Биореактор для трехиловой системы биологической очистки сточных вод. Биореактор для очистки сточных вод

Мембранный биореактор для очистки сточных вод

Для того чтобы эффективно соблюдать санитарные нормы и поддерживать на должном уровне экологическую обстановку, необходимо обеспечивать постоянный и непрерывный процесс нейтрализации сточных вод, помимо остальных мер. Справиться с этой задачей поможет мембранный биореактор.

Понятие об очистке

Очистка сточных вод – это целый комплекс различных мероприятий. Все они направлены на создание очищенной воды, из загрязненной, получаемой от частных хозяйств и промышленных предприятий, поступающей в природные или искусственно созданные водоемы.

Схема очистки сточных вод

Очистка сточной жидкости имеет стадию доочистки и происходит в специально созданных сооружениях. В зависимости от степени загрязнения, характера грязевого слоя и прочих показателей применяется тот или иной способ нейтрализации лишних включений.

Если очистка загрязненной воды, поступающей из централизованных сетей и от промышленных предприятий, проводится специальным подразделением водоканала, то бытовые стоки домов и прочих зданий, сооружений, не подключенных к центральной канализации, необходимо очищать самим. Поэтому неизбежной становится необходимость приобретения, специально разработанного для этого процесса оборудования.

Пренебрегать очисткой сточных вод опасно как для человеческого здоровья, так и для окружающей среды.

Вредные вещества, содержащиеся в сточной воде, могут попасть в грунт, затем в водоем, что рано или поздно приведет к его полной непригодности для использования в качестве источника питьевой.

Что представляют собой сточные воды

Для понимания, какую угрозу могут представлять для здоровья и экологии сточные воды, необходимо дать четкое определение понятию. Стоками именуются все виды воды, прошедшие полный или неполный цикл бытового, промышленного использования.

Сточные воды и их краткая характеристика

Виды загрязнений

Среди основных видов загрязнений выделяют следующие варианты:

• Фекалии людей и домашних животных.
• Прочие массы, имеющие биологическое происхождение.
• Различные химические вещества, в том числе и щелочные.

К категории сточной жидкости отнесены также отходы, попадающие в ливневую канализацию в результате выпадения осадков любого типа (дождь, растаявший снег). Поскольку они содержат в себе большое количество реактивов и прочих химических включений, используемых городскими коммунальными службами. А также примеси попадающие из осевших выхлопных газов, от машин и т. п.

Эффективность очистки сточных вод достигается за счет использования правильного метода, соответствующего типу конкретного загрязнения.

Исходя из видов загрязнений, выделяют 3 основных типа сточных вод.

Сточные воды, содержащие в себе большое количество примесей, имеющих неорганическое происхождение, именуют минеральными. Чаще всего такая вода вступала в контакт с частицами грунта, солями и другими вещества неорганических групп.

Если есть примеси органического происхождения, сточные воды попадают в одноименную категорию. В такой воде присутствует большое количество продуктов, результата жизнедеятельности растительного и животного мира в целом.

Существуют и биологические сточные воды. Примеси в такой воде связаны с другими элементами, они питаются и размножаются во влажной среде.

В сточных водах в той или иной степени всегда присутствуют все указанные типы загрязнений, поэтому определение к группе, происходит в результате процентного преобладания вида примесей.

Характеристика мембранного биореактора (МБР) и его технология

Биореактор в системе МБР

Мембранный биореактор включает в себя более традиционную, знакомую многим биологическую очистку сточных вод, и мембранное разделение. Последнее происходит за счет установки ультра- или микрофильтрационных мембран, в зависимости от конкретной модели.

Установленные в биореактор мембраны имеют небольшие размеры, находящиеся в рамках 0,01–0,1 мкм. Благодаря чему достигается практически 100% отделение присутствующих в воде микроорганизмов и частиц веществ во взвешенном состоянии.

Оптимальным вариантом, позволяющим достичь необходимого результата, в процессе очистки сточных вод бытового характера, является применение аэробного метода.

Промышленные стоки также в определенных случаях проходят обработку с применением анаэробных МБР.

В зависимости от производителя, существует два решение оформления процесса очистки в мембранном биореакторе, а именно:

• Мембранный биореактор.
• Мембранный модуль.

Мембранный биореактор использует технологию напорной фильтрации. Выглядит она как процесс подачи с использованием насоса сточной воды, непосредственно из самого биореактора в мембранный модуль. Где и происходит конечное разделение на концентрат, в основе которого лежит активный ил и фильтрат, представляющий собой очищенную воду.

Принцип работы мембранного модуля

Мембранный модуль, установленный в биореактор, может работать и по принципу вакуумной фильтрации. В таком случае он называется погружным и находится не за границами аэротенка, а в нем.

Большинство моделей, выпускаемых разными производителями, содержат мембранный модуль в анаэробной зоне всего биореактора.

Двигателем процесса очистки при таком технологическом решении биореактора, является разница давления, создающаяся за счет вакуума на сторону фильтрата. В среднем показатель перепада давления варьируется в рамках от 0,2 до 0,5 бар. За счет использования сил гравитации, погружные модули осуществляют свою работу без подключения к насосу.

Мембранный биореактор, осуществляющий свою работу с использованием напорной технологии, позволяет добиться максимально возможного уровня удельной производительности, при произведении контрольных расчетов исходя из показателей на 1 м2.

Схема работы мембранного модуля

Достичь высоких результатов можно только в том случае, когда в биореакторе присутствует повышенный уровень трансмембранного давления и создана большая скорость потока сточных вод.

Это обуславливает повышенные показатели по количеству потребляемой энергии, в сравнении с оборудованием, работающим по принципу вакуумной фильтрации. В связи с чем использование такого биореактора очистки сточных вод для систем, изначально подразумевающих высокий уровень производительности (например, коммунальные хозяйства) не всегда рентабельно.

Какие основные факторы имеют влияние на качество работы МБР

Поверхности мембран в связи со своими небольшими размерами, являются одними из самых уязвимых мест в работе всего биореактора и соответственно стадии биологической очистки.

Степень очистки и работоспособности мембран связана со следующими факторами.

• Материал для производства мембран, установленных в биореактор.
• Показатели по уровню проницаемости мембран в биореакторе.

Качество воды зависит от работы очистительной системы

Первый фактор выбирается согласно уровню устойчивости к типу загрязнения сточной воды. В особенности уделяется внимание таким показателям, как содержание полисахаридов и протеинов. А также на устойчивость к воздействию различных реагентов, применяемых для обратной промывки мембранных модулей, отвечающей за качество очистки и срок эксплуатации оборудования.

Большая часть материалов отличается хорошими гидрофобными показателями и имеет нейтральный заряд. Чтобы повысить КПД оборудования, в состав материала вводятся различные химические вещества. На фоне этого, у каждого производителя уровень устойчивости к перечисленным выше параметрам отличается друг от друга.

Второй фактор определяет поток сточных вод, проходящий через мембранный элемент, а связанная с ним скорость образования осадка как раз и зависит от проницаемости. Для поддержания значения в оптимальном показателе, необходимо вовремя осуществлять работы по химической и гидравлической промывке биореактора.

Дополнительные факторы

В ряде случаев на степень очистки сточных вод с использованием этого оборудования оказывает влияние такой показатель, как размер мембран. Хотя по проведенным исследованиям видно, что процент КПД у фильтров, имеющих поры размерами от 0,01 до 0,1 мкм практически одинаковый.

Но мембраны, имеющие меньший размер пор, более устойчивы к загрязнениям и в процессе гидравлической промывки, последние лучше удаляются.

Значительное снижение эксплуатационных затрат

Повышение скорости движения сточных вод, способно понизить эффективность очистки, при использовании воздуха, за счет нарушения потока подаваемых пузырьков, в том случае если мембрана установлена в напорный тип биореактора. Когда же выбрана трубчатая модель, то увеличение этого показателя, способствует замедлению процесса появления осадка, повышает значение КПД.

Существуют и другие факторы, влияющие на работоспособность мембран биореактора, к ним относятся:

• продувка воздухом;
• гидравлическая промывка;
• состав и природа происхождения подаваемой для очистки сточной воды.

Особенности эксплуатация мембранных биореакторов

Чтобы восстановить первоначальный важный показатель уровня проницаемости мембран биореактора, производится обработка растворами различных реагентов. Чаще всего такая химическая промывка подразумевает использование окислителей.

В большинстве случаев независимо от конкретной модели оборудования, для этого процесса применяются следующие вещества:

Гипохлорит натрия

• Лимонная кислота с процентным содержанием от 0,2 до 0,3.
• Гипохлорит натрия, имеющий значения по концентрации в рамках от 0,2 до 1%.

В качестве дополнения к вышеуказанным реагентам, для достижения лучшего результата, могут быть использованы соляная кислота, едкий натр и прочие вещества из категории детергентов или же комплексообразователей.

Проводить процедуру очистки с использованием расширенного состава разумно не чаще 1 раза за 2–3 месяца. А при использовании гипохлорита процедуру можно повторять до 2 раз за 1 месяц.

Для осуществления промывки напорного модуля, используется технология циркуляции раствора, подаваемого подключенным насосом из специальной емкости, в которую погружной вариант оборудования помещается целиком. Что в первом и во втором случае время для промывки составляет от 2 до 3 часов.

При сильных загрязнениях и неэффективности указанных выше методов, производится отбор мембран, и промывка происходит механическим путем за счет подачи струи воды, избавляющей поверхность от отложений.

Трудности в процессе эксплуатации биореактора

Есть несколько проблемных вопросов, связанных с применением на практике мембранного биореактора.

Схема очистки сточных вод

Довольно быстрое загрязнение основных очищающих элементов, а именно мембран и фильтров. Связанное с необходимостью осуществления контроля за процессом предочистки, и полноценным удалением таких элементов, как волосы, обрывки волокнистых материалов и т. п.

Повреждение пропускающих мембран в процессе эксплуатации или очистки.

Частые сбои в работе линии связи, расположенной в системе автоматизации, и выход из строя системы отвечающей за процесс обдувки.

Загрязнение решеток, сеток, требующее дополнительных временных и финансовых затрат для очистки.

Возможный отказ работы аэраторов и воздуходувок означающий дорогостоящий и длительный ремонт аппарата. Чем хуже условия аэрации, тем скорее происходит процесс снижения уровня проницаемости мембран и повышается скорость образования осадка. При этом такая проблема до определенного времени не оказывает существенного влияния на качество степени очистки.

Отказ системы отвечающей за рециркуляцию, автоматически останавливающий работу биореактора и т. п.

Следует помнить о том, чем больше производительность биореактора и соответственно этому количество очищаемых сточных вод в сутки, тем выше финансовые затраты на приобретение и последующее обслуживание.

Видео: Мембранная очистка сточных вод

promzn.ru

Биореактор для очистки сточных вод

 

Использование: очистка и доочистка биологически очищенных хозяйственно-бытовых и близких к ним по составу промышленных сточных вод. Сущность изобретения: биореактор для очистки сточных вод состоит из корпуса с подводящим и отводящим патрубками и расположенными в корпусе слоями загрузки. Эти слои расположены по ходу движения воды в следующей последовательности. наполнитель биоблокаторф, высота слоя 500 мм, крупнозернистая загрузка химически активная кальцийсодержащая горная порода фракции 150 200 мм, уложенная слоем в один ряд, торф высота слоя 500 мм, крупнозернистая загрузка, мелкозернистая загрузка щебень фракции 50 100 мм. В качестве химически активной кальцийсодержащей горной породы используют известняк и/или доломит и/или мергель. 3 з. п. ф-лы, 1 ил. 1 табл.

Изобретение относится к очистке сточных вод, в частности к биологической очистке, и может быть использовано для очистки и доочистки биологически очищенных хозяйственно-бытовых и близких к ним по составу промышленных сточных вод.

Известен фильтр для очистки жидкости, содержащий корпус с подводящим и отводящим патрубками, и расположенные в корпусе слои из крупнозернистой и мелкозернистой загрузки [1] Недостатками известного фильтра являются: необходимость промывки, недостаточная степень очистки от всех ингредиентов сточных вод, находящихся в растворенном состоянии, в частности, органических веществ, оцениваемых по БПК и ХПК, нефтепродуктов, фенолов, СПАВ, соединений азота, фосфора, ионов металлов и т.д. Известен биореактор для очистки сточных вод, созданный на базе каркасно-засыпного фильтра [2] На поверхности гравийного каркаса фильтра уложены дырчатые трубы для встряхивания расположенной над ними загрузки биоблока. Доочистка биохимически очищенных городских сточных вод в комбинированном биореакторе происходит за счет удаления взвешенных веществ и вследствие деструкции растворенных примесей. Окисление растворенных компонентов осуществляется иммобилизованой микрофлорой, населяющей разветвленную поверхность крупнопористого наполнителя биоблока и зернистых загрузок фильтра. Недостатками биореактора являются сложность конструкции, необходимость промывки фильтрующих слоев и регенерации загрузки биоблока, недостаточная степень очистки от трудноокисляемых органических соединений, оцениваемых по ХПК, соединений азота, фосфора, ионов металлов, нефтепродуктов, СПАВ. Технический результат, полученный от использования предложенного устройства заключается в упрощении конструкции, исключении необходимости регенерации загрузки биоблока и промывки зернистой загрузки, повышении степени очистки сточных вод от трудноокисляемых органических соединений, оцениваемых по ХПК, соединений азота, фосфора, ионов металлов, нефтепродуктов, СПАВ. На чертеже изображен биореактор. Биореактор состоит из корпуса 1, выполненного в виде колодца, с патрубками подвода сточной воды 2 и отвода очищенной воды 3. В корпусе 1 биореактора расположены слои наполнителя биоблока торфа 4, крупнозернистой 5 и мелкозернистой 6 загрузок. Последовательность расположения слоев в биореакторе по ходу движения очищаемой жидкости следующая: наполнитель торф, крупнозернистая химическиактивная загрузка, наполнитель торф, крупнозернистая химическиактивная загрузка, мелкозернистая загрузка. В качестве крупнозернистой химическиактивной загрузки используют кальцийсодержащие горные породы (известняк, доломит, мергель и т.д.) фракции 150-200 мм, мелкозернистая загрузка имеет эквивалентный размер 50-100 мм. Биореактор работает следующим образом. По подводящему патрубку 2 в корпус биореактора 1 подают сточную воду. Она проходит через первый слой наполнителя биоблока торфа 4. Функциональное назначение наполнителя биоблока задержание и концентрирование взвешенных и коллоидных ингредиентов обрабатываемой сточной воды и концентрирование микроорганизмов, использующих задержанные ингредиенты в процессе метаболизма. Поэтому материал, используемый в качестве наполнителя биоблока, должен обладать фильтрующими свойствами и является средой, благоприятной для развития микроорганизмов. Обоим условиям удовлетворяет торф. Торф относят к так называемым "биолитам", т.е. к породам, образованным в результате протекания биологических процессов. Биолиты являются средой, наиболее подходящей для заселения микроорганизмами, так как в их составе есть все необходимое для жизнедеятельности. Кроме того, структура торфа позволяет рассматривать его и в качестве фильтрующего материала. В слое торфа задерживаются взвешенные и коллоидные ингредиенты сточной воды, а прикрепленные к торфу микроорганизмы изымают растворенные органические соединения, биогенные элементы (азот и фосфор), перерабатывают задержанные взвешенные и коллоидные ингредиенты, трансформируя сложные органические соединения в более простые. Здесь работают факультативные и аэробные микроорганизмы. По мере зарастания слоя наполнителя биоблока он вынимается и заменяется новым. Периодичность замены определяется составом сточной воды, подаваемой на обработку. Были проведены экспериментальные исследования с использованием в качестве наполнителя биоблока слоев торфа толщиной 100, 200, 300 и 500 мм. Наилучшие результаты получены при использовании слоя торфа толщиной 500 мм, которая и была принята для данного биореактора. Толщина слоя торфа 500 мм практически не увеличивает эффективность изъятия ингредиентов сточной воды, при этом усложняется процедура замены слоя наполнителя. Пройдя слой наполнителя, сточная вода проходит через первый слой химически активной крупнозернистой загрузки 5. Назначение этого слоя создание области повышенного окислительно-восстановительного потенциала и увеличенных рН, здесь активизируются аэробные микроорганизмы и развиваются водоросли, в основном диатомовые, таким образом создаются условия для нитрификации, эффективного удаления фосфатов, нефтепродуктов, СПАВ, органических соединений, оцениваемых по ХПК, ионов металлов, процессов комплексообразования. Экспериментально показано, что величины создаваемых значений окислительно-восстановительного потенциала зависят от толщины слоя и крупности химически активной загрузки. При использовании в качестве химически активной загрузки известняка требуемая величина окислительно-восстановительного потенциала была получена при укладке в один ряд известняка фракции 150-200 мм. Для получения такой же величины с использованием фракции Все вышеперечисленные процессы, а также денитрификация осуществляются микроорганизмами во втором слое наполнителя-торфа. Затем сточная вода проходит второй слой химически активной крупнозернистой загрузки 5, назначение которого аналогично первому слою загрузки 5. Далее глубокоочищенная сточная вода фильтруется через слой мелкозернистой загрузки 6, где она освобождается от остатков взвешенных веществ и по патрубку 3 выводится из биореактора. Минимальная высота слоя мелкозернистой загрузки 400 мм при крупности ее 50-100 мм. Указанные величины обусловлены тем, что слой мелкозернистой загрузки должен выполнять следующие основные функции: изымать взвешенные вещества из очищенной сточной воды, обладать высокой грязеемкостью и перерабатывать задержанные взвешенные вещества, для чего необходимо сохранять в объеме слоя аэробные условия. Для эффективного изъятия взвешенных веществ предпочтительно использование более мелкой загрузки и большей высоты слоя, для увеличения грязеемкости необходима более крупная загрузка и большая высота слоя. Для сохранения аэробных условий предпочтительнее более крупная загрузка и меньшая высота слоя. Экспериментально показано, что для выполнения указанных функций высоту слоя мелкозернистой загрузки целесообразно принять 400 мм при крупности 50-100 мм. Снижение высоты слоя 400 мм приводит к повторному загрязнению очищенной сточной воды органическими соединениями в результате процессов загнивания, протекающих в нижних слоях. Уменьшение крупности загрузки 100 мм наблюдается повышение содержания взвешенных веществ в очищенной сточной воде. Исходя из вышесказанного, для данного биореактора высота слоя мелкозернистой загрузки принята 400 мм при крупности 50-100 мм. Таким образом, чтобы каждый слой биореактора выполнял свое функциональное назначение, соотношение высот этих слоев: наполнителя, крупнозернистой и мелкозернистой загрузок составляет по ходу движения очищаемой воды 1:0,3:1:0,3:0,8. Результаты экспериментов при указанных соотношениях высот слоев и слое торфа в 500 мм и сравнение с работой известного биореактора, принятого за прототип, приведены в таблице. Из таблицы следует, что эффективность очистки в предложенном биореакторе выше, чем в известном что позволяет говорить о преимуществах предложенного биореактора. Кроме того, предложенный биореактор не требует регенерации загрузки биоблока и промывки зернистой загрузки, а также конструктивно более прост.

Формула изобретения

1. БИОРЕАКТОР ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД, состоящий из корпуса с подводящим и отводящим патрубками и расположенными в корпусе слоями наполнителя биоблока, мелкозернистой и крупнозернистой загрузок, отличающийся тем, что в качестве наполнителя биоблока используют торф, крупнозернистая загрузка выполнена из химически активной кальцийсодержащей горной породы, а мелкозернистая из щебня фракции 50 100 мм, последовательность расположения слоев в корпусе по ходу движения очищаемой воды следующая: торф, крупнозернистая загрузка, торф, крупнозернистая загрузка, мелкозернистая загрузка, при этом первый слой наполнителя биоблока выполнен с возможностью его замены. 2. Биореактор по п. 1, отличающийся тем, что высота слоя наполнителя биоблока составляет 500 мм. 3. Биореактор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в качестве химически активной кальцийсодержащей горной породы используют известняк, и/или доломит, и/или мергель фракции 150 200 мм. 4. Биореактор по пп.1 3, отличающийся тем, что соотношение высот слоев биореактора: наполнителя, крупнозернистой загрузки, наполнителя, крупнозернистой загрузки и мелкозернистой загрузки по ходу движения очищаемой воды составляет соответственно 1 0,3 1 0,3 0,8.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 24.09.2001

Номер и год публикации бюллетеня: 15-2003

Извещение опубликовано: 27.05.2003        

www.findpatent.ru

МЕМБРАННЫЕ БИОРЕАКТОРЫ - Заводы и производства ГК ЭКОЛОС

Сточные воды с максимальным суточным расходом из КНС поступают в модуль механической очистки. Для механической очистки сточных вод используется сито с прозорами 3 мм, что необходимо для защиты половолоконных мембран от волокнистых включений, содержащихся в сточных водах.

Блок биологической очистки состоит из двух параллельных линий. Каждая линия включает денитрификатор, аэротенк-нитрификатор и мембранный резервуар. В денитрификаторе органические загрязнения окисляются активным илом в аноксидных условиях с выделением свободного азота. Для предотвращения осаждения иловой смеси в денитрификаторе установлена мешалка. Иловая смесь из денитрификатора через разделительную перегородку поступает в аэротенк-нитрификатор.

В аэротенке расположена мелкопузырчатая система аэрации, которая оебспечивает концентрацию растворенного кислорода в пределах 2 — 3 мг/л, что необходимо для окисления органических веществ и нитрификации.

Кассеты мембранных био реакторов

Погружные мембранные кассеты, предназначенные для фазового разделения очищенной воды и активного ила, устанавливаются в мембранных резервуарах. Кассеты состоят из мембранных модулей. Размер пор мембран 0,02 мкм. Отделение пермеата (фильтрата) происходит под действием слабого вакуума, создаваемого во всасывающем трубопроводе центробежного насоса. Заданная производительность пермеатного насоса регулируется частотным преобразователем. Доза активного ила в МБР поддерживается в пределах 4 — 8 г/л в зависимости от состава сточных вод. Для регенерации мембран предусмотрена постоянно действующая система аэрации с помощью воздуходувки, обратная промывка мембран водой из бака обратной промывки с помощью насоса, а также периодически применяемые химические промывки гипохлоритом натрия и лимонной кислотой. Обратная промывка чередуется с режимом “релаксации” – прекращением отбора пермеата без включения насоса обратной промывки. Режим релаксации позволяет увеличивать периоды между обратными промывками и снижает энергозатраты.

Очищенная сточная вода (пермеат) откачивается в бак обратной промывки, имеющий перелив, через который она самотеком поступает на установку УФ-обеззараживания. Обеззараженные сточные воды отводятся в водный объект.

Иловая смесь перекачивается из конца нитрификатора в денитрификатор погружным циркуляционным насосом. За счет рециркуляции обеспечивается денитрификация и однородность иловой смеси внутри установки.

Различают профилактические и восстановительные промывки. Профилактическая промывка проводится непосредственно в реакторе без удаления активного ила, имеет более короткую продолжительность, требует меньшей концентрации химикатов и выполняется не чаще одного — двух раз в месяц. Целью профилактической очистки является поддержание проницаемости мембран и увеличение периодов между восстановительными очистками. Восстановительная очистка проводится один – два раза в год в течение 8-12 часов в отдельном резервуаре, куда необходимо перенести мембранные модули. Целью восстановительной очистки является восстановление проницаемости мембран при достижении предельного трансмембранного давления. Реальная периодичность очисток зависит от качества сточных вод, фактической удельной проницаемости мембран и других условий эксплуатации. Описанные выше системы обеспечивают расчетную проницаемость и срок службы мембран, установленную производителем (от 3-5 до 10 лет).

В состав очистных сооружений входит технологический павильон, где располагаются насосы, реагентное хозяйство, установка обезвоживания осадка и воздуходувка. Воздуходувка подает воздух в аэротенки-нитрификаторы и под мембранные кассеты.

www.ecolos.ru

биореактор для очистки сточных вод - патент РФ 2049737

Использование: очистка и доочистка биологически очищенных хозяйственно-бытовых и близких к ним по составу промышленных сточных вод. Сущность изобретения: биореактор для очистки сточных вод состоит из корпуса с подводящим и отводящим патрубками и расположенными в корпусе слоями загрузки. Эти слои расположены по ходу движения воды в следующей последовательности. наполнитель биоблокаторф, высота слоя 500 мм, крупнозернистая загрузка химически активная кальцийсодержащая горная порода фракции 150 200 мм, уложенная слоем в один ряд, торф высота слоя 500 мм, крупнозернистая загрузка, мелкозернистая загрузка щебень фракции 50 100 мм. В качестве химически активной кальцийсодержащей горной породы используют известняк и/или доломит и/или мергель. 3 з. п. ф-лы, 1 ил. 1 табл. Изобретение относится к очистке сточных вод, в частности к биологической очистке, и может быть использовано для очистки и доочистки биологически очищенных хозяйственно-бытовых и близких к ним по составу промышленных сточных вод. Известен фильтр для очистки жидкости, содержащий корпус с подводящим и отводящим патрубками, и расположенные в корпусе слои из крупнозернистой и мелкозернистой загрузки [1] Недостатками известного фильтра являются: необходимость промывки, недостаточная степень очистки от всех ингредиентов сточных вод, находящихся в растворенном состоянии, в частности, органических веществ, оцениваемых по БПК и ХПК, нефтепродуктов, фенолов, СПАВ, соединений азота, фосфора, ионов металлов и т.д. Известен биореактор для очистки сточных вод, созданный на базе каркасно-засыпного фильтра [2] На поверхности гравийного каркаса фильтра уложены дырчатые трубы для встряхивания расположенной над ними загрузки биоблока. Доочистка биохимически очищенных городских сточных вод в комбинированном биореакторе происходит за счет удаления взвешенных веществ и вследствие деструкции растворенных примесей. Окисление растворенных компонентов осуществляется иммобилизованой микрофлорой, населяющей разветвленную поверхность крупнопористого наполнителя биоблока и зернистых загрузок фильтра. Недостатками биореактора являются сложность конструкции, необходимость промывки фильтрующих слоев и регенерации загрузки биоблока, недостаточная степень очистки от трудноокисляемых органических соединений, оцениваемых по ХПК, соединений азота, фосфора, ионов металлов, нефтепродуктов, СПАВ. Технический результат, полученный от использования предложенного устройства заключается в упрощении конструкции, исключении необходимости регенерации загрузки биоблока и промывки зернистой загрузки, повышении степени очистки сточных вод от трудноокисляемых органических соединений, оцениваемых по ХПК, соединений азота, фосфора, ионов металлов, нефтепродуктов, СПАВ. На чертеже изображен биореактор. Биореактор состоит из корпуса 1, выполненного в виде колодца, с патрубками подвода сточной воды 2 и отвода очищенной воды 3. В корпусе 1 биореактора расположены слои наполнителя биоблока торфа 4, крупнозернистой 5 и мелкозернистой 6 загрузок. Последовательность расположения слоев в биореакторе по ходу движения очищаемой жидкости следующая: наполнитель торф, крупнозернистая химическиактивная загрузка, наполнитель торф, крупнозернистая химическиактивная загрузка, мелкозернистая загрузка. В качестве крупнозернистой химическиактивной загрузки используют кальцийсодержащие горные породы (известняк, доломит, мергель и т.д.) фракции 150-200 мм, мелкозернистая загрузка имеет эквивалентный размер 50-100 мм. Биореактор работает следующим образом. По подводящему патрубку 2 в корпус биореактора 1 подают сточную воду. Она проходит через первый слой наполнителя биоблока торфа 4. Функциональное назначение наполнителя биоблока задержание и концентрирование взвешенных и коллоидных ингредиентов обрабатываемой сточной воды и концентрирование микроорганизмов, использующих задержанные ингредиенты в процессе метаболизма. Поэтому материал, используемый в качестве наполнителя биоблока, должен обладать фильтрующими свойствами и является средой, благоприятной для развития микроорганизмов. Обоим условиям удовлетворяет торф. Торф относят к так называемым "биолитам", т.е. к породам, образованным в результате протекания биологических процессов. Биолиты являются средой, наиболее подходящей для заселения микроорганизмами, так как в их составе есть все необходимое для жизнедеятельности. Кроме того, структура торфа позволяет рассматривать его и в качестве фильтрующего материала. В слое торфа задерживаются взвешенные и коллоидные ингредиенты сточной воды, а прикрепленные к торфу микроорганизмы изымают растворенные органические соединения, биогенные элементы (азот и фосфор), перерабатывают задержанные взвешенные и коллоидные ингредиенты, трансформируя сложные органические соединения в более простые. Здесь работают факультативные и аэробные микроорганизмы. По мере зарастания слоя наполнителя биоблока он вынимается и заменяется новым. Периодичность замены определяется составом сточной воды, подаваемой на обработку. Были проведены экспериментальные исследования с использованием в качестве наполнителя биоблока слоев торфа толщиной 100, 200, 300 и 500 мм. Наилучшие результаты получены при использовании слоя торфа толщиной 500 мм, которая и была принята для данного биореактора. Толщина слоя торфа 500 мм практически не увеличивает эффективность изъятия ингредиентов сточной воды, при этом усложняется процедура замены слоя наполнителя. Пройдя слой наполнителя, сточная вода проходит через первый слой химически активной крупнозернистой загрузки 5. Назначение этого слоя создание области повышенного окислительно-восстановительного потенциала и увеличенных рН, здесь активизируются аэробные микроорганизмы и развиваются водоросли, в основном диатомовые, таким образом создаются условия для нитрификации, эффективного удаления фосфатов, нефтепродуктов, СПАВ, органических соединений, оцениваемых по ХПК, ионов металлов, процессов комплексообразования. Экспериментально показано, что величины создаваемых значений окислительно-восстановительного потенциала зависят от толщины слоя и крупности химически активной загрузки. При использовании в качестве химически активной загрузки известняка требуемая величина окислительно-восстановительного потенциала была получена при укладке в один ряд известняка фракции 150-200 мм. Для получения такой же величины с использованием фракции Все вышеперечисленные процессы, а также денитрификация осуществляются микроорганизмами во втором слое наполнителя-торфа. Затем сточная вода проходит второй слой химически активной крупнозернистой загрузки 5, назначение которого аналогично первому слою загрузки 5. Далее глубокоочищенная сточная вода фильтруется через слой мелкозернистой загрузки 6, где она освобождается от остатков взвешенных веществ и по патрубку 3 выводится из биореактора. Минимальная высота слоя мелкозернистой загрузки 400 мм при крупности ее 50-100 мм. Указанные величины обусловлены тем, что слой мелкозернистой загрузки должен выполнять следующие основные функции: изымать взвешенные вещества из очищенной сточной воды, обладать высокой грязеемкостью и перерабатывать задержанные взвешенные вещества, для чего необходимо сохранять в объеме слоя аэробные условия. Для эффективного изъятия взвешенных веществ предпочтительно использование более мелкой загрузки и большей высоты слоя, для увеличения грязеемкости необходима более крупная загрузка и большая высота слоя. Для сохранения аэробных условий предпочтительнее более крупная загрузка и меньшая высота слоя. Экспериментально показано, что для выполнения указанных функций высоту слоя мелкозернистой загрузки целесообразно принять 400 мм при крупности 50-100 мм. Снижение высоты слоя 400 мм приводит к повторному загрязнению очищенной сточной воды органическими соединениями в результате процессов загнивания, протекающих в нижних слоях. Уменьшение крупности загрузки 100 мм наблюдается повышение содержания взвешенных веществ в очищенной сточной воде. Исходя из вышесказанного, для данного биореактора высота слоя мелкозернистой загрузки принята 400 мм при крупности 50-100 мм. Таким образом, чтобы каждый слой биореактора выполнял свое функциональное назначение, соотношение высот этих слоев: наполнителя, крупнозернистой и мелкозернистой загрузок составляет по ходу движения очищаемой воды 1:0,3:1:0,3:0,8. Результаты экспериментов при указанных соотношениях высот слоев и слое торфа в 500 мм и сравнение с работой известного биореактора, принятого за прототип, приведены в таблице. Из таблицы следует, что эффективность очистки в предложенном биореакторе выше, чем в известном что позволяет говорить о преимуществах предложенного биореактора. Кроме того, предложенный биореактор не требует регенерации загрузки биоблока и промывки зернистой загрузки, а также конструктивно более прост.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. БИОРЕАКТОР ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД, состоящий из корпуса с подводящим и отводящим патрубками и расположенными в корпусе слоями наполнителя биоблока, мелкозернистой и крупнозернистой загрузок, отличающийся тем, что в качестве наполнителя биоблока используют торф, крупнозернистая загрузка выполнена из химически активной кальцийсодержащей горной породы, а мелкозернистая из щебня фракции 50 100 мм, последовательность расположения слоев в корпусе по ходу движения очищаемой воды следующая: торф, крупнозернистая загрузка, торф, крупнозернистая загрузка, мелкозернистая загрузка, при этом первый слой наполнителя биоблока выполнен с возможностью его замены. 2. Биореактор по п. 1, отличающийся тем, что высота слоя наполнителя биоблока составляет 500 мм. 3. Биореактор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в качестве химически активной кальцийсодержащей горной породы используют известняк, и/или доломит, и/или мергель фракции 150 200 мм. 4. Биореактор по пп.1 3, отличающийся тем, что соотношение высот слоев биореактора: наполнителя, крупнозернистой загрузки, наполнителя, крупнозернистой загрузки и мелкозернистой загрузки по ходу движения очищаемой воды составляет соответственно 1 0,3 1 0,3 0,8.

www.freepatent.ru

Биореактор для биологической очистки сточных вод

 

Биореактор со встроенным отстойником (вторичным) предназначается для глубокой биологической очистки сточных вод с удалением азотных и фосфорных загрязнений. Технической задачей является повышение эффективности биологической очистки в биореакторе при одновременном упрощении конструкции. Новым является то, что внешняя и внутренняя емкости выполнены радиальными, внешняя емкость разделена одной сплошной и полупогружными перегородками не менее двух, разделяющими зону нитрификации на подзоны нитрификации, зона денитрификации и каждая подзона нитрификации выполнены с возможностью заполнения объемной загрузкой для прикрепления биомассы активного ила, аэраторы выполнены с возможностью продувки. Кроме того, перекачивающие устройства внутризонной рециркуляции биомассы и нитратсодержащей иловой смеси, для перекачки возвратного активного ила, отвода избыточного активного ила выполнены в виде эрлифтов или погружных насосов. Кроме того, биореактор дополнительно снабжен насосом-дозатором коагулянта. 2 з.п. ф-лы, 2 илл.

Биореактор со встроенным отстойником (вторичным) предназначается для глубокой биологической очистки сточных вод с удалением азотных и фосфорных загрязнений. Полезная модель может быть использована для биологической очистки сточных вод населенных мест и отдельно расположенных объектов, в том числе производственных, качественный состав которых приближен к хозяйственно-бытовым стокам или испытывает дефицит в органических питательных веществах.

Наиболее близкой по технической сущности к полезной модели является установка для очистки сточных вод от загрязнений (по патенту РФ 2410335, опубл. 27.01.2011), которая содержит две коаксиально расположенные емкости: внешнюю и внутреннюю, во внешней емкости расположен аэротенк нитри-денитрификатор, имеющий аноксидную зону (зону денитрификации) и зону нитрификации, трубопроводы подачи и отвода сточных вод, воздуховоды и аэраторы, мешалку, перекачивающее устройство внутризонной рециркуляции биомассы и нитратсодержащей иловой смеси, перекачивающее устройство для перекачки возвратного активного ила, перекачивающее устройство отвода избыточного активного ила, выполненные в виде эрлифтов, внутренняя емкость содержит отстойник (вторичный). Далее по тексту под отстойником имеется в виду вторичный отстойник согласно принятой технологической терминологии по его предназначению. Вторичный отстойник относится к биологической очистке и предназначен для эффективного разделения активного ила и биологически очищенной сточной воды, а первичный отстойник, в отличие от вторичного, относится к сооружениям для механической очистки сточных вод и предназначен для задержания мелких нерастворенных примесей. Установка прототипа снабжена разрезным газосборным козырьком, расположенным в зоне нитрификации, под уровнем иловой смеси с наружной стороны по периметру отстойника под восходящим углом к эрлифтам внутризонной рециркуляции биомассы и нитратсодержащей иловой жидкости, смонтированным в точке пересечения восходящих углов газосборного козырька.

Прототип обладает следующими недостатками:

Внутризонная рециркуляция биомассы и нитратсодержащей иловой смеси осуществляется одновременно за счет газосборного козырька и эрлифтов, основная часть активного ила при этом перекачивается с помощью эрлифтов и лишь малая доля рециркуляции активного ила осуществляется за счет газосборного козырька. Это объясняется малой площадью газосборного козырька и, соответственно, малой площадью сбора отработанного воздуха и иловой смеси, поэтому коэффициент полезного действия, напрямую зависящий от расхода воздуха, крайне мал. Таким образом, газосборный козырек только усложняет конструкцию устройства, не обеспечивая при этом надежную рециркуляцию биомассы.

Повышенная металлоемкость резервуара, обусловленная законами геометрии, согласно которым, при одной и той же площади поверхности круга и квадрата, наименьшую длину периметра границы резервуара имеет круг. Также повышенную металлоемкость квадратной емкости обуславливает необходимость утолщенной стенки резервуара, так как согласно принципу гидростатического давления при квадратном сечении нагрузка на стенки распределяется неравномерно, вследствие чего увеличивается внутреннее давление на угловые швы резервуара. Это усложняет конструкцию биореактора и увеличивает капитальные затраты на его изготовление.

Квадратная форма резервуара из металла не является оптимальной для протекания гидродинамических потоков, влияющих на распределение потоков жидкости и, соответственно, распределение хлопьев активного ила по объему биореактора. Для исследования гидродинамики в емкостях различной конфигурации доктор технических наук, профессор Кульков В.Н., кандидат технических наук, доцент Солопанов Е.Ю. и другие авторы использовали метод трассера («Химическая энциклопедия» под ред. И.Л. Кнунянц, 1992 г. 641 с.), основанный на введении в воду частиц твердой фазы, плотность которых одинакова с плотностью сточной воды. Такие частицы перемещаются вместе с потоком жидкости, что при использовании видеосъемки в плоскостной двумерной модели позволяет анализировать скорость практически любого элемента жидкости с разложением ее на составляющие по осям координат. Скорость движения иловой смеси в квадратной емкости характеризуется неравномерным распределением активного ила по объему установки, что подтверждается фигурой 1, на которой представлен рисунок структуры гидродинамических потоков в резервуаре квадратного сечения, смоделированным в программе ANSYS, на котором активный ил обозначен темным цветом.

Отдаленные от центра углы значительно хуже подвержены динамическим процессам циркуляции иловой смеси (белый цвет на смоделированной модели), так как внезапные повороты без закругления вызывают значительные потери энергии, происходит отрыв потока и вихреобразование и, как следствие, образуются застойные зоны, в которых начинается процесс уплотнения и загнивания биомассы активного ила, что ведет к вспуханию активного ила, выделению неприятных запахов, торможению гидродинамических и массобменных процессов циркуляции иловой смеси. Совместно с другими признаками прототипа это тормозит процесс биологической очистки.

Отсутствие перегородок между зоной денитрификации и зоной нитрификации приводит к попаданию растворенного кислорода в область зоны денитрификации, что отрицательно сказывается на полноте протекания биологической очистки, так как замедляется скорость протекания реакций, вплоть до полного торможения процесса денитрификации вследствие нарушения массообменных процессов циркуляции иловой смеси. В целом это приводит к снижению эффективности биологической очистки. Процесс денитрификации может протекать только в анаэробных условиях, т.е. когда кислород присутствует только в форме нитритов (NO2-) и нитратов (NO3-). В анаэробных (бескислородных) условиях нитриты и нитраты восстанавливаются сначала до NO и N2O, затем до молекулярного азота (N2). Процесс денитрификации осуществляют представители родов Pseudomonas, Bacterrium, Micrococcus и др. Они относятся к факультативным анаэробам, то есть при достаточном количестве кислорода в среде окисляют органические соединения как обычные аэробные (кислородные) организмы, и только при недостатке кислорода осуществляют восстановление нитратов. Таким образом, поддержание анаэробных (безкислородных) условий в зоне денитрификации имеет первостепенное значение для протекания полного процесса денитрификации.

Данные недостатки снижают надежность и эффективность работы устройства при одновременном усложнении конструкции, а также понижают экономический эффект от внедрения данной установки и приводят к трудоемкости эксплуатации.

Технической задачей является повышение эффективности биологической очистки в биореакторе при одновременном упрощении конструкции.

Технический результат заключается в оптимизации гидродинамических и массобменных процессов циркуляции иловой смеси при одновременном увеличении биомассы активного ила.

Технический результат достигается за счет того, что в биореакторе для биологической очистки сточных вод, включающем две коаксиально расположенные внешнюю и внутреннюю емкости, мешалку, воздуховоды и аэраторы, перекачивающее устройство внутризонной рециркуляции биомассы и нитратсодержащей иловой смеси, перекачивающее устройство для перекачки возвратного активного ила, перекачивающее устройство отвода избыточного активного ила, выполненные в виде эрлифтов или погружных насосов, причем во внешней емкости расположены зона денитрификации и зона нитрификации, а внутренняя емкость выполнена в виде отстойника, согласно полезной модели внешняя и внутренняя емкости выполнены радиальными, внешняя емкость разделена одной сплошной и полупогружными перегородками не менее двух, разделяющими зону нитрификации на подзоны нитрификации, зона денитрификации и каждая подзона нитрификации выполнены с возможностью заполнения объемной загрузкой для прикрепления биомассы активного ила, аэраторы выполнены с возможностью продувки.

Кроме того, перекачивающие устройства внутризонной рециркуляции биомассы и нитратсодержащей иловой смеси, для перекачки возвратного активного ила, отвода избыточного активного ила выполнены в виде эрлифтов или погружных насосов.

Кроме того, биореактор при необходимости может быть дополнительно снабжен насосом - дозатором коагулянта для связывания и осаждения мелкодисперсных соединений. При дозировании коагулянта в центральную трубу вторичного отстойника, происходит процесс гидролиза с образованием труднорастворимых соединений, выпадающих в виде хлопьев в осадок. При укрупнении хлопьев под действием сил молекулярного притяжения захватываются грубодисперсные частицы, содержащейся в обрабатываемой сточной воде, взвеси и коллоиды. Хлопья коагулянта вместе с задержанной взвесью и коллоидами осаждаются, при этом происходит осветление воды. Таким образом, в биологически очищенной сточной воде происходит снижение содержания взвешенных веществ, фосфатов и других загрязнений, достигается оптимизация гидродинамических и массообменных процессов и, тем самым, достигается повышение эффективности биологической очистки.

Возможность выбора типа перекачивающего устройства, в зависимости от производительности биореактора, повышает эффективность биологической очистки, т.к. при небольших производительностях (до 1000 м3/час) перекачку активного ила эффективнее производить с помощью эрлифтов, т.к. плавность перекачки препятствует механическому разрыванию хлопьев активного ила. При высоких производительностях биореактора (свыше 1000 м3/час) для перекачки активного ила рациональнее использовать погружные насосы, которые отличаются возможностью перекачки больших объемов активного ила, надежной работой, простотой эксплуатации, а также малым потреблением электроэнергии (Жмур. Н.С «Технологические и биохимические процессы очистки сточных вод на сооружениях с аэротенками», 2003 г. 512 с.). Таким образом, для каждой конкретной производительности биореактора существует возможность индивидуального подбора типа перекачивающего устройства для перекачки активного ила, что повышает эффективность биологической очистки за счет оптимизации гидродинамических и массобменных процессов циркуляции иловой смеси при одновременном увеличении биомассы активного ила.

В установке по сравнению с прототипом достигнуты следующие преимущества:

Внутризонная рециркуляция биомассы и нитратсодержащей иловой смеси осуществляется перекачивающим устройством без применения малоэффективного газосборного козырька, что повышает эффективность перекачки активного ила и тем самым положительно влияет на эффективность работы биореактора при одновременном упрощении монтажа, а также снижает капитальные затраты на изготовление.

Радиальная форма внешней емкости биореактора создает оптимальные гидродинамические условия для протекания процессов биологической очистки. Это объясняется следующими физическими процессами: плавность поворотов значительно уменьшает интенсивность вихреобразования и, следовательно, возможность образования застойных зон в биореакторе. Сточная жидкость движется по зонам биореактора с постоянной скоростью, происходит равномерное распределение активного ила по зонам. Равномерность движения сточной жидкости обеспечивает эффективное протекание процессов окисления и восстановления веществ и исключает возникновение зон застаивания и загнивания, таким образом, обеспечивается оптимизация гидродинамических и массообменных процессов циркуляции иловой смеси при одновременном увеличении биомассы активного ила.

Наличие объемной загрузки в зонах биореактора совместно с другими признаками биореактора создает условия для удержания активного ила в биореакторе и увеличивает стабильность процесса очистки. Специалистами ФГУП ВНИИ «ВОДГЕО» экспериментально доказано, что погруженная в биореактор загрузка, в результате иммобилизации микроорганизмов, накапливает в своей структуре и на поверхности значительное количество активного ила (до 0,7 кг/кг загрузки) в течение нескольких часов. Это позволяет наряду с оптимизацией гидродинамических и массообменных процессов циркуляции иловой смеси увеличить биомассу активного ила (дозу ила) в биореакторе ориентировочно на 30-50% в сравнении с прототипом и добиться ускорения протекания реакций. Эффективность очистки сточных вод при применении объемной загрузки совместно с другими признаками предлагаемой полезной модели увеличилась в среднем на 10-30% (в зависимости от состава и качества исходной сточной воды) по сравнению с прототипом. Использование объемной загрузки наиболее эффективно при очистке слабоконцентрированных сточных вод, когда возникает проблема удержания или наращивания биомассы, что подтверждается отчетом о научно-исследовательской работе ФГУП ВНИИ «ВОДГЕО» «Проведение испытаний и подготовка заключения по использованию блоков биозагрузки на сооружениях биологической очистки сточных вод» (Москва, 2006 г.).

Предусмотренная продувка (система продувки) аэраторов после останова, перед запуском биореактора в работу, совместно с другими признаками предлагаемого технического решения, обеспечивает оптимизацию гидродинамических и массообменных процессов циркуляции иловой смеси при одновременном увеличении биомассы активного ила. В прототипе при технологических остановах под гидростатическим давлением в аэраторы попадает вода, затрудняя возобновление подачи воздуха и, тем самым, ухудшая аэрацию и перемешивание активного ила при повторном запуске. За счет продувки (системы продувки), которая выполнена в виде трубопроводов с краном на уровне площадки обслуживания, происходит вытеснение воды воздухом по трубопроводам продувки свободным изливом обратно в биореактор. Данное конструкторское решение позволяет значительно ускорить (на 40-50%) запуск системы и выход на стабильный режим работы аэрационной системы, что, в свою очередь, повышает эффективность биологической очистки в биореакторе по сравнению с прототипом.

На фиг.1 представлен рисунок структуры гидродинамических потоков в резервуаре квадратного сечения, смоделированным в программе ANSYS.

На фиг.2 изображен биореактор (поперечный разрез) и на фиг.3 - биореактор (продольный разрез).

Биореактор состоит из двух коаксиально расположенных емкостей: внешней 1 и внутренней 2. Во внешней емкости расположены: зона денитрификации 3, зона нитрификации 4, трубопроводы подачи 5 и отвода 6 сточных вод. Внешняя емкость 1 разделена одной сплошной перегородкой 7 и полупогружными перегородками 8, например, тремя. Зона нитрификации 4, разделена полупогружными перегородками 8 на подзоны нитрификации не менее двух, например, 4.1, 4.2, 4.3. Зона денитрификации оборудована мешалкой 9 (механической) и объемной загрузкой 10 с развитой иммобилизационной поверхностью для прикрепления микроорганизмов. Зона нитрификации 4 оборудована воздуховодами 11 и аэраторами 12 (мелкопузырчатыми мембранными), объемной загрузкой 10 и перекачивающим устройством 13 внутризонной рециркуляции биомассы и нитратсодержащей иловой смеси. Воздуховоды объединены общим трубопроводом продувки аэраторов 14, который на уровне площадки обслуживания биореактора заканчивается краном продувки 15. Во внутренней емкости 2 расположен отстойник 16, разделенный на зону осветления 17 и зону накопления осадка 18. Зона накопления осадка 18 выполнена в виде конуса, что позволяет эффективно собирать и выгружать осадок. Отстойник 16 снабжен перекачивающим устройством для перекачки возвратного активного ила 19 и перекачивающим устройством отвода избыточного активного ила 20. Мембранные мелкопузырчатые аэраторы 12 расположены по всему днищу 21 зоны нитрификации. Отстойник снабжен центральной трубой 22.

Наверху зоны осветления 17 отстойника располагается переливная кромка 23 и водосливной лоток 24.

Кроме того, в качестве перекачивающего устройства 13 внутризонной рециркуляции биомассы и нитратсодержащей иловой смеси, перекачивающего устройства 19 для перекачки возвратного активного ила и перекачивающего устройства 20 отвода избыточного активного ила применяются эрлифты или погружные насосы. Кроме того, биореактор при необходимости может быть дополнительно снабжен насосом - дозатором коагулянта 25.

Принцип работы биореактора состоит в следующем.

Предварительно прошедшая стадию механической очистки сточная вода по трубопроводу подачи 5 сточных вод на очистку подается в зону денитрификации 3 биореактора. В зоне денитрификации 3 в бескислородных (анаэробных) условиях проходит процесс восстановления нитритов (NO2-) и нитратов (NO3-) до газообразных оксидов (NO, N2O) и молекулярного азота (N2). В зону денитрификации 3 также подается активный ил с конца зоны нитрификации 4 с высоким содержанием нитратов и нитритов - конечными продуктами нитрификации, а также возвратный активный ил из зоны накопления осадка 18 отстойника 16. Зона денитрификации 3 биореактора оборудована мешалкой 9, например, механической, для бескислородного перемешивания иловой смеси и объемной загрузкой 10 для удержания биомассы внутри зоны денитрификации 3. Далее сточная вода поступает в зону нитрификации 4, разделенную на подзоны нитрификации не менее двух, например, 4.1, 4.2, 4.3 полупогружными перегородками 8. Аэрация в зоне нитрификации 4 осуществляется при помощи аэраторов 12, например, мелкопузырчатых мембранных, расположенных по всему днищу 21 зоны нитрификации. Подвод воздуха к аэраторам осуществляется при помощи системы воздуховодов 11. Воздуховоды 11 объединены трубопроводом продувки аэрационной системы 14, который на уровне площадки обслуживания заканчивается краном продувки 15. Также зона нитрификации 4 оборудована объемной загрузкой 10 с развитой иммобилизационной поверхностью для прикрепления микроорганизмов. В результате протекания процесса нитрификации происходит окисление азота аммонийного (Nh5+) с образованием нитритов (NO2-) и нитратов (NO3-). Из конца зоны нитрификации 4 расчетная часть нитритсодержащей жидкости и биомассы с помощью перекачивающего устройства 13 внутризонной рециркуляции биомассы и нитратсодержащей иловой смеси возвращается в начало зоны денитрификации 3 для перевода вновь образованных нитритов (NO2-) и нитратов (NO3-) в газообразное состояние (N2). Оставшаяся часть иловой смеси через перелив поступает в центральную трубу 22 отстойника 16. Хлопья биомассы под действием гравитационной силы опускаются в зону накопления осадка 18 отстойника 16. Для интенсификации процесса осаждения загрязняющих веществ, в том числе фосфатных соединений, в центральную трубу (вторичного) отстойника возможна подача коагулянта с помощью насоса-дозатора. Осветленная сточная вода через переливную кромку 23, расположенную наверху зоны осветления 17 собирается в водосливной лоток 24 и по трубопроводу отвода очищенных сточных вод 6 отводится за пределы биореактора.

Избыточный активный ил с помощью перекачивающего устройства 13 периодически отводится на обезвоживание.

Биореактор предназначен только для биологической очистки хозяйственно-бытовых и стоков, которые испытывают дефицит в органических питательных веществах. Это позволяет сочетать его с самым разным оборудованием остальных звеньев очистки сточных вод (механической очистки, доочистки, обезвоживания осадка, и т.д.).

1. Биореактор для биологической очистки сточных вод, включающий две коаксиально расположенные емкости: внешнюю и внутреннюю, во внешней емкости расположены зона денитрификации и зона нитрификации, внутренняя емкость выполнена в виде отстойника, мешалку, воздуховоды и аэраторы, перекачивающее устройство внутризонной рециркуляции биомассы и нитратсодержащей иловой смеси, перекачивающее устройство для перекачки возвратного активного ила, перекачивающее устройство отвода избыточного активного ила, выполненные в виде эрлифтов, отличающийся тем, что емкости выполнены радиальными, внешняя емкость разделена одной сплошной и полупогружными перегородками не менее двух, разделяющими зону нитрификации на подзоны нитрификации, зона денитрификации и каждая подзона нитрификации выполнены с возможностью заполнения объемной загрузкой для прикрепления биомассы активного ила, аэраторы выполнены с возможностью продувки.

2. Биореактор по п.1, отличающийся тем, что перекачивающее устройство внутризонной рециркуляции биомассы и нитратсодержащей иловой смеси, перекачивающее устройство для перекачки возвратного активного ила, перекачивающее устройство отвода избыточного активного ила выполнены в виде погружных насосов.

3. Биореактор по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен насосом - дозатором коагулянта.

poleznayamodel.ru

Биореактор для трехиловой системы биологической очистки сточных вод

Изобретение относится к устройствам для биологической очистки городских и близких к ним по составу промышленных сточных вод и может быть использовано в коммунальном хозяйстве и на промышленных предприятиях. Первая иловая система биореактора основана на использовании прикрепленного на жестких ершах бактериального ценоза гетеротрофных микроорганизмов в отсеках идеальных смесителей с количеством ершовой насадки, гарантирующей соответствие возможностей окислительной способности системы аэрации и окислительной мощности биомассы прикрепленных микроорганизмов. Выведение избыточных биомасс илов из второй и третьей иловых систем организуют за счет устройства в отсеке третьей иловой системы камеры, отделенной сплошной вертикальной перегородкой и снабженной тонкослойным илоотделителем, трубопроводом удаления уплотненного ила на обезвоживание и лотком отвода надиловой воды на вход очищаемых стоков в первый отсек третьей иловой системы. Коридор биореактора третьей иловой системы делят сплошными вертикальными перегородками на камеры, заполненные контейнерами с ершовой насадкой, снабженные обособленно работающими системами барботеров аэрации воды и регенерации насадки. Технический эффект - увеличение эффективности и стабильности работы первой иловой системы с одновременным упрощением ее эксплуатации и снижением материалоемкости, упорядочение сброса, илоразделения и отвода надиловой воды при выведении избыточных осадков из иловой системы. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к устройствам биологической очистки бытовых и близких к ним по составу промышленных сточных вод и может быть использовано в коммунальном хозяйстве и на промышленных предприятиях.

Известна установка для биохимической очистки сточных вод [1], включающая резервуар, поделенный вертикальными перегородками на секции и отсеки многоступенчатого биореактора, системы коммуникаций для подвода, распределения и отвода сточных вод, рециркуляции иловых смесей, подвода воздуха, оборудование для перекачки разбавленных иловых смесей, волокнистую насадку для удерживания иммобилизованных гидробионтов, тонкослойные пульсационные илоотделители и приспособления к ним, обеспечивающие пульсацию уровня воды.

Установка обеспечивает уменьшение объема резервуара биореакторов в сравнении с традиционными очистными станциями, но не позволяет повысить эффективность удаления из воды биогенных элементов (азота и фосфора), упростить эксплуатацию и уменьшить удельные энергозатраты на единицу объема очищаемых сточных вод.

Задача изобретения - увеличение эффективности и стабильности работы первой иловой системы с одновременным упрощением ее эксплуатации и снижением материалоемкости, упорядочение сброса, илоразделения и отвода надиловой воды при выведении избыточных осадков из иловой системы.

Поставленная задача решается тем, что в биореакторе для биологической очистки сточных вод иловую систему первого отсека ориентируют на использование исключительно прикрепленного на жестких ершах бактериального ценоза гетеротрофных микроорганизмов в отсеках идеальных смесителей с количеством ершовой насадки, гарантирующим соответствие возможностей окислительной способности системы аэрации и окислительной мощности биомассы прикрепленных микроорганизмов, индивидуальной для каждого вида сточных вод и сообщества прикрепленных микроорганизмов; выведение избыточных илов из второго и третьего отсеков каждой секции биореактора организуют за счет устройства к третьем отсеке секции биореактора камеры, отделенной от отсека сплошной вертикальной перегородкой, снабжения ее тонкослойным илоотделителем, трубопроводом удаления уплотненного ила на обезвоживание и лотком отвода надиловой воды на вход очищаемых сточных вод в третий отсек секции биореактора очистки сточных вод; коридор третьего отсека делят сплошными вертикальными перегородками на камеры, заполненные контейнерами с ершовой насадкой, снабженные обособленно работающими системами барботеров аэрации воды и регенерации насадки из ершей с приспособлениями и коммуникациями для отвода регенерационных вод в выделенную в третьем отсеке камеру илоотделения.

Проведенные патентные исследования показали, что ни в патентной, ни в научно-технической литературе нет сведений про биореакторы для очистки сточных вод такой конструкции, какая предложена в формуле изобретения, что дает основание утверждать, что предлагаемый биореактор отвечает критерию патентоспособности «новизна».

Сравнительный анализ приспособлений, которые используются в известных технических решениях и в том числе в прототипе, показал на существенные признаки, отличающие предлагаемое решение.

Преимущества свидетельствуют о том, что задачи, которые решаются, выполнены на изобретательском уровне, поскольку они не вытекают, очевидно, из известных в данной области техники решений и поэтому отвечают критерию патентоспособности «изобретательский уровень».

Предлагаемый биореактор для трехиловой системы биологической очистки сточных вод в виде одной из нескольких параллельно работающих секций поясняется чертежами, где на Фиг.1 приведена план-схема одной из секций биореактора для трехиловой системы биологической очистки сточных вод. Фиг.2 - зависимость окислительной мощности первой иловой системы от количества ершовой насадки и окислительной способности системы аэрации от количества подаваемого воздуха и окислительной мощности удерживаемого ершовой насадкой биоценоза.

Биореактор для трехиловой системы биологической очистки сточных вод состоит из прямоугольного резервуара 1, лотка 2 впуска потока исходного стока 3 на первую стадию очистки сточных вод (отсек 4). Отсек 4 снабжен барботерами 5 аэрации, присоединенными к воздуховоду 6, контейнерами 7 с жесткой ершовой насадкой, эрлифтами 8 рециркуляции по трубопроводам 9 очищенной сточной жидкости внутри отсека 4 первой стадии и биологической очистки сточных вод. Через водосливную перегородку 10 сточная жидкость и избыточная бактериальная биопленка перетекают в отсек 11 второй ступени биологической очистки сточных вод. На начальном участке длины отсека 11 размещены контейнеры 12 с ершовой насадкой, удерживающей прикрепленные микроорганизмы. В отсеке 11 также равномерно распределены над днищем резервуара 1 барботеры 5 аэрации иловой смеси. Заканчивается отсек 11 камерой 13, в которой находится тонкослойный пульсационный илоотделитель 14. Иловая смесь входит в камеру 13 через окна 15 и через ниши 16, опускается под полочное пространство, где разделяется на два потока. Поток осветленный воды по лоткам 17 самотеком поступает в отсек 18 третьей ступени биологической очистки сточных вод, а возвратный активный ил по трубопроводу 19 возвращается на вход отсека 11. Камера 13 сообщается перфорированной трубой 20 с пульсатором 21, внутри которого имеется эрлифт для подачи иловой смеси в трубопровод 19 возвратного ила и гидрозатвор со сбросной трубой 22 воздуха. К пульсатору 21 имеется подвод воздуха.

Отсек 18 поделен вертикальными перегородками на камеры 23, 24, 25, 26. Камеры 23, 25, 26 являются биореакторами третьей стадии биологической очистки сточных вод и они снабжены контейнерами 27 с ершовой насадкой из смеси лески или щетины с супертонкими капроновыми или лавсановыми волокнами, барботерами 28 аэрации по эрлифтным нишам 29 и барботерами 30 регенерации ершовой насадки в контейнерах 27. Во время включения в работу барботеров 30 регенерации поочередно последовательно, начиная с камеры 23 и заканчивая камерой 26, включаются эрлифты или погружные насосы, размещенные в камерах 23, 25, 26, и по специальным трубопроводам регенерационная жидкость направляется в нишу 31 камеры 24. Из ниш 31 иловая смесь поступает в полочное пространство 32 илоотделителя регенерационных вод, где разделяется на два потока. Один из потоков - осветленной воды по лоткам 33 перетекает в камеру 23, а второй поток собирается у днища камеры 24 перфорированным трубопроводом и по сбросной трубе 34 направляется в накопитель осадков (не приведенный на Фиг.1). Биологически очищенная сточная жидкость по лотку 35 выводится за пределы резервуара 1 и потоком 36 отводится на обеззараживание.

Работает биореактор для трехиловой системы биологической очистки сточных вод следующим образом.

Исходный сток потоком 3 по лотку 2 поступает в отсек 4 резервуара 1. Двигаясь по отсеку 4, сточная жидкость постоянно продувается воздухом, поступающим по барботерам 5, подключенным к воздуховоду 6, насыщается кислородом, необходимым для жизнедеятельности бактерий, населяющих волокнистую ершовую насадку в контейнерах 7. Поскольку барботаж воздухом осуществляется под контейнерами 7, то заиливания бактериальным гетеротрофным илом ершовой насадки не происходит. Использование жестких ершей, состоящих исключительно из лески или щетины диаметром волокон не менее 0,2 мм, обусловлено необходимостью исключения слипания волокон при их обрастании бактериальной пленкой. Прирастающая бактериальная масса отрывается воздухом от волокон и уносится с потоком сточной жидкости на вторую стадию очистки. Внутри отсека 4 перемешивание стока вновь поступающего с уже отработанным и обогащенным ферментами гетеротрофных бактерий происходит за счет работы эрлифтов 8, перекачивающих по трубопроводам 9 отработанный сток к входу сточных вод в отсек 4. Прошедшая первую ступень бактериальной обработки сточная жидкость через водосливную перегородку 10 перетекает в отсек 11 второй ступени биореактора.

На второй стадии биологической очистки сточных вод работает свободноплавающий нитрифицирующий активный ил, находящийся в отсеке 11 во взвешенном состоянии вследствие наличия по всему днищу отсека 11 барботеров 5 аэрации. На входе в отсеке 11 помещено ограниченное количество контейнеров 12 с ершовой насадкой, имеющей 10%-ную подшерстку из супертонких химических волокон. Заиления таких ершей не происходит потому, что денитрифицирующие бактерии прикрепленного биоценоза выделяют молекулярный азот, и он, выделяясь в виде пузырьков газа, взрыхляет биомассу, не дает ей скомковаться. На выходе из отсека 11 размещается камера 13 с тонкослойным пульсационным илоотделителем 14. Иловая смесь через окна 15 перетекает в ниши 16 камеры 13 и, опускаясь к днищу камеры 13, разделяется на два потока. Поток осветленной воды, поднимаясь вверх через полочное пространство, поступает в сборные лотки 17 и вытекает в отсек 18 третьей стадии биологической очистки сточных вод. Поток уплотненной иловой смеси по перфорированному трубопроводу 20 через бак пульсатора 21 с помощью эрлифта по трубопроводу 21 направляется на вход сточных вод в отсек 11. Иловая смесь транспортирует нитраты, образовавшиеся из азота аммонийного в процессе жизнедеятельности автотрофных нитрифицирующих бактерий активного ила во второй половине длины отсека 11, где содержание растворенного кислорода в воде достигает 4 мгО2/л, так как количество органических веществ снизилось до уровня величины БПКП=15...20 мгО2/л и на их окисление расходуется мало кислорода. Бак пульсатора 21 имеет вверху непрерывный подвод воздуха, и по мере вытеснения иловой смеси до гидрозатвора, размещенного в нижней части бака, вода в гидрозатворе выдавливается и воздух стравливается в атмосферу по сбросной трубе 22.

Опорожненный бак пульсатора 21 по перфорированной трубе 20 заполняется иловой смесью в течение нескольких секунд, понижая уровень воды в камере 13 и в полочном пространстве илоотделителя 14. Резкое опускание уровня воды в полочном пространстве обеспечивает сдвиг осевшего на полки активного ила и его сползание к перфорированному трубопроводу 20.

Перетекающая по лоткам 17 в отсек 18 осветленная сточная жидкость поступает в камеру 23, оснащенную контейнерами 27 с ершовой насадкой, состоящей на 20% по весу из супертонких химических волокон капрона или лавсана. Двигаясь по спирали вдоль камеры 23, сточная жидкость в эрлифтной нише 29 за счет барботеров 28 аэрации насыщаете кислородом, а в пространстве, заполненном контейнерами 27, освобождается от частиц активного ила, сорбируемых волокнами ершей, и остатков органических веществ и азота аммонийного, извлекаемых из воды биоценозом прикрепленных на ершах гидробионтов.

Из камеры 23 вода перетекает в камеру 25, а затем в камеру 26, где очистка осуществляется аналогично, как и в камере 23, и далее по лотку 35 потоком 36 выводится на обеззараживание. По мере заиления ершовой насадки в контейнерах 27 отсека 18 камеры 23, 25 и 26 переводятся последовательно в режим регенерации. В режиме регенерации воздух подается в барботеры 30 регенерации, и с помощью воздушных пузырьков с ершовой насадки в контейнерах 27 срывается избыточная биомасса гидробионтов, фекалии и псевдофекалии.

С помощью эрлифтов или погружных насосов (на Фиг.1 они не показаны) регенерационная жидкость из, соответственно последовательно, камер 23, 25 и 26 перекачивается в камеру 24 в пазухи 31, где она опускается к днищу и разделяется на два потока. Поток осветленной жидкости, двигаясь через полочное пространство 32, перетекает в лотки 33 и отводится в камеру 23. Поток уплотненного осадка, собранный перфорированным трубопроводом 34, выводится из резервуара 1 на последовательную обработку. В камеру 24 отводится и избыточный активный ил из отсека 11 по специальному ответвлению трубопровода 19 возвратного активного ила.

Как и в прототипе, соотношение объемов отсеков биологической очистки сточных вод обусловлено необходимостью поддержания нагрузок на биомассу гидробионтотов, работающих по стадиям очистки сточных вод. Однако, поскольку на первой стадии предлагается использовать биоценоз прикрепленных микроорганизмов, то для приведения в соответствие окислительной способности системы аэрации и окислительной мощнощности биомассы прикрепленных микроорганизмов необходимо охарактеризовать адгезионные свойства волокон жестких ершей по отношению к биомассе гетеротрофных бактерий и влияние барботажа воздуха на удерживание биомассы бактерий волокнами ершей в контейнерах, расположенных над барботерами в объеме первого отсека биореактора.

На Фиг.2 приведены значения удельной биомассы бактерий по беззольному веществу на единицу веса ерша при различных удельных расходах воздуха через систему барботеров мелкопузырчатой аэрации (линия 1) и значения окислительной способности системы аэрации, выполненной из тканевых аэраторов, при глубине слоя воды над ними 4.5 м (линия 2). Поскольку удельная скорость окисления органических веществ биоценозом первой иловой системы, в среднем, находится на уровне 40 г БПКП одним килограммом беззольного вещества микроорганизмов в час, то при расходе воздуха 1 м3/м3 объема биореактора в час поступит в воду около 55 г О2, следовательно, необходимо иметь, в среднем, в 1 м3 объема биореактора около 1,2 кг биомассы бактериальных микроорганизмов или около 1,2 кг ершей. В 1 м3 контейнера помещается 6,4 кг ершей, поэтому на каждые 100 м3 объема первой ступени биореактора нужно поместить 20 м3 объема контейнеров с ершовой насадкой или занять ершами 20% объема биореактора. При различной концентрации загрязнений в сточных водах целесообразно заполнение первого отсека биореакторов контейнерами с ершовой насадкой от 10 до 40% объема ступени, а удельный расход воздуха варьировать от 0,7 до 2,0 м3/м3/час.

Источники информации

1. Установка для биохимической очистки сточных вод. Патент на изобретение №2183592, кл. 7 С 02 F 3/02. Патентообладатель: ООО «фирма «Экос», 2002 г.

1. Биореактор для трехиловой системы биологической очистки сточных вод, включающий секции и отсеки с разными по набору комплектующими, илоотделители для удерживания и накопления в отсеках соответствующих биоценозов, контейнера с ершовой насадкой для удерживания биоценозов и фекалий и псевдофекалий зоопланктона, систему барботеров аэрации и регенерации насадки из ершей и тонкослойных илоотделителей, устройства для перекачки иловых смесей с выхода из биореактора в каждом отсеке на его вход или в накопитель осадков, отличающийся тем, что первый отсек каждой секции биореактора выполняют с возможностью использования исключительно прикрепленных гетеротрофных микроорганизмов, поэтому снабжают контейнерами с ершовой насадкой из жестких ершей в количестве, обеспечивающем соответствие возможностей окислительной способности системы аэрации и окислительной мощности прикрепленной на ершах биомассы бактериальных микроорганизмов, и не имеет отстойного илоотделителя, второй отсек каждой секции биореактора выполняют с возможностью использования сообщества прикрепленных на ершовой насадке микроорганизмов и свободноплавающего активного ила, который удерживают в отсеке тонкослойными пульсационными илоотделителями, третий отсек каждой секции биореактора выполняют с возможностью использования сообщества микроорганизмов, которых удерживают в отсеке исключительно ершовой насадкой, оснащают выделенной с помощью сплошной вертикальной перегородки отстойной камерой, расположенной у входа сточных вод в третьем отсеке, куда отводят регенерационную воду из обособленных вертикальными сплошными перегородками камер, последовательно включаемых в процесс очистки третьего отсека, на которые его коридор делят для превращения в вытеснитель.

2. Биореактор по п.1, отличающийся тем, что отстойную камеру третьего отсека снабжают тонкослойным модулем, трубопроводом удаления уплотненного осадка и водосливным лотком для перетока осветленной регенерационной воды в третий отсек биореактора.

www.findpatent.ru

Биореактор и способ биологической очистки воды

Изобретение может быть использовано для очистки рудничных вод, промышленных вод, а также сточных вод газоочистителей дымовых газов на канализационно-очистных сооружениях, автомойках, прачечных, в рыбных хозяйствах, в устройствах очистки воды в плавательных бассейнах, в водных стоках мусорных отходов. Биореактор 1 содержит: резервуар 2 с по существу круглым или эллиптическим поперечным сечением, оснащенный средствами 5 подвода очищаемой воды и средствами 6 отвода очищенной воды. Резервуар 2 содержит: материал-носитель 3, предусматривающий возможность развития на нем биопленки и средства 4 подачи среды, несущей реакционный газ. Резервуар 2 выполнен с возможностью по существу полного заполнения водой в процессе очистки. Технический результат: повышение производительности биореактора, улучшение процесса очистки воды, снижение стоимости очистки воды. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к биореактору для очистки воды, содержащему резервуар с по существу круглым или эллиптическим поперечным сечением, оснащенный средствами подвода для подачи очищаемой воды и средствами отвода для отведения очищенной воды, причем указанный резервуар заключает в себе материал-носитель, предусматривающий возможность развития на нем биопленки, причем указанный резервуар оснащен также средствами подачи воздуха, необходимого для очистки аэробным способом.

Изобретение также относится к способу биологической очистки воды в биореакторе, содержащем резервуар с по существу круглым или эллиптическим поперечным сечением, оснащенный средствами подвода для подачи очищаемой воды, и средствами отвода для отведения очищенной воды, причем указанный резервуар заключает в себе материал-носитель, предусматривающий возможность развития на нем биопленки, причем указанный резервуар оснащен также средствами подачи воздуха, необходимого для очистки аэробным способом.

При биологической очистке воды, например, сточных вод, вода проходит через реактор, в котором с помощью микроорганизмов происходит превращение содержащихся в воде загрязняющих примесей в безвредные конечные продукты, такие как диоксид углерода, минеральные соединения и вода. При биологической очистке, микроорганизмы, могут также присоединять к себе, т.е. к биомассе, биологически не разлагаемые вещества, например тяжелые металлы. Очистку можно выполнять как аэробным, так и анаэробным способом. Из уровня техники известны различные биореакторы для очистки сточных вод, такие как биологические фильтры, биороторы (вращающиеся биологические контакторы), реакторы с псевдоожиженным слоем, а также реакторы с неподвижным слоем и подвижным слоем. Один тип реакторов, известных из уровня техники, предусматривает использование в процессе очистки материала-носителя, причем данный материал предусматривает возможность роста на его поверхности микроорганизмов в виде биопленки.

Один из типичных примеров процесса очистки сточных вод с помощью образования биопленки (реактор с неподвижным слоем) основан на заполнении реактора для очистки вода материалом-носителем в виде частиц наполнителя, причем указанные частицы в течение процесса остаются неподвижными. Насыщение кислородом биопленки, находящейся на поверхности частиц, выполняют с помощью подачи в реактор воздуха через основание. Преимуществом такого процесса является большое количество биомассы на единицу объема реактора, поскольку имеется большая площадь для роста биопленки. Недостатком процесса такого типа, с использованием так называемого неподвижного слоя, является возможность остановки биопроцесса в результате засорения биомассой (осадком) или по иной причине. Также в местах недостаточного контакта между водой и активными микроорганизмами могут образовываться неактивные зоны. Другой проблемой является сложность очистки, поскольку затруднен доступ к основанию реактора и, в случае засорения биореактора, возникает необходимость полного освобождения его емкости для чистки.

Из уровня техники также известны способы очистки с помощью биопленки, в которых материал-носитель в процессе очистки находится в движении, см. например US 6126829, US 5458779 и US 5543039. Достоинством такого типа реакторов с подвижным слоем является существенное снижение степени засорения материала-носителя и развития неактивных зон. Поверхность элементов материала-носителя частично защищена от столкновений с другими элементами материала-носителя. Недостатком является, однако, существенно ограниченная емкость процесса очистки в силу того, что требуется чрезвычайно низкая степень заполнения, например, порядка 30-70% объема реактора пусты, чтобы обеспечить элементам материала-носителя возможность свободного движения в очищаемой воде. Соответственно, емкость процесса устранения загрязняющих веществ меньше, чем в случае реактора с неподвижным слоем, при одинаковом объеме реактора и одном и том же материале-носителе, поскольку реактор с неподвижным слоем предусматривает возможность большей загрузки.

Повышение степени заполнения приводит к увеличению потребления кислорода, для чего требуется более мощный компрессор, вследствие чего подача мощной струи может также нарушить биопроцесс. Повышение степени заполнения также приводит к образованию неподвижного слоя, что ведет к приостановке процесса из-за засорения материала-носителя биомассой. Кроме того, при увеличении степени заполнения в реакторе с подвижным слоем требуется большое количество воздуха и энергии для поддержания материала-носителя в движении, что значительно увеличит механическое воздействие на биопленку, а это, в свою очередь, приведет к отслаиванию биопленки от поверхности материала-носителя, и, как следствие, к приостановке биологического процесса. Другим серьезным недостатком является необходимость оснащения реактора защитным экраном для отделения средств аэрации от элементов материала-носителя. Экран должен иметь такой размер ячеек, чтобы препятствовать проникновению элементов материала-носителя через отверстия. Это исключает использование материалов-носителей с элементами малого размера, которые обеспечивают большую площадь на единицу объема, поскольку соответствующее уменьшение размеров ячейки экрана будет ухудшать подачу воздуха и повышать вероятность засорения отверстий.

Целью настоящего изобретения является создание усовершенствованного биореактора, лишенного недостатков реакторов как с неподвижным, так и с подвижным слоем, позволяющего достичь более высокой производительности процесса очистки от загрязнений на единицу объема по сравнению с реакторами, известными из уровня техники, и, таким образом, обеспечить снижение стоимости очистки. Для осуществления данной цели биореактор согласно настоящему изобретению отличается тем, что резервуар имеет по существу круглое или эллиптическое поперечное сечение, причем в резервуаре предусмотрены средства отвода воды, выполненные таким образом, что резервуар во время процесса очистки по существу заполнен водой, причем средства подачи текучей среды расположены на стенке резервуара. При этом указанный реактор содержит средства управления для активации средств подачи текучей среды таким образом что, вращательное движение материала-носителя, воды и среды, несущей реакционный газ, осуществляется вокруг оси, проходящей по существу через центр поперечного сечения резервуара, причем средства управления выполнены с возможностью при необходимости осуществлять деактивацию средств подачи текучей среды.

Идея настоящего изобретения, согласно которой во время очистки резервуар по существу заполнен водой, предусматривает перемещение реакционного газа, например в виде газовых пузырьков, вместе с водой и материалом-носителем, обеспечивая таким образом длительное время и расстояние перемещения пузырьков и высокую степень заполнения резервуара материалом-носителем. Заполнение резервуара материалом-носителем предпочтительно составляет от более 70 до около 100%, в отличие от известного из уровня техники решения с подвижным слоем, согласно которому степень заполнения составляет 30-70%. Степень заполнения материалом-носителем напрямую связана с эффективностью биологического процесса, т.е. чем выше степень заполнения материалом-носителем в м2/м3, тем выше эффективность очистки. В решении согласно настоящему изобретению, количество материала-носителя может быть существенно меньше 70%, например меньше 50%. Степень заполнения материалом-носителем определяется исходя из способности к насыщению кислородом и загрузки реактора. Материалы-носители могут состоять из кусочков пластика с размером и формой, обеспечивающими возможность устойчивого вращательного движения. При использовании реактора согласно изобретению обнаружено, что в аэробных процессах воздушные пузырьки остаются в реакторе существенно дольше по сравнению с реакторами уровня техники, поскольку воздушные пузырьки вращаются в течение сравнительно долгого времени вместе с материалом-носителем и водой, что приводит к более эффективному насыщению биопленки кислородом. Одновременно воздушные пузырьки разбиваются на более маленькие, и это является еще одним фактором, содействующим переносу кислорода из воздуха в воду. Благодаря этому уменьшается потребность в воздухе и, следовательно, снижается стоимость эксплуатации по сравнению с процессами, в которых используются активный ил, неподвижный или подвижный слой.

С другой стороны, способ согласно изобретению отличается тем, что в биореакторе согласно данному способу резервуар по существу имеет круглое или эллиптическое поперечное сечение, а средства подачи текучей среды расположены на стенке резервуара, причем способ включает подачу в резервуар неочищенной воды таким образом, что во время очистки резервуар по существу заполнен водой. При этом средствами подачи текучей среды управляют таким образом, что происходит непрерывное вращение материала-носителя, воды и среды, несущей реакционный газ, вокруг оси, проходящей по существу через центр поперечного сечения резервуара.

Решение согласно настоящему изобретению предусматривает наличие большой площади для роста биопленки и отсутствие «мертвых зон», причем материал-носитель, вода, и среда, несущая реакционный газ, вращаются с примерно одинаковой угловой скоростью вокруг оси в отдельной секции. Различные секции в биореакторе могут, тем не менее, двигаться в различных направлениях.

Биореактор вращательного типа согласно настоящему изобретению, в котором элементы материала-носителя вращаются в одном и том же направлении, очевидно отличается от типа реактора с подвижным слоем известного из уровня техники, в котором элементы материала-носителя хаотично движутся в воде, обеспечивая лишь небольшую степень заполнения. Если степень заполнения превышает 70%, то способ с подвижным слоем преобразуется в способ с неподвижным слоем, поскольку хаотично движущиеся частицы слипаются друг с другом с большей частотой, что приводит к остановке движения и засорению биореактора. Особенно значимым достоинством является то, что согласно изобретению резервуар выполнен с возможностью полного заполнения водой во время очистки, причем для вращения материала-носителя требуется минимальная энергия, и в то же время, пузырьки газа вращаются, таким же образом, как и материал-носитель, вместе с водой вокруг оси вращения, что соответственно многократно повышает эффективное расстояние и время по сравнению с реакторами уровня техники, например с реактором с подвижным слоем, в котором предусмотрено использование уровня жидкости, а пузырьки воздуха только перемещаются по существу от места подачи воздуха, находящегося обычно на днище резервуара, к воздушному слою в верхней части резервуара. В настоящем описании термин «по существу заполненный водой» используется в отношении резервуара, содержащего так много воды, что подача текучей среды заставляет материал-носитель, воду и среду, несущую реакционный газ вращаться вокруг оси вращения, проходящей по существу через центр поперечного сечения резервуара. Экспериментально установлено, что количество воды должно быть таково, чтобы заполнять по меньшей мере более 85%, предпочтительно около 100% диаметра поперечного сечения. В случае, если количество воды составляет меньше 85%, процесс очистки преобразуется в процесс с использованием подвижного слоя, при котором степень заполнения материалом-носителем должна быть менее 70%, иначе способ будет в большей степени относится к способу с использованием неподвижного слоя. Еще одной причиной, по которой решение с использованием подвижного слоя предусматривает относительно низкую степень заполнения, а элементы материала-носителя имеют определенную форму является необходимость защиты биопленки от повреждений, вызываемых неоднократным столкновением элементов материала-носителя друг с другом. В решении согласно настоящему изобретению предпочтительно используют способ с полунеподвижным слоем, при котором материал-носитель состоит из множества элементов материала-носителя, причем степень заполнения резервуара составляет около 100%, и соответственно частицы по существу не перемещаются относительно друг друга во время вращения вокруг оси, но вместо этого вращаются в виде по существу единого слоя материала-носителя. Таким образом, взаимное расположение элементов материала-носителя не столь важно как в решении с подвижным слоем, в котором необходимо принимать во внимание движение элементов материала-носителя относительно друг друга. Решение согласно настоящему изобретению позволяет использовать менее интенсивный поток текучей среды, который не нарушает слой бактерий на поверхности материала-носителя, так как благодаря оптимальному вращательному движению, способ согласно изобретению не требует большого количества текучей среды для устойчивого движения материала-носителя. С биологической точки зрения существенным является то, что биопленка не смывается механически с поверхности материала-носителя газовыми пузырьками. Поскольку средства подачи текучей среды расположены на внешней поверхности, и элементы материала-носителя не движутся относительно друг друга, таким образом, не оказывается никакого механического воздействия, в основном благодаря высокой степени наполнения (выше 70%). С другой стороны, избыток осадка или омертвелой биомассы вытесняется из биореактора по закону инерции. Если при вращении биомасса начнет скапливаться по направлению к истоку, это повлечет за собой увеличение плотности, что, в свою очередь, приведет к тому, что материал-носитель, находящийся в середине, начнет постепенно перемещаться по направлению к внешней поверхности и биомасса с внешней поверхности сможет выходить из реактора по закону инерции.

Термин «степень заполнения материалом-носителем» используется в отношении количества пространства, занимаемого материалом-носителем по отношению к объему резервуара в его пустом состоянии, а не в отношении объема вытесненной воды. При использовании множества элементов материала-носителя степень заполнения 100% указывает на то, что далее невозможно заполнять резервуар элементами материала-носителя.

Далее изобретение будет описано более подробно и со ссылкой на соответствующие чертежи, на которых:

на фиг.1 схематично показан вид сбоку реактора согласно настоящему изобретению и,

на фиг.2 показан вид сзади реактора, показанного на фиг.1;

на фиг.3 схематично показан принципиальный вид элемента материала-носителя согласно изобретению.

Как показано на чертежах, биореактор 1 согласно изобретению содержит цилиндрический резервуар 2, предпочтительно имеющий круглое или эллиптическое поперечное сечение. Резервуар 2 снабжен средствами 5 подвода для подачи очищаемой воды и средствами 6 отвода для отведения очищенной воды, а также средствами 4 подачи среды, несущей реакционный газ, необходимый для процесса очистки. Текучую среду подают предпочтительно таким образом, что в очищаемой воде образуются пузырьки реакционного газа, например, в случае подачи воздуха образуются воздушные пузырьки, для доставки воздуха, необходимого для аэробного способа очистки, воздух из которых растворяется в воде, насыщая ее кислородом, необходимым для развития бактерий. Текучая среда может также содержать предварительно насыщенную воздухом воду, в которой воздух присутствует в виде пузырьков и/или в предварительно растворенном виде, что обеспечивает получение воды, насыщенной кислородом. В проиллюстрированном случае, приведенном только в качестве примера, средства 5 подвода и средства 6 отвода воды расположены на противоположных в продольном направлении концах резервуара 2, в верхней его части. Средства подвода и/или отвода могут располагаться в любом месте резервуара 2, но таким образом, чтобы подача очищаемой воды и отвод очищенной воды выполнялись с условием практически полного заполнения резервуара 2 в процессе очистки. На фигурах уровень воды обозначен буквой W. Подача очищаемой воды происходит предпочтительно постоянно, например, с использованием перед биореактором буферного водохранилища для сбора очищаемой воды и откачивания ее в режиме непрерывной подачи в биореактор посредством трубы 5. Предусмотрена также возможность подачи очищаемой воды в периодическом режиме, когда резервуар полностью наполняют очищаемой водой, затем подается струя воздуха для вращения и насыщения кислородом, а после окончания процесса очистки подачу воздуха прекращают, резервуар освобождают от очищенной воды и далее повторяют весь процесс.

Внутри резервуара находится материал-носитель 3, предусматривающий возможность развития на нем микроорганизмов с образованием биопленки. Материал-носитель может состоять, например, из одного элемента материала-носителя или из множества прочно соединенных элементов материала-носителя, или из множества отдельных элементов материала-носителя, причем, в последнем случае, элементы материала-носителя могут быть одинаковыми или разными по размеру, форме, плотности и/или другим свойствам.

В иллюстративном примере, показанном на фиг.1, резервуар заполнен множеством отдельных элементов материала-носителя 3 почти до 100% степени заполнения, таким образом, что указанные частицы могут вращаться вокруг продольной оси резервуара благодаря тому, что резервуар имеет круглое или эллиптическое поперечное сечение, двигаясь как целостный слой материала-носителя в определенном направлении вращения. Внутренняя поверхность резервуара 2 является по существу гладкой для обеспечения беспрепятственного вращения материала-носителя, при этом средства подачи воздуха расположены на внешней поверхности резервуара 2. В проиллюстрированном примере реализации средства 4 подачи воздуха расположены в подающих каналах 8, находящихся внутри защитного кожуха 7, который по меньшей мере частично окружает резервуар, причем каждое средство соединено с источником подачи воздуха посредством клапана (не показан). Каждый канал 8 предпочтительно содержит несколько средств подачи воздуха или выпускных элементов 4, расположенных последовательно по всей длине резервуара, но также может содержать один выпускной элемент, являющийся неотъемлемой частью канала и проходящий по всей длине резервуара. Каждый выпускной элемент 4 может быть снабжен элементом аэрирования, например мембраной, которая во время нормальной подачи воздушного потока позволяет потоку подаваемого воздуха проникать в резервуар, в то же самое время предотвращая поступление в канал 8 очищаемой воды, присутствующей в резервуаре. Мембрана помогает уменьшить размер пузырьков воздуха, а чем меньше размер пузырьков воздуха, тем меньше их способность удерживаться на поверхности воды, и поэтому пузырьки воздуха меньшие по размеру вращаются в реакторе более свободно, в одном направлении с элементами материала-носителя. Элемент аэрирования также может быть выполнен, например, в виде трубы, с отверстиями, или отверстий для воздуха в стенках биореактора. Спереди выпускных элементов может быть расположен защитный экран, предотвращающий повреждение биопленки при столкновении пузырьков воздуха с материалом-носителем. В соединении с отводящей трубой 6 предпочтительно расположена вентиляционная труба (не показана) для отвода из резервуара избыточного воздуха. Верхняя часть резервуара может быть снабжена маленькими вентиляционными отверстиями (не показаны), служащими для предотвращения возникновения воздушных полостей в верхней части резервуара, которые могут снизить скорость вращения воды в резервуаре, что приведет к повышению потребления энергии. Подобные вентиляционные отверстия предпочтительно соединены с вентиляционной трубой (не показана), расположенной, например, в соединении с отводящей трубой 6. Резервуар 2 предпочтительно установлен в горизонтальном положении, а каналы 8 расположены в продольной средней плоскости резервуара 2 и/или ниже ее. В случае, когда резервуар имеет, например, по существу круглое или эллиптическое поперечное сечение, выпускные элементы 4 можно разместить, например, в одной или нескольких позициях, соответствующих 3, 4, 5, 6, 7, 8 и 9 часам на обычном циферблате. В комплекте с реактором также предусмотрено логическое устройство управления, при помощи которого можно при необходимости закрывать клапаны подачи различных каналов. Таким образом, например, при закрытии каналов 8 с выпускными элементами, расположенными в положениях, соответствующих 6-9 часам, поток воздуха будет проходить через выпускные элементы, находящиеся в положениях соответствующих 3-5 часам, что приведет к вращению материала-носителя в резервуаре вокруг продольной оси резервуара. Такая периодическая активация вращения материала-носителя может происходить в течение 1 минуты каждого часа. Естественно, цикличность может быть совершенно иной как в отношении длительности вращения, так и частоты повторения. Более того, цикличность может быть нерегулярной. Другой вариант реализации реактора согласно изобретению заключается в выполнении постоянной подачи воздуха к элементам материала-носителя, вращающимся во время процесса очистки вокруг оси, для поддержания динамического устойчивого движения, эффективного для удаления осадка из реактора. В этом случае резервуар 2 снабжен только одним элементом аэрирования, предпочтительно установленным в положении, соответствующем 3 или 9 часам, причем данным элементом аэрирования может быть, например, один канал 8 подачи воздуха, снабженный выпускными элементами и проходящий по длине резервуара 2, причем выпускные элементы могут быть выполнены в виде отверстий для аэрации в стене резервуара 2, совмещенных с каналом. Если применяемая текучая среда включает жидкость, содержащую реакционный газ, причем реакционный газ находится уже в растворенном состоянии и по существу не содержит пузырьков газа, из которых реакционный газ должен сначала раствориться в воде, например, включает воду с растворенным воздухом, то подачу текучей среды можно выполнять по существу из любого места внешней поверхности резервуара, например из положения, соответствующего 12 часам.

Одним из достоинств решения согласно настоящему изобретению является предотвращение замедления микробиологического процесса, вызванного турбулентностью, которое случается в процессах с непрерывным движением элементов материала-носителя в случайных направлениях. Кроме того, можно значительно повысить степень заполнения по сравнению с процессами с использованием подвижного слоя. По сравнению с процессом с использованием неподвижного слоя, в котором материал-носитель во время очистки остается по существу неподвижным, решение согласно изобретению позволяет использовать элементы материала-носителя меньшего размера, имеющие большую площадь поверхности на единицу объема биореактора, что приводит к увеличению эффективности очистки. В процессе с использованием неподвижного слоя размер элементов материала-носителя должен быть относительно большим для предотвращения засорения осадком. Благодаря регулярному вращению материала-носителя согласно изобретению, происходящему в периодическом или постоянном режиме, не происходит накопления осадка, в отличие от способа с неподвижным слоем.

Другой режим работы биореактора согласно настоящему изобретению предполагает периодически полное прекращение подачи воздуха для перевода процесса очистки из аэробного режима в анаэробный, что позволяет использовать один и тот же реактор для денитрификации, при которой азот, присутствующий в виде нитрата, восстанавливается до газообразного азота (NO3 -→NO2 -→NO-→N2O→N2).

Биореактор согласно изобретению предусматривает возможность использования в качестве элемента очистительной системы для бытовых и фекальных сточных вод отдельного дома, причем перед биореактором располагают септическую секцию и анаэробную секцию, а затем в биореактор подают очищаемую воду для аэробной обработки. Предпочтительно за биореактором располагают второй аэробный биореактор, предусматривающий возможность выполнения нитрификации (Nh4→NO2 -→NO3 -), после чего воду подают для денитрификации. Наконец, очищенную воду подают в секцию осаждения фосфора и во вторичный отстойный резервуар. Очевидно, что биореактор согласно изобретению имеет широкий диапазон применения, и может, например, использоваться на канализационно-очистных сооружениях, автомойках, прачечных, в рыбных хозяйствах, а также, например, в устройствах очистки воды в плавательных бассейнах, в водных стоках мусорных отходов, очистки рудничных вод, промышленных вод, а также сточных вод газоочистителей дымовых газов и т.п. Также можно использовать несколько биоректоров последовательно и/или параллельно.

Еще одним способом реализации биореактора согласно изобретению является биореактор, резервуар которого разделен на две или более секции, причем некоторые из секций могут работать в аэробном режиме, т.е. иметь средства постоянной подачи воздуха, предусматривающие возможность вращения материала-носителя, пузырьков газа и воды во время очистки, а другие секции могут работать в анаэробном режиме. В анаэробном режиме подача текучей среды, обеспечивающая вращение является периодической или, по усмотрению, материал-носитель приводится в постоянное или циклическое вращательное движение посредством рециркуляции воды или иной среды, не содержащей растворенного кислорода и/или переносящих кислород газовых пузырьков в количестве, требуемом для аэробного процесса, при этом в стенке реактора имеются отверстия.

Вращение также может осуществляться благодаря текучей среде, отличной от воздуха, например воде, которая аэрирована до подачи в резервуар, содержащий очищаемую воду, причем воду подают таким образом, что содержащийся в ней воздух образует пузырьки в резервуаре, содержащем очищаемую воду. Предварительно аэрированная вода может также содержать воздух в по существу растворенном состоянии, в таком случае вода, насыщенная кислородом, несущая растворенный воздух, используется в аэробном процессе даже без существенного образования пузырьков. Очистку также можно осуществлять и с использованием других газов, отличных от кислорода, в таком случае подаваемая текучая среда может быть газом или смесью газов, отличных от воздуха, или текучей средой может быть вода или другая жидкость, содержащая реакционный газ.

Решение согласно настоящему изобретению можно реализовать не только с использованием цилиндрического продолговатого резервуара, но также с использованием резервуара по существу сферической формы, в котором материал-носитель вращается симметрично в одном направлении вокруг оси вращения, проходящей через центр сферы. Как описано выше, материал-носитель может состоять из, например, отдельного элемента или из множества прочно соединенных элементов материала-носителя, либо из множества отдельных элементов материала-носителя, причем при использовании множества элементов материала-носителя, последние могут быть как одинаковыми, так и отличаться друг от друга по размеру, форме, плотности и/или другим свойствам. Таким образом, если рассматривать вертикальное поперечное сечение, средства подачи воздуха расположены в позициях между 3 и 9 часами, таким образом, что вращательное движение предпочтительно осуществляется вокруг горизонтальной оси вращения. В качестве резервуара возможно также использование конструкционного элемента, имеющего форму эллипсоида или сфероида или, например, шайбы или диска, похожего на короткую трубу с по существу круглым поперечным сечением и длиной, примерно равной или меньшей, чем диаметр поперечного сечения.

Материал-носитель, используемый в биореакторе согласно изобретению, может состоять из ионита или содержать ионит, например керамический материал. Использование ионита усиливает денитрификацию, причем азот захватывается ионитом и поглощается бактериями. Предпочтительно, материал-носитель содержит полимерно-керамический композит, например полимер-цеолитовый композит.

Если количество воды в резервуаре составляет около 100%, например, при расположении труб подвода и отвода воды таким образом, что уровень воды находится выше резервуара, элементы материала-носителя тяжелее воды не могут покидать воду без принятия дополнительных мер, даже в том случае, если элементы носителя обладают чрезвычайно малыми размерами.

Элемент материала-носителя предпочтительно имеет сферическую форму для обеспечения оптимального вращения материала-носителя в резервуаре, а также оптимальной степени заполнения. Сферический элемент материала-носителя может быть таковым, какой, например, описан в патенте GB 2197308, причем очищаемая вода может протекать через элемент материала-носителя, или, например, представлять собой сплошной шар, имеющий на своей поверхности полусферические углубления, в которых развивается биопленка, не соприкасаясь с прилегающими элементами материала-носителя.

Альтернативной формой элемента материала-носителя является элемент 30 имеющий дисковидную форму, показанный на фиг.3 и 4, содержащий среднюю секцию 32, толщина которой меньше по сравнению с толщиной окаймляющей секции 31, причем на поверхности секции 32 сформированы пирамидальные выступы 33, увеличивающие площадь для роста биопленки по сравнению с гладкими частицами. В то же самое время выступы защищают биопленку от столкновения с прилегающими элементами материала-носителя. Средняя секция может быть также снабжена сквозными отверстиями. Диск 30 может иметь диаметр порядка 5 мм и толщину окаймляющей секции 31 около 1 мм, и плотность, равную примерно 1,1 кг/м3. Данные величины приведены в качестве рекомендаций, не ограничивающих объем настоящего изобретения. Форма, размер и плотность элементов материала-носителя может значительно отличаться от вышеописанных.

Использование элемента материала-носителя такого типа возможно также, например, в биореакторах с подвижным слоем.

1. Биореактор (1) для очистки воды, содержащий резервуар (2), оснащенный средствами (5) подвода для подачи очищаемой воды и средствами (6) отвода для отведения очищенной воды, причем указанный резервуар заключает в себе материал-носитель (3), предусматривающий возможность развития на нем биопленки, причем указанный резервуар оснащен также средствами (4) подачи среды, несущей реакционный газ, необходимый для процесса очистки, отличающийся тем, что поперечное сечение резервуара является круглым или эллиптическим, причем средства (6) отвода расположены в резервуаре (2) таким образом, что резервуар (2) во время процесса очистки, по существу, заполнен водой, причем средства (4) подачи текучей среды расположены на стенке резервуара, причем указанный биореактор также содержит средства управления для активации средств подачи текучей среды таким образом, что вращение материала-носителя, воды и среды, несущей реакционный газ, происходит вокруг оси вращения, проходящей, по существу, через центр поперечного сечения резервуара.

2. Биореактор по п.1, отличающийся тем, что материал-носитель (3) состоит из одного или более элементов материала-носителя, причем степень заполнения материалом-носителем (3) в резервуаре находится в диапазоне от более 70 до около 100%.

3. Биореактор по п.1, отличающийся тем, что материал-носитель состоит из множества элементов материала-носителя, причем степень заполнения резервуара материалом-носителем составляет около 100%, и таким образом, материал-носитель вращается в форме, по существу, непрерывного слоя вокруг оси вращения при подаче в резервуар указанной текучей среды.

4. Биореактор по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что внутренняя поверхность резервуара является, по существу, гладкой, обеспечивая беспрепятственное вращение материала-носителя вокруг продольной оси.

5. Биореактор по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что процесс очистки предусматривает возможность выполнения очистки аэробным способом, причем указанная среда, несущая реакционный газ, содержит воздух, способ подачи которого в резервуар, содержащий очищаемую воду, предусматривает образование пузырьков, воздух из которых растворяется в воде.

6. Биореактор по п.5, отличающийся тем, что вокруг резервуара (2) предусмотрен защитный кожух (7), закрывающий по меньшей мере часть резервуара и содержащий по меньшей мере один канал (8) подачи воздуха, который соединен с источником подаваемого воздуха посредством клапана, причем канал (8) оснащен средствами (4) подачи воздуха.

7. Биореактор по п.6, отличающийся тем, что средства (4) подачи воздуха, имеющиеся в канале (8), содержат множество выпускных элементов, расположенных последовательно вдоль протяженности канала.

8. Биореактор по п.7, отличающийся тем, что каждый выпускной элемент снабжен мембраной, позволяющей подавать поток воздуха в резервуар и при этом, по существу, препятствующей поступлению неочищенной воды из резервуара в канал (8).

9. Биореактор по п.6, отличающийся тем, что средства подачи воздуха содержат вентиляционные отверстия, выполненные в стенке резервуара (2) соосно с указанным, по меньшей мере одним каналом (8).

10. Биореактор по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что процесс очистки предусматривает возможность выполнения очистки анаэробным способом, причем средства управления выполнены с возможностью деактивации при необходимости средств подачи текучей среды в нужное время и/или с возможностью замены текучей среды текучей средой, по существу, не содержащей реакционный газ.

11. Биореактор по любому из пп.1-3, 6-9, отличающийся тем, что средства управления подачей текучей среды выполнены в виде логического устройства управления.

12. Биореактор по любому из пп.1-3, 6-9, отличающийся тем, что резервуар (2) представляет собой удлиненный цилиндрический или дисковидный конструктивный элемент, расположенный, по существу, горизонтально.

13. Биореактор по любому из пп.1-3, 6-9, отличающийся тем, что резервуар (2) представляет собой конструктивный элемент, имеющий форму, по существу, сферической или эллипсоидной поверхности вращения.

14. Способ биологической очистки воды в биореакторе, содержащем резервуар (2), оснащенный средствами (5) подвода для подачи очищаемой воды и средствами (6) отвода для отведения очищенной воды, причем указанный резервуар заключает в себе материал-носитель (3), предусматривающий возможность развития на нем биопленки, причем указанный резервуар оснащен также средствами (4) подачи среды, несущей реакционный газ, необходимый для процесса очистки, отличающийся тем, что поперечное сечение резервуара (2) биореактора, используемого по способу согласно настоящему изобретению, является круглым или эллиптическим, причем средства (4) подачи текучей среды расположены на стенке резервуара, причем способ включает подачу очищаемой воды в резервуар таким образом, что во время очистки резервуар практически заполнен водой, причем управление средствами подачи текучей среды осуществляют таким образом, что вращательное движение материала-носителя, воды и среды, несущей реакционный газ, происходит постоянно или периодически вокруг оси вращения, проходящей, по существу, через центр поперечного сечения резервуара.

15. Способ по п. 14, отличающийся тем, что способ включает использование материала-носителя, состоящего из одного или нескольких элементов, причем степень заполнения резервуара материалом-носителем (3) находится в диапазоне от более 70 до около 100%.

16. Способ по п.14 или 15, отличающийся тем, что процесс очистки выполняют аэробным способом, причем в качестве среды, несущей реакционный газ, используют воздух, который образует пузырьки в очищаемой воде, причем по меньшей мере некоторые из пузырьков воздуха вращаются вместе с материалом-носителем и водой вокруг указанной оси вращения.

17. Способ по п.14 или 15, отличающийся тем, что процесс очистки выполняют аэробным способом, причем в качестве среды, несущей реакционный газ, используют предварительно аэрированную воду, в которой воздух растворен и/или присутствует в виде пузырьков.

18. Способ по п.14 или 15, отличающийся тем, что процесс очистки выполняют анаэробным способом посредством деактивации средств подачи текучей среды в нужное время и/или замещения текучей среды текучей средой, по существу, не содержащей реакционный газ.

19. Элемент материала-носителя для осуществления способа биологической очистки воды по п.14, отличающийся тем, что элемент материала-носителя выполнен в форме диска или шайбы и содержит окаймляющую секцию (31), имеющую увеличенную толщину, и среднюю секцию (32), имеющую уменьшенную толщину, причем на поверхности указанной средней секции имеются конические или пирамидальные выступы (33) для увеличения площади роста биопленки.

www.findpatent.ru

---

• 
  Как согнуть пластиковую трубу
• 
  Интегрированные мойки
• 
  Гидроаккумулятор это
• 
  Котел для теплицы
• 
  Через сколько лет проводится поверка счетчиков горячей и холодной воды
• 
  Как делается воронка
• 
  Мировой рекорд плавание 50 метров
• 
  Шланг заливной
• 
  Замена ванны на душевую кабину
• 
  День пловца
• 
  Сброс сточных вод в водные объекты