Сорбционный биофильтр для очистки газовой среды 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 использована 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).
Известен биофильтр для комплексной очистки газовоздушных выбросов микробиологических производств, включающий находящийся в замкнутом объеме, ограниченном вертикальными боковыми стенками, перекрытием и днищем, размещенный на горизонтальной опоркой решетке слой биологически активного фильтрующего материала, воздуховод подвода газовоздушных выбросов под опорную решетку и воздуховод отвода газовоздушных выбросов после слоя биологически активного фильтрующего материала, при этом основную часть биологически активного фильтрующего материала составляет пропитанная питательной средой солома злаковых культур, а воздуховод отвода газовоздушных выбросов выполнен в виде зазора между боковыми стенками и перекрытиям, причем перекрытие имеет наклон от боковых стенок внутрь к оси симметрии, а угол наклона перекрытия к горизонту составляет 1-2°.
Наиболее близким техническим решением является (Патент RU 145378 U1, C05F3/06, опубл. 20.09.2014) устройство для утилизации газов, образующихся в биореакторах переработки органических отходов, содержит биологически активный сорбционный материал; в качестве сорбционного материала используется торф, сформированный в штабель, внутри которого расположен воздуховод равномерной раздачи газовоздушной смеси, соединенный другим концом с нагнетательным воздуховодом, присоединенным к вентилятору, соединенному через всасывающий воздуховод с биореактором.
Недостатком данного изобретения является необходимость в совместнойработе данной установки с биореактором, а также доставке и замене торфяных штабелей с места их производства, что является экономически не выгодным решением.
Рассмотренные системы очистки имеют высокую эффективность. Однако эти системы являются относительно дорогими и могут приводить к образованию значительных отходов (сточные воды и/или твердые (химические) отходы).
Задачей изобретения является создание простой в эксплуатации и экономически выгодной системы биологической очистки газовых выбросов от установок обработки сточных вод, содержащих многокомпонентный состав загрязняющих веществ.
Сущность полезной модели заключается в том, что сорбционный биофильтр для очистки газовой среды от загрязняющих и неприятно пахнущих летучих веществ, включающий неподвижный сорбционный материал, трубопровод подачи очищающего вещества, при этом сорбционный материал расположен на поддерживающих мембранных сетках в открытом снизу корпусе, в верхней части корпуса расположены гидрозатвор с жидкостью, поступающей по трубопроводу, трубопровод отвода воды и вытяжная труба для отвода газов.
Сорбционный материал представлен соломой злаковых культур и кремнийсодержащими сорбирующими породами, смешанными между собой или расположенными послойно.
Технический результат заключается в повышении эффективности очистки газов от загрязняющих веществ.
Технический результат достигается за счет того, что биофильтр для очистки воздуха от загрязняющих и неприятно пахнущих летучих веществ, включает открытый снизу корпус, расположенные в его нижней части поддерживающие синтетические мембранные сетки, слои органического сорбционного материала, расположенного во внутренней части корпуса.
Неподвижные сорбционные слои выполнены из смеси кремнийсодержащих природных пород мелкой фракции, а также отходов сельскохозяйственной деятельности. При этом, как отход сельскохозяйственной деятельности может быть использована солома злаковых культур, измельченная до фракции ≈5 мм. Также они могут быть выполнены из соломы, карбонизированной при температуре около 600°С, а гидрозатвор выполнен с возможностью использования очищенной сточной воды.
Сущность полезной модели поясняется чертежом.
Конструкция биофильтра представлена открытым снизу корпусом 1, установленном в нем синтетических, пропускающих газ, поддерживающих мембранных синтетических сеток 2, и, расположенных друг над другом, неподвижных слоев сорбирующего материала (при этом используемые материалы могут быть вариативны по типу отхода с/х и кремнийсодержащих пород) 3, 4. Конструкция биофильтра также включает съемный гидрозатвор 5 с жидкостью, доочищающей газы очищенной сточной водой 6, подаваемой по трубопроводу 7. Промывные воды периодически отводятся через трубопровод 8.
Биофильтр герметично устанавливается непосредственно в месте отвода газов сточных вод 9, например, в шахте вентиляции, в проточных емкостных очистных сооружениях хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод. При этом биофильтр подключается к источнику подачи очищенной воды в гидрозатвор, например, к насосу 10. Газы, прошедшие через гидрозатвор, отводятся через вытяжную трубу с естественной тягой 11.
Мембранные синтетические поддерживающие сетки 2, заполняющее сечение биофильтра с неподвижными слоями фильтрующих материалов природного происхождения 3, 4, расположены друг над другом (в различной последовательности и вариативности используемых материалов) в горизонтальной плоскости поперечно стенкам корпуса 1.
Используемым материалом неподвижных слоев 3 и 4 могут быть рисовая или пшеничная солома в карбонизированном или измельченном виде, а также кремнийсодержащие сорбирующие породы (диатомит, бентонит, глауконит, монтмориллонит и др.) в необработанном или активированном состоянии.
Биофильтр для очистки воздуха от загрязняющих и неприятно пахнущих летучих веществ на основе сорбционных процессов работает следующим образом: очищаемый воздух поступает естественным путем в нижнюю часть корпуса 1, установленного непосредственно в крышке приемной камеры сточных вод 9 (источником выделения загрязненных газов), проходит через слои природных материалов с повышенными сорбционными характеристиками 3, 4, размещенных друг над другом на поддерживающих мембранных синтетических сетках 2, поочередно через все фильтрующие слои. Периодически (по мере загрязнения воды в гидрозатворе 7) насос 10 подает свежую порцию жидкости (очищенные сточные воды) напрямую в корпус гидрозатвора. Очищенный воздух естественным образом перемешивается с воздушной массой вокруг.
Загрязненный газ движется через неподвижные слои 3 и 4, представляющие собой природные материалы с повышенными сорбционными характеристиками – солома злаковых культур измельченной до фракции ≈5 мм, а также кремнийсодержащие сорбирующие породы (диатомит, бентонит, глауконит, монтмориллонит и др.), смешанные между собой или расположенные послойно. Активность фильтрующего материала основана на естественных сорбционных характеристиках, способных задерживать загрязняющие вещества, за счет волокнистой структуры соломы и ионообменных показателей кремнийсодержащих пород. Также может использоваться активация сорбента химическим, физико-химическим, термическим, либо химико-термическим методами. Сорбционный слой может быть выполнен минимум из двух последовательно расположенных слоев 3 и 4 по отношению к восходящему потоку газа. При этом последовательность расположения сорбционных слоев определяется условиями доступности и простоты обслуживания (монтаж, регенерация, демонтаж, затраты электроэнергии).
В зависимости от удаляемого газа, подлежащего обработке, в жидкость, находящуюся в емкости гидрозатвора 5 могут быть добавлены различные химические растворы, способствующие их полному разложению. Все остаточные продукты и отработанные материалы, которые сформировываются в сорбирующих слоях 3, 4 фильтра можно выборочно извлечь путем разбора самого биофильтра.
Анализ газо-воздушной смеси на выходе из модельной установки (время работы биофильтра - 10 мин) выявил снижение концентрации ЗВ (таблица).
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. Допустимая относительная основная погрешность прибора не более ±20%, свидетельство о поверке № С-ВЧИ/10-09-2021/93585915 до 09.09.2022 г.
Таблица - Средние из 3-х измерений показатели очистки газов
№п/п
Показатель
Ед.изм.
Исх.знач.
Остаточные к-ции газов после очистки на сорбенте «Солома+кремнийсодерщая порода+уголь»
ПДКрабочей зоныСанПиН 1.2.3685-21
1
CO (оксид углерода)
мг/м<sup>3</sup>
<b>1,37</b>
0,38
20,00
2
NO (оксид азота)
мг/м<sup>3</sup>
<b>0,892</b>
0,026
5,000
3
NO<sub>2 </sub>(диоксид азота)
мг/м<sup>3</sup>
<b>130,300</b>
0,000
2,000
4
H<sub>2</sub>S (сероводород)
мг/м<sup>3</sup>
<b>20,40</b>
0,15
10,00
5
SO<sub>2 </sub>(диоксид серы)
мг/м<sup>3</sup>
<b>1,30</b>
0,05
10,00
Во всех случаях остаточные концентрации компонентов очищаемых газов ниже ПДК и является техническим результатом.
Помимо достижения нормативов по ПДК загрязняющих газов к преимуществам использования данного биофильтра можно отнести:
простота эксплуатации и технического обслуживания;
использованный фильтрующий материал через определенный промежуток времени может подвергаться компостированию;
низкая себестоимость инвестиций, а также низкие эксплуатационные расходы;
повсеместная распространенность используемых природных материалов, минимизирующая логистические расходы.