БИОРЕАКТОР-ФИЛЬТР
BIO-REACTOR-FILTER

Изобретение относится к биореактору-фильтру и может быть использовано для очистки природных и доочистки сточных вод.
Известна установка для очистки жидкости, включающая аэрационное устройство, контактный фильтр с незатопленным фильтрующим слоем, осветлительный фильтр с плавающей зернистой загрузкой, распределительной и сборной системами, сифон промывной воды и бак-гидрозатвор (см. авт. свид. СССР №1725969, кл. B01D 36/00, 15.04.1992).
Установка, предназначенная для очистки сточных вод, не обеспечивает достаточного качества очистки природных вод, так как отсутствие барьера, предотвращающего проскок оторвавшихся хлопьев биомассы, вызывает вторичное загрязнение очищаемой воды.
Известна установка для обезжелезивания воды, содержащая трубопроводы подачи исходной и промывной воды, отвода очищенной и промывной воды, устройство для аэрации, осветлительный фильтр с зернистой загрузкой и нижним распределительным устройством, контактный фильтр закрытого типа с частично затопленной плавающей загрузкой и узлом газоотвода, состоящим из трубы, установленной с возможностью изменения глубины ее погружения, и регулирующего клапана (патент РФ №2165897 C02F 1/64, 27.04.2001).
Недостатками этой установки являются:
- низкая эффективность промывки осветлительного фильтра в связи с попаданием в толщу загрузки загрязнений после контактного фильтра, что соответственно влечет больший расход воды на промывку фильтрующих загрузок;
- снижение производительности установки и увеличение затрат электроэнергии из-за перепада давления при применении устройств для аэрации (эжектор, компрессор).
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому техническому результату к изобретению является установка для очистки воды, состоящая из биореактора, заполненного волокнистой насадкой, под которой размещено устройство для подачи воздуха, расположенного в верхней части биореактора разбрызгивателя, осадконакопителя с направляющими козырьками, фильтра с плавающей загрузкой, сифона, бака-гидрозатвора, трубопроводов подачи исходной и промывной воды и трубопроводов отвода очищенной и промывной воды. Данная установка предназначена для очистки воды путем упрощенной аэрации; биоокисления при прохождении через блок обработки естественным биоценозом и последующего фильтрования через слой плавающей инертной загрузки (см. патент на изобретение РФ №2144005, 10.01.2000 г. CO2F 3/00; B01D 36/00 10.01.2000).
Недостатками установки являются: недостаточная степень очистки воды, увеличение объема промывных вод после фильтра и биореактора, громоздкость сооружения, расположение трубопроводов требует устройства сифона большего диаметра, рассчитанного на пропуск суммарного расхода промывной воды от биореактора и фильтра.
Техническим результатом изобретения является улучшение качества предварительной очистки воды с помощью физико-химических и биологических процессов, уменьшение объема промывных вод, создание компактной и простой в обслуживании установки, снижение эксплутационных затрат.
Технический результат достигается тем, что биореактор-фильтр, состоящий из биореактора, включающего корпус с закрепленной внутри него волокнистой насадкой, разбрызгивающее устройство, устройство для подвода воздуха и трубопровод подачи исходной воды, фильтра, включающего корпус, заполненный плавающей загрузкой и перекрытый верхним удерживающим устройством, трубопровода отвода очищенной воды, нижней сборно-распределительной системы и трубопровода отвода промывной воды, содержит сообщенную с трубопроводом подачи исходной воды верхнюю распределительную систему, выполненную в виде распределительной камеры и радиально присоединенных к ней труб, снабженных струеформирующими насадками, направленными выпускными отверстиями вверх, и размещенную в корпусе биореактора под волокнистой насадкой, устройство для подвода воздуха, выполненное в виде окон для подсоса воздуха, оборудованных конусными воздуховодами, размещено в верхней части биореактора над струеформирующими насадками, фильтр с плавающей загрузкой расположен внутри корпуса биореактора между верхней распределительной системой и нижней сборно-распределительной системой, при этом корпус фильтра выполнен в виде двух плавно сопряженных цилиндроконических частей различного диаметра, а корпус биореактора оборудован сверху конусным отражателем, в вершине которого выполнено устройство для выпуска воздуха, и по внутреннему периметру, выше волокнистой насадки, направляющим элементом, предназначенным для равномерного подвода к ней воды после разбрызгивания.
Разбрызгивающее устройство выполнено в виде конусного отражателя и, по меньшей мере, трех сеток-разбрызгивателей, установленных параллельно друг другу между конусным отражателем и волокнистой насадкой. Плавающая загрузка фильтра выполнена в виде крупногранульной частично затопленной загрузки и мелкогранульной затопленной загрузки. Трубопровод отвода очищенной воды выполнен в виде кольцевого перфорированного трубопровода и расположен выше уровня мелкогранульной затопленной загрузки.
Наличие вышеперечисленных отличительных признаков свидетельствует о том, что заявленное техническое решение соответствует критерию «новизна».
На фиг.1 представлен общий вид биореактора-фильтра.
На фиг.2 - разрез по линии А-А на фиг.1.
Биореактор-фильтр (фиг.1, фиг.2) состоит из корпуса 1, образующего корпус биореактора, в котором устроены окна для подсоса воздуха 2, снабженные конусными воздуховодами 3. По внутреннему периметру корпус 1 биореактора оборудован направляющим элементом 4, предназначенным для равномерного подвода воды к волокнистой насадке 5 после разбрызгивания и выполненным в виде пластины, прикрепленной к корпусу 1 под углом 30° в направлении волокнистой насадки 5 и образующей в нижней части усеченный конус. Под волокнистой насадкой 5, выполняющей функцию носителя прикрепленных микроорганизмов, размещена сообщенная с трубопроводом подачи исходной воды 6 верхняя распределительная система, выполненная в виде распределительной камеры 7 и радиально присоединенных к ней труб 8, снабженных струеформирующими насадками 9, направленными выпускными отверстиями вверх. Корпус 1 биореактора оборудован сверху конусным отражателем 10, в вершине которого выполнено устройство для выпуска воздуха 11. Между конусным отражателем 10 и волокнистой насадкой 5 установлены параллельно друг другу три сетки-разбрызгиватели 12. Внутри корпуса 1 биореактора расположен фильтр, корпус 13 которого выполнен в виде двух плавно сопряженных цилиндроконических частей различного диаметра и заполнен частично затопленной крупногранульной 14 и затопленной мелкогранульной 15 загрузкой. Для предотвращения выноса плавающей загрузки фильтр оборудован верхним, выполненным в виде решетки 16, и нижним, выполненным в виде сетки 17, удерживающими устройствами. Выше уровня затопленной мелкогранульной загрузки 15 расположен трубопровод отвода очищенной воды 18, выполненный в виде кольцевого перфорированного трубопровода. В нижней части корпуса 1 биореактора размещена нижняя сборно-распределительная система 19, сообщенная с трубопроводом отвода промывной воды 20.
Биореактор-фильтр работает следующим образом.
Вода, содержащая газы (углекислый, сероводород), азот аммонийный, а также ионы железа и марганца, по трубопроводу подачи исходной воды 6 через верхнюю распределительную систему, выполненную в виде распределительной камеры 7 и радиально присоединенных к ней труб 8, снабженных струеформирующими насадками 9, подается снизу вверх в биореактор. Струи, истекающие из струеформирующих насадок 9, увлекают воздух, находящийся в биореакторе, и тем самым создают разрежение. Из окон 2 в зоны разрежения, создаваемые струями, по конусным воздуховодам 3 поступает подсасываемый воздух. Струи воды ударяются о конусный отражатель 10 и разбрызгиваются. При этом происходит выделение из воды углекислоты и частично сероводорода, которые вместе с избыточным воздухом выводятся в атмосферу через устройство для выпуска воздуха 11. Для более интенсивного насыщения воды кислородом и увеличения продолжительности процесса окисления железа и марганца часть воды дополнительно разбрызгивается на сетках 12. Далее разбрызганная вода нисходящим потоком поступает на волокнистую насадку 5, на поверхности которой развивается естественный биоценоз, поглощающий из воды растворенные органические соединения. Для обеспечения равномерного подвода к волокнистой насадке 5 разбрызганной воды предусмотрен направляющий элемент 4. После прохождения через волокнистую насадку 5 вода сначала поступает в незатопленный слой крупногранульной загрузки 14, в которой происходят процессы массообмена и образование каталитической пленки на неоднородной поверхности гранул, а затем в слой затопленной мелкогранульной фильтрующей загрузки 15, где доочищается от взвешенных веществ, железа и других примесей. Попадая в нижнюю часть биореактора-фильтра, скорость движения воды, благодаря конструкции корпуса 13 фильтра, выполненного из двух цилиндроконических частей различного диаметра, снижается, что позволяет достичь более высокого эффекта осветления и обезжелезивания воды. Для создания условий сухой фильтрации в верхнем крупногранульном слое загрузки 14 отведение очищенной воды осуществляется по перфорированному кольцевому трубопроводу 18, расположенному выше уровня размещения мелкогранульной загрузки 15. По мере загрязнения плавающей загрузки производят ее промывку исходной водой сверху вниз с большей интенсивностью, чем при фильтровании. Промывная вода равномерно собирается нижней сборно-распределительной системой 19 и отводится по трубопроводу 20. После окончания промывки цикл аэрации и очистки воды повторяется.
При сильном зарастании волокнистой насадки 5 предусматривается промывка с подачей в трубопровод 6 раствора гипохлорита натрия для предотвращения развития патогенной микрофлоры.
Использование биореактора-фильтра позволяет совместить в одном устройстве несколько физико-химических и биологических процессов, отказаться от применения промывных насосов и насосов подкачки, эжекторов, компрессоров и воздуходувок и тем самым снизить эксплутационные затраты, уменьшить занимаемую устройством площадь, снизить расход очищенной воды, требуемый на нужды станции, уменьшить объем промывных вод, снизить нагрузку на следующие ступени очистки.