CC BY
2УДК 628.358
Романова А.Ю. старший преподаватель Государственный университет морского и речного флота им.
Адмирала С. О. Макарова Телятникова А.М. аспирант Виноградов С.И. студент магистратуры Санкт-Петербургский государственный архитектурно -
строительный университет Россия, г. Санкт-Петербург ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МЕМБРАННОГО ФИЛЬТРОВАНИЯ ИЛОВОЙ СМЕСИ ИЗ БИОРЕАКТОРА Аннотация: Предложена альтернативная технология очистки хозяйственно-бытовых сточных вод от органических и минеральных примесей с использованием мембран.
Ключевые слова: биологическая очистка, биогенные элементы, биореактор, мембраны.
Romanova A. Y. Senior teacher
Admiral Makarov State University of Maritime and Inland Shipping
Russia, St. Petersburg Telaytnikova A.M. Graduate
Saint Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering
Russia, St. Petersburg Vinogradov S.I. Graduate student
Saint Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering
Russia, St. Petersburg EXPERIMENTAL STUDIES OF MEMBRANE FILTERING OF A MIXTURAL MIXTURE FROM A BIOREACTOR
Abstract: An alternative technology is proposed for purification of domestic wastewater from organic and mineral impurities using membranes.
Keywords: biological treatment, biogenic elements, bioreactor, membranes.
На сегодняшний день удаление биогенных элементов является одной из основных задач в очистке хозяйственно бытовых сточных вод. Недостаточная очистка сточных вод от соединений азота и фосфора приводит к эвтрофикации водных объектов. Эвтрофикация приводит к росту сине-зеленых водорослей, что в свою очередь вызывает цветение водоемов и как следствие ухудшение качества воды.
К очищенным хозяйственно-бытовым сточным водам предъявляют жесткие требования по содержанию в них биогенных элементов (азота и фосфора), в частности, в Санкт-Петербурге действуют требования Хельсинской комиссии (ХЕЛКОМ), которая направлена на защиту Балтийского моря от органических и минеральных примесей. По ХЕЛКОМ содержание азота общего в очищенной воде не должно превышать 10 мг/л, а по фосфору - 0,5 мг/л.
Традиционная очистка хозяйственно-бытовых сточных вод включает в себя следующие этапы:
1) механический - для удаления крупнодисперсных примесей, в основном песка и взвешенных веществ;
2) биохимический - для извлечения минеральных и органических загрязняющих веществ;
3) физико-химический - для извлечения из воды диспергированных, тонкодиспергированных и растворенных примесей.
3) химический - для удаления растворенных веществ.
На городских станциях очистки сточных вод в качестве сооружений биологической очистки применяются аэротенки или биофильтры в сочетании с отстойниками, в которых происходит отделение биологически очищенной воды от активного ила или задержание биологической пленки.
На работу сооружений биологической очистки существенное влияние оказывают гидравлические перегрузки, неравномерность притока сточных вод, превышение удельных нагрузок на активный ил, недостаток кислорода и т.д. Перечисленные факторы оказываются существенное влияние на качество очистки сточных вод от органических и минеральных примесей.
Для повышения эффективности очистки хозяйственно-бытовых сточных вод от биогенных элементов на сегодняшний день наиболее перспективной технологией является использование мембраны. Мембрана позволяет эффективно задерживать твердые вещества, вирусы, бактерии, а более плотные мембраны, молекулы и ионы солей тяжелых металлов.
Мембранная технология может быть применена в мембранном биореакторе (МБР), представляющая собой биореактор оснащенный мембранным модулем с микро или ультрафильтрационными мембранами.
Очищаемая сточная вода поступают в биореактор. Находящаяся в биореакторе иловая смесь циркулирует через мембранный модуль, где происходит разделение иловой смеси и фильтрации сточных вод. Растворенные вещества адсорбируются на частицах взвешенных веществ и не проходят через мембраны. Большое время удержания твердых частиц во взвешенном состоянии приводит к изменению в биоценозе. Концентрат возвращается обратно в биореактор, что позволяет повысить дозу активного ила, тем самым увеличить скорость окисления органических загрязнений.
Для проверки возможности применения данной технологии была разработана и сконструирована пилотная установка мембранной фильтрации. Схема разработанной установки представлена на рис. 1.
Рис. 1. Схема лабораторной установки мембранной фильтрации 1 - воронка, 2 - мембрана, 3 - колба Бунзена, 4 - ресивер, 5 -вакуумметр, 6 - вакуум-насос, В - откачка воздуха
В воронку 1, где установлен фильтр с мембраной 2, наливается 100 мл рабочей жидкости (активного ила) и включается вакуумный насос 6 и устанавливается требуемое давление (вакуум) в системе. В колбе Бунзена, которая является емкостью для пермеата, создается разрежение. Рабочая жидкость под действием атмосферного давления фильтруется через мембрану и поступает в колбу. В ресивере 5 установлен вакуумметр, для наблюдения за создаваемым давлением.
Лабораторные исследования на установке мембранной фильтрации проводились на территории канализационных очистных сооружений г. Петродворец в 2017 году.
Для эксперимента были отобраны пробы активного ила из нижнего канала аэротенка, концентрация иловой смеси в представленных пробах составила 4 г/л (по данным химико-биологической лаборатории очистной станции).
Эксперимент проводился на сточной воде, содержащей иловую смесь 4, 6 и 8 г/л. Для получения более концентрированного содержания иловой смеси в сточной воде (6 и 8 г/л) пробы подверглись отстаиванию.
Фильтрация через мембрану производилась при давлении 1, 2, 3, 4 и 5 м вод. ст. и продолжалась 35 мин. Через каждые 5 мин. записывалось количество пермеата находящихся в колбе Бунзена.
После фильтрации при каждом давлении мембрана подвергалась промывке дистиллированной водой, а затем подвергались регенерации в течении 15 минут в растворе гипохлорита натрия ИаОС1. После чего снова промывалась дистиллированной водой.
Опыт с другой концентрацией иловой смеси проводился на следующий день. На время перерыва эксперимента мембрана помещалась в емкость с 0,5% концентрацией ИаОСI.
Результаты экспериментов представлены на рис. 2.
Из графика видно, что при увеличении трансмембранного давления увеличивается пропускная способность мембраны, но через некоторое время (при давлении 3, 4 и 5 м. вод. ст.) она снижается из-за уплотнения слоя осадка на поверхности мембраны.
Установлено, что оптимальное давление составляет 2 м. вод. ст. для мембранного фильтрования. Несомненно, что уплотнение осадка напрямую зависит от количества и характера загрязняющих веществ. Так при концентрации рабочей иловой смеси 4 г/л при давлении 3, 4 и 5 м. вод. ст. через 35 минут фильтрации происходит существенное снижение проницаемости мембран.
Преимущества МБР перед другими сооружениями биологической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод:
1. МБР занимает меньше площади, чем классические сооружения биологической очистки (аэротенк), примерно в 2^3 раза. Из-за высокой дозы ила в биореакторе.
2. Возможность отказа от вторичных отстойников и иловых площадок.
3. При фильтрации иловой смеси гарантируется отсутствие проскоков ила и получения очищенной воды высокого качества, при этом ступень доочистки не требуется.
4. Высокая степень очистки воды позволяет снизить затраты на эксплуатацию ультрафиолетовых ламп, применяющихся для обеззараживания воды.
5. Малая чувствительность к залповым поступлениям исходной воды.
6. Увеличение окислительной мощности процессов биологической очистки.
Очистка сточных вод с использованием мембранной технологии используется многими российскими фирмами: НПП «Биотехпрогресс» (КОС
в Красной поляне 15 тыс. м3/сут), ЗАО «Акваметосинтез» (ЛКОУ-К-100 -Ленинградская обл. г. Высоцк, ЛКОУ-К-65 - Ленинградская обл. Всеволожский р-н, Юкки и пр.), НПП «Би-ТЭК» (30 тыс. м3/сут г. Шадринск Курганской обл.).
Данные, полученные в результате исследований мембранного фильтрования с иловой смесью могут быть использованы для облегчения эксплуатации мембранных модулей, выбора режима работы на станциях очистки.
Использованные источники:
1. Simon Judd. The MBR book: Principles and Application of Membrane Bioreactors in Water and Wastewater Treatment. - ELSEVIER, 2006. - 310 с.
2. Jelena Radjenovi, Marin Mato, Ivan Mijatovi, Mira Petrovi, Damia Barcelo Мембранный биореактор (МБР), как усовершенствованная технология очистки сточных вод. Springer-Verlag Berlin Heidelberg. - 2007. 101 с.
3. В. С. Френкель. Мембранные технологии: прошлое, настоящее и будущее // Водоснабжение и санитарная техника. - 2010. № 8. С. 48-54.
4. Б. Г. Мишуков. Мембранные биологические реакторы для глубокой очистки сточных вод: учеб. пособие. - СПб.: Изд-во СПбГЭУ, 2017. - 64 с.
5. С. П. Зубрилов, Н.В. Растрыгин. Охрана вод часть 1. Очистка сточных вод: Учебное пособие - СПб: /Растрыгин Н.В. СПГУВК, 2001 - 124 с.
