Биологическая загрузка для биореактора

Полезная модель относится к области очистки сточных вод, а именно к биологическим загрузкам для биореактора, содержащим полимерные нити, которые образуют полотно, со множеством петель, равномерно распределенных по всему полотну, при этом полотно адаптировано для пространственного ориентирования в виде цилиндра, и петли располагаются с внешней стороны цилиндра, и может быть использована как элемент станций глубокой биохимической и биологической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод. Согласно полезной модели биологическая загрузка для биореактора имеет три слоя- внутренний слой, выполненный из полиэтилена высокого давления и имеющего полиморфную структуру, средний слой, формирующий несущий каркас изделия, имеющий градиентный поровый переход на внешний слой, образованный полотном из полимерных нитей, и внешний слой, который выполнен из полипропиленового волокна. Достигаемый технический результат - повышение технических характеристик биологической загрузки.

Область техники, к которой относится полезная модель.

Полезная модель относится к области очистки сточных вод, а именно к биологическим загрузкам для биореактора, содержащим полимерные нити, которые образуют полотно, со множеством петель, равномерно распределенных по всему полотну, при этом полотно адаптировано для пространственного ориентирования в виде цилиндра, и петли располагаются с внешней стороны цилиндра, и может быть использована как элемент станций глубокой биохимической и биологической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод.

Биологическая загрузка - основа биологического фильтра, являющегося частью биореактора, в котором сточная вода фильтруется через биологическую загрузку, покрытую биологической пленкой (биопленкой), образованной колониями микроорганизмов.

Уровень техники.

Известна из уровня техники биологическая загрузка для биореактора, содержащая полимерные нити (см. описание с сайта производителя ООО «Эколайф», http://www.ecolifebio.ru/catalog-dop-oborud/ershovaya-zagruzka)

В качестве полимерных нитей используется капроновая леска, в качестве основы - нержавеющая проволока.

Недостатком данного устройства является невысокие технические характеристики станции, а именно - невысокий срок службы, связанный с тем, что среда, в которой находится данное устройство высокоагрессивна и проволочная основа, являясь металлической, постепенно разрушается. Кроме того, полимерные ворсинки выпадают при этом, и засоряют собой станцию глубокой биохимической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод, в которой и располагается биологический фильтр с биологической загрузкой.

Известна из уровня техники биологическая загрузка для биореактора, содержащая полимерные нити, которые образуют полотно, со множеством петель, равномерно распределенных по всему полотну, при этом полотно адаптировано для пространственного ориентирования в виде цилиндра, и петли располагаются с внешней стороны цилиндра, см описание к патенту на полезную модель 134922, опубликовано в 2013 году.

Данное устройство является наиболее близким по технической сущности к заявленной полезной модели и взято за прототип к предлагаемой полезной модели.

Недостатком данного устройства являются невысокие технические характеристики биологической загрузки. А также отсутствие жесткого каркаса приводит к неудобству эксплуатации такой загрузки.

Раскрытие полезной модели.

Опирающееся на это оригинальное наблюдение настоящая полезная модель, главным образом, имеет целью предложить бологическую загрузку для биореактора, позволяющую как минимум сгладить по меньшей мере один из указанных выше недостатков, а именно обеспечить повышение технических характеристик биологической загрузки, а именно: улучшение соотношения между площадью поверхности и занимаемым объемом биологической загрузки, повышение коррозионной стойкости, увеличение прочности конструкции каркаса биологической загрузки, улучшение технологичности сборки и обслуживания биологической загрузки.

Для достижения этой цели биологическая загрузка для биореактора дополнительно имеет внутренний слой, выполненный из полиэтилена высокого давления и имеющего пористую структуру.

Благодаря таким выгодным характеристикам появляется возможность аэрировать основную биомассу, прикрепленную на внешнем слое, и снаружи, и изнутри с использованием аэрационных форсунок или гидроаэраторов, эжектирующих воздух в воду под давлением. Гидроаэраторы дают возможность организации аэролифта с дополнительным измельчением пузырьков через стенки пористого каркаса (среднего слоя) и регенерации (удаления) биомассы с биологической загрузки. Кроме того внутренний слой с такими характеристиками способствует формированию и удержанию многослойной биопленки, а также развития ее анаэробной и аэробной форм в объеме данного слоя.

Биологическая загрузка для биореактора дополнительно имеет средний слой, формирующий несущий каркас изделия, имеющий градиентный поровый переход на внешний слой, образованный полотном из полимерных нитей.

Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность создать требуемую прочность изделия за счет более высокой плотности слоя, стремлением в значительной степени ограничить проницаемость стока после прохождения им внешнего слоя, диспергировать крупные воздушные пузыри и создать каркас для формирования следующего слоя.

Внешний слой, образованный полотном из полимерных нитей, выполнен из полипропиленового волокна.

Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность повышения вязкости течения воды, что позволяет задерживать большее количество взвешенных питательных веществ.

Преимущественно внутренний слой выполнен со сквозной пористостью до 71%. Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность обеспечить наиболее оптимальные условия для аэрирования основной биомассы.

Преимущественно внутренний слой выполнен с линейными значениями размеров пор до 1,5 мм. Благодаря такой выгодной характеристике также появляется возможность обеспечить наиболее оптимальные условия для аэрирования основной биомассы

Преимущественно внутренний слой выполнен с удельной площадью внутренней и внешней поверхностей не менее 750 м²/м³. Благодаря такой выгодной характеристике также появляется возможность обеспечить наиболее оптимальные условия для функционирования и аэрирования основной биомассы.

Существует вариант полезной модели, в котором средний слой имеет толщину в диапазоне от 0,5 до 2% от наружного диаметра внешнего слоя.

Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность создать оптимальные условия для жесткости каркаса.

Существует вариант полезной модели, в котором средний слой имеет градиентный поровый переход на третий внешний слой.

Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность оптимально диспергировать крупные воздушные пузыри

Существует вариант полезной модели, в котором средний слой имеет соотношение размеров поровых каналов на внутренней и внешней границе равное двум.

Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность конкретного исполнения одного из вариантов среднего слоя.

Существует вариант полезной модели, в котором внешний слой имеет удельную поверхность не менее 1220 м²/м³.

Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность строительства многослойной биопленки с большим количеством мостиков биомассы и задерживать большее количество взвешенных питательных веществ.

Преимущественно внешний слой имеет плотность не менее 95%.

Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность создать оптимальные условия для роста биомассы.

Совокупность существенных признаков предлагаемой полезной модели неизвестна из уровня техники для устройств аналогичного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» для полезной модели.

Краткое описание чертежей.

Другие отличительные признаки и преимущества полезной модели ясно вытекают из описания, приведенного ниже для иллюстрации и не являющегося ограничительным, со ссылками на прилагаемые рисунки, на которых:

- фигура 1 схематично изображает внешний вид биологической загрузки для биореактора, вид в разрезе, согласно полезной модели.

- фигура 2 схематично изображает функциональную схему очистного сооружения Alta Air Master, для пояснения функционирования полезной модели.

- фигура 3 показывает этапы работы полезной модели в составе очистного сооружения.

- фигура 4 представляет собой таблицу «Геометрические и физико-механические характеристики опытного образца биологической загрузки для биореактора», согласно полезной модели.

Согласно фигуре 1 биологическая загрузка для биореактора содержит три слоя: внутренний 1, средний 2 и внешний 3.

Внутренний слой 1 выполнен из полиэтилена высокого давления и имеет пористую полиморфную структуру.

Средний слой 2, формирующий несущий каркас изделия, имеет градиентный поровый переход на внешний слой

Внешний слой 3 образован полотном из полимерных нитей 4. Полимерные нити образуют полотно, со множеством петель, при этом они равномерно распределены по всему полотну. Полотно адаптировано для пространственного ориентирования в виде цилиндра. Петли располагаются с внешней стороны цилиндра. Внешний слой 3 выполнен из полипропиленового волокна.

Преимущественно внутренний слой выполнен со сквозной пористостью до 71%, с линейными значениями размеров пор до 1,5 мм и с удельной площадью внутренней и внешней поверхностей не менее 750 м²/м³.

Преимущественно средний слой имеет толщину в диапазоне от 0,5 до 2% от наружного диаметра внешнего слоя, имеет градиентный поровый переход на третий внешний слой, и имеет соотношение размеров поровых каналов на внутренней и внешней границе равное двум.

Преимущественно внешний слой имеет удельную поверхность не менее 1220 м² /м³, и имеет плотность не менее 95%.

Осуществление полезной модели.

Биологическую загрузку для биореактора используют следующим образом. Приводится пример использования полезной модели, который является описательным и не ограничивает применения полезной модели. В качестве примера использования приводится пример использования полезной модели в качестве биофильтра очистного сооружения Alta Air Master, имеющего последовательно соединенные между собой первичную камеру 5, биореактор 6, вторичный отстойник 7 и камеру чистой воды 8. См. фигуру 2 и 3.

Этап А1. Располагают биологическую загрузку для биореактора в биореакторе 6, а конкретно в биологическом фильтре биореактора.

Этап А2. Колонии микроорганизмов, которые являются основой биофильтра, начинают размножаться и заселять пространство, образованное петлями и полотном загрузочного устройства для биореактора.

Этап A3. Сточные воды подают в первую камеру 5, выполняющую функцию первичного отстойника, а также приемника-накопителя за счет работы системы рециркуляции активного ила и нитрифицированных веществ в камере 7 сточных вод. Нитраты и нитриты, поступившие из камеры 7 сточных вод по системе рециркуляции, в анаэробных условиях первичного отстойника разлагаются микроорганизмами до кислорода, необходимого им для жизнедеятельности, и азота, выделяемого в виде газа.

Этап А4. Далее сточные воды подают на очистку в биореактор 6, являющийся в данном случае аэротенком и биофильтром. Биоценозы микроорганизмов в нем успешно существуют в нескольких состояниях:

- иммобилизированная на погруженном загрузочном материале биомасса,

- открепленные свободно плавающие микроорганизмы.

Этап А5. В биореактор 6 подают воздух, за счет этого микроорганизмы начинают окислять органические вещества из сточной воды, получая при этом энергию для жизнедеятельности и синтезируя свою биомассу. Когда вся органика усвоена микроорганизмами, то в аэробных условиях взамен гетеротрофов начинают работать автотрофы, нитрофицирующие аммонийный азот в сточной воде биореактора до нитритов и нитратов.

Этап А6. При необходимости ремонта, диагностики или замены элементов биореактора с биологической загрузкой для биореактора, достаточно вытащить элемент такого устройства из объема биореактора.

Промышленная применимость.

Предлагаемая биологическая загрузка для биореактора имеет ясное предназначение, может быть осуществлена специалистом на практике и при осуществлении обеспечивает реализацию заявленного назначения. Возможность осуществления специалистом на практике следует из того, что для каждого признака, включенного в формулу полезной модели на основании описания, известен материальный эквивалент, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «промышленная применимость» для полезной модели, а также критерию «полнота описания» для полезной модели.

В соответствии с предложенной полезной моделью по поручению заявителя ООО «Альта Групп» был изготовлен опытный образец биологической загрузки для биореактора, который был установлен на выпускаемой очистной станции Alta Air Master.

Опытный образец биологической загрузки для биореактора был изготовлен методами автоматизированной ротационной термоформовки и механизированной челночно-крючковой спицевой вязки.

Биологическая загрузка для биореактора представляла собой композиционную полимерную трубу с заданными, в результате оптимизации технологических процессов термоформовки и вязки, трехслойной функциональной структурой, геометрическими и физико-механическими характеристиками, приведенными в таблице на фигуре 4.

Опытная эксплуатация данной полезной модели показала, что такая конструкция биологической загрузки для биореактора обеспечивает:

- повышение эффективности работы биофильтра за счет быстрого роста биомассы,

- снижение габаритных размеров очистных сооружений.

Таким образом, за счет выполнения биологической загрузки для биореактора виде трех слоев с указанными выше параметрами и достигается технический результат, а именно: повышение технических характеристик биологической загрузки.

Дополнительный достигаемый технический результат:

- улучшение соотношения между площадью поверхности и занимаемым объемом биологической загрузки,

- повышение коррозионной стойкости,

- увеличение прочности конструкции каркаса биологической загрузки,

- улучшение технологичности сборки и обслуживания биологической загрузки.

Таким образом, рекомендуется использовать предлагаемую биологическую загрузку для биореактора для установки ее как в проточных аэротенках, так и в аэротенках переменного действия на станциях глубокой биохимической и биологической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод для очистки стока от жилых комплексов, гостиниц, пансионатов, санаториев, комплексов жилых зданий, коттеджных поселков, микрорайонов, населенных пунктов и т.д.

1. Биологическая загрузка для биореактора, содержащая полимерные нити, которые образуют полотно со множеством петель, равномерно распределенных по всему полотну, при этом полотно адаптировано для пространственного ориентирования в виде цилиндра, и петли располагаются с внешней стороны цилиндра, отличающаяся тем, что биологическая загрузка для биореактора дополнительно имеет внутренний слой, выполненный из полиэтилена высокого давления и имеющего полиморфную структуру, биологическая загрузка для биореактора дополнительно имеет средний слой, формирующий несущий каркас изделия, имеющий градиентный поровый переход на внешний слой, образованный полотном из полимерных нитей, внешний слой, образованный полотном из полимерных нитей выполнен из полипропиленового волокна.

2. Биологическая загрузка для биореактора по п. 1, отличающаяся тем, что внутренний слой выполнен со сквозной пористостью до 71%.

3. Биологическая загрузка для биореактора по п. 1, отличающаяся тем, что внутренний слой выполнен с линейными значениями размеров пор до 1,5мм.

4. Биологическая загрузка для биореактора по п. 1, отличающаяся тем, что внутренний слой выполнен с удельной площадью внутренней и внешней поверхностей не менее 750 м ²/м³.

5. Биологическая загрузка для биореактора по п. 1, отличающаяся тем, что средний слой имеет толщину в диапазоне от 0,5 до 2% от наружного диаметра внешнего слоя.

6. Биологическая загрузка для биореактора по п. 1, отличающаяся тем, что средний слой имеет соотношение размеров поровых каналов на внутренней и внешней границе, равное двум.

7. Биологическая загрузка для биореактора по п. 1, отличающаяся тем, что внешний слой имеет удельную поверхность не менее 1220 м²/м³ .

8. Биологическая загрузка для биореактора по п. 1, отличающаяся тем, что внешний слой имеет плотность не менее 95%.