Біоплато фітоочисного комплексу та спосіб його роботи

1. Біоплато фітокомплексу для очистки води, що включає корпус (1) із завантаженням, вищі водні рослини (23), розподільчу мережу з трубопроводами (3, 6) подачі води на очистку і збірну мережу відведення очищеної води, яке відрізняє ться тим, що завантаження складається із прошарків неоднорідних матеріалів за природою та розміром, а мережі додатково містять колодязі (2, 7), з'єднані трубопроводами (8, 9) та обладнані Г-подібними патрубками (10, 11, 12, 13, 15, 17), положення яких задає та регулює напрям фільтрації води у біоплато, а вищі водні рослини (23) C2 2 (19) 1 3 84646 Споруда за [патентом UA №45868А] включає декілька корпусів (секцій) із окремою водною рослинністю. Рослини вільно плавають на поверхні води, яка покрита пінополістиролом. Конструктивне виконання споруди за [патентом UA №45868А] складне і не забезпечує досягнення екологічно безпечного функціонування пристрою, особливо при аварійних ситуаціях. Суттєвим недоліком пристрою є використання пінополістиролу; як відомо, гранули пінополістиролу є додатковим сорбентом завислих речовин, тому періодично цей матеріал потрібно заміняти на новий, а використаний утилізувати. Крім того, гранули можуть потрапляти у простір між завантаженням, що в свою чергу погіршить процес фільтрації води. Найбільш близьким аналогом до винаходу за технічною сутністю і результатом, що досягається, є споруда за [патентом UA №45866А] - фітоаеротенк для очистки стічної комунальної води. Фітоаеротенк складається із корпусу, патрубка подачі води на очистку із розподільчою мережею, розташованою в корпусі, трубопроводу відводу очи щеної води, системи газонасичення та шару вищих рослин, який складається з лікарського аїру тростинного, коренева система якого утримується гранульованою засипкою (завантаженням), розміщеною на перфорованій несучій конструкції, що розташована в корпусі та плаває дещо нижче дзеркала (поверхні) води. Корпус обладнаний мережею для відбору та виведення очищеної води, котра розміщена вище гранульованої засипки з рослинним шаром. Мережа відбору обладнана сифоном-пульсаром до трубопроводу відводу очищеної води. Фітоаеротенк працює наступним чином. У корпус, заповнений водою, під дзеркало води, у придонну частину корпусу подається вода на очистку по трубопроводу із одночасною подачею стислого повітря. Частинки забруднення разом із активним мулом флотуються вертикально вверх до несучої перфорованої конструкції, проходять через гранульовану засипку, де відбувається очистка (поглинання домішок) кореневою системою вищих рослин. Очищена вода через сифон-пульсатор відводиться. Як випливає з технічної сутності фітоаеротенку та його роботи, фі тоаеротенк забезпечує можливість очистки тільки одної категорії стоків, а саме, комунальної води (господарчо-побутових стічних вод). Фітоаеротенк не забезпечує екологічно безпечного функціонування споруди. При залповому, аварійному викиді забрудненої води відбудеться викид забрудненої води в довкілля. Це обумовлено конструктивним виконанням споруди фітоаеротенку. Аварійний викид забрудненої води на споруду приведе до виходу споруди із ладу. Конструкція споруди не передбачає її регенерацію (промивку) із наступним вводом в дію. Основним недоліком фітоаеротенку є недостатня універсальність (обмеженість функціональних можливостей), що з умовлено як конструктивними вадами споруди, так і її роботою фільтрацією води, яку очищають, лише за одним режимом (знизу доверху), тобто очисткою води однієї категорії. Конструкція споруди також не за 4 безпечує екологічно безпечного функціонування, особливо в аварійних ситуаціях, а також можливості повної промивки і відновлення споруди після тривалої експлуатації. Зокрема, це обумовлено відсутністю у споруді накопичувача аварійно поданих забруднених вод, без якого неможливо здійснити промивку споруди та запустити її в експлуатацію без забруднення довкілля. В основу винаходу поставлена задача розширення функціональних можливостей роботи, досягнення екологічно безпечного функціонування споруди, в тому числі в аварійних ситуаціях, та забезпечення можливості повної промивки і відновлення споруди після тривалої експлуатації для повернення її в робочий режим, що в свою чергу суттєво знижує витрати. Для вирішення поставленої задачі запропоновано біоплато фітоочисного комплексу, що включає корпус із завантаженням, вищі водні рослини, розподільчу мережу з трубопроводами подачі води на очистку і збірну мережу відведення очищеної води, в якому, згідно з винаходом, завантаження складає суцільний шар, мережі додатково містять колодязі, з'єднанні між собою, а напрям фільтрації води у біоплато задається Г-подібними патрубками, встановленими в колодязях і регулюється положенням Г-подібного патрубка. При цьому суцільний шар завантаження формується прошарками матеріалу різної фракції: придонний прошарок матеріалу фракції 10-20мм, над останнім - другий прошарок фракції 40-70мм, а на цьому прошарку послідовно розташовані прошарок теплоізоляційного матеріалу та останній прошарок матеріалу фракції 20-40мм, причому, останні два прошарки завантаження обладнані патрубками із розміщеними водними рослинами, а трубопроводи розміщені у другому та в останньому прошарках, а як теплоізолюючий матеріал використовують матеріал марки Спрут. Поставлена задача вирішується і способом роботи біоплато фітоочисного комплексу, що включає фільтрацію води, яку доочищають, в якому, згідно з винаходом, воду фільтрують у шар завантаження і процес здійснюють за двома режимами, в 1-му режимі воду фільтрують зверху донизу, а в 2-му режимі воду фільтрують знизу доверху. При цьому термін 1-го режиму фільтрації води складає не менше одного року і при його реалізації у воду вводять бактеріальний препаратдеструктор нафтопродуктів - Еконадин. Основною конструктивною особливістю біоплато фітоочисного комплексу, за винаходом, по відношенню до відомого [за патентом UA №45866А] є те, що конструкція біоплато не передбачає дзеркала води, завантаження займає весь об'єм корпуса біоплато та виконано суцільним шаром, який складається із прошарків матеріалу з різним розміром часток і виконання конструкції біоплато, зокрема з колодязями, з'єднаними між собою, та Г-подібними патрубками, які дозволяють змінювати напрямок фільтрації води, що забезпечує створення технологічно більш досконалої конструкції біоплато і значно розширює функціональні можливості очистки води із різним забрудненням (поверхневі, господарчо-побутові та про 5 84646 мислові води). В запропонованій конструкції біоплато реалізується новий спосіб очистки води (спосіб роботи біоплато), сутність якого складає два режими очистки. Очистку господарчопобутових стічни х вод, які містять значну кількість сполук азоту, здійснюють в режимі 1 та очистку поверхневого стоку або вод промислових підприємств, в режимі 2. Проведення процесу у режимі 1 протягом першого року, введення у воду, що очищають, бактеріального препарату-деструктору нафтопродуктів, ПАР, пестицидів, приводить до формування кореневої системи вищих водних рослин, яка займає середній прошарок, оптимізує процесу очистки та стимулює ріст рослин і покращує санітарно-гігієнічні показники води за рахунок прояву антагоністичної дії на патогенні та фітопатогенні мікроорганізми. Висадження вищих водних рослин у спеціальних патрубках здійснюється таким чином, що їх коренева система знаходиться нижче теплоізолюючого матеріалу, що в свою чергу приводить в період запуску біоплато (режим 1) до «штучного» формування у прошарках гідробіоценозу, який виконує всі функції очистки води в цей період. Розвиток та укріплення кореневої система вищих водних рослин здійснюється у сприятливих умовах, а це в свою чергу дозволяє в подальшому регенерувати біоплато шляхом промивки із збереженням кореневої системи та повернення біоплато в робочий режим. Проведення процесу у режимі 2 (очистка поверхневого стоку або вод промислових підприємств, які збіднені на сполуки азоту) доцільно здійснювати, коли коренева система вищих водних рослин розвинена та укріплена. Процес подання води на очистку здійснюється знизу доверху. Таким чином, забруднюючі речовини, що містяться у водах, які направляють на доочистку, видаляються більш ефективно за рахунок того, що відбувається тільки аеробна очистка води, оскільки вихідна вода попередньо насичена киснем, а у верхньому шарі завантаження біоплато відбувається насичення води киснем за рахунок створення аерації. Винахід пояснюється кресленнями, де на Фіг.1 зображена принципова схема біоплато, в розрізі (без зображення вищих водних рослин і завантаження), на Фіг.2 представлено загальний вигляд біоплато, в розрізі, а на Фіг.3 представлено схему потоків при фільтрації води: вигляд а - фільтрація зверху корпусу; б - фільтрація знизу корпусу; в - фільтрація знизу корпусу у напірному режимі. Біоплато (Фіг.1) містить корпус 1; розподільчий колодязь 2; розподільчу мережу 3; подавальні перфоровані трубопроводи 4; збірні перфоровані трубопроводи 5; збірну мережу 6; збірний колодязь 7; трубопроводи 8, 9, що з'єднують колодязі 3 і 7; причому трубопровід 8 обладнаний Гподібними патрубками 10 і 11, а трубопровід 9 - Гподібними патрубками 12 і 13, трубопровід 14 для відведення води із колодязя 7, обладнаний Гподібним патрубком 15; трубопровід 16 відведення промивної води із колодязя 7, обладнаний Гподібним патрубком 17. Біоплато (Фіг.2) містить корпус 1; розподільчий 6 колодязь 2; розподільчу мережу 3; подавальні перфоровані трубопроводи 4; збірні перфоровані трубопроводи 5; збірну мережу 6; збірний колодязь 7; трубопроводи 8, 9, що з'єднують колодязі 3 і 7; причому трубопровід 8 обладнаний Гподібними патрубками 10 і 11, а трубопровід 9 - Гподібними патрубками 12 і 13, трубопровід 14 для відведення води із колодязя 7, обладнаний Гподібним патрубком 15; трубопровід 16 відведення промивної води із колодязя 7, обладнаний Гподібним патрубком 17; суцільний шар завантаження, який складається із прошарків матеріалу з різним розміром часток: придонний прошарок матеріалу фракції 10-20мм 18; над ним другий прошарок матеріалу фракції 40-70мм 19; третій прошарок теплоізоляційного волокнистого матеріалу 20 та останній прошарок матеріалу фракції 2040мм 21; пристрій 22 для насичення киснем води у прошарку 21 завантаження; вищі водні рослини 23, висаджені у спеціальних патрубках 24. Технологія роботи біоплато фітоочисного комплексу. Для функціонування біоплато в корпусі розміщують шар завантаження, який складається із прошарків матеріалу з різним розміром часток та прошарку теплоізоляційного волокнистого матеріалу. Як матеріал використовують щебінь, або гравій, або керамзит. Прошарки розташовані в корпусі в наступному порядку: - придонний прошарок матеріалу висотою 1020см фракцією 10-20мм; (18) - над придонним прошарком розміщено прошарок матеріалу висотою 80-140см фракції 4070мм; (19) - над другим прошарком матеріалу розміщено прошарок волокнистого теплоізоляційного матеріалу висотою 4 см; (20) - останній (верхній) прошарок матеріалу висотою 15-20см фракції 20-40мм (21). Товщин у прошарку фракції (40-70мм) визначають із геологічних умов ділянки, на якій розміщено біоплато та заданою позначкою лотка підводящого тр убопроводу. Розмір біоплато у плані визначають, враховуючи наступні показники: кількість води, яка поступає на очистку та кількість забруднюючих речовин, які містяться у цій воді. Однією із основних конструктивних особливостей біоплато є можливість проводити очистку вод, які містять різні за хімічною природою забруднення: поверхневі стоки (дощові, талі та промислові води), господарсько-побутові стічні води, а також води промислових підприємств. Технологія очистки води в біоплато передбачає реалізувати два різних за своєю направленістю режими очистки. Господарсько-побутові стічні води (ГПСВ), основною характеристикою яких є значна кількість сполук азоту, очищають в біоплато за 1 режимом. Стічну воду подають в розподільчий колодязь 2, який розміщено безпосередньо в біоплато. При цьому Г-подібні патрубки 10 і 13 відкриті, а патрубки 11 і 12 - закриті. Від розподільчого колодязя 2 через розподільчу мережу 3 вода подається через систему подавальних перфорованих тр убопроводів 4, які в конструктивному плані можуть прокла 7 84646 датись за паралельною або променевою схемою, у шар завантаження біоплато, а саме у верхній прошарок (21). Фільтрацію стічної води здійснюють у вертикальному напрямі зверху донизу через шар завантаження, товщина якого в середньому складає 105-180см, та кореневища водних рослин 23, які висаджені у спеціальних патрубках 24. Вищі водні рослини (комиші і очерет озерний) висаджують з густиною 4-6 рослин на 1м 2. Причому коренева система знаходиться нижче прошарку теплоізолюючого матеріалу 20. У вихідну воду вводять бактеріальний препарат ЕКОНАДИН (деструктор нафтопродуктів, ПАР, пестицидів та інших забруднень) протягом роботи біоплато в 1-му режимі. Крім того, стічні води, при високій забрудненості органічними речовинами, перед подачею в біоплато попередньо насичують киснем до концентрації вище 6мг/дм 3 (наприклад, за допомогою повітродувок), а у верхньому прошарку завантаження здійснюють насичення води киснем за рахунок аерації за допомогою пристроїв 22. Це необхідно як для аеробного окислення органічних забруднень мікроорганізмами та перифітоном, так і для дихання кореневищ ви щих водних рослин. Таким чином, наведені вище умови роботи біоплато забезпечують штучне формування гідробіоценозу, який виконує всі функції очистки води в період, коли коренева система вищих рослин розвивається і ще не здатна самостійно повноцінно здійснювати очистку води. Очищена вода відводиться через систему збірних перфорованих трубопроводів 5 та збірну мережу 6 до збірного контрольного колодязя 7 і далі, через трубопровід відведення води 14, направляється у водойму, на повторне використання або у потік ґрунтових вод. При цьому Г-подібний патрубок 15 відкритий. Здійснення відведення очищеної води з біоплато на позначці, що на 10-15см нижча за позначку входу на споруду, дозволяє конструктивно підтримувати рівень води у біоплато. Це запобігає пересиханню біоплато у період відсутності ГПСВ, наприклад, на сезонних спорудах. Очистку поверхневого стоку або вод промислових підприємств, які не містять значної кількості сполук азоту, проводять в біоплато за 2 режимом, коли коренева система вищих водних рослин здатна повноцінно самостійно здійснювати очистку води. Фільтрацію води у біоплато здійснюють знизу доверху: вода послідовно проходить через всі прошарки завантаження і кореневу систему ви щих водних рослин. При реалізації режиму 2 стічні води подають у розподільчий колодязь 2. При цьому Г-подібні патрубки 11 і 12 відкриті, а Г-подібні патрубки 10 і 13 закриті. Від розподільчого колодязя 2 через трубопровід 9 вода надходить у збірну мережу 6, яка в даному випадку виконує роль розподільчої мережі, та через систему перфорованих труб 5 подається в біоплато, а саме відведення очищеної води здійснюється через перфоровані трубопроводи 4 та розподільчу мережу 3, яка фактично перетворюється на збірну мережу. Із мережі 8 3 вода через трубопровід 8 поступає у збірний контрольний колодязь 7, із останнього вода через трубопровід відведення очищеної води 14 направляється, наприклад, у водойму. Здійснення відведення очищеної води з біоплато на позначці, що на 10-15см нижча за позначку входу води на споруду, дозволяє конструктивно підтримувати рівень води у біоплато. Це запобігає пересиханню біоплато у періоди відсутності опадів при очистці поверхневого стоку. Термін роботи біоплато за режимами 1 і 2 закінчується, коли погіршуються показники якості очищеної води за рахунок вторинного забруднення води накопиченими відходами життєдіяльності гідробіоценозу, відмерлої біоплівки в процесі тривалої експлуатації або внаслідок значного викиду забруднень у воду, що очи щається, після аварійної ситуації і виникає необхідність регенерації біоплато - його промивки. Конструктивні особливості біоплато дозволяють, без порушення структури біоплато, проводити промивку. Для цього використовують режим 2 у напірному варіанті. Характеристика матеріалів, які використані в біоплато: - корпус біоплато 1 виконується із бентонітового гідро непроникного матеріалу, наприклад рулонних геотекстильних матеріалів BENTOMAT або гідроізоляційних матеріалів VOLTEX. - препарат «ЕКОНАДИН» - [ТУ У 30171732001-2000], препарат бактеріальний «ЕКОНАДИН», являє собою порошок коричневого кольору, дисперсний, або з волокнистими включеннями, плавучий, гідрофобний; екологічно чистий, не токсичний, без запаху. - теплоізоляційний матеріал «СПРУТ», складається із волокон поліефіра, які з'єднані термічним способом; хімічно інертні волокна, тобто в нормальних умовах не зазнають деструкції і не виділяють шкідливих речовин. Виробник ВТФ «ВЕЛАМ» [ТУ У 13-00276050.011-99]. - щебінь, гравій [ДСТУ Б В. 2.7-75-98. Будівельні матеріали. Щебінь та гравій щільні природні для будівельних матеріалів, виробів, конструкцій та робіт. Те хнічні умови]. Приклад виконання за винаходом. Очистка води здійснюється на біоплато; розміри якого в плані складають 6,0´6,0м, загальна товщина шару завантаження 1,5м: придонний шар 10-20мм-0,1м, над останнім другий шар фракції 40-70мм-1,26м, а на цьому шарі теплоізоляційного матеріалу - 0,04м та останній шар фракції 2040мм-0,1м. Потужність біоплато становить 100м 3 на добу. Очистку здійснювали згідно з описаною на сторінці опису технології. Концентрація забруднюючих речовин у воді та залишкова їх концентрація в очищеній воді надані в таблиці. 9 84646 10 Таблиця № п/п 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Найменування забруднення Завислі речовини БСК5 ХСК Жири Нафтопродукти Амоній сольовий Нітрити Нітрати Фосфати СПАР Концентрації, мг/л До очистки Після очистки 40,0 12,0 60,0 12,0 120,0 60,0 20 0,05 0,5 25,0 2,5 2,5 0,1 50 25 7,0 2,5 3,5 0,5 Як видно із даних таблиці ефективність очистки води складає в середньому 84%. Дані таблиці показують, що винахід дозволяє очищати як господарсько-побутові стічні води, так і поверхневі води, що розширює функціональні можливості роботи споруди. Наявність можливостей перерозподілу потоків води, що очищаються, згідно з режимом 2 (Фіг.3в) в напірному виконанні на Ефективність очистки стічних вод, % 70 80 50 100 90 90 96 50 64,3 85,7 копичені в біоплато забруднення після тривалої експлуатації залпово виводяться в збірну ємність (на фігура х не зображена) з подальшим направленням на очистку. Цим досягається екологічно безпечне функціонування споруди, особливо в аварійних ситуаціях, та забезпечується повна промивка біоплато, його відновлення та повернення в робочий режим. 11 Комп’ютерна в ерстка Л.Литв иненко 84646 Підписне 12 Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601