Применение мембранных технологий для очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод

Видякин М. Н., Представительство ООО «TORAY International Europe», Москва, Россия
Поляков А. М., Комплексный научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт водоснабжения, канализации, гидротехнических сооружений и инженерной гидрогеологии «НИИ ВОДГЕО», Москва, Россия

Мембранные методы очистки жидких сред нашли широкое применение в водоочистке и при опреснении воды. Процессы микро-, ультра-, нанофильтрации (далее МФ, УФ и НФ соответственно) и обратного осмоса (ОО) хорошо знакомы специалистам, работающим в области очистки природных и сточных вод, в то время как технологии мембранного биореактора (МБР) практически не известны в странах СНГ. Исследования технологии МБР продолжаются уже более 30 лет, однако ее практическое применение для очистки промышленных и хозяйственно-бытовых сточных вод начато лишь в начале 90-х годов прошлого века.

Компания TORAY имеет 40-летний опыт производства мембран и является одним из мировых лидеров в области полимерной химии. Ассортимент продуктов компании в сфере мембранной технологии включает мембранные элементы для процессов МФ, УФ, НФ и ОО, а также модули МБР. На протяжении всех лет работы компания активно реагирует на запросы рынка и производит надежные мембраны и мембранные элементы, постоянно совершенствуя качество своей продукции.

Технология МБР в классическом понимании — комбинированный процесс, объединяющий биологическую очистку с мембранными процессами (МФ или УФ) разделения. Использование МБР не только открывает возможность существенной интенсификации процессов биологической очистки за счет увеличения концентрации активного ила, а следовательно, окислительной мощности очистных сооружений, но и позволяет повысить надежность стадии очистки сточных вод, поскольку мембрана является барьером, исключающим возможность выноса биомассы. В большинстве случаев технология МБР позволяет практически полностью удалить из очищенной воды микроорганизмы, такие как Escherichia Coli и Cryptosporidium. Размер задерживаемых взвешенных частиц определяется структурой и морфологией мембраны. Внедрение МБР возможно как для замены стадии вторичного отстаивания на более эффективную и компактную ступень мембранно-биологической очистки, так и для дополнительной обработки сточных вод перед финишной очисткой.

Погружной мембранный модуль TORAY (рис. 1) состоит из блока плоскорамных мембранных элементов и блока аэрации.

Рис. 1. Внешний вид погружного МБР модуля TORAY:

а — серия 140; б — серия 090

Мембранный элемент включает опорную пластину и плоские мембраны, закрепленные по обе стороны пластины (рис. 2).

Каждый элемент соединяется с коллектором пермеата пермеатотводящей трубкой. В блок аэрации входит устройство для подачи воздуха. Мембранный модуль погружается в емкость с активным илом и работает за счет создания разрежения со стороны пермеата. Циркуляционный ток активного ила в емкости и внутри мембранного модуля (рис. 2а) создается путем аэрации. Основная функция мембраны — отделение взвешенных частиц (биомассы) от сточных вод. Тип фильтрации (рис. 2б) безнапорный, снаружи внутрь под действием разрежения (откачивание пермеата под вакуумом).

Потенциальный рынок МБР постоянно развивается, а сама технология находит применение для решения широкого круга технологических задач очистки промышленных и хозяйственно-бытовых сточных вод. Это в значительной степени способствует развитию так называемых интегрированных мембранных технологий, когда на стадиях предочистки и постобработки применяют различные процессы мембранного разделения жидких сред. Такие методы составляют все большую конкуренцию традиционным процессам фильтрации и отстаивания, поскольку позволяют обеспечить компактность очистных сооружений, а также значительно повысить степень концентрирования и получить воду лучшего качества, в том числе с целью ее повторного использования.

Однако, несмотря на очевидные преимущества, в странах СНГ МБР все еще редко применяются в технологических схемах очистки сточных вод. Относительно высокие капитальные и эксплуатационные затраты на основное технологическое оборудование пока не позволяют сделать однозначный и обоснованный выбор в пользу этой инновационной технологии. Поэтому вопрос о применении МБР для решения той или иной технологической задачи должен решаться путем технико-экономического обоснования.

Внедрение технологии МБР для очистки хозяйственно-бытовых и производственных сточ­ных вод позволяет существенно усовершенствовать традиционные схемы очистки и обеспечить высокую степень удаления взвешенных примесей, соответствующую действующим в ЕС нормам в сфере канализования и очистки сточных вод. Число установок с использованием технологии МБР постоянно увеличивается по всему миру. Несомненно, на сегодняшний день МБР — одна из самых перспективных технологий, и можно обоснованно прогнозировать ее бурное развитие в ближайшие годы.