PL238921B1 - Ustrój odprowadzający przesączoną wodę i bioreaktor denny z ustrojem odprowadzającym przesączoną wodę - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest strój, który zawiera podatną przeponę (3) z materiału przepuszczalnego dla wody lecz zatrzymującego ziarna ośrodka sypkiego, usytuowaną na wspornikach (2), przy czym przepona (3) stanowi element separujący nadległe nad nią podłoże od pustej podprzeponowej strefy (4), przez którą swobodnie woda przepływa ku wlotowi przewodu odprowadzającego tę wodę. Zgłoszenie dotyczy też bioreaktora, który zawiera co najmniej jedną warstwę (8) miałkich materiałów sypkich drobnoziarnistych, o dużej powierzchni wewnętrznej materiału warstwy będącej zewnętrzną powierzchnią ziaren, a co najmniej połowa masowego składu materiału przypada na ziarna o wielkości nie przekraczającej 0,25 mm.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest ustrój odprowadzający przesączoną wodę spod warstwy podłoża zbiornika wodnego, zwłaszcza akwarium, i bioreaktor denny z ustrojem odprowadzającym przesączoną wodę.

W technice wodociągowej znane są filtry żwirowe zbudowane na zasadzie filtru odwróconego, to znaczy filtru zawierającego materiał o drobnej porowatości przepuszczającej wodę od strony napływu wody, czyli u góry złoża, i o stopniowo coraz grubszej porowatości w dół w złożu. Niższe, bardziej gruboziarniste warstwy złoża nie uczestniczą wcale w oczyszczaniu napływającej wody, a jedynie służą podtrzymaniu nadległych warstw o drobniejszym uziarnieniu. Na dnie złoża filtracyjnego ułożony jest drenaż w postaci rur perforowanych odsysający przesączoną wodę. Celem stosowania tego rodzaju filtrów jest mechaniczne oczyszczanie wody z zawiesiny.

Z opisu wg KR 100952879B1 znane jest rozwiązanie dotyczące strefy nabrzeża, przeznaczonej do hodowli organizmów żywych. Przedstawione urządzenie ma postać zbiornika wodnego z pochyłą podłogą, utwierdzonego do podłoża gruntowego, takiego jak beton nabrzeża. Pomiędzy tym podłożem a płytą podłogową konstrukcji osadzone są wsporniki podtrzymujące wymienioną płytę zamykającą od dołu zbiornik wodny. Wewnątrz zbiornika, na jego dnie, umieszczone są perforowane rury a nad głównym kanałem przepływu wody - perforowane płyty. Na dnie, na perforowanych rurach i perforowanych płytach, umieszczona jest przepona wykonana z siatki z włókniny filtracyjnej, dociskana do sztywnego dna ciężarem spoczywających na niej warstw filtrujących. Warstwy te obejmują kruszywo granitowe, piasek krzemowy i zwykły piasek. Oczyszczana woda przesącza się przez otwory elementów perforowanych.

W akwarystyce znane są służące utrzymaniu jakości wody filtry wyzyskujące podłoże akwarium jako medium filtracyjne. Na ogół składają się one z ułożonego na dnie zbiornika sztywnego rusztu, spod którego odprowadzana jest przez wysysanie woda. Na ruszcie leży żwir o uziarnieniu dostatecznie grubym aby utrzymywał się na ruszcie. Obecność w podłożu leżącym na ruszcie warstw drobnoziarnistych jest niepożądana.

Znane są rozwiązania polegające na obecności w podłożu akwarium warstwy gruboziarnistego materiału, ale obejmującego dużą otwartą dla przepływu lub dyfuzji wody porowatość wewnętrzną w ziarnach, który to materiał gruboziarnisty może być utrzymywany przez ruszt lub perforowane denka pojemników. Z opisu zgłoszenia patentowego US 2006/0054099 znane jest urządzenie do oczyszczania wody w akwarium z wykorzystaniem kształtek węgla z pirolizy. Kształtki takie uzyskuje się przez suszenie, formowanie i zwęglanie substancji organicznych uzyskiwanych w przemyśle spożywczym jako odpady. Mają one postać granulek lub ziaren, które umieszczane są na oddzielnym ruszcie wyznaczającym korpus filtra dennego lub w obudowie stanowiącej pojemnik. Granulki lub ziarna stanowią warstwę filtracyjną, która nie ma spójnej struktury, jest sypka i nie jest drobnoziarnista, oraz jest ograniczana przez ustroje sztywne, jak ruszt lub płyta perforowana.

Znane jest też rozwiązanie wg opisu patentowego PL 214726, mianowicie wkład filtracyjny akwariowy i bioreaktor akwariowy, zawierający złoże wstępne stanowiące podłoże akwaryjne i mogące być usypanym z materiału drobnoziarnistego. Wkład filtracyjny ma postać sztywnej spójnej grubej płytkowatej kształtki z węgla drzewnego z zachowaną strukturą naczyniową drewna przez którego pirolizę powstała kształtka węglowa, przy czym odziedziczone po strukturze drewna mikrorurki naczyń prowadzą w kształtce w kierunku pionowym, zezwalając na jednorodne laminarne przesiąkanie wody i dając podłoże dla umiarkowanej, pod osłoną złoża wstępnego, kolonizacji przez użyteczne mikroorganizmy.

Celem wynalazku jest wprowadzenie rozwiązania umożliwiającego użycie jako środków oczyszczania wody prostych nisko przetworzonych materiałów, z jednoczesnym wzbogacaniem wody o brakujące składniki.

Istota rozwiązania według wynalazku polega na tym, że ustrój zawiera podatną przeponę z materiału przepuszczalnego dla wody lecz zatrzymującego ziarna ośrodka sypkiego, usytuowaną bezpośrednio na wspornikach, tak że poza miejscami podparcia zwisa ona swobodnie, przy czym przepona stanowi element separujący nadległe nad nią podłoże od pustej podprzeponowej strefy, przez którą swobodnie woda przepływa ku wlotowi przewodu odprowadzającego tę wodę. Powierzchnia własna przepony między miejscami lub odcinkami podparcia jest większa od powierzchni pokrywanej przez ustrój, tworząc naddatek powierzchni przepony po zasypaniu podłożem skierowany ku dołowi. Przeponę stanowi wiotka a jednocześnie nierozciągliwa tkanina studniarska. Wsporniki przepony stanowią

PL 238 921 B1 miejscowe filary lub wzdłużne listwy. Wsporniki w postaci miejscowych filarów korzystnie są rozmieszczone i podpierają przeponę w układzie centrowanego plastra miodu.

Istota rozwiązania bioreaktora według wynalazku polega na tym, że ma on ustrój odprowadzający przesączoną wodę wyposażony w podatną przeponę z materiału przepuszczalnego dla wody lecz zatrzymującego ziarna ośrodka sypkiego, usytuowaną bezpośrednio na wspornikach, tak że poza miejscami podparcia zwisa ona swobodnie, przepona stanowi element separujący nadległe nad nią podłoże od pustej podprzeponowej strefy, przez którą swobodnie przepływa woda ku wlotowi przewodu odprowadzającego tę wodę, przy czym w części spodniej podłoża, nad przeponą, bioreaktor zawiera co najmniej jedną warstwę miałkich materiałów sypkich drobnoziarnistych, o dużej powierzchni wewnętrznej materiału warstwy będącej zewnętrzną powierzchnią ziaren, a co najmniej połowa masowego składu materiału przypada na ziarna o wielkości nie przekraczającej 0,25 mm.

Przynajmniej jedna warstwa części spodniej podłoża utworzona jest z czystego wodorotlenku glinowego lub zawiera wodorotlenek glinowy.

Przynajmniej jedną warstwę części spodniej podłoża stanowi glinka bogata w żelazo, lub lateryt, lub czysty tlenek żelazowy lub hydroksytlenek żelazowy; przynajmniej jedną warstwę części spodniej podłoża może stanowić też proszek węglanu wapniowego lub ziemia okrzemkowa.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest umożliwienie stosowania jako środka oczyszczania wody proszków pylastych, z wyeliminowaniem wyrafinowanych technologicznie kształtek lub granulek o specyficznej porowatości i umieszczanych w specyficznych pojemnikach o perforowanych ściankach. Wprowadzone proszki pylaste jako środki oczyszczające nie wymagają obsługi serwisowej, regeneracji lub wymiany wkładu materiałowego. Jednocześnie nie jest konieczne przydzielanie znacznej przestrzeni na urządzenia czy baseny z medium filtracyjnym.

Rozwiązanie według wynalazku przedstawione jest w przykładzie wykonania na rysunkach, na których fig. 1 przedstawia schemat akwarium z ustrojem, fig. 2 przedstawia podparcie przepony ustroju miejscowymi filarami w formie centrowanego plastra miodu.

Wynalazek obejmuje ustrój odprowadzający wodę spod podłoża dennego w zbiorniku wodnym takim jak akwarium lub staw; oraz bioreaktor denny ze specjalnie dobranymi materiałami usypanymi na wymienionym ustroju jako spodnia część podłoża zbiornika wodnego, umożliwiający oczyszczanie lub uzupełnianie składu wody przesączanej przez podłoże i odprowadzanej spod podłoża zbiornika wodnego, w warunkach pracy środowiska tlenowego lub beztlenowego, przez wykorzystanie procesów chemicznych i biologicznych, w szczególności przez utrzymanie i wyzyskanie kolonizacji podłoża przez mikroorganizmy tlenowe lub beztlenowe.

Ustrój odprowadzający przesączoną wodę w akwarium obejmuje stanowiącą dno konstrukcyjne ustroju podłogową płytę 1 i usytuowane na niej wsporniki 2 stanowiące elementy podporowe dla przepony 3. Wsporniki 2 mogą mieć postać miejscowych filarów lub wzdłużnych listew. Układ miejscowych filarów może mieć formę centrowanego plastra miodu 10, jak ukazuje fig. 2.

Podatna przepona 3 z materiału przepuszczalnego dla wody lecz zatrzymującego ziarna ośrodka sypkiego, usytuowana jest bezpośrednio na wspornikach 2, tak że poza miejscami podparcia zwisa ona swobodnie.

Pomiędzy podłogową płytą 1 i przeponą 3 znajduje się pusta podprzeponowa strefa 4. Przepona 3 stanowi element separujący nadległe nad nią podłoże od pustej podprzeponowej strefy 4, przez którą swobodnie może przepływać woda, ku wlotowi przewodu odprowadzającego tę wodę. Woda może być odprowadzana w celu powrotnego wpuszczenia jej, jako wody uzdatnionej, do zbiornika, lub w celu innego wykorzystania, np. jako uzdatnionej wody pitnej.

Przeponę 3 stanowi wiotka a jednocześnie nierozciągliwa tkanina studniarska. Powierzchnia własna przepony 3 między miejscami lub odcinkami podparcia wspornikami 2 jest większa od powierzchni pokrywanej przez ustrój, tworząc naddatek 5 powierzchni przepony 3 po zasypaniu podłożem skierowany ku dołowi.

Zatem przepona 3 przesączająca wodę lecz powstrzymująca przenikanie nadległych materiałów sypkich, bezpośrednio i prawie całą swoją powierzchnią, z wyjątkiem miejsc lub krawędzi wsporników 2 sąsiaduje z przestrzenią, którą swobodnie odpływa przesączona woda. Przy tym, przepona 3 dzięki własnej wysokiej wytrzymałości na rozciąganie i zrywanie, utrzymuje i wytrzymuje ciężar nadległych warstw podłoża akwaryjnego filtrujących wodę.

W korzystnym przykładzie przepona 3 zrobiona jest z wytrzymałej i gęstej tkaniny w rodzaju tkanego z żyłki nylonowej rypsu studniarskiego. Użycie takiego materiału przepony umożliwia łatwe nadanie jej kształtu pofałdowanego, co korzystnie zwiększa pole powierzchni granicznych urządzenia lub

PL 238 921 B1 korzystnie różnicuje grubość i tym samym trójwymiarowe pole przepływu i funkcję mikrobiologiczną i chemiczną warstw podłoża leżących na przeponie. Ponadto, zezwala na niewielkie ruchy przepony, w tym poszczególnych włókien względem siebie, z których jest utkana, oraz materiałów leżącego na niej podłoża. Są to ruchy sprzyjające reorganizacji struktury, odtwarzającej utraconą w wyniku wcześniejszej eksploatacji przepuszczalność wody przesiąkającej przez podłoże i przeponę.

Materiał przepony 3 jest gęsto i zwarto tkany, przez co zdolny do zatrzymywania drobnych ziaren sypkiego nadległego podłoża. Zatrzymywanie jeszcze drobniejszych ziaren zachodzi na zasadzie formującego się wskutek przepływu wody filtru odwrotnego.

Ustrój w zastosowaniu dla bioreaktora usytuowany jest w dolnej części zbiornika, w omawianym przykładzie w dolnej części akwarium. Nad przeponą 3 znajduje się część spodnia podłoża 6, nad którą z kolei znajduje się część wierzchnia podłoża 7, nad którą znajduje się wodna strefa 9 zbiornika.

W spodniej części podłoża 6, nad przeponą 3, bioreaktor zawiera co najmniej jedną warstwę 8 miałkich materiałów sypkich drobnoziarnistych, o dużej powierzchni wewnętrznej materiału warstwy będącej zewnętrzną powierzchnią ziaren. Co najmniej połowa masowego składu materiału przypada na ziarna o wielkości nie przekraczającej 0,25 mm. Nad warstwą 8 miałkich materiałów usytuowana jest część wierzchnia podłoża 7, przykładowo w postaci piasku lub żwiru.

Nietypowe dla ustrojów filtracyjnych użycie warstwy 8 miałkich materiałów na leżące na przeponie 3 podłoże (przy z założenia od początku niewielkiej prędkości filtracji wody przez bioreaktor) pozwala uzyskać wielką powierzchnię kontaktu przesiąkającej wody z czynnymi chemicznie substancjami stałymi. Jednocześnie uzyskuje się dużą odporność na utratę przepuszczalności w wyniku rozrastania się mikroorganizmów, gdyż objętość przestrzeni porowej, która uczestniczy jako przewodząca strumień w przesiąkaniu wody i zarazem łatwo (bezpośrednio lub prawie bezpośrednio) dostępnej do kolonizacji przez te mikroorganizmy - jest wielka i korzystnie może przekraczać ilość biomasy tych mikroorganizmów mogących utrzymać się przy życiu w określonych warunkach.

Typowo, zbiornik wodny (akwarium lub staw), w którym działa bioreaktor denny, posiada podłoże w wierzchniej czyli górnej części zwykłe dla takich zbiorników, na przykład piasek w stawie, piasek koralowy w akwarium morskim, oraz warstwy podłoża specyficzne dla bioreaktora poniżej podłoża zwykłego, jako część spodnia podłoża usypane na przeponie 3.

Korzystnie, dla akwarium morskiego będą to, idąc od góry, warstwa proszku węglanu wapniowego strącanego, warstwa bogata w wodorotlenek glinowy, ewentualnie lokalnie warstwa bogata w tlenki lub hydroksytlenki żelaza, warstwa węglanu wapniowego strącanego. Dla akwarium słodkowodnego lub stawu będą to warstwa ziemi okrzemkowej, warstwa bogata w wodorotlenek glinowy, ewentualnie lokalnie warstwa bogata w tlenki lub hydroksytlenki żelaza, warstwa ziemi okrzemkowej, ewentualnie warstwa piasku bezpośrednio na przeponie.

Warstwa bogata w związki żelaza może być warstwą glinki bogatej w żelazo, warstwą laterytu, lub warstwą czystego tlenku lub hydroksytlenku żelazowego. Materiały wymieniono tutaj w kolejności wzrostu ceny i skuteczności w oczyszczaniu wody z fosforanów lub arsenianów.

Warstwa, bogata w żelazo pierwotnie nie utworzona z hydroksytlenku żelazowego uzyskuje aktywność chemiczną wiązania fosforanów i arsenianów głównie wskutek działalności mikroorganizmów.

Zależnie od różnych uwarunkowań użyteczne bywają też inne kompozycje materiałowe bioreaktora, np. może być użyty pochłaniający fosforany, arseniany i krzemiany dolomit półprażony. W innych zastosowaniach mogą wystarczyć same proszek węglanu wapniowego albo ziemia okrzemkowa.

Claims (11)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Ustrój odprowadzający przesączoną wodę spod warstw podłoża zbiornika wodnego, zwłaszcza akwarium, zawierający elementy nośne usytuowane pomiędzy podłożem a płytą podłogową ustroju, znamienny tym, że zawiera podatną przeponę (3) z materiału przepuszczalnego dla wody lecz zatrzymującego ziarna ośrodka sypkiego, usytuowaną bezpośrednio na wspornikach (2), tak że poza miejscami podparcia zwisa ona swobodnie, przy czym przepona (3) stanowi element separujący nadległe nad nią podłoże od pustej podprzeponowej strefy (4), przez którą swobodnie woda przepływa ku wlotowi przewodu odprowadzającego tę wodę.
2. 2. Ustrój według zastrzeż. 1, znamienny tym, że powierzchnia własna przepony (3) między miejscami lub odcinkami podparcia jest większa od powierzchni pokrywanej przez ustrój, tworząc naddatek (5) powierzchni przepony (3) po zasypaniu podłożem skierowany ku dołowi.

   PL 238 921 B1
3. 3. Ustrój według zastrzeż. 1, znamienny tym, że przeponę (3) stanowi wiotka a jednocześnie nierozciągliwa tkanina studniarska.
4. 4. Ustrój według zastrzeż. 1, znamienny tym, że wsporniki (2) przepony (3) stanowią miejscowe filary.
5. 5. Ustrój według zastrzeż. 1, znamienny tym, że wsporniki (2) przepony (3) stanowią wzdłużne listwy.
6. 6. Ustrój według zastrzeż. 4, znamienny tym, że wsporniki (2) przepony (3) rozmieszczone są i podpierają przeponę (3) w układzie centrowanego plastra miodu (10).
7. 7. Bioreaktor denny odprowadzający przesączoną wodę spod warstwy podłoża zbiornika wodnego, zwłaszcza akwarium, zawierający elementy nośne usytuowane pomiędzy podłożem a płytą podłogową bioreaktora, znamienny tym, że ma ustrój odprowadzający przesączoną wodę wyposażony w podatną przeponę (3) z materiału przepuszczalnego dla wody lecz zatrzymującego ziarna ośrodka sypkiego, usytuowaną bezpośrednio na wspornikach (2), tak że poza miejscami podparcia zwisa ona swobodnie, przepona (3) stanowi element separujący nadległe nad nią podłoże od pustej podprzeponowej strefy (4), przez którą swobodnie przepływa woda ku wlotowi przewodu odprowadzającego tę wodę, przy czym w części spodniej podłoża (6), nad przeponą (3), bioreaktor zawiera co najmniej jedną warstwę (8) miałkich materiałów sypkich drobnoziarnistych, o dużej powierzchni wewnętrznej materiału warstwy będącej zewnętrzną powierzchnią ziaren, a co najmniej połowa masowego składu materiału przypada na ziarna o wielkości nie przekraczającej 0,25 mm.
8. 8. Bioreaktor denny według zastrzeż. 7, znamienny tym, że przynajmniej jedna warstwa (8) części spodniej podłoża (6) utworzona jest z czystego wodorotlenku glinowego lub zawiera wodorotlenek glinowy.
9. 9. Bioreaktor denny według zastrzeż. 7, znamienny tym, że przynajmniej jedną warstwę (8) części spodniej podłoża (6) stanowi glinka bogata w żelazo, lub lateryt, lub czysty tlenek żelazowy lub hydroksytlenek żelazowy.
10. 10. Bioreaktor denny według zastrzeż. 7, znamienny tym, że przynajmniej jedną warstwę (8) części spodniej podłoża (6) stanowi proszek węglanu wapniowego.
11. 11. Bioreaktor denny według zastrzeż. 7, znamienny tym, że przynajmniej jedną warstwę (8) części spodniej podłoża (6) stanowi ziemia okrzemkowa.