[1]Полезная модель относится к оборудованию для комбинированной - физико-химической и биологической очистки промышленных и хозяйственно бытовых сточных вод с использованием мембранного биореактора (МБР) и может быть использована на предприятиях нефтеперерабатывающей, химической, нефтехимической, пищевой промышленности, коммунального хозяйства, а также в иных отраслях, использующих и перерабатывающих водные ресурсы.
[2]В настоящее время мембранные биореакторы рассматриваются как одно из перспективных направлений в технологии очистки сточных вод. МБР представляет собой комбинацию очистного сооружения с активным илом и мембранного блока (RU 75651, 2008; RU 2049077, 1995; RU 141341, 2014; ЕР 1484287, 2004; RU 2440307, 2012).. Мембранный блок, как правило, содержит одну или несколько кассет, каждая из которых состоит из 3-48 половолоконных мембранных модулей или до 200 плоских мембранных элементов. Половолоконная мембрана представляет собой полую нить наружным диаметром около 2 мм и длиной до 2 м. Плоский мембранный элемент представляет собой двустороннюю рамную конструкцию с размерами, как правило, до 500×1600×15 м. Поверхность нити и плоского элемента представляют собой, как правило, ультрафильтрационную мембрану с размером пор 0,03-0,1 мкм. При использовании МБР для очистки сточных вод, он, как правило, состоит из одной или нескольких параллельно работающих линий. Процесс происходит следующим образом: Сточная вода поступает в анаэробно-аноксидную зону (зону денитрификации), где смешивается с биомассой активного ила и реагентами. В зоне денитрификации происходит восстановление окисленных форм азота (нитритов и нитратов) до молекулярного состояния. Процесс проходит в аноксидных условиях без доступа растворенного кислорода, в качестве восстановителя используется органическая часть загрязнений в присутствии микроорганизмов активного ила (http://hydropark.ru/equipment/membrane_bioreactor.htm; www.ecorus-sia.info/ru/ecopedia/membrane_bioreactor).
[3]Известны модифицированные конструкции МБР для применения в установках биологической очистки сточных вод. Так, известна разработанная ранее автором установка (RU 141341, 2014), содержащая последовательно связанные блоки денитрификации, нитрификации, мембранной очистки и дегазации активного ила под вакуумом на основе установки «Аэроклин».
[4]Недостатком установки является большое количество входящих в нее элементов, что затрудняет поддержание оптимального режима обработки воды, а также ее высокая себестоимость.
[5]Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому техническому решению является установка для биологической очистки сточных вод, состоящая из биореактора ULTRA-FOR 1, оснащенного трубопроводами подачи очищаемой воды и отвода из него очищенной воды, а также системой аэрации с погружным мембранным фильтром (см. DEGREMONT, Технический справочник по обработке воды, второе издание. Водоканал, Санкт-Петербург, 2007 г., т. 2. стр. 917).
[6]Однако данная установка недостаточно эффективна особенно в случае загрязнения воды высокомолекулярными примесями, не позволяет удалять из сточных вод биогенные вещества (азот, фосфор) из-за негативного влияния кислорода на микроорганизмы активного ила и требует создания дополнительного узла для реагентной обработки воды, что влечет за собой образование вторичных отходов.
[7]Технической задачей являлось создание более простой технологической установки на основе биореактора с активным илом, способной очищать воду от высокомолекулярных веществ.
[8]Указанная задача решалась путем введения в анаэробную систему активных радикалов, способных повысить скорость дезинтеграции высокомолекулярных примесей и одновременно не оказывающих негативного воздействия на микроорганизмы активного ила.
[9]Технический результат достигался созданием установки, в которой мембранный биореактор (МБР), содержащий размещенные в его корпусе блоки активного ила (БАИ) и блок обработанной воды (БОВ), разделенных между собой половолоконной мембраной, соединен с плазменным реактором (УПО) системой трубопроводов, выполненной с возможностью подачи воды из блока обработанной воды (БОВ) в плазменный реактор и затем с возможностью циркуляции из плазменного реактора в блок активного ила.
[10]Особенностью установки является то, что в отличие от большинства систем обработки воды с использованием плазменного реактора (RU 2 601 461, 2016; RU 2186735, 2002; RU 2319670, 2008; RU 2226510,2004; US 8097166,2012; RU 2246450, 2005; RU 2475458, 2011) процесс обработки происходит в отсутствии кислорода, в результате чего на выходе из реактора получается не продукты окисления примесей, а продукты их распада на СО2, воду, низкомолекулярные фрагменты, содержащие радикалы, что обеспечивает полноценную очистку микроорганизмами в БАИ.
[11]Общая схема установки представлена на фиг. 1, где используются следующие обозначения:
[12]1 - мембранный биореактор (МБР);
[13]2 - блок активного ила (БАИ);
[14]3 - блок обработанной воды (БОВ);
[16]5 - плазменный реактор (УПО);
[17]6 - разбрызгивающее устройство (РУ);
[19]8 - трубопровод подачи субстрата (ТИС);
[20]9 - трубопровод подачи обработанной воды (ТПВ);
[21]10 - трубопровод рецикла обработанной воды (ТРВ);
[22]11 - трубопровод отвода очищенной воды (ТОВ).
[23]Установка состоит из мембранного биореактора 1, в корпусе которого размещены блок активного ила 2 и блок обработанной воды 3, разделенные половолоконной мембраной с размером пор 0,02 мкм и плазменного реактора 5, внутри которого размещены распыляющее устройство 6 и электроды 7, создающие плазменный разряд. БОВ 3 связан трубопроводом подачи обработанной воды 9 с разбрызгивающим устройством 6 УПО 5, а БАИ связан с выходом обработанной воды УПО 5 трубопроводом рецикла обработанной воды 10. Кроме того, МБР 1 оборудован патрубками, связанными с трубопроводами для подачи сточных вод 8 и отвода обработанной воды 11.
[24]Установка работает следующим образом. В БАИ 2 МБР 1 предварительно загружают активный ил с микроорганизмами, которые адаптированы для работы со сложными сточными водами, содержащими трудноокисляемую органику. Затем в БАИ 2 через ТПС 8 осуществляется подача сточных вод. Микрофлора иловой смеси начинает расщеплять трудноокисляемую органику сточных вод на легкоокисляемые фрагменты, которые вместе с водой через половолоконные ультрафильтрационные мембраны 4 поступают в БОВ 3 и далее по ТПВ 9 подаются в плазменный реактор 5.
[25]В УПО 5 вода поступает через РУ 6 на электроды 7, где она подвергается воздействию высоковольтного коронного разряда, в результате чего происходит частичное разложение органической составляющей на СO2 и Н2О. При этом частично обработанная вода с остатками органических веществ после УПО 5, обогащенная радикалами снова подается в БАИ 2, где происходит процесс дальнейшего расщепления органических веществ, и при необходимости вновь поступает на плазменную обработку в УПО 5, где происходит их разложение до СО2 и Н2O. Сточные воды двигаются по системе очистки до тех пор, пока не будут получены требуемые показатели по содержанию органических веществ, после чего удаляется из установки по ТОВ 11.
[26]Для каждого конкретного вида сточных вод производится отладка системы очистки таким образом, чтобы в систему входил 1 эквивалентный объем сточных вод и из системы выходил 1 эквивалентный объем очищенной воды. Т.е. система гидравлически уравновешивается.
[27]Проведенные испытания показали, что установка перспективна, в частности для очистки сточных вод, содержащих трудноокисляемые органические соединения, например, пестициды на основе хлорированных углеводородов или антибиотики цефалоспоринового ряда.
[28]Сущность и преимущества заявляемого решения иллюстрируются следующими примерами:
[29]Пример 1. Обработке подвергали водный раствор пестицида - 2,4-дихлорфе-нолуксусной кислоты в концентрации 1,5 ммоль/л, рН 4,6.
[30]Плазменный реактор работал, генерируя импульсы высокого напряжения длиной 380 наносекунд, с частотой 800 pps.
[31]После двух циклов обработки остаточная концентрация пестицида в растворе составляет 0,2⋅10-3 ммоль/л, рН очищенного раствора 6,7.
[32]Пример 2. Обработке подвергали водный раствор антибиотина бетаспорина в концентрации 1,0 ммоль/л, рН 8,7.
[33]Плазменный реактор работал, генерируя импульсы высокого напряжения длиной 380 наносекунд, с частотой 1200 pps.
[34]После обработки остаточная концентрация антибиотика в растворе составляет 0,04⋅10-3 ммоль/л, рН очищенного раствора 7,3.
[35]Полученные результаты показали, что использование заявляемого решения позволяет очищать сточные воды, содержащие трудноудаляемые органические вещества на 99% и более.
