RU2487087C1

RU2487087C1 - Apparatus for microbiological treatment of waste water

Info

Publication number: RU2487087C1
Application number: RU2012114816/05A
Authority: RU
Inventors: Владимир Васильевич Старших; Евгений Александрович Максимов
Priority date: 2012-04-13
Filing date: 2012-04-13
Publication date: 2013-07-10

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: apparatus additionally includes a second and a third water post-treatment section separated by partition walls which are in form of plates placed one after the other with a water channel in between, wherein odd plates are attached to the upper base of the housing and even plates are attached to the lower base of the housing; at least two graphene depth filters which are in form of removable cassettes are installed in the sections.

EFFECT: high efficiency of waste water treatment, post-treatment from dissolved oils, fats, surfactants, oil products and killing viruses and bacteria.

3 dwg

Description

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.The invention relates to ecology and can be used for the treatment of industrial and wastewater of agricultural enterprises (meat and milk, oil and fat, fish canning, leather enterprises) from organic and inorganic compounds, petroleum products, surfactants, as well as for decontamination of water from viruses, bacteria, microbes, protozoa .

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.A device for cleaning oily wastewater containing sequentially located tanks with a sump, with a coalescence and sorption filter (patent No. 84369 U1, IPC C02F 1/40). This device is mainly used for wastewater treatment after washing cars.

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).A device for the treatment of natural and wastewater, including a drive-averager, hydrocyclone, electrochemical, sorption, hydrophobic filter, sludge pads (patent No. 95657 U1, IPC C02F 1/46).

Данные устройства не обеспечивают достаточную степень очистки воды от нефтепродуктов, а также от микроорганизмов (вирусы, споровые формы, простейшие).These devices do not provide a sufficient degree of water purification from oil products, as well as from microorganisms (viruses, spore forms, protozoa).

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).The closest in technical essence and the achieved result to the claimed invention (adopted as a prototype) is the installation of microbiological treatment of wastewater and solid impurities (patent RU No. 2238247 C2, IPC 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.The installation includes a heating system, an anaerobic water treatment section, an aerobic water treatment section with an aeration system and a water purification section, which are made in the form of a series of hydraulically connected adjacent chambers separated by vertical partitions, anaerobic and aerobic treatment sections, sequentially located in the casing along the flow of wastewater waters are equipped with carriers for immobilization of microorganisms. In the case, in front of the anaerobic water treatment sections, a sedimentation section is located, separated by a partition with the formation of a lower overflow into hydraulically connected primary and thin-layer sedimentation chambers, the water aftertreatment section includes a second sedimentation chamber, the bottoms of both sections are made with cone-shaped recesses, the thin-layer sedimentation chambers are equipped with a nozzle in the form of rows parallel inclined plates of polymer material with a sliding upper surface and stiffeners on the lower surface, and The heating system is installed in the primary sedimentation chamber.

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.The prototype also does not provide a sufficient degree of wastewater treatment from the oils, fats, surfactants, oil products dissolved in it, as well as from microorganisms (bacteria, viruses, spore forms, protozoa) that are resistant to chemical disinfectants.

Задача заявляемого изобретения заключается в повышении эффективности очистки сточных вод, доочистке от микрочастиц, растворенных в ней, масел, жиров, ПАВ, нефтепродуктов, уничтожении вирусов и бактерий.The task of the invention is to increase the efficiency of wastewater treatment, purification from microparticles dissolved in it, oils, fats, surfactants, oil products, the destruction of viruses and bacteria.

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.The technical result is achieved due to the fact that the installation, including a heating system, a sedimentation section with a lower overflow, anaerobic water treatment section, an aerobic water treatment section with an aeration system and a water aftertreatment section, arranged in series as a series interconnected adjacent chambers separated by vertical partitions, in contrast to the prototype, it additionally contains a second and third section of water purification, separated by partitions, in filled in the form of successive plates with a water channel between them, the odd plates mounted on the upper base of the housing and the even ones on the bottom, in addition, at least two volumetric graphene filters made in the form of removable cartridges are installed in the after-treatment sections .

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.The presence in the chamber of additional treatment of sections, organized with the help of partitions, made in the form of successively arranged plates with a channel for water between them, helps to achieve a technical result, since the after-treatment of drains from oils, fats, surfactants, emulsified oil products, microbes, bacteria occurs gradually over a period of time, which is required for the passage of wastewater through graphene filters installed in sections in video cassettes.

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».A new set of essential features of the proposed technical solution is not known and does not follow explicitly from the level of technology established in the patent and scientific and technical literature, therefore, it meets the criteria of “novelty” and “inventive step”.

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.Water purification from drops of emulsified oil products is produced using a special material - graphene sorbent. The graphene sorbent has nanoscale and is a volumetric filter consisting of nanotubes.

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).It is known that graphene is usually a flat sheet consisting of a single layer of carbon atoms combined into a hexagonal crystal lattice. Since the sheet thickness is nanosized, it is folded into a nanotube after separating it from the graphite structure (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).Graphene filters for wastewater treatment from emulsified oil products, microbes, bacteria were not used. Nanotubes pass water molecules, as well as salts dissolved in water and trace elements. However, they trap particles of carbon-related impurities, such as organic oils, complex hydrocarbons, and petroleum products. Unlike membrane filters, which trap impurity particles only by plane, graphene sorbent holds them with the entire volume of nanotubes (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.In a graphene filter, decontamination of treated wastewater from viruses, bacteria, microbes, protozoa occurs as follows. It is known that in water viruses, bacteria, microbes, protozoa are fixed on hydrophobic particles of impurities. Nanotubes pass water molecules, but retain particles of impurities and viruses, bacteria, microbes, and protozoa attached to them. To deactivate viruses, bacteria, etc., silver ions are added to the graphene sorbent, which are located between the graphene nanotubes.

На фиг.1 изображена схема установки, на фиг.2 - вид I - схема графенового фильтра с ионами серебра.Figure 1 shows the installation diagram, figure 2 is a view I is a diagram of a graphene filter with silver ions.

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.Installation for microbiological wastewater treatment contains a thermally insulated housing 1 with an inlet pipe 2 and a quench chamber 3 flow rate. In the casing, the settling section is arranged sequentially in the direction of the wastewater in the form of adjacent chambers 4 and 5 of the primary and thin-layer sedimentation, respectively, with the formation of a lower overflow providing vertical upward flow in the chamber 5. In the side wall of the primary sedimentation chamber 4, a wastewater heating system 6 is mounted. Next, there is section 7 of anaerobic water treatment and section 8 of aerobic water treatment with an aeration system in the form of ducts connected to a source of compressed air with a disk aerator 10. Sections 7 and 8 of anaerobic and aerobic water treatment are made in the form of a series of hydraulically communicating adjacent chambers, separated by vertical partitions 11 with the formation of alternating upper and lower overflows, providing in the chambers vertical flows with alternating directions.

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.In sections of anaerobic 7 and aerobic 8 water treatment, carriers 12 are installed, for example, from a voluminous porous material with a developed surface for immobilizing microorganisms. Next, in the direction of water movement, there is a section for water post-treatment for purification of sludge particles carried out from the previous chamber, made in the form of adjacent thin-layer settling and filtration chambers 13 and 14. The water post-treatment section is made thin-layer with a nozzle to provide a vertical upward flow of treated wastewater in it. The bottoms of the 15 sedimentation and post-treatment sections have conical recesses. Chambers 5 and 13 of thin-layer sedimentation are equipped with nozzles 16 in the form of rows of parallel inclined plates with a sliding upper surface located at an angle of not less than 90 ° with respect to the plates of another row. On the lower surface of the plates made ribs 17 at a distance of 12-150 mm from each other. The thin-layer sedimentation chamber of water purification is equipped with a sludge recirculation system 18. The second 19 and third 20 water purification sections are separated by partitions, which are made in the form of successively arranged plates with a channel between them for water to flow, and the odd plates 21 are mounted on the upper base of the housing and even plates 22 are on the lower base of the housing. The sections contain two graphene filters 23 with silver particles 24, which are made in the form of removable cartridges. The third section of the post-treatment has a nozzle 25 for the removal of purified water.

Установка работает следующим образом.Installation works as follows.

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.Wastewater flows through the inlet pipe 2 of the housing 1 into the chamber 3 damping the flow rate, where there is a decrease, equalization of its speed, change of direction and primary separation of large and heavy particles of pollution. Next, the water enters the chamber 4 of the primary sedimentation, where there is also the deposition of large and heavy particles of contaminants. Wastewater heated in chamber 4 by heating the system 6 to the required temperature, providing optimal conditions for the life of microorganisms, through the lower overflow enters the fine settling chamber 5 for deep clarification of the water. In this case, the flow velocity between the nozzle plates 16 drops sharply.

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.As a result of a collision with ribs 17 made on the lower surface of the plates, particles of contaminants are trapped in them, the sediment flows into a conical depression of the bottom. On the upper plates of the nozzle 16, the finest particles are deposited. At the same time, in chamber 5, where optimal temperature conditions for anaerobic microorganisms are provided, the process of fermentation of dissolved organic substances contained in effluents to simpler compounds begins. The clarified water with partially decomposed organic compounds from the thin layer lagging chamber enters through the upper overflow into the first chamber of section 7 with 12 microorganisms immobilized on carriers — destructors. Here, a more complete decomposition of organic compounds dissolved in water into simpler substances takes place. After water passes through the chambers of section 7, clarified water with decomposed organic compounds enters section 8, where the final decomposition of organic compounds takes place. Section 8 chambers through air ducts 9 and finely bubble disc aerators 10 receive air in the form of tiny bubbles up to 100 microns in size from a compressed air source, which is necessary to ensure the vital activity of aerobic microorganisms. In section 8, the full mineralization of activated sludge occurs, as a result of which it becomes incapable of decay. After section 8, purified water enters the chamber 13 of thin-layer sedimentation and post-treatment, where sedimentation of silt particles occurs in a cone-shaped recess of the bottom.

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.Next, the wastewater enters the filtration chamber 14, and then into the after-treatment chamber with sections 19 and 20 and graphene filters, where the water is further treated from emulsified oil products, viruses and bacteria.

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.The second 19 and third 20 sections of the wastewater treatment are separated by partitions 21 and 22, which are made in the form of plates arranged in series with each other with a channel between them for water flow, the odd plates 21 are fixed on the upper base of the housing, and the even plates 22 are fixed on the lower the base of the body. Such fastening of the plates allows you to create a narrow channel between them for the flow of water from one section to another.

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.In graphene filters 23, silver ions 24 located between the nanotubes, in contact with viruses, bacteria, microbes, protozoa, deactivate waste water. The sizes of graphene nanotubes are quite small (sizes 1 × 10 ^-9 m), they allow water molecules to pass through but retain emulsified oil products, viruses and bacteria (sizes 1 × 10 ^-6 m, 5 × 10 ^-6 m) in their volume and effectively clean from them wastewater.

Очищенная вода отводится из камеры доочистки через патрубок 25. Для регенерации графеновые фильтры выполнены в виде съемных кассет.The purified water is discharged from the after-treatment chamber through the nozzle 25. For regeneration, graphene filters are made in the form of removable cartridges.

Эффективность очистки сточной воды от масел, жиров, ПАВ, эмульгированных нефтепродуктов, вирусов, бактерий, микробов в установке достигает 98-99%.The efficiency of wastewater treatment from oils, fats, surfactants, emulsified oil products, viruses, bacteria, microbes in the installation reaches 98-99%.

Claims

A microbiological wastewater treatment plant, including a heating system, a sedimentation section with a lower overflow, anaerobic water treatment section, an aerobic water treatment section with an aeration system and a water purification section, sequentially located in the casing along the wastewater, made in the form of a series of hydraulically connected adjacent chambers separated by vertical partitions, characterized in that it further comprises a second and third section of water purification, separated by partitions made in de successively arranged plates with a water channel between them, the odd plates mounted on the upper base of the housing, and the even ones on the bottom, in the sections there are at least two volumetric graphene filters made in the form of removable cartridges.