Устройство для очистки канализационного воздуха от дурнопахнущих газов

Полезная модель относится к области охраны окружающей среды, а именно к области биологической очистки канализационного воздуха от ядовитых, вредных и неприятно пахнущих примесей, и может быть использовано для очистки выбросов в атмосферу вредных и дурнопахнущих летучих соединений на очистных сооружениях, канализационных насосных станций (КНС) и канализационных колодцев.
Система канализации - обязательный атрибут любого города. Как правило, это трубы большой протяженности. Сток канализации с отсутствием кислорода и активными процессами брожения содержит токсичные летучие соединения. Запах канализации в доме сильно влияет на нервную систему, снижает защитную функцию организма, приводит к стрессу. Это опасно не меньше, чем отравление организма химическими веществами. В связи с этим очень актуальна задача нейтрализации неприятных и вредных для здоровья газов в канализации. Специфический запах канализации стокам придают летучие вещества, продукты бактериального метаболизма белков и аминокислот. Главные компоненты, которые обеспечивают неприятный запах - это меркаптанты, аналоги сероводорода, азотсодержащая органика и аммиак.
Очистные сооружения - источники стойких и крайне неприятных запахов азотных и серных соединений, распространяющиеся на близлежащие территории и помещения. Причина возникновения столь неприятных запахов заключается в окислении содержащихся в стоках органических веществ. Вещества, находящиеся в воздухе, относятся к высоко токсичным, поэтому очистка воздуха и нейтрализация запахов от очистных сооружений представляет собой особое значение, как для экологии, так и для комфортной жизни персонала КНС и очистных сооружений, а также для жителей близлежащих домов
Процесс разложения органических веществ, содержащих азот протекает с участием микроорганизмов и приводит к выделению аммиака, сероводорода. Неполная минерализация продуктов разложения приводит к образованию трупных ядов, ароматических веществ индола и скатола, меркаптантов и сульфидов. Все эти вещества являются очень вредными для человека.
Технологическое развитие водопроводно-канализационной отрасли предполагает принятие мер по повышению безопасности и комфортности проживания людей в городах. При этом одной из главных задач является предотвращение распространения неприятных запахов на сооружениях систем канализации, которые образуются в системах канализации и в установках очистки сточных вод в результате гнилостных (анаэробных) процессов.
На настоящий момент существует несколько технологий очистки воздуха: поглотительная (активированный уголь), скрубберы (поглощение в жидкость), биоочистка, дожигание, каталитическая, фотокаталитическая и газоразрядно-каталитическая.
Наиболее приоритетным способом очистки воздуха от указанных запахов является метод биоочистки. Биофильтрация представляет собой относительно простой и экономичный процесс очистки отработанного воздуха, содержащего летучие органические соединения и неприятные запахи. При этом микроорганизмы разлагают вредные и пахучие вещества в такие безобидные продукты как двуокись углерода и воду. Эта реакция может протекать только тогда, когда вредные вещества из газообразного состояния переходят в жидкое, так как вода составляет жизненное пространство микроорганизмов. Именно поэтому переход вредных веществ в жидкое состояние является важнейшим фактором всех биологических методов. Выживают лишь те микроорганизмы, которые могут лучшим образом приспособиться к господствующим условиям и к питательной базе. При этом всегда речь идет о смеси из различных гетеротрофных видов, которые используют вредные вещества в воздухе как источник углерода и энергии.
В роли расщепителей выступают различные микроорганизмы, такие как бактерии или грибы. Предварительный отбор специально адаптированных монокультур или смешанных культур микроорганизмов обеспечивает более высокую эффективность очистки воздуха от соответствующих загрязнителей и сокращение сроков ввода установок в эксплуатацию
Биофильтры используются преимущественно для очистки воздуха. Чтобы гарантировать высокую микробную активность в фильтре, должны соблюдаться оптимальные условия для жизни микроорганизмов: уровень рН, влажность, температура и регулярное поступление питательного вещества. Практика показывает, что развивающиеся в биофильтрах микробные смешанные популяции очень выносливы, если соблюдать вышеперечисленные условия.
Известна система для очистки выбросов в атмосферу от канализационных очистных сооружений с утилизацией запахов, включающая воздуховоды для отвода загрязненного вредными веществами воздуха во всасывающие линии блока воздуходувок, содержащих воздуховоды вытяжной вентиляции для приема загрязненного воздуха от объектов загрязнителей, причем напорные линии воздуходувок, подключены к аэрируемым сооружениям (Патент РФ №83830,опубликованный 20.06.2009 г.).
Однако, применение известного устройства ограничено, т.к. его можно использовать только на очистных сооружениях или канализационных насосных станциях. Применение на объектах бытовой канализации: канализационных колодцев и септиков домов оно не применимо, т.к. требует достаточно большой площади для размещения оборудования.
3
Известен фильтр-поглотитель для очистки воздуха от токсичных веществ, содержащей цилиндрический корпус с дном и съемной крышкой с болтовым фланцевым соединением, впускным и выпускным патрубками, расположенные внутри корпуса осевую шпильку с поджимной гайкой и коаксиально с ним фильтрующий элемент и формованный сорбирующий блок в виде полого цилиндра из смеси углеродсодержащего сорбента (активированный уголь) с объемом микропор не менее 0,55 см/г, импрегнированного соединениями меди, хрома, серебра и триэтилендиамином, и взятого в количестве 30-40% об., химпоглотителя, пропитанного водным раствором сернокислого никеля и взятого в количестве 45-55% об., и термопластического полимера, взятого в количестве 14-16% об. (Патент РФ №2456058, опубликованный 11.02.2011 г.).
Недостатками этого фильтра поглотителя следует отнести относительно небольшой срок эксплуатации (12 месяцев), необходимость регенерации сорбирующих свойств активированного угля, т.к. угольный фильтр просто сорбирует вредные газы, а не удаляют их.
Для пористых сорбентов, к которым относится и активированный уголь, охлаждение до отрицательных температур может привести к возникновению конденсата и закупориванию пор сорбента и в дальнейшем к промерзанию всего сорбционного материала, перекрыванию льдом каналов прохода воздуха и в конечном итоге выходе из строя всего устройства очистки воздуха.
В журнале «Водоснабжение и санитарная техника» №10, 2013 г. в статье «Мероприятия по предотвращению распространения неприятных запахов на объектах», автор О.Н. Рублевская, ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» приведены сведения о том, что ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» внедряет и тестирует различные устройства газоочистки с целью предотвращения распространения неприятных запахов на сооружениях систем канализации. Проанализирован опыт эксплуатации эффективных технологий в области газоочистки на этих сооружениях. Определено, что на канализационных насосных станциях эффективно используются сорбционно-плазмокаталитические установки по очистке газов «СТОПКР» и биологические очистители воздуха «ОПВС», системы воздухоочистки ЦУФ-2000-400-И и угольные фильтры EMF польской компании «Ecol-Unicon».
Установка «СТОПКР» включает две ступени: первая - плазмохимический реактор (озонатор), вторая - каталитический реактор. В плазмохимическом реакторе газообразные вещества, проходя зону высоковольтного разряда в газоразрядных ячейках и взаимодействуя с продуктами электросинтеза, распадаются до безвредных соединений - углекислого газа и воды. Степень очистки зависит от величины удельной энергии, выделяющейся в зоне реакции. После плазмохимического реактора воздух подвергается финишной тонкой очистке в каталитическом реакторе. Синтезируемый в газовом разряде плазмохимического реактора озон попадает на катализатор, где сразу распадается на активный атомарный и молекулярный кислород. Остатки загрязняющих веществ (активные радикалы, возбужденные атомы и молекулы), не уничтоженные в плазмохимическом реакторе, разрушаются на катализаторе благодаря глубокому окислению кислородом.
При использовании сорбционно-плазмокаталитической установки «СТОПКР» достигнута стабильно высокая эффективность очистки воздуха по основным дурнопахнущим веществам. Эффективность газоочистки 90-98%.
К недостаткам этого метода следует отнести сложность установки и экономическую нецелесообразность его применения при входных концентрациях вредных веществ более 1 г/м.
Корпус угольного фильтра EMF польской компании «Ecol-Unicon». выполнен из полиэтилена. Внутри него находится камера с установленным сверху полиэтиленовым кольцом с периферийной резиновой прокладкой. Камера заполняется фильтрующей загрузкой (сетчатый мешок с активированным углем или биомассой). Импрегнированный активированный уголь AddSorb VA3 - это высокоактивный экструдированный загрузочный материал, который изготавливается путем активации паром отборных сортов угля. Он специально предназначен для поглощения сероводорода, метилмеркаптанов и органических запахов в паровой фазе. Тщательно контролируемое добавление химического реагента обеспечивает эффективное удаление загрязняющих веществ при сохранении хорошей физической адсорбционной способности. На фильтре имеется сифон с отстойной частью для отвода поверхностных сточных вод в колодец.
Учитывая то, что основным сорбирующим компонентом является активированный уголь, этому фильтру присущи те же недостатки, что и устройству по патенту №2456058, а кроме того, при необходимости замены фильтрующей загрузки меняется весь фильтрующий вкладыш с углем и биомассой (находятся в одном мешке), поэтому увеличивается расход биомассы.
Наиболее близким к предложенному по технической сущности и количеству совпадающих признаков является биологический очиститель «ОПВС» для очистки воздуха от токсичных веществ, который и был принят за прототип.
Устройство для очистки воздуха состоит из цилиндрического корпуса со съемной крышкой и отводом для подсоединения к круглым воздуховодам. Вентиляционная конусная крышка люка предназначена для защиты установки от механических воздействий и свободного выхода очищенного воздуха. В днище корпуса имеются отверстия для слива ливневых стоков внутрь шахты.
Основной элемент биологического очистителя «ОПВС» - фильтрующая биомасса, которая размещается одним слоем в объеме корпуса контейнера. В корпусе также предусмотрен отсек для напорного вентилятора, калориферов и системы орошения (при необходимости), устройств автоматики.
В очистителях воздуха «ОПВС» используется метод биофильтрации. Он основан на естественной способности микроорганизмов, образующих биологически активную пленку на поверхности твердого пористого носителя, извлекать из проходящего сквозь этот носитель воздуха примеси органических и неорганических летучих веществ, окислять и разлагать их до воды и углекислого газа. Далее эти вещества в растворенном виде диффундируют к микробным клеткам, включаются в них и подвергаются деструкции. В качестве носителя для фильтрующего слоя используются природные материалы, которые содержат различные минеральные соли и вещества, необходимые для развития микроорганизмов.
Срок службы биомассы 1-3 года, а эффективность очистки 97-99%
Недостатком фильтра «ОПВС» является забивание грязью фильтрующих элементов при эксплуатации, т.к. контеенер не снабжен крышкой. Это приводит к снижению его фильтрующей способности, поэтому необходимо разработать специальную крышку для защиты фильтрующих элементов от грязи.
Кроме того, давление или разряжение в колодцах или в коллекторах и соответственно в шахтах, создаваемое за счет движения воды, которая или поднимается и тогда возникает давление или уходит и тогда возникает разряжение. При разряжении холодный уличный воздух попадает в очиститель воздуха и нарушается температурный режим работы биологического блока, в результате чего эффективность очистки и срок эксплуатации его уменьшается.
Задачей предлагаемого решения является повышение эффективности очистки воздуха от вредных примесей и увеличение срока эксплуатации фильтра за счет исключения влияния холодного воздушного потока на режим работы его.
Технический результат достигается за счет того, что в известное устройство для очистки канализационного воздуха от токсичных (дурнопахнущих) газов, содержащее корпус с крышкой, в корпусе которого установлен фильтр, заполненный фильтрующим материалом и оборудованный узлами входа для загрязненного воздуха и выходом для очищенного, а также гидрозатворы для слива стоков, внесено изменение, а именно:
- оно дополнительно снабжено, по крайней мере, не менее одним обратным клапаном, установленным в корпусе устройства.
Кроме того, заполнение фильтрующим материалом может быть выполнено в контейнерном или кассетном исполнении, а в качестве биомассы используются природные материалы, которые содержат различные минеральные соли и вещества, необходимые для развития микроорганизмов.
Любой фильтр, биологический или сорбционный с активированным углем имеет аэродинамическое сопротивление и поэтому воздух, при наличии обратного клапана с маленьким аэродинамическим сопротивлением для прохода внутрь колодца, пойдет внутрь не через фильтр, а через обратный клапан. При возникновении давления в колодце обратный клапан будет закрыт и воздух пойдет наружу только через фильтр.
Количество обратных клапанов подбирается исходя из их производительности по воздуху и определяется суммарным количеством воздуха, которое может пройти через весь фильтр. Один обратный клапан может пропускать в зависимости от марки от 10 до 140 м3/час.
Выбор контейнерного или кассетного исполнения заполнения биомассой зависит от конкретных возможностей его применения, но следует учесть, что применение кассетного исполнения предпочтительней, т.к. позволяет в процессе эксплуатации заменять не всю биомассу, а только заменять отдельные кассеты.
Сущность полезной модели поясняется следующими фигурами 1-3.
На фиг. 1 представлена одна из возможных конструкций устройства для очистки воздуха.
На фиг. 2 условно представлено прохождение воздуха, содержащего вредные газообразные загрязнители, через очиститель во время наличия положительного давления в шахте относительно атмосферного воздуха.
На фиг. 3 условно представлено прохождение воздуха, через очиститель во время разряжения в шахте (камере).
Устройство (фиг. 1) представляет собой корпус 1, в котором размещены гидрозатворы 2, биофильтр 3, выполненный в кассетном варианте с заменяемой кассетой, причем каждая кассета наполнена биомассой, обратный клапан 4, петли 5 для установки и вынимания устройства из шахты автокраном, колодезный люк 6 и крышка люка 7, которая одновременно является и крышкой очистителя.
Работа устройства при наличии положительного давления в шахте относительно атмосферного воздуха осуществляется следующим образом (фиг. 2). Направление воздушных потоков (загрязненного и очищенного) указано стрелками.
Для использования очистителя воздуха 1 по назначению его необходимо установить внутри шахты (камеры). Очиститель воздуха предлагается располагать под грузовыми люками 7. Для этого предлагается закрепить на бетонных стенах шахт (камер) под грузовыми люками раму из нержавеющего уголка (на фиг. 1 не показано), на которую будет устанавливаться автокраном корпус очистителя воздуха. Между этой рамой и уголком, охватывающим снаружи корпус очистителя воздуха, должен быть закреплен резиновый уплотнитель, для препятствования прохождения воздуха в обход очистителя. Резиновый уплотнитель представляет из себя полосу из резины марки ТКМЩ ГОСТ7338-90. Уплотнитель приклеивается к металлическому уголку битумно-резиновой мастикой МБР-ОС-Х-150. Стыки между уголком и бетонной стенкой шахты должны быть промазаны герметиком (битумно-резиновой мастикой МБР-ОС-Х-150). Уголок к бетонной стенке крепится анкерными болтами.
Корпус 1 представляет собой ящик из нержавеющего листа, внутри которого в верхней части установлена рама из нержавеющего уголка (на фиг. 1 не показано). В корпусе предусмотрены хомуты для крепежа. Дно ящика выполнено из рамы с сеткой из нержавеющей стали. Снаружи, в верхней части ящика, по периметру расположен металлический уголок 8 (для установки корпуса на несущую раму, закрепляемую на бетонных стенках шахт под грузовыми люками 7. В верхней части корпуса 1 расположены петли 5 для установки и вынимания очистителя из шахты автокраном. В нижней части корпуса приварен профиль, для установки очистителя на ровную поверхность вне шахты в период монтажа и демонтажа, а также, в случае необходимости, в период работ эксплуатационных служб ГУП "Водоканал " под грузовым люком 7 шахт.
Гидрозатворы 2 позволяют проходить воде вниз колодца, а воздух с дурнопахнущими веществами проходит через кассеты 9 биофильтра 3. Выход кассеты 9 с биофильтром возвышается над верхним краем водоприемника гидрозатворов.
Во время давления в шахте (камере) воздух, содержащий вредные газообразные загрязнители, поступает сначала в нижнюю часть корпуса очистителя воздуха. Затем «грязный» воздух попадает в кассеты 9 с фильтровальным материалом и проходит очистку в слоях биомассы. Фильтрующий материал представляет из себя состав органических и неорганических сорбционных материалов и микробиологических препаратов. Микробиологические препараты это особый комплекс не патогенных микроорганизмов, утилизирующих вредные газообразные выбросы. Очищенный воздух выходит на поверхность через щели в грузовом люке 7.
Во время возможных разряжений в шахте (камере) (фиг. 3) наружный воздух будет поступать в шахту (камеру) через обратный клапан (клапаны) 4 очистителя воздуха, минуя слой с фильтровальным биоматериалом, поэтому температура воздуха не влияет на работоспособность биофильтра 3, т.к. обратный клапан обладает значительно меньшим аэродинамическим сопротивлением, чем фильтрующий слой биомассы. Наружный воздух будет проходить внутрь колодца, т.к. в шахте существует разряжение. Обратный выход уличного воздуха невозможен, т.к. для этой цели и установлены обратные клапаны.
Особенно это важно для периода отрицательных температур, так как биоматериал чувствителен к отрицательным температурам и при замерзании заметно ухудшает свои активные очистительные свойства. (В случае промерзания биомассы активные очистительные свойства смогут восстановиться только через несколько недель).
Вышеприведенное описание устройства является одним из возможных вариантов исполнения. Возможно отсутствие узла слива стоков и применение, в качестве фильтрующего материала, любого сорбента: активированного угля с любым наполнителем или биомасса, которая содержит различные минеральные соли и вещества необходимые для развития микроорганизмов.
Очиститель воздуха не требует постоянного обслуживания и надзора со стороны обслуживающего персонала. Периодическое техническое обслуживание установки заключается в следующем:
- очистка от мусора отверстий в крышке грузового люка, корпуса и уплотнителей - 1 раз в 6-12 месяцев (уточняется во время пусконаладочных работ);
- очистка от мусора и песка уплотнительной резиновой полосы - всякий раз перед установкой очистителя воздуха на посадочное место.
После завершения срока службы отработанная биологическая масса, представляющая собой продукт жизнедеятельности природных почвенных бактерий, подлежит захоронению как вещество 5 класса опасности на полигонах захоронения ила ГУП "Водоканал ", а адсорбционный материал регенерируется.
Выше приведен пример использования предлагаемого устройства на шахтах ливневых стоков, но они могут быть установлены в емкостях канализационных насосных станций и очистных сооружениях, причем при его использовании не требуется принудительная вентиляция.
Предлагаемое устройство обладает рядом преимуществ при сравнении с известными техническими решениями, т.к. является универсальным (может найти широкое применение не только для промышленности, но и в быту (домов, коттеджей и т.д.), причем при достижении более высокой эффективности очистки воздуха от дурнопахнущих газов (98-100%), а срок эксплуатации 5-7 лет.
В ближайшее время предлагаемое устройство очистки канализационного воздуха от дурнопахнущих газов будут устанавливать в ГУПах «Водоканалов», в первую очередь на объектах, оборудованных очистителями - прототипами.