Модульный биофильтр с системой сменных фильтрующих элементов Российский патент 2025 года по МПК B01D53/34 B01D53/84 

Изобретение относится к области биологической очистки воздуха от токсичных, преимущественно аммиака, и неприятно пахнущих веществ, и может быть использована для очистки газовых и вентиляционных выбросов сельскохозяйственных предприятий.

Известен модульный биофильтр для очистки газов [RU 197539, B01D 53/34, B01D 53/74, B01D 53/84, 2019], состоящего из прямоугольного контейнера, корпус которого имеет в нижней части дренажно-распределительную систему, которая выполняется в виде горизонтальной решетчатой плиты, на которой размещена загрузка, содержащей культуру микроорганизмов, и под которую подается очищаемый воздух через короб, высота которого меньше расстояния от дна контейнера до дренажно-распределительной системы, и система для отвода отработанной питательной жидкости, а над загрузкой размещена распределительная система для подачи питательной жидкости, снабженная распылительными форсунками, связанными общей магистралью, и система вывода очищаемого воздуха, причем трубопроводы подачи очищаемого газа и питательной жидкости подсоединены к корпусу через его заднюю стенку, патрубок выпуска очищенного воздуха оборудован в крыше корпуса, а днище имеет скос в сторону его задней стенки.

Недостатком данного устройства является укладка фильтрующего материала в один высокий слой, что в скором времени приводит к его переуплотнению из-за работы форсунок, что значительно повышает аэродинамическое сопротивление. Также недостатком является система загрузки-выгрузки фильтрующего материала через люки и распашные ворота, что является долгим и трудозатратным. У данного биофильтра не предусмотрена система за контролем состояния фильтрующего материала и количества подаваемой жидкости через форсунки. Также не предусмотрено дальнейшее использование или утилизация образующегося стока.

Известен биофильтр для очистки воздуха от токсичных, вредных и неприятно пахнущих летучих веществ [RU 154244, B01D 53/00, 2014], содержащий горизонтальный корпус, внутри которого на пути потока очищаемого воздуха расположен биокатализатор, систему для поддержания активности биокатализатора, в виде оросительного устройства, воздуховоды для подвода подлежащего очистке и отвода очищенного воздуха, а также содержащий полимерный носитель, состоящий из двух слоев, верхний из которых выполнен из хорошо смачиваемого и удерживающего жидкость материала - мелкопористого поролона, а нижний слой полимерного носителя из открытопористого ячеистого материала, обладающего капиллярными свойствами.

Недостатком данного устройства является подведение воздуха на очистку с двух противоположных сторон, что увеличивает его габариты, а также ресурсоемкость на подведение воздуховодов для подачи воздуха. Еще одним недостатком данного устройства является отсутствие механизма замены носителей микроорганизмов, что затрудняет обслуживание устройства и не дает оперативно заменить отработанный носитель. Также у данного устройства не предусмотрена система контроля за состоянием фильтрующего материала.

Наиболее близким к предлагаемому решению является биологический фильтр [RU 53932, B01D 53/00, 2006], содержащий корпус с патрубками для подвода и отвода воздуха, установленные в корпусе друг над другом с зазором носители микроорганизмов для очистки воздуха, отбойный лист со сливным патрубком под нижним носителем, систему орошения, соединенную с емкостью для орошающего питательного раствора, снабженную подводом воздуха, расположенную в нижней части корпуса, отводящую раствор систему, согласно решению, в него введены не менее двух дополнительных носителей для очистки орошающего питательного раствора, расположенные с зазором друг над другом, система для распределения раствора по поверхности дополнительных носителей, расположенная под отбойным листом, при этом дополнительные носители размещены между системой для распределения раствора по поверхности дополнительных носителей и емкостью для орошающего питательного раствора. Биофильтр может содержать каплеуловитель, установленный над верхним носителем для очистки воздуха, а также ячейку для определения рН орошающего питательного раствора. Емкость для орошающего питательного раствора также может содержать носитель микроорганизмов

Недостатками данного устройства являются:

1. Отсутствие механизма замены носителей микроорганизмов, что усложняет обслуживание устройства и не дает оперативно заменить отработанный носитель.

2. Размещение в одном корпусе двух зон для очистки воздуха и образующегося стока, что значительно увеличивает общую высоту конструкции и усложняет ее обслуживание.

3. Ограниченный функционал системы контроля и управления технологическим процессом, не обеспечивающий контроль за параметрами входящего и выходящего воздушного потока, из-за чего невозможно определить эффективность очистки и состояние фильтрующего материала.

4. Отсутствие раздельной подачи питательного раствора на каждый носитель микроорганизмов, что может приводить к переувлажнению и переуплотнению носителя и как следствие, к ухудшению эффективности очистки.

5. Использование всего одной емкости для корректирующего раствора, в результате чего корректирующая способность устройства ограничивается параметрами используемого раствора, либо повышение рН, либо понижение рН.

Задача изобретения - повышение эффективности очистки воздуха и возможность использовать различные фильтрующие материалы при упрощении их замены.

Техническая задача решается за счет того, что модульный биофильтр с системой сменных фильтрующих элементов содержащий корпус с патрубками для подвода и отвода воздуха, носители микроорганизмов для очистки воздуха, установленные в корпусе друг над другом с зазором, систему орошения, подключенную к емкости для орошающего раствора, каплеуловитель, установленный над верхним носителем для очистки воздуха, датчик определения рН орошающего раствора, блок управления связанный с емкостью для орошающего раствора, корпус выполнен прямоугольной формы из составных модулей жестко зафиксированных между собой с герметизацией и состоит не менее чем из одного нижнего модуля, одного фильтрующего модуля и одного верхнего модуля установленных друг над другом, нижний модуль установлен на опорах, его днище выполнено под острым углом α к горизонтальной плоскости, внутри верхней его части установлен рассеиватель воздушного потока, а в нижней его части расположен люк, на одной из боковых сторон фильтрующего модуля расположена дверца, внутри фильтрующего модуля на его боковых поверхностях жестко закреплены роликовые направляющие с возможностью выдвижения, на роликовых направляющих расположен сменный фильтрующий элемент, выполненный в виде короба с перфорированным дном, внутри которого расположен фильтрующий материал с микроорганизмами, отдельно от корпуса расположен бак денитрификации, который разделен на две части перегородкой, в одной из которых на дне установлен патрубок подачи воздуха, емкость для орошающего раствора оснащена мешалкой с возможностью вращения и к ней подключены баки с кислотой, щелочью и водой, линия системы орошения оснащена электромагнитным клапаном, в патрубках для подвода и отвода воздуха установлены датчики скорости, температуры и влажности воздушного потока, а также датчики для определения концентрации загрязняющих веществ, при этом на дне нижнего модуля, бака денитрификации и емкости для орошающего раствора установлены датчики температуры, уровня и рН среды, при этом все датчики подключены к блоку управления.

На фиг. 1 схематично изображен модульный биофильтр с системой сменных фильтрующих элементов с тремя фильтрующими модулями; на фиг. 2 схематично изображен сменный фильтрующий элемент; на фиг. 3 схематично изображен фильтрующий модуль.

Корпус модульного биофильтра с системой сменных фильтрующих элементов состоит из отдельных модулей, жестко зафиксированных между собой с герметизацией. Основой конструкции является нижний модуль 1 установленный на опорах 2. На боковой поверхности нижнего модуля 1 установлен патрубок подвода воздуха 3. Днище нижнего модуля 1 выполнено под острым углом α к горизонтальной плоскости, в нижней его части расположен герметичный люк 4, используемый для удаления накопленного осадка. Внутри верхней части нижнего модуля 1 установлен рассеиватель воздушного потока 5. Над нижним модулем 1 установлен фильтрующий модуль 6. На одной из боковых сторон фильтрующего модуля 6 расположена герметичная дверца 7, используемая для замены сменного фильтрующего элемента 8. Внутри фильтрующего модуля 6 на его боковых поверхностях жестко закреплены роликовые направляющие 9 с возможностью выдвижения. На роликовых направляющих 9 расположен сменный фильтрующий элемент 8, выполненный в виде короба с перфорированным дном. Внутри сменного фильтрующего элемента 8 расположен фильтрующий материал с микроорганизмами. Внутри фильтрующего модуля 6, над сменным фильтрующим элементом 8 расположена линия системы орошения с форсунками 10, оснащенная электромагнитным клапаном 11. В зависимости от необходимой производительности, подбирается необходимое количество фильтрующих модулей 6. Над фильтрующим модулем 6 установлен верхний модуль 12, внутри которого расположен каплеуловитель 13. Верхний модуль 12 выполнен в форме усеченной пирамиды, в верхней части которого установлен патрубок отвода воздуха 14. Отдельно от корпуса расположен бак денитрификации 15, который разделен на две части перегородкой 16, в одной из которых на дне установлен патрубок подачи воздуха 17, оснащенный электромагнитным клапаном 18. Емкость для орошающего раствора 19 оснащена мешалкой 20 с возможностью вращения. К емкости для орошающего раствора 19, через электромагнитные клапаны 21-23 подключены баки с щелочью 24, водой 25 и кислотой 26. В патрубках для подвода и отвода воздуха 3, 14 установлены датчики скорости 27, температуры 28 и влажности 29 воздушного потока, а также датчик для определения концентрации загрязняющих веществ 30. На дне нижнего модуля 1, на дне бака денитрификации 15 и на дне емкости для орошающего раствора 19 установлены датчики температуры 28, уровня 31 и рН среды 32. Все датчики 27-32 подключены к блоку управления 33, а места их установки загерметизированы. Блок управления 33 управляет работой всех электромагнитных клапанов 11, 18, 21-23, мешалкой 20 и насосами 34-36. Насос 34 установлен между нижним модулем 1 и первой половиной бака денитрификации 15. Насос 35 установлен между второй половиной бака денитрификации 15 и емкостью для орошающего раствора 19. Насос 36 установлен между емкостью для орошающего раствора 19 и электромагнитным клапаном 11.

Модульный биофильтр с системой сменных фильтрующих элементов работает следующим образом. Выбросы поступают в патрубок подвода воздуха 3 и попадают в рабочую зону нижнего модуля 1. Проходя через рассеиватель воздушного потока 5, поток выбросов равномерно распределяется по всей поперечной площади рабочей зоны биофильтра. Далее выбросы проходят через фильтрующий модуль 6, в котором расположен сменный фильтрующий элемент 8. В сменном фильтрующем элементе 8 находится фильтрующий материал (насадка-носитель), на поверхности которого находится биопленка, содержащая микроорганизмы. С помощью линии системы орошения с форсунками 10 поддерживается оптимальное значение влажности фильтрующего материала в пределах 40-60%. Проходя через влажный слой фильтрующего материала, загрязняющие вещества из выбросов абсорбируются в биопленке, где микроорганизмы преобразуют токсичные соединения в безопасные вещества в результате своей жизнедеятельности. Пройдя все фильтрующие модули 6, очищенный воздух проходит через каплеуловитель 13, расположенный в верхнем модуле 14. Каплеуловитель 13 предотвращает вынос орошающей жидкости за пределы рабочей зоны биофильтра. Очищенный воздух выходит из биофильтра через патрубок отвода воздуха 14.

В результате работы системы орошения с форсунками 10, излишки жидкости стекают на дно нижнего модуля 1, образуя фильтрат. При использовании фильтрующих материалов природного происхождения, таких как торф или опилки, возможно образование осадка. Благодаря тому, что дно нижнего модуля 1 выполнено с уклоном α, в нижней его части собирается осадок, и при необходимости удаляется через люк 4. Из нижнего модуля 1, скопившийся фильтрат перекачивается насосом 34 в бак денитрификации 15. В баке денитрификации 15 осуществляется подача воздуха через патрубок подачи воздуха 17, оснащенный электромагнитным клапаном 18. Это необходимо для поддержания процесса денитрификации, в процессе которого происходит очистка фильтрата. Благодаря перегородке 16 в баке денитрификации 15, очищенный фильтрат перетекает из одной части бака в другую, без использования дополнительных насосов. Очищенный фильтрат перекачивается насосом 35 в емкость для орошающего раствора 19, что обеспечивает рециклинг используемой воды. Емкость для орошающего раствора 19 оснащена мешалкой 20, которая обеспечивает равномерное перемешивание компонентов раствора, поступающих из баков с щелочью 24, водой 25 и кислотой 26. Подача каждого компонента по отдельности и в необходимом количестве осуществляется при помощи электромагнитных клапанов 21-23 соответственно. Использование раздельных баков с щелочью 24, водой 25 и кислотой 26 необходимо для эффективного регулирования уровня рН орошающего раствора. Получаемый раствор подается насосом 36 на линию системы орошения с форсунками 10. Каждая линия системы орошения с форсунками 10 оснащена электромагнитным клапаном 11, который обеспечивает отдельное включение необходимой линии.

Замена отработанного фильтрующего материла осуществляется следующим способом. Открывается дверца 7, сменный фильтрующий элемент 8 извлекается при помощи роликовых направляющих 9 из корпуса фильтрующего модуля 6. Отработанный фильтрующий материал извлекается из сменного фильтрующего элемента 8, закладывается новый фильтрующий материал. Сменный фильтрующий элемент 8 устанавливается в фильтрующий модуль 6 в обратной последовательности.

Для высокоэффективного удаления и разложения загрязняющих веществ необходимо поддерживать оптимальные рабочие параметры среды. Данный функционал обеспечивает цифровая система контроля и управления технологическим процессом очистки, в виде блока управления 33.

В патрубках для подвода и отвода воздуха 3, 14 установлены датчики скорости 27, температуры 28 и влажности 29 воздушного потока, а также датчик для определения концентрации загрязняющих веществ 30, подключенные к блоку управления 33. По показаниям скорости потока воздуха на входе и на выходе определяется создаваемое аэродинамическое сопротивление. По показаниям концентрации загрязняющих веществ воздуха на входе и на выходе определяется эффективность очистки. По показаниям влажности воздуха на входе и на выходе определяется влажность фильтрующего материала. По динамике изменения данных параметров прогнозируется состояние фильтрующего материала, а также какое количество орошающего раствора необходимо подать на линию системы орошения с форсунками 10.

Набор датчиков 28, 31, 32, установленных на дне нижнего модуля 1, контролируют температуру, уровень жидкости и значение pH фильтрата соответственно. По показанию датчика уровня жидкости 31 определяется, когда необходимо включить насос 34 для перекачки фильтрата в бак денитрификации 15. По показаниям датчика температуры 28 и датчика значения рН 32 в фильтрате контролируется эффективность разложения загрязняющих веществ, а также регулируется количество подаваемой щелочи, воды и кислоты в емкость для орошающего раствора 19 из баков 24-26 и количество подаваемого орошающего раствора на линию системы орошения с форсунками 10.

Аналогичный набор датчиков 28, 31, 32 установлен на дне бака денитрификации 15. Контроль значения pH и температуры в баке денитрификации 15 позволяет отслеживать процесс денитрификации, и определять, какое количество воздуха необходимо подать через патрубок подачи воздуха 17. По показанию датчика уровня жидкости 31 определяется, когда необходимо включить насос 35 для перекачки очищенной жидкости из бака денитрификации 15 в емкость для орошающего раствора 19.

Такой же набор датчиков 28, 31, 32 установлен на дне емкости для орошающего раствора 19. Контроль значения pH и уровня жидкости позволяет определить, какое количество воды, щелочи или кислоты необходимо добавить в раствор.

На основе показаний со всех датчиков, блок управления 33 контролирует рабочие параметры биофильтра и принимает решения по управлению. Все это обеспечивает благоприятную среду для микроорганизмов в рабочей зоне биофильтра, благодаря чему обеспечивается высокая эффективность очистки выбросов от загрязняющих веществ.

Технический результат заключается повышении эффектность очистки воздуха, снижении трудозатрат на обслуживание оборудования и замену фильтрующего материала, а также возможность использования различных фильтрующих материалов.

Изобретение относится к области биологической очистки воздуха от токсичных, преимущественно аммиака, и неприятно пахнущих веществ и может быть использовано для очистки газовых и вентиляционных выбросов сельскохозяйственных предприятий. Модульный биофильтр с системой сменных фильтрующих элементов содержит корпус, который выполнен прямоугольной формы из составных модулей, жестко зафиксированных между собой с герметизацией, и состоит не менее чем из одного нижнего модуля, одного фильтрующего модуля и одного верхнего модуля, установленных друг над другом. Нижний модуль установлен на опорах, его днище выполнено под острым углом α к горизонтальной плоскости. На одной из боковых сторон фильтрующего модуля расположена дверца, внутри на его боковых поверхностях жестко закреплены роликовые направляющие с возможностью выдвижения, на которых расположен сменный фильтрующий элемент. Модульный биофильтр содержит бак денитрификации с перегородкой и патрубком подачи воздуха. Технический результат: повышение эффективности очистки воздуха и возможность использовать различные фильтрующие материалы при упрощении их замены. 3 ил.

Модульный биофильтр с системой сменных фильтрующих элементов, содержащий корпус с патрубками для подвода и отвода воздуха, носители микроорганизмов для очистки воздуха, установленные в корпусе друг над другом с зазором, систему орошения, подключенную к емкости для орошающего раствора, каплеуловитель, установленный над верхним носителем для очистки воздуха, датчик определения рН орошающего раствора, блок управления, связанный с емкостью для орошающего раствора, отличающийся тем, что корпус выполнен прямоугольной формы из составных модулей, жестко зафиксированных между собой с герметизацией, и состоит не менее чем из одного нижнего модуля, одного фильтрующего модуля и одного верхнего модуля, установленных друг над другом, нижний модуль установлен на опорах, его днище выполнено под острым углом α к горизонтальной плоскости, внутри верхней его части установлен рассеиватель воздушного потока, а в нижней его части расположен люк, на одной из боковых сторон фильтрующего модуля расположена дверца, внутри фильтрующего модуля на его боковых поверхностях жестко закреплены роликовые направляющие с возможностью выдвижения, на роликовых направляющих расположен сменный фильтрующий элемент, выполненный в виде короба с перфорированным дном, внутри которого расположен фильтрующий материал с микроорганизмами, отдельно от корпуса расположен бак денитрификации, который разделен на две части перегородкой, в одной из которых на дне установлен патрубок подачи воздуха, емкость для орошающего раствора оснащена мешалкой с возможностью вращения и к ней подключены баки с кислотой, щелочью и водой, в патрубках для подвода и отвода воздуха установлены датчики скорости, температуры и влажности воздушного потока, а также датчики для определения концентрации загрязняющих веществ, при этом на дне нижнего модуля, бака денитрификации и емкости для орошающего раствора установлены датчики температуры, уровня и рН среды, при этом все датчики подключены к блоку управления.