НАПЛАВНЫЕ СЕКЦИОННЫЕ РАСТИТЕЛЬНЫЕ БИОПЛАТО ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ ЗАГРЯЗНЕНИЙ В СТОКАХ Российский патент 2020 года по МПК C02F3/32 C02F3/08 C02F11/02 

Изобретение служит для биологической обработки воды.

Стремительное развитие производства химических веществ приводит к накоплению в водотоках большого количества опасных соединений. Многочисленность локальных источников загрязнения делает экономически малореальным установку на них станций физико-химической очистки. Поэтому важно создавать новые высокоэффективные биоинженерные комплексы, имитирующие и значительно ускоряющие естественные процессы самоочищения.

В наплавных биоплато имитируется модель природных водно-болотных угодий. Данное техническое решение позволяет решать задачи профилактики и помощи в восстановлении водоемов, является природно дружественным решением для использования: при мелиорации русел рек и каналов; очищении прудов, лагун, любых водоемов и восстановления биологического разнообразия; при очистке городских ливневых стоков; при очистке сельскохозяйственных сливов; при утилизации точечных и фоновых загрязнений.

Создано множество различных конструкций биоплато от простых плавающих матов-платформ до многоярусных приспособлений.

Известен способ очистки воды в водоеме с помощью установки «Атолл» https://i-bud.ru/sposobi-ochistki-vodi-v-vodoeme.html в виде плавающего аэратора который представляет собой устройство состоящее из нескольких секций рамной конструкции с сеткой для посадки высшей растительности и автоматически заполняемых водой пруда. Аэраторы постоянно дрейфуют по поверхности воды, обогащая ее кислородом. Внутри установки сконцентрировано большое количество ракообразного зоопланктона, который является хорошим фильтратором бактерий, способствующих цветению микроводорослей в водоеме.

Известны плавающие острова BioHaven® фирмы Midwest Floating Island http://midwestfloatingisland.com/ предназначенные для очистки воды. Острова покрыты растениями, которые растут корнями ниже островов. Очистка воды осуществляется как растениями и в биопленке микроорганизмов в виде слизистого материала под островами и в зоне корней растений. Микроорганизмы биопленки являются основными факторами удаления загрязняющих веществ из воды. Закрепление островов позволяет приспособиться к изменяющимся уровням воды.

Известно устройство RU 149587 U1, опубл. 10.01.2015, содержащее стенки, выполненные из сетчатых коробчатых контейнеров, внешние грани которых образованы каменным материалом изверженных и/или метаморфических пород, причем биоплато выполнено с возможностью размещения микрофлоры и микроорганизмов, имеющих в своем составе штаммы бактерий псевдомонаса, родокков и дрожжей кандида и других микроорганизмов-деструкторов нефтяных углеводородов, отличающееся тем, что контейнеры покрыты эластичным трикотажем переплетением ластик и заполнены резиновой крошкой размером 0,5-1,2 мкм.

Наиболее близким к заявляемому решению является способ очистки сточных вод с помощью биоплато RU 2560631 С1, опубл. 20.08.2015, содержащего соединенные между собой каркасы с биологической загрузкой, причем каждый каркас состоит из основания, выполненного из пластиковых труб с поплавками, и установленной на него пластмассовой решетки с ячейками, сверху на которую уложена биологическая загрузка, в качестве биологической загрузки используют ковровую травянистую дернину, выращенную заранее гидропонным методом на основе вермикулитового субстрата с использованием многолетних травянистых растений, и водные аборигенные виды растений, при этом водные аборигенные виды растений высаживают в дернину, размещенную на каркасе, площадь дернины в два раза меньше площади каркаса.

Общими недостатками известных технических решений являются: ограниченная функциональность, как следствие наличия в конструкции только поверхностного яруса, что не решает задачи поддержания полного биоразнообразия; отсутствие решений для очистки глубоких и придонных водных слоев; низкая эффективность и глубина очистки.

Задачей изобретения является создание способа интенсивной утилизации загрязнений в стоках с помощью наплавных секционных растительных биоплато и позволяющего успешно осуществлять ее круглогодично в водоемах с высокой скоростью потока и глубиной до 5 м, соответствующей литоральной зоне водоема заселенной фотосинтезирующими полуводными, плавающими и погружными растениями.

Технический результат заключается в повышении эффективности очистки стоков, сокращении затрат на ее осуществление и снижение негативного воздействия на окружающую среду.

Технический результат достигается тем, что наплавные секционные растительные биоплато для утилизации загрязнений в стоках состоят из соединенных каркасов с биологической загрузкой; каждый каркас состоит из основания, выполненного из полых рамочных удерживающих конструкций из легкого композиционного материала, внутри которых устанавливается и жестко к ним прикрепляется содержащая ниши для биологической загрузки мат-платформа из полимерного нетканого материала с положительной плавучестью; в качестве биологической загрузки используют высшие водные растения и/или влаголюбивые растения и штаммы микроорганизмов-деструкторов; на нижней поверхности биоплато устанавливаются ряды волоконных сорбционных элементов. Биоплато может содержать секции второго яруса и/или донную волоконную сетку и/или очищающие устройства из высокопористых углеродных волокон. Также биоплато может включать аэратор.

Корни высших водных растений (ВВР) или влаголюбивых растений проросшие сквозь специальные маты-платформы поглощают из толщи воды вредные загрязнители и биогены. Органические загрязнения, поступившие в растения, метаболизируют при участии внутриклеточных ферментов растений. Продукты трансформации накапливаются в вакуолях клеток, ковалентно включаются в состав лигнина и других компонентов растительных тканей и в химически связанном виде становятся относительно инертными и малотоксичными для растений. Ферменты, выделяемые растениями в окружающую среду, также могут участвовать в трансформации и минерализации органических соединений. Относительно легко проникают в растения и образуют связанные остатки умеренно гидрофобные органические ксенобиотики. В толще мата-платформы и на корнях растений и образуется большая поверхность активной бактериальной пленки, в которой популяции аэробных и анаэробных микроорганизмов разлагают органические вещества до простых веществ. Установлено, что до 70% всего органического вещества в водной среде, как растворенного, так и взвешенного проходит разложение и трансформацию именно в микробиальной петле. Кроме того, при детоксикации органических ксенобиотиков включается механизм ризосферной деградации при симбиотическом действии растений и микроорганизмов. Корневые заросли ВВР привлекают для питания и защиты различные виды животных более высших уровней трофический цепи, также способствующих ликвидации загрязнений.

Способ осуществляется следующим образом.

Наплавные секционные растительные биоплато для утилизации загрязнений в стоках собирают нужного размера из отдельных секций с использованием системы блочного крепления. Каждая секция состоит из основания, выполненного из полых рамочных удерживающих конструкций из легкого композиционного материала, внутри которых устанавливается и жестко к ним прикрепляется содержащая ниши для биологической загрузки мат-платформа из полимерного нетканого материала с положительной плавучестью. В нишах биоплато размещают высшие водные растения и/или влаголюбивые растения и штаммы микроорганизмов-деструкторов; а на нижней поверхности биоплато устанавливаются ряды волоконных сорбционных элементов. Использование волоконных сорбционных элементов позволяет осуществить «наращивания» искусственной корневой системы растений и, таким образом, достичь следующих эффектов: увеличить на порядки полезную площадь поверхности активной бактериальной пленки и пространственно «растащить» зону микробиального разложения на глубину; тем самым создать предпосылку для круглогодичной эксплуатации биоплато. В толще мата-платформы и на корнях растений образуется биопленка, в которой развиваются различные микроорганизмы, а благодаря особенности поступления кислорода в биоплато образуются многочисленные аэробно-анаэробные зоны. Растворимые органические вещества удаляются в процессе адсорбции, поглощения и деятельности микроорганизмов. Установлено, что при сравнительно низких концентрациях загрязнителей сточных вод, эффективность удаления по БПК5 составляет 85…95%, по ХПК - более, чем 80%. БПК5 на выходе составляет 10 мг/л. При полном соблюдении оптимальных технологических параметров в биоплато происходит полная минерализация большинства органических загрязнений.

При необходимости осуществления дополнительной интенсификации биоплато для водоемов с большой глубиной, за счет создания дополнительной зоны микробиального разложения на глубине, для ускорения деструкции донных отложений, создания условий для произрастания водорослей, в состав биоплато включают секции второго яруса и/или донную волоконную сетку и/или очищающие устройства из высокопористых углеродных волокон в виде метелок, сеток и проч. В зависимости от типа загрязнения водного объекта, при необходимости, в состав биоплато включают аэратор.

Эти дополнительные приспособления позволяют дополнительно снизить или блокировать депонирование загрязнений в придонных слоях водоема, обеспечить протекание процессов деградации и разложения в осенне-зимний период.

На водотоках с повышенной скоростью потока и на глубинах при возвратно-поступательном движении водных масс в состав биоплато включают системы якорения.

Основное преимущество плавучих мобильных биоплато состоит в эффективности очищения больших объемов воды при компактных размерах (удельная производительность), очень высокой экономичности и удобстве эксплуатации, широком спектре поглощаемых поллютантов и высоком сродстве с окружающей средой.

Настоящее изобретение может быть использовано для решения различных задач: доочистка сточных вод промышленных предприятий, очистка ливневых и коммунальных стоков, стоков с сельскохозяйственных земель, антропогенных загрязненных и природных эвтрофированных водоемов.

Изобретение может быть использовано для доочистки сточных вод промышленных предприятий, очистки ливневых и коммунальных стоков, стоков с сельскохозяйственных земель, антропогенных загрязненных и природных эвтрофированных водоемов. Наплавные секционные растительные биоплато для утилизации загрязнений в стоках состоят из соединенных каркасов с биологической загрузкой. Каждая секция каркаса состоит из рамочного основания, внутри которого устанавливается и жестко к нему прикрепляется содержащая ниши для биологической загрузки мат-платформа из полимерного нетканого материала. В качестве биологической загрузки дополнительно используют высшие водные растения и влаголюбивые растения и/или штаммы микроорганизмов-деструкторов. Дополнительно на нижней поверхности биоплато устанавливают ряды волоконных сорбционных элементов. Биоплато дополнительно могут включать донную волоконную сетку и аэратор. Изобретение обеспечивает повышение эффективности очистки стоков. 2 з.п. ф-лы.

1. Наплавные секционные растительные биоплато для утилизации загрязнений в стоках, состоящие из соединенных каркасов с биологической загрузкой, выполненных из полых удерживающих конструкций из легкого композиционного материала, содержащих искусственную плантацию высших водных растений, отличающиеся тем, что каждая секция каркаса состоит из рамочного основания, внутри которого устанавливается и жестко к нему прикрепляется содержащая ниши для биологической загрузки мат-платформа из полимерного нетканого материала, а в качестве биологической загрузки дополнительно используют влаголюбивые растения и/или штаммы микроорганизмов-деструкторов; при этом дополнительно на нижней поверхности биоплато устанавливаются ряды волоконных сорбционных элементов.

2. Биоплато по п. 1, отличающееся тем, что дополнительно включает донную волоконную сетку.

3. Биоплато по п. 2, отличающееся тем, что дополнительно включает аэратор.