БИОРЕАКТОР
BIOREACTOR

Изобретение относится к биореактору, предназначенному для очистки воды биологическим способом от аммонийного азота, нитрита, нитрата н поддержания рН на уровне 6,5-7,2, и может быть использовано для очистки природных и доочистки сточных вод.
Известен биореактор-фильтр (патент на изобретение РФ №2356854), 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, размещенное в верхней части биореактора над струеформирующими насадками, фильтр с плавающей загрузкой, расположенный внутри корпуса биореактора между верхней распределительной системой и нижней сборно-распределительном 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 нему воды после разбрызгивания.
Также известен биореактор (патент на изобретение РФ №2377190) для очистки воды, содержащий резервуар, оснащенный трубой подачи очищаемой воды и трубой отведения очищенной воды, причем резервуар заключает в себе материал-носитель, предусматривающий возможность развития на нем биопленки, и указанный резервуар оснащен также средствами подачи среды, несущей реакционный газ, необходимый для процесса очистки, отличающийся тем, что поперечное сечение резервуара является круглым или эллиптическим, причем резервуар во время процесса очистки заполнен водой, также предусматривается возможность вращения материала-носителя, воды и среды, несущей реакционный газ, которое происходит вокруг оси вращения, проходящей через центр поперечного сечения резервуара.
Известна (патент на изобретение РФ №2144005) (прототип) 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.
Недостатками установки являются недостаточная степень очистки воды, громоздкость и сложность сооружения, сложность очистки в связи со сложностью конструкции, высокая стоимость фильтрующей загрузки.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание биореактора упрощенной конструкции, характеризующегося повышенной производительностью, высоким качеством очистки воды при уменьшении стоимости очистки.
Техническим результатом изобретения является создание компактной и простой в обслуживании установки, снижение эксплуатационных затрат при повышении эффективности и качества предварительной очистки воды с помощью физико-химических и биологических процессов.
Поставленная задача решается путем создания биореактора, выполненного в виде цилиндрического корпуса со встроенным внутрь конусом. Вершина конуса соединена с подающим исходную воду трубопроводом. В верхней части корпуса выполнен водозабор, оснащенный трубопроводом слива очищенной воды. Установка конуса внутрь корпуса произведена таким образом, что расстояние между дном корпуса и нижней стороной конуса составляет не более 10 мм, предпочтительно от 3 до 8 мм. Водозабор дополнительно оснащен источником ультрафиолетового излучения, а полость между корпусом и конусом заполнена фильтрующей загрузкой, предусматривающей возможность развития на ней биопленки.
3
В предпочтительном варианте исполнения фильтрующая загрузка представляет собой кварцевый песок с фракцией 0,1 мм до 1,2 мм. Объем носителя составляет от 50 до 200 дм.
Биореактор может быть изготовлен из полипропилена толщиной от 3 до 5 мм или из любого другого подходящего инертного материала.
В предпочтительном варианте исполнения корпус выполняется высотой не более 1500 мм и в диаметре не более 650 мм.
Конус также может быть выполнен из полипропилена толщиной от 3 мм до 5 мм или из любого другого подходящего инертного материала. Высота конуса предпочтительно составляет от 300 мм до 500 мм с диаметром от 450 мм до 550 мм.
Предпочтительно водозабор выполняется цилиндрической формы с одной уплощенной стороной. Предпочтительный диаметр водозабора составляет не более 900 мм.
Источник ультрафиолетового излучения может быть представлен в виде ультрафиолетовых ламп, выполненных из кварцевого песка. В предпочтительном варианте исполнения биореактор оснащается двумя кварцевыми лампами, выполненными непосредственно перед трубопроводом слива очищенной воды.
Наилучшие результаты по очистке воды устройство демонстрирует при равных диаметрах трубы подачи исходной воды и трубы слива.
Ниже приводится пример осуществления предложенного технического решения, никоим образом не ограничивающий иные возможные способы его реализации.
На фиг. 1 выполнен общий вид заявляемого биореактора.
На фиг. 2 выполнен вид биореактора в разрезе.
Биореактор выполнен в виде цилиндрического корпуса 1 со встроенным внутрь конусом 2. Вершина 3 конуса 2 соединена с подающим исходную воду трубопроводом 4. В верхней части выполнен водозабор 5, оснащенный трубопроводом слива очищенной воды 6. Установка конуса внутрь корпуса произведена таким образом, что зазор 7 между дном корпуса и нижней стороной конуса составляет не более 10 мм, предпочтительно от 3 до 8 мм. Водозабор 5 оснащен источником ультрафиолетового излучения, выполненным в виде двух ультрафиолетовых ламп 8, а полость 9 между корпусом и конусом заполнена кварцевым песком с фракцией 0,1-1,2 мм.
Работает биореактор следующим образом. Насосом по подающему исходную воду трубопроводу 4 вода под давлением поступает в биореактор. Попадая в область конуса 2, вода под давлением попадает в узкий зазор 7 между конусом и дном основания и равномерно по всему диаметру вырывается в полость 9 между корпусом и конусом. В качестве наполнителя полость содержит кварцевый песок фракцией от 0,1 мм до 1,2 мм. Вода, проходя под давлением через песок, поддерживает его постоянно во взвешенном состоянии, заставляя частички песка двигаться и не давая песку возможности осесть на дно биореактора. Вода, подаваемая через конус 2, встречая на своем пути сопротивление песка во взвешенном состоянии, движется не прямолинейно, а многократно оборачивается по закону броуновского движения во взвешенном плавающем песке, заселенном полезными бактериями, тем самым неоднократно омывает его, позволяя бактериям на песке более длительное время очищать воду, прежде чем она достигнет поверхности биореактора. Очищенная вода перетекает в водозабор 5, наполняет его и направляется к трубопроводу слива очищенной воды 6. При этом вода протекает между ультрафиолетовыми лампами 8, подвергаясь облучению для стерилизации. На фиг.2 движение воды указано стрелками.
При использовании биореактора согласно изобретению обнаружено, что биологическая пленка, образующаяся на частичках кварцевого песка, не смывается в процессе подачи воды, так как благодаря узкому зазору вода, врываясь в полость, приводит к вихревому вращению воды с частиками песка, не позволяя частичкам песка тереться друг о друга. Также ширина зазора позволяет без дополнительных устройств и манипуляций контролировать объем поступающей в очищающую полость воды, приводя к более длительному нахождению единицы объема воды с взвесью материала-носителя, что приводит к ее качественной очистке с помощью микроорганизмов, нарастающих в виде биологической пленки на материале-носителе. Воздушные пузырьки, поступающие с исходной водой, разбиваются на более маленькие, что улучшает процессы окисления вредных примесей, содержащихся в воде. В устройстве отсутствуют застойные зоны с залеганиями материала-носителя.
Заявленное предложение промышленно применимо и имеет существенно более высокие эффективность и стабильность работы по сравнению с известными устройствами за счет конструктивной простоты. Низкая стоимость используемого материала-носителя по сравнению с носителями известных биореакторов делает устройство очень привлекательным с экономической точки зрения. Источник ультрафиолетового излучения позволяет проводить стерилизацию воды, не позволяя микроорганизмам выходить за пределы биореактора.
Благодаря своим небольшим размерам устройство может встраиваться в существующие системы водоочистки.