UA149802U - Фотобіореактор для очищення стічних вод від біогенних елементів - Google Patents

Abstract

Фотобіореактор для очищення стічних вод від біогенних елементів містить проточну прямокутну ємкість з відкритим верхом, у вихідній частині трубопроводу якої розташований сепаратор та направляючий лоток для подавання сепарованої від мікроводоростей стічної води у проточну внутрішню ємкість корпусу. Фотобіореактор виконано у вигляді прозорої проточної прямокутної ємкості з відкритим верхом, усередині якої вертикально розташовані прикріплені до днища ємкості швидкороз'ємними кріпленнями прозорі проточні гнучкі рукави, до яких у нижній частині через зворотні клапани під'єднані трубопроводи подавання стічної води і мікроводоростей, під'єднані через зворотні клапани трубки для подавання вуглекислого газу та під'єднані через запірну арматуру трубопроводи для відведення суміші мікроводоростей із залишковою стічною водою. У верхній герметичній частині під'єднані трубопроводи для відведення очищеної стічної води, у місці приєднання яких розташовані ніпеля для випускання накопичуваних газів. Трубопровід для відведення очищеної стічної води приєднано до направляючого лотка для подавання очищеної стічної води у середину проточної прямокутної ємкості з відкритим верхом. На вихідній частині трубопроводу для відведення суміші мікроводоростей із залишковою стічною водою розташований сепаратор мікроводоростей для розділення зворотної та надлишкової біомаси.

Description

Корисна модель належить до галузі комунального господарства, а саме до очищення комунальних та виробничих стічних вод від біогенних елементів шляхом використання стічних вод як культуральної рідини для мікроводоростей і поглинання біогенних елементів мікроводоростями у процесі метаболізму.

Відома конструкція трубчастого фотобіореактора з ерліфтним приводом (Моїйпа Е.,

Еегпапаев 9., Асієп Р.(3., Співії М. (2001). Тийбшаг Рпоїобіогеасіог Оезіднп їТог Аїда! Сипигев. доитаї ої ВіотесппоЇоду 92 (2001), рр. 113-131), що містить тонкі прозорі трубки з культуральною рідиною та мікроводоростями, які розташовані горизонтально чи під нахилом до горизонту, в яких процес метаболізму мікроводоростей відбувається за рахунок природного освітлення, а також подавання усередину трубок культуральної рідини, і подавання вуглекислого газу.

Переміщення культуральної рідини з мікроводоростями у трубках відбувається за допомогою ерліфта, що живиться повітрям від електричного компресора.

Недоліком такої конструкції є те, що у ній важко забезпечити температурну стабілізацію культуральної рідини, яка швидко вистигає у холодну пору року і може замерзнути через невеликий діаметр робочих трубок, необхідність застосування додаткових пристроїв для затінення у сонячні дні теплої пори року для уникнення явищ фотоінгібіювання, а також можливість утворення газових пробок усередині трубок.

Найближчим аналогом корисної моделі є відома конструкцію фотобіореактора - очищувача стічних вод (патент України Мо 133752, МПК СО2Е 1/00, СО2Е 3/32, заявка Мо 201810274, опубліковано 25.04.2019), що містить: проточну прямокутну ємкість з відкритим верхом, усередині якої розташовані прозорі трубки, з'єднані між собою і зафіксовані у прямокутній ємкості колінами таким чином, що утворюють суцільний зигзагоподібний змійовик, в який подається суміш стічної води з мікроводоростями, підготовлена у змішувачі, а також вуглекислий газ, при цьому прозорі трубки зафіксовані таким чином, що знаходяться під кутом до горизонту, а розміщені у ряд з одного боку змійовика коліна розташовані вище колін з його протилежного боку і на них розташовані клапани для випускання накопичуваних там газів, при цьому на вихідній частині трубопроводу розташований сепаратор та направляючий лоток для подавання сепарованої від мікроводоростей стічної води у проточну внутрішню ємкість корпусу.

Недоліком такої конструкції є те, що конструкція займає велику площу через горизонтальне

Зо розташування трубок змійовика, необхідність використання довгого змійовика через неможливість іммобілізації мікроводоростей у робочій зоні, необхідність розбирання змійовика зі значними трудовими затратами і зупинкою фотобіореактора на тривалий період для прочищення прозорих трубок, що покриваються осадом із середини.

В основу корисної моделі поставлена задача створити конструкцію фотобіореактора для очищення стічних вод від біогенних елементів, в якій за рахунок введення нових елементів та зв'язків досягається зменшення необхідної площі для його розміщення, іммобілізація мікроводоростей у робочій зоні і, як результат, - зменшення об'єму робочої зони, можливість швидкої заміни рукавів робочої зони, що покрились осадом із середини, і, як результат, - скорочення трудових затрат і простою фотобіореактора.

Поставлена задача вирішується тим, що фотобіореактор для очищення стічних вод від біогенних елементів, що містить проточну прямокутну ємкість з відкритим верхом, у вихідній частині трубопроводу якої розташований сепаратор та направляючий лоток для подавання сепарованої від мікроводоростей стічної води у проточну внутрішню ємкість корпусу, згідно з корисною моделлю, виконано у вигляді прозорої проточної прямокутної ємкості з відкритим верхом, усередині якої вертикально розташовані прикріплені до днища ємкості швидкороз'ємними кріпленнями прозорі проточні гнучкі рукави, до яких у нижній частині через зворотні клапани під'єднані трубопроводи подавання стічної води і мікроводоростей, під'єднані через зворотні клапани трубки для подавання вуглекислого газу та під'єднані через запірну арматуру трубопроводи для відведення суміші мікроводоростей із залишковою стічною водою, а у верхній герметичній частині під'єднані трубопроводи для відведення очищеної стічної води, у місці приєднання яких розташовані ніпеля для випускання накопичуваних газів, при цьому трубопровід для відведення очищеної стічної води приєднано до направляючого лотка для подавання очищеної стічної води у середину проточної прямокутної ємкості з відкритим верхом, а на вихідній частині трубопроводу для відведення суміші мікроводоростей із залишковою стічною водою розташований сепаратор мікроводоростей для розділення зворотної та надлишкової біомаси.

Корисна модель пояснюється кресленням, на якому зображено фотобіореактор для очищення стічних вод від біогенних елементів, що складається з корпусу 12, виконаного у вигляді прозорої проточної прямокутної ємкості з відкритим верхом, через який протікає бо очищена за допомогою мікроводоростей стічна вода. Усередині корпусу 12 вертикально прикріплені до днища швидкороз'ємними кріпленнями прозорі гнучкі рукави 8 таким чином, що вони є повністю зануреними у протікаючу через внутрішню ємкість корпусу очищену стічну воду.

У верхніх частинах прозорих гнучких рукавів закріплені поплавки 9 для їх підтримки у воді у вертикальному стані. У нижніх частинах прозорих гнучких рукавів вмонтовані зворотні клапани 15, до яких приєднані відгалуження від трубопроводу подавання стічних вод 10. На вході трубопроводу подавання стічних вод 10 у корпус 12 встановлено насос нагнітання стічних вод 1.

Також у нижніх частинах прозорих гнучких рукавів вмонтовані зворотні клапани 16, до яких приєднані відгалуження від трубопроводу подавання вуглекислого газу 11. На вході трубопроводу подавання вуглекислого газу 11 у корпус 12 встановлено компресор нагнітання вуглекислого газу 2 з ємкості вуглекислого газу 3. У днище корпусу вмонтовані елементи запірної арматури 7, до яких приєднані відгалуження від трубопроводу відведення мікроводоростей 14. На виході трубопроводу відведення мікроводоростей з корпусу 12 встановлено сепаратор мікроводоростей 17. До сепаратора мікроводоростей приєднано трубопровід відведення надлишкової біомаси і трубопровід відведення зворотної біомаси 19, який приєднано до ємкості з мікроводоростями 5 та насоса нагнітання мікроводоростей 4. У верхніх частинах прозорих гнучких рукавів вмонтовані ніпелі б для скидання газів, що накопичуються в прозорих гнучких рукавах. Також до верхніх частин прозорих гнучких рукавів приєднано відгалуження від трубопроводу відведення очищеної стічної води 13, до якого приєднано зворотний трубопровід очищеної стічної води 18. У вхідній частині корпусу 12 розміщено направляючий лоток 20, до якого приєднано зворотний трубопровід очищеної стічної води 18. У вихідній частині корпусу 12 розміщено збірний лоток 21, до якого приєднано відвідний лоток 22.

Фотобіореактор працює таким чином.

Корпус 12 розміщується на відкритому майданчику з природнім прямим сонячним освітленням. Цикл роботи фотобіореактора розподіляється на три етапи: етап початку роботи; етап очищення стічних вод; етап завершення циклу.

На етапі початку роботи корпус 12 заповнюється прозорою водою так, щоб прикріплені до днища корпусу прозорі гнучкі рукави 8 з прикріпленими до їх верхніх частин поплавками 9 опинились у вертикальному положенні. Попередньо освітлена стічна вода, що підлягає

Зо очищенню, змішується з мікроводоростями з ємкості 5, що нагнітаються насосом нагнітання мікроводоростей 4. Після цього суміш за допомогою насоса нагнітання стічних вод 1 подається у трубопровід подавання стічних вод 10. За допомогою відгалужень від цього трубопроводу вона розподіляється між прозорими гнучкими рукавами 8. Через зворотні клапани 15 суміш подається у нижні частини внутрішніх ємкостей гнучких прозорих рукавів до повного їх заповнення. Після цього подавання мікроводоростей з ємкості 5 припиняється.

На етапі очищення стічна вода за допомогою насоса нагнітання стічних вод 1 неперервно подається у трубопровід подавання стічних вод 10 і через відгалуження зі зворотними клапанами 15 надходить у нижні частини внутрішніх ємкостей гнучких прозорих рукавів. Стічна вода рухається у напрямку знизу догори всередині прозорих гнучких рукавів і у їх верхній частині відводиться за допомогою трубопроводу відведення очищеної стічної води 13.

Швидкість вертикального руху стічної води вибирається таким чином, щоб мікроводорості всередині прозорих гнучких рукавів 8 знаходились у зваженому стані, залишались усередині внутрішніх ємкостей і не виносились з водою. Одночасно, усередину прозорих гнучких рукавів за допомогою компресора 2 та трубопроводу 11 через зворотні клапани 16, вмонтованих у їх нижніх частинах, подається вуглекислий газ з ємкості З. Частина вуглекислого газу розчиняється у стічній воді і стає джерелом вуглецю для метаболізму мікроводоростей. Інша частина, що не встигає розчинитися у воді, разом з іншими газоподібними продуктами, видаляється через ніпеля б у навколишнє середовище. Під час руху стічної води у рукавах, завдяки метаболізму мікроводоростей відбувається приріст їх біомаси і одночасне зниження у стічній воді концентрації біогенних елементів. Очищена стічна вода збирається трубопроводом 13 ї за допомогою направляючого лотка 20 подається у внутрішню ємкість корпусу 12. Завдяки наявності багатьох вихідних отворів, направляючий лоток 20 рівномірно розподіляє потік очищеної стічної води по ширині корпусу 12. Стічна вода, протікаючи через внутрішню ємкість корпусу, повністю покриває собою прозорі гнучкі рукави, що знаходяться у вертикальному положенні завдяки поплавкам 9. Після протікання через внутрішню ємкість корпусу 12 на його протилежному кінці очищена стічна вода збирається збірним лотком 21 і видаляється з фотобіореактора за допомогою відвідного лотка 22. Завдяки тому, що гнучкі рукави з мікроводоростями, що культивуються, є постійно зануреним у проточну очищену стічну воду, збільшується температурна інерція фотобіореактора і досягається краща температурна бо стабілізація культивованих мікроводоростей у холодну пору року. У теплу пору року, завдяки розсіянню прямих сонячних променів, що проходять через очищену стічну воду, зменшується інтенсивність освітлення мікроводоростей прямими сонячними променями, що послаблює явище фотоінгібіювання метаболізму мікроводоростей.

На етапі завершення циклу подавання стічної води насосом 1 припиняється. Суміш мікроводоростей зі стічною водою через елементи запірної арматури 7 відводиться з прозорих гнучких рукавів і через трубопровід відведення мікроводоростей 14 подається у сепаратор мікроводоростей 17, де відбувається відділення рециркуляційної біомаси від надлишкової.

Рециркуляційна біомаса трубопроводом 19 направляється у ємкість для мікроводоростей 5, а надлишкова біомаса відводиться трубопроводом відведення надлишкової біомаси і є сировиною для виготовлення товарних продуктів (біопаливо, біодобриво тощо).

Після втрати прозорості гнучких рукавів 8 на етапі завершення циклу внутрішня ємкість корпусу 12 спорожнюється, приєднані до днища корпусу швидкороз'ємними кріпленнями гнучкі рукави від'єднуються і замінюються новими чи попередньо очищеними. Очищення проводиться за межами корпусу поза робочим циклом.

Claims (1)

1. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Фотобіореактор для очищення стічних вод від біогенних елементів, що містить проточну прямокутну ємкість з відкритим верхом, у вихідній частині трубопроводу якої розташований сепаратор та направляючий лоток для подавання сепарованої від мікроводоростей стічної води у проточну внутрішню ємкість корпусу, який відрізняється тим, що фотобіореактор виконано у вигляді прозорої проточної прямокутної ємкості з відкритим верхом, усередині якої вертикально розташовані прикріплені до днища ємкості швидкороз'ємними кріпленнями прозорі проточні гнучкі рукави, до яких у нижній частині через зворотні клапани під'єднані трубопроводи подавання стічної води і мікроводоростей, під'єднані через зворотні клапани трубки для подавання вуглекислого газу та під'єднані через запірну арматуру трубопроводи для відведення суміші мікроводоростей із залишковою стічною водою, а у верхній герметичній частині під'єднані трубопроводи для відведення очищеної стічної води, у місці приєднання яких розташовані ніпеля для випускання накопичуваних газів, при цьому трубопровід для відведення очищеної стічної води приєднано до направляючого лотка для подавання очищеної стічної води у середину проточної прямокутної ємкості з відкритим верхом, а на вихідній частині трубопроводу для відведення суміші мікроводоростей із залишковою стічною водою розташований сепаратор мікроводоростей для розділення зворотної та надлишкової біомаси.