ДЕНИТРИФИКАЦИОННЫЙ ВИБРОФЛОТАТОР

Изобретение относиться к устройствам для флотационной очистки сточных вод и может быть использовано в технологии очистки производственных сточных вод.
Известно явление всплывания ершовой насадки вместе с металлическим каркасом так называемых плавающих кассет биореакторов для очистки сточных вод сообществом прикрепленных на ершах и свободноплавающего активного ила, описанного в статье М.Г.Зубова, Л.Н.Приходько, Н.И. Куликова. Реконструкция канализационной очистной станции г.Сургута. Водоснабжение и санитарная техника. М.: 2001, №6, с.27-29 [1].
В процессе денитрификации биоценозом прикрепленных на ершовой насадке микроорганизмов выделяется газообразный молекулярный азот. Микропузырьки газа удерживаются на гидрофобной поверхности волокон ершей и клеток микроорганизмов, придавая им плавучесть и даже всплывание. При резкой встряске насадки микропузырьки газа отрываются от волокон и флотируют биоценоз свободноплавающих частиц активного ила.
Наиболее близкой по техническому решению является флотационная установка для очистки производственных сточных вод, описанная в патенте Российской Федерации №2299858, Кл. С02А 1/24 27.05.2007 [2].
Флотоустановка включает флотоотстойник, пеносборный лоток, гидрофобную поверхность насадки внутри флотоостойника, закрепленную на металлических каркасах кассет
длиной в вертикальном направлении не менее 1,5 м и с формой поперечного сечения флотоотстойника, гидрофобная насадка выполнена в форме волокнистых ершей, закрепленных в каркасе вертикально с шагом, равным диаметру поперечного сечения ерша по поперечному сечению флотоотстойника для принудительной коалесценции пузырьков воздуха, обечайка флотоотстойника снабжена в горизонтальной плоскости над каркасом с ершовой насадкой соплами тангенциального впуска исходной и рециркулирующей сточной воды для создания вращательного движения объема жидкости внутри флотоотстойника, внесение пузырьков воздуха обеспечивает компрессор, напорный бак сатуратора и редукционный клапан, выполненные для работы под давлением не менее 15 МПа.
Недостатком известной флотоустановки является необходимость наличия компрессора, арматуры и устройств, работающих под высоким давлением.
Задача изобретения - снижение энергоемкости флотоустановки и исключение элементов конструкции, работающих под высоким давлением.
Поставленная задача решается тем, что флотоустановка, включающая флотоотстойник, снабженный в придонной части металлическим каркасом высотой не менее 1 м, по форме совпадающей с формой внутреннего сечения флотоотстойника с навитыми внутри каркаса волокнистыми ершами гидрофобной насадки вертикально закрепленными с шагом, равным диаметру поперечного сечения ерша, при этом флотоотстойник в горизонтальной плоскости над каркасом оборудован тангенциально вмонтированными в обечайку соплами для впуска исходной и рециркулирующей сточной воды и придания внутреннему объему жидкости флотоотстойника вращательного движения вокруг вертикальной центральной оси, но в отличии от известной, ершовая насадка модифицирована биоценозом микроорганизмов-денитрификаторов, в каркас для крепления ершей жестко вмонтирован вибратор, управляемый контроллером включения и выключения вибратора с такой частотой и продолжительностью, чтобы образовать микропузырьками газа азота, выделяющегося с поверхности микроорганизмов-денитрификаторов, весь объем очищаемой сточной воды, флотоустановка
оборудована бачком с раствором нитратов и насосом-дозатором нитратов в поток исходной сточной воды.
Проведенные патентные исследования показали, что ни в патентной, ни в научно-технической литературе нет сведений про денитрификационный виброфлотатор для очистки производственных сточных вод такой конструкции, какая предложена в формуле изобретения, что дает основание утверждать, что предлагаемый денитрификационный виброфлотатор отвечает критерию патентоспособности «новизна».
Сравнительный анализ приспособлений, которые используются в известных технических решениях и в том числе в прототипе, показал на существенные признаки, отличающие предлагаемое решение.
Преимущества свидетельствуют о том, что задачи, которые решаются, выполнены на изобретательском уровне, поскольку они не вытекают, очевидно, из известных в данной области решений и поэтому отвечают критерию патентоспособности «изобретательский уровень».
Предлагаемый денитрификационный виброфлотатор для очистки производственных сточных вод приведен на чертеже в виде технологической схемы. Денитрификационный виброфлотатор для очистки производственных сточных вод состоит из приемной камеры 1 исходной сточной воды, самотечного трубопровода 2 подачи сточной воды во флотоотстойник 3, снабженный патрубками 4 и 5 тангенциального впуска исходной очищенной в денитрификационный виброфлотаторе сточной воды. Выпуски 4 и 5 находятся в одной горизонтальной плоскости над каркасом 7, жестко связанным с вибратором 6. Внутри каркаса 7 размещена насадка для удерживания микроорганизмов-денитрификаторов в виде волокнистых капроновых ершей 8, зафиксированных внутри каркаса в вертикальном положении по всему объему каркаса 7, ограниченного обечайкой флотоотстойника 3 и имеющего высоту не менее одного метра. Ерши 8 располагаются с шагом, равным диаметру их поперечного сечения, что исключает наличие свободных от ершей плоскостей внутри каркаса 7.
Конический поддон денитрификационного виброфлотатора снабжен патрубком 9 выпуска очищенной сточной воды. Для создания гарантии вращения столба жидкости внутри флотоотстойника 3 используется низконапорный насос 10, подающий посредством трубопровода 11 рециркуляционный поток жидкости к впускам 5. Очищенная сточная вода выводится на дальнейшую обработку по трубопроводу 12. При нехватке нитратов в исходной сточной воде они дозируются в денитрификационный виброфлотатор из бака 13 посредством насоса-дозатора 14 по трубопроводу 15 в приемную камеру 1.
При отключении или при профилактическом ремонте денитрификационного виброфлотатора в флотоотстойнике 3 предусмотрена сеть барботажных труб 17, расположенных под каркасом 7 и соединенных воздуховодом с воздуходувкой 16, работой вибратора 6 управляет контроллер 18, соединенный с ним электросетью 19.
Удаление флотопены 20 предусмотрено через пеносборный лоток 21, а регенерационная жидкость от опорожнения флотоотстойника 3 собирается в резервуар 22.
Работает денитрификационный виброфлотатор следующим образом. Исходная сточная вода из приемной камеры 1 по трубопроводу 2 самотеком непрерывно поступает во флотоотстойник 3 через патрубок 4 впуска стоков. С противоположной стороны периметра флоотстойника 3 по патрубку впуска 5 внутрь флотоотстойника 3 поступает посредством низконапорного насоса 10 и трубопровода 11 очищенная в флотоостойнике 3 сточная вода. Вследствие поступления с 2х сторон в тангенциальном направлении внутри флотоотстойника 3 сточной воды весь объем жидкости внутри флотоотстойника 3, благодаря вязкости воды, приходит во вращение.
А за счет непрерывного отбора очищенной воды через трубопровод 9 и далее по трубам 11 и 12 вращающаяся жидкость проходит через ершовую насадку 8, закрепленную в каркасе 7. Поскольку в исходной сточной воде имеются или в нее вводятся из бака 13 посредством насоса-дозатора 14 по трубопроводу 15 нитраты, то микроорганизмы-денитрификаторы, предварительно зафиксированные на ершовой насадке 8, осуществляют денитрификацию
иcx
иcx
исх
исх
исх
нитратов за счет окисления органических веществ исходной сточной воды. Количество ершей 8 и высота слоя ершей 8 обусловлены потребностью в микропузырьках газа азота для флотации жировых и других нерастворимых и коллоидных примесей исходной сточной воды. Ввиду того, что микропузырьки газа азота выделяются из бактериальных клеток и удерживаются на их гидрофобной поверхности, а также коалисцируют гидрофобной поверхностью капроновых волокон ершей 8, то для отделения микропузырьков газа и создания газового потока для флотации примесей сточной воды, на каркасе 7 жестко закреплен вибратор 6, управляемый контроллером 18 посредством электрической сети 19. Периодичность включения вибратора 6 через 2-3 минуты, продолжительностью работы 10-15 секунд. При объеме флотоотстойника 3 на часовое время обработки исходного стока скорость опускания вращающегося столба жидкости внутри флотоотстойника за счет рециркуляции очищенной воды с расходом, равным расходу исходной сточной воды, и при высоте цилиндрической части флотоотстойника 3 равной 3,0 м составит: V=2·Q/F; W=Q·1; F=Q·1/3,0 м; V=2·Q·3/(Q·1 час)=6 м/ч или 6 м/60 мин=0,1 м/мин.
За 3 минуты столб воды опускается на 0,3 м, поэтому при высоте ершовой насадки 1,0 м за время опускания столба жидкости на высоте ершей жидкость 3 раза будет подвергнута воздействию газового потока микропузырьков азота. Микропузырьки азота движутся внутри ершей 8 по каналам между ершей 8 со скоростью от 0,1 до 0,5 м/с, поэтому за время вибрации каркаса 7 в течение 10-15 сек пузырьки газа азота гарантированно покинут ершовую насадку и выйдут в пространство над каркасом 7, где их уже ничто не задержит в движении их к поверхности к пеносборному лотку 21, откуда пену можно удалить по трубопроводу 20.
Если время работы денитрификационного виброфлотатора менее суток, то после прекращения подачи исходного стока необходимо опорожнить флотоотстойник 3 от сточной воды. Для опорожнения флотоотстойника 3 включают воздуходувку 16 и подачей воздуха в барботеры 17 встряхивают ерши 8 для удаления налипших на них примесей сточной воды и
избытка микроорганизмов - денитрификаторов. Опорожнение флотоотстойника 3 производят в емкость 22.
Скорость денитрификации биоценозом микроорганизмов-денитрификаторов составляет не менее одного г/моль нитратов на 1 кг денитрификаторов за 1 час.
3
3
г
исх
исх
На ершах весом 7 кг/м объема каркаса удерживается не менее 7 кг биомассы микроорганизмов-денитрификаторов, поэтому в течение часа с одного м площади верха каркаса поступает 7 кг·1/4 г/моля или 7·22,4 литра /4=38 литров газообразного азота. А с площади F каркаса V=38·F=38·Q/3=13 Q, что соответствует потребности в газовых пузырьках для флотации (не менее 10 литров газа на 1 м подвергающегося флотационной обработке промышленного стока).
Выполнение поставленной в изобретении задачи снижения энергоемкости денитрификационного виброфлотатора обеспечивается исключением компрессора высокого давления для растворения воздуха в воде, а потребность в электроэнергии вибратора в десятки раз меньше, чем компрессора. Что касается дозирования нитратов, то использование отходов азотной промышленности в качестве источника нитратов позволяет резко снизить себестоимость процесса флотационной обработки промышленных стоков.
В денитрификационном виброфлотаторе существенно повышается безопасность работы установки, т.к. отсутствуют аппараты и устройства, а также коммуникации, работающие под высоким давлением.
Особенно эффективны денитрификационные виброфлотаторы в установках малой производительности, например, на кожевенных заводах небольшой мощности.