МЕМБРАННЫЙ БИОРЕАКТОР ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

Полезная модель относится к глубокой биологической очистке сточных вод и может быть использована в коммунальном хозяйстве и различных отраслях промышленности в том числе, например, на предприятиях пищевой промышленности, химической, текстильной, в сельском хозяйстве и даже для очистки сточных вод на морских судах, для очистки бытовых и близких к ним по составу сточных вод, в частности, при очистке сточных вод малых населенных пунктов, и предназначена для повышения степени очистки от растворимых примесей и снижения энергозатрат на промывку составных частей единой технологической цепи.
Известна установка для очистки воды по патенту Российской Федерации №2144005, кл. В01D 36/00, 2000 г., в которой биореактор выполнен в виде колонны переменного сечения, в верхней части которой расположен отражательный разбрызгиватель, в средней - размещены элементы наживления, выполненные из полимерных материалов с высокоразвитой поверхностью и уменьшающейся по ходу движения воды плотностью упаковки, а в нижней - осадконакопитель с направляющими козырьками, конусное днище которого соединено со сборно-распределительной системой фильтра и сифоном.
Оборудование биореактора и осветительного фильтра одним сифоном позволяет снизить объем промывных вод и энергозатраты на промывку составных частей единой технологической цепи.
Но она имеет достаточно сложную конструкцию и используется в основном для предварительной очистки воды.
Известен биореактор - фильтр для очистки сточных вод по заявке №2000102012/20 от 24.01.2000 г., состоящий из камеры биореактора с наполнителем, снабженной переливным карманом с патрубком отвода промывной воды, расположенной на одной с ней вертикальной оси (камерой биореактора), камеры фильтра с зернистой загрузкой, снабженной патрубками отвода сточной воды и подвода промывной воды и приемной камеры смешения и аэрации с патрубками подачи сточной воды, реагента и сжатого воздуха, совмещенной с камерой биореактора и разделенной от нее перегородками, образующими лабиринтный ход. В камере биореактора наполнитель выполнен в виде легкосборных кассет, заполненных полимерным материалом объемной пространственной структуры, позволяющей получать для прикрепленной микрофлоры выраженную развитую поверхность, например, материал из неметаллических нитей, размещенных с образованием между ними ячеек, которые представляют решетчатые пространственные призмы. Кассеты с наполнителем расположены в камере биореактора на установочных полках в один или несколько плотных горизонтальных рядов по вертикали. Камера биореактора посредством конфузора соединена с камерой фильтра зернистой загрузки, имеющей меньшее поперечное сечение и объем, образуя между собой моноблок. В таком биореакторе - фильтре, в камере биореактора наращивается большой объем биомассы, что обуславливает повышенную окислительную мощность конструкции камеры.
Однако, в описанных выше конструкциях стоки, перед попаданием очищаемой сточной воды непосредственно в камеру биореактора, подвергаются процессу аэрации посредством стандартных схем аэрирования, представляющих собой аэрирующие устройства из перфорированных трубчатых и/или пористых трубчатых элементов или иных раздающих сжатый воздух устройств. Принцип, положенный в основу данного примененного типа аэрации - мелкопузырчатая воздушная продувка объема подаваемых в камеру биореактора очищаемых стоков.
Известен биореактор-фильтр для очистки сточных вод по патенту Российской Федерации №15295, кл. В01D 24/00, 2000 г., принятый заявителем за прототип. Он состоит из приемной камеры очищаемых стоков, камеры реактора с переливным карманом с размещенным в ней кассетным заполнением выполненным на основе полимерных материалов объемной пространственной конструкции, фильтра с зернистой загрузкой, соединенного с камерой биореактора в моноблок, биореактор-фильтр дополнительно снабжен установкой для аэрации жидкости, а в приемной камере очищаемых стоков расположены вертикальные и горизонтальные перегородки, образующие промежуточную камеру соединенную с камерой биореактора лабиринтным ходом, при этом установка для аэрации жидкости состоит из приемной колонны, установленной нижним концом в промежуточной камере на глубину 150-200 мм, в которой свободно расположено устройство для диспергирования жидкости связанное с циркуляционным насосом, всасывающим и напорным трубопроводами.
В основу получения углубленной аэрации очищаемой сточной воды положена вакуумная деструкция жидкости с ее последующим насыщением кислородом воздуха устройством для диспергирования жидкости.
Данный биореактор-фильтр имеет сложную конструкцию, представляющую собой законченную установку для очистки сточных вод, включающую в свой состав агрегаты, камеры, фильтры и систему аэрации, соединенные сложным технологическим процессом, которая обеспечивает в определенной степени качество очистки сточных вод.
Технической задачей полезной модели является создание универсального, но, в тоже время, предельно простого устройства, которое бы обеспечивало высокую степень очистки сточных вод без использования дополнительных операций очистки.
Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом решении мембранный биореактор для очистки сточных вод выполнен в виде моноблока, а камера выполнена двухсекционной в виде нижней секции и размещенной над ней верхней секции, подводящие патрубки системы аэрации размещены под нижней секцией камеры, а фильтр выполнен в виде кассеты, которая собрана из пластинчатых элементов - мембран и установлена вертикально в верхней секции камеры, снаружи у верхнего края камеры на верхней секции установлена мембранная труба, которая выполнена с возможностью соединения с каждым пластинчатым элементом - мембраной.
Кроме того, боковые грани каждой секции камеры выполнены из оргстекла.
Кроме того, пластинчатый элемент-мембрана выполнен пористым из органического материала, или неорганического.
Кроме того, пластинчатый элемент-мембрана выполнен из поливинилиденфторида, или из керамики.
Кроме того, биореактор выполнен в виде модульного блока, который выполнен с возможностью присоединения к нему второго и последующих модульных блоков и предназначен для глубокой биологической очистки сточных вод и использования в погружном положении.
Технический результат от использования предлагаемой полезной модели заключается в том, что он представляет собой гибкий блочный модульный элемент, занимает минимальную площадь и дает очень высокое качество очищаемой воды, а с увеличением числа соединенных вместе модульных блоков растет производительность установки, то есть тем большие объемы сточных вод может очистить она в единицу времени
На фиг.1 изображен мембранный биореактор для очистки сточных вод в сборе в изометрии, как модульный блок;
на фиг.2 - установка для очистки сточных вод с использованием ряда модульных мембранных биореакторов для очистки сточных вод.
Мембранный биореактор для очистки сточных вод представляет собой моноблок и содержит камеру, которая выполнена двухсекционной в виде нижней секции 1 и размещенной над ней верхней секцией 2. Секции 1 и 2 жестко соединены между собой. Боковые грани каждой секции 1 и 2 камеры закрыты оргстеклом.
В верхней секции 2 установлен фильтр, который выполнен в виде кассеты 3. Кассета 3 собрана из пластинчатых элементов-мембран 4 и установлена вертикально в верхней секции 2 камеры.
Снаружи у верхнего края камеры на верхней секции 2 установлена мембранная труба 5, которая выполнена с возможностью соединения с каждым пластинчатым элементом-мембраной 4 посредством гибких трубок 6. Причем на мембранной трубе 5 установлены штуцеры 7, а на каждом пластинчатом элементе-мембране 4 штуцеры 8.
Каждый пластинчатый элемент-мембрана 4 выполнен пористым или из органического материала, или неорганического, например, из поливинилидентфторида, или из керамики.
Мембраннй биореактор для очистки сточных вод снабжен насосами 9 и 10 откачки воды.
А также биореактор снабжен системой аэрации с подводящими воздух патрубками 11, которые размещены под нижней секцией 1 камеры биореактора.
Для осуществления обратной промывки пластинчатых элементов-мембран 4 биореактор снабжен третьим насосом 12 обратной промывки.
Мембранный биореактор для очистки сточных вод выполнен в виде моноблока, который можно применять как модульный блок в установках и больших системах глубокой биологической очистки сточных вод в погружном положении. Использование погружных мембранных модулей позволяет легко модернизировать сооружения биологической очистки без значительных конструктивных изменений.
Мембранный биореактор для очистки сточных работает следующим образом.
Поскольку предлагаемый биореактор выполнен таким, чтобы работать в погружном положении, его помещают в закрытую приемную емкость 13, в которую через патрубок 14 подают очищаемые стоки.
Установленный в приемной емкости 13 биореактор посредством трубопроводов подключают: к системе подачи воздуха посредством трубопровода 15 и посредством трубопровода 16 к насосам 9 и 10 откачки воды и к мембранной трубе 5. А насос 12 трубопроводом обратной промывки 17 соединен с трубопроводом 16. Причем трубопровод 16 снабжен краном 18 с электроприводом, а трубопровод обратной промывки 17 снабжен краном 19 с электроприводом, установленных в схеме трубопроводов для регулирования технологического процесса очистки сточных вод.
Мембранный биореактор для очистки сточных вод установлен в приемной емкости 13 и подключен к системе энергоснабжения. Через патрубок 14 подают очищаемые стоки. Для регулирования уровня очищаемых стоков в приемной емкости 13 установлен поплавковый выключатель 20, который установлен с возможностью выключения насосов 9 и 10 откачки воды и поддержания минимального рабочего уровня воды в приемной емкости 13. Идет очистка поступивших сточных вод.
Насосы 9 и 10 откачки воды в течение 8 минут откачивают воду, прошедшую через пластинчатые элементы-мембраны 4. При этом кран с электроприводом 19 закрыт, а кран 18 открыт.
После 8-минутной работы насосы 9 и 10 откачки воды отключают. Кран 18 закрывают, а кран 19 открывают и насос 12 в течение 2 минут прокачивает воду (пермиат) через пластинчатые элементы-мембраны 4 в обратном направлении. После чего цикл повторяется.
Материал пластинчатых элементов-мембран 4 с принятым размером пор обеспечивает достаточный порог отсечения загрязнений. Качество пермиата (очищенной воды) позволяет исключить из технологической схемы установки узел доочистки.
Накопление веществ на поверхности пластинчатых элементов мембран 4 контролирует система аэрации. Аэрация создает восходящие потоки, поддерживающие взвешенное состояние частиц, обеспечивает интенсивное барботирование поверхности пластинчатых элементов-мембран 4 пузырьками, предотвращая засорение пор активным илом и равномерно очищая поверхность пластинчатых элементов-мембран 4.
Для восстановления фильтрующей способности пластинчатых элементов-мембран и повышения трансмембранного давления с разной периодичностью проводятся следующие профилактические мероприятия:
- обратная промывка. Выполняют пропусканием пермиата противотоком через волокно мембран, что обеспечивает смыв загрязнений, закрепившихся на их стенках. Длительность обратной промывки через каждые 15 минут работы в режиме фильтрации.
- чистка внутренней структуры мембран реагентами заключается в обратной промывке пермиатом с добавлением химического раствора. Просачиваясь сквозь мембрану, реагент растворяет или выносит в резервуар со стоками мельчайшие частицы, осевшие в пористой структуре. Продолжительность такой обработки составляет 1 час. Она проводится 1 раз в 3-7 дней работы установки. Слабый раствор реагента не оказывает влияния на биоциноз активного ила.
- регенерация. Применяется для восстановления фильтрующей способности мембран и осуществляется путем замачивания их в химическом растворе. Длительность регенерации составляет 24 часа и требует остановки биореактора, а частота проведения 1-3 раза в год.
Использование предлагаемого технического решения позволило создать простое универсальное устройство, которое обеспечивает высокую степень очистки сточных вод без введения дополнительной операции очистки, а с увеличением числа соединенных вместе модульных блоков растет производительность установки, то есть тем большие объемы сточных вод может очистить она в единицу времени.
Мембранный биореактор для очистки сточных вод предлагаемой конструкции представляет собой законченный очистной комплекс. Он прост и удобен в монтаже и пуско-наладке, мобилен и эргономичен. Его можно монтировать как под землей, так и на поверхности, в любом закрытом объеме, при этом не нужно строить специальных бетонных сооружений.
Такие биореакторы, использующие для очистки пластинчатые элементы-мембраны, имеют следующие преимущества в сравнении с традиционными сооружениями:
- они дают очень высокое качество очищаемой воды;
- в них нет жесткой зависимости между временем пребывания воды и временем твердой фазы и возрастом активного ила;
- имеют высокую нагруженность сооружения;
- занимают меньшую площадь;
- в них нет опасности «вспучивания активного ила»;
- содержит меньшее количество избыточного активного ила;
- они имеют возможность выращивания новых форм биоценозов;
- они устойчивы к колебаниям концентраций загрязнений в исходной воде;
- обладают гибким блочно-модульным построением.
Мембранный биореактор для очистки сточных вод предлагаемой конструкции обладает особенностями:
- в результате замены вторичных отстойников мембранными модулями время пребывания воды в зоне отделения твердой фазы сокращается до минимального;
- задержание всех взвешенных веществ и части растворимых компонентов сточных вод в биореакторе обеспечивает очень высокое качество очищенной воды, отвечающее самым строгим требованиям на сброс или непосредственно для повторного использования;
- полное удержание микроорганизмов в биореакторе существенно изменяет условия автоселекции микроорганизмов.