Биофильтр

Полезная модель относится к биологической очистке сточных вод от взвешенных и растворенных органических веществ с применением микрофлоры и может быть использована в сельском и коммунальном хозяйствах при очистке бытовых сточных вод.

Предлагается биофильтр, состоящий из корпуса, к которому подключены трубопроводы для подачи очищаемой и отводу чистой воду, с загруженной в него сетчатой загрузкой, содержащей пленку биоценоза, который содержит подвод воздуха в нижнюю часть корпуса, а сетчатая загрузка состоит из несвязанных между собой сетчатых элементов, в которых выполнено отверстие, диаметр которого в 4-10 раз превосходит ширину ячейки сетки.

Анализ проведенных экспериментов показал, что использование предлагаемой конструкции позволяет существенно снизить концентрацию нитратного азота за счет денитрофикации или перевода его в аммонийный, а также существенно понизить долю взвешенных веществ

Полезная модель относится к биологической очистке сточных вод от взвешенных и растворенных органических веществ с применением микрофлоры и может быть использована в промышленности, сельском и коммунальном хозяйствах и смежных областях при очистке сточных вод.

Биофильтры представляют собой закрепленный на носителе биоценоз, состоящий из множества различных бактерий, простейших водорослей, грибов и др., связанных между собой в единый комплекс сложными взаимоотношениями (метабиоза, симбиоза и антагонизма). Их используют, в частности, для очистки сточных вод в биологических прудах - искусственных водоемах с глубиной не превышающей 1 м (Кривошеин Д.А. и др. «Инженерная защита поверхностных вод от промышленных стоков», учебное пособие, М., Высшая школа, 2003 г. 241-248). В этих прудах биофильтр представляет собой водную растительность, способствующую снижению концентрации биогенных элементов и регулированию кислородного режима водоема,.

Недостатком таких биофильтров является низкая окислительная способность, сезонность и нестабильность работы, потребность в больших территориях.

Известен биофильтр (RU 1731739, 1989), представляющий собой резервуар, к корпусу которого подсоединены трубопроводы для подвода сточной и отвода очищенной воды. В резервуаре с помощью канатов закреплена полимерная сетка с пучками волокон, которая в процессе работы обрастает пленкой биоценоза. Сточная вода омывает неподвижный материал загрузки с биоценозом и очищается от примесей.

Недостатком этого устройства является невысокая степень очистки, обусловленная сравнительно малой удельной рабочей поверхностью и малой скоростью массообмена.

Наиболее близким по технической сути к заявляемому является биофильтр (RU 49525, 2005), состоящий из каркаса, выполненного из рамок с натянутой на них полимерной сеткой с пучками волокон, помещаемого в резервуар, снабженный трубопроводами для подачи сточной и отвода очищенной воды.

Недостатком данного биофильтра является невысокая производительность биофильтра, связанная с недостаточной активностью клеток биоценоза и малой скоростью массообмена.

Задачей заявляемой полезной модели является создание более эффективного биофильтра.

Техническая задача состояла в разработке конструкции, обеспечивающей активизацию активности клеток за счет использования кислорода воздуха и конструкции, обуславливающей эффективное турбулентное движение жидкости.

Технический результат достигается путем введения в нижнюю часть корпуса биофильтра трубопровода для подачи воздуха и размещении в корпусе загрузки в виде несвязанных между собой сетчатых элементов, снабженных в центральной части отверстием, диаметр которого в 4-10 раз превосходит диаметр (ширину) ячейки сетки, расположенного, как правило, в центре сетчатого элемента (далее ЦО).

В зависимости от особенностей поставленной задачи трубопровод для подача воздуха подводится ко дну или нижней части боковой стенки корпуса, подача очищаемой жидкости осуществляется в верхнюю часть корпуса с удалением очищенной жидкости из нижней части корпуса (в противоток с движением воздуха) или в нижнюю часть корпуса с удалением очищенной жидкости из верхней части (параллельно с движением воздуха.

Используемые сетчатые элементы могут быть плоскими или преимущественно объемными, в частности иметь форму спирали, чаше- или шарообразную форму, форму усеченного конуса или пирамиды. На поверхности сетчатых элементов могут быть прикреплены дополнительные выступы или установлены более мелкие элементы, в частности в виде лопастей, трубок, колец или прикреплены пучки волокон. Сетчатые элементы могут объединяться между собой в конгломераты или иные ассоциации. Диаметр сетчатого элемента и их число определяется габаритами корпуса. Диаметр составляет, как правило, от 5 до 39 см, размер ячеек сетки составляет от 1 до 100 мм². Число элементов должно быть достаточно для образования в корпусе слоя толщиной не менее 3 элементов. Конкретный размер и параметры отверстий загружаемых элементов подбирают экспериментально исходя из характеристик биофильтра и особенностей очищаемой жидкости.

Особенность заявляемой конструкции состоит в том, что при использовании сетчатых элементов такой конструкции за счет различия в скорости газо-жидкостных потоков через ячейки сетки и через ЦО приводит к возникновению турбулентных потоков у поверхности элемента и благодаря небольшой массе изолированного элемента к его вибрации, что содействует разрушению взвесей, содержащихся в жидкости, препятствует загрязнению поверхности элемента посторонними веществами, стимулирует активность микроорганизмов и скорость протекающих обменных процессов, а также способствует образованию достаточно тонкого слоя биоценозной пленки и лучшему контакту между микроорганизмом и перерабатываемыми ими веществами, содержащимися в сточных водах.

Общая схема конструкции биофильтра приведена на фиг.1-2, возможная форма используемых элементов приведена на фиг.3-11 (виды сверху и сбоку). На чертежах используются следующие обозначения:

1 - корпус, 2 - сетчатый элемент, 3 - трубопровод подачи воздуха, 4 - трубопровод подачи загрязненной воды, 5 - трубопровод отвода чистой воды.

Устройство работает следующим образом. Сетчатые элементы 2 загружаются в залитый водой корпус 1. Поток воды из трубопровода 4, проходя через элементы 2 обеспечивает образование на них биопленки. Воздух через трубопровод 3 подается со скоростью, обеспечивающей содержание кислорода на уровне 0,1-6 мг/л. Поступая в корпус 1, воздух смешивается с потоком очищаемой воды. Полученная газожидкостная смесь, проходя через ЦО и ячейки сетчатых элементов 2, вызывает образование турбулентных вихрей, что обеспечивает разрушение взвесей, содержащихся в воде, очистку поверхности сетчатых элементов от осадка взвесей. При этом биопленка постоянно обновляется, что способствует активации процессов биоокисления растворенных веществ, в частности, органических и азот-содержащих соединений и перевода их в биоразлагаемые формы, тем самым обеспечивая высокую степень очитки. Одновременно, биопленка содержит денитрифицирующие микроорганизмы, осуществляющие восстановление нитритных и нитратных соединений. Очищенная вода выходит далее из корпуса биофильтра по трубопроводу 5.

Испытания, по денитрификации сточных вод проводились в течении 2,5 месяцев на установке фирмы Mikkeli Polytechnic (Финляндия) с подачей воздуха по схеме 1. Скорость подачи воды составляла 8,5 мл/мин, содержание взвесей составляло от 50 до 100 мг/л.

В ходе эксперимента использовалось 80 сетчатых элементов (конструкция показана на фиг 5, 8 и 11) диаметром 60-80 мм с диаметров ячеек 2-3 мм и ЦО 10-30 мм, образовавших в исходном состоянии 5 слоев на дне корпуса.

Параллельно, в качестве контроля проводилась очистка параллельного потока на аналогичном реакторе, где в качестве насадки использовались трубчатые элементы. Концентрация кислорода составляла 6-7 мг/л, рН 6,5-7,0.

Техническо-экономическая эффективность заявленного биофильтра заключается в более простом способе загрузки сетчатого элемента в реактор, а также в эффективной очистке воды от примесей.

Полученные результаты по денитрификации приведены в таблице 1

Таблица 1
Результаты испытаний заявляемого биофильтра на опытной установке фирмы Mikkeli Polytechnic (Финляндия).
Показатель (мг/л)	фильтр	Дни после загрузки
		0	7	14	21	28	35	42	49	56	63
Общий азот	к					48			53
	Э		26		43	34	37	35	35
Нитратный азот	К	43	40		48	55			28	5	5
	Э	45	43	46	22	13	16	5	3	3	3
Аммонийный азот	К	0	0		0	0	3	4	5	5	5
	Э	0	0	3	13	16	7	4	3	3	5
взвеси	К	50		20			22				28
	Э	100		11			12				14

Анализ проведенных экспериментов показал, что использование предлагаемой конструкции позволяет существенно снизить концентрацию нитратного азота за счет денитрификации или перевода его в аммонийный, а также существенно понизить долю взвешенных веществ

1. Биофильтр, состоящий из корпуса с подключенными трубопроводами для подачи очищаемой и отвода чистой воды, и с загруженной в него сетчатой загрузкой, содержащей пленку биоценоза, отличающийся тем, что он снабжен подводом воздуха в нижнюю часть корпуса, причем трубопровод подачи очищаемой жидкости размещен в верхней части корпуса, а трубопровод отвода чистой воды - в нижней части корпуса или наоборот с возможностью образования противотока отвода очищенной жидкости из нижней части корпуса движению воздуха или параллельно движению потока воздуха при отводе очищенной воды из верхней части корпуса, при этом сетчатая загрузка образована из несвязанных между собой сетчатых элементов, размещенных с образованием центрального отверстия, диаметр которого в 4-10 раз превосходит ширину ячейки сетки.

2. Биофильтр по п.1, отличающийся тем, что сетчатые элементы состоят из несвязанных между собой конгломератов отдельных элементов.

3. Биофильтр по п.1, отличающийся тем, что сетчатые элементы имеют плоскую форму.

4. Биофильтр по п.1, отличающийся тем, что сетчатые элементы имеют чашеобразную форму.

5. Биофильтр по п.1, отличающийся тем, что сетчатые элементы имеют шаровидную форму

6. Биофильтр по п.1, отличающийся тем, что сетчатые элементы имеют форму усеченного конуса.

7. Биофильтр по п.1, отличающийся тем, что сетчатые элементы имеют форму усеченной пирамиды.

8. Биофильтр по п.1, отличающийся тем, что на поверхности сетчатых элементов установлены выступы.

9. Биофильтр по п.1, отличающийся тем, что на поверхности сетчатых элементов установлены более мелкие элементы.

10. Биофильтр по п.1, отличающийся тем, что сетчатые элементы размещены в корпусе слоем, содержащим в толщину не менее 3 элементов.