МОДУЛЬ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ВОДЫ ДЛЯ УСТАНОВОК ЗАМКНУТОГО ВОДОИСПОЛЬЗОВАНИЯ

Предлагаемый модуль биологической очистки воды (МБО) может быть использован в установках замкнутого водоиспользования (УЗВ) различных типов, объемов и назначения. Предпочтительно его использование для УЗВ в аквакультуре, эксплуатация которых предполагает достаточно высокую интенсивность водообмена.
Повышение производительности УЗВ, в условиях высоких плотностей посадки, в сочетании с интенсивным кормлением, гидробионтов требует высокой степени аэрации и очистки оборотной воды от растворенных в ней метаболитов (продуктов жизнедеятельности гидробионтов), при сохранении интенсивного водообмена.
Известна установка для биологической очистки сточных вод, содержащая, по меньшей мере, один биофильтр с плоскостной загрузкой; системы подачи и выведения очищаемых вод; систему орошения; сборник очищенной воды; емкость для сбора осадка; циркуляционный насос, связанный с системой орошения; при этом биофильтр снабжен расположенной в днищевой части корпуса осадительной емкостью, внутри которой с возможностью вращения вокруг вертикальной оси закреплено заборное устройство, обеспечивающее вывод осадка (патент RU №93388, МПК C02F 3/06 (2006.01), C02F 101/16 (2006.01)). Циркуляционный насос связан со сборником очищенной воды; осадительная емкость дополнительно содержит средство отвода жидкой фазы очищаемых вод в сборник очищенной воды, а заборное устройство связано с емкостью для сбора осадка и включает скребковый механизм, обеспечивающий отвод твердой фазы очищаемых вод из осадительной емкости. Заборное устройство включает патрубок, жестко установленный в центре осадительной емкости с зазором относительно днища, и скребковый механизм, содержащий скребок и привод с цевочным механизмом вращения, обеспечивающим вращение скребка вокруг патрубка.
Известна установка для глубокой очистки сточных вод от органических веществ и солей аммонийного азота, включающая блок механической очистки, биофильтр первой ступени, разделенный по высоте на две зоны, верхнюю аноксидную зону, загруженную плоскостной жесткой засыпной загрузкой, и нижнюю аэробную зону с плоскостной жесткой блочной загрузкой, приемный резервуар с погружным насосом, биофильтр второй ступени, аналогичный по конструкции биофильтру первой ступени, отстойник, трубопроводы подвода исходной сточной воды, отвода очищенной воды и отработанной биопленки, систему рециркуляции смеси воды с биопленкой, насосную станцию системы рециркуляции, отличающаяся тем, что от подводящего трубопровода исходной воды предусмотрен отвод к биофильтру второй ступени в аноксидную зону, а между биофильтрами оборудован промежуточный отстойник, от которого предусмотрена дополнительная система рециркуляции воды с биопленкой в аноксидную зону биофильтра первой ступени (патент RU №125188, МПК C02F 3/02 (2006.01)).
Наиболее близкой к заявляемой модели является модуль системы водоснабжения для выращивания рыбы, содержащий рыбоводные бассейны, теплообменник, бактерицидные ультрафиолетовые лампы, насос циркуляции воды, распылители сжатого атмосферного воздуха, оксигенатор, денитрификатор, трубопроводы и механический фильтр, отличающийся тем, что механический фильтр, денитрификатор, биореактор, теплообменник, бактерицидные лампы и оксигенатор расположены в одном узле водоочистки в центре между рыбоводными бассейнами, а биореактор заполнен пластиковым гранулированным наполнителем и огражден перфорированным металлическим листом, при этом денитрификатор и оксигенатор расположены под землей (патент RU №86406), МПК А01К 61/00 (2006.01)). В этом устройстве предприняты попытки объединить отдельные узлы, расположив их в центре между рыбоводными бассейнами и тем самым упростить конструкцию, и снизить энергопотребление, однако устройство остается сложным, громоздким и энергоемким.
К недостаткам этих устройств относится их громоздкость и, как следствие, нерациональное использование полезных производственных площадей, а также значительные затраты на их монтаж и эксплуатацию.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение компактности и экономичности модуля биологической очистки воды для установок замкнутого водоиспользования, при сохранении качества очистки воды в соответствии с требованиями аквакультуры.
Для достижения технического результата предлагается модуль биологической очистки (МБО) воды для установок замкнутого водоиспользования, состоящий из прямоугольной емкости, разделенной на отсеки, разграниченные друг от друга вертикальными перегородками, параллельными наименьшей стороне прямоугольной емкости, насос с разводкой перекрываемых труб для подачи воды в приемный и распределительный отсеки, и компрессор с разводкой воздуховодных труб, соединенных с диффузорами, расположенными во всех отсеках, кроме приемного отсека, расположенного в центре емкости МБО. Относительно него симметрично расположены два отсека анаэробной биологической очистки, а слева и справа от них находится не менее одной пары отсеков аэробной биологической очистки, содержащих транспортные зоны. Снизу и сверху отсеки анаэробной биологической очистки и отсеки аэробной биологической очистки ограничены сетчатыми перегородками.
Транспортные зоны образованы вертикальными перегородками, установленными с зазором то сверху, то снизу, обеспечивая тем самым подачу воды в отсеки, то сверху, то снизу. Распределительный отсек образован перегородкой, расположенной вдоль наибольшей поверхности прямоугольной емкости и вертикальными перегородками. Распределительный отсек имеет патрубки, позволяющие осуществлять сброс воды из отсека. Транспортные зоны отсеков аэробной очистки обеспечивают последовательную связь этих отсеков между собой и с распределительным отсеком, снабженным, в верхней своей части, как минимум, тремя горизонтальными уровенными патрубками, соединенными с вертикальной сбросной трубой. Дно всех отсеков выполнено наклонным по направлению движения воды от центра к внешнему ее краю. Приемный отсек и распределительный отсек снабжены УФ-лампами, для более эффективной антибактериальной обработки. Сетчатые перегородки, расположенные в анаэробном отсеке и аэробных отсеках биологической очистки, удерживают наполнитель, расположенный в них, предотвращая его попадание в распределительный отсек.
Заявляемый модуль имеет общие существенные признаки с прототипом, а именно:
отсек аэробной очистки эквивалентен биореактору,
отсеки аэробной биологической очистки эквивалентен денитрификатору,
расположенные в одном узле водоочистки совпадающий признак;
бактерицидные ультрафиолетовые лампы совпадающий с УФ-лампами;
насос циркуляции воды совпадающий признак,
распылители сжатого атмосферного воздуха эквивалентен диффузорам,
биореактор (отсек аэробной биологической очистки) заполнен пластиковым гранулированным наполнителем-совпадающий признак.
Отличительными признаками являются:
наличие распределительного отсека;
связи всех отсеков приемного, анаэробной биологической очистки, аэробной биологической очистки, распределительного;
транспортные зоны;
их взаимное расположение относительно друг друга;
наличие общей емкости, в которой расположены все отсеки;
как образованы отсеки - наличие перегородок, одна из них расположена вдоль наибольшей поверхности прямоугольной емкости и вертикальными перегородками, параллельными наименьшей стороне прямоугольной емкости;
распределительный отсек имеет патрубки, позволяющие осуществлять сброс воды из отсека;
распределительный отсек снабжен в верхней своей части, как минимум, тремя горизонтальными уровенными патрубками, соединенными с вертикальной сбросной трубой;
дно всех отсеков выполнено наклонным по направлению от центра к внешнему краю емкости;
сетчатые перегородки, расположенные в анаэробном отсеке и аэробных отсеках биологической очистки.
На фиг. 1 схематично представлен вид МБО сверху, на фиг. 2 - схематично представлена фронтальная проекция МБО, на фиг. 3 - схема распределительного отсека МБО (фронтальная проекция).
Модуль биологической очистки для УВЗ содержит приемный отсек 1, симметричные относительно него отсеки анаэробной биологической очистки 2 и отсеки аэробной биологической очистки 3 с транспортными зонами 4, распределительный отсек 5, размещенные в емкости 6. Распределительный отсек 5 образован перегородкой 7, расположенной вдоль наибольшей поверхности прямоугольной емкости 6, и вертикальными перегородками 8, параллельными наименьшей стороне прямоугольной емкости 6. Чередование вертикальных перегородок с зазором 9 снизу и с зазором 10 сверху определено созданием потоков подачи воды в отсеки то сверху, то снизу. Кроме того, отсеки 2 и 3 имеют горизонтальные сетчатые перегородки 11, все отсеки имеют уклон дна 12; перекрываемые трубы 13 для сброса отработанной воды из отсеков; уровенные патрубки 14, соединенные с вертикальной водосбросной трубой 15 распределительного отсека 5; патрубки 16 для вывода воды из распределительного отсека 5, разводка перекрываемых воздуховодных труб 17 для аэрации отсеков 3 и распределительного отсека 5; диффузоры 18; УФ-лампы 19, насос 20; разводка перекрываемых труб 21 для подачи воды из накопительной емкости 23 в приемный 1 и распределительный отсеки 5. Компрессор 22 соединен с разводкой воздуховодных труб 17 и диффузорами 18 и обеспечивает аэрацию отсеков, кроме приемного 1.
2
3
4
3
2
3
-
-
+
-
-
Рассмотрим работу МБО. Для этого следует установить насос 20, например погружного типа, в накопительной емкости 23 для предварительно прошедшей механическую очистку воды, и соединить его с разводкой перекрываемых труб 21. Компрессор 22 соединяем с разводкой воздуховодных труб 17. Включаем насос 20, по разводке перекрываемых труб 21 подаем воду в приемный отсек 1, вода, перемещаясь в нисходящем направлении, проходит первичную УФ-обработку, за счет расположенных здесь вертикальных погружных УФ-ламп 19 и делится на два потока. Обтекая перегородки 8 с зазором 9 снизу, оба потока воды поступают в соответствующие отсеки 2 анаэробной биологической очистки, загруженные неподвижным наполнителем - субстратом для анаэробной микрофлоры, обеспечивающей очистку воды, по мере ее подъема в отсеках 2, от соединений NO  и NO . Сетчатые горизонтальные перегородки 11 удерживают наполнитель, расположенный в них, предотвращая его перемещение между отсеками 2, 3 и попадание в распределительный отсек 5. Обтекая перегородки 8 через зазор 10 сверху, вода поступает в отсеки аэробной биологической очистки 3, одновременно заполняя их транспортные зоны 4. Подвижный наполнитель в отсеках 3 аэробной биологической очистки обеспечивает очистку воды, по мере ее нисходящего перемещения, от соединений NH /NH, путем их окисления до форм NO  и NO . Сетчатые горизонтальные перегородки 11 удерживают наполнитель, расположенный в отсеках аэробной биологической очистки 3, предотвращая его перемещение между отсеками и попадание в распределительный отсек 5. Вода переливаясь, заполняет распределительный отсек 5, где через уровенные патрубки 14 и вертикальную водосбросную трубу 15 излишки воды, при превышении ею максимально допустимого в распределительном отсеке 5 уровня, возвращаются в накопительную емкость 23.
Компрессор 22 с разводкой воздуховодных труб 17 и диффузорами 18 обеспечивает постоянную аэрацию в отсеках 3 аэробной биологической очистки и распределительном отсеке 5. Эффективность аэрации и аэробной биологической очистки обеспечивается движением потоков воды и воздуха в отсеках 3 и 5 МБО во встречном направлении (так называемый принцип противотока), что усиливает эффективность этих процессов как напрямую, так и за счет приведения в движение наполнителя, под действием потоков воды и воздуха.
Уклон дна 12 отсеков, взаимное расположение поперечных вертикальных перегородок 8, обеспечивают подъем воды в отсеках анаэробной биологической очистки 2 и транспортных зонах 4 предполагают осаждение взвешенных в воде мелкодисперсных механических загрязнений, не задерживаемых при механической очистке и накопление этого осадка в самых глубоких участках отсеков. Удаление осадка из отсеков обеспечивается через перекрываемые трубы 13 для сброса отработанной воды из отсеков.
Через патрубки 16 для вывода воды из распределительного отсека 5 биологически очищенная, обработанная УФ-излучением и аэрированная вода поступает в УЗВ.
Общие габариты заявляемого МБО, размеры отсеков и транспортных зон, требуемое количество отсеков аэробной биологической очистки и материалы для изготовления модуля могут варьироваться, в зависимости от общего объема производственных емкостей, требуемой пропускной способности, мощности и производительности.
Таким образом, представленный МБО позволяет, без значительных потерь в качестве биологической очистки воды, полностью отказаться от отдельных и самостоятельных конструктивных элементов УЗВ, таких как: фильтр аэробной биологической очистки, транспортный канал, аэроканал, денитрификационный фильтр, блок антибактериальной обработки, коллектор перед подачей воды в бассейны, занимающих потенциально полезную производственную площадь, пространствено и функционально объединив их в одном модуле, совмещающем функции механической, аэробной и анаэробной биологической очистки, антибактериальной обработки, аэрации, а также водонапорную и водораспределительную функции, требующей минимума электрооборудования эксплуатации.