Патент на изобретение №2253627
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) СПОСОБ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ВОДЫ
(57) Реферат:
Изобретение относится к биологической очистке воды в биореакторах и может быть использовано в системах водоотведения коммунального хозяйства и промышленных предприятий при очистке сточных вод. Воду обрабатывают в биореакторе с мембранной сепарацией воды и активного ила и осуществляют периодическую регенерацию сепаратора. Мембрана содержит в своем составе катализаторы окисления в виде соединений металлов переменной валентности, например оксидов марганца или кобальта. Технический эффект – интенсификация процессов биологической очистки воды, увеличение продолжительности фильтроцикла мембранного сепаратора и повышение надежности его работы. 1 табл.
Изобретение относится к биологической очистке воды в биореакторах и может быть использовано в системах водоотведения коммунального хозяйства и промышленных предприятий при очистке сточных вод. При биологической очистке сточных вод важным параметром процесса является концентрация активного ила в реакционной смеси. Для интенсификации биологической очистки стремятся к увеличению его концентрации в реакционном объеме очистных сооружений. Известен способ решения этой задачи с помощью иммобилизации активного ила в реакционном объеме биологических очистных сооружений путем применения различных инертных наполнителей, например насадок в виде ершей, пленок, колец и тому подобных материалов. Концентрация активного ила в таких сооружениях увеличивается за счет фиксации колоний микроорганизмов на материале наполнителей [Яковлев С.В., Карелин Я.А., Ласков Ю.М., Калицун В.И. Водоотведение и очистка сточных вод: Учебник для вузов. – М.: Стройиздат, 1996. – 591 с.]. Однако такое концентрирование клеток активного ила приводит к заметному падению удельных скоростей реакций из-за диффузионного торможения, что снижает общий уровень увеличения скорости процесса. Иммобилизация также вызывает изменения в метаболизме и физиологии активного ила, что может уменьшить его продуктивность за счет изменения состава микробной популяции. Кроме того, для иммобилизации активного ила требуются специальные носители. Наиболее близким техническим решением (прототипом) к предлагаемому изобретению является способ биологической очистки воды, где концентрацию активного ила и питательных веществ в аэротенке увеличивают с помощью сепарации биологически очищенной воды на ультрафильтрационных мембранах, которые периодически регенерируют [Патент DE 19734759 С1, 12.08.97, C 02 F 3/00]. Известный способ имеет следующие недостатки. При биологической очистке сточных вод с мембранной сепарацией очищенной воды и активного ила согласно этому способу наблюдается повышение концентрации активного ила и других веществ в пограничном слое у поверхности мембраны. Это явление, с одной стороны, способствует интенсификации биологической очистки, а с другой, значительно уменьшает производительность мембранных сепараторов вследствие снижения движущей силы процесса, способствует биологическому обрастанию поверхности мембраны, которое может модифицировать ее поверхность и привести к деградации мембраны, и требует частой периодической регенерации мембраны. Все это в итоге снижает интенсивность процессов очистки воды в биологических очистных сооружениях с ультрафильтрационной мембранной сепарацией. Предлагаемое изобретение решает задачу интенсификации процессов биологической очистки воды, увеличения продолжительности фильтроцикла мембранного сепаратора и повышения надежности его работы. Указанная задача решается тем, что в способе биологической очистки воды, включающем обработку ее в биореакторе с мембранной сепарацией воды и активного ила и периодическую регенерацию сепаратора, согласно изобретению сепарацию осуществляют мембраной, содержащей в своем составе катализаторы окисления в виде соединений металлов переменной валентности, например оксиды марганца или оксиды кобальта. Как известно, биологическая очистка воды в биореакторах с активным илом производится в присутствии кислорода. Катализаторы окисления за счет окислительно-восстановительного потенциала активных центров адсорбируют кислород, концентрация которого у поверхности мембранного сепаратора несколько выше, чем в объеме биореактора из-за концентрационной поляризации, и переводят его в атомарное состояние в виде ион-радикалов в форме супероксид-, пероксид-ионов. Активные центры катализатора (М), работая как переносчики электронов с окисляемых веществ (А) на кислород, попеременно восстанавливаясь ионами окисляемых веществ и окисляясь молекулярным кислородом обеспечивают высокие скорости окисления органических веществ, попадающих на мембрану, в том числе и микроорганизмов, и тем самым предотвращают биологическое обрастание мембранного сепаратора, что приводит к увеличению продолжительности его фильтроцикла. Предлагаемый способ биологической очистки воды был реализован следующим образом. Очистке подвергались хозяйственно-бытовые сточные воды (БПКп 170 мг/дм3, ХПК 300 мг/дм3, взвешенные вещества 153 мг/дм3, рН 7,9), которые подавались параллельно в аэротенки-смесители, оборудованные сепараторами из керамической ультрафильтрационной мембраны с одинаковой площадью фильтрования, в состав которой входили разные катализаторы окисления. С целью сравнения технологической эффективности параллельно велась очистка той же воды по способу-прототипу с использованием в качестве сепаратора керамической ультрафильтрационной мембраны с такой же площадью фильтрования, но в состав которой не входили катализаторы окисления. В процессе работы производительность аэротенков с мембранными сепараторами падала, что требовало периодической регенерации сепараторов 5-минутной продувкой последних 1% озоновоздушной смесью. Примеры осуществления способа. Пример 1. Хозяйственно-бытовые сточные воды (БПКп 170 мг/дм3, ХПК 300 мг/дм3, взвешенные вещества 153 мг/дм3, рН 7,9) подвергают обработке в биореакторе (аэротенке), оборудованном керамической ультрафильтрационной мембраной, содержащей в своем составе оксиды марганца. Для этого мембрану пропитывают азотнокислыми солями марганца и помещают на 1 час в 20% раствор NaOH. Затем мембрану промывают водой до исчезновения реакции на ион Na+, сушат при 180°С и прокаливают в воздушной среде при 1200°С в течение 5 часов. Пример 2. Хозяйственно-бытовые сточные воды (БПКп 170 мг/дм3, ХПК 300 мг/дм3, взвешенные вещества 153 мг/дм3, рН 7,9) подвергают обработке в биореакторе (аэротенке), оборудованном керамической ультрафильтрационной мембраной, содержащей в своем составе оксиды кобальта. Для этого мембрану пропитывают азотнокислыми солями кобальта и помещают на 1 час в 20% раствор NaOH. Затем мембрану промывают водой до исчезновения реакции на ион Na+, сушат при 180°С и прокаливают в воздушной среде при 1200°С в течение 5 часов. В ходе биологической очистки сточных вод на керамической мембране, содержащей в своем составе оксиды марганца или кобальта, протекают следующие процессы. 1. Разделение активного ила и воды. 2. Концентрирование у поверхности мембраны (концентрационная поляризация) частиц активного ила, минеральных и органических взвешенных веществ и растворенных газов, в том числе кислорода. 3. Сорбция активными центрами катализатора молекул кислорода О2 и его перевод в атомарное состояние в виде супероксид-ионов 4. Окисление органических веществ, попадающих на поверхность мембраны и активные центры катализатора в процессе мембранного разделения. Восстановление активных центров катализатора. Сравнительные данные по биологической очистке сточных вод предлагаемым и известным способами представлены в таблице. Таблица
Из таблицы следует, что мембранное разделение на сепараторах, в составе которых присутствуют катализаторы окисления, позволяет существенно увеличить производительность биологических очистных сооружений и повысить их надежность. Химический состав мембранного сепаратора с катализаторами окисления не является существенным, так как применение различных катализаторов увеличивает производительность сооружении по сравнению с прототипом. Предлагаемое изобретение найдет применение при биологической очистке природных и сточных вод. Использование предлагаемого способа повысит производительность и надежность работы биологических очистных сооружений с мембранной сепарацией биологически очищенной воды и активного ила.
Формула изобретения
Способ биологической очистки воды, включающий обработку ее в биореакторе с мембранной сепарацией воды и активного ила и периодическую регенерацию сепаратора, отличающийся тем, что сепарацию осуществляют мембраной, содержащей в своем составе катализаторы окисления в виде соединений металлов переменной валентности, например оксиды марганца или оксиды кобальта.
MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 12.03.2005
Извещение опубликовано: 20.09.2006 БИ: 26/2006
NF4A Восстановление действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение
Дата, с которой действие патента восстановлено: 10.05.2007
Извещение опубликовано: 10.05.2007 БИ: 13/2007
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
