БИОРЕАКТОР ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДНЫХ СРЕД
BIOREACTOR FOR CLEANING OF AQUATIC MEDIUM

Изобретение относится к охране окружающей среды, а именно к области очистки водных сред от различных загрязнений, и может быть использовано для очистки природных и доочистки ливневых и сточных вод.
Известна установка для очистки жидкости, включающая аэрационное устройство, контактный фильтр с незатопленным фильтрующим слоем, осветлительный фильтр с плавающей зернистой загрузкой, распределительной и сборной системами, сифон промывной воды и бак-гидрозатвор (Авторское свидетельство СССР №1725969, B01D 36/00, 1992 г.).
Установка, предназначенная для очистки сточных вод, имеет ограниченные функциональные возможности, поскольку не обеспечивает достаточное качество очистки природных вод, так как отсутствие барьера, предотвращающего проскок оторвавшихся хлопьев биомассы, вызывает вторичное загрязнение очищаемой воды.
Известна установка для обезжелезивания воды, содержащая трубопроводы подачи исходной и промывной воды, отвода очищенной и промывной воды, устройство для аэрации, осветлительный фильтр с зернистой загрузкой и нижним распределительным устройством, контактный фильтр закрытого типа с частично затопленной плавающей загрузкой и узлом газоотвода, состоящим из трубы, установленной с возможностью изменения глубины ее погружения, и регулирующего клапана (Патент РФ №2165897, C02F 1/64, 2001 г.).
Недостатками этой установки являются:
- низкая эффективность промывки осветлительного фильтра в связи с попаданием в толщу загрузки загрязнений после контактного фильтра, что соответственно влечет больший расход воды на промывку фильтрующих загрузок;
- невысокая производительность установки и высокие затраты электроэнергии из-за перепада давления при применении устройств для аэрации (эжектор).
Известна 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 (Патент РФ №2144005, C02F 3/00; B01D 36/00, 2000 г.).
Недостатками установки являются: недостаточная степень очистки воды, большой объем промывных вод после фильтра и биореактора, а также то, что расположение трубопроводов требует устройства сифона большего диаметра, рассчитанного на пропуск суммарного расхода промывной воды от биореактора и фильтра.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к предложенному техническому решению является биореактор-фильтр, 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, выполненной в виде крупногранульной частично затопленной загрузки и мелкогранульной затопленной загрузки, 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, размещено в верхней части биореактора над струеформирующими насадками, фильтр с плавающей загрузкой расположен внутри корпуса биореактора между верхней распределительной системой и нижней сборно-распределительной 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 ней воды после разбрызгивания (Патент РФ №2356854, C02F 3/00; B01D 24/00, 2009 г.).
Недостатками биореактора-фильтра являются: невысокая степень очистки воды, повышенный объем промывных вод, за счет плохой отмывки волокнистой насадки, и высокие эксплуатационные затраты вследствие необходимости частой замены волокнистой насадки.
Задачей предложенного технического решения является создание компактного и простого в обслуживании и эксплуатации устройства для очистки водных сред.
Технический результат от использования предложенного технического решения заключается в повышении степени очистки водных сред, сокращении объема промывных вод и снижении эксплуатационных затрат.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что биореактор для очистки водных сред, состоящий из корпуса, снабженного окнами для подсоса воздуха с воздуховодами и в верхней части отражателем с устройством для выпуска воздуха, с трубопроводами подачи исходной водной среды на очистку, отвода очищенной водной среды, сборно-распределительной системой, расположенной в нижней части корпуса и соединенной с трубопроводом отвода промывной воды, внутри корпуса расположены зона аэрации и зона фильтрации, зона аэрации снабжена системой распределения водной среды, соединенной с трубопроводом подачи исходной водной среды на очистку и состоящей из распределительной камеры с радиально соединенными с ней, по меньшей мере, четырьмя трубами, снабженными струеформирующими насадками, направленными выпускными отверстиями в сторону отражателя, зона фильтрации расположена под зоной аэрации, снабжена верхним и нижним удерживающими устройствами и слоями крупногранульной и мелкогранульной плавающей загрузки, согласно изобретению снабжен зоной отстаивания с модулями тонкослойного отстаивания, расположенной вокруг нижней части зоны фильтрации, корпус в верхней части зоны фильтрации снабжен, по меньшей мере, двумя соленоидами с автономным включением каждого в сеть питания, отражатель выполнен куполообразным, струеформирующие насадки сообщены с воздуховодами, трубопровод отвода очищенной водной среды расположен в верхней части зоны отстаивания, а соотношение диаметров зоны фильтрации и зоны отстаивания составляет, по меньшей мере, 1:3.
Предпочтительно, что в качестве крупногранульной и мелкогранульной плавающей загрузки используют полистирольную загрузку.
В частном случае в качестве верхнего удерживающего устройства используют решетку, а в качестве нижнего - сетку, а в качестве трубопровода отвода очищенной водной среды используют кольцевой перфорированный трубопровод.
Изобретение поясняется чертежами. Для большей наглядности соотношение размеров различных элементов устройства изменено.
На Фиг. 1 изображен общий вид биореактора для очистки водных сред. На Фиг. 2, 3 - разрез по линии Α-A и Б-Б на Фиг. 1 соответственно.
Биореактор для очистки водных сред (Фиг. 1) состоит из корпуса 1, снабженного окнами для подсоса воздуха 2 с воздуховодами 3, куполообразным отражателем 4, расположенным в верхней части корпуса 1, с устройством для выпуска воздуха 5, с трубопроводом подачи исходной водной среды на очистку 6, трубопроводом отвода очищенной водной среды 7, сборно-распределительной системой 8, расположенной в нижней части корпуса 1 и соединенной с трубопроводом отвода промывной воды 9. Внутри корпуса 1 расположены зона аэрации 10, зона фильтрации 11 и зона отстаивания 19 с модулями тонкослойного отстаивания 20, расположенная вокруг нижней части зоны фильтрации 11. В зоне аэрации 10 расположена система распределения водной среды, состоящая из распределительной камеры 12 с радиально соединенными с ней четырьмя трубами 13 (Фиг. 2), снабженными струеформирующими насадками 14, сообщающимися с воздуховодами 3 и направленными выпускными отверстиями в сторону куполообразного отражателя 4. Распределительная камера 12 соединена с трубопроводом подачи исходной водной среды на очистку 6. Зона фильтрации 11 расположена под зоной аэрации 10 и снабжена верхним 15 и нижним 16 удерживающими устройствами и слоями крупногранульной 17 и мелкогранульной 18 плавающей загрузки. Корпус 1 в верхней части зоны фильтрации 11 снабжен тремя соленоидами 21 (Фиг. 3) с автономным включением каждого в сеть питания (на чертежах не показана). Трубопровод отвода очищенной водной среды 7 расположен в верхней части зоны отстаивания 19. Конструкция корпуса 1 состоит из трех цилиндрических частей, при этом соотношение диаметров зоны фильтрования и зоны отстаивания составляет, по меньшей мере, 1:3.
Снабжение биореактора для очистки водных сред зоной отстаивания 19 с модулями тонкослойного отстаивания 20, а также снабжение корпуса 1 биореактора, по меньшей мере, двумя соленоидами 21 с автономным включением каждого в сеть питания обеспечивает повышение степени очистки водной среды от соединений железа, марганца и взвешенных веществ.
Выполнение отражателя 4 куполообразным позволяет более равномерно распределять водную среду по площади биореактора в зоне аэрации 10 и не препятствовать выходу воздуха через устройство 5.
Расположение трубопровода отвода очищенной водной среды 7 в верхней части зоны отстаивания 19 позволяет поддерживать плавающую загрузку во взвешенном состоянии.
Выполнение корпуса 1 с соотношением диаметров в зонах фильтрования и отстаивания составляет, по меньшей мере, 1:3, что обеспечивает снижение скорости потока и способствует эффективному осаждению взвеси.
Биореактор для очистки водных сред работает следующим образом.
Исходную водную среду, например природную воду, содержащую газы (углекислый, сероводород и др.), азот аммонийный, а также ионы железа и марганца, по трубопроводу подачи исходной водной среды 6 через распределительную камеру 12 и радиально присоединенные к ней трубы 13, снабженные струеформирующими насадками 14, подают снизу вверх в зону аэрации 10 корпуса 1 биореактора. Внутри струеформирующих насадок 14 создается разрежение, которое по воздуховодам 3 увлекает воздух, находящийся снаружи биореактора, и тем самым создает водовоздушную смесь, вытекающую из насадка 14. Струи воды ударяются о куполообразный отражатель 4 и разбрызгиваются. При этом происходит выделение из водной среды углекислоты и частично сероводорода, которые вместе с избыточным воздухом выводятся в атмосферу через устройство для выпуска воздуха 5. Далее разбрызганная водная среда нисходящим потоком поступает в незатопленный слой крупногранульной загрузки 17, в которой происходят процессы массообмена и образование каталитической пленки на неоднородной поверхности гранул, а затем в затопленный слой крупногранульной загрузки 17 и в слой затопленной мелкогранульной фильтрующей загрузки 18, где доочищается от взвешенных веществ, железа и других примесей. При включении соленоидов 21 внутри слоев крупно- и мелкогранульной загрузок создается магнитное поле, которое в свою очередь интенсифицирует процесс очистки на зернах загрузки. В зависимости от состава и качества исходной водной среды соленоиды 21 независимо друг от друга могут быть включены в сеть питания в различных вариантах. Попадая из зоны фильтрования 11 в зону отстаивания 19 в нижней части корпуса 1 биореактора, скорость движения воды, благодаря конструкции нижней части корпуса 1, выполненного из двух цилиндрических частей с соотношением диаметров зоны фильтрования и зоны отстаивания, по меньшей мере, 1:3, снижается, что позволяет достичь дополнительного эффекта очистки водной среды. Более высокий эффект очистки водной среды достигается на тонкослойных модулях 20. Для создания условий сухой фильтрации в верхнем слое крупногранульной загрузки 17 отведение очищенной воды осуществляется по кольцевому перфорированному трубопроводу 7, расположенному в верхней части зоны отстаивания 19. По мере загрязнения слоев плавающей загрузки 17 и 18 производят ее промывку исходной водной средой сверху вниз с большей интенсивностью, чем при фильтровании. Промывная вода равномерно собирается сборно-распределительной системой 8 и отводится по трубопроводу 9. После окончания промывки процесс очистки воды повторяют.
Использование биореактора для очистки водных сред позволяет совместить в одном устройстве несколько физико-химических и биологических процессов, отказаться от применения промывных насосов и насосов подкачки, эжекторов, компрессоров и воздуходувок и тем самым снизить эксплуатационные затраты, уменьшить занимаемую устройством площадь, повысить степень очистки водной среды, уменьшить объем промывных вод, существенно снизить нагрузку на следующие ступени очистки.