Біореактор-рекуператор тепла води termobioreaktor-97

Реферат: Біореактop-рекуператор тепла води містить послідовно розташовані термостатичні реактори, гідравлічно з'єднані водоводом і заповнені сипучим завантаженням, трубопроводи подачі води на очищення і відводу очищеної води, а також циркуляційні трубопроводи. Термостатичні реактори виконані у вигляді, як мінімум, двох окремих комплексних блоків, кожен з яких включає секцію біо-літофільтраційного очищення, заповнену сипучим завантаженням і секцію аераційної стабілізації, яка обладнана аераційною струменевою гідрогарматою. В секції біолітофільтраційного очищення висаджено вищі водні рослини-макрофіти і/або вологолюбні дерева. Циркуляційні трубопроводи з'єднують секцію аераційної стабілізації з трубопроводом введення води в секцію біо-літофільтраційного очищення кожного комплексного блока. В кожній секції біо-літофільтраційного очищення розташовані окремі види рослин, а сама секція обладнана дренажами вводу і збору води. Секція біо-літофільтраційного очищення розміщена коаксіально всередині секції аераційної стабілізації і таким чином, що днище секції біолітофільтраційного очищення змонтоване вище над днищем секції аераційної стабілізації. UA 96993 U (12) UA 96993 U UA 96993 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель призначена для очищення води від біогенних сполук азоту і фосфору і може бути використана на очисних спорудах стоків комунальних господарств і промислових підприємств, для денітрифікації води на станціях водопідготовки для питного водопостачання з підземних та поверхневих джерел, а також очищення води від залишків ліків, пестицидів, гормонів і присадок до палива. Відомим аналогом є пристрій для очищення води, що складається з корпусу з перфорованою перегородкою, на якій розташоване гранульоване завантаження, трубопроводів подачі води на очистку, відводу очищеної води [1]. Недоліком аналога є низькі значення градієнта редокс-потенціалу води до і після очищення і низька ефективність вилучення домішкових включень, особливо від з'єднань азоту, які присутні в природних і стічних водах. Причиною є стабільність редокс-потенціалу водного середовища, що очищується. Це сприяє стабілізації водної системи, що містить забруднення, а тому руйнування зв'язків, для створення оптимальних умов для процесів окислення домішок можливе при використанні біоплівки. Але ефективне вилучення забруднень за її допомогою можливе при створенні умов, що сприяють її життєдіяльності. Важливим показником також є площа контакту біомаса - водне середовище, що для вказаної установки очищення не є достатньою. Низька ефективність очищення супроводжується виникненням та розповсюдження запаху загнивання, що для відповідних умов може створювати проблеми санітарного характеру. Найближчим аналогом до корисної моделі є комплекс, що включає послідовно розташовані термостатичні реактори, гідравлічно з'єднані водоводом і заповнені сипучим завантаженням, трубопроводи подачі води на очищення і відводу очищеної води, а також циркуляційні трубопроводи, при цьому, термостатичні реактори виконані у вигляді, як мінімум, двох окремих комплексних блоків, кожен з яких включає секцію біо-літофільтраційного очищення, заповнену сипучим завантаженням, в якій висаджено вищі водні рослини-макрофіти і/або вологолюбні дерева і секцію аераційної стабілізації, яка обладнана аераційною струменевою гідрогарматою, крім того, циркуляційні трубопроводи з'єднують секцію аераційної стабілізації з трубопроводом введення води в секцію біо-літофільтраційного очищення кожного комплексного блока, при цьому в кожній секції біо-літофільтраційного очищення розташовані окремі види рослин, а сама секція обладнана дренажами вводу і збору води [2]. Недоліком найближчого аналога є низькі значення градієнта редокс-потенціалу води до і після очищення і низька ефективність вилучення азотмістких домішкових включень, особливо, коли ними збагачена вода із підземних горизонтів, що спрямовується для використання у питному водопостачанні, а також побутові стічні води. Використання мікроорганізмів, іммобілізованих на зернистому завантаженні фільтра-прототипу при очищенні води підземних джерел, для яких характерним є невисока температура середовища, робить екстремальними умови для біологічної системи, в результаті чого різко падає окислювальна активність мікроорганізмів, а також низька окислювально-відновлювальна потужність води, що впливає на здатність до денітрифікації. Низька окислювальна потужність системи зумовлює збільшення об'єму фільтраційного середовища і низькі швидкості фільтрування, що негативно впливає на продуктивність пристрою. Уповільнення процесів життєдіяльності біомаси супроводжується ризиком її вимивання при нестабільних режимах протікання води і довготривале її відновлення, що також негативно впливає на технічні і економічні показники роботи обладнання. В основу корисної моделі поставлена задача, в біореакторі-рекуператорі тепла води TERMOBIOREAKTOR-97, що включає послідовно розташовані термостатичні реактори, гідравлічно з'єднані водоводом і заповнені сипучим завантаженням, трубопроводи подачі води на очищення і відводу очищеної води, а також циркуляційні трубопроводи, при цьому термостатичні реактори виконані у вигляді, як мінімум, двох окремих комплексних блоків, кожен з яких включає секцію біо-літофільтраційного очищення, заповнену сипучим завантаженням, в якій висаджено вищі водні рослини-макрофіти і/або вологолюбні дерева і секцію аераційної стабілізації, яка обладнана аераційною струменевою гідрогарматою, крім того циркуляційні трубопроводи з'єднують секцію аераційної стабілізації з трубопроводом введення води в секцію біо-літофільтраційного очищення кожного комплексного блока, при цьому в кожній секції біолітофільтраційного очищення розташовані окремі види рослин, а сама секція обладнана дренажами вводу і збору води, в якому секція біо-літофільтраційного очищення розміщена коаксіально всередині секції аераційної стабілізації і таким чином, що днище секції біолітофільтраційного очищення змонтоване вище над днищем секції аераційної стабілізації забезпечити збільшення градієнта редокс-потенціалу води до і після очищення. Поставлена задача вирішується тим, що в біореакторі-рекуператорі тепла води TERMOBIOREAKTC)R-97, що включає послідовно розташовані термостатичні реактори, гідравлічно з'єднані водоводом і заповнені сипучим завантаженням, трубопроводи подачі води 1 UA 96993 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 на очищення і відводу очищеної води, а також циркуляційні трубопроводи, при цьому термостатичні реактори виконані у вигляді, як мінімум, двох окремих комплексних блоків, кожен з яких містить секцію біо-літофільтраційного очищення, заповнену сипучим завантаженням, в якій висаджено вищі водні рослини-макрофіти і/або вологолюбні дерева і секцію аераційної стабілізації, яка обладнана аераційною струменевою гідрогарматою, крім того циркуляційні трубопроводи з'єднують секцію аераційної стабілізації з трубопроводом введення води в секцію біо-літофільтраційного очищення кожного комплексного блока, при цьому в кожній секції біолітофільтраційного очищення розташовані окремі види рослин, а сама секція обладнана дренажами вводу і збору води, згідно з корисною моделлю, секція біо-літофільтраціойного очищення розміщена коаксіально всередині секції аераційної стабілізації і таким чином, що днище секції біо-літофільтраційного очищення змонтоване вище над днищем секції аераційної стабілізації. Завдяки корисній моделі, зокрема тому, що секція біо-літофільтраційного очищення розміщена коаксіально всередині секції аераційної стабілізації і таким чином, що днище секції біо-літофільтраційного очищення змонтоване вище над днищем секції аераційної стабілізації і виконанню термостатичних реакторів у вигляді окремих комплексних блоків, досягається можливість комплексної обробки, поєднати мікробіологічне окислення азотмістких домішкових включень за допомогою мікроорганізмів, іммобілізованих на зернистому завантаженні із фітоконтактною обробкою води та її одночасне фільтрування крізь спеціально підібраного фільтрувального завантаження, як такий може використовуватись щебінь, гравій, шлак, туф, кліноптилоліт, цеоліт, брусит і інше штучне завантаження. Такий підхід дозволяє підвищити окислювально-відновлювальну потужність води, що проходить очищення і досягти підвищення ефективності вилучення шкідливих забруднень. На значення збільшення градієнта редокс-потенціалу води до і після очищення і відповідно на окислювально-відновлювальну потужність води впливає процес газонасичення, який проводиться в окремій секціях аераційної стабілізації, які додатково обладнані аераційними гарматами. її робота дозволяє корегувати окислювально-відновлювальну потужність води в залежності від характеру забруднень, масообмінних процесів за умов фітосорбційного поглинання азотмістких домішок (кореневою системою вологолюбних рослин), а також відновлювати активність і окислювальну потужність біомаси, що вимивається з поверхні завантаження і повертати її в секцію біо-літофільтраційного очищення за допомогою циркуляційного трубопроводу, що з'єднує відповідні секції кожного комплексного блока. За рахунок того, що секція біо-літофільтраційного очищення розміщена коаксіально всередині секції аераційної стабілізації і таким чином, що днище секції біо-літофільтраційного очищення змонтоване вище над днищем секції аераційної стабілізації і розташування в кожній секції біофільтраційного очищення окремого виду рослин, створюються оптимальні термобіологічні умови для добору в кожну з секцій таких видів вищих водних рослин-макрофітів, при контакті з якими може поступово збільшуватися градієнт редокс-потенціалу води до і після очищення, підвищуватися окислювально-відновлювальна потужність води, що очищається за рахунок поступового вилучення окремого типу азотмістких з'єднань (NH4+, NO3-, NO2-). Разом із тим, ці вищі водні рослини-макрофіти в оптимальних термічних умовах здатні найбільш ефективно вилучати домішки включення різного походження, тобто, створити умови селективного (вибіркового) вилучення забруднень із води, яка містить широкий спектр забруднень, а не тільки, наприклад, сполуки азоту. При цьому в кожній з секцій, завдяки саме підбору відповідного виду вищих водних рослин-макрофітів і/або вологолюбивих дерев, забезпечуються оптимальні умови проведення масообмінних процесів окислення домішок мікроорганізмами та поглинання вищими водними рослинами-макрофітами домішок із води з максимальною ефективністю і продуктивністю. Так, за рахунок контакту з кореневою системою одного типу вологолюбивих дерев (верба, осика, тополя, вільха), із слідкуючим контактуванням із кореневими системами іншого типу вищих водних рослин-макрофітів, вологолюбивих кущів (верболіз, зарості іви), берегових вищих водних рослин (очерет, осока, лепеха), збором води у відкритому басейн-контейнері, який містить наприклад плаваючі вищі водні рослини (ейхорнія, ряска), в оптимальних термоумовах досягається вибіркове ефективне вилучення забруднень із води. Така технологія і конструкція споруд, в якій секція біо-літофільтраційного очищення розміщена коаксіально всередині секції аераційної стабілізації і таким чином, що днище секції біо-літофільтраційного очищення змонтоване вище над днищем секції аераційної стабілізації, дозволяє суттєво коригувати втрати тепла води, рекуперувати тепло із води, збільшувати градієнт редокс-потенціалу води до і після очищення і підвищити окислювально-відновлювальну потужність води, в результаті чого відбувається переведення розчинених домішок у зважений стан і їх поглинання в оптимальних 2 UA 96993 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 термоумовах кореневою системою дерев та кущів із процесом знезараження і безпечного накопичення в зеленій біомасі. За допомогою біо-літофільтраційного очищення, яке поєднує вищі водні рослини-макрофіти з біологічно активними речовинами можна ефективно видаляти з води біогенні сполуки азоту і фосфору, а також інших техногенні шкідливі і розчинені речовин, збільшуючи градієнт редокс-потенціалу води до і після очищення. Корисна модель пояснюється кресленням, де зображена принципова схема біореакторарекуператора тепла води TERMOBIOREAKTOR-97. Біореактор-рекуператор тепла води TERMOBIOREAKTOR-97 включає послідовно розташовані, як мінімум, два термостатичні реактори 1 і 2, гідравлічно з'єднані водоводом 3 і заповнені сипучим завантаженням 4 і 5, трубопроводи подачі води на очищення 6 і відводу очищеної води 7, а також циркуляційні трубопроводи 7 і 8, при цьому термостатичні реактори 1 і 2 виконані у вигляді окремих комплексних блоків, кожен з яких включає секцію біолітофільтраційного очищення 9 і 10, заповнену сипучим завантаженням 4 і 5, в якій висаджено вищі водні рослини-макрофіти і/або вологолюбні дерева 11 і 12 і секцію аераційної стабілізації 13 і 14, яка обладнана аераційною струменевою гідрогарматою 15 і 16, крім того, циркуляційні трубопроводи 7 і 8 з'єднують секцію аераційної стабілізації 13 і 14 з трубопроводом введення води 21 в відповідну секцію біо-літофільтраційного очищення 9 і 10 кожного комплексного блока, при цьому в кожній секції біо-літофільтраційного очищення 9 і 10 розташовані окремі види рослин 11 і 12, а сама секція обладнана дренажами вводу 17 і збору 18 води. Секція біолітофільтраційного очищення 9 і 10 розміщена коаксіально в середині секції аераційної стабілізації 13 і 14 і таким чином, що днище 19 і 20 секції біо-літофільтраційного очищення 9 і 10 змонтованевище над днищем секції аераційної стабілізації 13 і 14. Корисна модель працює наступним чином. Вода на очистку подається по трубопроводу 6 і 15 у верхню дренажну систему 17 корпусу 9, який заповнений мінеральним завантаженням 4, що утримує кореневу систему вищих водних рослин-макрофітів і/або вологолюбивих дерев та кущів 11. Вода із забрудненнями фільтрується крізь мінеральне завантаження 4, контактуючи з кореневою системою вищих водних рослинмакрофітів і/або вологолюбивих дерев і кущів 11, наприклад очеретом, рогозом, вербою, міскантусом, вільхою, верболозом за рахунок чого, за умови створення оптимальних температурних умов, вилучається частина розчинених і колоїдних забруднень, збільшується градієнт редокс-потенціалу води до і після очищення і підвищується окислювальновідновлювальна потужність води. Цьому процесу сприяє відповідна температура, особливо в холодну пору року і наявність активної біоплівки, яка покриває гранули мінерального завантаження (щебінь, пісок, гравій, брусит, клиноптилоліт, цеоліт, туф, сапоніт) 4, а її життєдіяльність забезпечується не тільки оптимальною температурою середовища, а і активним газонасиченням через дренажну систему 17 за допомогою відповідної аераційної системи 15 і 16. За рахунок збільшення градієнта редокс-потенціалу води до і після очищення, рекуперації рослинами тепла води і в результаті регульованого підвищення окислювальновідновлювальної потужності води відбувається біологічне окислення-розкладання органічних сполук, переведення розчинених домішок у зважений мінералізований стан, відбувається ефективне фільтрування і осадження частинок в мінеральному завантаженні 4 і 5. Таким чином, вода, що циркулює в спорудах, після багатостадійного температурного і аераційного виливу на неї очищається і потрапляє через нижню частину корпусу в дренаж збору води 18, звідки безперервно відводиться в секцію аераційної стабілізації 13, яка обладнана аераційною струменевою гідрогарматою 15. Перетік води на ступеневе очищення з першого термостатичного реактора 1 в другий термостатичний реактор 2 здійснюється по водоводу 3. Циркуляційні трубопроводи 7 і 8 з'єднують відповідну секцію аераційної стабілізації 13 і 14 з відповідним трубопроводом введення води 21 в визначену секцію біо-літофільтраційного очищення 9 і 10 кожного комплексного блока, при цьому, в кожній секції біо-літофільтраційного очищення 9 і 10 розташовані окремі види вищих йодних рослин і/або вологолюбивих дерев 11 і 12, що значно покращує селективність біоботанічного видалення забруднень, особливо залишків біогенних сполук азоту і фосфору, залишків ліків, гормонів, присадок до пального, антибіотиків і пестицидів, а сама секція біо-літофільтраційного очищення 10 обладнана дренажами вводу 17 і збору 18 води. Секція біо-літофільтраційного очищення 9 і 10, для збереження і використання тепла води, що очищається, розміщена коаксіально всередині секції аераційної стабілізації 13 і 14 і таким чином, що днища 19 і 20 секції біо-літофільтраційного очищення 9 і 10 змонтовані вище над днищем секції аераційної стабілізації 13 і 14, що забезпечує повторне використання, рекуперацію тепла води вищими водними рослинами і/або вологолюбивими деревами 11 і 12 через днище, що надзвичайно ефективно, і повітря, сприяє створенню оптимальних умов фітоочищення води не залежно від кліматичних умов. Також 3 UA 96993 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 таким підходом забезпечується збільшення градієнта редокс-потенціалу води до і після очищення і спрощується конструктивна система світлопрозорого накриття-оранжереї над фітоочисним комплексом, що визначається кліматичними умовами. Запропоноване технічне рішення біореактор-рекуператор тепла води TERMOB1OREAKTOR97 має суттєві відмінності від конструкцій пристроїв аналогічного призначення. По-перше, це те, що секція біо-літофільтраційного очищення термоізольовано розміщена коаксіально всередині секції аераційної стабілізації і як фітоконтактна система цілеспрямовано використовуються вищі водні рослини і/або вологолюбиві дерева та кущі 11 і 12, для яких створені спеціальні, найбільш сприятливі температурні умови з рекуперацією тепла води і повітря в кореневій зоні висадки вищих водних рослин-макрофітів, чим гарантується збільшення градієнта редокс-потенціалу води до і після очищення. По-друге - секції біо-літофільтраційного очищення змонтовані вище над днищем секцій аераційної стабілізації, що обумовлює ефективну рекуперацію тепла через днище споруд в яких висаджено вищі водні рослини-макрофіти, а також, комплексний вплив на водне середовище, що очищається біологічної обробки вищими водними рослинами-макрофітами та біоплівки у поєднанні з аерацією середовища та фільтрацією крізь спеціально підібраний шар зернистого завантаження. По-третє, насичення води газовим середовищем дає можливість впливу та регулювання окислювально-відновлювальної потужності води в зоні оптимальних значень, що забезпечує ефективне очищення води від широкого спектру забруднень, що забезпечує універсальність установки і рекуперацію тепла повітря і води. Запропоновані конструктивні рішення біореактора-рекуператора тепла води TERMOBIOREAKTOR-97 дозволяють забезпечити збільшення градієнта редокс-потенціалу води до і після очищення і одержати нову якість очищення води, котра може містити забруднення з відмінними біологічними і фізико-хімічними властивостями. Але головне те, що робота корисної моделі базується на використанні доступних, надійних і простих природних явищ, коли речовини, які шкідливі для людини, є необхідними поживними речовинами для вищих водних росли і ефективно поглинаються ними. Тобто, реалізується безпечна енергозберігаюча фітотехнологія, яка природнім шляхом повторно використовує тепло води і повітря і яку слід широко запроваджувати не тільки за її доступність і простоту, але й за економічну доцільність. Річний економічний ефект від впровадження корисної моделі продуктивністю, наприклад, 50 3 000,0-70 000,0 м /добу може складати 25 000,0-27 000,0 тис. грн. за рахунок значної економії реагентів (зменшення витрат на 90-95 %), порівняно з типовими рішеннями і найближчим аналогом, при цьому буде економитися тепло і чиста вода, створяться оптимальні умови повторного використання тепла зворотних вод, а також глибокого природного очищення зворотних вод від біогенних сполук азоту і фосфору, залишків пестицидів, гормонів, антибіотиків, присадок до палива і ліків. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Біореактop-рекуператор тепла води, що включає послідовно розташовані термостатичні реактори, гідравлічно з'єднані водоводом і заповнені сипучим завантаженням, трубопроводи подачі води на очищення і відводу очищеної води, а також циркуляційні трубопроводи, при цьому, термостатичні реактори виконані у вигляді, як мінімум, двох окремих комплексних блоків, кожен з яких включає секцію біо-літофільтраційного очищення, заповнену сипучим завантаженням, в якій висаджено вищі водні рослини-макрофіти і/або вологолюбні дерева і секцію аераційної стабілізації, яка обладнана аераційною струменевою гідрогарматою, крім того циркуляційні трубопроводи з'єднують секцію аераційної стабілізації з трубопроводом введення води в секцію біо-літофільтраційного очищення кожного комплексного блока, при цьому в кожній секції біо-літофільтраційного очищення розташовані окремі види рослин, а сама секція обладнана дренажами вводу і збору води, який відрізняється тим, що секція біолітофільтраційного очищення розміщена коаксіально всередині секції аераційної стабілізації і таким чином, що днище секції біо-літофільтраційного очищення змонтоване вище над днищем секції аераційної стабілізації. 4 UA 96993 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5