Результат интеллектуальной деятельности: Способ повышения эффективности работы фильтра биологической очистки сточных вод

Изобретение относится к технике очистки сточных вод и может быть использовано при биологической очистке сточных вод в аэротенках и биофильтрах.

Известен способ биологической очистки [Патент RU №2489366, МПК C02F 3/02, C02F 3/20, C02F 103/20, опубл. 10.08.2013 г.]. Данный способ предлагает очистку хозяйственно-бытовых или приравненных к ним по составу сточных вод от одного или нескольких жилых объектов, отдаленных от систем канализации, в том числе для очистки сточных вод коттеджей, поселков, турбаз, придорожных кафе и гостиниц.

Также известен способ биологической очистки сточных вод путем прерывистого подвода жидкости на слой пористых крупнозернистых веществ [Ав. Св-во СССР №11586, кл. 85 с 3/01, 30.09.1929 г.], по которому очищаемую жидкость подводят на биологические желобчатые фильтры волнообразно, прерывая подвод на короткие моменты, в целях создания условий, при которых пористые тела могут быть, по спадении волны, пронизаны воздухом.

Такой способ очистки относится к открытому способу и требует больших площадей, он больше подходит к финишной операции очистки, при таком способе невелика степень очистки сточных вод.

По технической сущности и достигаемому эффекту известные способы являются наиболее близкими к заявляемому, но имеют ряд недостатков - неудобство эксплуатации и обслуживания.

Наиболее близким аналогом, принятым за прототип является способ повышения эффективности работы фильтра биологической очистки вод, описанный в дисковом биофильтре для биохимической очистки воды [Патент RU №2452693, опубл. 10.06.2012, МПК], по которому через резервуар 1 биофильтра постоянно протекает обрабатываемая вода 4, подводимая и отводимая по патрубкам 5 и 6. Весь пакет дисков приводится во вращение приводом с частотой 0,5…3 мин-1. При вращении пакета пластин 3 их поверхность постоянно погружается в обрабатываемую воду и выходит их нее. Энергия для фотосинтеза обеспечивается источниками излучения 7 в диапазонах длин волн 610…760 нм и 450…500 нм. На поверхности дисков культивируется альгобактериальный биоценоз, состоящий из микроорганизмов и водорослей. Необходимые условия их жизнедеятельности обеспечиваются кислородом из воздуха, который выделяется из консорциума водорослей, поглощающего углекислый газ, выделяющийся при окислении органических загрязнений бактериальной частью биоценоза. Контактируя с примесями в обрабатываемой воде, биоценоз на дисках извлекает их и окисляет, а часть веществ, загрязнений трансформируется в общий прирост биомассы, обеспечивая тем самым процесс биохимической очистки.

Задачей способа является повышение эффективности биологической очистки, за счет сужения спектра излучаемых лучей для оптимального развития и трофических связей альгобактериального сообщества.

Технический результат - сокращение энергозатрат при эксплуатации, а также контроль развития той или иной группы микроорганизмов путем регулирования подачи кислорода, и удобство эксплуатации.

Технический результат достигается за счет того, что способ повышения эффективности работы фильтра биологическоой очистки сточных вод, включающий регулирование интенсивности освещения, причем непосредственно в объеме очищаемых сточных вод с носителями биомассы размещают осветительно-аэрационный элемент, оснащенный источником освещения и аэратором, регулируют количество кислорода, поступающего на аэратор, в качестве источника освещения используют светодиоды, излучающие лучи синего и красного спектра излучения, а интенсивность освещения регулируют посредством количества горящих светодиодов и их яркости

На чертеже представлен устанавливаемый осветительно-аэрационный элемент, реализующий способ и его вид сверху.

Осветительно-аэрационный элемент включает следующие элементы конструкции: трубку 1 продувки установки, трубку 2 аэрации жидкости, источник освещения 3, корпус 4 установки, аэратор (на чертеже не обозначен) с диспергатором 5, дно 6 корпуса 4 установки. Конструктив осветительно-аэрационного элемента объединяет в себе ряд технических решений для достижения поставленных задач. Из-за разности температур между водами и элементами установки, возможно скопление конденсата внутри. В силу этого, трубка 1 продувки установки предназначена для продувки корпуса 4 установки. Трубка 2 аэрации жидкости - предназначена непосредственно для аэрации жидкости. Нижний торец трубки 2 аэрации жидкости выходит из дна 6 корпуса 4 установки, на который устанавливается аэрационная насадка-диспергатор 5. На трубки 1 и 2 путем намотки помещен источник освещения 3 (например, светодиодная лента) с элементами, излучающими синий и красный спектр излучения лучей. Напряжение в сети, требуемое для светодиодов, составляет 12 В, что безопасно для эксплуатации, и в случае возможной протечки или при повреждении корпуса 4, не представляет опасности для человека и оборудования. Корпус установки вертикальной цилиндрической формы с дном, выполненный из прозрачного полимерного материала.

На примере работы осветительно-аэрационного элемента рассмотрим процесс осуществления способа: корпус 4 установки помещается в объем очищаемых вод аэротенка или биобильтра. К осветительно-аэрационному элементу подводится воздух при помощи компрессора и напряжение 12 вольт. По трубке 2 аэрации жидкости через аэрационный диспергатор 5 воздух, количество которого регулируется компрессором, распространяется по аэротентку или биофильтру в объеме сточных вод, тем самым насыщая ее кислородом. Помимо кислорода для роста микроорганизмов необходимы лучи синего и красного спектра, которые излучает заключенный в корпус 4 из светопропускаемого материала источник освещения 3. Интенсивность освещения регулируется количеством горящих светодиодов, и их яркостью. Освещение и аэрация осветительно-аэрационным элементом позволяет использовать фильтр биологической очистки или аэротенк в равномерном круглосуточном режиме эксплуатации. В процессе работы из-за перепада температур между источником освещения 3 и очищаемыми водами, на корпусе 4 образуется конденсат, который скапливается на дне 6 исследуемого устройства. Скапливаемый конденсат приведет к короткому замыканию и выходу из строя элементов источника освещения 3. Для предотвращения скапливания конденсата на дне 6 корпуса 4 установки, в корпус 4 внедрена трубка 1 продувки установки, по которой воздух подается в нижнюю часть корпуса 4. Подача электроэнергии может быть от источников переменного или постоянного тока.

Пример: для анализа эффективности исследуемого способа, осветительно-аэрационный элемент был помещен в биофильтр системы очистки оборотных вод действующей рыборазводной фермы. После биофильтра с используемой установкой, был установлен механический фильтр, где задерживались твердые частицы и часть коллоидных веществ.

Режим использования биологического фильтра, установленного на рыбоводческой ферме, снижает химическое потребление кислорода (ХПК) на 50%, а биологическое потребление кислорода (ВПК) на 5%. Спустя 10 дней после интеграции в биологический фильтр осветительно-аэрационного элемента, получены результаты, сведенные в таблицу.

Согласно химическому анализу, при использовании осветительно-аэрационного элемента имеет место снижение ХПК на 83,4%, а ВПК на 81,3%. До применения заявляемого осветительно-аэрационного элемента, эффективность очистки вод путем денитрификации по азоту нитратов составляла 10,1%. После обработки вод с использованием осветительно-аэрационного элемента - 39,9%.

Таким образом, способ биологической очистки с использованием осветительно-аэрационного элемента более эффективен по сравнению со способами биологической очисткой вод в уже существующих биофильтрах, упрощает эксплуатацию, и снижает затраты на электроэнергию.

Таблица 1. Результаты лабораторных исследований.