RU2734251C1

RU2734251C1 - Welding sectional plant bioplateaux for utilization of pollution in wastes

Info

Publication number: RU2734251C1
Application number: RU2019125658A
Authority: RU
Inventors: Андрей Николаевич Глушко; Валерий Павлович Мешалкин; Алексей Вячеславович Матасов; Виталий Вячеславович Челноков
Original assignee: Андрей Николаевич Глушко; Валерий Павлович Мешалкин; Алексей Вячеславович Матасов; Виталий Вячеславович Челноков
Priority date: 2019-08-14
Filing date: 2019-08-14
Publication date: 2020-10-13

Abstract

FIELD: treatment of water, industrial and household waste water.

SUBSTANCE: invention can be used for post-treatment of waste water of industrial enterprises, treatment of storm and municipal sewage, effluents from agricultural lands, anthropogenic contaminated and natural eutrophied reservoirs. Welding sectional vegetal bioplateaux for recycling contaminants in drains consist of connected frames with biological loading. Each section of the frame consists of a frame base, inside of which a mat-platform of polymer non-woven material is installed and rigidly attached to it containing a recess for biological loading. Biological load is additionally represented by higher water plants and moisture-loving plants and/or strains of microorganisms-destructors. Additionally, rows of fibre sorption elements are installed on lower surface of bioplateau. Bioplateau may additionally include bottom fibrous mesh and aerator.

EFFECT: invention provides higher efficiency of effluents treatment.

3 cl

Description

Изобретение служит для биологической обработки воды.The invention is used for biological treatment of water.

Стремительное развитие производства химических веществ приводит к накоплению в водотоках большого количества опасных соединений. Многочисленность локальных источников загрязнения делает экономически малореальным установку на них станций физико-химической очистки. Поэтому важно создавать новые высокоэффективные биоинженерные комплексы, имитирующие и значительно ускоряющие естественные процессы самоочищения.The rapid development of the production of chemicals leads to the accumulation of a large amount of hazardous compounds in watercourses. The large number of local sources of pollution makes it economically unrealistic to install physicochemical treatment stations on them. Therefore, it is important to create new highly efficient bioengineering complexes that imitate and significantly accelerate natural self-purification processes.

В наплавных биоплато имитируется модель природных водно-болотных угодий. Данное техническое решение позволяет решать задачи профилактики и помощи в восстановлении водоемов, является природно дружественным решением для использования: при мелиорации русел рек и каналов; очищении прудов, лагун, любых водоемов и восстановления биологического разнообразия; при очистке городских ливневых стоков; при очистке сельскохозяйственных сливов; при утилизации точечных и фоновых загрязнений.The floating bioplato simulates a natural wetland model. This technical solution allows solving the problems of prevention and assistance in the restoration of water bodies, is a naturally friendly solution for use: in the reclamation of river beds and canals; cleaning up ponds, lagoons, any body of water and restoring biological diversity; when cleaning city storm drains; when cleaning agricultural drains; when disposing of point and background pollution.

Создано множество различных конструкций биоплато от простых плавающих матов-платформ до многоярусных приспособлений.Many different bioplato designs have been created, from simple floating platform mats to multi-tiered fixtures.

Известен способ очистки воды в водоеме с помощью установки «Атолл» https://i-bud.ru/sposobi-ochistki-vodi-v-vodoeme.html в виде плавающего аэратора который представляет собой устройство состоящее из нескольких секций рамной конструкции с сеткой для посадки высшей растительности и автоматически заполняемых водой пруда. Аэраторы постоянно дрейфуют по поверхности воды, обогащая ее кислородом. Внутри установки сконцентрировано большое количество ракообразного зоопланктона, который является хорошим фильтратором бактерий, способствующих цветению микроводорослей в водоеме.There is a known method of water purification in a reservoir using the Atoll installation https://i-bud.ru/sposobi-ochistki-vodi-v-vodoeme.html in the form of a floating aerator, which is a device consisting of several sections of a frame structure with a mesh for planting higher vegetation and automatically filled pond with water. Aerators constantly drift over the surface of the water, enriching it with oxygen. A large number of zooplankton crustaceans are concentrated inside the installation, which is a good filtering agent for bacteria that contribute to the blooming of microalgae in the reservoir.

Известны плавающие острова BioHaven® фирмы Midwest Floating Island http://midwestfloatingisland.com/ предназначенные для очистки воды. Острова покрыты растениями, которые растут корнями ниже островов. Очистка воды осуществляется как растениями и в биопленке микроорганизмов в виде слизистого материала под островами и в зоне корней растений. Микроорганизмы биопленки являются основными факторами удаления загрязняющих веществ из воды. Закрепление островов позволяет приспособиться к изменяющимся уровням воды.Known floating islands BioHaven® from Midwest Floating Island http://midwestfloatingisland.com/ intended for water purification. The islands are covered with plants that grow roots below the islands. Water purification is carried out both by plants and in the biofilm of microorganisms in the form of a slimy material under the islands and in the zone of plant roots. Biofilm microorganisms are the main factors in removing contaminants from water. Anchoring the islands allows you to adapt to changing water levels.

Известно устройство RU 149587 U1, опубл. 10.01.2015, содержащее стенки, выполненные из сетчатых коробчатых контейнеров, внешние грани которых образованы каменным материалом изверженных и/или метаморфических пород, причем биоплато выполнено с возможностью размещения микрофлоры и микроорганизмов, имеющих в своем составе штаммы бактерий псевдомонаса, родокков и дрожжей кандида и других микроорганизмов-деструкторов нефтяных углеводородов, отличающееся тем, что контейнеры покрыты эластичным трикотажем переплетением ластик и заполнены резиновой крошкой размером 0,5-1,2 мкм.Known device RU 149587 U1, publ. 01/10/2015, containing walls made of mesh box-shaped containers, the outer edges of which are formed by stone material of igneous and / or metamorphic rocks, and the bioplato is made with the possibility of accommodating microflora and microorganisms containing strains of bacteria of Pseudomonas, Rhodoccus and Candida yeast and others microorganisms-destructors of petroleum hydrocarbons, characterized in that the containers are covered with elastic knitted fabric with an eraser weave and filled with rubber crumb 0.5-1.2 microns in size.

Наиболее близким к заявляемому решению является способ очистки сточных вод с помощью биоплато RU 2560631 С1, опубл. 20.08.2015, содержащего соединенные между собой каркасы с биологической загрузкой, причем каждый каркас состоит из основания, выполненного из пластиковых труб с поплавками, и установленной на него пластмассовой решетки с ячейками, сверху на которую уложена биологическая загрузка, в качестве биологической загрузки используют ковровую травянистую дернину, выращенную заранее гидропонным методом на основе вермикулитового субстрата с использованием многолетних травянистых растений, и водные аборигенные виды растений, при этом водные аборигенные виды растений высаживают в дернину, размещенную на каркасе, площадь дернины в два раза меньше площади каркаса.Closest to the claimed solution is a method of wastewater treatment using bioplato RU 2560631 C1, publ. 08/20/2015, containing interconnected frames with a biological load, and each frame consists of a base made of plastic pipes with floats, and a plastic lattice with cells installed on it, on top of which a biological load is laid, a grassy carpet is used as a biological load. sod, grown in advance by the hydroponic method on the basis of vermiculite substrate using perennial herbaceous plants, and aquatic native plant species, while the aquatic native plant species are planted in the sod placed on the frame, the area of the sod is half the area of the frame.

Общими недостатками известных технических решений являются: ограниченная функциональность, как следствие наличия в конструкции только поверхностного яруса, что не решает задачи поддержания полного биоразнообразия; отсутствие решений для очистки глубоких и придонных водных слоев; низкая эффективность и глубина очистки.The general disadvantages of the known technical solutions are: limited functionality, as a result of the presence of only a surface layer in the structure, which does not solve the problem of maintaining complete biodiversity; lack of solutions for cleaning deep and bottom water layers; low efficiency and depth of cleaning.

Задачей изобретения является создание способа интенсивной утилизации загрязнений в стоках с помощью наплавных секционных растительных биоплато и позволяющего успешно осуществлять ее круглогодично в водоемах с высокой скоростью потока и глубиной до 5 м, соответствующей литоральной зоне водоема заселенной фотосинтезирующими полуводными, плавающими и погружными растениями.The objective of the invention is to create a method for the intensive utilization of pollution in wastewater using floating sectional plant bioplato and allowing it to be successfully carried out year-round in reservoirs with a high flow rate and a depth of up to 5 m, corresponding to the littoral zone of the reservoir populated with photosynthetic semi-aquatic, floating and submerged plants.

Технический результат заключается в повышении эффективности очистки стоков, сокращении затрат на ее осуществление и снижение негативного воздействия на окружающую среду.The technical result consists in increasing the efficiency of wastewater treatment, reducing the cost of its implementation and reducing the negative impact on the environment.

Технический результат достигается тем, что наплавные секционные растительные биоплато для утилизации загрязнений в стоках состоят из соединенных каркасов с биологической загрузкой; каждый каркас состоит из основания, выполненного из полых рамочных удерживающих конструкций из легкого композиционного материала, внутри которых устанавливается и жестко к ним прикрепляется содержащая ниши для биологической загрузки мат-платформа из полимерного нетканого материала с положительной плавучестью; в качестве биологической загрузки используют высшие водные растения и/или влаголюбивые растения и штаммы микроорганизмов-деструкторов; на нижней поверхности биоплато устанавливаются ряды волоконных сорбционных элементов. Биоплато может содержать секции второго яруса и/или донную волоконную сетку и/или очищающие устройства из высокопористых углеродных волокон. Также биоплато может включать аэратор.The technical result is achieved by the fact that floating sectional plant bioplato for disposal of contaminants in wastewater consist of connected frames with biological loading; each frame consists of a base made of hollow frame retaining structures made of lightweight composite material, inside of which a mat-platform containing niches for biological loading is installed and rigidly attached from a polymer nonwoven material with positive buoyancy; higher aquatic plants and / or moisture-loving plants and strains of destructive microorganisms are used as a biological load; rows of fiber sorption elements are installed on the lower surface of the bioplato. The bioplato may comprise second tier sections and / or bottom fiber mesh and / or highly porous carbon fiber cleaning devices. The bioplato can also include an aerator.

Корни высших водных растений (ВВР) или влаголюбивых растений проросшие сквозь специальные маты-платформы поглощают из толщи воды вредные загрязнители и биогены. Органические загрязнения, поступившие в растения, метаболизируют при участии внутриклеточных ферментов растений. Продукты трансформации накапливаются в вакуолях клеток, ковалентно включаются в состав лигнина и других компонентов растительных тканей и в химически связанном виде становятся относительно инертными и малотоксичными для растений. Ферменты, выделяемые растениями в окружающую среду, также могут участвовать в трансформации и минерализации органических соединений. Относительно легко проникают в растения и образуют связанные остатки умеренно гидрофобные органические ксенобиотики. В толще мата-платформы и на корнях растений и образуется большая поверхность активной бактериальной пленки, в которой популяции аэробных и анаэробных микроорганизмов разлагают органические вещества до простых веществ. Установлено, что до 70% всего органического вещества в водной среде, как растворенного, так и взвешенного проходит разложение и трансформацию именно в микробиальной петле. Кроме того, при детоксикации органических ксенобиотиков включается механизм ризосферной деградации при симбиотическом действии растений и микроорганизмов. Корневые заросли ВВР привлекают для питания и защиты различные виды животных более высших уровней трофический цепи, также способствующих ликвидации загрязнений.The roots of higher aquatic plants (VVR) or moisture-loving plants that have sprouted through special platform mats absorb harmful pollutants and biogens from the water column. Organic pollutants entering plants are metabolized with the participation of plant intracellular enzymes. Transformation products accumulate in cell vacuoles, are covalently included in the composition of lignin and other components of plant tissues, and in a chemically bound form become relatively inert and low toxic to plants. Enzymes released by plants into the environment can also participate in the transformation and mineralization of organic compounds. They penetrate into plants relatively easily and form associated residues of moderately hydrophobic organic xenobiotics. In the thickness of the mat-platform and on the roots of plants, a large surface of an active bacterial film is formed, in which populations of aerobic and anaerobic microorganisms decompose organic matter to simple substances. It has been established that up to 70% of all organic matter in an aqueous medium, both dissolved and suspended, undergoes decomposition and transformation in the microbial loop. In addition, the detoxification of organic xenobiotics triggers the mechanism of rhizosphere degradation under the symbiotic action of plants and microorganisms. Root thickets of VVR attract various animal species of higher levels of the trophic chain for nutrition and protection, which also contribute to the elimination of pollution.

Способ осуществляется следующим образом.The method is carried out as follows.

Наплавные секционные растительные биоплато для утилизации загрязнений в стоках собирают нужного размера из отдельных секций с использованием системы блочного крепления. Каждая секция состоит из основания, выполненного из полых рамочных удерживающих конструкций из легкого композиционного материала, внутри которых устанавливается и жестко к ним прикрепляется содержащая ниши для биологической загрузки мат-платформа из полимерного нетканого материала с положительной плавучестью. В нишах биоплато размещают высшие водные растения и/или влаголюбивые растения и штаммы микроорганизмов-деструкторов; а на нижней поверхности биоплато устанавливаются ряды волоконных сорбционных элементов. Использование волоконных сорбционных элементов позволяет осуществить «наращивания» искусственной корневой системы растений и, таким образом, достичь следующих эффектов: увеличить на порядки полезную площадь поверхности активной бактериальной пленки и пространственно «растащить» зону микробиального разложения на глубину; тем самым создать предпосылку для круглогодичной эксплуатации биоплато. В толще мата-платформы и на корнях растений образуется биопленка, в которой развиваются различные микроорганизмы, а благодаря особенности поступления кислорода в биоплато образуются многочисленные аэробно-анаэробные зоны. Растворимые органические вещества удаляются в процессе адсорбции, поглощения и деятельности микроорганизмов. Установлено, что при сравнительно низких концентрациях загрязнителей сточных вод, эффективность удаления по БПК5 составляет 85…95%, по ХПК - более, чем 80%. БПК5 на выходе составляет 10 мг/л. При полном соблюдении оптимальных технологических параметров в биоплато происходит полная минерализация большинства органических загрязнений.Floating sectional plant bioplato for disposal of contaminants in sewage is collected from separate sections of the required size using a block fastening system. Each section consists of a base made of hollow frame retaining structures made of lightweight composite material, inside which a mat-platform containing niches for biological loading is installed and rigidly attached, made of polymer nonwoven material with positive buoyancy. Higher aquatic plants and / or moisture-loving plants and strains of destructive microorganisms are placed in the bioplato niches; and rows of fiber sorption elements are installed on the lower surface of the bioplato. The use of fiber sorption elements makes it possible to "build up" the artificial root system of plants and, thus, to achieve the following effects: increase by orders of magnitude the useful surface area of the active bacterial film and spatially "pull apart" the zone of microbial decomposition to depth; thus create a precondition for the year-round exploitation of the bioplato. In the thickness of the mat-platform and on the roots of plants, a biofilm forms, in which various microorganisms develop, and due to the peculiarity of oxygen supply to the bioplato, numerous aerobic-anaerobic zones are formed. Soluble organic matter is removed during the adsorption, absorption and activity of microorganisms. It was found that at relatively low concentrations of wastewater pollutants, the removal efficiency for BOD5 is 85 ... 95%, for COD - more than 80%. The outlet BOD5 is 10 mg / l. With full observance of the optimal technological parameters in the bioplato, complete mineralization of most organic contaminants occurs.

При необходимости осуществления дополнительной интенсификации биоплато для водоемов с большой глубиной, за счет создания дополнительной зоны микробиального разложения на глубине, для ускорения деструкции донных отложений, создания условий для произрастания водорослей, в состав биоплато включают секции второго яруса и/или донную волоконную сетку и/или очищающие устройства из высокопористых углеродных волокон в виде метелок, сеток и проч. В зависимости от типа загрязнения водного объекта, при необходимости, в состав биоплато включают аэратор.If it is necessary to carry out additional intensification of bioplato for water bodies with great depth, by creating an additional zone of microbial decomposition at depth, to accelerate the destruction of bottom sediments, create conditions for the growth of algae, the bioplato includes sections of the second tier and / or bottom fiber mesh and / or cleaning devices made of highly porous carbon fibers in the form of panicles, nets, etc. Depending on the type of pollution of the water body, if necessary, an aerator is included in the bioplato composition.

Эти дополнительные приспособления позволяют дополнительно снизить или блокировать депонирование загрязнений в придонных слоях водоема, обеспечить протекание процессов деградации и разложения в осенне-зимний период.These additional devices make it possible to further reduce or block the deposition of pollution in the bottom layers of the reservoir, to ensure the course of degradation and decomposition processes in the autumn-winter period.

На водотоках с повышенной скоростью потока и на глубинах при возвратно-поступательном движении водных масс в состав биоплато включают системы якорения.On watercourses with an increased flow rate and at depths with the reciprocating movement of water masses, anchoring systems are included in the bioplato.

Основное преимущество плавучих мобильных биоплато состоит в эффективности очищения больших объемов воды при компактных размерах (удельная производительность), очень высокой экономичности и удобстве эксплуатации, широком спектре поглощаемых поллютантов и высоком сродстве с окружающей средой.The main advantage of floating mobile bioplato is the efficiency of purification of large volumes of water with a compact size (specific productivity), very high efficiency and ease of use, a wide range of absorbed pollutants and high affinity with the environment.

Настоящее изобретение может быть использовано для решения различных задач: доочистка сточных вод промышленных предприятий, очистка ливневых и коммунальных стоков, стоков с сельскохозяйственных земель, антропогенных загрязненных и природных эвтрофированных водоемов.The present invention can be used to solve various problems: post-treatment of industrial wastewater, treatment of storm and municipal wastewater, wastewater from agricultural land, anthropogenic polluted and natural eutrophied reservoirs.

Claims

1. Floating sectional plant bioplato for disposal of contaminants in drains, consisting of connected frames with a biological load, made of hollow retaining structures made of lightweight composite material containing an artificial plantation of higher aquatic plants, characterized in that each frame section consists of a frame base, inside which is installed and rigidly attached to it containing niches for biological loading of a platform mat made of polymeric nonwoven material, and as a biological load, additionally use moisture-loving plants and / or strains of microorganisms-destructors; in addition, rows of fiber sorption elements are installed on the lower surface of the bioplato.

2. Bioplato according to claim 1, further comprising a bottom fiber mesh.

3. Bioplato according to claim 2, characterized in that it additionally includes an aerator.