КТБ «РОДНИК»

Технология мембранного биореактора

Проблемы, на решение которых направлены наши разработки

Острейшей проблемой при создании проектов водоочистных сооружений является воспроизводство устаревших методов водоочистки на производственных и агропромышленных предприятиях страны с получением на выходе сточных вод, не соответствующих нормативным показателям и способствующих деградации водоемов и земель.

Необходимо отметить, что задача обеспечения нормативов качества очищенной сточной воды не получила удовлетворительного решения при эксплуатации классических систем биологической очистки с использованием аэротенков и вторичных отстойников. Многолетний опыт эксплуатации классических сооружений показал их низкую эффективность по таким показателям для сточных вод, как: взвешенные вещества, общий фосфор, нитраты, нитриты, СПАВ и пр., что обуславливает необходимость применения для обработки сточных вод практически безальтернативного метода – биологической очистки сточных вод с применением технологии мембранного биореактора (МБР) на выносных мембранах, позволяющей получать очищенную сточную воду по качеству аналогичной технической воде для вторичного применения или допустимой для сброса в водоемы рыбохозяйственного назначения без разрушения его экосистемы.

Технология мембранного биореактора

Конструкторско-технологическое бюро РОДНИК специализируется на разработке индивидуальных технологических схем и решений по очистке хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод на технологии мембранного биореактора (МБР) с напорной фильтрацией на выносных мембранах. Специалистами КТБ был разработан "Способ биологической очистки сточных вод от азота и фосфора" на который в последующем был получен патент РФ на изобретение № 264499, ведется дальнейшая научно-исследовательская деятельность в статусе резидента Центра разработки и коммерциализации новых технологий «Сколково».

Описание базовой технологии мембранного биореактора МБР.

Технология мембранного биореактора сочетает биологическую обработку сточных вод активным илом с мембранной фильтрацией. Микроорганизмы активного ила не выносятся из системы МБР, поэтому биореактор работает в условиях высокой концентрации биомассы, а постоянная циркуляция иловой смеси приводит к механическому воздействию на оболочки бактерий. Именно поэтому основная потребляемая бактериями энергия используется не для размножения (как это происходит в классических биотехнологиях), а расходуется для поддержания жизнедеятельности, что приводит к снижению прироста избыточного ила и в целом - к интенсификации процесса биологической очистки сточных вод.

Мембранный модуль используется для разделения иловой смеси и представляет собой альтернативу широко применяемому методу осаждения активного ила во вторичных отстойниках, который используется в традиционных системах биологической очистки в аэротенках. Размер пор таких мембран составляет от 0,01 до 0,1 мкм, что обеспечивает практически полное удаление всех взвешенных веществ и микроорганизмов.

Существуют два типа аппаратурного оформления мембранного процесса:

- напорная фильтрация, когда сточная вода из аэротенка (биореактора) насосом подается на мембранный модуль, где разделяется на очищенную воду (фильтрат) и активный ил;

- вакуумная фильтрация с погружными мембранными модулями, последние располагаются непосредственно в аэробной зоне биореактора.

Мембраны для МБР изготавливаются из следующих материалов: поливинилиденфторид, полиэфирсульфон, полипропилен, полиэтилен, реже хлорированный полиэтилен, полисульфон, полиакрилонитрил и др. В некоторых случаях в мембранных биореакторах применяются керамические мембраны из оксида алюминия, титана, циркония.

Говоря о технологических схемах очистки городских сточных вод с МБР, следует отметить, что здесь применяются те же подходы к осуществлению биологической очистки и решению задач по снижению азота и фосфора, что и в схемах с аэротенками или SBR-реакторами и имеют свои преимущества и недостатки (см. Сравнение технологий MBR, SBR и аэротенков) 

Рис.1 Схема принципиальная установки очистки хозяйственно-бытовых сточных вод с МБР системой.

В разрабатываемых специалистами КТБ РОДНИК очистных сооружениях и установках очистки хозяйственно-бытовых сточных вод применяется технология мембранного биореактора (МБР) на выносных мембранах с напорной фильтрацией, так как данный способ обладает рядом неоспоримых преимуществ по сравнению с вакуумной фильтрацией на погружных мембранах (см.Сравнение погружных и выносных мембран).

Способ биологической очистки сточных вод для МБР.

Проблему ошибок при проектировании и загрязнении водоемов с последующей эвтрофикацией, гарантированно решает применение при разработке, проектировании и строительстве очистных сооружений по современной технологии - мембранного биореактора (МБР) с напорной или вакуумной фильтрацией нашего изобретения - «Способ биологической очистки от азотно-фосфорных и органических соединений».

Изобретение позволяет осуществлять биологическую очистку сточных вод от азотно-фосфорных и органических соединений предлагаемым способом максимально быстро и качественно, используя небольшие производственные площади по сравнению с классическим аэротенком и вторичными отстойниками. По сравнению с известными способами предлагаемое изобретение отличается стабильностью протекания процессов с меньшими затратами при гарантированном достижении показателей биологически очищенных сточных вод, соответствующих нормам сброса в водоемы рыбохозяйственного назначения.

При использовании технологии биореактора мембранного типа концентрация активного ила в сооружениях может достигать 10-20 г/л (против 2-3 г/л в обычном аэротенке). Благодаря этому происходит интенсивная автоселекция и адаптация активного ила, увеличивается его возраст, а также возрастает концентрация хемоавтотрофных микроорганизмов (биомассы). По прошествии цикла роста биомассы появляется избыточная масса активного ила, ингибирующая развитие новых, быстрорастущих клеток посредством избыточной массы метаболитов, выделенной биомассой в процессе ее становления, активной фазы роста и отмирания.

С целью интенсификации процесса биологической очистки сточных вод от азотно-фосфорных и органических соединений иловая смесь с концентрацией активного ила около 2-12, предпочтительно 3-7,5, более предпочтительно 4-6 г/л, совместно с продуктами метаболизма бактерий постоянно отводится из аэробной зоны (3-3) биореактора (3) и подается в блок обезвоживания (7) для его гидратации, а стоки от обезвоживаемой иловой смеси возвращаются обратно в блок сбора исходной сточной воды (2).

Обезвоживание отводимой субстанции происходит посредством шнекового транспортера при постоянном потоке иловой смеси и пропорциональном дозировании в поток иловой смеси водных растворов полиэлектролитов. Техническим результатом является то, что в биореакторе мембранного типа, заполненным частицами активного ила быстрого метаболизма концентрацией до 20 г/ л, в несколько раз повышается производительность по сравнению с традиционными аэротенками. Благодаря отсутствию вторичного отстойника очистные сооружения на основе биореактора мембранного типа в разы компактнее традиционных сооружений. Площадь, занимаемая технологическим оборудованием, уменьшается на 20-60% при значительном снижении материалоемкости.

Биореактор мембранного типа обеспечивает устойчивость технологических режимов очистки при значительных колебаниях показателей поступающих сточных вод как по объему, так и по концентрациям загрязнителей. Исключена необходимость применения хлорсодержащих реагентов для обеззараживания биологически очищенных сточных вод. Использование технологии биореактора мембранного типа позволяет модернизировать уже существующие сооружения без дополнительных капитальных вложений в новое строительство. Изобретение позволяет осуществлять биологическую очистку сточных вод от азотнофосфорных и органических соединений предлагаемым способом максимально быстро и качественно, используя небольшие производственные площади по сравнению с классическим аэротенком и вторичными отстойниками.

Традиционная биологическая очистка сточных вод в аэротенках предназначена для удаления окисляющихся веществ, а ее эффективность по удалению биогенных веществ невысока, показатели очищенной сточной воды крайне нестабильны и резко отличаются от нормативных значений при флуктуации показателей исходной сточной воды. По сравнению с известными способами предлагаемое изобретение отличается стабильностью протекания процессов с меньшими затратами при гарантированном достижении показателей биологически очищенных сточных вод, соответствующих нормам сброса в водоемы рыбохозяйственного назначения.

Пример: исходная хозяйственно-бытовая сточная вода имеет состав загрязнений: взвешенные вещества от 160 до 350 мг/л; биологическое потребление кислорода (БПК) от 40 до 350 мг/л, NH4 от 10 до 60 мг/л, P2O5 от 2 до 8 мг/л, NO2 от 0 до 0,06 мг/л, NO3 от 1 до 13 мг/л и подвержена обработке в объеме 20000 м 3 /сутки в условиях известного и предложенного способа биологической очистки.

ВАЖНО! «КТБ РОДНИК» разрабатывает индивидуальные технологические схемы и решения по очистке хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод на базе технологии МБР, применяя собственные патентные решения и «ноу-хау»!

Очищая Воду - сохраняем Жизнь!