MD187Y - Procedeu de obtinere a incarcaturii volumice pentru fixarea microflorei si reactor anaerob cu utilizarea acesteia pentru epurarea biochimica a apelor uzate - Google Patents

Abstract

Inventia se refera la un procedeu de obtinere a incarcaturii volumice pentru fixarea microflorei si la un reactor anaerob cu utilizarea acesteia pentru epurarea biochimica a apelor reziduale la obiectele industriale legate de formarea deseurilor organice lichide. Procedeul de obtinere a incarcaturii volumice pentru fixarea microflorei include fabricarea unor blocuri pentru flux continuu din tesatura de polipropilena impletita, intinsa pe carcase, in forma de sectoare cilindrice cu bazele superioare deschise, umplute cu ramuri de vita de vie taiate si uscate cu grosimea de 2...5 mm cu suprafata volumica a incarcaturii de 140...160 m2/m3 cu acoperire polimerica hidrofila, obtinuta prin tratarea consecutiva a ramurilor de vita de vie cu solutie hidroalcoolica de 7...10% de rasina polivinilica, avand raportul volumic alcool etilic si apa de (10…45):(55…90), si cu solutie apoasa de cloruri si/sau sulfati de sodiu, calciu si/sau magneziu, clorura si/sau sulfat de fier (III) si formaldehida in urmatorul raport al ingredientelor, % mas.:cloruri si/sau sulfati de sodiu, calciu si/sau magneziu 90…93clorura si/sau sulfat de fier (III) 3…5 formaldehida 4…5,timp de 15…30 min la temperatura de 80…95°Ń cu uscarea ulterioara la soare timp de 1…2 zile si incalzirea in flux de aer circulant la temperatura de 100…120°Ń. In calitate de solutie apoasa de cloruri si/sau sulfati de sodiu, calciu si/sau magneziu se utilizeaza eluate obtinute la regenerarea rasinilor schimbatoare de ioni in procesul dedurizarii apei. Reactorul anaerob cu aplicarea incarcaturii volumice obtinute include corp (1), racorduri de alimentare (9) si de evacuare (10) a apei tratate, racord pentru evacuarea biogazului cu hidroinchizator (12), schimbator de caldura (2) si racord (11) pentru evacuarea reziduului. Corpul (1) este executat ca un cilindru cu fundul conic (3), in care pe o baza cu sita (4) sunt amplasate radial si etajat blocuri de incarcatura identice (5), care ocupa 80...90% din volumul corpului, totodata inaltimea blocului este egala cu 0,5...1,0 m.

Description

Invenţia se referă la un procedeu de obţinere a încărcăturii volumice pentru fixarea microflorei şi la un reactor anaerob cu utilizarea acesteia pentru epurarea biochimică a apelor reziduale la obiectele industriale legate de formarea deşeurilor organice lichide.

Este cunoscut un procedeu de obţinere a încărcăturii volumice pentru fixarea microflorei cu utilizarea acesteia la epurarea biochimică a apelor reziduale, care prevede folosirea blocurilor din materiale polimerice inerte cu suprafaţă mare, care sunt aranjate în bioreactorul anaerob, ce conţine un corp închis, în care este amplasată încărcătura din material polimeric pentru fixarea microflorei, conducte de alimentare şi evacuare a apei şi o conductă de evacuare a biogazului [1].

Dezavantajul acestui procedeu constă în aceea că suprafaţa activă a încărcăturii obţinute nu este suficientă pentru realizarea cu succes a procesului anaerob de epurare a apelor reziduale, iar confecţionarea acestei încărcături pentru fixarea microflorei este costisitoare.

Este cunoscut bioreactorul anaerob pentru epurarea apelor reziduale cu concentraţii sporite de impurităţi, care conţine o carcasă cu încărcătură din material polimorf inert pentru fixarea microflorei, şi anume din pânză de polipropilen, întinsă pe nişte rame fixate între ele cu tije orizontale, formând blocuri tridimensionale tip grilă de formă paralelipipedică cu secţiune transversală deschisă pe înălţime, care sunt aranjate în bioreactor şi servesc în calitate de containere de colectare, care sunt stivuite în straturi cu orientarea inversă a unghiului fiecărui strat şi formează deschizături în formă de zigzag pe toată înălţimea bioreactorului şi/sau vertical în poziţia longitudinal-transversală [2].

Dezavantajul bioreactorului cu utilizarea acestei încărcături este adeziunea slabă a microflorei la substrat, de aceea majoritatea particulelor de biomasă care aderă la plăcile netede se rup de la baza solidă a încărcăturii şi sunt scoase din bioreactor. Mai mult, această încărcătură este instabilă şi necesită substituire periodică.

Problema pe care o rezolvă prezenta invenţie constă în ieftinirea procedeului de obţinere a încărcăturii pentru fixarea mai durabilă a microflorei şi sporirea eficacităţii procesului biochimic, majorarea cantităţii de biogaz şi a gradului de epurare a apelor reziduale.

Esenţa invenţiei constă în aceea că procedeul propus de obţinere a încărcăturii volumice pentru fixarea microflorei include fabricarea unor blocuri pentru flux continuu din ţesătură de polipropilenă împletită, întinsă pe carcase, în formă de sectoare cilindrice cu bazele superioare deschise, umplute cu ramuri de viţă-de-vie tăiate şi uscate cu grosimea de 2…5 mm cu suprafaţa volumică a încărcăturii de 140…160 m2/m3 cu acoperire polimerică hidrofilă, obţinută prin tratarea consecutivă a ramurilor de viţă-de-vie cu soluţie hidroalcoolică de 7…10% de răşină polivinilică, având raportul volumic alcool etilic şi apă de (10…45):(55…90), şi cu soluţie apoasă de cloruri şi/sau sulfaţi de sodiu, calciu şi/sau magneziu, clorură şi/sau sulfat de fier (III) şi formaldehidă în următorul raport al ingredientelor, % mas.:

cloruri şi/sau sulfaţi de sodiu, calciu şi/sau magneziu 90…93 clorură şi/sau sulfat de fier (III) 3…5 formaldehidă 4…5

timp de 15…30 min la temperatura de 80…95°C cu uscarea ulterioară la soare timp de 1…2 zile şi încălzirea în flux de aer circulant la temperatura de 100…120°C. În calitate de soluţie apoasă de cloruri şi/sau sulfaţi de sodiu, calciu şi/sau magneziu se utilizează eluate obţinute la regenerarea răşinilor schimbătoare de ioni în procesul dedurizării apei.

Reactorul anaerob cu aplicarea încărcăturii volumice obţinute include corp, racorduri de alimentare şi de evacuare a apei tratate, racord pentru evacuarea biogazului cu hidroînchizător, schimbător de căldură şi racord pentru evacuarea reziduului. Corpul este executat ca un cilindru cu fundul conic, în care pe o bază cu sită sunt amplasate radial şi etajat blocuri de încărcătură identice, care ocupă 80...90% din volumul corpului, totodată înălţimea blocului este egală cu 0,5…1,0 m.

Rezultatul tehnic la implementarea acestei elaborări constă în construcţia materialului portant din coarde subţiri de viţa-de-vie, obţinute în urma curăţirii planificate a plantelor în perioada iarna-primăvară. Învelişul polimeric pe baza alcoolului polivinilic asigură hidrofilitatea suprafeţei necesare pentru imobilizarea şi dezvoltarea mai bună a microflorei în procesele anaerobe de epurare anaerobă a apelor reziduale şi în acelaşi timp asigură fiabilitatea aceste încărcături.

Polimerizarea alcoolului polivinilic este legată de formarea lanţului CH2CHOCH2CHOCH2CHO datorită ionilor de fier care formează complecşi de polimerizare, jucând astfel un rol de catalizator, care iniţiază formarea şi creşterea lanţului polimeric. Gradul de polimerizare a acestui lanţ este 1200…1700. La încălzire în soluţia de săruri a metalelor alcaline sau alcalino-pământoase - natriu, calciu şi/sau magneziu, în procesul iradierii ultraviolete, iar apoi cu un curent de aer fierbinte, masa moleculară a polimerului se măreşte datorită deshidratării intermoleculare. În calitate de soluţie a sărurilor minerale poate fi folosită soluţia obţinută la regenerarea răşinilor folosite în procesele de dedurizare a apei.

La interacţiunea grupelor hidroxilice ale macromoleculelor alcoolului polivinilic cu formaldehida în prezenţa sărurilor minerale, se formează un compus polimeric după schema următoare:

Ca rezultat se formează un produs de polimerizare - polivinilacetat cu masa moleculară mare, care se caracterizează prin insolubilitate în apă, fiabilitate şi proprietăţi adezive şi hidrofile puternice, necesare pentru imobilizarea microflorei în bioreactor.

În aşa fel, pe suprafaţa viţei-de-vie o asemenea acoperire se depune într-un strat foarte subţire, apoi ea se încarcă în containere şi se introduce în bioreactor asigurând o suprafaţă mare pe care se imobilizează microflora, în acelaşi timp permiţând trecerea apei.

Invenţia se explică prin desenele din fig. 1,2, care reprezintă:

- fig.1, reactorul anaerob, în secţiune, şi schema de amplasare a segmentelor pentru imobilizarea microflorei,

- fig.2, schema de aranjare a încărcăturii volumice pentru imobilizarea microflorei tratată cu material polimeric hidrofil.

Reactorul anaerob cu aplicarea încărcăturii volumice obţinute include corp 1, racorduri de alimentare 9 şi de evacuare 10 a apei tratate, racord pentru evacuarea biogazului cu hidroînchizător 12, schimbător de căldură 2 şi racord 11 pentru evacuarea reziduului. Corpul 1 este executat ca un cilindru cu fundul conic 3, în care pe o bază cu sită 4 sunt amplasate radial şi etajat blocuri de încărcătură identice 5 din ţesătură de polipropilenă împletită 6, întinsă pe carcase 7 în formă de sectoare cilindrice cu bazele superioare deschise, umplute cu ramuri de viţă-de-vie 8 tăiate şi uscate cu grosimea de 2…5 mm, având suprafaţa volumică a încărcăturii de 140…160 m2/m3 cu acoperire polimerică hidrofilă, care ocupă 80…90% din volumul corpului, totodată înălţimea blocului este egală cu 0,5…1,0 m.

Astfel se formează segmente separate care se introduc prin suprapunere în interiorul corpului 1 al bioreactorului. Înălţimea acestor segmente trebuie să fie egală cu înălţimea apei în bioreactor.

Ţesătura de polipropilenă împletită 6, de obicei, se foloseşte pentru confecţionarea sacilor. Lăţimea obişnuită a firelor din polipropilenă pentru împletirea unui asemenea material constituie 2…3 mm, grosimea 40…50 µm, ceea ce asigură materialului duritate înaltă şi elasticitate. Datorită împletirii, un asemenea material are suprafaţa mai mare, coeficientul de comparaţie cu suprafaţa sa vizibilă este de 1,1…1,2.

Reactorul anaerob funcţionează în felul următor.

Apele reziduale cu concentraţie mare de compuşi organici sunt introduse în regim de curgere laminară prin racordul de alimentare 9 în interiorul corpului 1 ocupând volumul blocurilor 5, pereţii cărora sunt formaţi din ţesătură de polipropilenă împletită 6 întinsă pe carcasa 7, umplute cu ramuri de viţă-de-vie 8. Datorită spaţiului dintre aceste materiale se asigură trecerea apei prelucrate, iar microorganismele se fixează şi se dezvoltă pe aceste materiale. Grosimea stratului imobilizat poate constitui 1…2 mm şi mai mult, de aceea spaţiul dintre viaţa-de-vie trebuie fixat ţinând cont de aceasta.

Procesele de schimb şi transfer de masă se asigură datorită fluxului continuu al apelor tratate, recirculării acestor ape, precum şi datorită proceselor de difuziune. Prezenţa schimbătorului de căldură 2 asigură regimul de temperatură necesar pentru fermentarea anaerobă şi dezvoltarea optimă a microorganismelor, iar fundul conic 3 cu racordul 11 pentru evacuarea reziduului servesc pentru acumularea şi eliminarea nămolului activ. Apa prelucrată se evacuează prin racordul de evacuare 10, iar biogazul trece prin racordul pentru evacuarea biogazului cu hidroînchizător 12.

Elementele de construcţie ale încărcăturii volumice sunt destul de fiabile şi sunt funcţionabile un timp îndelungat (aproximativ 5…10 ani).

Aşadar, folosirea elaborărilor respective micşorează cheltuielile pentru încărcătura volumică a bioreactorului, măreşte eficacitatea procesului biochimic, gradul de epurare a apelor reziduale şi cantitatea de biogaz generată.

Exemplu

În calitate de material portant pentru fixarea microflorei se folosesc ramuri de viţă-de-vie cu grosimea de 2…5 mm cu suprafaţa de fixare a microflorei de 140…160 m2/m3, acoperite cu un material polimeric hidrofil în felul următor: viţa-de-vie se imersează consecutiv în soluţie de 7…10% de răşină polivinilică în amestec cu alcool etilic şi apă, în raport volumic de (10…45):(55…90), şi într-o soluţie apoasă de săruri ce conţine cloruri şi/sau sulfaţi ai metalelor alcaline sau alcalino-pământoase, clorură şi/sau sulfat de fier trivalent şi formaldehidă, în următoarele concentraţii, în % de masă:

cloruri şi/sau sulfaţi de sodiu calciu şi/sau magneziu 90…93 clorură şi/sau sulfat de fier (III)\tab 3…5 formaldehidă 4…5

Procesul de polimerizare se efectuează ţinând viţă-de-vie în decurs de 15…30 min în această soluţie la temperatura de 80…95°C cu uscarea ulterioară la lumina solară timp de 1…2 zile şi încălzirea până la 100…120°C în flux de aer fierbinte.

Cercetările au fost efectuate cu folosirea apelor reziduale vinicole, obţinute în urma distilării alcoolului din vin, în condiţii termofile cu CCO iniţial 25530 mg O2/l şi CBO 14500 mg O2/l. Eficacitatea procesului biochimic a fost evaluată după cantitatea de biogaz generată, gradul de epurare a apelor reziduale vinicole după parametrii CCO şi CBO iniţiali şi finali şi după timpul de fermentare. Pentru comparare în calitate de încărcătură volumică conform condiţiilor celei mai apropiate soluţii au fost luate sfere perforate cu suprafaţa specifică de 98 m2/m3.

Rezultatele experimentelor sunt prezentate în tabel.

Tabelul 1

Condiţiile de confecţionare a încărcăturii CCO după tratarea apei, mg O2/l, zile CBO după tratarea apei, mg O2/l, zile Cantitatea medie de biogaz generată, m3/1 kg CCO Material Suprafaţa încărcă-turii, m2/m3 Prelucrarea hidrofilă 1 2 3 4 1 2 3 4 Conform condiţiilor invenţiei propuse Viţă-de-vie 150 πβC 24400 1735 1367 825 12700 2540 680 540 0,53 Conform condiţiilor celei mai apropiate soluţii Forme din material polimeric 120 - 24800 18750 6280 850 13150 3100 735 626 0,50

După cum se vede din rezultatele obţinute, gradul de epurare a apelor reziduale vinicole, viteza de fermentare anaerobă şi productivitatea procesului în condiţiile invenţiei propuse sunt cu aproximativ 6% mai mari în comparaţie cu cea mai apropiată soluţie. În acelaşi timp se asigură micşorarea considerabilă a cheltuielilor pentru construcţia bioreactorului.

1. Ungureanu D. Eliminarea nutrienţilor din apele uzate la staţiile de epurare din localităţile canalizate. Chişinău, Editura Bons Offices, 2005, p.49-57

2. MD 3272 G2 2007.03.31

Claims (4)

1. Procedeu de obţinere a încărcăturii volumice pentru fixarea microflorei la epurarea biochimică a apelor reziduale, care include fabricarea unor blocuri pentru flux continuu din ţesătură de polipropilenă împletită, întinsă pe carcase, în formă de sectoare cilindrice cu bazele superioare deschise, umplute cu ramuri de viţă-de-vie tăiate şi uscate cu grosimea de 2...5 mm cu suprafaţa volumică a încărcăturii de 140...160 m2/m3 cu acoperire polimerică hidrofilă, obţinută prin tratarea consecutivă a ramurilor de viţă-de-vie cu soluţie hidroalcoolică de 7...10% de răşină polivinilică, având raportul volumic alcool etilic şi apă de (10…45):(55…90), şi cu soluţie apoasă de cloruri şi/sau sulfaţi de sodiu, calciu şi/sau magneziu, clorură şi/sau sulfat de fier (III) şi formaldehidă în următorul raport al ingredientelor, % mas.:

cloruri şi/sau sulfaţi de sodiu, calciu şi/sau magneziu 90…93 clorură şi/sau sulfat de fier (III) 3…5 formaldehidă 4…5 timp de 15…30 min la temperatura de 80…95°C cu uscarea ulterioară la soare timp de 1…2 zile şi încălzirea în flux de aer circulant la temperatura de 100…120°C.

2. Procedeu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că în calitate de soluţie apoasă de cloruri şi/sau sulfaţi de sodiu, calciu şi/sau magneziu se utilizează eluate obţinute la regenerarea răşinilor schimbătoare de ioni în procesul dedurizării apei.

3. Reactor anaerob pentru epurarea biochimică a apelor reziduale cu utilizarea încărcăturii volumice, obţinute conform procedeului revendicat în rev. 1, care include corp, racorduri de alimentare şi de evacuare a apei tratate, racord pentru evacuarea biogazului cu hidroînchizător, schimbător de căldură şi racord pentru evacuarea reziduului, totodată corpul este executat ca un cilindru cu fundul conic, în care pe o bază cu sită sunt amplasate radial şi etajat blocuri de încărcătură identice, care ocupă 80...90% din volumul corpului.

4. Reactor anaerob conform revendicării 3, caracterizat prin aceea că înălţimea blocului este egală cu 0,5...1,0 m.