БИОРЕАКТОР ДЛЯ БИОДЕСТРУКЦИИ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ

Полезная модель относится к области экологии, биотехнологии и защите окружающей среды, и может найти применение для обезвреживания органических отходов, биоремедиации нефтезагрязненных почв и грунтов.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по совокупности признаков является биореактор вертикального типа, содержащий три зоны: зону загрузки, рабочую зону и зону разгрузки. Зона загрузки состоит из загрузочной горловины. Рабочая зона включает корпус реактора, устройство аэрации, рагрузочные рамки. В зону разгрузки входят разгрузочные шибера, обечайка с наклонным днищем, два люка: разгрузочный и технологический, привод движения аэрационной трубы. Корпус биореактора изготовлен из цилиндрической обечайки из нержавеющей стали. В центральной части корпуса расположено устройство аэрации в виде перфорированной трубы, на которую на расстоянии 1 м друг от друга в горизонтальном направлении закреплены разгрузочные рамки. Аэрационная труба установлена с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль оси биореактора от зоны загрузки до зоны разгрузки (Кузнецов А.Е., Градова Н.Б. и др. Прикладная экобиотехнология: - учебное пособие: М.6 - БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010. - 629 с). Данное устройство принято за прототип.
Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемой полезной модели - корпус в виде емкости из коррозионно-стойкого материала с загрузочным люком и разгрузочным шибером; в центре корпуса установлена аэрационная труба с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль оси биореактора; аэрационная труба выполнена с перфорацией и на ней закреплены разгружающие элементы; на корпусе расположены технологический люки.
Недостатком известного биореактора, принятого за прототип, является то, что он не позволяет проводить процесс биодеструкции органических субстратов при различных условиях аэрации, что обусловлено устройством разгружающих элементов и аэрационной трубы с перфорацией по всей длине биореактора. Это ограничивает область его применения, в том числе для биоремедиации нефтезагрязненных почв и грунтов.
Задачей полезной модели является расширение области применения, в том числе для биоремедиации нефтезагрязненных почв и грунтов и переработки отходов газового конденсата, загрязненных маслопродуктами, за счет проведения процесса очистки в два этапа с различными условиями аэрации субстрата.
Поставленная задача решается тем, что в известном биореакторе, содержащем корпус в виде емкости из коррозионно-стойкого материала с загрузочным люком и разгрузочным шибером, при этом в центре корпуса установлена аэрационная труба с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль оси биореактора, аэрационная труба выполнена с перфорацией и на ней закреплены разгружающие элементы, на корпусе расположены технологические люки, согласно полезной модели корпус биореактора разделен на две секции шибером, образуя микроаэрофильную и аэрофильную зоны, при этом аэрационная труба выполнена с перфорацией во второй секции с аэрофильными условиями и разгружающие элементы закреплены на ней во второй секции, кроме того, аэрационная труба во второй секции снабжена оросительными устройствами, выполненными в виде форсунок.
Признаки заявляемого технического решения, отличительные от прототипа - корпус биореактора разделен на две секции шибером, образуя микроаэрофильную и аэрофильную зоны; аэрационная труба выполнена с перфорацией во второй секции с аэрофильными условиями; разгружающие элементы закреплены на аэрационной трубе во второй секции; аэрационная труба во второй секции снабжена оросительными устройствами, выполненными в виде форсунок.
Отличительные признаки в совокупности с известными позволяют расширить область применения, в том числе для биоремедиации нефтезагрязненных почв и грунтов и переработки отходов газового конденсата, загрязненных маслопродуктами, за счет проведения процесса очистки в два этапа с различными условиями аэрации субстрата.
Заявляемая полезная модель иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1-2.
На фиг. 1 представлена общая схема биореактора.
На фиг. 2 разрез А-А.
Биореактор (фиг. 1) содержит корпус 1 в виде емкости из коррозионно-стойкого материала, установленную на опорную раму 2 с загрузочным люком 3 и разгрузочным шибером 4. Корпус 1 биореактора разделен на две секции шибером 5 (микроаэрофильную и аэрофильную зону). Внутри биореактора по центру установлена аэрационная труба 6, выполненная с перфорацией во второй секции с аэрофильными условиями. Также на аэрационную трубу 6 во второй секции смонтированы разгружающие элементы 7 под углом 45°. Разгружающие элементы 7 представляют собой арматуру, спирально приваренную к аэрационной трубе 6. В нижней части аэрационной трубы 6 имеется привод 8 для осуществления возвратно-поступательного перемещения аэрационной трубы 6 с разгружающими элементами 7 вдоль оси биореактора. Во второй секции биореактора на аэрационную трубу 6 установлены оросительные устройства, выполненные в виде форсунок 9. Подвод воды осуществляется по резиновым шлангам, расположенным внутри аэрационной трубы 6. В зоне разгрузки под разгрузочным шибером 4 расположен ленточный транспортер 10 для транспортировки очищенного субстрата. Разгрузочный шибер 4 и шибер 5 снабжены гидроцилиндрами. В каждой секции биореактора выполнены технологические люки 11 для отбора проб и могут быть установлены датчики контроля температуры и влажности в процессе очистки. Биоректор работает следующим образом.
Производится предварительная подготовка перерабатываемого субстрата: увлажнение до 70%, внесение структуратора крупнозернистого опила в количестве 30% об. При необходимости может производиться внесение биопрепарата на основе активных штаммов микроорганизмов. Предварительно подготовленный субстрат, например, нефтезагрязненная почва загружается через загрузочный люк 3 и попадает в первую секцию биореактора с микроаэрофильными условиями аэрации. Далее субстрат перемещается во вторую секцию биореактора за счет выдвижения шибера 5 посредством гидроцилиндров и проваливанием субстрата в следующую секцию. Во второй секции осуществляется пассивная аэрация субстрата за счет перфорации аэрационной трубы 6 и пассивной диффузии кислорода воздуха в перерабатываемый субстрат. Во избежание возникновения зон с плохой аэрацией на аэрационной трубе 6 во второй секции смонтированы разгружающие элементы 7, препятствующие слеживаемости субстрата, которая может ухудшить аэрацию субстрата. Во второй секции биореактора производится периодическое увлажнение субстрата за счет разбрызгивающих форсунок 9. Очищенный субстрат выгружается за счет выдвижения разгрузочного шибера 4. Выгруженный субстрат по ленточному транспортеру 10 транспортируется в зону сбора очищенного субстрата.
Такая конструкция биореактора позволяет проводить процесс биоремедиации нефтезагрязненных почв и грунтов с эффективностью до 84% при длительности экспозиции в течение 22 суток. Также заявляемая конструкция позволяет проводить процесс переработки отходов газового конденсата, загрязненных маслопродуктами, с эффективностью до 75% при длительности экспозиции в течение 45 суток. Этот технический результат установлен при испытании опытного образца биореактора.
Результаты экспериментов по биоремедиации нефтезагрязненных почв и грунтов с использованием заявляемой полезной модели приведены в таблице 1.
В таблице 2 представлены результаты экспериментов по переработке отходов газового конденсата, загрязненных маслопродуктами, в заявляемой полезной модели.
Полученные результаты экспериментов показали, что использование заявленной конструкции позволяет расширить область применения биореактора, в том числе для биоремедиации нефтезагрязненных почв и грунтов и переработки отходов газового конденсата, загрязненных маслопродуктами, за счет проведения процесса очистки в два этапа с различными условиями аэрации субстрата.