Волокнистый носитель для иммобилизации биомассы Российский патент 2019 года по МПК C02F3/10 

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, а именно к обработке и очистке сточных вод, и может быть использовано в качестве загрузки для иммобилизации биомассы в установках для биологической очистки бытовых и промышленных сточных вод, в частности, на стадии доочистки.

Для целей настоящего изобретения следующие термины означают:

«полистал» - высокопрочный материал на базе полиолефинов, состоящий из 75% полипропилена и 25% полиэтилена высокой плотности;

«трощеная нить» - нить, состоящая из двух и более нитей, соединенных без скручивания.

В процессе биологической очистки сточных вод происходит биохимическое окисление микроорганизмами содержащихся в сточных водах загрязнений органического происхождения.

Окисление органических веществ микроорганизмами активного ила происходит за счет потребления кислорода, растворенного в сточных водах. Скорость потребления кислорода активным илом зависит от многих факторов: концентрации микроорганизмов в активном иле, качественного и количественного состава исходных сточных вод, подвергаемых обработке, от содержания кислорода, условий аэрации и пр.

Одним из способов интенсификации процессов биологической очистки с целью повышения концентрации микроорганизмов в активном иле является использование носителей для иммобилизации биомассы - целого консорциума микроорганизмов.

Известно использование в качестве носителей для иммобилизации биомассы различных пористых и волокнистых материалов.

Известна загрузка для биологической очистки сточных вод, содержащая носитель для иммобилизации микроорганизмов, выполненный из пенопласта с замкнутыми порами в виде отрезков шнура, закрепленных на каркасе /Патент РФ №2049736, C02F 3/04, 1995/. Недостатком носителя из пенопласта является недостаточно развитая поверхности контакта с микроорганизмами.

Известна насадка для массообменных аппаратов, на каркасе которой упорядоченно зафиксированы цилиндрические волокнистые элементы - волокнистый носитель для иммобилизации биомассы. Носитель включает сердечник, состоящий из скрученных между собой отдельных шнуров - центрального, выполненного из некорродирующей металлической проволоки, по меньшей мере, двух периферийных шнуров сердечника, которые состоят из некорродирующей металлической проволоки, и не менее двух периферийных шнуров, выполненных из крученого химволокна. От плетеного сердечника в радиальном направлении расходятся отрезки волокнистых элементов по винтовым поверхностям и двумя рядами, разделенными по середине центральным шнуром, а середина каждого из отрезков волокнистых элементов прижата периферийными шнурами к центральному шнуру и с двух сторон от него - к соответствующим волокнам другого ряда, с образованием тройного изгиба середины отрезков волокнистых элементов между шнурами /Патент РФ №2182848, B01J 19/30; C02F 3/10, 2001/.

Недостатками известного носителя являются сложность его изготовления и недостаточная прочность из-за повышенной ломкости отрезков волокнистых элементов, подверженных тройному изгибу, что приводит к потере отрезков волокнистых элементов в процессе эксплуатации и, соответственно, к сокращению поверхности для иммобилизации биомассы и снижению грязеемкости носителя.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является волокнистый носитель для иммобилизованной биомассы, включающий плетеный сердечник, состоящий из двух и более некорродирующих металлических проволок и двух синтетических нитей, и волокнистые элементы из полиамидных волокон различного диаметра и длины. При плетении сердечника вдоль его продольной оси на расстоянии не более трех диаметров полиамидных волокон образуют узлы одновременного вплетения и закрепления между некорродирующими металлическими проволоками радиальных отрезков волокнистых элементов /Патент РФ №2297985, C02F 3/10, 2007/.

Недостатками известного носителя являются недостаточно развитая удельная поверхность волокнистых элементов из полиамидных волокон круглого сечения различного диаметра и длины, а также невысокая прочность закрепления волокнистых элементов только между некорродирующими металлическими проволоками, что приводит к потере отрезков волокнистых элементов в процессе эксплуатации и сокращению поверхности для иммобилизации биомассы и, как следствие, к снижению грязеемкости носителя.

Технической проблемой, решение которой обеспечивается осуществлением изобретения, является создание носителя для иммобилизации биомассы для использования в загрузке для установок биологической очистки бытовых и промышленных сточных вод, а также на стадии доочистки.

Технический результат заключается в повышении прочности волокнистого носителя и в увеличении степени развития поверхности контакта волокнистого носителя с микроорганизмами, что приводит к повышению его грязеемкости.

Техническая проблема решается, а технический результат достигается за счет того, что в волокнистом носителе для иммобилизации биомассы, содержащем плетеный сердечник, состоящий из двух некорродирующих металлических проволок и двух синтетических нитей, с расположенными вдоль продольной оси плетеного сердечника узлами крепления волокнистых элементов в виде радиальных отрезков волокон, которые в средней части одновременно вплетены и закреплены между двумя некорродирующими металлическими проволоками, каждая некорродирующая металлическая проволока продублирована синтетической нитью, а в качестве отрезков волокон используют отрезки трощеной полистиловой нити прямоугольного сечения.

В частном случае в качестве синтетических нитей плетеного сердечника используют крученые полиамидные нити, предпочтительно крученые полиамидные крашеные нити.

Предпочтительно, что используют трощеную полистиловую крашеную нить, а также используют трощеную полистиловую нить с удельной разрывной нагрузкой не менее 745 мН/текс.

Выполнение узла крепления волокнистых элементов сдвоенными некорродирующей металлической проволокой и синтетической нитью придают волокнистому носителю прочность. Поскольку и металлическая проволока, и волокнистые элементы из трощеной полистиловой нити являются скользкими элементами волокнистого носителя, то за счет дублирования каждой некорродирующей металлической проволоки синтетической нитью, в частности крученой полиамидной крашеной нитью, исключается скольжение между проволокой и волокнистыми элементами, что усиливает фиксацию последних в узле крепления и предотвращает разрывы отрезков волокон, т.е. повышает прочность волокнистого носителя.

Использование в качестве отрезков волокон отрезков трощеной полистиловой нити прямоугольного сечения, состоящей из множества плоских нитей, соединенных без скручивания, позволяет создать максимально развитую поверхность, обеспечивающую максимальную концентрацию иммобилизованной биомассы.

Крашеные поверхности полистиловой и полиамидной нитей обладают повышенной адгезией, что способствует дополнительному повышению концентрации иммобилизованной биомассы.

Использование трощеной полистиловой нити с удельной разрывной нагрузкой менее 745 мН/текс. снижает прочность волокнистого элемента.

На чертеже приведено схематическое изображение поперечного сечения плетеного сердечника в узле крепления волокнистых элементов. Для большей наглядности соотношение между отдельными элементами изменены.

Плетеный сердечник волокнистого носителя в узле крепления волокнистых элементов из трощеной полистиловой нити 1 содержит две некорродирующие металлические проволоки 2, дублированные двумя синтетическими нитями 3.

В узле крепления плетеного сердечника середины отрезков волокнистых элементов из трощеной полистиловой нити 1 вплетают и закрепляют между двумя некорродирующими металлическими проволоками 2, каждая из которых дублирована синтетической нитью 3, затем вдоль продольной оси плетеного сердечника образуют новый узел крепления, в котором отрезки волокнистых элементов из трощеной полистиловой нити 1 снова вплетают и закрепляют между двумя некорродирующими металлическими проволоками 2, каждая из которых дублирована синтетической нитью 3, и так далее по всей длине волокнистого носителя. Таким образом, волокнистый носитель может быть изготовлен любой длины.

Используют предложенный волокнистый носитель в установках для биологической очистки бытовых и промышленных сточных вод, в частности, на стадии доочистки. Предложенный волокнистый носитель фиксируют на каркасе с образованием модулей загрузки для иммобилизации биомассы и погружают в емкости сооружений. Роль микроорганизмов заключается в их способности осуществлять биохимические превращения почти всех органических веществ естественного происхождения, в частности тех, которые находятся в растворенном состоянии в сточных водах. Используя в качестве питательной среды органические вещества, микроорганизмы растут, размножаются, перерабатывают органические вещества и выделяют в окружающую среду разнообразные конечные продукты, в частности, кислые, которые создают благоприятные условия для жизнедеятельности микрофлоры.

Так, например, в установках доочистки на поверхности волокнистого носителя формируется биопленка, на границе которой с обрабатываемой сточной водой создается контактная кислая среда, которая способствует доочистке обрабатываемых сточных вод от остаточных органических загрязнений в процессе фильтрации через иммобилизованную биомассу.

Предложенный волокнистый носитель может быть изготовлен любой длины и для хранения и транспортировки смотан на бобины или сложен в мотки, при этом приобретая компактную, слегка «сплющенную» форму. В процессе эксплуатации при нахождении в жидкой среде обрабатываемых сточных вод волокнистый носитель принимает обычную первоначальную форму с развитой поверхностью контакта.

Использование предложенного волокнистого носителя для иммобилизации биомассы повышенной прочности с развитой поверхностью, позволяющей повысить его грязеемкость, т.е. использовать более высокие концентрации микроорганизмов, приводит к повышению степени очистки бытовых и промышленных сточных вод от органических веществ, а также для фильтрации загрязнений на стадии доочистки.

Изобретение относится к устройствам, используемым для формирования загрузки в установках биологической очистки бытовых и промышленных сточных вод, в частности, на стадии доочистки. Волокнистый носитель для иммобилизации биомассы содержит плетеный сердечник. Сердечник состоит из двух некорродирующих металлических проволок и двух синтетических нитей. Нити сдвоены между собой, с расположенными вдоль продольной оси плетеного сердечника узлами крепления волокнистых элементов в виде радиальных отрезков волокон из трощеной полистиловой нити прямоугольного сечения. В узлах крепления отрезки волокон в средней части одновременно вплетены и закреплены между двумя некорродирующими металлическими проволоками, каждая из которых продублирована синтетической нитью. Изобретение обеспечивает повышение прочности и увеличение степени развития поверхности контакта волокнистого носителя с микроорганизмами, что повышает его грязеемкость и способствует повышению степени очистки обрабатываемых сточных вод. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Волокнистый носитель для иммобилизации биомассы, содержащий плетеный сердечник, состоящий из двух некорродирующих металлических проволок и двух синтетических нитей, с расположенными вдоль продольной оси плетеного сердечника узлами крепления волокнистых элементов в виде радиальных отрезков волокон, которые в средней части одновременно вплетены и закреплены между двумя некорродирующими металлическими проволоками, отличающийся тем, что каждая некорродирующая металлическая проволока продублирована синтетической нитью, а в качестве отрезков волокон используют отрезки трощеной полистиловой нити прямоугольного сечения.

2. Волокнистый носитель по п. 1, отличающийся тем, что в качестве синтетических нитей плетеного сердечника используют крученые полиамидные нити.

3. Волокнистый носитель по п. 2, отличающийся тем, что в качестве синтетических нитей плетеного сердечника используют крученые полиамидные крашеные нити.

4. Волокнистый носитель по п. 1, отличающийся тем, что используют трощеную полистиловую крашеную нить.

5. Волокнистый носитель по п. 1, отличающийся тем, что используют трощеную полистиловую нить с удельной разрывной нагрузкой не менее 745 мН/текс.