Волокнистый носитель для иммобилизации биомассы
FIBROUS CARRIER FOR BIOMASS IMMOBILIZATION

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, а именно к обработке и очистке сточных вод, и может быть использовано в качестве загрузки для иммобилизации биомассы в установках для биологической очистки бытовых и промышленных сточных вод, в частности, на стадии доочистки.
Для целей настоящего изобретения следующие термины означают:
«полистал» - высокопрочный материал на базе полиолефинов, состоящий из 75% полипропилена и 25% полиэтилена высокой плотности;
«трощеная нить» - нить, состоящая из двух и более нитей, соединенных без скручивания.
В процессе биологической очистки сточных вод происходит биохимическое окисление микроорганизмами содержащихся в сточных водах загрязнений органического происхождения.
Окисление органических веществ микроорганизмами активного ила происходит за счет потребления кислорода, растворенного в сточных водах. Скорость потребления кислорода активным илом зависит от многих факторов: концентрации микроорганизмов в активном иле, качественного и количественного состава исходных сточных вод, подвергаемых обработке, от содержания кислорода, условий аэрации и пр.
Одним из способов интенсификации процессов биологической очистки с целью повышения концентрации микроорганизмов в активном иле является использование носителей для иммобилизации биомассы - целого консорциума микроорганизмов.
Известно использование в качестве носителей для иммобилизации биомассы различных пористых и волокнистых материалов.
Известна загрузка для биологической очистки сточных вод, содержащая носитель для иммобилизации микроорганизмов, выполненный из пенопласта с замкнутыми порами в виде отрезков шнура, закрепленных на каркасе /Патент РФ №2049736, C02F 3/04, 1995/. Недостатком носителя из пенопласта является недостаточно развитая поверхности контакта с микроорганизмами.
Известна насадка для массообменных аппаратов, на каркасе которой упорядоченно зафиксированы цилиндрические волокнистые элементы - волокнистый носитель для иммобилизации биомассы. Носитель включает сердечник, состоящий из скрученных между собой отдельных шнуров - центрального, выполненного из некорродирующей металлической проволоки, по меньшей мере, двух периферийных шнуров сердечника, которые состоят из некорродирующей металлической проволоки, и не менее двух периферийных шнуров, выполненных из крученого химволокна. От плетеного сердечника в радиальном направлении расходятся отрезки волокнистых элементов по винтовым поверхностям и двумя рядами, разделенными по середине центральным шнуром, а середина каждого из отрезков волокнистых элементов прижата периферийными шнурами к центральному шнуру и с двух сторон от него - к соответствующим волокнам другого ряда, с образованием тройного изгиба середины отрезков волокнистых элементов между шнурами /Патент РФ №2182848, B01J 19/30; C02F 3/10, 2001/.
Недостатками известного носителя являются сложность его изготовления и недостаточная прочность из-за повышенной ломкости отрезков волокнистых элементов, подверженных тройному изгибу, что приводит к потере отрезков волокнистых элементов в процессе эксплуатации и, соответственно, к сокращению поверхности для иммобилизации биомассы и снижению грязеемкости носителя.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному является волокнистый носитель для иммобилизованной биомассы, включающий плетеный сердечник, состоящий из двух и более некорродирующих металлических проволок и двух синтетических нитей, и волокнистые элементы из полиамидных волокон различного диаметра и длины. При плетении сердечника вдоль его продольной оси на расстоянии не более трех диаметров полиамидных волокон образуют узлы одновременного вплетения и закрепления между некорродирующими металлическими проволоками радиальных отрезков волокнистых элементов /Патент РФ №2297985, C02F 3/10, 2007/.
Недостатками известного носителя являются недостаточно развитая удельная поверхность волокнистых элементов из полиамидных волокон круглого сечения различного диаметра и длины, а также невысокая прочность закрепления волокнистых элементов только между некорродирующими металлическими проволоками, что приводит к потере отрезков волокнистых элементов в процессе эксплуатации и сокращению поверхности для иммобилизации биомассы и, как следствие, к снижению грязеемкости носителя.
Технической проблемой, решение которой обеспечивается осуществлением изобретения, является создание носителя для иммобилизации биомассы для использования в загрузке для установок биологической очистки бытовых и промышленных сточных вод, а также на стадии доочистки.
Технический результат заключается в повышении прочности волокнистого носителя и в увеличении степени развития поверхности контакта волокнистого носителя с микроорганизмами, что приводит к повышению его грязеемкости.
Техническая проблема решается, а технический результат достигается за счет того, что в волокнистом носителе для иммобилизации биомассы, содержащем плетеный сердечник, состоящий из двух некорродирующих металлических проволок и двух синтетических нитей, с расположенными вдоль продольной оси плетеного сердечника узлами крепления волокнистых элементов в виде радиальных отрезков волокон, которые в средней части одновременно вплетены и закреплены между двумя некорродирующими металлическими проволоками, каждая некорродирующая металлическая проволока продублирована синтетической нитью, а в качестве отрезков волокон используют отрезки трощеной полистиловой нити прямоугольного сечения.
В частном случае в качестве синтетических нитей плетеного сердечника используют крученые полиамидные нити, предпочтительно крученые полиамидные крашеные нити.
Предпочтительно, что используют трощеную полистиловую крашеную нить, а также используют трощеную полистиловую нить с удельной разрывной нагрузкой не менее 745 мН/текс.
Выполнение узла крепления волокнистых элементов сдвоенными некорродирующей металлической проволокой и синтетической нитью придают волокнистому носителю прочность. Поскольку и металлическая проволока, и волокнистые элементы из трощеной полистиловой нити являются скользкими элементами волокнистого носителя, то за счет дублирования каждой некорродирующей металлической проволоки синтетической нитью, в частности крученой полиамидной крашеной нитью, исключается скольжение между проволокой и волокнистыми элементами, что усиливает фиксацию последних в узле крепления и предотвращает разрывы отрезков волокон, т.е. повышает прочность волокнистого носителя.
Использование в качестве отрезков волокон отрезков трощеной полистиловой нити прямоугольного сечения, состоящей из множества плоских нитей, соединенных без скручивания, позволяет создать максимально развитую поверхность, обеспечивающую максимальную концентрацию иммобилизованной биомассы.
Крашеные поверхности полистиловой и полиамидной нитей обладают повышенной адгезией, что способствует дополнительному повышению концентрации иммобилизованной биомассы.
Использование трощеной полистиловой нити с удельной разрывной нагрузкой менее 745 мН/текс. снижает прочность волокнистого элемента.
На чертеже приведено схематическое изображение поперечного сечения плетеного сердечника в узле крепления волокнистых элементов. Для большей наглядности соотношение между отдельными элементами изменены.
Плетеный сердечник волокнистого носителя в узле крепления волокнистых элементов из трощеной полистиловой нити 1 содержит две некорродирующие металлические проволоки 2, дублированные двумя синтетическими нитями 3.
В узле крепления плетеного сердечника середины отрезков волокнистых элементов из трощеной полистиловой нити 1 вплетают и закрепляют между двумя некорродирующими металлическими проволоками 2, каждая из которых дублирована синтетической нитью 3, затем вдоль продольной оси плетеного сердечника образуют новый узел крепления, в котором отрезки волокнистых элементов из трощеной полистиловой нити 1 снова вплетают и закрепляют между двумя некорродирующими металлическими проволоками 2, каждая из которых дублирована синтетической нитью 3, и так далее по всей длине волокнистого носителя. Таким образом, волокнистый носитель может быть изготовлен любой длины.
Используют предложенный волокнистый носитель в установках для биологической очистки бытовых и промышленных сточных вод, в частности, на стадии доочистки. Предложенный волокнистый носитель фиксируют на каркасе с образованием модулей загрузки для иммобилизации биомассы и погружают в емкости сооружений. Роль микроорганизмов заключается в их способности осуществлять биохимические превращения почти всех органических веществ естественного происхождения, в частности тех, которые находятся в растворенном состоянии в сточных водах. Используя в качестве питательной среды органические вещества, микроорганизмы растут, размножаются, перерабатывают органические вещества и выделяют в окружающую среду разнообразные конечные продукты, в частности, кислые, которые создают благоприятные условия для жизнедеятельности микрофлоры.
Так, например, в установках доочистки на поверхности волокнистого носителя формируется биопленка, на границе которой с обрабатываемой сточной водой создается контактная кислая среда, которая способствует доочистке обрабатываемых сточных вод от остаточных органических загрязнений в процессе фильтрации через иммобилизованную биомассу.
Предложенный волокнистый носитель может быть изготовлен любой длины и для хранения и транспортировки смотан на бобины или сложен в мотки, при этом приобретая компактную, слегка «сплющенную» форму. В процессе эксплуатации при нахождении в жидкой среде обрабатываемых сточных вод волокнистый носитель принимает обычную первоначальную форму с развитой поверхностью контакта.
Использование предложенного волокнистого носителя для иммобилизации биомассы повышенной прочности с развитой поверхностью, позволяющей повысить его грязеемкость, т.е. использовать более высокие концентрации микроорганизмов, приводит к повышению степени очистки бытовых и промышленных сточных вод от органических веществ, а также для фильтрации загрязнений на стадии доочистки.