Биотехнологический комплекс по переработке фекальных стоков предприятий жилищно-коммунального хозяйства
Полезная модель относится к технологии очистки бытовых сточных вод. Биотехнологический комплекс по переработке фекальных стоков предприятий жилищно-коммунального хозяйства содержит последовательно соединенные резервуар-приемник фекальных стоков, блок механической очистки, фекальный насос, реактор-гомогенизатор, блок фильтрации, приемник компоста, блок получения биогумуса и приемник биогумуса, причем блок-маточник также соединен с блоком получения биогумуса; блок фильтрации имеет выход на приемник фильтрата, который далее соединен последовательно с реактором-ферментатором фильтрата, приемником биошлама и блоком получения биогумуса; причем блок-ферментатор соединен также с реактором-ферментатором фильтрата, который в свою очередь соединен с криогенной установкой и далее последовательно расположены приемник водно-солевого концентрата, блок сушки концентрата и приемник биоминеральных удобрений; причем криогенная установка имеет также выход на приемник деминерализованной воды и далее последовательно расположены блок биологической очистки, блок приготовления «зеленого» корма и приемник «зеленого» корма, причем блок биологической очистки имеет также выход на приемник очищенных вод. Технический результат - повышение экологичности процесса переработки органических отходов и расширение области использования биотехнологического комплекса.
Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к технологии очистки бытовых сточных вод, в частности, к комплексной переработке фекальных стоков населения для обеспечения экологической безопасности урбанизированных территорий и комплексной безотходной переработки отходов в товарную продукцию.
Уровень техники
Известен естественный метод биологической очистки сточных вод в биологических прудах, представляющих собой искусственные водоемы с глубиной, обычно не превышающей 1 м. Эти сооружения используются также и для глубокой очистки (доочистки) сточных вод, прошедших биологическую обработку. В окислительных процессах, протекающих в биологических прудах, существенную роль играет водная растительность, которая способствует снижению концентрации биогенных элементов и регулирует кислородный режим водоема (Кривошеин Д.А. и др. «Инженерная защита поверхностных вод от промышленных стоков», Учебн. пособие, М., Высшая школа, 2003 г. 241-248).
Недостатком указанных сооружений является низкая окислительная способность, сезонность работы, а также потребность в больших территориях.
Известна установка для биологической очистки сточных вод, включающая резервуар, системы подвода исходной воды, отвода очищенной воды и биофильтр в виде сетеобразной загрузки (авторское свидетельство на изобретение 
1731739, опубл. 07.05.1992). При работе этой установки сточная вода омывает биофильтр в виде неподвижного материала загрузки, например сетки с наросшей на ней пленкой слизистых обрастании, состоящей из бактерий, грибов, дрожжей и других организмов.
Недостатком этого аналога является невысокая степень очистки, обусловленная сравнительно малой удельной рабочей поверхностью и, соответственно, малой скоростью массообмена.
Известна установка для биологической очистки сточных вод (патент РФ на изобретение 2299863, опубл. 27.05.2007), которая содержит резервуар, системы подвода исходной сточной воды, отвода очищенной сточной воды.
Резервуар выполнен частично открытым с гидравлически сообщенными между собой, закрытыми приемной камерой, камерой - метатенком, осветлительной камерой, камерой биофильтра с не менее чем двумя гидравлически сообщенными между собой секциями. Между секциями установлена разделительная продольная перегородка со сливной полкой, выполненной в ее верхней части. Камера биофильтра снабжена горловиной, сообщенной с атмосферой. Биофильтр размещен в обеих секциях камеры. Одна из секций биофильтра выполнена входной и гидравлически сообщена с камерой-метатенком. Другая секция биофильтра выполнена выходной и гидравлически сообщена с осветлительной камерой.
Недостатком известной установки является ее недостаточная эффективность, а также относительная невысокая экологическая безопасность, вследствие достаточно высокого количества вредных выбросов и использования большого количества воды.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является устройство для глубокой очистки высококонцентрированных сточных вод (патент РФ на изобретение 2099294, опубл. 20.12.1997), содержащее последовательно соединенные камеру отдувки аммиака, аппарат корректировки рН, блок электролитической обработки, блок фильтрования, блок ультрафиолетовой обработки и блок биологической очистки. Блок электролитической обработки содержит электрокоагулятор и электрофлотатор. Блок фильтрования содержит фильтр с минеральной загрузкой, обеспечивающий наряду с фильтрованием и повышение рН раствора. Блок биологической очистки включает аэробные и анаэробные установки и биопруд.
К недостаткам такого устройства можно отнести недостаточную очистку сточных вод от органических загрязнений, невысокую надежность работы и сложность в эксплуатации. Размещение блока электролитической обработки перед блоком биологической очистки приводит к тому, что поступающая на биологическую очистку вода содержит свободный хлор в больших концентрациях, что препятствует эффективной биологической очистке.
Раскрытие полезной модели
В основу заявляемой полезной модели положена задача создания замкнутого технологического цикла по переработке фекальных стоков предприятий жилищно-коммунального хозяйства, а также расширение области использования комплекса, то есть получение дополнительно товарной продукции: биоминеральных удобрений и биогумуса.
Технический результат - повышение экологичности процесса переработки органических отходов, расширение области использования биотехнологического комплекса, а также снижение расхода воды и снижение количества вредных выбросов.
Указанный технический результат достигается тем, что биотехнологический комплекс по переработке фекальных стоков предприятий жилищно-коммунального хозяйства, содержащий последовательно соединенные резервуар-приемник, блок фильтрации и блок биологической очистки, причем согласно полезной модели, резервуар-приемник фекальных стоков, блок механической очистки, фекальный насос, реактор-гомогенизатор, блок фильтрации, приемник компоста, блок получения биогумуса и приемник биогумуса соединены последовательно, причем блок-маточник также соединен с блоком получения биогумуса; блок фильтрации имеет выход на приемник фильтрата, который далее соединен последовательно с реактором-ферментатором фильтрата, приемником биошлама и блоком получения биогумуса; причем блок-ферментатор соединен также с реактором-ферментатором фильтрата, который в свою очередь соединен с криогенной установкой и далее последовательно расположены приемник водно-солевого концентрата, блок сушки концентрата и приемник биоминеральных удобрений; причем криогенная установка имеет также выход на приемник деминерализованной воды и далее последовательно расположены блок биологической очистки, блок приготовления «зеленого» корма и приемник «зеленого» корма, причем блок биологической очистки имеет также выход на приемник очищенных вод.
То есть технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого устройства по переработке стоков, сводится к введению двух дополнительных блоков:
1) блока-маточника для выращивания популяции модифицированных (адаптивных) красных компостных червей, способных перерабатывать твердые фекальные отходы населения и
2) блока-ферментатора для микробиологической переработки органических веществ жидких фекальных стоков человека.
Краткое описание чертежей
На фиг. представлена конструктивная схема биотехнологического комплекса по переработке фекальных стоков предприятий жилищно-коммунального хозяйства.
Осуществление полезной модели
Биотехнологический комплекс по переработке фекальных стоков предприятий жилищно-коммунального хозяйства содержит резервуар-приемник 1 фекальных стоков, блок механической очистки 2, фекальный насос 3, реактор-гомогенизатор 4, блок фильтрации 5, приемник компоста 6, блок-маточник 7, блок получения биогумуса 8, приемник биогумуса 9, приемник фильтрата 10, блок-ферментатор 11, реактор-ферментатор фильтрата 12, приемник биошлама 13, криогенная установка 14, приемник водно-солевого концентрата 15, блок сушки концентрата 16, приемник биоминеральных удобрений 17, приемник деминерализованной воды 18, блок биологической очистки 19, блок приготовления «зеленого» корма 20, приемник «зеленого» корма 21, приемник очищенных вод 22.
Резервуар-приемник 1 фекальных стоков, блок механической очистки 2, фекальный насос 3, реактор-гомогенизатор 4, блок фильтрации 5, приемник компоста 6, блок получения биогумуса 8, приемник биогумуса 9 соединены последовательно, причем блок-маточник 7 также соединен с блоком получения биогумуса 8. Блок фильтрации 5 имеет выход на приемник фильтрата 10, который далее соединен последовательно с реактором-ферментатором фильтрата 12, приемником биошлама 13 и блоком получения биогумуса 8. Причем блок-ферментатор 11 соединен также с реактором-ферментатором фильтрата 12, который в свою очередь соединен с криогенной установкой 14 и далее последовательно расположены приемник водно-солевого концентрата 15, блок сушки концентрата 16 и приемник биоминеральных удобрений 17. Криогенная установка 14 имеет также выход на приемник деминерализованной воды 18 и далее последовательно расположены блок биологической очистки 19, блок приготовления «зеленого» корма 20 и приемник «зеленого» корма 21, причем блок биологической очистки 19 имеет также выход на приемник очищенных вод 22.
Блок механической очистки 2 осуществляет очистку от крупных включений и может быть реализован в виде решеток различного сечения.
Реактор-гомогенизатор 4 осуществляет вихревое измельчение поступающих органических веществ.
Блок-маточник 8 предназначен для выращивания популяции модифицированных (адаптивных) красных компостных червей, способных перерабатывать твердые фекальные отходы населения.
Блок-ферментатор 11 предназначен для микробиологической переработки органических веществ жидких фекальных стоков человека.
Блок сушки концентрата 16 предназначен для получения биоминеральных удобрений.
В блоке биологической очистки вод 19 (биопруд) осуществляется глубокая биологическая очистка, например, с помощью высшего водного растения «Эйхорния».
Предлагаемый биотехнологический комплекс реализует способ переработки фекальных отходов человека, сущность которого состоит в следующем.
Товарную продукцию: биогумус, биоминеральные удобрения, очищенную воду получают из сточных фекальных вод населения, поступающих на очистные сооружения канализации системы «Водоканал» или индивидуальные системы глубокой биологической очистки бытовых сточных вод. Для чего поступающие сточные воды первоначально очищают от крупных включений, гомогенизируют, фильтруют, сепарируют на компост и фильтрат. Затем компост перерабатывают с помощью модифицированных красных компостных червей в биогумус, а фильтрат очищают от органических веществ биологически активным препаратом, содержащим почвенные бактерии, энзимы, микроэлементы и регуляторы роста микроорганизмов и получают методом криогенного фракционирования биоминеральные удобрения (например, типа NPK) и очищенную воду, санитарно-гигиенические показатели которой соответствуют водам культурно-бытового назначения.
Биотехнологический комплекс функционирует следующим образом.
Сточные фекальные воды ЖКХ поступают в резервуар-приемник 1, из которого с помощью фекального насоса поступают в блок механической очистки 2 на очистку от крупных включений (камни, полимерные материалы, бумага и др.). Очищенные сточные воды направляются в реактор-гомогенизатор 4 для измельчения твердого органического вещества до размеров частиц менее 1 мм и предварительной биологический очистки полученной пульпы (дезодорация, связывание газов: аммиака, сероводорода и других летучих веществ). Затем пульпа поступает в блок фильтрации 5 (например, фильтр-пресс, гидроциклон) для разделения на твердую фракцию (компост) и жидкую фракцию (фильтрат).
Компост затем через приемник компоста 6 поступает в блок получения биогумуса 8, соединенный с блоком-маточником 7. Компост перерабатывают с помощью модифицированной (адаптивной) популяции красного компостного червя, способного перерабатывать твердые фекальные отходы человека в биогумус. Далее эта товарная продукция (биогумус) поступает в приемник биогумуса 9 и в дальнейшем передается на реализацию.
Фильтрат через приемник фильтрата 10 поступает в реактор-ферментатор фильтрата 12, соединеный с блоком-ферментатором 11. Фильтрат подвергают микробиологической ферментации с использованием штаммов почвенных бактерий Azotobacter и др., энзимов, микроэлементов и регуляторов роста и последующему криогенному фракционированию на водно-солевой концентрат и деминерализованную воду.
Водно-солевой концентрат направляют на получение биоминеральных удобрений (типа NPK), а деминерализованную воду - на глубокую биологическую очистку с помощью высшего водного растения «Эйхорния».
Биомасса «Эйхорнии» содержит сухое органическое вещество (протеин, липиды, углеводы) в количестве 8,2%, общий азот (1,38%), фосфор (Р2О5) - 0,16% и калий (К2О) - 3,63%. Одна тонна зеленой массы растения содержит 60 кг калия, до 21 кг азота, до 17 кг фосфора и до 26 кг протеина с высоким содержанием незаменимых аминокислот, витамины А, В, С и Е.
Таким образом, заявленный биотехнологический комплекс обеспечивает повышение экологичности процесса переработки органических отходов, расширение области использования биотехнологического комплекса, вследствие чего достигается снижение как расхода воды так и количества вредных выбросов.
Сопоставительный анализ заявляемой полезной модели показал, что совокупность существенных признаков заявленного устройства не известна из уровня техники и значит, соответствует условию патентоспособности «Новизна».
Приведенные сведения подтверждают возможность применения заявленного биотехнологического комплекса по переработке фекальных стоков предприятий жилищно-коммунального хозяйства, который может быть использован для очистки бытовых сточных вод, и поэтому соответствует условию патентоспособности «Промышленная применимость».
Биотехнологический комплекс по переработке фекальных стоков предприятий жилищно-коммунального хозяйства, содержащий последовательно соединенные резервуар-приемник, блок фильтрации и блок биологической очистки, отличающийся тем, что резервуар-приемник фекальных стоков, блок механической очистки, фекальный насос, реактор-гомогенизатор, блок фильтрации, приемник компоста, блок получения биогумуса и приемник биогумуса соединены последовательно, причем блок-маточник для выращивания популяции модифицированных, адаптивных красных компостных червей также соединен с блоком получения биогумуса; блок фильтрации имеет выход на приемник фильтрата, который далее соединен последовательно с реактором-ферментатором фильтрата, приемником биошлама и блоком получения биогумуса; причем блок-ферментатор соединен также с реактором-ферментатором фильтрата, который, в свою очередь, соединен с криогенной установкой и далее последовательно расположены приемник водно-солевого концентрата, блок сушки концентрата и приемник биоминеральных удобрений; причем криогенная установка имеет также выход на приемник деминерализованной воды и далее последовательно расположены блок биологической очистки с помощью высшего водного растения «Эйхорния», блок приготовления зеленой массы, используемой в качестве корма, и приемник зеленой массы, используемой в качестве корма, причем блок биологической очистки с помощью высшего водного растения «Эйхорния» имеет также выход на приемник очищенных вод.
