Узв-комплекс біоплато-пульсатор aqua-puls.140

Реферат: УЗВ-комплекс біоплато-пульсатор складається з басейну-боксу, заповненого мінеральним фільтраційним завантаженням із висадженими вищими водними рослинами, верхньої та нижньої дренажної системи, до яких приєднані відповідно трубопровід подачі води на очищення та трубопровід відводу очищеної води. Додатково обладнаний аераційно-пульсаційною системою, виконаною в вигляді послідовно встановлених відкритих знизу камер-кесонів, розташованих між верхньою та нижньою дренажними системи та приєднаних до лінії подачі стиснутого повітря, яка пневматично з'єднана з верхньою дренажною системою окремим трубопроводом із клапаном-регулятором, обладнаного системою періодичного включення і окремим іонатором повітря. UA 122876 U (12) UA 122876 U UA 122876 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель призначена для очищення води від забруднень шляхом їх вилучення в шарі фільтраційного завантаження та фітоконтактного поглинання забруднень вищими водними рослинами і може бути використаний для очищення стічної комунально-побутової води, а також води промислових підприємств шляхом комплексної обробки води і може застосовуватись на станціях водопідготовки, очищення і фітодоочищення стічної комунально-побутової води та води комунально-промислових підприємств, для фітоопріснення солонуватих вод, кондиціювання і активації природних і зворотних вод, фітодоочищення води від гомеопатичних залишків ліків, гормонів, присадок до палива, залишків антибіотиків, барвників, біогенних сполук азоту і фосфору, іонів важких металів, нафтопродуктів, ПАР, СПАР і пестицидів, а також для створення тренінгових центрів очищення води і екології, отримання води технічної якості із забруднених комунальних і промислових вод, а також техно-театралізовані покази різних способів очищення води з постановочним демонструванням інноваційних досягнень в сфері природного фітоочищення і самоочищення води, енергозбереження, охорони довкілля при екологічному вихованні дітей і молоді, проведенні виставок і при підготовці спеціалістів. Відомий пристрій фітоконтактного очищення, із використанням водойм-очищувачів [1], в яких вилучення забруднень із води провадиться шляхом поглинання шкідливих домішкових включень вищими водними рослинами. Використання такої системи очищення є недосконалою, не забезпечується зміна градієнту редокс-потенціалу сирої стічної води і води після очищення, адже коренева система знаходиться у в мулі і контакт між нею та водою, що містить забруднення, недостатній для їх вилучення, окрім того, практично неможливий вплив для корегування параметрів, які впливають на ефективність вилучення забруднень. Недоліком також є і невисока ефективність очищення води від домішок із різними фізико-хімічними властивостями, які характерні для стічної комунальної води, та води промислових підприємств. Характерним є наявність неприємного запаху. Найближчим аналогом є установка очищення, яка складається із боксу, заповненого мінеральним завантаженням із вищими рослинами, верхньої та нижньої дренажної системи, до яких приєднані відповідно трубопровід подачі стічної води на очищення та трубопровід відводу очищеної води [2]. Недоліком роботи пристрою є низькі значення градієнту редокс-потенціалу сирої стічної води і води після очищення і низька ефективність вилучення забруднень, особливо від з'єднань органічного походження, якими збагачені побутові стічні води. Причиною цього є сталі значення редокс-потенціалу водного середовища, що зумовлює стабільність з'єднань. В результаті при наявності органічних сполук спостерігається процес їх загнивання, особливо при недостатньому насиченні киснем води, що зумовлює неможливість проведення окислення забруднень. Тому в пристрої-прототипі також неможливий вплив з метою ліквідації несприятливого запаху при очищенні, що знижує екологічну безпеку використання технології в цілому. Конструкція не дозволяє впливати на величину редокс-потенціалу водного середовища. Окрім того, негативний вплив вказаних недоліків підсилюється ще тим, що утворюється баластний шар забруднень у товщі мінерального завантаження, особливо тих з'єднань, котрі не інтенсивно поглинаються кореневою системою рослин. Ця обставина призводить до зниження фітоконтактного вилучення речовин і проходження тих з'єднань, що здатні поглинатися рослинами. В основу корисної моделі поставлена задача, в запропонованому УЗВ-комплексі біоплатопульсатор, за рахунок додаткового обладнання аераційно-пульсаційною системою, виконану у вигляді послідовних напіввідкритих камер-кесонів, розташованих між верхньою та нижньою дренажними системи, приєднаних до лінії подачі в них стиснутого повітря, котра з'єднана із верхньою дренажною системою окремим трубопроводом із клапаном-регулятором і окремим іонатором повітря, обладнаного системою періодичного включення забезпечити збільшення градієнту редокс-потенціалу сирої води і води після очищення. Поставлена задача вирішується в запропонованому УЗВ-комплексі біоплато-пульсатор, який складається з басейну-боксу, заповненого мінеральним фільтраційним завантаженням із вищими водними рослинами, верхньої та нижньої дренажної системи, до яких приєднані відповідно трубопровід подачі води на очищення та трубопровід відводу очищеної води, згідно з корисною моделлю, додатково обладнанний аераційно-пульсаційною системою, виконану у вигляді послідовних напіввідкритих камер-кесонів, розташованих між верхньою та нижньою дренажними системи, приєднаних до лінії подачі в них стиснутого повітря, котра з'єднана з верхньою дренажною системою окремим трубопроводом із клапаном-регулятором, обладнаного системою періодичного включення і окремим іонатором повітря. 1 UA 122876 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Завдяки додатковому обладнанню запропонованого УЗВ-комплексу біоплато-пульсатор аераційно-пульсаційною системою досягається аераційне насичення води, що проходить очищення, що призводить до зміни редокс-потенціалу води в товщі мінерального завантаження, сприяє окисленню забруднень, сприяє життєдіяльності активного мулу, закріпленого на поверхні елементів фільтраційного завантаження. Вплив на значення редокс-потенціалу води здійснюється одночасно із фітоконтактним вилученням речовин кореневою системою вищих водних рослин таким чином, що утворюється градієнт цього параметру в напрямі між верхньою та нижньою дренажними системи. Неоднорідність значень цього параметру є причиною руйнування стабільності водної системи, що містить багатокомпонентні забруднення. Виконання аераційно-пульсаційної системи у вигляді послідовних напіввідкритих камеркесонів, розташованих між верхньою та нижньою дренажними системи, приєднаних до лінії подачі в них стиснутого повітря, котра з'єднана з верхньою дренажною системою окремим трубопроводом із клапаном-регулятором, обладнаного системою періодичного включення і окремим іонатором повітря дозволяє забезпечити імпульсну зміну швидкості при протіканні води крізь мінеральне фільтраційне завантаження, що перешкоджає осадженню і забиванню його порового об'єму за рахунок енергії імпульсів та барботуванню газонасиченого водного середовища, що надходить на очищення, дозволяє інтенсифікувати зміну редокс-потенціалу води, що є важливим для води із не прогнозованим типом багатокомпонентних забруднень. За рахунок з'єднання з окремим іонатором повітря прискорюються процеси фітоокислення, та значно підвищується ефект фітобіологічного очищення води. За рахунок з'єднання з окремим іонатором повітря і керованого перекривання подачі стиснутого повітря в аераційно-пульсаційну систему і спрямування повітряного потоку по окремому трубопроводу, шляхом автоматичного відкривання клапана-регулятора, у верхню дренажну систему, створюється гідравлічний імпульс і гідравлічний удар у напрямі нижньої дренажної системи, за рахунок чого забезпечується динамічна обробка води і створюється динамічна система масообмінного контакту між водою, що очищається, фільтраційним завантаженням і кореневою системою вищих водних рослин, а баластний мінералізований осад, інокулянт і активний мул спрямовується в напрямі нижньої дренажної системи і не перешкоджає фітоконтактному очищенню води. За рахунок функціонування аераційнопульсаційної системи і з'єднання з окремим іонатором повітря досягається підвищення питомої площі масообміну за рахунок контакту з більшою кількістю забрудненої води, передачі кореневій частині вищих водних рослин від активного мулу і інокулянт забруднень, що можуть призвести до їх загибелі, а відтак провадиться своєрідна постійна і керована регенерація фільтраційного завантаження і активної біомаси, що також сприяє збільшенню питомої площі масообміну, у цьому випадку між активним мулом і інокулянтом (за рахунок збільшення його активної частини) і водою, що містить багатокомпонентні забруднення. Виконання аераційно-пульсаційної системи у вигляді послідовних напіввідкритих камеркесонів у поєднанні з пневморозподілом стиснутого повітря дозволяє використати гідростатичні особливості фільтрування води в шарі мінерального фільтраційного завантаження із тиском повітря і з'єднання з окремим іонатором повітря для створення керованого періодичноімпульсного руху водного середовища. На кресленні зображена принципова схема запропонованого УЗВ-комплексу біоплатопульсатор. УЗВ-комплекс біоплато-пульсатор складається з трубопроводу подачі води на очищення 1, приєднаного до верхньої дренажної системи 2, розташованої в басейні-боксі 3, заповненого мінеральним фільтраційним завантаженням 4, в якому висаджені вищі водні рослини 5, напіввідкритих камер-кесонів 6, (розташованих в мінеральному фільтраційному завантаженні) до яких приєднана лінія подачі стиснутого повітря 7, з'єднаної з окремим іонатором повітря, обладнаної клапаном подачі 8, окремого трубопроводу 9 із клапаном-регулятором 10, який (як і клапаном подачі) керується системою періодичного включення 11, нижньої дренажної системи 12, до якого приєднаний технологічний трубопровід 13, заведений в збірний колодязь 14, трубопроводу відводу очищеної води 15. УЗВ-комплекс біоплато-пульсатор працює наступним чином. Вода на очищення подається по трубопроводу 1 і через верхню дренажну систему 2 потрапляє в басейн-бокс 3, заповнений мінеральним фільтраційним завантаженням 4, в зону кореневої системи вищих водних рослин 5. Одночасно подається стиснуте повітря в блок послідовно розташованих в одній горизонтальній площині напіввідкритих камер-кесонів 6 аераційно-пульсаційної системи, по лінії подачі стиснутого повітря 7, з'єднаної з окремим іонатором повітря, через відкритий клапаном подачі 8. Контакт із кореневою системою вищих водних рослин 5 із одночасним газонасиченням води і з'єднання з окремим іонатором повітря 2 UA 122876 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 приводить до окислення частини розчинених домішок, активного розвитку біомаси, створює умови для створення градієнту редокс-потенціалу, за рахунок чого проходить активний процес мінералізації багатокомпонентних забруднень при участі активного мулу, інтенсивний розвиток якого також і сорбує на собі забруднення, а контакт із кореневою системою вищих водних рослин, призводить до активного поглинання домішок, адже більшість із них є поживними речовинами і біомаси для них. В залежності від характеру багатокомпонентних забруднень налаштовується на роботу система періодичного включення 11, яка закриває клапан подачі 8 стиснутого повітря в напіввідкриті камери-кесони 6 із одночасним відкриванням клапана-регулятора 10, за рахунок чого окремим трубопроводом 9 з'єднуються верхня дренажна система із внутрішнім простором напіввідкритих камер-кесонів 6. Гідростатичний тиск призводить до потрапляння повітря у верхню дренажну систему з одночасним введенням води у внутрішній простір напіввідкритих камер-кесонів 6. Цей процес супроводжується серійними гідравлічними ударами і імпульсною зміною швидкості протікання води зверху донизу в бік нижньої дренажної системи, що призводить до руху активного мулу і мінералізованого осаду в нижньому напрямі, а такі коливання вилучають баластний мінералізований осад, що не поглинається кореневою системою вищих водних рослин у нижній простір та поліпшують контакт між вищими водними рослинами та іншим видом забруднень, що призводить до інтенсифікації масообмінних процесів вилучення домішкових включень, забезпечують автоматичну регенерацію внутрішнього фільтраційного простору в басейні-боксі від мінералізованого осаду, попереджає його замулювання фітоконтактної системи. Потоки води спрямовуються таким чином, що вона проходить багаторазовий контакт з біомасою (активним мулом), кореневою системою вищих водних рослин, проходячи крізь пласт мінерального фільтраційного завантаження потрапляє в нижню дренажну систему 12 і по технологічному трубопроводу 13 надходить у збірний колодязь 14, звідки по трубопроводу відводу очищеної води 15 може направлятися для подальшого використання для технічних цілей, або для скиду в відкриті водойми і інфільтраційні колодязітраншеї. Запропонована корисна модель має суттєві відмінності від конструкцій пристроїв аналогічного призначення. Це поєднання взаємодії фітоконтактної системи з імпульсним автоматизованим режимом протікання водної системи, що проходить очищення. При цьому досягається такий режим за допомогою аераційно-пульсаційної системи, котра виконує функцію аерації та створення імпульсного режиму. Використання послідовних напіввідкритих камер-кесонів у поєднанні з системою періодичного включення клапана-регулятора дозволяє регулювати амплітуду та частоту коливань, досягати керованої зміни значень редокс-потенціалу в об'ємі мінерального завантаження що призводить до збільшення питомої площі контакту між кореневою системою вищих водних рослин (ВВР) та багатокомпонентними забрудненнями (у той час, як дотепер подібні системи використовують тільки у вигляді водойм-очищувачів, коли коренева система ВВР стабільно закрита мулом, як правило, зовсім неактивним) Наслідок цього є суттєве підвищення ефективності та продуктивності фітоочищення води, значного спрощення і продовження терміну роботи, а також суттєво важливим є проведення відновлювальних операцій і систем очищення води ВВР. Запропонована корисна модель впливає на динаміку масообмінних процесів шляхом організованого протоку рідини, подачі газу (повітря), а також і мікро-динамічним впливом імпульсних коливань рідини, що також призводить до прискорення окислювальних та масообмінних процесів, авторегенерації і продовження життєдіяльності активного мулу і інокулянт - продовження терміну ефективної роботи пристрою і збільшення надійності роботи споруд. Конструктивні рішення УЗВ-комплексу біоплато-пульсатор AQUA-PULS.140 не тільки доповнюють відомі функціональні призначення окремих елементів пристрою, але й дозволяють одержати принципово нову якість. Так, в одному апараті для очищення води провадиться комплексне синергетичне очищення води, а робота пристрою базується на використанні природних явищ поглинання шкідливих для людини речовин рослинами. Тобто, реалізується безпечна відновлювальна технологія, яку слід запроваджувати не тільки за її доступність і простоту, але й за економічну доцільність, адже пристрій не потребує складних і дорогих елементів та вузлів, надійний, простий та дешевий в експлуатації і всі процеси можуть бути автоматизованими, а тому обслуговування не потребує великої чисельності персоналу і може бути адаптоване для великої кількості споруд (поточне впровадження і для споруд великої продуктивності по отриманій чистій воді. 3 UA 122876 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Запропонована корисна модель може бути використана як для будівництва нових очисних споруд, так і для модернізації вже діючих об'єктів. їх експлуатація значно скоротить витрати на водо-підготовку за рахунок зменшення витрат на реагенти та реагентне господарство, а головне, дозволить значно розширити можливості технічного і питного водопостачання, активації води, фітодеструкції забруднень в корисну зелену біомасу вищих водних рослин, або вологолюбивих дерев і кущів, утилізації парникових газів і генерації кисню. Відмінністю пристрою УЗВ-комплексу біоплато-пульсатор також є надійність, безпечність технології і простота експлуатації основного обладнання з гарантованим забезпеченням підвищення градієнту редокс-потенціалу води що очищається, а також збільшенням коефіцієнту фіто-біоутилізації вилучених сполук азоту, фосфору і залишкових токсичних забруднень меркаптанів, іонів важких металів, ПАР, СПАР і присадок до нафтопродуктів, миш'яку і діоксинів в зеленій масі вищих водних рослин. Експлуатація пристрою УЗВ-комплекс біоплато-пульсатор відрізняється простотою впровадження і відносно низькими експлуатаційними витратами, що позитивно вплине на собівартість водопідготовки природних вод для водопостачання населених пунктів і переробки стічної води в якісну технічну воду для її повторного використання, особливо при автоматичному очищенні значних об'ємів води для зрошення і поливу, отримання питної води для тварин і птиці, фітоопріснення солонуватих вод. Розрахунковий річний економічний ефект від впровадження пристрою УЗВ-комплекс 3 біоплато-пульсатор продуктивністю, наприклад, 50 000,0…80 000,0 м /добу може складати 80 600 000,0…127 000 000,0 тис. грн., або в еквіваленті 3,100…4,900 млн. дол… США/рік (усереднена питома економія, приведена до 1 м очищеної води, складе, в еквіваленті 0,17 дол. США/м) за рахунок значної економії електроенергії і хімічних реагентів (значне зменшення витрат електроенергії і реагентів на очищення води на 95…98 % після 2…3 років з моменту висадки на фітоспорудах очищення води вищих водних рослин-макрофітів і вологолюбивих дерев і кущів), порівняно з типовими рішеннями і прототипом, при цьому, буде економитися чиста прісна вода, створяться оптимальні умови повторного використання очищеної води для сільськогосподарсько-технічних потреб, а також створяться умови глибокого природного самоочищення і само-доочищення природних вод з поверхневих джерел водопостачання і фітоопріснення солонуватих вод, видалення з води сполук фосфору і азоту, біодеструкція гомеопатичних залишків ліків, гормонів, присадок до палива, залишків антибіотиків, барвників, іонів важких металів, присадок до нафтопродуктів, ПАР, СПАР, пестицидів, радіоактивних домішок і інших домішок техногенного і природного походження, видалення пилу з повітря. Впровадження пристрою УЗВ-комплекс біоплато-пульсатор може забезпечити також біологічну фітоактивацію води для плавальних басейнів і бальнеологічних комплексів, екологічно чистих закритих рибних ферм, для потреб при поливі і зрошенні, а також комерційне вирощування дерев енергетичних порід і зеленої біомаси для фермерських потреб (отримання зеленої біомаси для годівлі тварин і пророщення фуражного зерна), при фітоопрісненні солонуватих фунтових вод і фіто-біовідновленні природних властивостей води після її техногенного "жорсткого" очищення з використанням мембранної технології гіперфільтрації води, очищення води "жорсткими" хімічними реагентами, флокулянтами і синтетичними смолами, при фітоактивації аерозолі в теплицях. Важливим є екологічна та сприятлива епідеміологічна безпека процесу фіто-фільтраційного очищення води в УЗВ-комплексі біоплато-пульсатор, що базується на використанні природних явищ фітосорбційного поглинання шкідливих для здоров'я людини речовин і фітопоглинання вищими водними рослинами парникових газів (СОг) із керованим збільшенням градієнту редокспотенціалу активованої води до і після фітоочищення. Джерела інформації: 1. Использование высших водных растений для биологической очистки эвтрофных водоемов. К. Янкявичюс и др. ЦООНТИ-ИНИОН, г. Вильнюс. 2. АС СРСР №1761678, МПК С 02 F 1/00; С 02 F 1/24; В 01 D36/04, 1992. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 60 УЗВ-комплекс біоплато-пульсатор, який складається з басейну-боксу, заповненого мінеральним фільтраційним завантаженням із висадженими вищими водними рослинами, верхньої та нижньої дренажної системи, до яких приєднані відповідно трубопровід подачі води на очищення та трубопровід відводу очищеної води, який відрізняється тим, що додатково обладнаний аераційно-пульсаційною системою, виконаною в вигляді послідовно встановлених відкритих знизу камер-кесонів, розташованих між верхньою та нижньою дренажними системи та 4 UA 122876 U приєднаних до лінії подачі стиснутого повітря, яка пневматично з'єднана з верхньою дренажною системою окремим трубопроводом із клапаном-регулятором, обладнаного системою періодичного включення і окремим іонатором повітря. Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5