УСТРОЙСТВО ДЛЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

Предлагаемое техническое решение относится к устройствам для биологической очистки хозбытовых и промышленных сточных вод и может найти применение на городских очистных сооружениях, в локальных системах очистки предприятий химической, медицинской, фармацевтической, лакокрасочной, машиностроительной, металлургической и других отраслях промышленности.
Известно устройство для биологической очистки сточных вод, представляющее собой резервуар с входными и выходными патрубками. В нижней части резервуара расположены горизонтальные сетчатые электроды для генерации пузырьков кислорода и водорода [Патент США №39114164, кл. 204-149, 1976].
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится одновременная обработка микроорганизмов активного ила и растворенных органических веществ в очищаемой сточной воде пузырьками кислорода и водорода, что уменьшает скорость биоокислительных процессов и степень очистки сточных вод, приводит к смешению этих пузырьков с образованием взрывоопасной смеси гремучего газа, а, кроме того, приводит к заиливанию и засорению самих горизонтальных сетчатых электродов, и в целом снижает производительность очистки сточных вод.
Известно устройство для биологической очистки сточных вод, состоящее из резервуара с входным и выходным патрубками исходной и очищенной воды, электродной системы, установленной в нижней части резервуара, состоящей из анода и катода, выполненных в виде сетки из металлической проволоки, при этом диаметр проволоки сетки анода в 2-5 раз больше диаметра проволоки сетки катода, решетки, установленной над электродной системой, на которой расположена насадка для прикрепления микроорганизмов активного ила или биопленки, причем сетки закреплены на боковых стенках вертикально установленных пластин [Описание полезной модели к патенту РФ №86945, кл. CO2F 3/02; CO2F 1/46, 2009].
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится сложность плотного закрепления сеток анода и катода на боковых стенках пластин сваркой или пайкой, ослабление из- за электрокоррозии сварных или паяных швов при подаче тока на пластины, что усложняет конструкцию и эксплуатацию устройства, уменьшает время межремонтной работы, а значит снижает производительность.
Наиболее близким техническим решением является устройство для биологической очистки сточных вод, состоящее из резервуара с входным и выходным патрубками исходной и очищенной воды, электродной системы, установленной в нижней части резервуара и состоящей из анода и катода, выполненных в виде вертикально установленных пластин, решетки, установленной над электродной системой на которой расположена насадка для прикрепления микроорганизмов, при этом боковые стенки пластин имеют рифленые поверхности, расположенные в вертикальном направлении, причем на пластинах - катодах они имеют пилообразную форму, а на пластинах-анодах - волнообразную форму [Патент на полезную модель РФ №97366, МПК CO2F 3/02; CO2F 1/46, 2010].
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная производительность по пузырькам кислорода из-за большой толщины пластин анода и катода, что снижает объемную концентрацию пузырьков кислорода в очищаемой воде и производительность устройства в целом.
Кроме того, сложность изготовления рифленых поверхностей на пластинах катода и анода, а также их значительная масса усложняет изготовление, монтаж и эксплуатацию самого устройства.
Техническим результатом предлагаемого устройства для биологической очистки сточных вод является увеличение производительности за счет увеличения площади поверхности анодов и катодов в электродной системе.
Поставленный технический результат достигается тем, что в устройстве для биологической очистки сточных вод, состоящем из резервуара с входным и выходным патрубками исходной и очищенной воды, электродной системы, установленной в нижней части резервуара и состоящей из анода и катода, выполненных в виде вертикально установленных электродов, решетки, установленной над электродной системой, на которой расположена насадка для прикрепления микроорганизмов, при этом электроды выполнены из гофрированной жести, причем гофры расположены вертикально и на катодах они имеют пилообразную форму, а на анодах - волнообразную форму.
Выполнение электродов из гофрированной жести позволяет увеличить число анодов и катодов за счет уменьшения толщины электродов, а значит увеличить производительность по кислороду и производительность устройства, а также позволяет упростить конструкцию электродной системы и ее эксплуатацию, так как отпадает сложная механическая операция рифления поверхности пластин- электродов, уменьшает массу электродной системы, ее изготовление и монтаж.
Выполнение вертикальных гофр пилообразной формы на жестяных катодах позволяет получать на острой кромке пузырьки водорода малого диаметра, скорость всплывания которых меньше скорости движения сверху вниз потока очищаемой жидкости. Поэтому пузырьки водорода уносятся жидкостью вниз, не смешиваясь с пузырьками кислорода, образующимися при электролизе воды на жестяных анодах.
Выполнение вертикальных гофр волнообразной формы (например, синусоидальной) на жестяных анодах позволяет получать при электролизе воды крупные пузырьки кислорода, скорость всплывания которых больше скорости очищаемой жидкости, стекающей сверху вниз по насадке. Крупные пузырьки кислорода поднимаются вверх и взаимодействуют с микроорганизмами, прикрепленными к насадке, что обеспечивает жизнедеятельность последних при очистке воды от органических примесей.
Кроме того, выполнение гофр на жестяных анодах и катодах в вертикальном направлении упрощает подъем пузырьков кислорода вверх и смыв пузырьков водорода вниз без образования застойных зон. Это также упрощает эксплуатацию устройства, так как предотвращает коалесценцию пузырьков водорода и кислорода, предотвращает пассивацию жестяных анодов и катодов и увеличивает производительность.
Схема устройства для биологической очистки сточных вод приведена на фигуре 1, на фигуре 2 приведен вид на анод в аксонометрии; на фигуре 3 - на катод в аксонометрии.
Устройство состоит из резервуара 1 с выходным 2 и входным 3 патрубками исходной и очищенной воды. В нижней части резервуара 1 расположена электродная система: сверху шина анода 4 с электродами 5 из жести и шина катода 6 с электродами 7 из жести. Шины 4 и 6 присоединены соответственно к полюсам источника постоянного тока 8.
Каждый жестяной анод 5 выполнен в виде гофр волнообразной формы, а каждый жестяной катод 7 - в виде гофр пилообразной формы. Гофры на анодах 5 и катодах 7 расположены вертикально. Над шинами 4 и 6 установлена решетка 9, на которой расположена насадка 10 для прикрепления микроорганизмов (активного ила или биопленки). Для предотвращения короткого замыкания на корпус 1 шины анода 4 и катода 6 имеют диэлектрические изоляторы 11, а жестяные электроды 5 и 7 установлены на диэлектрических опорах 12. Кроме того, резервуар 1 установлен на прокладках 14, выполненных из диэлектрического материала.
Устройство для биологической очистки сточных вод работает следующим образом. По входному патрубку 2 подают в резервуар 1 исходную воду. После заполнения резервуара 1 подают ток на шины анода 4 и катода 6 от источника постоянного тока 8. между электродами 5 и 7 из гофрированной жести электродной системы по очищаемой воде идет ток с образованием пузырьков электролитических газов. Так как гофры катода 5 имеют рифленые гофры пилообразной формы, то образование пузырьков водорода идет на острых кромках, они имеют маленький диаметр и соответственно скорость всплывания их меньше скорости движения очищаемой воды, текущей между электродами 5 и 7 сверху вниз. Поэтому пузырьки водорода уносятся этой водой вниз. Гофры анода 7 имеют волнообразную (в частности, синусоидальную) форму. При электролизе на них образуются достаточно крупные пузырьки кислорода, скорость всплывания которых выше скорости стекания по насадке жидкости. Поэтому пузырьки кислорода поднимаются вверх и поглощаются микроорганизмами, прикрепленными к поверхности насадки 12, что обеспечивает жизнедеятельность последних при очистке воды от органических примесей.
Например, замена анодов и катодов из рифленых пластин толщиной 5 мм, как в прототипе на предлагаемые аноды и катоды из гофрированной жести толщиной 0,5 мм при зазоре между анодом и катодом 5 мм увеличивает их число в 1,8 раза, соответственно при одинаковой допускаемой плотности тока, предотвращающей растворение материала анода, увеличивается производительность по пузырькам кислорода и производительность самого устройства по очищаемой воде. При этом масса анодов и катодов из гофрированной жести меньше по сравнению с массой анодов и катодов из рифленых пластин в 5,5 раз.
Таким образом, в предлагаемом устройстве биологической очистки сточных вод можно значительно увеличить число анодов и катодов за счет малой толщины жести, из которой они выполнены. Это в свою очередь позволяет увеличить ток без превышения плотности тока, приводящего к растворению жестяного анода, а значит увеличить расход газов электролиза и, прежде всего кислорода, в конечном счете, увеличить окислительную способность и повысить производительность очистки сточных вод. Кроме того, уменьшается масса электродной системы, упрощается изготовление анодов и катодов с гофрами, их монтаж и эксплуатация. Предлагаемая конструкция электродов из жести может быть применена также для электродной системы в электрофлотаторах и электролизерах, где необходимо получение пузырьков электролитических газов заданных диаметров.