Спосіб очистки води

Изобретение относится к биотехнологии очистки воды и может быть использовано в водоподготовке для осво бождения воды водотоков от взвешенных и растворенных органических веществ. С целью повышения степени очистки природной воды за счет увеличения ее самоочищаюїдей способности и исключения регенерации наполнителя несущие элементы с отрезками волокна размещают в водотоке с плотностью 2,5-10 кг на 1 м3 водотока горизонтально с образованием двух слоев: нижнего с несущим элементом, ориентированным параллельно продольной оси водотока, верхнего с ориентацией несущего элемента перпендикулярно к ней. При этом высота нижнего слоя составляет 1525%, а верхнего - 85-75% глубины водотока. Используют отрезки волокон длиной 5-15 см, а несущие элементы располагают друг относительно друга с шагом, равным 2-5 длинам о т р е з к а . 1 з . п . ф-лы, А и л , , 4 табл. 35 35 СП Иэобретение касается биотехнологии очистки воды и может быть использовано при водоподготовке для очистки воды водотоков от взвешенных и растворенных органических веществ. Целью изобретения является повышение степени очистки природной воды за счет увеличения ее самоочищающей способности и исключения регенерации наполнителя. Способ заключается в следующем. Очищаемую воду обрабатывают организмами, иммобилизированньми на наполнителе из отрезков волокна, за— 27-91 Г. " крепленных на несущих элементах в одной плоскости и с одной стороны несущего элемента. Несущие элементы с волокнами размещают в водотоке горизонтально с образованием двух слоев, 'нижний слой с параллельным размещение іем Несущего элемента с отрезками во-і локон относительно продольной оси вог дотока, а верхний - с перпендикулярным размещением несущего элемента, причем высота нижнего слоя составляв*' 1 15-25%, а высота верхнего - 75-85% глубины водотока, а наполнитель и с пользуют в количестве 2,5-10 кг на 35 1665647 3 1 м водотока. Несущие элементы рас- | полагают с шагом, равным 2-5 длинам отрезка волокон, при длине отрезка 5-15 см. В основу способа положена реализация процессов сукцессии'природных биоценозов. Установлено,что при предлагаемом варианте размещения в воде волокон создаются условия, обеспечивающие максимальный обмен между организмами всей толщи воды, а также между различными функциональными группами животных (плавающими, прикрепленными и ползающими) и водной средой, содержащей органические загрязнения. Эффективное использование различных групп населения водотока приводит к более глубокой очистке воды по всей ее толще. Поскольку трофические цепи гидробионтов "выедают" избыточную 20 биомассу, регенерацию носителя осуществлять не надо. На фиг.1 приведена схема закрепления волокон 1 на несущих элементах 2; 25 на фиг.2 - размещение несущих элементов с волокнами на раме 3; на фиг.З представлена схема размещения рам в ковше водозабора, план; в нижнем слое - несущие элементы с обрезками волокон размещают параллельно относи- 30 тельно продольной оси водотока; на фиг.4 - то же в верхнем слое - перпендикулярно. П р и м е р 1 . 35 I стадия. Носитель (фиг.1) изготавливают из нити капроновой текстурированной жгутовой (ТУ-6-06-С 11687) на плосковязальной машине таким образом, чтобы отрезки волокон 1 находились на несущем элементе в одной 40 плоскости с ним. При этом несущий элемент 2 является составной частью наполнителя. Длина отрезка волокон равна 10 см. Носитель разрезают на полосы длиной 2 м, которые параллель- 45 но друг другу на. расстоянии 20 см натягивают (фиг.2) на рамы 3 размером (2x2) м. Вес одной полоски около 80 г. На первой раме помещают десять полос. 50 Общий вес полос 1,6 кг, II сдатия. В ковше водозабора реки Днепр, глубиной 6 м, вместимостью 200 м 3 , укладывают на дно девять рам (фиг.З) таким образом, чтобы несущие 55 элементы с отрезками волокон были ориентированы параллельно продольной оси водотока 4. На них аналогичным образом укладывают еще четыре ряда. Получен нижний слой высотой 1'м, что составляет 15% глубины ковша, состоящий из 45 рам, уложенных в пять рядов. Верхний слой высотой 5м (фиг.4) 85% глубины - укладывают на нижний слой, при этом несущие элементы с отрезками волокон ориентированы перпендикулярно продольной оси водотока. В верхнем слое укладывают 25 рядов из 225 рам. Всего в ковше водозабора укладывают 270 рам. Вес носителя 432 кг, 3 т.е. в 1 м водотока уложено 3,2 кг волокон. III стадия. Через ковш, заполненный волокнами, проходит вода, характеристика которой представлена в табл. 1, со скоростью 1 м/с. Через 24 ч качество воды улучшается по всем показателям. Результаты очистки приведены в табл. 1. Через 48 ч работы установки показатели очистки были стабильны. Вегетационный период действия предложенного способа не ограничивался теплым временем года. На зимний период времени для защиты рам от подвижки льда верхний слой рам на глубине 1 м от поверхности водотока должен промерзнуть (обычно пять верхних рядов) , вынимают из водотока и хранят в высушенном состоянии до весны. П р и м е р 2. Носитель изготавливают аналогичным образом, но длина отрезка волокон равна 5 см. Носитель режут на полосы длиной 0,5 м и параллельно друг другу на расстоянии 10см туго натягивают на рамы размером (0,5x0,5) м. На дно аквариума, вместимостью 0,5 м 3 помещают 1 кг донных иловых отложений реки Днепр. Сверху на иловые отложения укладывают одну раму с носителем так, чтобы несущие элементы с отрезками волокон расположились параллельно ходу тока воды (нижний слой 15% глубины). Вторую, третью и четвертые рамы укладывают на первую раму, но при этом несущие элементы с отрезками волокон ориентируют перпендикулярно ходу воды (верхний слой 85% глубины). Общий вес носителя на пяти рамах равен 1 кг. Реальную воду реки Днепр замутняли бактериями Escherichia col і К-12 таким образом, чтобы количество взвешенных веществ составило 250 мг/л, и . ' 5 1665647 пропускали через нижний штуцер перипроведены специальные исследования, стальтическим насосом со скоростью в которых, изменяя каждый из изучае1 л/ч. Очищенная вода выходила из акмых параметров, определяли степень вариума через верхний штуцер, где ее очистки по ХПК и взвешенным вещестанализировали. Через 24 ч степень вам. Результаты экспериментов привеочистки по ХПК составила 96%, ВПК дены в табл. 4, Из табл. 4 видно, что 98%, по взвешенным веществам - 93%. хорошую очистку можно получить при П р и м е р 3. Отличается от приразмещении волокон в водотоке горимера 1 тем, что рамы с закрепленными 10 зонтально с обраяованием двух слоев, полосами носителя монтируют, маркинижний слой с параллельным расположеруя их по очередности расположения в нием волокон относительно продольной слоях в точке водотока, наиболее бооси водотока, верхний с перпендикугатой биоценозами, для прикрепления лярным (примеры 1-22), при обратном последних на волокнах. Через 7 дн. АС расположении волокон в слоях (примерамы вынимают из водотока и переноры 23-25), а также только при перпенсят в места, бедные биоценозами, подикулярном (примеры 26-28) или паралслойно, согласно маркировки рам, для лельном'расположении волокон (примеувеличения самоочищающей способности ры 29-31) степень очистки была недосданного участка водотока, В случае 20 таточно высокой. дальней транспортировки рам с иммобиИз табл. 4 видно, что хорошую очилизованными биоценозами их. высушивают стку наблюдали при высоте нижнего в тени при 5-40°С. В высушенном сосслоя 15-25%, а верхнего 85-75% (притоянии биоценозы можно хранить без меры 5-20). При изменении этого соотпотери активности до 1,5 лет. 25 ношения очистка ухудшалась (примеры Исследования показалиу что через 21, 22). А8-72 ч после введения в водоток выПри высоте нижнего слоя 15-25% сушенных биоценозов самоочищение глубины, вне зависимости от рыхлости природной воды интенсифицируется.При грунта, одна-две рамы возвышались этом установлено, что эффект очистки зависит, от фонового уровня загрязнен- 30 над придонным слоем. Параллельное размещение волокон в придонном слое ности, о котором судят по показате-* позволяло бентосу перемещаться против лям ХПК, При, ХПК.очищаемой воды течения и создавало благоприятные ус4.100 мг 0/л степень очистки была выловия перифитону для закрепления, сокой (по ХПК 95-99%, по взвешенным 35 обитания и очистки придонного слоя. веществам - 90-95%). Б табл. 2 приПерпендикулярное размещение волокон ведены результаты очистки воды иммов верхнем слое (высотой 75-85% глубибилизованными и высушенными на волокны) защищает планктон от сноса его по нах биоценозами. течению, чго приводит к интенсификаРезультаты очистки воды по извест40 ции процесса самоочищения (примеры ным и предложенному способам приве5-20). Из табл. 4 видно, что степень дены в табл. 3. очистки определяла и масса загруженИз табл. 3 видно, что степень очиных волокон. Высокую очистку наблюдастки по ХПК удается повысить на 8%, ли при загрузке 2,5-5 кг на 1 м 3 вопо БПК на 4,1%, по взвешенным вещест45 дптока (примеры 10-11, 13-15). При вам на 8,4%, по прозрачности на 11%, снижении этого количества до 1 кг/мэ по запаху на 1 балл, по аммонийному (примеры 5, 8) степень очистки по азоту на 20%, по плотному остатку из. ХПК снижалась на 15% и более. При ; 15,8%. При этом глубина очистки по введении в водоток от 5 до Ю кг/м3о загрязнителям увеличивалась в 3,4 ра50 волокон (примеры 15-18) степень очиза (по ХПК), по БПК в 2,3 раза, по стки почти не изменялась. При завышевзвешенным органическим веществам в а нии этого количества более 10 кг/м э , 2 раза, по азоту в 5 раз и т.д. в связи с ухудшением массообмена межСтепень очистки зависела от следу отдельными волокнами, степень очидующих параметров: размеще'ия волокон І О Т Н О С И Т Є Л Ь Н О продольной оси водотока, 55 стки ухудшалась (пример 20). Из высоты верхнего и нижнего слоев, маетабл. 4 видно, что для получения высы загрузки, расстояния между несущисокоЙ степени очистки несущие элемекми элементами, длины отрезков волоты с волокнами должны быть размещены кон. Для уточнения этих величин были друг от друга на расстоянии, равном 7 1665647 2-5 длинам отрезка волокон (примеры 12-16, 18). Такое размещение обеспечивает хороший обмен между закрепленными на волокнах организмами и водной средой, содержащей пищу - растворенные и взвешенные органические вещества. Кроме того, обеспечивается достаточное расстояние для свободного перемещения плавающих представителей планктона. При более плотном размещении несущих элементов, 5 длин волокон) не обеспечивается задержка организмов от сноса их по течению, наблюдается проскок организмов и загрязнителей в очищенную воду. Степень очистки низкая (пример 17). 1 Из табл. 4 видно, что хорошая очи стка обеспечивалась при длине волокон равной 5-15 см (примеры 10, 1316, 18). При уменьшении длины волокон менее 5 см (пример 12) полоска-носителя быстро ослизняется. Это объясняется тем, что при коротком отрезке волокон размах движения каждого волоска относительно несущего элемента незначителен. При ослизнении полоски снабжение кислородом вглубь носителя затруднено. Очистка ухудшается. При длине волокон 5-15 см создаются необходимые 'условия для обмена кислородом растворенными и взвешенными органическими веществами между отдельными элементами носителя, вглубь его, и водной средой. При увеличении длины волокон более 15 см (пример 19) волокна зависают, зазоры между несущими элементами увеличиваются, обмен веществ внутри зависающих участков затруднен, наблюдается проскок в зазоры взвешенных веществ и загрязнителей. Очистка ухудшается. 8 высокая самоочищающая способность] которая может обеспечить ликвидацию как внесенных извне, так и первично продуцированных в этой системе орга5 нических загрязнителей. Способ позволяет, по сравнению с прототипом, увеличить степень очистки за счет повышения ее самоочищающей 10 способности по ХПК на 8%, по БПК на 4,1%, по взвешенным органическим веществам на 8,4%. При этом глубина очистки существенно увеличивается: по ХПК в 3,4 раза, по БПК в' 2,3 раза,"по взвешенным органическим веществам в 15 2 раза, по азоту в 5 раз. В случае обеднения водотоков природными биоценозами способ позволяет ввести их в высушенном состоянии, 20 "оживить" воду и вернуть ей самоочищающую способность. В отличие от известных способов регенерацию носителя проводить не требуется , 25 Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я 1 1. Способ очистки воды-, включающий обработку микроорганизмами, иммобили-f 30 зованными на наполнителе из отрезков) 'волокна, закрепленных на несущем эле4 менте в одной плоскости и с одной стороны с ним, о т л и ч а ю щ и й - ; с я тем, что, с целью повышения степени очистки природной воды за счет | увеличения ее самоочищающей способности и исключения регенерации наполнителя, несущие элементы с отрезками волокна размещают в водотоке горизон40 тально с образованием двух слоев, нижний слой с расположением несущего элемента - параллельно продольной оси водотока, верхний - перпендикулярно продольной оси водотока, причем высота нижнего слоя составляет 1525%, а верхдего - 85-75% глубины во.Таким образом, предлагаемый сподотока, и наполнитель используют в соб наиболеегблагоприятен для созда.количестве 2,5-1р кг на 1 м 3 водотония абиотической части экосистемы, ка, і которая определяет ' структурно-функ2. Способ п о п . 1 , о т л и ч а ю * циональную организацию биоценозов и 50 щ и й с я тем, что используют отрезкруговорот веществ в ней, создания ки волокон 5-15 см, а несущие элеменсбалансированной устойчивой экосистеты располагают друг относительно друмы, которой свойственно равновесие га с шагом, равным 2-5 длинам отрезка основных функциональных процессов и волокон. 10 1665647 Т а б л и ц а Показатель 1 До очи- ІПосле Эффект очистки I ОЧИСТКИ СТКИ,а 1 ХПК, ИГ 0 2 /л 12,2 0,56 95,4 ВПК, мг 0 2 /л 7,2 0,2 97,2 Взвешенные вещества, мг/л 50 з Прозрачность, см 20 30 22,9 Цветность, град 61 20 67,2 Запах, бал 2 землистый 1 землист. Азот аммонийный,мг/л 1,0 0,08 92,0 нитритов, мг/л 0,04 0,005 87,5 нитратов, мг/л 1,8 0 100 Микробное число.кл/мл 16700 2Ю 98,8 Коли-индекс, кл/л 4250 108 97,5 94,0 • где ХПК - химическое потребление кислорода* ВПК - биологическое потребление кислорода. Т а б л и ц а 2 Показатель Эффект очийтки, % -I_ До очистки ХПК, мг О/л 100 5 95,0 БПК, мг О/л 75 2,25 97,0 Взвешенные вещества, мг/л 250 7 97,2 Прозрачность, см 10 30 66,7 Т а б л и ц а Показатель До очи 3 После очистки извест- эффект предла- эффект ный очист- гаемый очистспособ ки, % способ ки, % ХПК, мг О/л 150,a 17,0 88,7 5,0 96,7 БПК, мг О/л 70,0 5,0 • 92,9 2,1 97 300 50 83,3 25 91,7 Прозрачность по шрифту, см 10 18 29 65,5 Цветность, град 62 32 44,5 48,4 20 67,7 Взвешенные вещества, мг/л t 11 1665647 Продолжение табл. 3 Показатель . 1 До очистки После очистки і > 1 1 извест- эффект предла- эффект ный гаемый очистОЧИСТ-7 способ КИ, %1 способ ки, % Запах, баллы Азот аммонийный, мг/л Плотный остаток, мг/л 3 2,0 ЗЭ,3 1 66,7 2,0 0,5 75,0 0,1 95,0 950 300 68,4 150 84,2 Т а б л и ц а Пример, Размещение волокон в слоях (нижний/верхний) параллельно/перпендикулярно Высота Be с з а- Шаг разслоев грузки, мещения (нижволокон, кг/м э ний/верхдлин отний) , % резка Длина Степень очистки отре зка во- ХПК взвешенного орлокна, ганического вещестсм 5/95 2 II З I I 4 5 78/75 2 2 2 ' 2 10/90 2 6 15/85 и 7 4 Плохая 3 78/76 То же 79/76 —"— 2 5 1 1 • 1 80/75 —"73/75 «" 2 2 3 80/82 н 2,5 2.5 5 85/83 Хорошая 8 20/80 М 1 2 1 9 2 1 5 80/79 Плохая 82/80 Хорошая 10 М 2,5 3 5 95/95 25/75 2,5 \ 5 85/83 Плохая 11 —"— Хорошая 2,5 2 3 89/85 Плохая 13 и 2,5 3 5 95/95 Хорошая 14 и 3,0 4 8 97/96 То же 15 I I 5,0 5 10 98/96 16 II 6,5 5 Ї2 98/96 17 1 1 10,0 7 15 87/82 Плохая 18 I I 10,0 5 15 96/95 Хорошая 19 I I 10,0 5 20 90/89 Плохая 2и 11 15,0 5 ю 87/85 То же 21 30/70 5,0 5 12 89/87 1665647 ПриРазмещение мер, № волокон в слоях (нижний/верхний) Высота слоев (нижний/верхний), % 14 Продолжение табл. 4 Вес з а - Шаг р а з грузки, мещения кг/м 3 волокон, длин отрезка 22 -"— 50/50 5 5 23 перпендикулярно/параллельно 15/85 2 24 . То же 20/80 25 -" 26 Перпендикулярно Длина отрезка волокна, см Степень очистки ХПК взвешенного органического вещества. % 2 10 5 87/85 2 3 5 87/85 25/75 2. 3 5 89/87 15/85 2 2 5 85/83 85/83 87/85 27 То же 20/80 .5 2, 3 5 28 -•• 25/75 3 5 29 Параллельно 15/85 2,5 2 2 5 87/85 30 _"_ 20/80 • 2.5 3 5 85/87 31 -" 25/75 2,5 3 5 83/85 \ 22 \ — — і =В 85/83 • = ш ш = S S S В! — —*т — Фиг.1 - — — 1665647 ' ФигА Фиг. 3 Редактор Е.Кравцова Составитель А.Сондор Техред А.Кравчук Корректор М.Самборская Заказ 2765/ДСП Тираж 385 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при l KHi 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., Д. А/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 .• • І