится возможным производить осаждение мелкодисперсных частиц сорбента (угольной пыли), и взвешенных веществ, а за счет наличия системы автоматизированного управления биосорбером становится возможным управлением насосами, использование различных режимов их работы, что предотвращает кольматацию загрузки.

Благодаря наличию выпуклого отражателя активного угля (сорбента) появляется возможность:

- организации ламинарного восходящего движения жидкости вдоль стенок биореактора;

- увеличения рабочей высоты биореактора за счет отсутствия диффузора в верхней части колонны-трубы реактора (как у аналогов - раструб);

- удержания активного угля (сорбента);

- фиксации приемной горловины.

Преимущественно приемно-дозирующая камера содержит емкость для коагулянта, соединенную с дозатором для коагулянта. Благодаря такой выгодной характеристике также появляется возможность объединения мелких диспергированных частиц в большие по размеру агрегаты, что приводит к образованию сетчатой структуры или вызывает выпадение коагулята - хлопьевидного осадка, который легко выводить.

Существует также вариант изобретения, в котором выпуклый отражатель активного угля (сорбента) выполнен в виде конуса. Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность выполнения простого варианта изготовления отражателя.

Существует еще один вариант изобретения, в котором дозатор для коагулянта выполнен в виде дозирующего перистальтического насоса коагулянта. Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность конкретного исполнения дозатора в виде насоса.

Кроме того, существует вариант изобретения, в котором модуль автоматизированного управления биосорбером соединен с датчиком коагулянта, установленном на емкости для коагулянта. Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность отслеживать наличие коагулянта и при его исчерпании передавать сигнализирующие сигналы.

Существует вариант изобретения, в котором модуль автоматизированного управления биосорбером соединен с насосом-дозатором. Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность управлять насосом-дозатором, периодически включать его и выключать. Тем самым можно регулировать уровень стоков в биореакторе.

Существует вариант изобретения, в котором модуль автоматизированного управления биосорбером соединен с воздушным компрессором системы насыщения воды кислородом воздуха. Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность управления работой воздушным компрессором системы насыщения воды кислородом воздуха

Существует также вариант изобретения, в котором модуль автоматизированного управления биосорбером соединен с дозатором для коагулянта. Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность регулирования количества коагулянта, которое добавляется в стоки.

Существует еще один возможный вариант изобретения, в котором воздушный компрессор имеет обратный клапан для предотвращения попадания воды. Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность предотвращения попадания воды в воздушный компрессор.

Существует возможный вариант изобретения, в котором модуль автоматизированного управления биосорбером соединен с датчиком уровня сточных вод, расположенном в приемно-дозирующей камере. Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность отслеживать уровень сточных вод в приемно-дозирующей камере. При выходе уровня за установленные рамки можно включать или выключать соответствующий насос для поддержания уровня сточных вод в нужных пределах.

Существует также вариант изобретения, в котором модуль автоматизированного управления биосорбером соединен с блоком сигнализации работы насосов и аварийных уровней очищаемых вод. Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность сигнализировать о неисправностях в работе насосов, а также при выходе уровня вод за установленные критические пределы.

Существует и такой вариант изобретения, в котором модуль автоматизированного управления биосорбером соединен с подсистемой SMS-оповещения, которая сигнализирует о пропадании и восстановлении электропитания, возникновении аварии дозирующего и циркуляционного насосов.

Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность производить в критических ситуациях SMS-оповещение пользователя, например при пропадании и восстановлении электропитания, возникновении аварии дозирующего и циркуляционного насосов.

Совокупность существенных признаков предлагаемого изобретения неизвестна из уровня техники для устройств аналогичного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» для изобретения.

Краткое описание чертежей.

Другие отличительные признаки и преимущества изобретения ясно вытекают из описания, приведенного ниже для иллюстрации и не являющегося ограничительным, со ссылками на прилагаемые рисунки, на которых:

- фигура 1 схематично изображает внешний вид биосорбера для очистки сточных вод, вид с частичным разрезом, согласно изобретению.

- фигура 2 схематично изображает другой внешний вид биосорбера для очистки сточных вод, вид с частичным разрезом, согласно изобретению.

- фигура 3 схематично изображает частичную функциональную схему биосорбера для очистки сточных вод, согласно изобретению.

- фигура 4 схематично изображает этапы работы биосорбера для очистки сточных вод, согласно изобретению.

На фигурах 1-3 обозначено:

1 - биореактор,

2 - псевдоожиженный слой загрузки (сорбент),

3 - насос системы насыщения воды кислородом воздуха,

4 - компрессор системы насыщения воды кислородом воздуха,

5 - трубопровод подачи сточных вод на обработку,

6 - трубопровод отвода очищенной воды,

7 - трубопровод рециркулируемого потока,

8 - циркуляционный насос,

9 - приемно-дозирующая камера,

10 - насос-дозатор,

11 - камера-уловитель вынесенного угля,

12 - модуль автоматизированного управления,

13 - емкость для коагулянта,

14 - дозатор для коагулянта,

15 - выпуклый отражатель активного угля (сорбента),

16 - сервоинжектор системы гидроаэрации,

17 - воздухозаборник,

18 - вентиляция,

19 - датчик уровня сточных вод,

20 - насос перистальтический дозирующий,

21 - датчик уровня коагулянта,

22 - фильтр-заборник коагулянта.

Согласно фигурам 1-3 биосорбер для очистки сточных вод включает биореактор 1 с псевдоожиженным слоем загрузки 2, систему насыщения воды кислородом воздуха, включающую насос системы насыщения воды кислородом воздуха 3, компрессор системы насыщения воды кислородом воздуха 4, трубопровод 5 подачи сточных вод на обработку, трубопровод отвода 6 очищенной воды и трубопровод рециркулируемого потока 7 с циркуляционным насосом 8. Биосорбер включает в себя приемно-дозирующую камеру 9, соединенную через насос-дозатор 10 с камерой-уловителем 11 вынесенного угля, которая соединена с биореактором с псевдоожиженным слоем загрузки через циркуляционный насос. Биосорбер включает в себя модуль 12 автоматизированного управления биосорбером. Приемно-дозирующая камера 9 содержит емкость 13 для коагулянта, соединенную с дозатором 14 для коагулянта.

Биореактор 1 может быть снабжен выпуклым отражателем активного угля (сорбента) 15, установленным в верхней части биореактора 1, выполненный с возможностью обеспечения ламинарного восходящего движения жидкости вдоль стенок биореактора 1. При этом выпуклый отражатель активного угля (сорбента) 15 может быть выполнен в виде конуса.

Дозатор для коагулянта может быть выполнен в виде дозирующего перистальтического насоса коагулянта.

- фигура 1 схематично изображает внешний вид биосорбера для очистки сточных вод, вид с частичным разрезом, согласно изобретению.

Модуль автоматизированного управления биосорбером 12 может быть соединен с

- датчиком коагулянта 22, установленном на емкости для коагулянта 13.

- насосом-дозатором 10.

- воздушным компрессором 4 системы насыщения воды кислородом воздуха.

Модуль автоматизированного управления биосорбером 12 может быть соединен с дозатором для коагулянта 14.

Воздушный компрессор 4 может иметь обратный клапан для предотвращения попадания воды. На фигурах не показан.

Модуль автоматизированного управления биосорбером 12 может быть соединен с датчиком уровня сточных вод, расположенном в приемно-дозирующей камере.

Модуль автоматизированного управления биосорбером 12 может быть соединен с блоком сигнализации работы насосов и аварийных уровней очищаемых вод. На фигурах не показан.

Модуль автоматизированного управления биосорбером может быть соединен с подсистемой SMS-оповещения, которая сигнализирует о пропадании и восстановлении электропитания, возникновении аварии дозирующего и циркуляционного насосов. На фигурах не показана.

Осуществление изобретения.

Биосорбер для очистки сточных вод используют следующим образом. Приводится пример использования изобретения, который является описательным и не ограничивает применения изобретения.

Этап А1. Сточные воды через трубопровод подачи сточных вод на обработку 5 подают в приемно-дозирующую камеру 9, в которой обеспечивается выравнивание, накопление и отстаивание стока перед подачей в биохимический реактор 1.

Этап А2. В приемно-дозирующей камере 9, над входным патрубком располагают датчик уровня сточных вод 19 и отверстие аварийного перелива.

Этап A3. В нижней части приемно-дозирующей камеры располагают насос-дозатор 10, осуществляющий порционную подачу стока в биохимический реактор 1 в автоматическом режиме.

Этап А4. В биохимическом реакторе 1 осуществляют технологический процесс биосорбционной очистки воды сквозь псевдосжиженный слой активного угля (сорбента).

Этап А5. Процессы адсорбции и регенерации активного угля (сорбента) обеспечивают системой гидроаэрации. Для этого используют компрессор системы насыщения воды кислородом воздуха 4, который подает воздух через насос 3 системы насыщения воды кислородом воздуха в биореактор 1.

Этап А6. Камера-уловитель вынесенного угля 9, оборудована циркуляционным насосом 8 с краном для дросселирования потока, воздушным компрессором 4 с обратным клапаном для предотвращения попадания воды и сервоинжектором с краном декомпрессии трассы гидроаэратора для устранения завоздушивания циркуляционной камеры насоса. Работу циркуляционного насоса 8 и компрессора 4 осуществляют в автоматическом режиме.

Этап А7. Выход очищенной воды осуществляют посредством вытеснения ее из реактора одновременно с подачей очередной порции загрязненного стока.

Этап А8. Модулем автоматизированного управления обеспечивает технологический процесс очистки стока, функциональный контроль работы насосов и компрессора 4, индикацию и сигнализацию о текущем состоянии установки.

Этап А9. Режим управления дозирующим насосом и компрессором 4-циклический временной со следующими установками:

- дозирующий насос: период цикла - 30 мин., длительность включенного состояния - 6 мин.;

- компрессор: период цикла - 10 мин., длительность включенного состояния - 1 мин.

Циркуляционный насос работает в постоянном режиме.

Этап А10. Модуль автоматизированного управления оснащают датчиками тока, определяющими (по потребляемому току) фактическую работу дозирующего и циркуляционного насосов. В случае если согласно мгновенному состоянию дозирующий насос должен быть включен, а потребление тока не определяется, индицируется авария дозирующего насоса и зажигается соответствующая сигнальная лампа. Способ определения работоспособности циркуляционного насоса - аналогичный, с тем отличием, что мониторинг состояния его датчика тока производится в постоянном режиме. Авария циркуляционного насоса индицируется другой сигнальной лампой. В случае если по каким-либо причинам работа насоса возобновилась в нормальном режиме (питание шкафа при этом не выключалось), аварийная сигнализация переходит в режим прерывистой индикации. В этом случае возможно ее квитирование нажатием на кнопку «Сброс аварии».

Этапы являются примерными и допускают перестановку, добавлении и их частичное использование.

Промышленная применимость.

Предлагаемый биосорбер для очистки сточных вод имеет ясное предназначение, может быть осуществлен специалистом на практике и при осуществлении обеспечивает реализацию заявленного назначения. Возможность осуществления специалистом на практике следует из того, что для каждого признака, включенного в формулу изобретения, на основании описания, известен материальный эквивалент, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «промышленная применимость» для изобретения, а также критерию «полнота описания» для полезной модели.

В соответствии с предложенным изобретением по поручению заявителя ООО «Альта Групп» был изготовлен опытный образец биосорбера для очистки сточных вод, который был установлен на выпускаемой очистной станции Alta Bio Max.

Биосорбер характеризовался следующими параметрами:

Электрооборудование установки:

Марка циркуляционного насоса - Pedrollo ZXm 1А/40;

Марка дозирующего насоса - Karcher SDP7000;

Марка воздушного компрессора - SECOH HL-100.

Компрессор 4 включался один раз в час на 3 минуты, что препятствует кольматажу активного угля. Дозирующий насос подавал сток в биосорбционный реактор из расходной части приемной камеры порциями по 500 л один раз в 30 минут. Таким образом, каждая порция проходила обработку в реакторе в течении 28 минут.

Циркуляционный насос создавал псевдосжиженный слой активного угля, циркулировал сток через активного угля и узел микрофильтрации (работал постоянно).

Насос перистальтический дозирующий дозировал коагулянт пропорционально объему входящего стока.

Опытная эксплуатация данного изобретения показала, что такая конструкция обеспечивает:

- организацию ламинарного восходящего движения жидкости вдоль стенок биореактора;

- увеличение рабочей высоты биореактора за счет отсутствия диффузора в верхней части колонны-трубы реактора (как у аналогов - раструб);

- удержание активного угля;

- снижение габаритных размеров очистных сооружений,

- повышение срока службы биореактора,

- повышение степени очистки сточных вод.

Таким образом, за счет выполнения биосорбера, включающего себя приемно-дозирующую камеру, соединенную через насос-дозатор с камерой уловителем вынесенного угля, которая соединена с биореактором с псевдоожиженным слоем загрузки через циркуляционный насос, причем биосорбер включает в себя систему автоматизированного управления биосорбером, а биореактор снабжен выпуклым отражателем активного угля, установленным в верхней части биореактора, выполненный с возможностью обеспечения ламинарного восходящего движения жидкости вдоль стенок биореактора и достигается технический результат, а именно: повышение степени очистки сточных вод при обеспечении высокой надежности работы.

Дополнительный достигаемый технический результат:

- улучшение соотношения между площадью поверхности и занимаемым объемом биологической загрузки,

- повышение коррозионной стойкости,

- увеличение прочности конструкции каркаса биологической загрузки,

- улучшение технологичности сборки и обслуживания биологической загрузки.

Таким образом, рекомендуется использовать предлагаемы биосорбер для очистки сточных вод для установки его на станциях глубокой биохимической и биологической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод для очистки стока от жилых комплексов, гостиниц, пансионатов, санаториев, комплексов жилых зданий, коттеджных поселков, микрорайонов, населенных пунктов и т.д.

Изобретение относится к биосорберам и может быть использовано для очистки сточных вод. Биосорбер включает биореактор 1 с псевдоожиженным слоем загрузки, систему насыщения воды кислородом воздуха, трубопровод 5 подачи сточных вод на обработку, трубопровод 6 отвода очищенной воды и трубопровод рециркулируемого потока с циркуляционным насосом, модуль автоматизированного управления и приемно-дозирующую камеру 9, соединенную через насос-дозатор 10 с камерой-уловителем 11 вынесенного угля. Камера-уловитель 11 вынесенного угля соединена с биореактором 1 через циркуляционный насос. Биореактор 1 снабжен выпуклым отражателем активного угля в верхней части. Изобретение позволяет повысить степень очистки сточных вод при обеспечении высокой надежности работы. 11 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Биосорбер для очистки сточных вод, включающий биореактор с псевдоожиженным слоем загрузки, систему насыщения воды кислородом воздуха, трубопровод подачи сточных вод на обработку, трубопровод отвода очищенной воды и трубопровод рециркулируемого потока с циркуляционным насосом, отличающийся тем, что биосорбер включает в себя приемно-дозирующую камеру, соединенную через насос-дозатор с камерой-уловителем вынесенного угля, которая соединена с биореактором с псевдоожиженным слоем загрузки через циркуляционный насос, причем биосорбер включает в себя модуль автоматизированного управления биосорбером, при этом биореактор снабжен выпуклым отражателем активного угля, установленным в верхней части биореактора, выполненным с возможностью обеспечения ламинарного восходящего движения жидкости вдоль стенок биореактора.

2. Биосорбер по п. 1, отличающийся тем, что приемно-дозирующая камера содержит емкость для коагулянта, соединенную с дозатором для коагулянта.

3. Биосорбер по п. 1, отличающийся тем, что выпуклый отражатель активного угля выполнен в виде конуса.

4. Биосорбер по п. 2, отличающийся тем, что дозатор для коагулянта выполнен в виде дозирующего перистальтического насоса коагулянта.

5. Биосорбер по п. 1, отличающийся тем, что модуль автоматизированного управления биосорбером соединен с датчиком коагулянта, установленным на емкости для коагулянта.

6. Биосорбер по п. 1, отличающийся тем, что модуль автоматизированного управления биосорбером соединен с насосом-дозатором.

7. Биосорбер по п. 1, отличающийся тем, что модуль автоматизированного управления биосорбером соединен с воздушным компрессором системы насыщения воды кислородом воздуха.

8. Биосорбер по п. 1, отличающийся тем, что модуль автоматизированного управления биосорбером соединен с дозатором для коагулянта.

9. Биосорбер по п. 7, отличающийся тем, что воздушный компрессор имеет обратный клапан для предотвращения попадания воды.

10. Биосорбер по п. 1, отличающийся тем, что модуль автоматизированного управления биосорбером соединен с датчиком уровня сточных вод, расположенным в приемно-дозирующей камере.

11. Биосорбер по п. 1, отличающийся тем, что модуль автоматизированного управления биосорбером соединен с блоком сигнализации работы насосов и аварийных уровней очищаемых вод.

12. Биосорбер по п. 1, отличающийся тем, что модуль автоматизированного управления биосорбером соединен с подсистемой SMS-оповещения, которая сигнализирует о пропадании и восстановлении электропитания, возникновении аварии дозирующего и циркуляционного насосов.