БИОРЕАКТОР

Полезная модель относится к биологической очистке сточных вод и в частности к биологической обработке илового осадка, получаемого при биологической обработке сточной воды.
Известна Установка «Контакт» (см. С.В.Яковлев, Ю.В.Воронов «Водоотведение и очистка сточных вод»; М., Издательство Ассоциации строительных вузов, 2004 стр.649-650), содержащая аэротенк, эжектор, аэратор, трубопроводы подачи сточных вод и очищенной воды, циркуляционный насос и насос откачки очищенных сточных вод. Недостатком данной установки является низкая производительность и недостаточная очистка сточных вод по химическим и биологическим показателям и невозможность обрабатывать в ней смеси сточной воды с преимущественным количеством в ней илового осадка.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является биореактор, содержащий резервуар с узлом аэрации в виде эжектора с прикрепленной к его выходу аэрационной трубой, устройство обработки сточной воды кавитацией низкой интенсивности, трубопроводы подачи и отвода обрабатываемой жидкости (см. заявка России №2004131964, «Устройство для биохимической очистки сточных вод», C02F 3/20, опубл. 10.04.2006 г.)
Данный биореактор за счет обработки сточной воды, содержащей активный ил, кавитацией низкой интенсивности позволяет интенсифицировать процесс биологической обработки и добиться большей степени очистки воды, однако продолжительность обработки в реакторе остается значительной. сточной воды с преимущественным количеством в ней илового осадка.
Задачей создания и техническим результатом предлагаемого технического решения является увеличение производительности и сокращение времени обработки илового осадка сточных вод.
Указанный технический результат достигается тем, что известном биореакторе, содержащем резервуар с узлом аэрации в виде эжектора с прикрепленной к его выходу аэрационной трубой, устройство обработки сточной воды кавитацией низкой интенсивности, трубопроводы подачи и отвода обрабатываемой жидкости имеются отличия, а именно, резервуар выполнен с плоском дном и с возможностью его герметизации, снабжен регулирующим избыточное давление устройством в виде клапана, устройство обработки сточной воды кавитацией низкой интенсивности установлено вне резервуара на трубопроводе перед насосом, подающим сточную воду на аэрацию, заборные устройства трубопроводов установлены в верхних и нижних областях реактора, количество узлов аэрации составляет одну или более пар, аэрационные трубы на придонных концах выполнены с резким расширением, соосно с аэрационными трубами на дне резервуара установлены донные отражатели в виде конусов, а на внешних стенках аэрационных труб установлены отражатели в виде цилиндров и прикрепленных к ним конусов, обращенных вершинами вверх и вниз, при этом диаметры цилиндров и соответственно конусов увеличиваются к верху аэрационной трубы.
На фиг.1 условно показан продольный разрез биореактора. На фиг.2 и 3 показано устройство обработки кавитацией низкой интенсивности (продольный разрез и сечение А-А на фиг.2 соответственно).
Биореактор содержит резервуар 1, узел аэрации 2 в виде эжектора с прикрепленной к его выходу аэрационной трубой 3. Биореактор содержит одну или более пар узлов аэрации 2. Аэрационные трубы 3 на своих придонных концах 4 выполнены с резким расширением. Соосно с аэрационными трубами 3 на плоском дне 5 резервуара 1 установлены донные отражатели 6 в виде конусов, обращенных своими вершинами в сторону аэрационных труб 3. На внешних стенках аэрационных труб 3 установлены отражатели 7 в виде цилиндров и прикрепленных к ним конусов, обращенных вершинами вверх и вниз, при этом диаметры цилиндров и соответственно конусов увеличиваются к верху аэрационной трубы 3. Устройство обработки сточной воды кавитацией низкой интенсивности 8 установлено вне резервуара 1 на трубопроводе 9, перед насосом 10, подающим сточную воду на аэрацию. Резервуар 1 выполнен с возможностью его герметизации, снабжен запорной внешней арматурой 11 и запорной внутренней арматурой 12, регулирующим давление устройством 13 в виде клапана. Заборные устройства 14 трубопроводов 9 установлены в придонной нижней области, а также в верхней области реактора 1.
Устройство обработки сточной воды кавитацией низкой интенсивности 8 может быть выполнено в виде прямолинейного эксцентрически суженого до диаметра d участка 15 длиной L трубопровода 9 диаметра D, установленного перед центробежным насосом 10. Участок 15 снабжен цилиндрической камерой 16 разряжения, установленной непосредственно перед рабочим колесом (не показано) насоса 10, и устройством 17 для подачи воздуха, например, трубкой Пито, выход которой установлен в камере 16 разряжения. На внутренних стенках участка 15 трубопровода 9 установлены вдоль проточной части с наклоном по потоку профилированные элементы сопротивления 18 в форме фрагментов спирали Архимеда. Количество фрагментов спирали Архимеда зависит от объема подаваемой воды и должно быть не менее двух. Соотношение большего диаметра D участка 15 к его меньшему диаметру d равно 1,8-1,5, а соотношение длины L участка 1 к большему диаметру D составляет 1,5-2,0. В устройстве перед эксцентрически суженым участком 15 трубопровода 9 расположена аванкамера 19, имеющая конический и цилиндрический участки с пристенно расположенными лопастями 20. Длина аванкамеры 19 составляет 1,4-1,5 от длины эксцентрически суженого участка 15. Диаметр аванкамеры 19 составляет 1,2 от диаметра эксцентрически суженого участка 15, т.е. 1,2 D. Длина конической части аванкамеры 19 составляет 0,4 от длины эксцентрически суженого участка 15, а меньший диаметр равен диаметру входного трубопровода 9, т.е. d. Внутри аванкамеры 19 расположена камера турбулизации 21, имеющая коническую 22 и цилиндрическую (не обозначена) части. Длина конической части 22 камеры турбулизации 21 больше на десять процентов длины. конической части аванкамеры 19. Вершина конуса камеры турбулизации 21 обращена к входящему потоку, а цилиндрическая часть снабжена впускными отверстиями или соплами 23, расположенными по потоку. Число впускных отверстий или сопел не менее четырех. Диаметр цилиндрической части камеры турбулизации 21 равен большему диаметру D эксцентрически суженого участка 15.
Биореактор работает следующим образом. Перед герметизацией резервуара 1 открывают внешнюю запорную арматуру 11, заполняют резервуар 1, при этом обрабатываемая жидкость (смесь сточной воды с иловым осадком) прокачивается насосом 10 через устройство обработки сточной воды кавитацией низкой интенсивности 8 по трубопроводу 9, попадает в узел аэрации 2, смешивается с кислородом воздуха и по аэрационным трубам 3 попадает в придонную часть резервуара 1 на донные отражатели 6. Придонные концы 4 аэрационных труб 3 выполнены с резким расширением, что в совокупности с попаданием на отражатели 6 способствует турбулизации потока. Обрабатываемая жидкость поднимается вверх, обтекая аэрационные трубы 3 с установленными на их внешних стенках отражателями 7 в виде цилиндров и прикрепленных к ним конусов, обращенных вершинами вверх и вниз. За счет выполнения отражателей 7 увеличивающимися к верху по высоте аэрационной трубы, циркуляционные круги вокруг аэрационных труб расширяются, что способствует лучшему перемешиванию и протеканию процессов биохимического окисления в объеме резервуара 1. Лучшему же перемешиванию способствует снабжение биореактора парами аэрационных узлов 2 с аэрационными трубами 3. После заполнения резервуара 1, его герметизируют, закрывая внешнюю запорную арматуру 11, создавая в нем с помощью регулирующего давления устройства 13 в виде клапана требуемое избыточное давление. Проводят в биореакторе циркуляции, при этом обрабатываемую жидкость забирают через верхние или нижние заборные устройства 14, открывая тот или иной вентиль внутренней запорной арматуры 12. При этом устройство обработки сточной воды кавитацией низкой интенсивности 8 работает следующим образом. Поток перекачиваемой сточной воды с иловым осадком при биологической обработке на входе в аванкамеру 19 обтекает коническую часть 22 камеры турбулизации 21, все более суживаясь, в результате чего он ускоряется. Попадая на пристенные лопасти 20, его течение приобретает винтообразный характер и отклоняется к центру трубопровода. Далее поток попадает через отверстия или сопла 18 в камеру турбулизации 21, еще более ускоряясь, а затем в эксцентрически суженый участок 15,где элементы сопротивления 18 в форме фрагментов спирали Архимеда придают потоку дополнительно вращательную компоненту движения. Коэффициент дискретности потока уменьшается, разброс значений чисел кавитации по сечению потока уменьшается. В приграничных с лопастями рабочего колеса насоса 10 областях поток движется со скоростью и по направлению рабочего колеса, обтекая его. Тем самым, предотвращаются разрывы потока жидкости от столкновения жидкости с лопастями рабочего колеса насоса 10, и кавитация снижается. При подаче воздуха в камеру разряжения 16 от устройства 17 для подачи воздуха плотные потоки оттесняют водовоздушную смесь к периферии и снижают кавитационное воздействие на лопасти рабочего колеса насоса 10 и увеличивают окислительную способность увеличивается окислительная способность за счет получения гомогенного по числу кавитации сечения в потоке с низкими числами кавитации 0,01-0,05 и ниже. Одновременно увеличивается окислительная способность биореактора в целом.