Загрузка для биофильтров

 

Использование: биологическая очистка сточных вод с обеспечением высокоразвитой поверхности для обрастания биопленкой. Сущность изобретения: в загрузке для биофильтров, содержащей плоский пористый элемент, установленный в жесткой рамке, плоский элемент выполнен из материала редоксид с высокоразвитой разветвленной открытой пористой структурой в форме многоугольных пластин или дисков. Отношение площади поверхности пор в элементе к общей площади поверхности плоского элемента равно S_пов.п: S_{пов.п.э.}= (2-3)×10³ , отношение толщины плоского элемента к его большему характерному размеру принято равным δ: a=0,05-0,15 , где S_пов.п - площадь поверхности пор в плоском элементе; S_пов.п.э - общая площадь поверхности плоского элемента; δ - толщина плоского элемента; а - больший характерный размер плоского элемента. Рамка выполнена из соединенных между собой корпуса и крышки с окнами на всех их гранях, а плоский элемент установлен в рамке с возможностью поджатия его к опорным площадкам корпуса. Корпус и крышка рамки снабжены по периметру фланцами, установленными в верхней и нижней частях корпуса и крышки соответственно, упругой прокладкой, размещенной между фланцами корпуса и крышки. Многоугольные пластины выполнены в виде прямоугольника, квадрата, треугольника, трапеции, ромба, шести- или восьмиугольника, а диски выполнены в виде круга, половины круга, сектора или сегмента круга. Диски выполнены также в виде эллипса, параболы, гиперболы, лемнискаты, шарового слоя или кольца. 4 з.п. ф-лы, 19 ил.

Изобретение относится к биологической очистке сточных вод и позволяет получить плоскую загрузку для биофильтров, обладающую высокоразвитой поверхностью для обрастания биопленкой.

Известна загрузка для биофильтров, содержащая плоские пористые элементы, установленные в жестких рамках.

Недостатком указанной загрузки является то, что из-за отсутствия в плоских пористых элементах оптимальной пористой структуры не обеспечивается высокая эффективность процесса биологической очистки и снижается производительность, а также указанная загрузка не может быть использована в различных по назначению и конфигурации очистных установках, т.е. ограничены функциональные возможности данной загрузки.

В основу изобретения поставлена задача повышения производительности и качества очистки сточных вод, а также улучшения условий эксплуатации и расширения функциональных возможностей его использования в различных очистных установках и сооружениях.

Сущность изобретения состоит в том, что в загрузке для биофильтров, содержащей плоский пористый элемент, установленный в жесткой рамке, плоский пористый элемент выполнен из материала редоксид с высокоразвитой разветвленной открытой пористой структурой в форме многоугольных пластин или дисков с отношением площади поверхности пор в элементе к общей площади поверхности плоского элемента, равном S_пов.п:S_пов.пэ = (2-3)х10³, при этом отношение толщины плоского элемента к его большему характерному размеру принято равным δ : а = 0,05-0,15, где S_пов.п - площадь поверхности пор в плоском элементе; S_пов.пэ - общая площадь поверхности плоского элемента; δ - толщина плоского элемента; а - больший характерный размер плоского элемента, а рамка выполнена из соединенных между собой корпуса и крышки с окнами на всех их гранях, а плоский пористый элемент установлен в рамке с возможностью поджатия его к опорным площадкам корпуса и крышки.

Кроме того, корпус и крышка рамки снабжены по периметру фланцами, установленными в верхней и нижней частях корпуса и крышки соответственно, и упругой прокладкой, размещенной между фланцами корпуса и крышки.

При этом многоугольные пластины выполнены в виде прямоугольника, квадрата, треугольника, трапеции, ромба, шести- или восьмиугольника.

Причем диски выполнены в виде круга, полвины круга, сектора или сегмента круга.

Кроме того, диски выполнены в виде эллипса, параболы, гиперболы, лемнискаты, шарового слоя или кольца.

Представленная выше совокупность существенных признаков направлена на достижение технического результата и находится в причинно-следственной связи с ним, так как: во-первых, материал редоксид, полученный обжигом глинистого сырья по специальной технологии с образованием разветвленной открытой пористой структуры, при наличии отношения площади поверхности пор в элементе к площади поверхности плоского элемента различных форм, равного S_пов.п:S_пов.пэ = (2-3)х10³, и состоящий из оксидов кремния, железа, алюминия, щелочных металлов и потерь при прокаливании, при использовании в биофильтрах очистных сооружений обеспечивает благоприятное развитие и жизнедеятельность микроорганизмов с образованием устойчивой биопленки на шероховатых поверхностях и в порах пластин или дисков. При этом микроорганизмы развиваются как в поверхностных порах плоского элемента, так и в глубинных порах. В процессе жизнедеятельности поверхностные микроорганизмы биопленки рядом стоящих пластин или дисков окисляют находящиеся в очищаемой сточной воде органические вещества и аммонийный азот, а глубинные микроорганизмы восстанавливают образующиеся при этом нитраты и нитриты до молекулярного азота. В процессе эксплуатации биофильтров отмершая биопленка потоком сточной воды смывается с поверхности пластин или дисков и выносится в специальную камеру, стоящую в очистных сооружениях после биофильтра, где выпадает в осадок, который периодически сбрасывается в специальную зону. Промывка фильтрующей загрузки не требуется, так как взвешенные вещества и отмершая биопленка потоками воды выносятся из зоны фильтрации. Выбранные соотношения толщины пластин или дисков к большему их характерному размеру обеспечивают требуемую прочность; во-вторых, скомпонованная из различных форм пористых плоских элементов в жестких конструкциях и установленная в корпусе загрузка для биофильтра легко монтируется и, в случае необходимости, демонтируется в различных типах очистных установок и сооружений, что улучшает условия эксплуатации и расширяет функциональные возможности; в-третьих, как показали экспериментальные исследования, регенерацию (восстановление) нужно проводить как минимум только через 10 лет. Способ регенерации чрезвычайно прост (обжиг в термопечах).

Все перечисленные особенности предлагаемой загрузки для биофильтров по сравнению с известными повышают производительность очистных сооружений, качество очистки, а также упрощают эксплуатацию очистных сооружений, расширяют функциональные возможности и повышают сроки его действия без регенерации загрузки.

Таким образом, заявленное техническое решение соответствует условиям патентоспособности изобретения.

На фиг. 1 изображен общий вид загрузки для биофильтров; на фиг. 2 - сечение по А-А на фиг. 1; на фиг. 3 изображен плоский пористый элемент загрузки, выполненный в форме прямоугольника; на фиг. 4 - то же, в форме квадрата; на фиг. 5 - то же, в форме треугольника; на фиг. 6 - то же, в форме трапеции; на фиг. 7 изображен плоский пористый элемент загрузки, выполненный в форме ромба; на фиг. 8 - то же, в форме шестиугольника; на фиг. 9 - то же, в форме восьмиугольника; на фиг. 10 - то же, в форме круга; на фиг. 11 - то же в форме половины круга; на фиг. 12 - то же, в форме сектора круга; на фиг. 13 - то же, в форме сегмента круга; на фиг. 14 - то же, в форме эллипса; на фиг. 15 - то же, в форме параболы; на фиг. 16 - то же, в форме гиперболы; на фиг. 17 - то же, в форме лемнискаты; на фиг. 18 - то же, в форме шарового слоя; на фиг. 19 - то же, в форме кольца.

Загрузка для биофильтров состоит из рамки 1, выполненной из корпуса 2 с опорной площадкой 3, окнами 4 по его граням и фланцем 5, упругой прокладки 6, а также крышки 7 с окнами 8 по ее граням, фланцем 9 и опорной площадкой 10, плоского пористого элемента 11, обладающего высокоразвитой разветвленной пористой структурой и установленного с зазором 12 внутри корпуса 2. Открытые поры 13 (см. фиг. 2) расположены на внешней поверхности плоского элемента 11, а глубинные поры 14 - в его центре. Крышка 7 при помощи крепежа (винт-гайки), на фигурах не показан, через фланец 9 и упругую прокладку 6 соединена с фланцем 5 корпуса 2 с обеспечением поджатия плоского пористого элемента 11 к опорным площадкам 3 и 10 корпуса 2 и крышки 7.

Пористые элементы 11 загрузки для биофильтров изготавливают в формах в специальных термопечах, в которых вспучивают глинистое сырье по специальной технологии. На последнем этапе технологического процесса осуществляют распиливание полученного материала на плоские элементы требуемой конфигурации и размеров. Сборку загрузки для биофильтров осуществляют следующим образом. Плоские пористые элементы 11, изготовленные из материала редоксид, устанавливают в корпус 2, который закрывают крышкой 7 с образованием жесткой рамки 1 с обеспечением равномерного поджатия плоских элементов 11 через упругую прокладку 6 к опорным площадкам 3 и 10 корпуса 2 и крышки 7. При необходимости увеличения размеров загрузки для биофильтров в рамке 1 могут быть установлены два, три и более плоских пористых элемента 11. Выбор формы плоского пористого элемента 11 в загрузке для биофильтров зависит от ряда факторов, основными из которых являются: назначение и производительность очистных установок и сооружений, качество очистки сточных вод; схема компоновочных решений очистных установок и сооружений и условия их эксплуатации; регенерация пористых плоских элементов и способы их изготовления, а также их прочность.

С учетом вышеуказанных факторов наиболее приемлемыми формами плоских пористых элементов являются: многоугольные пластины (см. фиг. 3-9) в виде прямоугольника 15, квадрата 16, треугольника 17, трапеции 18, ромба 19, шестиугольника 20, восьмиугольника 21 и диски (см. фиг. 10-19) в виде круга 22, половины круга 23, сектора круга 24, сегмента круга 25, эллипса 26, параболы 27, гиперболы 28, лемнискаты 29, шарового слоя 30 и кольца 31.

Наиболее оптимальной конструкцией плоских пористых элементов 11 в виде многоугольных пластин или дисков является конструкция, в которой отношение толщины (δ) плоского пористого элемента 11 к максимальному характерному размеру (а) равно δ/а = 0,1 при отношении площади поверхности пор в элементе 11 к площади поверхности самого элемента 11 различных форм равном S_пов.п:S_пов.пэ = 2,5 х 10³.

Загрузка для биофильтров работает следующим образом. В зависимости от компоновочных решений очистных установок или сооружений загрузка для биофильтров, состоящая из плоских пористых элементов 11 в виде пластин или дисков из материала редоксид, может устанавливаться как в продольном, так и в поперечном направлениях по ходу движения сточной воды с образованием каскадов из пластин или дисков.

Экспериментально установлено, что пусконаладочный период, при котором осуществляется формование биопленки в пористых плоских элементах 11 из материала редоксид с диаметром пор 13-20 мм, в течение первых 25-30 сут работы биофильтра. На поверхностях плоских элементов 11 и в их порах 13 интенсивно развиваются бактерии, осуществляющие окисление органических веществ и аммонийного азота.

Толщина биопленки, как показали эксперименты, достигает до 2 мм. На нижнем конце плоского элемента 11, находящемся ближе к дну корпуса очистной установки (на фигурах не показана), и в глубинных порах 14, как показали эксперименты, толщина биопленки уменьшается до 0,5 мм и она состоит в основном из денитрифицирующих бактерий, осуществляющих восстановление нитратов и нитритов в газообразный азот.

Сравнительный микробиологический анализ показал, что при соотношении площадей поверхности пор в одном плоском элементе 11 к площади поверхности самого элемента S_пов.п: S_пов.пэ = (2-3) х 10³ развивается в 1,4-1,6 раза больше различных видов аэробных микроорганизмов, чем в существующих загрузках для биофильтров (керамзитовой, пластмассной и др.). Сточная вода, содержащая начальные загрязнения перед очистной установкой: БПК_полн До 250 мг О₂/л Взвешенные вещества (ВВ) До 230 мг/л Азот аммонийный До 20 мг/л Жиры До 50 мг/л пройдя каскады пористых элементов 11, изготовленных из редоксида, в очистной установке может быть очищена по БПК_полн - до 2-3 мг О₂/л; ВВ - 2-3 мг/л, жиры до 0,1-0,2 мг/л, при различных гидравлических нагрузках. Заиливание загрузочного материала редоксид в форме плоских элементов 11 отработанной биопленкой и взвешенными веществами не наблюдается.

Предлагаемая загрузка для биофильтров может быть использована в очистных установках или сооружениях как при малой их производительности (1-12 м³/сут), так и при большой производительности (начиная от 25 м³/сут и выше).

Использование предлагаемой загрузки для биофильтров позволит сконструировать компактные очистные установки, удобные в эксплуатации и не требующие регенерации загрузки при длительном сроке очистки сточных вод.

Эффективность очистки сточных вод на данной загрузке биофильтров возрастает: по задержанию взвешенных веществ - на 10-20%;
по удалению органических веществ - на 11-17%;
по удалению азотистых веществ - на 40-45%.

Формула изобретения

1. ЗАГРУЗКА ДЛЯ БИОФИЛЬТРОВ, содержащая плоский пористый элемент, установленный в жесткой рамке, отличающаяся тем, что плоский элемент выполнен из материала "редоксид" с высокоразвитой разветвленной открытой пористой структурой в форме многоугольных пластин или дисков с отношением площади поверхности S_пов.п пор в плоском элементе к общей площади поверхности плоского элемента S_пов.п.э (2 - 3) · 10³, при этом отношение толщины δ плоского элемента к его большему характерному размеру a равно 0,05 - 0,15, рамка выполнена из соединенных между собой корпуса и крышки с окнами на всех их гранях, а плоский пористый элемент установлен в рамке с возможностью поджатия его к опорным площадкам корпуса и крышки.

2. Загрузка по п.1, отличающаяся тем, что корпус и крышка рамки снабжены по периметру фланцами, установленными в верхней и нижней частях корпуса и крышки соответственно, и упругой прокладкой, размещенной между фланцами корпуса и крышки.

3. Загрузка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что многоугольные пластины выполнены в виде прямоугольника, квадрата, треугольника, трапеции, ромба, шести- или восьмиугольника.

4. Загрузка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что диски выполнены в виде круга, половины круга, сектора или сегмента круга.

5. Загрузка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что диски выполнены в виде эллипса, параболы, гиперболы, лемнискаты, шарового слоя или кольца.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19