RU2103344C1

RU2103344C1 - Plant for microbiological treatment of water and air

Info

Publication number: RU2103344C1
Application number: RU96119088A
Authority: RU
Inventors: А.Ю. Винаров; Д.П. Соколов; В.Н. Смирнов; Т.В. Ипатова
Original assignee: Государственный научно-исследовательский институт биссинтеза белковых веществ
Priority date: 1996-09-25
Filing date: 1996-09-25
Publication date: 1998-01-27

Abstract

FIELD: biological treatment of liquids and gases. SUBSTANCE: invention may find use in chemical, petroleum-processing, wood-working , food, agricultural, and biotechnological industries for treating liquids and effluent gases to remove organic impurities such as phenol compounds, alcohols, aldehydes, mercaptans, aromatics, alkanes, and alkenes. Plant contains casing with nipples to feed and discharge air and liquid being treated, refluxing unit, microorganism suspension collector, circulation pump connected to refluxing unit and microorganism suspension collector, and treated water collector in bottom part of casing. According to invention, under refluxing unit and over microorganism suspension collector, sheet filters with filtrate discharge pipes are successively fastened in connection with treated water collector in lower part of casing. Refluxing unit is constructed in the form of Segner's wheel or manifold with nozzles. Between filtrate discharge pipes and treated water collector, manifold with valve for periodically switching off filtrate drainage can be placed. Between filter sheets, packed sheets can be inserted and, in the gaps between the sheets, gauzes fastened. EFFECT: enhanced treatment efficiency. 5 cl, 5 dwg

Description

Предполагаемое изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано для очистки бытовых и производственных сточных вод, а также воздуха в производственных помещениях. The alleged invention relates to the field of environmental protection and can be used for treatment of domestic and industrial wastewater, as well as air in industrial premises.

Известны различные конструкции барботажных аэротенков, а также аэротенков с поверхностной аэрацией [1]. There are various designs of bubbling aeration tanks, as well as aeration tanks with surface aeration [1].

Аэротенки с поверхностной аэрацией представляют собой емкости, заполняемые стоками, у поверхности которых размещены разбрызгивающие или самовсасывающие мешалки - аэраторы. Aerotanks with surface aeration are containers filled with drains, spraying or self-priming mixers — aerators — are placed at the surface.

Барботажные аэротенки представляют собой емкости, заполняемые стоками, на дне которых расположены перфорированные трубы, в которые подается сжатый воздух. Bubble aeration tanks are containers filled with drains, at the bottom of which are perforated pipes into which compressed air is supplied.

Недостатком аэротенков с поверхностной аэрацией или барботажных является необходимость последующей очистки воды от взвешенных частиц и микроорганизмов в отстойниках и фильтрах тонкой очистки. The disadvantage of aeration tanks with surface aeration or bubbling is the need for subsequent purification of water from suspended particles and microorganisms in sedimentation tanks and fine filters.

Наиболее близкой к предполагаемому изобретению является конструкция биофильтра с плоскостной загрузкой и узлом орошения в виде сегнерова колеса [2] . Биофильтр состоит из емкости, в которой размещена плоскостная загрузка. Над емкостью расположен ороситель, выполненный в виде радиальных труб с тангенциально расположенными отверстиями. Трубы укреплены на полой ступице с возможностью вращения вокруг вертикальной оси. К ступице с помощью циркуляционного насоса подводится жидкость. Вращение узла орошения осуществляется в результате реактивного воздействия вытекающих через отверстия струй жидкости. Стекающая с плоскостной загрузки жидкость частично поступает на циркуляцию в узел орошения, частично в - в отстойник и далее в фильтр тонкой очистки. Таким образом, данной конструкции присущ также общий недостаток аэротенков с поверхностной аэрацией или барботажных: необходимость последующей очистки воды от взвешенных частиц и микроорганизмов в отстойниках и фильтрах тонкой очистки. Closest to the proposed invention is the design of the biofilter with a flat loading and irrigation unit in the form of a Segner wheel [2]. The biofilter consists of a container in which a flat load is placed. Above the tank there is an irrigator made in the form of radial pipes with tangentially located holes. The pipes are mounted on a hollow hub with the possibility of rotation around a vertical axis. Liquid is supplied to the hub using a circulation pump. The rotation of the irrigation unit is carried out as a result of the reactive action of the liquid streams flowing through the holes. The liquid flowing from the flat charge partially enters the circulation into the irrigation unit, partially into the sump, and then into the fine filter. Thus, this design also has a common drawback of aeration tanks with surface aeration or bubblers: the need for subsequent purification of water from suspended particles and microorganisms in sedimentation tanks and fine filters.

Задачей изобретения является обеспечение биологической очистки сточных вод, удаление из нее взвешенных частиц и микроорганизмов и одновременная очистка воздуха в одном аппарате. The objective of the invention is the provision of biological wastewater treatment, the removal of suspended particles and microorganisms from it, and the simultaneous purification of air in one apparatus.

Данный технический результат достигается тем, что в установке, содержащей корпус со штуцерами для подачи и выведения воздуха и очищаемой жидкости, узел орошения, сборник суспензии микроорганизмов, циркуляционный насос, соединенный с узлом орошения и сборником суспензии микроорганизмов, сборник очищенной воды, расположенный в нижней части корпуса, согласно изобретению, под узлом орошения и над сборником суспензии микроорганизмов укреплены последовательно листовые фильтры с трубками для отвода фильтрата, соединенными с расположенными в нижней части корпуса сборником очищенной воды. Согласно пп. 2. изобретения, узел орошения выполнен в виде сегнерова колеса или коллектора с форсунками; согласно пп. 3. изобретения, между трубками для отвода фильтрата и сборником очищенной воды размещен коллектор с клапаном для периодического отключения стока фильтрата; согласно пп. 4. изобретения, между листовыми фильтрами установлены насадочные листы и согласно пп. 5. изобретения, в зазорах между насадочными листами и между листовыми фильтрами укреплены сетки. This technical result is achieved by the fact that in an installation comprising a housing with fittings for supplying and discharging air and cleaned liquid, an irrigation unit, a collection of microorganism suspension, a circulation pump connected to an irrigation unit and a collection of microorganism suspension, a purified water collection located at the bottom housing, according to the invention, under the irrigation unit and above the microorganism suspension collector, leaf filters are sequentially strengthened with filtrate removal tubes connected to located in the lower part of the body with a collection of purified water. According to paragraphs 2. inventions, the irrigation unit is made in the form of a Segner wheel or manifold with nozzles; according to paragraphs 3. inventions, between the pipes for drainage of the filtrate and the collection of purified water there is a collector with a valve for periodically switching off the filtrate drain; according to paragraphs 4. inventions, between the leaf filters mounted nozzle sheets and according to paragraphs. 5. inventions, nets are reinforced in the gaps between the nozzle sheets and between the sheet filters.

Наличие в установке листовых фильтров, используемых одновременно как в качестве листовой насадки с иммобилизацией на фильтрующей поверхности микроорганизмов в виде биопленки, так и в качестве фильтров, обеспечивает биологическую очистку воды в аэробных условиях и получение осветленного фильтрата. The presence in the installation of leaf filters, used simultaneously as a leaf nozzle with immobilization of microorganisms in the form of a biofilm on the filter surface, and as filters, provides biological treatment of water under aerobic conditions and obtaining a clarified filtrate.

Размещение сеток между насадочными листами и между листовыми фильтрами препятствует слипанию поверхностей и увеличению гидравлического сопротивлений потоку воздуха при уменьшении зазоров между насадочными листами или листовыми фильтрами. Сетки, применяемые для этих целей не должны быть плоскими. Placing nets between the nozzle sheets and between the leaf filters prevents the surfaces from sticking together and increases the hydraulic resistance to air flow while reducing the gaps between the nozzle sheets or the leaf filters. The nets used for these purposes should not be flat.

Выполнение узла орошения в виде сегнерова колеса обеспечивает более интенсивное периодическое орошение поверхностей по сравнению со стационарными оросителями и, соответственно, удаление избытка микроорганизмов и загрязнений с поверхностей. The implementation of the irrigation unit in the form of a Segner wheel provides a more intensive periodic irrigation of surfaces compared with stationary sprinklers and, accordingly, the removal of excess microorganisms and contaminants from the surfaces.

Размещение между трубками для отвода фильтрата и сборником очищенной воды коллектора с клапаном для периодического отключения стока фильтрата позволяет эффективнее очищать поверхности листовых фильтров в отсутствии перепада давления на фильтрующей поверхности. Placing a collector with a valve between the filtrate discharge tubes and the purified water collector for periodic shutdown of the filtrate drain allows more efficient cleaning of the surface of the sheet filters in the absence of pressure drop across the filter surface.

Соотношение между количеством листов и листовых фильтров выбирается из условия обеспечения заданной производительности установки по воде и воздуху. The ratio between the number of sheets and sheet filters is selected from the condition of ensuring a given installation performance for water and air.

На фиг. 1 показан общий вид установки на фиг. 2 - вид в разрезе А-А, на фиг. 3 показан узел варианта установки с коллектором и клапаном для периодического отключения стока фильтрата На фиг. 4,5 показан разрез и план варианта установки с радиальным размещением листовых фильтров и узлом орошения в виде сегнерова колеса. In FIG. 1 shows a general view of the apparatus of FIG. 2 is a sectional view AA, in FIG. 3 shows an assembly of an installation variant with a manifold and a valve for periodically shutting off the filtrate drain. FIG. 4,5 shows a section and a plan of an installation option with a radial placement of sheet filters and an irrigation unit in the form of a Segner wheel.

Установка (фиг. 1) состоит из корпуса 1 с крышкой 2, снабженных штуцерами 3,4 для подачи и отвода воздуха. The installation (Fig. 1) consists of a housing 1 with a cover 2, equipped with fittings 3.4 for supplying and discharging air.

В нижней части корпуса расположены сборники суспензии микроорганизмов 5 и очищенной воды 6, снабженные штуцерами для подачи очищенной воды 7 слива осадка 8, отбора очищенной воды 9, отбора суспензии микроорганизмов 10 для подачи с помощью циркуляционного насоса 11 в узел орошения 12, расположенный в верхней части корпуса 1 и выполненный в виде съемного коллектора с перфорированными трубами. Под узлом орошения 12 на стенках корпуса укреплены полки 13, на которые опираются концы прутков 14. а прутках 14 укреплены сетки 15, листовые фильтры 16, насадочные листы 17, которые могут быть изготовлены из фильтровальной ткани. Крепление сетки 15 к пруткам 14 осуществляется посредством сварки или проволокой. In the lower part of the housing, there are collectors of a suspension of microorganisms 5 and purified water 6, equipped with fittings for supplying purified water 7 to discharge sludge 8, taking purified water 9, and selecting a suspension of microorganisms 10 for feeding by means of a circulation pump 11 to the irrigation unit 12 located in the upper part case 1 and made in the form of a removable manifold with perforated pipes. Under the irrigation unit 12, shelves 13 are mounted on the walls of the housing, on which the ends of the rods 14 are supported. And the rods 14 are reinforced with nets 15, sheet filters 16, and nozzle sheets 17, which can be made of filter cloth. The fastening of the mesh 15 to the rods 14 is carried out by welding or wire.

Внизу всех листовых фильтров 16 имеются трубки для отвода фильтрата 18, которые проходят через щелевое отверстие 19 в стенке корпуса 1, примыкающей к сборнику очищенной воды 6 и опускаются на глубину H в этот сборник,
Значение H определяет гидростатическое разрежение в нижней части листовых фильтров 16. Сборник очищенной воды закрыт крышкой 20.At the bottom of all leaf filters 16 there are tubes for discharging the filtrate 18, which pass through a slit hole 19 in the wall of the housing 1 adjacent to the collection of purified water 6 and are lowered to a depth H in this collection,
The value of H determines the hydrostatic depression at the bottom of the leaf filters 16. The collection of purified water is closed by a lid 20.

На фиг. 3 показан вариант установки с коллектором 21 и клапаном для периодического отключения стока фильтрата 22. Коллектор 21 соединен с трубками для отвода фильтрата 18. In FIG. 3 shows an installation option with a manifold 21 and a valve for periodically shutting off the filtrate drain 22. The collector 21 is connected to the pipes for draining the filtrate 18.

На фиг. 4,5 показан вариант установки с радиальным расположением листовых фильтров 16 сеток 15, насадочных листов 17 и узлом орошения 12 в виде сегнерова колеса Установка включает цилиндрический корпус 1 и коаксиально расположенный внутренний цилиндр 22. Между ними на полки 13 опираются концы прутков 14, к которым крепятся листовые фильтры 16, сетки 15 и насадочные листы 17. Над ними расположены радиальные трубы с отверстиями узла орошения 12, выполненного в виде сегнерова колеса. Во внутреннем цилиндре 22 имеются щелевидные отверстия 19, через которые трубки для отвода фильтрата 18 проходят в сборник очищенной воды 6, расположенный во внутреннем цилиндре 22. Сборник суспензии микроорганизмов 5 расположен внизу кольцевого пространства между корпусом 1 и внутренним цилиндром 22. Узел орошения 12 укреплен на подшипниковой опоре, расположенной на крышке 23 внутреннего цилиндра 22. На узле орошения 12 имеется воронка 24 для подачи жидкости насосом 11 через штуцер 25, расположенный на крышке 2. In FIG. 4,5 shows an installation option with a radial arrangement of sheet filters 16 grids 15, nozzle sheets 17 and an irrigation unit 12 in the form of a Segner wheel. The installation includes a cylindrical housing 1 and a coaxially located inner cylinder 22. Between them on the shelves 13 are the ends of the rods 14, to which sheet filters 16, mesh 15 and nozzle sheets 17 are fastened. Radial pipes with holes of the irrigation unit 12 made in the form of a segner wheel are located above them. In the inner cylinder 22 there are slit-like openings 19 through which the pipes for draining the filtrate 18 pass into the purified water collector 6 located in the inner cylinder 22. The microorganism suspension collector 5 is located at the bottom of the annular space between the housing 1 and the inner cylinder 22. The irrigation unit 12 is mounted on bearing support located on the cover 23 of the inner cylinder 22. On the irrigation unit 12 there is a funnel 24 for supplying fluid to the pump 11 through the fitting 25 located on the cover 2.

Установка работает следующим образом. Через штуцер 7 в установку подается загрязненная вода в количестве, обеспечивающем заполнение сборника суспензии микроорганизмов 5. При запуске установки в сборник Б подается засевная культура микроорганизмов и, в случае необходимости, вспомогательные вещества для образования осадка на фильтрующих поверхностях: диатомит, перлит, целлюлоза, древесная мука, древесный уголь. Штуцеры 3,4 соединяются с линиями приточной и вытяжной вентиляции. После включения циркуляционного насоса 11 суспензия микроорганизмов и вспомогательных материалов забирается из сборника 5 через штуцер 10 и подается в узел орошения 12 (фиг. 1, 2) или воронку 24 узла орошения 12 в виде сегнерова колеса (фиг. 4, 5). Через несколько часов или суток, в зависимости от объема установки, количества засевной культуры микроорганизмов и вспомогательных веществ, на поверхности листовых фильтров 16 (фиг. 1, 2, 3, 4, 4.5) образуется слой биопленки, производится отбор очищенной воды из этих фильтров через трубки для отвода фильтрата 18 в сборники очищенной воды 6 и далее через штуцеры 9 потребителям чистой воды. Соответственно, в сборник суспензии микроорганизмов 5 подается загрязненная вода. Фильтрация жидкости через листовые фильтры 16 осуществляется из пленки жидкости, стекающей по поверхности фильтровальной ткани при орошении за счет гидростатического разряжения, определяемого высотой листовых фильтров, их гидравлическим сопротивлением и расстоянием от нижних кромок этих фильтров над уровнем очищенной воды в сборнике 6. В случае превышения производительности фильтров над количеством отбираемой очищенной воды, ее избыток перетекает через щелевидные отверстия 19 в сборник суспензии микроорганизмов 5. Installation works as follows. Through the nozzle 7, contaminated water is supplied to the unit in an amount that ensures filling of the microorganism suspension collection 5. When the installation starts, an inoculum culture of microorganisms and, if necessary, auxiliary substances for the formation of sediment on the filtering surfaces are supplied: diatomite, perlite, cellulose, wood flour, charcoal. Fittings 3,4 are connected to the supply and exhaust ventilation lines. After turning on the circulation pump 11, the suspension of microorganisms and auxiliary materials is taken from the collector 5 through the nozzle 10 and fed to the irrigation unit 12 (Fig. 1, 2) or the funnel 24 of the irrigation unit 12 in the form of a segner wheel (Fig. 4, 5). After a few hours or days, depending on the volume of the plant, the amount of inoculum culture of microorganisms and excipients, a biofilm layer forms on the surface of the leaf filters 16 (Fig. 1, 2, 3, 4, 4.5), and purified water is taken from these filters through tubes for drainage of the filtrate 18 into the collectors of purified water 6 and then through fittings 9 to consumers of pure water. Accordingly, contaminated water is supplied to the microbial suspension 5. The liquid is filtered through leaf filters 16 from a film of liquid flowing down the surface of the filter cloth during irrigation due to hydrostatic discharge, which is determined by the height of the leaf filters, their hydraulic resistance and the distance from the lower edges of these filters above the level of purified water in the collection 6. In case of excess performance filters over the amount of treated purified water, its excess flows through slit-like openings 19 into the microorganism suspension collector 5.

В установке, выполненной согласно варианту, показанному на фиг.3, имеется возможность периодического отключения стока фильтрата из листовых фильтров 16 посредством перекрытия клапана 22. В отсутствие стока фильтрата перепад давления между пленкой жидкости, стекающей по наружной поверхности листовых фильтров 16 и жидкостью в дренажных каналах по всей высоте фильтров равен нулю, что обеспечивает эффективную очистку поверхностей этих фильтров от избытка биомассы и загрязнений. In the installation according to the embodiment shown in FIG. 3, it is possible to periodically shut off the filtrate drain from the leaf filters 16 by shutting off the valve 22. In the absence of the filtrate drain, the pressure difference between the liquid film flowing down the outer surface of the leaf filters 16 and the liquid in the drainage channels over the entire height of the filters it is equal to zero, which ensures effective cleaning of the surfaces of these filters from excess biomass and contaminants.

При длительной работе установки в сборнике суспензии микроорганизмов 5 накапливается осадок, который периодически удаляется через штуцер 8. During long-term operation of the installation in the collector of the suspension of microorganisms 5, sediment accumulates, which is periodically removed through the nozzle 8.

В случае преимущественной очистки воздуха и незначительного потребления очищенной воды на опорах 13 установлено большее количество насадочных листов 17. Размещение сеток 15 между насадочными листами 17 и между листовыми фильтрами 16 препятствует слипанию поверхностей в результате действия сил поверхностного натяжения. In the case of predominant air purification and low consumption of purified water, a greater number of nozzle sheets 17 are installed on the supports 13. Placing the nets 15 between the nozzle sheets 17 and between the leaf filters 16 prevents surfaces from sticking together as a result of surface tension forces.

Таким образом, использование прелагаемой установки позволит эффективно очищать воздух и воду в одном аппарате без применения отстойников и дополнительных фильтров для тонкой очистки воды. Thus, the use of the proposed installation will allow you to effectively clean the air and water in one unit without the use of sedimentation tanks and additional filters for fine water purification.

Относительно небольшой перепад давления на поверхности листовых фильтров 16 компенсируется их большой поверхностью, поскольку они выполняют функции насадки с биопленкой, что обеспечивает высокую производительность установки по очищенной воде. The relatively small pressure drop on the surface of the leaf filters 16 is compensated by their large surface, since they perform the functions of a nozzle with a biofilm, which ensures high productivity of the plant for purified water.

Для очистных установок производительностью 100 м³/сутки поверхность насадки с биопленкой, орошаемой в аэробных условиях составляет около 2000 м³.For treatment plants with a capacity of 100 m ³ / day, the surface of the nozzle with biofilm irrigated under aerobic conditions is about 2000 m ³ .

Применительно к предлагаемой установке эта поверхность представляет собой поверхность листовых фильтров. In relation to the proposed installation, this surface is the surface of sheet filters.

Скорость фильтрации W_п через эту поверхность составит: W_n = 6•10^-4 мм/сек.The filtration rate W _p through this surface will be: W _n = 6 • 10 ^-4 mm / s.

Скорость фильтрации, определяемая по зависимости Дарси для биопленки толщиной 1 мм и среднем значении перепада давления на листовом фильтре 0.01 н/м² составит:
W = 10^-2 мм/сек. Сопоставляя значения W_n и W получим, что расчетное значение скорости фильтрации на два порядка превосходит значение скорости фильтрации, соответствующее заданной производительности. Это означает, что при увеличении слоя осадка и увеличении его удельного сопротивления производительность установки не снижается.The filtration rate, determined by the Darcy dependence for a biofilm with a thickness of 1 mm and an average value of the pressure drop across the sheet filter of 0.01 n / m ^2, will be:
W = 10 ^-2 mm / s Comparing the values of W _n and W, we find that the calculated value of the filtration rate is two orders of magnitude higher than the value of the filtration rate corresponding to a given performance. This means that with an increase in the sediment layer and an increase in its specific resistance, the productivity of the installation does not decrease.

Литература:
1. Оборудование, сооружения, основы проектирования химико-технологических процессов защиты биосферы от промышленных выбросов./Родионов А.И., Кузнецов Ю. П., Зенков В.В., Соловьев Г.С. Учебное пособие для вузов. - М.. Химия, 1985. С.91.Literature:
1. Equipment, structures, the basics of designing chemical-technological processes for protecting the biosphere from industrial emissions./ Rodionov A.I., Kuznetsov Yu.P., Zenkov VV, Soloviev G.S. Textbook for universities. - M .. Chemistry, 1985. P.91.

2. Яковлев С.В., Воронов Ю.В. Биологические фильтры/М.: Стройиздат.1982. С.88. 2. Yakovlev S.V., Voronov Yu.V. Biological filters / M.: Stroyizdat. 1982. S.88.

Claims

1. Installation for microbiological purification of water and air, comprising a housing with fittings for supplying and removing air and cleaned liquid, an irrigation unit mounted in the upper part of the body, a collection of microorganism suspension, a circulation pump connected to an irrigation unit and a collection of microorganism suspension, a collection of purified water, located in the lower part of the housing, characterized in that under the irrigation unit and above the collector suspension of microorganisms on rods fixed in the upper part of the body, under the irrigation unit is strengthened s leaf filters sequentially with tubes for discharging the filtrate, connected to the lower portion disposed in the housing a collection of purified water, and the filtrate discharge tube sheet at the bottom of filters.

2. Installation according to claim 1, characterized in that the irrigation unit is made in the form of a Segner wheel or manifold with nozzles.

3. Installation according to claim 1, characterized in that a collector with a valve for periodically shutting off the filtrate drain is placed between the pipes for drainage of the filtrate and the collection of purified water.

4. The installation according to claim 1, characterized in that between the sheet filters mounted nozzle sheets.

5. Installation according to claim 1, characterized in that in the gaps between the nozzle sheets and between the sheet filters, grids are strengthened.