Способ фитоочистки сточных вод Российский патент 2024 года по МПК C02F3/32 

Изобретение относится к области биологической обработки сточных вод с применением аборигенных прибрежно-водных растений и может быть использовано для очистки сточных вод пруда-отстойника от загрязняющих веществ азотной группы.

Известно устройство для биологической очистки сточных карьерных вод, содержащее соединенные между собой каркасы с биологической загрузкой. 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. Водные аборигенные виды растений высаживают в дернину, размещенную на каркасе. Площадь дернины в два раза меньше площади каркаса [Патент RU 2560631, МПК C02F 3/32, E02B 15/04, 2015].

Недостатком известного изобретения является, прежде всего, использование вермикулитового субстрата, который достаточно дорог и обладает высокой гигроскопичностью, что может отрицательно сказаться на развитие некоторых видов растений, негативно реагирующих на условия постоянного затопления.

Наиболее близким аналогом являются наплавные секционные растительные биоплато для утилизации загрязнений в стоках, состоящие 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 [Патент RU 2734251, МПК C02F 3/32, C02F 3/08, C02F 11/02, 2020].

Недостатком указанного изобретения является громоздкость конструкции и сложности, возникающие при необходимости замены отдельных ее элементов, расположенных как выше, так и ниже поверхности биоплато.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении эффективности очистки сточных вод и снижении негативного воздействия на окружающую среду.

Технический результат достигается тем, что в способе фитоочистки сточных вод, включающем размещение искусственных плавающих островов, состоящих из скрепленных модулей и содержащих биомат с размещенными в нем ячейками с посадочным биоматериалом, отношение площади ячеек к площади верхней поверхности биомата составляет 0,10-0,50 при площади каждой ячейки не менее 0,005 м², применяют модули, имеющие площадь не более 1,0 м² и объем не более 0,1 м³ под биомат.

Внутри каждого модуля расположен биомат с не менее, чем 10 ячейками под посадочный биоматериал.

Биомат выполнен из минераловатного субстрата.

Высота каждого модуля составляет не менее 0,08 м.

Биомат крепится к каркасу модуля с верхней и нижней стороны с помощью решетки.

В качестве посадочного биоматериала используются аборигенные прибрежно-водные растения, характеризующиеся развитой корневой системой.

В качестве аборигенных прибрежно-водных растений используются тростник южный, рогоз широколистный, рогоз узколистный, рогоз Лаксмана.

Посадочный биоматериал в ячейки биомата высаживают с грунтом, объем которой равен 0,5-1,0 объема ячейки.

Искусственные плавающие острова размещаются в линии, занимающие не менее 5% площади зоны поверхности сточных вод.

Линии искусственных плавающих островов состоят из модулей, расположенных в два ряда, скрепленных между собой по наибольшей стороны.

Линии искусственных плавающих островов расположены на расстоянии 2,0-10,0 м друг от друга.

Каждая линия искусственных плавающих островов содержит свой вид аборигенных прибрежно-водных растений.

Сущность изобретения

В настоящее время особую популярность набирают экологически чистые технологии для очистки сточных вод, в частности фитоочистные системы. Они представляют собой рукотворный комплекс, имитирующий структуру естественных водно-болотных угодий, и служащий фильтром сточных вод.

Предлагаемое изобретение представляет собой размещение в пруде-отстойнике системы из искусственных плавающих островов, состоящих из скрепленных модулей, содержащих биомат с размещенным в нем ячейками с посадочным биоматериалом. Такая конструкция позволяет поднять производительность очистки отстойников за счет снижения содержания веществ азотной группы и повышения эффективности удаления загрязняющих веществ.

Каждый модуль имеет площадь не более 1,0 м² и объем не более 0,1 м³. Отношение площади ячеек к площади верхней поверхности биомата составляет 0,10-0,50 при площади каждой ячейки не менее 0,005 м². При большей площади и объеме модуля, а также соотношении площади ячеек к площади верхней поверхности биомата, возрастает вес конструкции, что отрицательно влияет на возможность транспортировки, как отдельных модулей, так и всей линии островов в водном объекте. Площадь каждой ячейки составляет не менее 0,005 м², что оптимально для размещения в них аборигенных прибрежно-водных растений, выращенных предварительно по специальной технологии с использованием заполненных грунтом торфяных горшочков, равных площади ячейки.

Высота каждого модуля составляет не менее 0,08 м, что сделано с целью наиболее оптимального размещения внутри его минераловатного субстрата соответствующей толщины, необходимой для создания среды (определенной площади и объема) для размещения определенного количества растительного биоматериала.

Внутри каждого модуля находится биомат с не менее чем 10 ячейками под посадочный биоматериал, что оптимально для роста и развития аборигенных прибрежно-водных растений, размещенных на данной площади. Меньшее количество ячеек не позволяет разместить количество растительного биоматериала, необходимого для эффективной очистки сточных вод от загрязняющих веществ.

Биомат крепится к каркасу модуля с верхней и нижней стороны с помощью решетки (сетчатого материала). Это сделано для лучшей фиксации биомата к каркасу модуля. Использование решетки (сетчатого материала) в верхней части модуля, позволяет биомату с растительной загрузкой осуществлять свободный эффективный обмен с окружающей средой (как у растений в природе), а с нижней стороны модуля - способствует развитию корневой системы и ее непосредственному проникновению прямо в толщу водной среды.

В качестве посадочного биоматериала используются аборигенные прибрежно-водные растения, характеризующиеся развитой корневой системой, а также с доказанной в лабораторных и полевых условиях эффективностью очистки сточных вод. Использование аборигенных прибрежно-водных растений обусловлено тем, что они лучше приспособлены к климатическим условиям региона, меньше подвержены болезням, быстрее адаптируются к условиям окружающей среды. Развитая корневая система способствует развитию микроорганизмов, непосредственно участвующих в удалении загрязняющих веществ. С развитием и ростом корневой системы эффективность очистки сточных вод возрастает.

В качестве аборигенных прибрежно-водных растений используются тростник южный, рогоз широколистный, рогоз узколистный, рогоз Лаксмана. Указанные растения были отобраны на основе предварительных лабораторных экспериментов, показавших не только их устойчивость к загрязняющим веществам сточных вод, но и эффективность их работы по удалению этих веществ из сточных вод.

Посадочный биоматериал в ячейки биомата высаживают с грунтом, объем которой равен 0,5-1,0 объема ячейки. Такое количество грунта обусловлено тем, что именно этот объем используется для предварительного выращивания растительного биоматериала в торфяных горшочках. Наличие грунта позволяет осуществить активный рост и развитие растений до размеров (и возрастного состояния), необходимых и достаточных для посадки и развития в модульных системах.

Искусственные плавающие острова размещаются в линии, занимающие не менее 5% площади зоны поверхности сточных вод и расположены на расстоянии 2,0-10,0 м друг от друга. Такое расположение обусловлено необходимостью как визуального мониторинга каждого модуля с обеих сторон, так и возможностью, в случае необходимости, замены как растительного биоматериала, так и самого модуля. Кроме того, такие размеры расстояния между линиями искусственных плавающих островов позволяют спокойно проходить между ними весельной лодке, что крайне важно при периодических наблюдениях за развитием растений, взятием проб биоматериала и т.п.

Каждая линия искусственных плавающих островов содержит свой вид аборигенных прибрежно-водных растений и состоит из модулей, расположенных в два ряда, скрепленных между собой по наибольшей стороне. Такое формирование линии позволяет охватить большую площадь покрытия водного объекта со сточными водами, эффективно обслуживать модули фитоочистной системы в случае необходимости подсадки растительного биоматериала или его полной замены, а также ремонта или замены модуля. В каждую линию высаживаются разные виды аборигенных прибрежно-водных растений, что позволяет оперативно отслеживать и регистрировать качественную оценку роста, развития и функционирования каждого вида растений, что крайне важно для мониторинга всей фитоочистной системы.

Пример осуществления изобретения

В условиях Яковлевского ГОКа были разработаны и установлены на пруду-отстойнике линии искусственных плавающих островов, состоящие из скрепленных модулей, содержащих биомат с размещенными в нем ячейками с посадочным биоматериалом. Модуль имел площадь 0,98 м², объем 0,06 м³ под биомат и высоту 0,1 м. В каждом биомате было выполнено по 13 ячеек площадью 0,00785 м², а сам биомат был из минераловатного субстрата. Отношение площади всех ячеек в биомате к площади верхней поверхности биомата составило 0,175. Биомат крепился к каркасу модуля с помощью решетки с верхней и нижней сторон, размер ячеек решетки был 20х20 мм. В качестве посадочного биоматериала использовали прибрежно-водные аборигенные растения с развитой корневой системой. В качестве аборигенных прибрежно-водных растений использовали тростник южный, рогоз широколистный, рогоз узколистный, рогоз Лаксмана, при этом их высаживали с грунтом, объем которого составлял 0,5-1,0 объема ячейки. Было сформировано четыре линии искусственных плавающих островов на расстоянии 5,0-6,0 м друг от друга, занимавших 5% площади пруда-отстойника. Каждая линия состояла из двух рядов модулей, скрепленных между собой по наибольшей стороне. В каждой линии был размещен свой вид прибрежно-водных аборигенных растений.

В результате применения искусственных плавающих островов снизилось содержание загрязняющих веществ азотной группы, в частности, снизилось содержание нитрит-иона на 9% и ион-аммония на 24%. Использование предлагаемого способа фитоочистки сточных вод позволило повысить эффективность очистки сточных вод в пруде-отстойнике, сократить затраты на ее осуществление и снизить негативное воздействие на окружающую среду.

Изобретение относится к области биологической обработки сточных вод с применением аборигенных прибрежно-водных растений и может быть использовано для очистки сточных вод пруда-отстойника от загрязняющих веществ азотной группы. Способ фитоочистки сточных вод включает размещение искусственных плавающих островов, состоящих из скрепленных модулей, содержащих биомат с размещенными в нем ячейками с посадочным биоматериалом. Отношение площади ячеек к площади верхней поверхности биомата составляет 0,10-0,50, а площадь каждой ячейки не менее 0,005 м². Модули имеют площадь не более 1,0 м² и объем не более 0,1 м³ под биомат. Технический результат: повышение эффективности очистки сточных вод, уменьшение веса и габаритов конструкции. 11 з.п. ф-лы.

1. Способ фитоочистки сточных вод, включающий размещение искусственных плавающих островов, состоящих из скрепленных модулей, содержащих биомат с размещенными в нем ячейками с посадочным биоматериалом, отличающийся тем, что отношение площади ячеек к площади верхней поверхности биомата выдерживают 0,10-0,50, при площади каждой ячейки не менее 0,005 м², применяют модули, имеющие площадь не более 1,0 м² и объем не более 0,1 м³ под биомат.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что внутри каждого модуля расположен биомат с не менее чем 10 ячейками под посадочный биоматериал.

3. Способ по пп. 1, 2, отличающийся тем, что биомат выполнен из минераловатного субстрата.

4. Способ по пп. 1, 2, отличающийся тем, что применяют модуль с высотой, составляющей не менее 0,08 м.

5. Способ по пп. 1, 3, отличающийся тем, что биомат закрепляют к каркасу модуля с верхней и нижней стороны с помощью решетки/сетчатого материала.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве посадочного биоматериала используются аборигенные прибрежно-водные растения, характеризующиеся развитой корневой системой.

7. Способ по пп. 1, 6, отличающийся тем, что в качестве аборигенных прибрежно-водных растений используются тростник южный, рогоз широколистный, рогоз узколистный, рогоз Лаксмана.

8. Способ по пп. 1-7, отличающийся тем, что посадочный биоматериал в ячейки биомата высаживают с грунтом, объем которого равен 0,5-1,0 объема ячейки.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что искусственные плавающие острова размещаются в линии, занимающие не менее 5% площади зоны поверхности сточных вод.

10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что линии искусственных плавающих островов состоят из модулей, расположенных в два ряда, скрепленных между собой по наибольшей стороне.

11. Способ по пп. 1, 10, отличающийся тем, что линии искусственных плавающих островов расположены на расстоянии 2,0-10,0 м друг от друга.

12. Способ по пп. 1, 11, отличающийся тем, что каждая линия искусственных плавающих островов содержит свой вид аборигенных прибрежно-водных растений.