Устройство для биологической очистки сточных вод
Техническое решение относится к устройствам биологической очистки хозбытовых и промышленных сточных вод и может найти применение на городских очистных сооружениях, в локальных системах очистки предприятий химической, медицинской, фармацевтической, лакокрасочной, машиностроительной, металлургической и других отраслях промышленности. Техническим результатом устройства для биологической очистки сточных вод является упрощение конструкции и эксплуатации электродной системы. Технический результат достигается тем, что в устройстве для биологической очистки сточных вод, состоящем из резервуара с входным и выходным патрубками исходной и очищенной воды, электродной системы, установленной в нижней части резервуара и состоящей из анода и катода, выполненных в виде вертикально установленных пластин, решетки, установленной над электродной системой на которой расположена насадка для прикрепления микроорганизмов, при этом боковые стенки пластин имеют рифленые поверхности, расположенные в вертикальном направлении, причем на пластинах-катодах они имеют пилообразную форму, а на пластинах-анодах - волнообразную форму.
Предлагаемое техническое решение относится к устройствам для биологической очистки хозбытовых и промышленных сточных вод и может найти применение на городских очистных сооружениях, в локальных системах очистки предприятий химической, медицинской, фармацевтической, лакокрасочной, машиностроительной, металлургической и других отраслях промышленности.
Известно устройство для биологической очистки сточных вод, представляющее собой резервуар с входными и выходными патрубками. В нижней части резервуара расположены горизонтальные сетчатые электроды для генерации пузырьков кислорода и водорода (патент США 
39114164, кл. 204-149, 1976).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится одновременная обработка микроорганизмов активного ила и растворенных органических веществ в очищаемой сточной воде пузырьками кислорода и водорода, что уменьшает скорость биоокислительных процессов и степень очистки сточных вод, приводит к с смешению этих пузырьков с образованием взрывоопасной смеси гремучего газа, а, кроме того, приводит к заиливанию и засорению самих горизонтальных сетчатых электродов, и в целом снижает производительность очистки сточных вод.
Известно устройство для биологической очистки сточных вод, содержащее резервуар, входной и выходной патрубки и электроды, выполненные в виде вертикально поочередно установленных на днище резервуара пластин анода и катода, при этом над каждой пластиной катода установлено приспособление в виде купола с трубкой для сбора и отвода водорода из резервуара (описание полезной модели к патенту РФ 71334, C02F 3/02; COF 1/46, 2008).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится сложность установки куполов с трубками над каждой пластиной катода, необходимость увеличения расстояния между пластинами катода и анода, что увеличивает напряжение и расход энергии и, кроме того, на гладких боковых поверхностях пластин анода и катода генерируются пузырьки различного размера, что снижает скорость биоокисления и производительность очистки сточных вод.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому объекту и принятому за прототип является устройство для биологической очистки сточных вод, состоящее из резервуара с входным и выходным патрубками исходной и очищенной воды, электродной системы, установленной в нижней части резервуара, состоящей из анода и катода, выполненных в виде сетки из металлической проволоки, при этом диаметр проволоки сетки анода в 2-5 раз больше диаметра проволоки сетки катода, решетки, установленной над электродной системой, на которой расположена насадка для прикрепления микроорганизмов активного ила или биопленки, причем сетки закреплены на боковых стенках вертикально установленных пластин (описание полезной модели к патенту РФ 86945, кл. C02F 3/02; C02F 1/46, 2009).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится сложность плотного закрепления сеток анода и катода на боковых стенках пластин сваркой или пайкой, ослабление из-за электрокоррозии сварных или паяных швов при подаче тока на пластины, что усложняет конструкцию и эксплуатацию устройства.
Техническим результатом предлагаемого устройства для биологической очистки сточных вод является упрощение конструкции и эксплуатации электродной системы.
Поставленный технический результат достигается тем, что в устройстве для биологической очистки сточных вод, состоящем из резервуара с входным и выходным патрубками исходной и очищенной воды, электродной системы, установленной в нижней части резервуара и состоящей из анода и катода, выполненных в виде вертикально установленных пластин, решетки, установленной над электродной системой на которой расположена насадка для прикрепления микроорганизмов, при этом боковые стенки пластин имеют рифленые поверхности, расположенные в вертикальном направлении, при этом на пластинах-катодах они имеют пилообразную форму, а на пластинах-анодах - волнообразную форму.
Выполнение на боковых стенках пластин рифленых поверхностей, расположенных в вертикальном направлении, позволяет упростить конструкцию электродной системы и ее эксплуатацию, так как отпадает необходимость в сетках из металлической проволоки разного диаметра, их прикрепления к пластинам сваркой или пайкой и контроля в процессе эксплуатации за этими креплениями, чтобы при электрохимической коррозии сетки не оторвались от пластин и не произошло короткого замыкания.
Выполнение рифления пилообразной формы на боковых стенках пластин-катодов позволяет получать на острой кромке пузырьки водорода малого диаметра, скорость всплывания которых меньше скорости движения сверху вниз потока очищаемой жидкости. Поэтому пузырьки водорода уносятся жидкостью вниз, не смешиваясь с пузырьками кислорода, образующимися при электролизе воды на пластинах-анодах.
Выполнение рифления волнообразной формы (например, синусоидальной) на боковых стенках пластин-анодов позволяет получать при электролизе воды крупные пузырьки кислорода, скорость всплывания которых больше скорости очищаемой жидкости, стекающей сверху вниз по насадке. Крупные пузырьки кислорода поднимаются вверх и взаимодействуют с микроорганизмами, прикрепленными к насадке, что обеспечивает жизнедеятельность последних при очистке воды от органических примесей.
Кроме того, рифление боковых стенок пластин в вертикальном направлении (без горизонтального, как это имеет место при использовании сеток из металлической проволоки в прототипе) упрощает подъем пузырьков кислорода вверх и смыв пузырьков водорода вниз без образования застойных зон. Это также упрощает эксплуатацию устройства, так как предотвращает коалесценцию пузырьков водорода и кислорода.
Схема устройства для биологической очистки сточных вод представлена на фиг.1, на фиг.2 представлен вид сверху на электродную систему, а на фиг.3 - пилообразная и волнообразная форма рифлений на боковых поверхностях соответственно пластин катодов и анодов, при этом рифленные поверхности расположены в вертикальном направлении.
Устройство состоит из резервуара 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками исходной и очищенной воды. В нижней части резервуара 1 расположена электродная система: сверху шина анода 4 с пластинами 5 и шина катода 6 с пластинами 7, установленными вертикально. Шины 4 и 6 прикреплены соответственно к полюсам источника постоянного тока 8. Боковые стенки пластин 5 и 7 имеют рифленые поверхности, расположенные в вертикальном направлении, причем на пластинах анода 5 они имеют пилообразную форму 9, а на пластинах-катодах 7 - волнообразную форму 10, например, синусоидальную. Над шиной анода 4 и пластин 5 установлена решетка 11, на которой расположена насадка 12 для прикрепления микроорганизмов биопленки. Для предотвращения короткого замыкания на корпус 1 шины анода 4 и катода 6 имеют диэлектрические изоляторы 13, а пластины 5 и 7 установлены на диэлектрических опорах 15. Для уменьшения утечек тока опоры 15 установлены на прокладках 16, выполненных из диэлектрического материала.
Устройство для биологической очистки сточных вод работает следующим образом. По входному патрубку 2 подают в резервуар 1 исходную воду. После заполнения резервуара 1 подают ток на шины анода 4 и катода 5 от источника постоянного тока 8. Между пластинами 5 и 7 электродной системы по очищаемой воде идет ток с образованием пузырьков электролитических газов. Так как пластины катода 5 имеют рифленые боковые поверхности пилообразной формы, выполненные в вертикальном направлении, то образование пузырьков водорода идет на острых кромках, они имеют маленький диаметр и соответственно скорость всплывания их меньше скорости движения очищаемой воды, текущей между пластинами 5 и 7 сверху вниз. Поэтому пузырьки водорода уносятся этой водой вниз. Пластины 7 анода имеют рифленые боковые поверхности волнообразной формы (в частности, синусоидальной), выполненной в вертикальном направлении. При электролизе на них образуются достаточно крупные пузырьки кислорода, скорость всплывания которых выше скорости отекания по насадке жидкости. Поэтому пузырьки кислорода поднимаются вверх и поглощаются микроорганизмами, прикрепленными к поверхности насадки 12, что обеспечивает жизнедеятельность последних при очистке воды от органических примесей.
Таким образом, в предлагаемом устройстве для биологической очистки сточных вод пластины 5 и 7 электродной системы значительно проще в конструктивном исполнении и при эксплуатации, так как не требуют специального крепления сеток из проволоки разного диаметра и контроля за ними в процессе работы из-за электрохимической коррозии крепления и возможного его разрушения и короткого замыкания. Кроме того, выполнение на боковых стенках пластин 5 и 7 рифления различной формы, расположенные в вертикальном направлении, позволяет получать при электролизе необходимые размеры пузырьков газа. При пилообразной форме рифлений на пластинах-катодах 5 образуются мелкие пузырьки водорода, которые уносятся потоком очищенной воды без образования гремучей смеси с пузырьками кислорода, что упрощает эксплуатацию устройства, так как не требует дополнительных мер по технике безопасности. При волнообразной форме рифлений на пластинах-анодах 7 образуются достаточно крупные пузырьки кислорода, которые поднимаются вверх и используются микроорганизмами в процессе жизнедеятельности при очистке воды от органических примесей.
Кроме того, рифления в вертикальном направлении боковых поверхностей пластин-электродов 5 и 7 лучше и легче промываются водой, предотвращая загрязнение этих поверхностей, чем сетки из проволоки, закрепленные на боковых стенках пластин-электродов в устройстве по прототипу. Это также облегчает эксплуатацию конструкции устройства для очистки сточных вод от органических примесей.
Предлагаемая конструкция рифленых поверхностей пластин-электродов может быть применена для электродной системы в электрофлотаторах, электрокоагуляторах, электролизерах, где необходимо получение пузырьков электролитических газов заданных диаметров.
Устройство для биологической очистки сточных вод, состоящее из резервуара с входным и выходным патрубками исходной и очищенной воды, электродной системы, установленной в нижней части резервуара, состоящей из анода и катода в виде вертикально установленных пластин, решетки, установленной над электродной системой, на которой расположена насадка для прикрепления микроорганизмов, отличающееся тем, что боковые стенки пластин имеют рифленые поверхности, расположенные в вертикальном направлении, при этом на пластинах-катодах они имеют пилообразную форму, а на пластинах анодах - волнообразную форму.
