БИОСОРБЕНТНЫЙ ФИЛЬТР ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ НЕФТЕПРОДУКТОВ

Полезная модель относится к системам очистки сточных вод и может использоваться в качестве необслуживаемых фильтров в системах ливневой канализации для предотвращения попадания нефтепродуктов в открытые водные источники.
В настоящее время в связи быстрым ростом количества автотранспортных средств, а, следовательно, и больших автостоянок, актуальным становится вопрос о ливневых стоках, в которых могут быть растворены смывы нефтепродуктов с улиц или автомобилей. Даже в небольших концентрациях, нефтепродукты могут оказывать губительное влияние на водные биоценозы. На сегодняшний день для решения проблемы очистки безнапорных (слаботекущих) ливневых вод от различного рода поллютантов, пытаются использовать различного рода сорбционные кассеты, которые могут обеспечивать неспецифическую задержку примесей. После непродолжительной эксплуатации, указанные кассеты нуждаются в изъятии и их последующей замене новыми. Использованные сорбционные кассеты требуют в зависимости от наполнителя или последующей регенерации или утилизации. По экономическим причинам, использование сорбционных кассет возможно лишь в больших городах развитых стран, которые могут позволить содержать специальные экологические службы, проводящие постоянный мониторинг ливневых стоков. Технической задачей заявляемого технического решения является разработка биосорбционных фильтров для сточных вод удовлетворяющих следующим требованиям:
- продолжительная работа фильтров в ливневых стоках в необслуживающем режиме эксплуатации без замены и регенерации;
- отсутствие необходимости в последующей регенерации или утилизации фильтров, а значит, и устранения постэксплуатационных расходов;
- высокая степень очистки сточных вод от нефтепродуктов, обеспечивающая безопасный слив сточных вод без дополнительной обработки в открытые водные источники;
- низкая себестоимость изготовления биосорбционных фильтров, что очень важно для начала их массового изготовления и применения.
Известен фильтр для очистки нефтесодержащих сточных вод (см. SU 1553166, МКИ C02F 1/40, 1990 г.), включающий цилиндрический корпус, расположенный между двумя неподвижными перфорированными перегородками, внутри которого находится эластичная фильтрующая нагрузка и перфорированный шнек, установленный с возможностью реверсивного вращения. Загрязненная нефтепродуктами сточная вода поступает в корпус фильтра и проходит через эластичную загрузку, на которой происходит сорбция частиц нефтепродуктов в объеме и на поверхности загрузки. Процесс регенерации фильтра осуществляется за счет прямого и реверсивного вращения шнека, что приводит к сжатию загрузки с выделением собранных нефтепродуктов в специальные отстойники.
Основными недостатками известного фильтра являются, во-первых, отсутствие достоверного контроля за степенью наполнения загрузки нефтепродуктами. Если известный фильтр установлен на автомойке и сброс воды через него регламентирован, то эмпирическим путем еще можно с невысокой вероятностью определять степень насыщения загрузки нефтепродуктами, а значит и время наступления необходимой регенерации загрузки. Если же сток воды осуществляется с территории открытой автостоянки, то степень насыщения нефтепродуктами загрузки во многом будет определяться количеством осадков, степенью загрязненности машин или асфальта под ними, количеством машин и т.п.
3
Во-вторых, для установки известных фильтров даже в небольшом городе, их количество может быть достаточно большим. Это связано с тем, что объем фильтра вряд ли будет более 1-1,5 м, что позволяет оператору делать отжим его загрузки в ручном режиме. При больших объемах необходимо устанавливать электромеханический привод, подводить мощный электрический кабель, создавать новые электрораспределительные сети и т.п. Предполагаемые расходы на указанные мероприятия будут столь велики, что всего бюджета города просто не хватит на функционирование экологически чистых ливневых стоков.
В-третьих, необходимо еще где-то утилизировать или перерабатывать отжатые из эластичной загрузки нефтепродукты, что также требует дополнительных расходов.
Известна установка для очистки сточных вод (см. SU 1640122, МКИ C02F 1/40, 1991 г.), взятая в качестве прототипа, включающая камеру для улавливания крупнодисперсных примесей и камеру для улавливания нефтепродуктов, выполненную в виде чередующихся полупогруженных и прикрепленных к днищу перегородок, установленных в русле стока воды. Поскольку нефтепродукты легче воды, они всегда будут плавать по поверхности воды и не смогут попасть в выходной коллектор, находящийся у днища камеры. Нефтепродукты отбираются с водной поверхности на регенерацию или сжигание.
Основными недостатками фильтра, использующего чередующиеся полупогруженные и прикрепленные к днищу перегородки являются, во-первых, ограниченный и строго регламентированный объем слива. При переливе воды через верхние края полупогруженных перегородок, фильтр перестает выполнять свои функции и сливает накопившиеся нефтепродукты.
Во-вторых, такой фильтр фактически является промежуточным отстойником, а значит нуждается в периодической чистке. Для этого должен быть предусмотрен штатный персонал, специальная техника для удаления, вывоза и переработке нефтепродуктов.
В-третьих, такая система фильтрации сточных вод возможна лишь в условиях положительных температур. В зимний период ливневые стоки могут подвергаться периодическому замерзанию и оттаиванию, а, следовательно, и несанкционированному сбросу накопленных нефтепродуктов.
Кроме того, предполагаемые расходы на функционирование системы фильтров для обеспечения экологической безопасности города могут оказаться столь большими для городского бюджета, что целесообразнее будет отказаться от такого проекта.
Задачей, решаемой заявляемым техническим решение является устранение указанных недостатков, а именно, обеспечение надежной фильтрации сточных вод в автономном режиме, что исключает необходимость проведения периодических регламентных работ, сбор и утилизацию собираемых нефтепродуктов.
Указанная задача в биосорбентном фильтре для очистки сточных вод от нефтепродуктов, включающем несколько расположенных друг за другом в русле ливневого стока панелей, решена тем, что панели выполнены из полимерного нетканого материала, на который нанесены микроорганизмамы-нефтедеструкторы.
Благодаря своей тонкой пространственной структуре, панель хорошо сорбирует на себя нефтепродукты, которые являются пищей для микроорганизмамов-нефтедеструкторов.
Для исключения прохождения сточной воды в обход установленным панелям, площадь каждой панели полностью перекрывает поперечное сечение русла ливневого стока.
Для повышения эффективности фильтрации нефтепродуктов, панель из полимерного нетканого материала выполнена в виде однослойного или многослойного плоского или гофрированного листа толщиной 10-100 мм, при этом для удобства установки панели состоящей из нескольких слоев полимерного нетканого материала, слои могут быть соединены между собой в единый мат.
Для сохранения жесткости панели при эксплуатации, панель может быть закреплена на жесткой рамке, в качестве которой может быть использована штампованная рамка из морозоустойчивой пластмассы или метала с антикоррозионным покрытием.
Для выравнивая скорости фильтрации между панелями и устранения напорного давления между панелями, толщина панелей по длине фильтра может быть различной.
Для повышения эффективности разложения нефтепродуктов, в качестве микроорганизмов-нефтедеструкторов использованы бактерии штаммов Acinetobacter, Enterobacter, Bacillus, Saccharomyces или их комбинации между собой, находящихся в лиофилизированном состоянии или водном растворе. Если бактерии находятся в лиофилизированном состоянии, то их можно заранее наносить на поверхности однослойных панелей или соединяемые поверхности листов многослойной панели. Если бактерии находятся в водном растворе их необходимо наносить непосредственно перед установкой панелей в фильтр.
Таким образом, заявляемое устройство позволяет продолжительное время функционировать в ливневых стоках в необслуживающем режиме, а сам фильтр эффективно очищает сливные стоки от нефтепродуктов, разлагая их по мере их адсорбции на фильтрующих элементах, при этом весь процесс разложения нефтепродуктов микроорганизмами-нефтедеструкторами начинается уже ранней весной при температурах таяния снега (выше +1°С) и без проведения дополнительной аэрации фильтра (бактериям Acinetobacter, Enterobacter, Bacillus, Saccharomyces для жизнедеятельности достаточно имеющегося в сточных водах кислорода).
На фиг.1 представлен продольный разрез сливной канавы, поясняющий сущность заявляемого технического решения, где: 1 - сливная канава; 2 - глухая крышка, подвижно закрепленная на шарнире 3; 4 - съемная прорезная крышка; 5 - сточное отверстие; 6 - сточная труба; 7 - съемные панели фильтра, установленные поперек сточного проема.
На фиг.2 представлен вид сверху сливной канавы с вырезом в глухой крышке, поясняющий принцип установки съемных панелей фильтра поперек сливной канавы, где: 7а и 7б - две части наборной съемной панели из нетканого материала, между которыми установлена жесткая рамка 8; 9 - продольная стенка сливной канавы; 10 - выемка в стенке 9 для установки съемной панели.
На фиг.3 представлен вид жесткой рамки 8, повышающей жесткость панели, где: 11 - отштампованный каркас рамки с отверстиями 12 для закрепления на рамке листов полимерного нетканого материала.
Заявляемое устройство работает следующим образом. В специально оборудованной сливной канаве 1 в поперечных выемках 10 устанавливают съемные панели 7, например, в виде двух половинок 7а и 7б, между которыми установлена жесткая рамка 8, а на соединяемые поверхности половинок 7а и 7б нанесены в лиофилизированном состоянии микроорганизмы-нефтедеструкторы. После этого канава 1 закрывается глухой крышкой 2 и съемной прорезной крышкой 4, через которую в канаву 1 будут попадать сточные воды. Для предотвращения забивания сточной канавы крупным мусором, на съемной крышке 4 может быть установлен (подвешен) фильтр грубой очистки (на фиг.1 он условно не показан). Ливневые воды через крышку 4 попадая в канаву 1 начинают заполнять все пространство, вплоть до первой по счету от прорезной крышки 4 съемной панели 7. Поскольку каждая из панелей 7 представляет для воды некое гидравлическое сопротивление, то максимальная высота набора воды в канаве будет у первой из панелей 7. За счет повышения уровня воды от дна канавы до какого-то максимального значения, определяемого величиной потока сточных вод, панели будут промокать, а содержащиеся между их слоями микроорганизмы-нефтедеструкторы реактивироваться. Для ускорения их реактивации и роста, панели могут быть предварительно пропитаны питательными веществами, например, глюкозой. Основной пищей бактерий будут находящиеся в воде нефтепродукты, которые будут сорбироваться на панелях 7. Жизнедеятельность бактерий штаммов Acinetobacter, Enterobacter, Bacillus, Saccharomyces начинается с температуры +1°С и достигает своего оптимума при температурах свыше +7°С. Количество панелей в фильтре определяется степенью загрязнения сточных вод нефтепродуктами.
В нижеприведенных примерах приведены выполнения заявляемого устройства.
Пример 1. Была изготовлена кювета из оргстекла объемом 2 л, имитирующая представленную на фиг.1 сливную канаву, в которую были установлены четыре двухслойные съемные панели, выполненные из 10 мм нефтесорбирующего материала «Мегасорб». Листы материала были закреплены с двух сторон на металлической рамке размерами 200×200 мм. В качестве ливневых вод использовалась водная эмульсия с концентрацией машинного масла 3 мг/л. За один цикл очистки эмульсии, на выходе фильтра была получена концентрация примесей нефтепродуктов около 0,09 мг/л, т.е. вода допустимая к сбросу в открытые источники. После испытаний, панель была погружена в рабочий раствор штаммов двух бактерий Acinetobacter и Bacillus и в этом растворе находилась 15 дней при температуре 10-12°С. За это время до 70% адсорбированных нефтепродуктов были переработаны до физиологически неактивных метаболитов.
Пример 2. Была изготовлена кювета из оргстекла, аналогичная приведенной в примере 1, в которую были установлены четыре двухслойные съемные панели, выполненные из 25 мм нефтесорбирующего материала «Мегасорб». Листы материала были закреплены с двух сторон на металлической рамке размерами 200×200 мм. В качестве ливневых вод использовалась водная эмульсия с концентрацией машинного масла 5 мг/л. За один цикл очистки эмульсии, на выходе фильтра была получена концентрация примесей нефтепродуктов около 0,06 мг/л. После испытаний, панель была погружена в рабочий раствор штаммов четырех бактерий Acinetobacter, Еnterobacter, Bacillus, Saccharomyces и в этом растворе находилась 15 дней при температуре 12-15°С. За это время до 85% адсорбированных нефтепродуктов были переработаны до физиологически неактивных метаболитов.
Таким образом, заявляемое устройство позволяет эффективно работать в качестве необслуживаемого фильтра в ливневых стоках, обеспечивая при этом режим самоочищения от нефтепродуктов, адсорбированных на панелях фильтра.