Спосіб аеробного біологічного очищення стічних вод

Реферат: Спосіб аеробного біологічного очищення стічних вод включає ємність, в якій очищується стічна вода, насичена розчиненим киснем в аеробних умовах, іммобілізованими мікроорганізмами на волокнистому носієві, кореневій системі вищих водних рослин, закріплених до несучого елемента. Як волокнистий носій використовують вуглецеві волокна, які піддають разом із кореневою системою вищих водних рослин ежекторній аерації водо-кисневою сумішшю гідроактиватором, який розміщують біля ємності, що складається із сопла, вихрової камери, джерела подачі повітря. При цьому вхід сопла з'єднують з трубопроводом подачі води, яка розпилюється його конфузорними, дифузорними ділянками, а вихід з'єднують з вихровою камерою, вхідний тангенціальний канал якої з'єднують шлангом з джерелом подачі навколишнього повітря, а вихід вихрової камери з'єднують з колектором водо-кисневої суміші, розміщеного у ємності, вихідні штуцери якого з'єднують з перфорованими патрубками, що вертикально розміщують під волокнистим носієм, кореневою системою вищих водних рослин несучого елемента. UA 113559 U (12) UA 113559 U UA 113559 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до обробки води, а саме до аеробного біологічного очищення стічних вод і може бути використана для очищення промислових, побутових і сільськогосподарських стічних та зливових вод. Більшість промислових стічних вод забруднені тими чи іншими нафтопродуктами, що утворюють на поверхні води плівку плаваючих забруднень. Це обумовлено широким використанням цих речовин, наприклад, в машинобудуванні (виготовлення різних деталей на верстатах з використанням мастильно-охолоджуючих рідин, що містять нафтопродукти). Концентрація розчинених нафтопродуктів у стічній воді гальванічного виробництва досягає 30 3 мг/дм . Відомий спосіб очищення газової суміші від шкідливих домішок (Патент № 71620 України, МПК (2006.01) B01D 53/34, "Спосіб очищення газової суміші від шкідливих домішок", 28.11.2012, Бюл. № 14). Спосіб включає пропускання газової суміші через водне середовище із розташованим в ньому біологічно-активним матеріалом із іммобілізованими мікроорганізмами. Біологічно-активний матеріал є волокнистий синтетичний матеріал із поліамідних або поліетилентерифталевих волокон діаметром 1-3 мм. Волокнистий матеріал натягнутий на рамку та встановлений перпендикулярно потоку газової суміші. Недоліком способу є те, що він не забезпечує очищення промислових стічних вод від нафтопродуктів, іонів важких металів. Волокнистий матеріал (носій) із поліамідних волокон має недостатню високу питому поверхню - 26,1 м/г, яка суттєво впливає на концентрацію активної біомаси мікроорганізмів, тим самим знижується швидкість окиснення забруднених речовин при очищенні стічної води. Ознаками, спільними з аналогом, є: ємності; очищувальна суміш (вода): іммобілізовані мікроорганізми; волокнистий матеріал (волокнистий носій) із поліамідних або поліетилентерифталевих волокон; несучий елемент (рамка). Найбільш близьким за технічною суттю та досягнутим технічним результатом є відомий спосіб біологічного доочищення стічних вод. Відомий спосіб глибокого доочищення стічних вод (Патент № 54808 України, МПК 7 C02F 3/32, 17.03.2003, Бюл. № 3), який прийнятий за найближчий аналог. Спосіб включає подачу стічної води до фільтраційного басейну із водонепроникним дном, покритим термоізоляційним волокнистим матеріалом, та фільтрацію її через гравійну засипку, бактеріальний препарат і кореневу систему вищих водних рослин. Стічна вода перед подачею у фільтраційний басейн насичується киснем, а гравійна засипка частково замінена на цеолітову, яка складає від 10 до 50 % гравійної. Недоліком способу є недостатня якість очищення промислових стічних вод, наприклад гальванічного виробництва, від нафтопродуктів та іонів важких металів. Стічна вода насичується киснем до концентрації вище 6 мг/л, що є недостатнім для інтенсивного аеробного окиснення органічних речовин мікроорганізмами, особливо при температурі води 1720 °C. Насичення води киснем до вказаної величини, досягається відомими пневматичними системами аерації, які представлені у вигляді перфорованих трубопроводів, фільтроносних пластин та інших. Для роботи таких систем потрібні значні енергозатрати, що пов'язані із підтримкою необхідного тиску (повітря, води) у пневмомагістралях. Крім того, ступінь використання кисню повітря у таких системах рідко приближається до величини 10 %. Ознаками, спільними з найближчим аналогом є: ємності-басейну; волокнистий матеріал (волокнистий носій); коренева система вищих водних рослин; кисень; водонепроникне дно (несучий елемент). В основу корисної моделі поставлено задачу розробити спосіб аеробного біологічного очищення стічних вод, який би дозволив підвищити ефективність очищення промислових, побутових, сільськогосподарських стічних та зливових вод від нафтопродуктів, іонів важких металів шляхом застосування волокнистого носія, що має найбільшу питому поверхню іммобілізації мікроорганізмів та струменево-завихрового способу насичення води розчиненим киснем. Суттєвими ознаками способу є: 1 UA 113559 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 ємності із стічною водою, що очищується; аеробні умови; волокнистий носій; мікроорганізми, що розміщені на волокнистому носієві; вищі водні рослини та їх коренева система; несучий елемент, до якого закріплений волокнистий носій, вищі водні рослини; розчинений кисень; виготовлення волокнистого носія із вуглецевого волокна, який разом із кореневою системою вищих водних рослин піддають ежекторній аерації водо-кисневою сумішшю; гідроактиватор, який розміщують біля ємності, що складається із сопла, вихрової камери джерела подачі навколишнього повітря, вхід сопла з'єднують з трубопроводом подачі води, яка розпилюється його конфузорними, дифузорними ділянками, а вихід сопла з'єднують з вихровою камерою, а до вихідного тангенціального каналу вихрової камери, шлангом з'єднують із джерелом подачі навколишнього повітря, а вихід вихрової камери з'єднують трубками з колектором; колектор водо-кисневої суміші, який розміщують у ємності, а його вихідні штуцери з'єднують з перфорованими патрубками, що вертикально розміщують під волокнистим носієм, кореневою системою вищих водних рослин несучого елемента. Відмінними від найближчого аналога ознаками способу, є наявність: волокнистого носія із вуглецевого волокна, який разом з кореневою системою вищих водних рослин піддають ежекторній аерації водо-кисневою сумішшю; гідроактиватора, який розміщують біля ємності, що складається із сопла, вихрової камери джерела подачі навколишнього повітря, вхід сопла з'єднують з трубопроводом подачі води, яка розпилюється його конфузорними, дифузорними ділянками, а вихід сопла з'єднують з вихровою камерою, а до вихідного тангенціального каналу вихрової камери, шлангом з'єднують із джерелом подачі навколишнього повітря, а вихід вихрової камери з'єднують трубками з колектором; колектора водо-кисневої суміші, який розміщують у ємності, а його вихідні штуцери з'єднують з перфорованими патрубками, що вертикально розміщують під волокнистим носієм, кореневою системою вищих водних рослин несучого елемента. Суть запропонованого способу аеробного біологічного очищення стічних вод полягає у наступному. Очищення стічних вод здійснюють при аеробних умовах у штучних басейнах (каналах) іммобілізованими мікроорганізмами на волокнистому носієві, кореневій системі вищих водних рослин, які закріплені до несучого елемента. Як волокнистий носій використовують вуглецеві волокна, які мають значну пористу 2 поверхню. (Пориста поверхня 1 грама вуглецевого волокна становить не менше 2380 м ). Носій разом з кореневою системою вищих водних рослин піддають ежекторній аерації водо-кисневою сумішшю. Насичення води киснем здійснюють струменево-вихоровим способом із застосуванням ежекторної аерації. Ежекторна аерація здійснюється запропонованим генератором, який розміщують біля ємності, що складається із сопла, вихрової камери, джерела подачі навколишнього повітря. Сопло розпилює воду, яка подається на його вхід, на дрібні частинки у вигляді факела аерозолю своїми конфузорними, дифузорними ділянками, а вихід сопла з'єднують з вихровою камерою. Вихрова камера має вхідний тангенціальний канал, який шлангом з'єднують з джерелом подачі навколишнього повітря. Вихрова камера перемішує та закручує дрібні частинки води з повітрям, потік стає турбулентним і на її виході отримуємо водокисневу суміш. Вихід вихрової камери з'єднують з розподільним колектором водо-кисневої суміші, який розміщують у ємності, відповідні штуцери колектора з'єднують з перфорованими патрубками, які вертикально встановлені під волокнистим носієм, кореневою системою вищих водних рослин несучого елемента. Запропонований спосіб аеробного біологічного очищення стічних вод пояснюється кресленням. На фіг. 1 зображено загальний вигляд штучного басейну зверху з розміщеним гідроактиватором; на фіг. 2 - переріз по А-А на фіг. 1; на фіг. 3 - сопло з вихровою камерою на фіг. 1; на фіг. 4 - вигляд по стрільці Б вихрової камери на фіг. 3; на фіг. 5 - вигляд по стрільці В колектора на фіг. 1; на фіг. 6 - джерело подачі повітря на фіг. 1. Пристрій складається із ємності 1, яка має бокові стінки 2 та поперечні рейки 3. Стічна вода, що підлягає очищенню потрапляє у зону 4, де є початок стоку стічних вод із гальванічного виробництва. Несучий елемент 5, волокнистий носій 6 з іммобілізованими мікроорганізмами розміщують у зоні 4 ємності 1 на початку стоку стічних вод. Несучий елемент 5 виконаний у вигляді плотика із пустотілих труб 7 і має додаткову плавучість. Плотик 5 має перфороване дно 8, отвори 9 виконані певного розміру для 2 UA 113559 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 розміщення в них висаджених рослин 10, якими є вищі водні рослини, наприклад водний гіацинт (ейхорнія прекрасна). Плотик 5 має подовжені фали 11, за допомогою яких кріплять його до бокових стінок 2 та поперечних рейок 3. Пустотілі труби 7 плотика 5, перфороване дно 8 виконані із пластика, наприклад із поліпропілену. Волокнистий носій 6 кріплять до пустотілих труб 7 та перфорованого дна 8 плотика 5. Це дає можливість при розміщенні плотика 5 у воді, волокнистому носієві 6 разом з кореневою системою вищих водних рослин повністю занурюватись у товщу стічної води. Волокнистий носій 6 являє собою відрізки волокон певної довжини із вуглецю. Волокна мають пористу поверхню, що досягає (в одному грамі) не менше 2380 м. Волокнистий носій разом з кореневою системою вищих водних рослин піддають ежекторній аерації водо-кисневою сумішшю за допомогою гідроактиватора 12. Гідроактиватор 12 розміщують біля ємності 1, який складається із сопла 13, вихрової камери 14, джерела 15 подачі (засмоктування) навколишнього повітря. Вхід 16 сопла 13 з'єднують з трубопроводом подачі води, яка розпилюється на дрібні краплі його конфузорними 17, 18, дифузорними 19 ділянками та іншими елементами. (Інші елементи на кресленні не позначені). На поверхні дифузорної ділянки 19 виконані повздовжні заглиблення 20, які розбивають струмінь води, що подається, на дрібний водяний пил. Вихід 21 сопла 13 з'єднують з вихровою камерою 14. Вихрова камера 14 має вхідний тангенціальний канал 22, до якого шлангом 23, з насадкою 24 прискорення потоку з'єднують джерело 15 подачі навколишнього повітря. Забірна частина 25 джерела 15 повітря виконана у вигляді конусів, верхнього 26, нижнього 27, які встановлені та закріплені один над іншим таким чином, що утворюють колову порожнину 28 подачі (засмоктування) повітря. Конус 27 у нижній частині має більш пологу поверхню, яка закінчується отвором 29. Отвір 29 з'єднаний зі шлангом 23. Джерело 15 подачі повітря розміщують на вежі 30, яка закріплена біля ємності 1. Вода, яка розпилюється дифузором 19 з його повздовжніми заглибленнями 20 перетворюється в обертально-поступальний рух. В результаті чого на виході 21 сопла 13 та у вихровій камері 14 (на її осі) тиск різко зменшується, утворюється розрядження і повітря інтенсивно засмоктується із джерела подачі повітря 15. Вихрова камера 14 перемішує та закручує дрібні частинки води з повітрям (потік стає турбулентним), і на її виході 31 отримуємо водо-кисневу суміш. Вихід 31 вихрової камери 14 шлангом 32 з'єднують з колектором 33 водо-кисневої суміші, який розміщують у ємності 1 між плотиками 5. Колектор 33 має вихідні штуцери 34 з електромагнітними клапанами 35. Штуцери 34 трубками 36 з'єднують з перфорованими патрубками 37, які вертикально розміщують під волокнистими носіями 6, кореневою системою вищих водних рослин 10 плотиків 5. Патрубки 37 мають подовжені отвори, які по периметру перекриті аераційними мембранами. (Отвори, аераційні мембрани на кресленні не позначені). Електромагнітні клапани 35 зв'язані (електричним зв'язком) з джерелом живлення (акумулятором низької напруги) та засобом програмного забезпечення (комп'ютером), які забезпечують послідовність подачі водо-кисневої суміші під кожний плотик 5. (Електрична система та її елементи на креслені не позначені). Запропонований спосіб аеробного біологічного очищення забруднених стічних вод, у порівнянні з відомими базовими способами, дозволяє підвищити якість та ефективність очищення стічних вод від нафтопродуктів, важких металів шляхом комбінованого застосування як штучного волокнистого носія, так і природного - у вигляді кореневої системи вищих водних рослин, які піддають насиченню водо-кисневою сумішшю, отриманою струменево-завихоровим способом із застосуванням ежекторної аерації з концентрацією розчиненого кисню у воді до 840 мг/л. Природний ниткоподібний носій вищих водних рослин разом із штучним волокнистим носієм утворюють та формують щільний біоценоз мікроорганізмів-деструкторів, інших гідробіонтів, які забезпечують якісне ефективне очищення промислово-побутових, сільськогосподарських, зливових стічних вод від нафтопродуктів, важких металів та інших забруднювачів. Виготовлення засобу із застосуванням струменево-завихорового способу насичення киснем води не потребує відносно великих матеріальних витрат, тому що використовують широко відомі матеріали та комплектуючі елементи. Ефективність біологічного очищення промисловопобутових стічних вод від нафтопродуктів та іонів важких металів перевіряли на реальних зливових очисних спорудах гальванічного виробництва заводу AT "Мотор Січ" м. Запоріжжя. 60 3 UA 113559 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 Спосіб аеробного біологічного очищення стічних вод, що включає ємність, в якій очищується стічна вода, насичена розчиненим киснем в аеробних умовах, іммобілізованими мікроорганізмами на волокнистому носієві, кореневій системі вищих водних рослин, закріплених до несучого елемента, який відрізняється тим, що як волокнистий носій використовують вуглецеві волокна, які піддають разом із кореневою системою вищих водних рослин ежекторній аерації водо-кисневою сумішшю гідроактиватором, який розміщують біля ємності, що складається із сопла, вихрової камери, джерела подачі повітря, причому вхід сопла з'єднують з трубопроводом подачі води, яка розпилюється його конфузорними, дифузорними ділянками, а вихід з'єднують з вихровою камерою, вхідний тангенціальний канал якої з'єднують шлангом з джерелом подачі навколишнього повітря, а вихід вихрової камери з'єднують з колектором водокисневої суміші, розміщеного у ємності, вихідні штуцери якого з'єднують з перфорованими патрубками, що вертикально розміщують під волокнистим носієм, кореневою системою вищих водних рослин несучого елемента. 4 UA 113559 U 5 UA 113559 U Комп’ютерна верстка О. Гергіль Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6