Мембранные биореакторы для очистки сточных вод

Таким образом, система MBR производит меньшее количество (на 20-50%) избыточного активного ила по сравнению с классическим способом аэробной обработки. А это, в свою очередь, позволяет существенно снизить общие эксплуатационные затраты, ибо затраты на утилизацию избыточного ила составляет 30-40% от общих эксплуатационных затрат очистных сооружений.

При любом мембранном фильтровании требуется периодическая чистка мембраны для восстановления ее исходных характеристик и снятия возможных органических и минеральных отложений. Поскольку мембранный блок системы MBR вынесен из биореактора и монтируется в отдельном помещении, он легко доступен для технического обслуживания.

Промывка мембранного  блока осуществляется с помощью  циркуляционного насоса, который  обеспечивает равномерное омывание мембран по всей их длине, что гарантирует  одинаковую чистоту поверхности  в любой точке. Промывка мембранного блока полностью автоматизирована. Она длится несколько часов и осуществляется несколько раз в год в качестве профилактической меры в автоматическом режиме.

Применение технологии MBR позволяет:

- произвести, без включения  в технологическую схему дополнительных блоков, глубокую очистку сточных вод от загрязняющих веществ до показателей, удовлетворяющих требованиям по сбросу очищенных стоков в природные водоемы всех категорий;

- повысить устойчивость  работы биореактора к залповым  сбросам биорезестивных веществ, характерных для промышленных объектов локального водоотведения;

- снизить на 20 - 40% массогабаритные  характеристики емкостных сооружений, так как необходимое количество  активного ила находится в  меньшем объеме при более высокой  концентрации;

- уменьшить на 30 - 70 % площади,  занимаемые оборудованием (ввиду  отсутствия вторичных отстойников,  блоков доочистки, иловых площадок);

- обеспечить высокую  микробиологическую безопасность  очищенных стоков (за счет двухступенчатой  безреагентной системы обеззараживания: мембраны не пропускают микроорганизмы, и ультрафиолетовое облучение обеспечивает дополнительное обеззараживание воды).

 

4.1 Мембранные биореакторы "cross-flow",

"airlift mbr" и система "dead-end" при водоподготовке

и очистке (доочистке) сточных вод

Группа компаний "Экополимер" [7] предлагает использовать один из самых перспективных способов водоподготовки и очистки (доочистки) сточных вод - мембранные технологии.

Мембранные  технологии могут использоваться как  для водоподготовки, так и для  очистки (доочистки) муниципальных  и промышленных сточных вод (мембранный биореактор MBR).

Принципиальная  технологическая схема процесса мембранной очистки сточных вод представлена на рисунке 6.

Рисунок 6. Принципиальная технологическая схема биологической очистки с мембранным разделением ила

Рисунок 7. Мембранный биореактор

Сочетание биологической  очистки сточных вод и мембранных технологий дает ряд преимуществ  перед традиционными способами, которые используются для очистки  промышленных сточных вод.

К этим преимуществам  относятся:

• возможность очистки высококонцентрированных сточных вод;
• возможность увеличения или уменьшения производительности без изменения технологического процесса;
• позволяет избавиться от вторичных отстойников и УФ-обеззараживания;
• возможность работы при концентрации активного ила в биореакторе 12-15 г/л, что позволит уменьшить его объем практически в 3 раза;
• получение малого количества избыточного активного ила, что значительно влияет на стоимость его механического обезвоживания и утилизацию;
• очищенные сточные воды не содержат взвешенных частиц, бактерий и вирусов;
• малые энергозатраты;
• возможность применения для очистки сточных вод различного происхождения.

Мембранный  биореактор состоит из определенного  количества мембранных модулей (рисунок 8), которые и определяют его производительность.

 

Рисунок 8. Мембранный модуль проточного типа

 

Особенностью  конструкции предлагаемых мембранных модулей является то, что сточная  жидкость, которая подлежит очистке, направляется внутрь трубчатой мембраны, что значительно повышает его надежность. Дизайнерские решения нашей компании позволяют проектировать мембранные биореакторы любой сложности (рисунок 9).

 

Рисунок 9 .Пример дизайнерского решения

 

Срок службы мембран - 8 лет при условии соблюдения культуры обслуживания, которая регламентируется производителем.

 

 

4.2. Мембранные  биореакторы (MBR) с использованием

погружных половолоконных мембран производства

Mitsubishi Rayon Engineering

Научно-инженерный центр «Потенциал-4» [8] в сотрудничестве с компанией RWB Afvalwater (Голландия) предлагает технологию мембранных биореакторов (MBR) с использованием погружных половолоконных мембран производства Mitsubishi Rayon Engineering (Япония).

 

Рисунок 10. Схема мембранного биореактора по версии

научно-инженерного центра «Потенциал-4»

 

Наш «конек»  в области очистки сточных  вод это – мембранные биореакторы (MBR) с использованием погруженных половолоконных мембран. Для начала - краткий обзор основных недостатков традиционных схем очистки сточных вод. После этого мы познакомим Вас с технологией мембранных биореакторов.

В рамках традиционных схем сточные воды обрабатываются в  три этапа:

• удаление грубодисперсных  примесей;

• биологическое  разложение загрязнений в активированном шламе с

помощью аэрации;

• седиментация и возвращение активированного  шлама на этап 2.

На первый взгляд эта схема кажется достаточно простой, однако на практике все часто  получается совсем иначе. По целому ряду причин, многие системы плохо поддаются седиментации на этапе 3, что приводит к неоптимальным биологическим условия на этапе 2. В результате качество воды на выходе оказывается намного хуже, чем можно было бы ожидать исходя из общих соображений.

Чтобы решить эту  проблему, размеры традиционных систем часто приходится делать слишком большими, использовать слишком большие аэротанки и слишком большие пруды-отстойники. Иногда это даже порождает новые проблемы, связанные с недостаточным количеством активированного шлама в периоды малой загрузки, что особенно часто случается при очистке промышленных сточных вод. В дополнение к этим хорошо известным проблемам, в рамках традиционных схем практически невозможно гарантировать отсутствие в «выходных» водах болезнетворных бактерий, таких, например, как бактерия холеры.

В контексте  недостатков традиционных схем рассмотрим теперь преимущества мембранных биореакторов, которые позволяют нам сделать особый акцент на качастве получаемой воды и на простоте эксплуатации.

Экономика: Отношение цена-качество половолоконных биореакторов намного лучше,чем для других систем.

Малые размеры: Наши МБР работают при концентрациях шлама в 3-5 раз превышающих характерные для традиционных систем. Это обусловливает их очень компактный дизайн.

Низкое  энергопотребление: Поскольку два модуля в одном пакете мембран используют одну общую систему аэрации, энергозатраты на аэрацию очень малы. Кроме этого, экстракционные насосы специально спроектированы с целью уменьшить энергопотребление до минимума. При производительности 100м³/ч энергозатраты на откачивание воды составляют примерно 0.35 кВ/м³.

Отличное  качество воды «на выходе»: Половолоконные мембраны МБР задерживают бактерии более чем на 99.99999%.

«Незагрязняемые»  мембраны: Наши мембраны очень мало подвержены загрязнению. На некоторых сооружениях для очистки промышленных сточных вод мембраны приходится химически чистить не чаще одного раза в год.

Длительное  время эксплуатации мембран: Благодаря однородной структуре мембран, их высокой сопротивляемости загрязнениям и высокой стойкости по отношению к различным химикатам время эксплуатации мембран очень велико. Кроме того, если даже одно из волокон порвется это – не проблема, поскольку капилляр очень скоро будет закупорен растущими бактериями активированного шлама.

Эффективная обработка стоков в высокими ХСК: В хорошо спроектированных системах удается успешно иметь дело с ХСК порядка нескольких 10,000 мг/л.

Простота  в эксплуатации: Управление системой очень просто и осуществляется автоматически. Очистка мембран производится при необходимости, и эта операция также автоматизирована.

Блочный дизайн: Если Вам нужно увеличить производительность Ваших очистных сооружений, Вы просто добавляете необходимое количество мембранных модулей.

Ненужность  избыточного шлама: Поскольку проблема плохой седиментации не существует для MBR, система может эксплуатироваться в режиме малых шламовых нагрузок. Благодаря этому нет необходимости в избыточном шламе, и в результате могут быть уменьшены затраты на эксплуатацию.

Рисунок 11. Мембранный модуль (компания Siemens)

 

Рисунок 12. PEKA KROEF, крупнейшие в Нидерландах

сооружения  для очистки промышленных сточных

вод с помощью MBR производительностью 2,880 м³/сутки

 

 

 

Погруженные половолоконные мембраны Mitsubishi Rayon Engineering.

В результате детального изучения рынка, RWB Afvalwater выбрала мембраны Mitsubishi как наилучшие в смысле отношения цены к качеству. Фирма Mitsubishi Rayon Engineering имеет мощный научно-исследовательский отдел, который постоянно работает над улучшением существующих и разработкой новых мембранных технических решений. В МБР, поставляемых фирмой RWB Afvalwater, в настоящее время используются мембраны следующих двух видов:

SteraporeSURTM

• Разработаны  для водоочистных сооружений малого-среднего размера (от десятков до нескольких тысяч м³/сутки).

• Широко используются для очистки бытовых и промышленных сточных вод (более 2000 очистных сооружений по всему миру на сентябрь 2007 г.).

• Модульный  дизайн.

• Половолоконные мембраны из полиэтилена.

• Прекрасное отношение  цена-качество.

• Постоянно-гидрофильная поверхность мембран.

• Возможна утилизация материала путем переплавки.

 

Рисунок 13. Мембранный модуль SUR 334 LB

 

 

SteraporeSADFTM

• Разработаны  для крупно-масштабных водоочистных сооружений, например, для муниципальных систем очистки бытовых сточных вод (от сотен до сотен тысяч м³/сутки).

• Применимы  как к бытовым так и к промышленным стокам.

• Половолоконные мембраны из поливинилиденфторида (PVDF) (мембраны SADF).

• Высокая проницаемость.

• Высокая химическая стойкость.

• Превосходные механические свойства.

 

Рисунок 14. Kettle Produce (Шотландия),

крупнейшие в Европе сооружения

для очистки промышленных стоков с использованием МБР

производительностью 4,000 м³/сутки.

 

 

5. Мембранные биореакторы: мировой рынок.

Согласно статье Сьюзан Ханфт, представленной на сайте «BBS Research» [9]:

• мировой рынок технологий мембранных биореакторов, как ожидается, увеличится с 216,6 млн. долларов США в 2005 году до приблизительно 296 миллионов к концу 2008 года. Он должен достичь 488 млн в 2013 году, среднегодовой темп роста в процентах 10,5%.

• Большинство MBR используют аэробные микробные процессы, что должно составить 291 млн долларов США в 2008 году и 483 млн в 2013 году, среднегодовой темп роста - 10,7%.

• Очистка муниципальных и бытовых сточных вод принесла 96,6 млн. долларов США в 2005 году. Этот показатель должен увеличиться до 142 млн в 2008 году и 249 млн в 2013 году, среднегодовой темп роста составит 11,9%.

 

Рисунок 15. Оценочная гистограмма мирового рынка MBR-технологий в 1990-2013 гг. (в миллионах долларов США)

 

 

6. Мировой рынок мембранных биоректоров

по версии компании Frost & Sullivan

Рисунок 16. Разделение рынка мембранных биоректоров

 

Это диаграммы были представлены в докладе компании Frost & Sullivan, касающейся сферы мембранных биореакторов (MBR).