Результат интеллектуальной деятельности: УСТАНОВКА МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

Изобретение относится к экологии и может использоваться для очистки промышленных и сточных вод предприятий АПК (мясо-молочных, масложировых, рыбоконсервных, кожевенных предприятий) от органических и неорганических соединений, нефтепродуктов, ПАВ, а также для дезактивации воды от вирусов, бактерий, микробов, простейших.

Известно устройство для очистки нефтесодержащих сточных вод, содержащее последовательно расположенные емкости с отстойником, с коалесцентным и сорбционным фильтром (патент №84369 U1, МПК C02F 1/40). Данное устройство применяется в основном для очистки сточных вод после мойки автомобилей.

Известно устройство для очистки природных и сточных вод, включающее накопитель-усреднитель, гидроциклон, электрохимический, сорбционный, гидрофобный фильтр, иловые площадки (патент №95657 U1, МПК C02F 1/46).

Данные устройства не обеспечивают достаточную степень очистки воды от нефтепродуктов, а также от микроорганизмов (вирусы, споровые формы, простейшие).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению (принятым за прототип) является установка микробиологической очистки сточных вод и твердых примесей (патент RU №2238247 С2, МПК C02F 3/30).

Установка включает систему подогрева, последовательно расположенные в корпусе по ходу движения сточной воды секцию анаэробной обработки воды, секцию аэробной обработки воды с системой аэрации и секцию доочистки воды, которые выполнены в виде ряда гидравлически сообщающихся смежных камер, разделенных вертикальными перегородками, секции анаэробной и аэробной обработки воды снабжены носителями для иммобилизации микроорганизмов. В корпусе перед секций анаэробной обработки воды расположена секция отстаивания, разделенная перегородкой с образованием нижнего перелива на гидравлически сообщающиеся камеры первичного и тонкослойного отстаивания, секция доочистки воды включает вторую камеру отстаивания, днища обеих секций выполнены с конусообразными углублениями, камеры тонкослойного отстаивания снабжены насадкой в виде рядов параллельных наклонных пластин из полимерного материала со скользящей верхней поверхностью и ребрами жесткости на нижней поверхности, а система подогрева установлена в камере первичного отстаивания.

Прототип также не обеспечивает достаточной степени очистки сточных вод от растворенных в ней масел, жиров, ПАВ, нефтепродуктов, а также от микроорганизмов (бактерий, вирусов, споровых форм, простейших), устойчивых к действию химических дезинфекторов.

Задача заявляемого изобретения заключается в повышении эффективности очистки сточных вод, доочистке от микрочастиц, растворенных в ней, масел, жиров, ПАВ, нефтепродуктов, уничтожении вирусов и бактерий.

Технический результат достигается благодаря тому, что установка, включающая систему подогрева, последовательно расположенные в корпусе по ходу движения сточной воды секцию отстаивания с нижним переливом, секцию анаэробной обработки воды, секцию аэробной обработки воды с системой аэрации и секцию доочистки воды, выполненные в виде ряда гидравлически сообщающихся смежных камер, разделенных вертикальными перегородками, в отличие от прототипа она дополнительно содержит вторую и третью секции доочистки воды, разделенные перегородками, выполненными в виде последовательно расположенных друг за другом пластин с каналом для воды между ними, причем нечетные пластины закреплены на верхнем основании корпуса, а четные - на нижнем, кроме того, в секциях доочистки установлены не менее двух объемных графеновых фильтров, изготовленных в виде съемных кассет.

Наличие в камере доочистки дополнительных секций, организованных с помощью перегородок, выполненных в виде последовательно расположенных друг за другом пластин с каналом для воды между ними, способствует достижению технического результата, так как доочистка стоков от масел, жиров, ПАВ, эмульгированных нефтепродуктов, микробов, бактерий происходит постепенно в течение определенного времени, которое требуется для прохождения сточных вод через установленные в секциях графеновые фильтры в видесъемных кассет.

Новая совокупность существенных признаков предлагаемого технического решения не известна и не следует явным образом из установленного в патентной и научно-технической литературе уровня техники, следовательно, соответствует критериям «новизна» и «изобретательский уровень».

Доочистка воды от капель эмульгированных нефтепродуктов прозводится с помощью специального материала - графенового сорбента. Графеновый сорбент имеет наноразмеры и представляет собой объемный фильтр, состоящий из нанотрубок.

Известно, что графен обычно представляет собой плоский лист, состоящий из одинарного слоя атомов углерода, объединенных в гексагональную кристаллическую решетку. Так как толщина листа имеет наноразмеры, то после отделения его от графитовой структуры он сворачивается в нанотрубку (http.goldenformula.org.ua/publicfnions/news).

Графеновые фильтры для очистки сточных вод от эмульгированных нефтепродуктов, микробов, бактерий не применялись. Нанотрубки пропускают молекулы воды, а также соли, растворенные в воде, и микроэлементы. Однако они задерживают частицы примесей, родственных углероду, например органические масла, сложные углеводороды, нефтепродукты. В отличие от мембранных фильтров, которые задерживают частицы примесей только плоскостью, графеновый сорбент удерживает их всем объемом нанотрубок (www.giner.ru\podg\grafenovyi-sorbent).

В графеновом фильтре дезактивация очищаемых сточных вод от вирусов, бактерий, микробов, простейших происходит следующим образом. Известно, что в воде вирусы, бактерии, микробы, простейшие закрепляются на гидрофобных частицах примесей. Нанотрубки пропускают молекулы воды, но задерживают частицы примесей и закрепленные на них вирусы, бактерии, микробы, простейшие. Для дезактивации вирусов, бактерий и др. в графеновый сорбент добавлены ионы серебра, которые расположены между нанотрубками графена.

На фиг.1 изображена схема установки, на фиг.2 - вид I - схема графенового фильтра с ионами серебра.

Установка для микробиологической очистки сточных вод содержит теплоизолированный корпус 1 с входным патрубком 2 и камерой гашения скорости 3 потока. В корпусе последовательно расположены по ходу движения сточной воды секция отстаивания в виде смежных камер 4 и 5 первичного и тонкослойного отстаивания соответственно с образованием нижнего перелива, обеспечивающего вертикальный восходящий поток в камере 5. В боковой стенке камеры 4 первичного отстаивания смонтирована система 6 подогрева сточной воды. Далее расположена секция 7 анаэробной обработки воды и секция 8 аэробной обработки воды с системой аэрации в виде сообщенных с источником сжатого воздуха воздуховодов с установленным на них дисковым аэратором 10. Секции 7 и 8 анаэробной и аэробной обработки воды выполнены в виде ряда гидравлически сообщающихся смежных камер, разделенных вертикальными перегородками 11 с образованием поочередного верхнего и нижнего переливов, обеспечивающих в камерах вертикальные потоки с поочередно изменяющимися направлениями.

В секциях анаэробной 7 и аэробной 8 обработки воды установлены носители 12, например, из объемного пористого материала с развитой поверхностью для иммобилизации микроорганизмов. Далее по ходу движения воды расположена секция доочистки воды для очистки от выносимых из предыдущей камеры иловых частиц, выполнена в виде смежных камер 13 и 14 тонкослойного отстаивания и фильтрации. Секция доочистки воды выполнена тонкослойной с насадкой для обеспечения в ней вертикального восходящего потока очищаемой сточной воды. Днища 15 секций отстаивания и доочистки имеют конусообразные углубления. Камеры 5 и 13 тонкослойного отстаивания снабжены насадками 16 в виде рядов параллельных наклонных пластин со скользящей верхней поверхностью, расположенных под углом не менее 90° по отношению к пластинам другого ряда. На нижней поверхности пластин выполнены ребра 17 на расстоянии 12-150 мм друг от друга. Камера тонкослойного отстаивания доочистки воды оборудована системой рециркуляции ила 18. Вторая 19 и третья 20 секции доочистки воды, разделенные перегородками, которые выполнены в виде последовательно расположенных друг за другом пластин с каналом между ними для протекания воды, причем нечетные пластины 21 закреплены на верхнем основании корпуса, а четные пластины 22 - на нижнем основании корпуса. Секции содержат два графеновых фильтра 23 с частицами серебра 24, которые выполнены в виде съемных кассет. Третья секция доочистки имеет патрубок 25 для отвода очищенной воды.

Установка работает следующим образом.

Сточная вода поступает через входной патрубок 2 корпуса 1 в камеру 3 гашения скорости потока, где происходит снижение, выравнивание его скорости, изменение направления движения и первичное отделение крупных и тяжелых частиц загрязнений. Далее вода поступает в камеру 4 первичного отстаивания, где происходит также осаждение крупных и тяжелых частиц загрязнений. Сточная вода, нагретая в камере 4 с помощью подогрева системы 6 до необходимой температуры, обеспечивающей оптимальные условия для жизнедеятельности микроорганизмов, через нижний перелив поступает в камеру 5 тонкого отстаивания для глубокого осветления воды. При этом скорость проходящего между пластинами насадки 16 потока резко падает.

В результате столкновения с ребрами 17, выполненными на нижней поверхности пластин, частицы загрязнений задерживаются в них, осадок стекает в конусообразное углубление днища. На верхних пластинах насадки 16 осаждаются самые тонкие частицы. Одновременно в камере 5, где обеспечены оптимальные температурные условия для анаэробных микроорганизмов, начинается процесс сбраживания растворенных органических веществ, содержащихся в стоках, до более простых соединений. Осветленная вода с частично разложившимися органическими соединениями из камеры тонкослойного отставания поступает через верхний перелив в первую камеру секции 7 с иммобилизованными на носителях 12 микроорганизмами - деструкторами. Здесь происходит более полное разложение растворенных в воде органических соединений на более простые вещества. После прохождения воды через камеры секции 7 осветленная вода с разложившимися органическими соединениями поступает в секцию 8, где происходит окончательное разложение органических соединений. В камеры секции 8 через воздуховоды 9 и мелкопузырчатые дисковые аэраторы 10 от источника сжатого воздуха поступает воздух в виде мельчайших пузырьков размером до 100 мкм, что необходимо для обеспечения жизнедеятельности аэробных микроорганизмов. В секции 8 происходит полная минерализация активного ила, в результате чего он становится не способным к загниванию. После секции 8 очищенная вода поступает в камеру 13 тонкослойного отстаивания и доочистки, где происходит осаждение иловых частиц в конусообразное углубление днища.

Далее сточная вода поступает в камеру фильтрации 14, а затем в камеру доочистки с секциями 19 и 20 и графеновыми фильтрами, где происходит доочистка воды от эмульгированных нефтепродуктов, вирусов и бактерий.

Вторая 19 и третья 20 секции доочистки сточных вод разделены перегородками 21 и 22, которые выполнены в виде последовательно расположенных друг за другом пластин с каналом между ними для перетекания воды, причем нечетные пластины 21 закреплены на верхнем основании корпуса, а четные пластины 22 - на нижнем основании корпуса. Такое закрепление пластин позволяет создать узкий канал между ними для перетекания воды из одной секции в другую.

В графеновых фильтрах 23 ионы серебра 24, находящиеся между нанотрубками, при контакте с вирусами, бактериями, микробами, простейшими дезактивируют сточную воду. Размеры нанотрубок графена достаточно малы (размеры 1×10^-9 м), они пропускают молекулы воды, но удерживают эмульгированные нефтепродукты, вирусы и бактерии (размеры 1×10^-6 м, 5×10^-6 м) в своем объеме и эффективно очищают от них сточную воду.

Очищенная вода отводится из камеры доочистки через патрубок 25. Для регенерации графеновые фильтры выполнены в виде съемных кассет.

Эффективность очистки сточной воды от масел, жиров, ПАВ, эмульгированных нефтепродуктов, вирусов, бактерий, микробов в установке достигает 98-99%.