Биофильтр для очистки воздуха от загрязняющих и неприятно пахнущих летучих веществ

Полезная модель относится к устройствам биологической очистки, преимущественно для очистки воздуха от загрязняющих веществ, запахов и может быть использовано для очистки газовых и вентиляционных выбросов канализационных очистных сооружений, промышленных предприятий и т.п.
Известен биофильтр с гранулированным биологически активным компостом в качестве носителя, содержащий корпус, слой гранулированного биологически активного компоста в качестве носителя, патент [ЕР 0670176, МПК B01D53/84].
Недостатком данного устройства является трудоемкость изготовления гранул нужных размеров.
Известен капельный биофильтр - комбинации биофильтра и струйного фильтра, реализует технологию удаления летучих загрязнений из газовых потоков, содержит корпус и две зоны очистки, носители которых содержат микроорганизмы рода Hyphomicrobium, систему подкормки микроорганизмов, емкость орошающего раствора, подвод и отвод загрязненного воздуха [Патент ЕР 0669155, МПК B01D53/84].
Недостатком данного устройства является то, что вода, насыщенная органическими соединениями серы во второй зоне, насосом подается без дополнительной очистки на орошение носителя.
Наиболее близким техническим решением, взятым за прототип к заявляемому объекту, является аппарат, состоящий из двух зон очистки. Предварительная очистка и нормализация воздушного потока происходит в скруббере. Далее газовоздушная смесь подается в фильтр, на перфорированных решётках которого расположен неподвижный слой-носитель микроорганизмов из субстрата пригодного для выращивания в нем декоративных растений [Патент EP0329643A, B01D53/34].
Недостатком данного устройства является необходимость корректировать влажность и температуру газовоздушной смеси перед подачей в фильтр с неподвижным слоем.
Рассмотренные системы очистки использования двух - или многоступенчатых биофильтров, либо комбинации биофильтров с физико-химической предварительной обработкой имеют высокую эффективность. Однако эти системы являются относительно дорогими и могут приводить к образованию значительных отходов (сточные воды и/или твердые (химические) отходы).
Задачей является создание простого в эксплуатации и экономически выгодного биофильтра очистки газовых выбросов от установок обработки сточных вод, содержащих многокомпонентный состав загрязняющих веществ.
Технический результат заключается в повышение эффективности очистки газов от загрязняющих и неприятно пахнущих летучих веществ.
Технический результат достигается за счет того, что биофильтр для очистки воздуха от загрязняющих и неприятно пахнущих летучих веществ, включает открытый корпус, расположенные в нем перфорированную решетку с поддерживающим слоем и неподвижным слоем-носителем микроорганизмов из субстрата и ороситель, расположенный в верхней части корпуса.
Неподвижный слой-носитель микроорганизмов выполнен из смеси биогумуса и древесной коры средней фракции, а ороситель выполнен с возможностью использования очищенной сточной воды.
На Фиг. 1 представлен биофильтр, установленный непосредственно над аппаратом очистки сточных вод (источником выделения загрязненных газов).
На Фиг. 2 представлена зависимость концентрации газов от времени обработки в биофильтре.
Биофильтр состоит из корпуса 1, установленной в нем перфорированной решетки 4 и расположенного на ней слоем-носителем микроорганизмов 3, нижняя часть которого является поддерживающим слоем (на фигуре не показан) и состоит из коры, а верхняя часть является неподвижным слоем-носителем микроорганизмов (на фигуре не показан), который выполнен из субстрата, а именно, из смеси биогумуса и древесной коры средней фракции.
Корпус 1 выполнен открытым, а в верхней его части установлен ороситель 6. В качестве оросительной жидкости используется очищенная сточная вода.
Биофильтр устанавливается на аппарат очистки сточных вод 2 и подключается к источнику подачи оросительной жидкости, например, к насосу 5.
Решетка 4 со слоем-носителя микроорганизмов 3 расположена в горизонтальной плоскости (поперечно его стенкам) корпуса 1 и заполняет все его пространство. При этом, служит основой для поддерживающего слоя из инертного волокнистого материала (коры).
Слой-носитель микроорганизмов 3 представляет собой биологически активный фильтрующий материал.
Биофильтр для очистки воздуха от загрязняющих и неприятно пахнущих летучих веществ на основе биохимических процессов работает следующим образом.
Очищаемый воздух поступает естественным путем в нижнюю часть корпуса 1, установленного непосредственно над аппаратом очистки сточных вод 2 (источником выделения загрязненных газов), проходит через слой-носителя микроорганизмов 3, размещенный на перфорированной решетке 4, сначала через поддерживающий слой, потом через неподвижный слой-носитель микроорганизмов. Периодически (по мере подсыхания слоя-носителя) насос 5 подает жидкость (очищенные сточные воды) к оросителям 6. Если достаточно влажности очищаемого газа, то орошение проводят реже. Очищенный воздух естественным образом перемешивается с воздушной массой вокруг.
Загрязненный газ движется через неподвижный слой-носитель микроорганизмов, представляющий собой биологически активный фильтрующий материал - биогумус, смешанным с более грубой фракцией (кора древесная). Активность фильтрующего материала основана на естественном присутствии в фильтрующем материале микроорганизмов, способных разлагать загрязняющие вещества. В зависимости от удаляемого газа, подлежащего обработке, биофильтр может быть колонизирован адаптированными организмами (частности Hyphomicrobium микроорганизм, разлагающий серу). Слой-носитель микроорганизмов 3 увлажняется оросительной жидкостью, то есть очищенной сточной водой и при необходимости в него могут быть добавлены питательные вещества или буферные добавки. Все остаточные продукты, которые сформировываются в слое-носителе микроорганизмов 3, фильтра можно выборочно извлечь периодическим орошением.
Важным преимуществом устройства является то, что полученная дренажная вода из биофильтра может быть нейтрализована в аппарате очистки сточной воды, над которой установлен сам биофильтр. Сток органических веществ, таким образом, значительно уменьшен.
2
Еще одним преимуществом биофильтра, где используется штамм Hyphomicrobium, является то, что для обработки летучих соединений серы, в том числе HS, допускается производить очистку газов при нейтральном рН.
Биологическая очистка в биофильтре происходит аналогично почвенным процессам в природных условиях следующим образом: под действием аэробных групп тионовых и серобактерий протекает окислительная реакция соединений серы.
Измерения количеств конкретных компонентов газовоздушной смеси на выходе из модельной установки проводилось с помощью газоанализатора «Геолан-1П» согласно его руководству по эксплуатации. Данный прибор включен в Государственный реестр средств измерений и имеет широкий диапазон чувствительности. Газоанализатор предназначен для непрерывного, автоматического, прямого измерения концентраций вредных и загрязняющих веществ (оксид углерода, диоксид азота, оксид азота, диоксид серы, формальдегид, этанол), содержащихся в атмосферном воздухе, воздухе рабочей зоны. Допустимая относительная основная погрешность прибора не более ± 20%, свидетельство о поверке № 06.032600.20 до 26.05.2021г.
2
2
2
2
2
2
3
3
3
3
3
3
Анализ газо-воздушной смеси на выходе из модельной установки (время работы биофильтра - 10 минут) выявил снижение концентрации диоксида серы: СО - 0,00 %; СО - 0 мг/м ; NO - 0,3 мг/м; SO - 19,7 мг/м . При времени работы биофильтра 30 минут также было зафиксировано снижение концентрации диоксида серы: СО - 0,00 %; СО - 0 мг/м; NO - 0,3 мг/м; SO - 10,4 мг/м (Фиг.2).
2
Предельно допустимая концентрация в рабочей зоне очистных сооружений по SO (менее 10,0 мг/м3) были достигнуты через 40 минут очистки газа в биофильтре.
В Таблице 1 приведены результаты сравнительных испытаний слоя-носителя 3. Высокий уровень эффективности очистки достигается при использовании слоя-носителя 3, состоящего из поддерживающего слоя (кора лиственницы, высота загрузки 10 см) и неподвижного слоя-носителя микроорганизмов (смесь биогумуса с корой лиственницы мелкой фракции (менее 1×1 см), высота загрузки 10 см).
Таблица 1
Определяемый компонент
Кора лиственницы
Смесь (биогумус+кора лиственницы)
Исходные концентрации компонентов в воздухе раб. зоны
ПДК рабочей зоны
Высота загрузки 10 см (поддерживающий слой)+ 20 см
Высота загрузки 10 см (поддерживающий слой)+ 40 см
Высота загрузки 10 см (поддерживающий слой)+ 60 см
Поддерживающий слой, высота загрузки 10 см + 10 см смесь с корой крупной фракции (более 3×3 см)
Поддерживающий слой, высота загрузки 10 см + 10 см смесь с корой мелкой фракции (менее 1×1 см)
CO, (мг/м<sup>3</sup>)
0
0
0
0
0
0
20
NO<sub>2</sub>, (мг/м<sup>3</sup>)
0
0
0
0
0
0
2
NO, (мг/м<sup>3</sup>)
0
0
0
0
0
0
5
SO<sub>2</sub>, (мг/м<sup>3</sup>)
2,4
1,07
0,43
0,23
0,07
9,9
10
H<sub>2</sub>CO , (мг/м<sup>3</sup>) (формальдегид)
0,71
0,40
0,08
0,017
0,00
1,26
0,5
C<sub>2</sub>H<sub>5</sub>OH (этанол), (мг/м<sup>3</sup>)
0
0
0
0
0
0
1000
2
Помимо достижения норматива по SO к преимуществам данного метода можно отнести:
- отсутствует образование отходов, требующих специальной обработки;
- биомасса через какой-то промежуток времени подвергается компостированию вместе с фильтрующим материалом;
- низкая себестоимость инвестиций, а также низкие эксплуатационные расходы.