НЕСУЩИЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В КАЧЕСТВЕ НОСИТЕЛЯ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОЙ ПЛЕНКИ

Полезная модель относится к области несущих элементов, применяемых в качестве носителя микробиологической пленки в процессе биологической очистки воды и многокомпонентных растворов.
В процессе биологической очистки воды используются микроорганизмы, при этом очистка может происходить в присутствии воздуха (аэробно) или без доступа воздуха (анаэробно). Для того, чтобы повысить эффективность очистки, обычно стремятся к достижению высокого содержания активных микроорганизмов в процессе. Это достигается путем введения в процесс определенного типа материала-носителя, на поверхности которого могут расти в форме биопленки микроорганизмы, поддерживая, таким образом, ход процесса (биологический процесс).
Масса нарастающей биопленки тем больше, чем больше удельная площадь поверхности несущего элемента. Поэтому для изготовления несущего элемента используют материалы, которые имеют достаточно большую удельную поверхность. Кроме этого материал для несущего элемента должен соответствовать следующим требованиям [1]:
- механическая прочность, которая определяется количеством проведенных фильтроциклов, после которых измельчаемость не должна превышать 4%, истираемость - 0,5%, условная механическая прочность за годовой фильтроцикл не более 1%;
- химическая стойкость, которая позволяет выдерживать агрессивные среды, характерные, например, для сточных вод;
- нейтральность относительно микроорганизмов, т.е. не оказывать угнетающего действия на их развитие.
В настоящее время для изготовления несущих элементов используют полимерные материалы, которые отвечают всем вышеуказанным требованиям.
3
2
3
Известен несущий элемент, выполненный в виде гранул из пластмассы [2], на которые с целью увеличения удельной площади нанесены зерна инертного материала, например, песка, для получения среды развития и обитания микроорганизмов, эффективных при обработке сточных вод, причем гранулы имеют заданный диапазон размеров частиц и расположены на гранулах с заданным диапазоном плотности заполнения так, чтобы частицы несущего элемента (в виде сыпучего дисперсного материала) имеют среднюю плотность примерно 1,0 г/см и удельную площадь поверхности, превышающую 600 м на 1 м сыпучего материала.
Недостатками несущего элемента являются:
- достаточно сложный процесс изготовления, связанный с формированием поверхности материала, способом нанесения на гранулы инертного материала с заданным диапазоном размеров частиц и заданным диапазоном плотности заполнения инертным материалом;
- использование первичного сырья или отходов пластмасс одного типа;
- высокая себестоимость, обусловленная вышеуказанными причинами и в связи с этим ограниченное применение в технологии очистки.
За прототип взят несущий элемент для использования в качестве носителя микробиологической пленки [3] в процессе биологической очистки природных и сточных вод, выполненный из пластмассы или композиционных материалов способом литья под давлением с возможностью перемещения вводе, поверхность которого частично защищена от столкновения с поверхностями других несущих элементов, причем несущий элемент снабжен каналами, а стенки его направлены радиально или выполнены в форме спирали, а параметры несущего элемента выбраны с возможностью хорошего пропускания через него воды после образования на его поверхностях микробиологической пленки.
Недостатками несущего элемента является:
- высокотехнологичность исполнения, связанная с выполнением определенных форм и конструктивных особенностей;
- конструктивная особенность ограничивает сферу применения несущего элемента только в оборудовании определенного типа;
- относительная высокая себестоимость.
Задачей полезной модели является устранение недостатков несущих элементов, т.е.:
- повышение удельной площади поверхности несущего элемента;
- универсализация несущего элемента для любых типов биологических сооружений;
- снижение себестоимости производства несущего элемента за счет простоты технологического процесса изготовления и его экологичность в результате использования вторичных полимерных материалов, отсортированных из «мусорной корзины» твердых бытовых отходов.
Поставленная задача решается следующим образом.
Несущий элемент для использования в качестве носителя микробиологической пленки, выполненный из пластмассовых или композиционных материалов с возможностью хорошего пропускания через него воды после образования на поверхностях микробиологической пленки, имеет пористую структуру, образованную из частиц разных полимерных материалов различной конфигурации, соединенных между собой расплавленными частицами из полимерного материала с низкой температурой плавления и выполнен в виде форм различного профиля.
Возможно применение в качестве материала для изготовления несущего элемента смеси отходов из синтетических волокон, полимерных и композиционных отходов, образующихся в быту.
2
3
2
3
2
3
2
3
2
3
Несущий элемент может быть выполнен в форме гранул с удельной площадью поверхности 480-500 м/м, в виде плоской формы с удельной площадью поверхности до 530 м/м, в виде блока с удельной площадью поверхности до 650 м/м и более, в виде спирали с удельной площадью поверхности свыше 650 м/м, кроме того, плоская форма может быть выполнена с перфорацией для увеличения удельной площади поверхности несущего элемента с 530 до 750 м/м.
2
3
Предлагаемый несущий элемент имеет пористую структуру с удельной площадью поверхности от 480 до 750 м/м и выше, образованную при формовании за счет пластичности полимерного материала. При формовании несущего элемента возможно образование дополнительного объема за счет придания различных блочных форм плоскостной заготовки несущего элемента.
Предлагаемая полезная модель поясняется 2 фигурами.
на фиг.1 - несущий элемент в виде гранулы;
на фиг.2 - несущий элемент в виде плоской формы; с перфорацией;
на фиг.3 - несущий элемент в виде блока из элементов плоской формы
на фиг.4 - несущий элемент в виде цилиндра.
Предложенный несущий элемент изготавливают следующим образом: отходы полимерных материалов различного вида, отобранные из «мусорной корзины», которые имеют различную температуру плавления, подвергаются рубке и резке. В результате получают частицы различной конфигурации с диапазоном размеров от 15 до 30 мм. Полученные частицы смешивают, а затем смесь подвергают термическому прессованию, при этом температура прессования должна соответствовать температуре плавления частиц из низкотемпературного полимера. Частицы из полимеров с более низкой температурой плавления расплавляясь, соединяют между собой частицы из высокотемпературных полимеров, образуя монолитную пористую структуру. Термическое прессование в данном случае применяют также для того, чтобы придать изготавливаемому несущему элементу заданную форму.
Образованный полимерный несущий элемент (фиг.1, 2) обладает шероховатой поверхностью и пористой внутренней структурой, имеющей большой внутриполостной объем, и за счет этого высокую удельную площадь поверхности, позволяющей нарастанию массы биологической пленки в большом количестве.
Выполнение несущего элемента различного профиля позволяет повысить удельную площадь поверхности специализировать его для различных типов биологических фильтрующих сооружений.
2
3
2
3
Так выполнение несущего элемента в виде плоской формы (фиг.2) позволяет повысить удельную площадь поверхности до 530 м/м, а при сборке его в виде блока удельная площадь поверхности возрастает до 650 м/м и более за счет того, что по сравнению с сыпучей формой несущего
элемента уменьшается пустотность заполняемого объема на дополнительные площади, образованные запрессованными элементами полимера.
2
3
Выполнение несущего элемента в виде плоской формы с перфорацией позволяет увеличить удельную площадь поверхности несущего элемента с 530 до 750 м/м за счет образований в перфорации дополнительных плоскостей.
Несущие элементы плоской формы всех предлагаемых видов удобны для использования в прямоугольных биологических фильтрующих сооружениях.
2
3
Выполнение несущего элемента в виде спирали увеличивает удельную площадь поверхности до 650 м/м и выше за счет сформированной пространственной структуры несущего элемента. Данный вид несущего элемента рекомендуется для биологических фильтрующих сооружений цилиндрической формы.
Несущий элемент может быть выполнен комбинированным, т.е. собранным из отдельных несущих элементов различной формы, причем в верхней части его располагаются фрагменты элемента с более низкой удельной площадью поверхности, например, в виде гранул, а в нижней части устанавливаются фрагменты несущих элементов с высокой удельной площадью поверхности.
Литература:
1. Технические записки по проблемам воды. т.1, под ред. Т.А. Карюхиной, И.Н.Чурбановой. - М.: Стройиздат, 1983.
2. Патент RU 2175646 С2 (54) «Обработка сточных вод. Средство для нее и его получение»
3. Патент RU 2119893 С1 (54) «Несущий элемент для использования в качестве носителя микробиологической пленки и реактор для очистки сточных вод».