Уважаемые коллеги!
Очередной выпуск нашей регулярной рассылки мы решили посвятить одной из самых спорных, но перспективных технологий водоочистки – мембранные биореакторы. Технология еще не отлажена на сто процентов, и имеются трудности, связанные с ее реализацией, однако, мы решили рассказать вам о том, чего следует ожидать от профессионалов в области водоочистки завтрашнего дня.
Мембраны для микро- или ультрафильтрации (УФ) могут заменять установки осветления сточной воды после ее биологической обработки свободными, смешанными, аэробными или анаэробными культурами в целях удаления флокул и даже отдельных бактерий. Преимущества обработки на мембранах:
Совокупность этих преимуществ компенсирует чрезмерно большие капитальные и энергетические затраты, например, когда требования к очистке весьма жесткие (очень чувствительная среда водоема-приемника) или когда стремятся повторно использовать очищенную воду.
Основные группы мембранных биореакторов
Мембранные биореакторы подразделяются на две большие группы:
Биореакторы с внешними мембранами
Рис. 1. Биореакторы с внешними мембранами
Мембраны расположены в камерах, которые могут монтироваться последовательно и/или параллельно. Мембраны могут быть трубчатыми или плоскими, органическими или минеральными с так называемым внутренним чулком (фильтрация осуществляется изнутри мембраны наружу). Большая концентрация ВВ, необходимая для биологической очистки, исключает так называемую фронтальную фильтрацию. В этом случае применяется касательная фильтрация (англ. crossflow). Фильтрация происходит за счет перепада давления внутри мембраны (со стороны задерживаемого потока) и снаружи (со стороны пермеата). Внутри мембраны достигается высокая скорость касательного смыва (1-4 м/с при давлении 2-5 бар), что позволяет контролировать накопление веществ на поверхности мембраны. Химическая чистка производится 2-4 раза в месяц.
Поток на фильтрацию может изменяться в пределах от 80 до 130 л/(ч*м2). За счет высокой механической стойкости керамических мембран (к величине pH и температуре) разработанные компанией «Дегремон» реакторы BRM (от фр. Bioreacteuramembrane — мембранные биореакторы) хорошо адаптированы к обработке сложных ПСВ. Однако из-за потребления энергии (4- 8 кВт*ч/м3), обусловленного касательной фильтрацией, а также необходимости предварительной обработки при наличии волокнистых материалов эти реакторы малопригодны для обработки ГСВ.
Биореакторы с погружными мембранами
Рис. 2. Биореакторы с погружными мембранами
Органические трубчатые или плоские мембраны с так называемым внешним чулком (фильтрация осуществляется снаружи мембраны вовнутрь) размещаются непосредственно в резервуаре с активным илом. Фильтрация происходит за счет гидростатического давления (рис. 38, б) или за счет создания вакуума (см. рис. 38, а). Контроль за накоплением веществ на поверхности мембран обеспечивается специальной аэрацией, дополненной фазами автоматической очистки (обратная промывка, остановка фильтрации. Часть расходуемого на такую аэрацию воздуха может снизить потребность биомассы в кислороде. При расположении мембран в специально предназначенном для них резервуаре необходимо наладить рециркуляцию из него в аэротенк. Если мембраны расположены в самом аэротенке, потребность в рециркуляции зависит от гидравлического режима (последовательная схема, схема полного перемешивания, поршневой режим).
Модульная концепция этого способа позволяет применять его при реконструкции очистных сооружений: погружение мембран в существующий аэротенк (увеличение производительности или повышение качества очистки).
Поток воды на фильтрацию составляет 15-30 л/(ч*м2). Рабочее давление низкое, порядка 2-5 м вод. ст. Химическая чистка, требующая остановки части ступеней фильтрации, происходит 2-3 раза в год.
Завершая рассказ о мембранных биореакторах, хотелось бы добавить, что в настоящее время ученые активно осваивают эту технологию в лабораторных условиях, однако, говорить о повсеместном применении биореакторов для доочистки стоков еще рано. Реализация таких проектов в промышленных масштабах требует больших материальных затрат. К тому же, пока не до конца решены дополнительные задачи, связанные, например, с утилизацией химических реагентов, участвующих в очистке самих мембран.
Тем не менее, технологии не стоят на месте, и возможно уже в ближайшем будущем мы станем свидетелями изменения подходов к очистке стоков в пользу более совершенных и экономически целесообразных.
При написании статьи использовались материалы пособия: «Технический справочник по обработке воды», том 1, СпБ: Новый журнал