Плавающая фильтрующая насадка

Полезная модель - плавающая фильтрующая насадка, далее ПФН, относится к конструктивным элементам оборудования для биологической очистки сточных вод, далее СВ, и может быть использована при аэробной и анаэробной обработке воды в очистных сооружениях, жироуловителях, биореакторах в качестве механического и, одновременно, биологического фильтра для удаления взвешенных веществ, твердых включений, жиров, нефтепродуктов и органических соединений.
Известен биореактор с прикрепленной микрофлорой на псевдоожиженной насадке [(1) - Водоснабжение и санитарная техника №5, 1995, стр. 27-29], в качестве которой используют кварцевый песок, активированный уголь, кусочки лавы, стекло, пластмассовую крошку из гранулированного полиэтилена или полистирола, газонаполненный алюмосиликат, инертный к загрязняющим веществам. Эти насадки иммобилизированы биоценозом микроорганизмов, благодаря движущемуся снизу вверх потоку сточных вод поддерживаются в состоянии псевдоожижения - кипящего слоя.
На эффективность очистки оказывают влияние: природа, размеры и поверхность элементов насадки, а также размеры биореактора (оптимальным соотношением высоты к диаметру являются 3:1-5:1, степень рециркуляции воды через фильтрующую насадку 4-8). Перечисленные показатели существенным образом увеличивают энергозатраты, расход металла, затраты на изготовление и монтаж реактора.
Известны биореакторы [(2) - Водоснабжение и санитарная техника №6, 1998, стр. 10-13], где биопленка закрепляется на погруженную в воду насадку: трубчатого, ленточного, плоскостного и сетчатого типа с ячейками размером 10×10 мм.
3
3
3
3
3
По технико-экономическим показателям наиболее перспективным видом является сетчатая насадка. Ее количество на 1 м загрузки составляет 0,75 кг/м (для ленточной - 30 кг/м, плоскостной - кг/м, «Ершей» - 10 кг/м); удерживающая способность ила сетчатой насадки составляет - 4500 г/кг (что для ленточной - 220 г/кг, плоскостной - 450 г/кг, «ершей» - 400 г/кг).
Высокие показатели сетчатой насадки объясняется тем, что активный ил закрепляется на всех ее нитях довольно толстым слоем до 3 мм. Такая насадка не засоряется, легко регенерируется и не обрывается, как «ерши».
Недостаточно высокая эффективность очистки воды с использованием сетчатой насадки обусловлена ее размещением по всей площади сечения реактора, в то время как распределение потока сточной воды, концентрации загрязняющих веществ неравномерно в объеме и, следовательно, по площади размещения сетки.
Известна насадка биореактора для очистки сточных вод (SU 1836418 A3 С12М 1/40). Сущность изобретения: насадка биореактора выполнена из пластичного полимерного материала с адсорбционно-хемосорбционным свойствами. Насадка представляет собой ерши, волокна которых состоят из нескольких или по меньшей мере двух элементарных профилированных нитей, скрученных в одну комплексную нить, имеющую в поперечном сечении произвольный геометрический профиль, например в виде многоугольника, круглой формы или в виде кольца.
Различные конструкции нити, а именно: имеющие поперечное сечение в виде многоугольника, в виде круга, в виде кольца, из которых формируется ершовая насадка, не обеспечивают эффективность очистки СВ по сравнению с сетчатой насадкой [см. 2].
Известен биореактор для обработки природных вод (RU 2194672, C02F 3/10, C02F 3/08). Насадка выполнена в виде рулона из капроновой нитяной сетки (дели) и объемной сетки, в поперечном сечении представляющего собой двойную архимедову спираль с шагом, равным толщине сеток, установленного в корпусе с возможностью вращения вокруг вертикальной оси и оснащенного крыльчаткой, закрепленной в нижней части рулона на уровне патрубка подвода обрабатываемой воды, тангенциально соединенного с конической частью корпуса.
Предлагаемая конструкция насадки способствует процессу быстрой кольматации поверхностного слоя и, следовательно, возникновению затора фильтрации сточной воды, эффективность очистки СВ не может быть получена.

Поставленная задача достигается тем, что в качестве плавающей фильтрующей насадки из полимерного материала используется нетканый материал объемно-волокнистого строения, обладающий гидрофобными свойствами, имеющий сорбционную емкость к нефтепродуктам и жирам, обеспечивающий их коалесценцию, высокую адгезию по отношению к биоценозу микроорганизмов пробиотического типа - Биоутилизатор.
Плавающая фильтрующая насадка, имеющая поверхностную плотность  от плотности очищаемой воды и толщину слоя, обеспечивающего сорбционную емкость в режиме фильтрации не менее 10 кг/кг жира или нефтепродукта в исходной сточной воде, выполняется из элементов в форме шестиугольника, площадь которых превышает толщину материала и диаметр выпускного отверстия очищенной воды из резервуара. Шестиугольная форма насадки показана на Фиг. 1, обеспечивает максимально возможное послойное заполнение поперечного сечения в любом размещающем объеме резервуара.
Формирование каждого слоя ПФН из отдельных элементов - шестиугольной формы позволяет увеличить в 3,6 раза площадь фильтрации за счет боковых поверхностей каждого элемента, см. Фиг. 1, где а - толщина и сторона шестиугольника.
Площадь правильного шестиугольника равна:
2
Площадь боковой поверхности шестиугольника: S=6⋅а
Общая площадь фильтрации будет:
Увеличение площадь фильтрации ≈ в 3,6 раза.
Второй слой фильтрующей насадки и все последующие слои выполняются также шестиугольной формы и одинаковыми размерами. Количество слоев регламентируется степенью загрязненности воды, скоростью ее фильтрации, обеспечивающей сорбционную емкость 10 кг/кг жира, нефтепродукта.

Перед размещением ПФН в реакторе она насыщается микроорганизмами - пробиотиками Биоутилизатора.
Заявляемая полезная модель - плавающая фильтрующая насадка показана на Фиг. 2 (а, б), когда она размещается по потоку сточной воды 1: а) снизу вверх; б) сверху вниз.

В зависимости от конструкции локальных очистных сооружений (ЛОС) ПФН может быть размещена в любом объеме многокамерного септика, в том числе: в анаэробной камере, в аэротенке с полной заменой их функций, так как Биоутилизатор представлен микроорганизмами аэробного и анаэробного вида, что не требует компрессора для подачи воздуха. Максимальная эффективность очистки сточной воды достигается при наибольшем времени контакта Биоутилизатора со сточной водой, это возможно при размещении ПФН в приемной камере.
Плавающая фильтрующая насадка работает следующим образом:
а) сточная вода 1 поступает в приемную камеру через гребенку - перфорированную трубу 3 (для равномерности распределения потока) и начинает проникать через открытые поры ПФН, при этом взвешенные вещества задерживаются частично на поверхности загрузки, другая часть задерживается в объеме ПФН, где взаимодействует с микроорганизмами. Растворенные жиры и нефтепродукты коалесцируют и образуют слоистую структуру, которая также взаимодействует с микроорганизмами. Результатом взаимодействия микроорганизмов со взвешенными, органическими веществами, жирами, нефтепродуктами является образование: углекислого газа, воды и гумусового осадка, исчезают неприятные запахи. Очищенная вода 2 отводится из нижнего объема резервуара.

б) сточная вода 1 поступает в приемную камеру сверху-вниз через гребенку - перфорированную трубу 3 (для равномерности распределения потока) и начинает проникать через открытые поры ПФН, фильтроваться между элементами ПФН, при этом взвешенные вещества, жиры и нефтепродукты в большей части остаются на поверхности элементов ПФН. Твердые включения проходят между элементами ПФН и осаждаются в донной части приемной камеры, взвешенные вещества, жиры и нефтепродукты концентрируются на утопленной поверхности ПФН, взаимодействуют с микроорганизмами Биоутилизатора и утилизируются до углекислого газа, воды и гумусового остатка, исчезают неприятные запахи. Очищенная вода 2 отводится из верхней части резервуара.
Активность протекания процессов биоутилизации загрязняющих веществ может быть усилена подачей воздуха со сточной водой с помощью эжектора.
Использование ПФН при очистке сточных вод не требует их предварительной механической очистки, так как размер сквозных пор насадки препятствует проникновению твердых включений, поперечный размер которых превышает диаметр пор.
Заявляемая плавающая фильтрующая насадка позволяет с высокой эффективностью и производительностью производить очистку сточной воды от механических включений, биоутилизацию органических веществ и устранение специфических запахов.

В таблице 1 представлены результаты очистки сточной воды в жироуловителе компании АСО Group HUDROJET-OA с ПФН в приемной камере.