ПРИМЕНЕНИЕ  МЕМБРАННОЙ  ТЕХНОЛОГИИ  ДЛЯ  ОЧИСТКИ  И  ДООЧИСТКИ  СТОЧНЫХ  ВОД

Самойлов  Владимир  Игоревич

магистрант  2  курса,  кафедра  водоснабжения  и  водоотведения  НГАСУ  (Сибстрин),  г.  Новосибирск

E-mail: 

Матюшенко  Евгений  Николаевич

магистрант  1  курса,  кафедра  водоснабжения  и  водоотведения  НГАСУ  (Сибстрин),  г.  Новосибирск

E-mail:  conros56@rambler.ru

Муратова  Александра  Викторовна

студент  5  курса,  кафедра  водоснабжения  и  водоотведения

НГАСУ  (Сибстрин),  г.  Новосибирск

E-mail:  stropichka@mail.ru

Разгоняева  Кристина  Александровна

студентка  4  курса,  кафедра  водоснабжения  и  водоотведения

НГАСУ  (Сибстрин),  г.  Новосибирск

E-mail:  kristina.razgoniaeva@ya.ru

Амбросова  Галина  Тарасовна

научный  руководитель,  канд.  техн. наук,  профессор  НГАСУ  (Сибстрин),  г.  Новосибирск

В  настоящее  время  для  очистки  или  доочистки  сточной  жидкости  до  требуемых  показателей  наиболее  перспективным  направлением  является  применение  мембранной  технологии  с  использованием  ультрафильтрационных  мембран.

В  Российской  Федерации,  несмотря  на  явные  преимущества  данной  технологии,  применение  её  сдерживается  высокой  стоимостью  мембран  и  недостаточной  изученностью  процессов.  Однако  за  границей  мембранная  технология  используется  для  очистных  сооружений  канализации  (ОСК)  производительностью,  достигающей  600  тыс.  м³/сут.

Метод  мембранного  биореактора  (МБР)  позволяет  совместить  процессы  биологической  очистки  стоков  с  мембранной  фильтрацией  на  полимерных  или  керамических  мембранах.  В  очистке  сточных  вод  наибольшее  применение  получили  микро-  и  ультрафильтрационные  мембранные  модули  напорного  типа,  размещаемые  за  пределами  резервуара.

Как  отмечалось  выше,  мембранная  технология  может  применяться  как  на  стадии  биологической  очистки  стоков,  так  и  их  доочиски.  Включение  мембранных  биореакторов  в  состав  ОСК  на  стадии  проектирования  сокращает  требуемые  строительные  площади  за  счёт  сокращения  размеров  аэротенков  и  за  счёт  высокой  окислительной  мощности,  что  является  значительным  достоинством  данной  технологии  в  сравнении  с  другими.  Технология  МБР  является  альтернативным  вариантам  известным  методам  борьбы  со  «вспуханием»  активного  ила  и  выноса  его  из  вторичных  отстойников.  Применение  мембранной  технологии  на  стадии  доочистки  сточной  жидкости  позволяет  оптимизировать  работу  этого  узла  и  как  результат  повысить  качество  очистки  стоков.  В  обоих  случаях  возможна  полная  автоматизация  технологического  процесса.

К  сожалению,  существенным  недостатком  данного  метода  является  относительно  высокая  стоимость  мембран,  хотя  в  последнее  время  их  стоимость  на  рынке  стала  значительно  снижаться.  К  недостаткам  относятся  так  же  быстрое  засорение  пор  поверхности  мембраны,  что  приводит  к  частой  её  регенерации  и  увеличению  эксплуатационных  затрат  на  приобретение  реагентов.

Исследования  работы  мембранного  модуля  напорного  типа  проводились  на  опытной  установке  производительностью  110—145  л/ч,  изображённой  на  рисунке  1.  Исследования  проводились  на  городских  очистных  сооружениях  канализации  города  Новосибирска,  использовалась  натуральная  сточная  жидкость.  Исследования  проводились  в  два  этапа.  На  первом  этапе  была  изучена  работа  установки  в  режиме  мембранного  биореактора.

Принцип  действия  экспериментальной  установки  заключался  в  следующем.  Осветлённая  сточная  жидкость  из  приёмного  кармана  первичных  отстойников  насосом  (1)  перекачивалась  в  ёмкость  (2),  загруженную  активным  илом  аэротенков  ОСК  первой  очереди.  Для  поддержания  иловой  смеси  во  взвешенном  состоянии,  а  также  дыхания  аэробных  микроорганизмов  в  ёмкость  нагнетался  воздух  компрессором  (4).  Затем  иловая  смесь  из  биореактора  подавалась  насосом  (3)  на  мембранный  блок  (5),  где  происходило  её  разделение  на  пермеат  и  концентрат.  Пермеат  направлялся  в  ёмкость  для  сбора  пермеата  (6),  а  концентрат  возвращался  обратно  в  биологическую  систему.  Процесс  фильтрации  происходил  циклически  в  автоматическом  режиме:  в  течении  5  минут  осуществлялась  фильтрация,  затем  в  течении  15  секунд  проводилась  промывка  обратным  током  пермеата.  Для  удаления  биоплёнки,  образующейся  на  поверхности  мембраны  и  образовавшихся  в  ходе  биологической  очистки  кристаллов  ортофосфата  магния  и  кальция  периодически  осуществлялась  химическая  промывка  щелочным  и  кислым  растворами.  Вначале  мембранный  модуль  замачивался  4%  раствором  гипохлорита  натрия  (NaOCl)  на  45  минут.  Но  данный  раствор  действует  не  только  как  сильный  окислитель,  приводящий  к  гибели  микроорганизмы,  скопившиеся  на  поверхности  мембраны,  но  и  способствует  образованию  труднорастворимых  солей  (при  наличии  в  сточной  воде  ион-фосфатов  аммония,  магния,  кальция).  Поэтому  для  удаления  солей  ортофосфорной  кислоты  в  модуль  подавался  25  %  раствор  лимонной  кислоты.  Замачивание  в  кислом  растворе  производилось  также  45  минут.

Рисунок  1.  Принципиальная  схема  экспериментальной  установки:  1  —  погружной  насос  для  подачи  исходной  сточной  жидкости;  2  —  биореактор;  3  —  насос  для  подачи  иловой  смеси  на  мембраны;  4  —  компрессор;  5  —  мембранный  блок;  6  —  ёмкость  для  сбора  пермеата;  7  —  насос  для  промывки  мембран;  8  —  бак  с  раствором  гипохлорита  натрия;  9  —  бак  с  раствором  лимонной  кислоты;  СФ  —  сетчатый  фильтр;  ОК  —  обратный  клапан;  ЭМ  —  элекромагнитный  клапан;  РК  —  шаровый  кран;  МК  —  мембранный  клапан;  ПБ  —  пневмобак;  ВФ  —  воздушный  фильтр;  М  —  манометр;  РМ  —  ротаметр;  НД  —  дозировочный  насос

Работа  установки  оценивалась  ежедневно  по  следующим  показателям:  взвешенные  вещества  в  исходной  и  очищенной  сточной  жидкости,  температура,  концентрация  растворённого  кислорода,  доза  ила  в  иловой  смеси  биореактора.  Состояние  биологической  системы  биореактора  контролировалось  с  помощью  гидробиологического  анализа  активного  ила.  Периодически  производился  полный  анализ  сточной  жидкости,  включающий  определение  рН,  ХПК,  азота  аммонийного,  азота  общего,  азота  нитритного  и  нитратного,  фосфора  общего.  Фосфатов,  сульфатов  и  хлоридов. 

На  рисунке  2  представлены  результаты  исследований  в  режиме  биологической  очистки  сточной  жидкости. 

Рисунок  2.  Изменение  трансмембранного  давления  и  количества  пермеата  при  фильтрации  иловой  смеси  биореактора

В  процессе  проведения  эксперимента  продолжительность  фильтроцикла,  продолжительность  и  интенсивность  промывок  менялись.  Оптимальное  значение  интенсивности  фильтрации  для  режима  биологической  очистки  составило  21,6  л/(м²∙ч).  Оптимальным  трансмембранным  давлением  является  0,1—0,11  Мпа  или  1—1,1  атм.  При  этом  продолжительность  фильтроцикла  составляет  —  5  минут,  продолжительность  промывки  —  15  секунд,  интенсивность  промывки  —  65,5  л/(м²∙ч).  Производительность  установки  при  данном  режиме  составила  119  л/ч.

На  втором  этапе  исследовалась  установка,  работающая  в  режиме  доочистки  биологически  очищенной  сточной  жидкости  после  вторичных  отстойников  с  концентрацией  взвешенных  веществ  15  мг/л.  Данный  этап  был  проведён  из  тех  соображений,  что  на  новосибирской  станции  аэрации  наблюдается  проблема  «вспухания»  активного  ила,  поэтому,  при  строительстве  блока  доочистки  на  действующей  станции,  зернистые  фильтры  не  смогут  справиться  с  задачей  приёма  стоков,  содержащей  большое  количество  взвеси.

На  данном  этапе  исследований  варьировались  следующие  показатели:  продолжительность  фильтроцикла,  интенсивность  фильтрации,  продолжительность  и  интенсивность  промывки.  На  рисунке  3  показано  изменение  трансмембранного  давления  и  количества  пермеата  при  фильтрации  биологически  очищенной  сточной  жидкости  после  вторичных  отстойников. 

Рисунок  3.  Изменение  трансмембранного  давления  и  количества  пермеата  при  фильтрации  биологически  очищенной  сточной  жидкости  после  вторичных  отстойников

Оптимальное  значение  интенсивности  фильтрации  для  режима  доочистки  стоков  после  вторичных  отстойников  составило  26,4  л/(м²∙ч).  При  этом  продолжительность  фильтроцикла  составляет  —  5  минут,  продолжительность  промывки  —  15  секунд,  интенсивность  промывки  —  65,5  л/(м²∙ч).  Производительность  установки  при  данном  режиме  составила  145  л/ч.

Исследования  по  выявлению  оптимальных  параметров  работы  экспериментальной  установки.  С  более  высокой  дозой  активного  ила  в  биореакторе  и  с  более  высокой  концентрацией  взвешенных  веществ  в  биологически  очищенных  стоках  продолжаются.

Список  литературы:

1.Видякин  М.Н.  Очистка  сточных  вод  с  применением  технологии  мембранного  биореактора//  Экология  производства.  —  2009.  —  №  3.

2.Поляков  А.М.,  Соловьёв  С.А.,  Видякин  М.Н.  Технология  мембранного  биореактора  (МБР)  для  очистки  природных  и  сточных  вод//  Критические  технологии.  Мембраны.  —  2008.  №  3.