ДИСКОВЫЙ БИОФИЛЬТР ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ
WATER TREATMENT DISC-TYPE BIO-FILTER

Изобретение относится к области очистки воды, а именно к очистке с использованием погружных дисковых биофильтров, и может быть использовано для очистки производственных и коммунальных стоков, а также для очистки загрязненных природных вод.
Известны погружные дисковые биофильтры (Яковлев С.В., Воронов Ю.В. Биологические фильтры. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1982-120 с.), в которых используют диски диаметром 0,65…3,0 м. При работе биофильтра на поверхности дисков развиваются микроорганизмы, входящие в контакт с обрабатываемой водой и воздухом, за счет чего происходит поглощение загрязнений из стоков и дыхание биопленки.
Известен дисковый биофильтр для биохимической очистки воды, включающий горизонтальный вал с приводом, на котором жестко закреплен пакет пластин в виде круглых дисков или многогранников из коррозионно-стойкого материала. На поверхности дисков культивируется альгобактериальный биоценоз, который извлекает примеси из обрабатываемой воды и окисляет их (RU 2452693, МПК C02F 3/30, опубл. 10.06.2012).
Недостатки известных конструкций дисковых биофильтров следующие. Так как вал с дисками (ротор) выполняют как единое целое, для проведения каких-либо ремонтных работ требуется демонтаж ротора. За период проведения работ, который составляет обычно более двух часов, биопленка на поверхности дисков погибает, и по окончании работ требуется продолжительное время (~1…3 недели) для наращивания новой работоспособной биопленки, в результате чего биофильтр в этот период полноценно не функционирует. А необходимость установки параллельно работающих резервных линий значительно увеличивает трудоемкость и стоимость очистки воды. Кроме того, в известных конструкциях диски выполнены цельными, что также неудобно в монтаже и эксплуатации и ведет к удорожанию биофильтра.
Наиболее близким к заявляемому является дисковый биофильтр для очистки воды (Интернет-страница http://www.stmsystem.pl), включающий каркас с трапециевидными пластинами из коррозионно-стойкого материала, закрепленными в биофильтре с образованием параллельных друг другу плоских правильных многогранников-дисков, причем каркас состоит из горизонтального вала и расходящихся от него ребер, а многогранники-диски расположены по длине вала перпендикулярно ему. Многогранники-диски собраны в отдельные блоки на шпильках с прокладками. Блоки жестко закреплены на каркасе вокруг вала, образуя рабочий ротор. Ротор при работе биофильтра частично погружен в обрабатываемую воду пластинами и приводится во вращение механическим приводом.
Недостатком прототипа является то, что пластины имеют плоскую поверхность, что определяет небольшое значение удельной поверхности в единице объема биофильтра и снижает его технико-экономические показатели. Кроме того, способ крепления пластин не позволяет извлекать их из ротора без его демонтажа, что увеличивает трудоемкость обслуживания.
Задачей изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик биофильтра и повышение эффективности очистки воды за счет конструктивных особенностей пластин и схемы их крепления в роторе биофильтра, а также за счет применяемого для пластин материала.
Задача решается дисковым биофильтром для очистки воды, включающим каркас с трапециевидными пластинами из коррозионно-стойкого материала, закрепленными в биофильтре с образованием параллельных друг другу плоских правильных многогранников-дисков, причем каркас состоит из горизонтального вала и расходящихся от него ребер, а многогранники-диски расположены по длине вала перпендикулярно ему. В отличие от прототипа ребра каркаса образуют ряд звездообразных элементов, расположенных по длине горизонтального вала, плоские правильные многогранники-диски образованы каркасом с трапециевидными пластинами, а каждая трапециевидная пластина закреплена в биофильтре в направляющих пазах, образованных распорными элементами, параллельными горизонтальному валу, расположенными не менее чем в два ряда по высоте ребер каркаса и соединяющими ребра соседних звездообразных элементов, с обеспечением жесткого клинового защемления каждой пластины в пазах и отдельного монтажа или демонтажа, причем в качестве материала пластин использован сотовый поликарбонат с большой развитой поверхностью и внутренними каналами, ориентированными в пластинах так, что они расположены перпендикулярно радиусу вращения вала. Согласно изобретению каждый распорный элемент выполнен в виде планки-гребенки, зубья которой образуют направляющие пазы; ряд пластин между двумя соседними звездообразными элементами закреплен сверху прижимными съемными планками.
Технический результат достигается благодаря следующему.
Возможность отдельного крепления каждой пластины многогранника-диска позволяет значительно сократить время на обслуживание биофильтра, например для прочистки или замены отдельной пластины, так как не требуется демонтаж ротора, образованного валом и многогранниками-дисками. В результате этого биопленка во всем биофильтре сохраняет жизнеспособность и после проведения требуемых работ биофильтр сразу же включается в работу на полную нагрузку. В этом случае необходимость в установке параллельно работающих биофильтров отпадает и для нормальной работы очистной станции требуется наличие только отдельных запасных частей.
В качестве материала пластин многогранников-дисков используется полимерный материал сотовой структуры, например сотовый поликарбонат, который при небольшом удельном весе и большой прочности обладает высокой развитой поверхностью, на которой культивируется биопленка. Конструкция отдельных пластин и схема их крепления в роторе позволяет использовать внутреннюю поверхность каналов сотовой структуры в качестве рабочей, что увеличивает эффективную поверхность в 2…2,5 раза по сравнению с использованием монолитных плоских дисков. Внутренняя поверхность каналов, образующая сотовую структуру, склонна к заиливанию и прекращению контакта воды с биопленкой внутри каналов. Для предотвращения заиливания каналы в пластинах располагаются перпендикулярно радиусу вращения ротора. При этом каждый канал погружается в обрабатываемую воду под углом, близким к 90°, и заполняется водой при погружении части пластин под уровень обрабатываемой воды. При выходе пластины с каналами из обрабатываемой воды уровень воды в каналах поднимается над поверхностью, образуя возрастающий гидростатический напор, который при достижении предельно допустимого значения вызывает срыв части излишней биопленки внутри каналов, скорость истечения воды из них возрастает, и потоки истекающей воды промывают их, обеспечивая незаиливающийся режим работы.
Существо изобретения поясняется чертежами, где схематично представлен заявляемый дисковый биофильтр для очистки воды.
На фиг.1 - схема дискового биофильтра (вид спереди).
На фиг.2 - схема крепления пластин между двумя звездообразными элементами.
Дисковый биофильтр для очистки воды включает горизонтальный вал 1, звездообразные элементы 2, расположенные по его длине, трапециевидные пластины 3. Каждая трапециевидная пластина 3 закреплена в биофильтре в направляющих пазах, образованных распорными элементами 4, параллельными горизонтальному валу 1. Дополнительная фиксация пластин обеспечивается съемными прижимными планками 5. Позицией 6 обозначен резервуар с очищаемой водой 7, который оборудован патрубками подвода 8 и отвода 9 воды.
Дисковый биофильтр работает следующим образом.
-1
Ротор (вал с многогранниками-дисками) приводится во вращение валом 1 с механическим приводом, частота вращения 0,5…3 мин.
При вращении пластины 3 постоянно погружаются в обрабатываемую воду 7 и выходят из нее.
На поверхности пластин 3 культивируется биопленка, которая контактирует с загрязнениями очищаемой воды, биохимически окисляя их.
Крепление пластин 3 позволяет извлекать их при необходимости по отдельности, тем самым сокращая время на обслуживание биофильтра, а использование в качестве материала пластин полимерного материала сотовой структуры, например сотового поликарбоната, который при небольшом удельном весе и большой прочности обладает высокой развитой поверхностью и в котором каналы расположены перпендикулярно радиусу вращения ротора, позволяет в несколько раз увеличить эффективную рабочую поверхность пластин, а также обеспечить незаиливающий режим работы.
Таким образом, применение изобретения позволяет улучшить эксплуатационные характеристики биофильтра и повысить эффективность очистки воды за счет конструктивных особенностей пластин и схемы их крепления в роторе биофильтра, а также за счет применяемого для пластин материала.