Пристрій для знешкодження стічних вод

1 Пристрій для знешкодження стічних вод, що містить несучий елемент, виконаний у вигляді поплавка, з'єднаний з носієм, виготовленим з матеріалів органічної або неорганічної природи, який відрізняється тим, що поплавок оснащений гігроскопічним матеріалом 2 Пристрій за п 1, який відрізняється тим, що на гігроскопічному матеріалі іммобілізовані аеробні мікроорганізми-деструктори Пристрій відноситься до області обробки води, промислових та побутових стічних вод, зокрема до пристроїв для біологічного очищення забруднених вод, і може бути використаний для знешкодження стічних вод в накопичувачах, озерах, лагунах та інших відкритих водоймах, зокрема вод, що витікають з-під звалищ побутових та промислових ВІДХОДІВ, водних розчинів в ставках - накопичувачах промислових ВІДХОДІВ, зливових стоків і т п , а також для ліквідації небезпечних з екологічної точки зору стічних чи забруднених вод у відкритих водоймах Для очищення забруднених вод, що накопичуються у відкритих водоймах чи спеціальних збірниках, звичайно використовуються загальновідомі, широко розповсюджені очисні споруди і пристрої біофільтри, аеротенки, бюконтактори, метантенки, ІНШІ анаеробні бюреактори тощо (С В Яковлев, Я А Карелин, Ю М Ласков, Ю В Воронов Очистка производственных сточных вод М , Стройиздат, 1985 — 335 с) [1] Очищена цими пристроями вода спрямовується у водні об'єкти (річки, озера, моря і т д ) , використовується у повторному водопостачанні у виробництві, для поливу сільськогосподарських угідь носіями для прикріплення до них ВІДПОВІДНИХ мікроорганізмів (Hoihjoki Т Н , Kettunen R Н , Rmtala J A Nitrification of anaerobically pretreated municipal landfill leachate at low temperature // Water Research — 2000, v 34, № 5, pp 1435 - 1446)[3], в яких здійснюються процеси біологічного очищення забруднених вод, що витікають з-під міських звалищ Недоліками пристроїв та споруд [1 - 3] є значні енергетичні витрати, капіталовкладення при будівництві і експлуатації, громіздкість та складність апаратурного оформлення і необхідність постійного кваліфікованого обслуговування ВІДОМІ такі найпростіші очисні споруди як біологічні ставки або лагуни, в яких відбувається біологічне самоочищення (знешкодження) води, певна частина води фільтрується в підземні горизонти, а інша частина -випаровується Ці споруди не потребують майже жодних поточних економічних витрат і повсякденного нагляду [1] Однак лагуни мають багато вад, основні з яких наступні - біологічні процеси очищення води в них відбуваються дуже повільно у зв'язку з низькою концентрацією мікроорганізмів в об'ємі води, - випаровування води теж не завжди (за винятком хіба що дуже засушливих районів) переважає над опадами (дощем, градом, снігом), тому що поверхня випаровування незначна і обмежується площею дзеркала води в лагуні, - просочування стічних вод крізь грунт приво ВІДОМІ анаеробні (Timur Н , Ozturk J Anaerobic sequencing batch reactor treatment of landfill leachate //Water Research — 1999, v 33, № 15, pp 3225 - 3230)[2] та аеробні бюреактори, в тому числі з виготовленими з пластичного матеріалу О ю ю 59445 дить до занечищення підземних вод, що неприпустимо, - анаеробні гнилосні біологічні процеси розкладу органічних речовин в цих очисних спорудах супроводжуються забрудненням повітря такими отруйними, смердючими летючими сполуками як сірководень, меркаптани, аміак і т п З огляду на ці недоліки лагуни як очисні споруди тепер використовуються гранично рідко Найближчим аналогом до винаходу за своєю технічною сутністю та досягнутим результатом є пристрій для біологічного очищення води (патент UA, заявка № 99020618, МПК6 С 02F 3/02, С 02F 3/10, рішення про видачу патенту від 21 12 1999р ) Відомий пристрій для біологічного очищення води складається з несучого елемента, з'єднаного з носієм Несучий елемент виготовлено у вигляді поплавка із стійкого у воді полімеру, наприклад, поліпропілену Носій же виготовлено із матеріалів органічної та неорганічної природи (капрону, нейлону, поліетилену та інших синтетичних матеріалів, а також скловолокна, базальту і металів) у вигляді волокон, стрічок та виробів з них (рівної чи різної довжини) з високою питомою поверхнею На носіях які заглиблені у воду, утримуються і розвиваються гідробіонти та анаеробні мікроорганізмидеструктори, що очищають воду Такий автономно плаваючий пристрій не потребує закріплень, додаткових затрат і часу для оснащення і забезпечує деструкцію органічних забруднень при аварійному їх попаданні як у водойми, так і в очисні споруди, а також для очищення як самого поверхневого найбільш забрудненого шару води, так і нижчих шарів Плавучість, забезпечена поплавком, знімає потребу в енергетичних затратах для підтримування пристрою в завислому стані Відомий пристрій для очищення води працює таким чином Пристрій з іммобілізованими на НОСІЄВІ мікроорганізмами - деструкторами, наприклад, нафтопродуктів, вкидають у забруднений водний басейн Носій З мікроорганізмами при цьому розміщується у верхньому, найбільш забрудненому шарі води, так як поплавок пристрою утримує його саме в цьому шарі Мікроорганізми інтенсивно поглинають і споживають органічні забруднення, наприклад, нафтопродукти, розкладають їх до екологічно безпечних речовин - вуглекислоти, води, тощо При цьому наростає біомаса мікроорганізмів-деструкторів, надлишок якої стає поживою в трофічному ланцюгу гідробіонтів, що населяють носи Однак, як показали наші дослідження, відомий пристрій недостатньо ефективний при знешкодженні токсичних, сильно забруднених вод та не може бути використаний для ліквідації небезпечних з екологічної точки зору стічних чи забруднених вод у відкритих водоймах В основу винаходу покладена задача розробити пристрій для знешкодження забрудненої води шляхом оснащення несучого елемента - поплавка - матеріалом, який постійно зволожується забрудненою водою і на якому іммобілізовані аеробні мікроорганізми-деструктори Це забезпечує досягнення технічного результату - підвищення ефективності біологічного очи щення води від забруднень у відкритих водоймах та ліквідацію (повне випаровування) небезпечної з екологічної точки зору стічної води Для вирішення поставленої задачі запропоновано пристрій для знешкодження забрудненої води, який містить несучий елемент, виконаний у вигляді поплавка, з'єднаного з носієм, виготовленим з матеріалів органічної та неорганічної природи, в якому, згідно з винаходом, поплавок оснащений гігроскопічним матеріалом, при цьому на гігроскопічному матеріалі іммобілізовані аеробні мікроорганізми-деструктори Конструктивне виконання пристрою, що заявляється, а саме оснащення поплавка гігроскопічним матеріалом з іммобілізованими на ньому мікроорганізмами-деструкторами, в якому під впливом капілярних сил здійснюється приток органічних речовин із води при постійному зволоженні в поєднанні з волокнистою насадкою, що занурена у воду і має дуже розвинуту поверхню, яка служить місцем прикріплення та розвитку незліченної КІЛЬКОСТІ клітин мікроорганізмів, в тому числі анаеробних, що беруть участь в розкладі органічних речовин у воді, забезпечує ефективне аеробноанаеробне біологічне очищення води від органічних речовин в товщі води, на поверхні поплавка та від летючих смердючих сполук, таких як сірководень, меркаптани, аміак та ш Наявність гігроскопічного матеріалу з капілярними порами на надводній частині поплавка пристрою забезпечує ефективний процес випаровування води за рахунок дії капілярних сил та великої поверхні випаровування (в сотні разів більшої, ніж поверхня водойми) з використанням дармової сонячної та вітрової енергії Це розширює функціональні можливості пристрою і дозволяє використовувати його не тільки для очищення забруднених вод, але й для ліквідації токсичних, небезпечних з екологічної точки зору вод (до повного їх випаровування) Таким чином, сукупність суттєвих ознак пристрою, що заявляється, є необхідною і достатньою для досягнення технічного результату, що забезпечується винаходом, - підвищення ефективності біологічного очищення води від забруднень у відкритих водоймах та ліквідацію небезпечної з екологічної точки зору стічної води, що не реалізується відомими пристроями Винахід пояснюється кресленням, де зображений ЗОВНІШНІЙ вигляд пристрою для одночасною анаеробно-аеробного очищення та випаровування води (знешкодження брудної води) Пристрій для знешкодження брудної води складається з несучого елемента (1), з'єднаного з носієм (2) Несучий елемент (1) виготовлено у вигляді поплавка із стійкого у воді полімеру, наприклад, поліпропілену, поплавки можуть бути виконані із утильного матеріалу - порожніх пляшок із полімерних матеріалів, не потребують ніяких стаціонарних кріплень і можуть бути використані в будь-якому резервуарі (водоймі) НОСІЙ же (2) виготовлено із матеріалів органічної або неорганічної природи (капрону, поліетилену, нейлону та інших синтетичних матеріалів, а також скловолокна, базальту і металів) у вигляді 59445 волокон, стрічок та виробів з них (рівної чи різної довжини) з високою питомою поверхнею (~1000м7м3) На носіях утримуються і розвиваються мікроорганізми-деструктори та ІНШІ гідробіонти (3), що очищають воду Пристрій має на поверхні поплавка гігроскопічний матеріал (4) з капілярними порами, на якому іммобілізовані клітини аеробних мікроорганізмів (5) деструкторів розчинених у воді органічних речовин, що забруднюють воду, а також клітини мікроорганізмів, що інтенсивно окислюють сірководень, меркаптани, аміак та ІНШІ ТОКСИЧНІ смердючі сполуки Гігроскопічний матеріал, КІНЦІ ЯКОГО занурені у воду, з капілярними порами забезпечує його постійне зволоження завдяки дії капілярних сил Це може бути матеріал як з натуральних, так і синтетичних волокон (бавовна, льон, капрон, анід, поліпропілен) На гігроскопічному матеріалі іммобілізовані бактерії - деструктори забруднень, ЖИТТЄДІЯЛЬНІСТЬ яких підтримується завдяки постійному притоку вологи і органічних речовин, що розкладаються ними Пристрій за винаходом для знешкодження брудної води працює таким чином Пристрій з іммобілізованими на НОСІЄВІ (2) мікроорганізмамидеструкторами розчинених у воді органічних забруднень, наприклад барвників, розчинників, інших токсичних синтетичних сполук (ксенобютиків) та речовин природного походження, та з іммобілізованими на розміщеному на поверхні поплавка гігроскопічному матеріалі (4) аеробними бактеріями (5) - деструкторами органічних сполук та окислювачами неорганічних смердючих летких речовин вкидають у брудну воду, що міститься у відкритому басейні (резервуарі) Поплавок (1) утримує пристрій на поверхні води, що очищається Мікроорганізми (3 та 5), прикріплені, ВІДПОВІДНО, ДО зануреного у воду носія (2) та до розміщеного на поплавку матеріалу (4), розкладають органічні сполуки - забруднення води Гази, що при цьому утворюються, піднімаються на поверхню води, де окислюються бактеріями (5), що іммобілізовані та розвиваються на гігроскопічному матеріалі (4), розміщеному на поверхні поплавка (1) По цьому ж гігроскопічному матеріалу, який частково занурений у воду, що очищається, вода під впливом капілярних сил піднімається уверх, контактує з аеробними мікроорганізмами деструкторами забруднень, очищається цими бактеріями та інтенсивно випаровується Таким чином здійснюється і біологічне знешкодження брудної води і природне и випаровування, до повної ліквідації в разі необхідності Приклади виконання за винаходом Приклад 1 В циліндричну ємність з внутрішнім діаметром 12,5см, висотою 20см з заповненою до краю водою поміщали пристрій, оснащений гігроскопічною тканиною, КІНЦІ якої були занурені у модельну воду, що містила 0,5г/дм3 фенолу і незначні КІЛЬКОСТІ біогенних елементів Висота надводної частини пристрою становила 16см, діаметр поплавка - 8см, 402см; площа надводної частини пристрою площа перерізу поплавка - 50см Як гігроскопічний матеріал для покриття поплавка був використаний матеріал із ХІМІЧНИХ капронових волокон На поверхні гігроскопічного матеріалу і носія були іммобілізовані мікроорганізми деструктори фенолу Процес очищення проводили просто неба протягом 20 і 28 діб Дані про ефективність руйнування фенолу представлені в Табл (приклад 4) За 20 днів експерименту рівень води в ємності знизився на 15см і концентрація фенолу в залишках води була 0,12г/дм3 При цьому ступінь очищення модельної води від фенолу становив 76%, а ступінь випаровування - 75% За 28 діб досліду ступінь випаровування наблизився майже до повної ліквідації води в ємності і становив 95%, а ступінь руйнування фенолу досягнув 92% Отже, одночасно з випаровуванням відбувалась і деструкція фенолу, що є доказом того, що такий пристрій дозволяє ліквідувати небезпечну воду Приклад 2 (за винаходом) Біологічному очищенню підлягала стічна вода з-під звалища, ХПКб,Хр якої становило 12000мг/дм3 Процес і умови очищення стічної води здійснювали аналогічно прикладу 1 з тією різницею, що на надводній частині пристрою, оснащеній також гігроскопічною капроновою тканиною, і на НОСІЄВІ були іммобілізовані бактерії деструктори циклічних сполук Через 20 діб експерименту просто неба ХПКбіхр стічної води в ДОСЛІДІ знизилось і становило 9500мг/дм3, що відповідає ступеню очищення 20,8% Рівень води з 20см зменшився до 5см (на 15см), тобто ступінь випаровування становив 75% За 28 діб ступінь очищення стічної води становив 24,2%, а ступінь випаровування - 85% (табл , приклад 5) Приклад 3 (за прототипом) Умови досліду за прототипом були аналогічні прикладу 1 з тією різницею, що лише носій був з іммобілізованими бактеріями - деструкторами фенолу В модельній воді концентрація фенолу також становила 0,5 г/дм3 За 20 діб в умовах просто неба концентрація фенолу зменшилась до 0,2г/дм3, але рівень води знизився лише на 2,5см, тобто ступінь очищення від фенолу становив 60%, а ступінь випаровування - лише 15% При застосуванні пристрою-прототипу для очищення стічної води з-під звалища, початкове 3 якої 12000мг/дм3, в умовах, аналогічних прикладу 1, за 20 діб були одержані такі результати ХПК зменшилось до 11000мг/дм3, а рівень води знизився на 2,3см При цьому ступінь очищення становив 8,4%, а ступінь випаровування 11,5% За 28 діб ступінь очищення води від забруднень збільшився до 11% і становив за показником ХПКбіхр 10680мг/дм3, а рівень води знизився на Зсм, що становить 15% Одержані дані свідчать проте, що з пристроєм-прототипом повільніше відбувається руйнація складних органічних речовин у воді з-під звалищ, ніж з пристроєм, що заявляється А для ліквідації небезпечних вод шляхом випаровування він непридатний Результати проведених ДОСЛІДІВ свідчать і про ефективність біологічного очищення та випаровування в природних умовах за допомогою пристрою, що заявляється, і можливість застосування різних за природою матеріалів для створення поверхні іммобілізації мікроорганізмів і випаровуван 59445 ня води на пристрої Одержані результати з біологічного очищення та ліквідації забрудненої води при застосуванні для покриття поплавка матеріалів з перелічених типів волокон були приблизно однаковими (не спостерігалось достовірної різниці в цих результатах) Пристрій, що заявляється, може бути використаний одночасно і для деструкції забруднень у воді, і для випаровування води Він може бути незамінний у випадках, коли треба ліквідувати водойми з отруйними відходами Отже, пристрій, що пропонується, здійснює мікробну деструкцію органічних речовин в забруднених водах та одночасно випаровує воду в разі потреби до повної и ліквідації, з використанням сонячної та вітрової енергії і має суттєві переваги перед прототипом по ефективності Порівняльний аналіз результатів очищення води запропонованим та відомим пристроями показує, що пристрій, який заявляється, забезпечує більш повне очищення води від забруднень, більш ефективно очищає СТІЧНІ ВОДИ, ЯК ВИДНО З порів нянь ступенів очищення відомим і запропонованим пристроєм (Табл ) Так, ступінь очищення води від фенолу підвищується з 60% до 82 - 92%, тобто на 22 - 32%, а ступінь очищення стічних вод від складних і важко окислювальних органічних речовин з 8 1 1 % до 24%, тобто на 13% Найбільш доцільне їх використання, коли необхідно терміново знешкодити токсичні, небезпечні з екологічної точки зору водойми, до повної їх ліквідації Слід підкреслити, що використання запропонованого пристрою вирішує дуже важливу проблему сильно забруднених, токсичних вод, які не підлягають очищенню, і ця проблема не може бути вирішена відомими пристроями Запропонований пристрій забезпечує ліквідацію таких вод за рахунок випаровування з використанням природних сил сонця та вітру Крім того, цим пристроєм досягається швидке біологічне руйнування ХІМІЧНИХ забруднень у воді і в повітрі Робота цього пристрою екологічно безпечна, не вносить додаткових забруднень у воду і в повітря Перевагами запропонованого пристрою є те, що він не потребує енергетичних затрат, капітальних вкладень, постійного кваліфікованого обслуговування, ніяких стаціонарних кріплень, простий в апаратурному оформленні і може бути використаний як для оздоровлення будь-яких водойм, так і для ліквідації небезпечних з екологічної точки зору стічних вод, наприклад, з-під звалищ Ліквідація таких вод дозволяє збільшити корисний об'єм звалищ, чим досягається економія земельних ресурсів Таблиця Показники ефективності очищення води № п/п 1 2 3 4 5 Типи води Типи гігроскопічних матеріалів Термін ДОСЛІДІВ 28 діб залишкова ступінь залишк ступінь ступінь конц-я випаровуконц-я очищення очищення забруднень вання забруднень приклади за винаходом модельна бавовнян вода з трикотаж 0,11г/л 0,5г/л фетонкий нолу тканина з 0,12г/л -"льону махровий бавовнян 0,10г/л -"трикотаж тканина з 0,12г/л -"капрону стічна вода З-ПІД ХПК9,5г/л -"звалища ХПК12г/л 20 діб ступінь випаровування 78% 77,50% 0,05г/л 90,00% 92,00% 76,00% 70,00% 0,09г/л 82,00% 76,50% 0,07г/л 86,00% 85,00% 76,00% 75,00% 0,04г/л 92,00% 95,00% 20,80% 75,00% ХПК9,1г/л 24,20% 85,00% приклади за прототипом 6 7 модельна вода з без матері0,25г/л 0,5г/л феалу нолу стічна воХПК11,0г/л да З-ПІД -"звалища ліквідація води 85,00% 80,00% Примітка 50,00% 12,50% 0,2г/л 60,00% 15,00% 8,40% 11,50% ХПК 10,68г/л 11,00% 15,00% ліквідація води 59445 Комп'ютерна верстка А Крулевський Підписано до друку 06 10 2003 10 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, УкраїнаТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна