Анаеробний біореактор “колорит”

1 Анаеробний бюреактор, який містить вертикальний циліндричний корпус з послідовно розташованими зоною сорбції з псевдозрідженим шаром насадки, зоною флокуляції і зоною розділення мулової суміші, яка містить кільцевий модульний ВІДСТІЙНИК мулової суміші з елементами, нахиленими до центру, та з'єднаний з ним кільцевий фільтр з фільтруючим завантаженням та пристрій для відбору мулової суміші на рециркуляцію, який відрізняється тим, що в зоні флокуляції вертикально розташовані коаксіальні сітчасті перегородки, зона розділення мулової суміші оснащена елементами з розвиненою поверхнею із синтетичних матеріалів для закріплення на них мікроорганізмів, кільцевий ВІДСТІЙНИК мулової суміші виконаний у вигляді двох коаксіальних циліндрів з радіально розташованими по кільцю трубчастими елементами, кільцевий фільтр розташований зовні нижньої частини корпусу та заповнений фільтруючим завантаженням з розвиненою поверхнею, а пристрій для відбору мулової суміші на рециркуляцію розташований перед зоною розділення мулової суміші 2 Анаеробний бюреактор за п 1 , який відрізняється тим, що елементи з розвиненою поверхнею у зоні розділення мулової суміші виконані у вигляді вертикально підвішених ниток 3 Анаеробний бюреактор за п 1 , який відрізняється тим, що елементи з розвиненою поверхнею виконані у вигляді гірлянд йоржиків 4 Анаеробний бюреактор за п 1 , який відрізняється тим, що елементи з розвиненою поверхнею виконані у вигляді сітчастих циліндрів 5 Анаеробний бюреактор за п 1, який відрізняється тим, що кільцевий ВІДСТІЙНИК мулової суміші виконаний знімним 6 Анаеробний бюреактор за п 1, який відрізняється тим, що трубчасті елементи нахилені до центру під кутом 55 - 60° 7 Анаеробний бюреактор за п 1, який відрізняється тим, що фільтруючим навантаженням з розвиненою поверхнею є пінополістирол 8 Анаеробний бюреактор за п 1, який відрізняється тим, що фільтруючим завантаженням з розвиненою поверхнею є керамзит ю ^C O Ю Винахід відноситься до апаратів очистки стічних вод, а саме до анаеробних бюреакторів і може бути використаний для біологічної очистки стічних вод переробної галузі, м'ясомолочні, спиртові, винні, цукрові заводи тощо, а також мікробіологічної і фармацевтичної промисловості з високою концентрацією забруднень органічними сполуками як штучного так і природного походження, які можуть бути використані в якості джерела органічного живлення бактеріальної клітини і практично не піддаються традиційній анаеробній біологічній очистці Загальновідомо, що анаеробне очищення дозволяє 95% органічних забруднень перевести у бюгаз у вигляді СН4, СОг і 5% у бюмасу(мул) При анаеробній очистці 80% органічних забруднень переходить у біомасу і 20% окислюється до СОг В технології біологічної очистки стічних вод використовують активний мул, який в цьому живильному середовищі являє собою суміш органічної і мінеральної субстанцій, різноманітних бактерій і простих мікроорганізмів Відомий анаеробний бюреактор (див а с СРСР №1784035, МПК С 02F 3/08, публ 23 12 92) Відомий бюреактор вибраний за прототип і виконаний у вигляді вертикального циліндричного корпусу з розширеною верхньою частиною, в середині якого розташована коаксіальна перегород 54345 ка з глухим дном В середині перегородки розташована зона сорбції з псевдозрідженим шаром насадки, продовженням якої є зона флокуляції і зона для розділення мулової суміші Зона розділення мулової суміші складається з кільцевого відстійника мулової суміші і сполученого з ним кільцевого фільтра з фільтруючим завантаженням Кільцевий ВІДСТІЙНИК виконаний у вигляді пластинчастого тонкошарового модуля, елементи якого у вигляді пластин (діафрагм) нахилені до центра Кільцевий фільтр розташований між коаксіальною перегородкою та зовнішньою поверхнею Фільтр має патрубок для відводу очищеного стоку, розташований біля дна Патрубок відводу бюгазу розташований зверху у кришці корпусу Бюреактор обладнений системою трубопроводів для відводу зверху корпусу мулової суміші на рециркуляцію, для псевдозрідження шару насадки Бюреактор працює так Стічна вода по трубопроводу поступає у зону сорбції, де у псевдозрідженому шарі насадки відбувається адсорбція розчинених у воді забруднень поверхнею насадки, яка є масою з інертного матеріалу, а також мікроорганізмами, культивованими та прикріпленими на його поверхні В цій зоні відбуваються окислювальне - відновлювальні реакції , що руйнують складні молекули розчинених органічних сполук з утворенням простих продуктів розпаду При дальшому русі знизу угору вода з зони сорбції входить у зону флокуляції, де відбувається укрупнення найдрібнішого мулу, і далі - у зону розділення мулової суміші на ВІДСТІЙНИК, де відбувається розділення суміші води і активного мулу на два потоки Більша частина мулової суміші з верхньої частини зони розділення відбирається на рециркуляцію Другий потік води надходить у пластинчастий тонкошаровий модуль, де відбувається подальше освітлення води Осад, що утворюється, по полицям модуля сповзає у зону сорбції на повторне окислення диспергованих біологічним шляхом забруднень Освітлена вода після тонкошарового модуля надходить для подальшого очищення у кільцевий фільтр, де відбувається глибоке видалення з води тонкодиспергованих частин активного мулу, що не були затримані на відстійнику Очищену воду видаляють по трубопроводам При проходженні води крізь шар насадки з малою швидкістю руху, як правило, спостерігається явище нерівномірності суцільності потоку з застійними зонами в одному МІСЦІ І турбулентними зонами і іншому, в результаті чого виникають окремі потоки, які вириваються з загального потоку і в яких відсутній тривалий контакт часток мікроорганізмів і забруднень стічних вод При подальшому русі води знизу угору при проходженні суміші через зону флокуляції, а також при проходженні и крізь щілини пластин можливе продовження явища турбулізації потоку і застійних зон, що призводить крім вищезгаданого ще й до нерівномірності змішування мулу із стічними водами Відсутність в об'ємі корпусу достатніх поверхонь для прикріплення мікроорганізмів сприяє тому, що при даній швидкості потоку, яка залишається практично постійною при проходженні усіх зон, не уникнути негативного процесу, що супроводжує будь - яку анаеробну очистку, а саме виносу найдрібніших частин мулу Винос найдрібніших частин мулу зменшує термін утримання в реакторі активного мулу, що не дозволяє досягти концентрації, необхідної для проведення процесу грануляції активного мулу, так як термін для утворення гранул в залежності від складу забруднень стічних вод складає від ЗО до 60 діб Не зважаючи на наявність зони флокульованого і навіть гранульованого активного мулу, все це значно знижує можливість повного звільнення води від найдрібніших часток анаеробного активного мулу (мікрофлори), що в свою чергу , що безпосередньо впливає на ефект очистки від органічних речовин Задачею винаходу є удосконалення конструкції анаеробного бюреактора, в якому створенням оптимальних гідродинамічних умов для контакту стічної води з мікроорганізмами шляхом можливості регулювання характеру і швидкості потоку та наповнення двох зон бюреактора додатковими поверхнями забезпечують рівномірний розподіл суміші у всьому об'ємі корпусу та збільшують термін перебування анаеробів мулу в реакторі, що сприяє рівномірному зіткненню часток мікроорганізмів і забруднень стічної води у всьому потоці і підвищує можливість їх контактів з елементами, які сприяють очищенню від органічних забруднень, та процесу грануляції мулу, чим досягають практично повного звільнення води від найдрібніших частинок анаеробного активного мулу (мікрофлори) і створюють умови для високоефективної деструкції важко окислюваних органічних речовин Поставлена задача вирішується тим, що в анаеробному бюреакторі, який складається з вертикального циліндричного корпусу з послідовно розташованими зоною сорбції з псевдозрідженим шаром насадки, зоною флокуляції і зоною розділення мулової суміші, яка складається з кільцевого модульного відстійника мулової суміші з елементами, нахиленими до центру, та з'єднаного з ним кільцевого фільтра з фільтруючим завантаженням, та пристрою для відбору мулової суміші на рециркуляцію, згідно винаходу, в зоні флокуляції вертикально розташовані коаксіальні сітчасті перегородки, зона розділення мулової суміші оснащена елементами з розвиненою поверхнею із синтетичних матеріалів для закріплення на них мікроорганізмів, кільцевий ВІДСТІЙНИК мулової суміші виконаний у вигляді двох коаксіальних циліндрів з радіальне розташованими по кільцю трубчастими елементами, кільцевий фільтр розташований зовні нижньої частини корпусу та заповнений фільтруючим завантаженням з розвиненою поверхнею, а пристрій для відбору мулової суміші на рециркуляцію розташований перед зоною розділення мулової суміші При цьому елементи з розвиненою поверхнею у зоні розділення мулової суміші виконані або у вигляді вертикально підвішених ниток, або у вигляді гірлянд йоржиків, або у вигляді сітчастих циліндрів Для можливості використання пристрою для різних видів стічних вод кільцевий ВІДСТІЙНИК для осаду виконаний з'ємним, а для кращого сповзання осаду трубчасті елементи нахилені до центру під кутом 55-60°С Фільтруюче навантаження з розвиненою пове 54345 рхнею у фільтрі може бути або пінополістиролом, або керамзитом Попередньо потік суміші стічних вод і активного мулу підіймається із дна і надходить в зону сорбції В подальшому своєму русі потік, проходячи через вертикально розташовані коаксіальні сітчасті перегородки, розрізається у подовжньому напрямку на окремі потоки і набуває режиму упорядкованої течи, тобто ламінарної Далі ламінарні потоки, зберігши інерцію руху, з одного боку, і втративши швидкість з-за того, що більша частина потоку відведена на рециркуляцію, з другого боку, входять у зону розділення мулової суміші Трубчасті елементи кільцевого відстійника також сприяють створенню і підтримці спокійної течи потоку Таким чином потік рівномірно розповсюджується практично у всьому об'ємі корпусу, тобто створюються оптимальні гідродинамічні умови, які сприяють рівномірному зіткненню часток мікроорганізмів активного мулу і забруднень стічних вод, повільному осіданню дрібних часток активного мулу на додаткові поверхні, а саме на сітчасті перегородки та на елементи з розвиненою поверхнею в зоні розділення мулової суміші Додаткові поверхні для закріплення мікрофлори збільшують термін утримання активного мулу в реакторі і концентрацію його в об'ємі корпусу, а тому сприяють процесам грануляції, мінералізації, збільшенню навантаження на мул, що необхідно для високоефективної деструкції важко окислювальних органічних речовин та подальшої мінералізації продуктів деструкції Всім ЦИМ досягають практично повного звільнення стічних вод від розчинних органічних забруднень та від найдрібніших частинок анаеробного активного мулу Таким чином створення ламінарного потоку саме з розрахунковою швидкістю за допомогою додаткових поверхонь та вибором місця відбору мулової суміші на рециркуляцію сприяє осіданню частинок з мінімальною гідравлічною крупністю Суть винаходу пояснюється кресленням, де зображені на фіг 1 - загальний вигляд анаеробного бюреактора у перерізі,* на фіг 2 - фрагмент елементу з розвиненою поверхнею у вигляді йоржиків/ на фіг 3 - фрагмент елементу з розвиненою поверхнею у вигляді сітчастих циліндрів Анаеробний бюреактор "КОЛОРИТ" складається з вертикального циліндричного корпусу 1 з розширеною верхньою частиною 23, який має розміщену у нижній частині корпусу зону сорбції З з псевдозрідженим шаром насадки 24 Над зоною сорбції 3 за потоком води розташовані зона флокуляції 4 та зона розділення мулової суміші 5, яка складається з кільцевого відстійника мулової суміші 6 та з'єднаного з ним трубопроводом 7 фільтра 8 з фільтруючим навантаженням 25 Корпус накритий кришкою 26 Перед зоною розділення мулової суміші 5 розташований пристрій для відбору мулової суміші на рециркуляцію води для псевдозрідженого шару насадки та підтримання розрахункової швидкості руху води в корпусі І Вказаний пристрій включає насос 10 та трубопровід 21 (фіг 1) Зона сорбції 3 заповнена інертним матеріа лом, який складається або з дрібнозернистого піску, або гранульованого активованого вугілля АГ З, або пористого спеченого скла (SIRAN) та інш Частинки матеріалу мають розвинену поверхню і властивість адсорбції по відношенню до мікроорганізмів - анаеробів і служать центрами їх скупчення Над зоною сорбції знаходиться зона флокуляції 4, в якій вертикально розташовані коаксіальні сітчасті перегородки 14, прикріплені до корпусу 1 Зона розділення мулової суміші 5 знаходиться у верхній частині 23 корпусу 1 і заповнена або вертикально підвішеними до кришки елементами з розвиненою поверхнею такими як нитки з синтетичного матеріалу 27, або закріпленими до корпусу 1 гірляндами йоржиків 28 (фіг 2), або сітчастих циліндрів 29 (фігЗ) Кільцевий ВІДСТІЙНИК мулової суміші 6 розташований навколо зони розділення мулової суміші 5 і являє собою з'ємну конструкцію з двох коаксіальних циліндрів ЗО, 31 з розташованими по радіусу окремими трубками 32, нахиленими під кутом 55-60°С до центру Діаметр трубок, їх форма у перерізі та КІЛЬКІСТЬ по колу залежать від потужності бюреактора та типу (виду) стічних вод, які очищаються Навколо нижньої частині корпуса 1 розташований фільтр 8, заповнений матеріалом з розвиненою поверхнею таким як керамзит або спінений полістирол, які одночасно виконують функцію біофільтра Дно корпусу має отвір для періодичного видалення можливих мінеральних речовин типу піску, дрібних камінців і інш (на креслені не показаний) У верхній частині 23 корпусу 1 змонтований вантуз 18 для виходу газу метану по трубопроводу 17 у ежектор 11 У корпусі 1 і фільтрі 8 виконані експлуатаційні люки (на кресленні не показані) Анаеробний бюреактор "КОЛОРИТ" оснащений теплообмінником 12, зв'язаний з трубопроводом 21 Крім того бюреактор має також збірник стічної води 15, зв'язаний через насос 16 і трубопровід 22 з розподільчою системою 2, збірник промивної води 13, зв'язаний з фільтром 8 трубопроводом 9, ежектор 11, трубопровід 20 для з'єднання збірника промивної води 13 і насоса 10 та мережу трубопроводів Запуск бюреактора здійснюють таким чином Спочатку в бюреакторі досягають робочого режиму, а саме, в корпусі 1 створюють такий стан, при якому починають свою ДІЯЛЬНІСТЬ мікроорганізми Для цього через розподільчу систему 2 СТІЧНІ води з інокульованим мулом під тиском, створеним циркулюючим насосом 10, подають у корпус 1, заповнюючи весь його об'єм Вміст інокульованого мулу складає 10-20% всього об'єму В корпусі 1 суміш перемішують шляхом безперервної рециркуляції доти доки показник ХСК (хімічне споживання кисню) стічних вод не почне знижуватися За цей час мул закріплюється на інертному імобілізаційному матеріалі 25, а саме на дрібнозернистому піску або гранульованому активованому вугіллі АГ - 3, а також на елементах з розвиненою поверхнею таких як нитки 27 або гірлянди йоржиків 28, або сітчасті циліндри 29 та сітчасті перегородки 14 При цьому коефіцієнт ХСК у суміші має знизитись приблизно на 50% Це означає, що почався процес руйнування органіч 54345 них речовин, мул адаптувався і почав мінералізуватися, і саме в ньому знизилась КІЛЬКІСТЬ органічного субстрату і він складається з нерозчинених мінеральних солей вуглецю, азоту, фосфору і інш Це той стан, при якому мікроорганізми культивуються і починають свою ДІЯЛЬНІСТЬ ПІСЛЯ ЦЬОГО ЗІ збірника стічної води 15 по трубопроводу 22 через розподільчу систему 2 насосом 16 починають подачу стічних вод на очищення, поступово збільшуючи їх КІЛЬКІСТЬ і контролюючи показник ХСК Збільшення об'єму стічних вод на 7-10% сприяє тому, що частина відстояної води з відстійника 6 по ЗОВНІШНІМ трубам 7 витісняється у фільтр 8, звідти очищену після проходження через фільтр 8 воду відводять по трубопроводу 9 в збірник промивної води 13 Очищену воду через трубопровід 20 і насос 10 подають на промивку фільтру 8 Далі бюреактор працює так Через розподільчу систему 2 СТІЧНІ води рівномірно розосередженим потоком під тиском, створеним циркулюючим насосом 10, подають в зону сорбції 3, де відбувається адсорбція розчинених у воді забруднень поверхнею гранул і культивованими мікроорганізмами При цьому відбувається окислювальне - відновлювальні реакції руйнування складних органічних сполук з утворенням простих органічних сполук - продуктів розпаду При подальшому русі знизу угору мікроорганізми активованого мулу у процесі росту і накопичення ВІДДІЛЯЮТЬСЯ від гранул і висхідним потоком і бульбашками газу виносяться у зону 4 флокуляції мулу Вода проходить із розрахунковою швидкістю через завислий під дією висхідного потоку суміші шар гранульованого (фл о кульова ного) мулу і потрапляє на коаксіальні сітчасті перегородки 14 Перегородки 14 розрізають потік води на окремі ламінарні потоки, заспокоюючи і уповільнюючи рух частинок мулу Тому частинки мулу додатково закріплюються і ще більш укрупнюються (флокулюються) Укрупнення супроводиться біологічною флокуляцією речовин, створенням більш крупних флокул і гранул мікроорганізмів активного мулу в суміші з тонкодиспергованими речовинами стічних вод Сукупність мікроорганізмів і адсорбованих ними забруднень стічних вод створює гранули активного мулу, які за своїми фізичними якостями відрізняються від звичайного мулу у вигляді пластівців або флокулюв Гранули мула більш ЩІЛЬНІ, здатні виділятися з більшою швидкістю в осад, легко зависати у псевдозрідженому шарі гранульованого мулу і не виносяться з очищеною водою Такі властивості дозволяють підтримувати мул у високих дозах, забезпечуючи високе навантаження на одиницю об'єма корпусу бюреактора При цьому відбувається подальше звільнення води від основної маси органічних забруднень Таким чином в зоні флокуляції мулу 4 вода проходить ще одну ступінь очистки і звільняється від основної маси активного мулу, а саме основної маси найдрібніших часток мулу, які не можуть самостійно осідати і КІЛЬКІСТЬ яких складає до 1000мг/л Це дозволяє підвищити ступінь грануляції та мінералізації осаду на СІТЦІ, ЩО сприяє деструкції важко окиснених органічних речовин Із верхньої границі зони флокуляції 4 більша 8 частина потоку відбирається по трубопроводу 21 на рециркуляцію, чим значно зменшується швидкість потоку перед зоною розділення мулової суміші 5 Таким чином підтримується необхідна розрахункова швидкість води в зонах Із зони флокуляції 4 суміш, втративши швидкість підйому і значну частину маси активного мулу, ламінарними потоками продовжує свій шлях угору і потрапляє у зону розділення мулової суміші 5, заповнену елементами з розвиненою поверхнею такими як нитки 27 або гірлянди йоржиків 28, або сітчасті циліндри 29 із закріпленими на них мікроорганізмами активного мулу Мала швидкість потоку сприяє тому, що в товщі води цієї зони починають випадати дрібні частини активного мулу, на вказані елементи осідають і нашаровуються наидрібніші часточки активного мулу доки вони не укрупняться до стану, в якому вони під дією своєї ваги не почнуть відриватися крупними гранулами або пластівцями в зону флокуляції 4, Суміш активного мулу надходить у труби 32 кільцевого відстійника 6, в яких на малій швидкості входу при тонкошаровому розділенні води відбувається ефективне освітлення води в ламінарному потоці В уповільненому режимі мул осідає на нижню внутрішню поверхню труб 32 кільцевого відстійника 6 Осад з кожної окремої трубки поступово сповзає в зону флокуляції 4 на вторинне окислення диспергованих забруднень Процес укрупнення завислих речовин і забруднень стічної води інтенсифікується за рахунок біологічної флокуляції, що триває Кут нахилу труб 55-60°С та розрахункова швидкість потоку в трубах дозволяє безперервно здійснювати рівномірне сповзання осаду назустріч потоку стічної води без порушення її режиму Освітлену воду для подальшої очистки по трубопроводу 7 подають в напірний кільцевий зернистий фільтр 8 з фільтруючим навантаженням з розвиненою поверхнею, а саме пінополістирол або керамзитом, який одночасно виконує функції біофільтра (доокислення органічних забруднень), В ньому відбувається глибоке видалення з води тонкодиспергованих завислих речовин активного мулу, які були піддані попередній бюфлокуляцм Очищену воду видаляють по трубопроводу 9 в збірник промивної води 13 Промивну воду із фільтра 8 повертають в зону розділення мулової суміші 5 Таким чином у заявленому бюреакторі досягають рівномірний розподіл суміші циркулюючого активного мулу та стічних вод В результаті очистки виділяється бюгаз (0,30,5м3/кг ХСК), який містить 60-80% СН 4 (метан), СОг, Нг, H2S, ІЧНз, летючі жирні кислоти Останні три компоненти є субстратом для метаностворюючих бактерій, що є кінцевим етапом очистки Газ метан, що утворюється, за допомогою циркуляційного насосу 10 через вантуз 18 та трубопровід 17 подається на ежектор 11 (при відсутності іншого його застосування або паралельно з ним) Шляхом повернення бюгазу в початкову зону досягають більш глибокого кінцевого очищення стічної води Крім того, бульбашки газу сприяють більш рівномірному перемішуванню в зоні сорбції Оснащення корпусу 1 в зоні флокуляції 4 вер 54345 тикально розташованими коаксіальними сітчастими перегородками 14 дозволяє усунути умови створення застійних і турбулентних зон, розсікти потік, створений у зоні сорбції, рівномірно розподілити потік на окремі менші потоки і заспокоїти його, тобто перевести його у ламінарний режим Можливість відведення частини води з зони флокуляції за допомогою насосу 10 і трубопроводу 21 дозволяє значно зменшити швидкість води при подальшому русі у зону розділення мулової суміші 6, чим досягається очищення потоку від найдрібніших часток мулу, які мають властивість довго не осідати Наявність у зоні розділення води і активного мулу будь - якого з елементів з розвиненою поверхнею 27, 28, 29 і кільцевого відстійника 6 для осаду з набором трубчастих елементів 32 сприяють продовженню осідання найдрібніших часток мулу Спокійна течія потоку рівномірно розповсюджується по всьому об'ємі корпусу, в ньому відсутні потоки, в яких утворюються застійні зони Крім того рівномірна течія складає умови рівномірного розподілу мікрочасток у цьому потоці і при уповільненому їх падінні сприяє можливості більшому їх зіткненні між собою, тобто флокуляції, злипання, 10 У зонах можна затримати мул до ЗО діб Це дозволяє підвищити ступінь грануляції та мінералізації осаду на сітчастій перегородці 14 та на всіх додаткових поверхнях, що сприяє деструкції важко окиснених органічних речовин і знову ж таки - грануляції мулу Запропонований бюреактор "КОЛОРИТ" дозволяє збільшити ступінь очистки води від органічних сполук на 35-90%, від завислих (суспендованих) речовин на 96-97%, від специфічних забруднень на 65-92% , одержати більш мінералізований надлишковий мул на 35-45%, який не потребує наступної його стабілізації на спеціальних спорудах Якість очищеної води, отриманої в запропонованому анаеробному бюреакторі «КОЛОРИТ», дозволяє використовувати таку воду як цінне органо-мшеральне добриво, що не містить патогенних мікроорганізмів, наприклад, для поливу будь яких сільськогосподарських культур, садів та лісонасаджень Анаеробний мул, багатий вітаміном В12, можна використати як харчова добавка тваринам ФІГ. 1 54345 Фіг.З Фіг.2 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24