CC BY
62Использование мембранных технологий в процессах глубокой очистки городских сточных вод
о ы
а
s
«
а б
Соловьева Елена Александровна,
к.т.н., доцент кафедры, Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I, кафедра «Водоотведения, водоснабжения и гидравлики», е[email protected]
Тарасов Даниил Сергеевич,
магистрант, кафедра «Водоотведения, водоснабжения и гидравлики», Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I, [email protected]
Сочетание блока биологической очистки с модулями ило-разделения и тонкой фильтрации называют биореакторами (МБР, МВЯ). Фильтрация сточных вод и иловой смеси сопряжена с постепенным забиванием пор твердыми или затвердевающими примесями, поэтому выбирают материалы, стойкие к кислотам, щелочам и окислителям при регенерации. Часто применяемые приемы очистки мембран - релаксация (отдых, перерыв в фильтрации), обратная промывка чистой водой, отделение биопленки методами физического воздействия (аэрация, ультразвук, гидроудар и т.п.). Мембранная фильтрация позволяет повысить дозу ила в блоке биологической очистки, благодаря чему повышается скорость окисления органических загрязнений. Мембранные биореакторы не обладают высокой пропускной способностью, такой, как сетчатые фильтры, поэтому их применение должно быть обоснованно исключительными требованиями: необходимостью глубокой очистки воды, расположением объекта водопользования в зоне крайне высоких требований к качеству очищенной воды, возможностью повторного использования воды в промышленности и сельском хозяйстве. Недостатками технологии являются большая стоимость мембраны и высокие затраты электроэнергии на аэрацию мембраны, их возможно устранить за счет применения новых материалов и реагентов, что является основным направлением в развитии способа очистки сточных вод.
Для оперативного управления процессом и ликвидации негативных явлений необходимо формировать гибкие технологии очистки и предусматривать средства оперативного воздействия, такие как применение реагентов, ступенчатые системы отбора очищенной воды, использование мембран различного типа в одном блоке для варьирования режимами фильтрации. Целью настоящей работы является выработка практических рекомендаций по использованию плоских мембран при очистке сточных вод. Для достижения цели работы определены следующие задачи: анализ теоретических аспектов функционирования МВЯ; выявление характера зависимости проницаемости мембраны qs от трансмембранного давления и дозы ила путем постановки хронических опытов и математической интерпретации их результатов; определение рекомендуемых режимы работы мембраны в зависимости от дозы ила; выявление характера зависимости проницаемости мембраны от трансмембранного давления и дозы ила путем постановки хронических опытов и математической интерпретации их результатов; определение рекомендуемых режимы работы мембраны в зависимости от дозы ила. Отдельные вопросы фильтрования воды через мембраны могут быть выяснены на лабораторных приборах и моделях. В данной работе использовалась модель плоскорамного фильтрующего элемента на основе прибора для определения удельного сопротивления осадков фильтрации. Ключевые слова: мембранный биореактор, МВН, нитрификация, денитрификация, очистка сточных вод, эффективность, очистные сооружения.
Мембранные биореакторы (MBR) представляют собой частный вид аппаратов с фильтрацией жидкости на тонкопрозорчатых материалах с целью глубокой очистки воды и отделения (сепарации) дисперсных частиц органического и минерального происхождения.
В настоящее время наблюдается тенденция широкого внедрения MBR в практику очистки сточных вод. Это требует всесторонних исследований теоретических и практических аспектов работы MBR.
Целью настоящей работы является выработка практических рекомендаций по использованию плоских мембран при очистке сточных вод.
Для достижения цели работы определены следующие задачи:
1. Анализ теоретических аспектов функционирования MBR;
2. Выявление характера зависимости проницаемости мембраны qs от трансмембранного давления и дозы ила путем постановки хронических опытов и математической интерпретации их результатов;
3. Определение рекомендуемых режимы работы мембраны в зависимости от дозы ила;
В практической деятельности используют минеральные мембраны (керамические, металлические, микропористые и т.п.) и мембраны из полимерных органических материалов. Спектр применения мембран очень широк - от супертонких обратноосмотических обессоливающих до крупнопористых осветлительных модулей.
Для целей глубокой очистки сточных вод применяют мембраны, действующие в режиме микрофильтрации [7]. Сочетание блока биологической очистки с модулями илоразделения и тонкой фильтрации называют биореакторами (МБР). Именно такие аппараты рассматриваются в настоящей статье.
Чаще всего мембраны изготавливают из керамических и пластмассовых материалов. Необходимо учитывать устойчивость используемого сырья к воздействию перепадов температур, рН, концентрации окислителей, а также кислот, щелочей, используемых при ее регенерации.
Осветлительные мембраны из наиболее часто используемых полимерных материалов классифицируются в зарубежной практике следующим образом: РР - полипропилен, РЕ - полиэтилен, PES - полиэтилсульфон, PVDF - поливинил.
Фильтрующие элементы по конфигурации подразделяют на плоскорамные (листовые) FS, половолоконные HF, микротрубчатые MT, ка-
пиллярные CT, намотанные спиральные SW, складчатые (листовые или спиральные) FC.
Необходимо учитывать, что все существующие на данный момент конфигурации, применяемые в мембранных процессах, имеют свои практические преимущества и недостатки и не являются универсальными. Так для технологии МБР предназначены только FS, HF и MT фильтрующие элементы, что обусловлено необходимостью их постоянной очистки[1].
Течение ньютоновских жидкостей в слое пористых тел описывают зависимостями, базирующимися на законе Дарси для ламинарного режима.
Появление признаков турбулентного течения относится к весьма крупным порам (более 4 мкм). Влияние повышенной вязкости жидкости проявляется только для концентрированных смесей типа осадков сточных вод при концентрации их 20-40 кг/м3.
Расход фильтрата qs, отнесенный к площади фильтрующей поверхности, составит
àP 3/ 2 Чг ' R- (1)
где АР - разность давлений, Па; ï}f - динамическая вязкость, Па с (с учетом температуры воды); R- полное сопротивление мембраны, 1/м.
В величину полного сопротивления входят сопротивление мембраны Rm и сопротивление слоя осадка на поверхности мембран R0c.
р = s + д
"в "т. ^ "ее
(2)
По мере накопления осадка сопротивление увеличивается, снижается расход фильтрата.
На рис. 1 [3,4] показаны кривые зависимости выхода фильтрата при фильтрации жидкости одинакового состава - кривая АБОй при давлении Р и кривая А1Б1О1й1 при давлении Р1.
Участки АБ и А1Б1 (в виде прямых линий) указывают диапазон действия закона Козени-Кармана. (Р=0,5 бар).
2 -Р-$
Ru -
Ï]T'C
en'
(3)
„«я
где С " - концентрация взвешенных веществ в поступающей жидкости, г/л, Б - поверхность фильтрации, м2, а, а1 - угол наклона прямой выхода фильтрата в ходе опыта на фильт-руемость (на рис. 1 это 1д а и 1д а1).
Вид линий выхода фильтрата с использованием чистой воды (дистиллята) и испытуемой жидкости показан на рис 2 [2].
Сопротивление слоя осадка, отнесенное к весу твердой фазы, 5
ff
ос
= R
ос
V ■ с
еп-
, м[КЗ,
(4)
где Дос фильтрата.
сопротивление осадка, V - объем
Рис. 1. Процесс фильтрации при разных значениях давления
Рис. 2. Линии выхода фильтрата
Хронический опыт фильтрации (до полного забивания мембраны) показан на рис. 3. Кривая 1 выхода количества фильтрата обычно представляется в виде прямой 2, тангенс угла наклона которой используется для расчета удельного сопротивления осадка и определяется по
времени выхода фильтрата —.
Рис. 3. Изменение расхода фильтрата ( и полного сопротивления мембраны в ходе хронического цик-
ла фильтрации при и Т=сопз1.
1 - фактический объем фильтрата, 2 -
- линеиная ап-■ изменение
проксимация выхода объемафильтрата, 3 -полного сопротивления фильтрации.
Интервалы: 0 - ^ - накопление осадка, ^ - ^ - фильтрация через слой осадка, ^ - ^ - затухание фильтрации.
О R
£
R
m fi H
о ы
а
Участок до 1! - кривая разгона, участок 1!- 12 -рабочий, результативный, а участок 12- 13 - затухание фильтрации вследствие полного забивания пор фильтра. На участке 1!- 12 выход фильтрата изображается в виде прямой линии (линия 2). Результаты опытов оцениваются следующим образом [6,7]. Интенсивность потока фильтрата
~ ЛР-5
,
(5)
ДР-52
где аос - сопротивление слоя осадка, отнесенное к весу твердой фазы, м/кг, V- объем фильтрата, м3.
Первое слагаемое является характеристикой мембраны (сопротивление а второе характеристикой слоя осадка на мембране. Получаем:
г =
Пт ■ ^ йР '5
■V 4
7}г-а0
ДР '52
гт I 2 (6)
где йт - сопротивления чистой мембраны.
£ П
составляет сопро-
Произведение ■ С
тивление слоя твердой фазы Яф
Значение влагоотдачи
Уп - VI
(7)
определяются по линиям
АУ
(8)
Среднее значение по п точкам опыта
Ф®]
?; (9)
Методика хронического опыта положена в основу определения удельного сопротивления осадка фильтрации. Согласно действующей методике (при Р = 0,5 бар и 7 = 20 °С) 5
V-с
еп
гм/кг,
(10)
а б
Удельное сопротивление осадков сточных вод колеблется в пределах от (200-1000) 1010 до (2000-5000)- 1010 см/г. Для обезвоживания осадков фильтрацией необходимо снизить удельное сопротивление до (20-50)- 1010 см/г. Средняя величина проницаемости мембран с осадком, согласно рис. 3 составит
ср Яв ~ Яв 3/2
Ч/ =-~-{м/мс
2 (11)
ср
где - стандартная проницаемость, приводимая в паспортных данных при
йР = 0,3 и Т = 20 оС. Изменение давления в диапазоне низких нагрузок по твердой фа-
зе почти прямо пропорционально влияет на поток фильтрата
ср!\
(12)
При высокой нагрузке по взвешенным веществам и сжимаемом осадке прямая пропорция изменяется
р
Ч*р =
(13)
Хронический опыт предполагает постепенное накопление осадка на поверхности мембран без нарушения его структуры или удаления (частичного или полного). Для интенсификации процесса фильтрации применяют частичное накопление слоя осадка с циклическим его удалением. Основной параметр для остановки фильтроцик-ла и проведения промывки мембраны - снижение проницаемости и потока фильтрата. В конкретных условиях низший предел снижения проницаемости определяют сравнительными опытами с оценкой оптимальных условий фильтрации. Отмывку мембран от осадка обычно ведут с помощью механического воздействия - аэрацией, механическим перемешиванием. Чаще используют крупнопузырчатую аэрацию. Сопротивление слоя осадка
V
Ст-
В ином виде, учитывая что С
еп
(14)
у = а
и
(количество загрязнений, принесенных потоком воды)
(15)
Множитель — представляет собой количество загрязнений (по весу твердой фазы), отложившихся на единице площади мембраны.
Хронический «тупиковый» опыт предполагает достижение интенсивного забивания мембраны с резким снижением ее пропускной способности (рис. 4).
Рис. 4. Изменение и Нп в ходе циклической фильтрации и отмывки мембран
1 - выход фильтрата, 2 - линейная аппроксимация выхода объема фильтрата, 3 - изменение полного сопротивления фильтрации. Интервалы: 0 - ^ - фильтрация, ^ - ^ - отмывка мембраны
Измерив снижение проницаемости в течение ряда опытов Дд5, определяют единичную величину и аппроксимацией по п значений кривую снижения до минимально допустимой величины в пределах от 20 до 50%. Тем самым оценивается продолжительность цикла фильтрации с промежуточной очисткой мембран [10].
На рис. 5 показаны результаты фильтрации воды (постоянного состава) с различной интенсивностью 10, 8, 6, 4 и 2 л/м2ч во времени. По величинам трансмембранного давления (в пределах до 150 тбар) и продолжительности цикла фильтрации отметим, что пропорция между Яос,
количеством загрязнений и действительно имеет место.
1, сут
Рис. 5. Изменение трансмембранного давления в зависимости от гидравлической нагрузки
Хронический опыт применяют при определении влагоотдачи осадков сточных вод. Удельное сопротивление в режимах ультрафильтрации
для
составляет (100-200) 1012 см/г, сточных вод и активного ила см/г.
Интегрируя уравнение (4) при постоянном давлении АР и температуре 7, получаем
осадков (200-1000)1010
г
V
Пт-К?
■V,
2-АР(16) Произведение • Сеп составляет сопротивление слоя твердой фазы Нф
Значение влагоотдачи
(17)
определяются по линиям
Кф -
и-1
4) №
(18)
Среднее значение по п точкам опыта
/1 (19)
Технология фильтрации циклического действия обычно применяется с использованием по-ловолоконных мембран.
Отдельные вопросы фильтрования воды через мембраны могут быть выяснены на лабораторных приборах и моделях. На рис. 6 показаны модель плоскорамного фильтрующего элемента на основе прибора для определения удельного сопротивления осадков фильтрации.
Рис. 6. Схема лабораторной установки мембранной фильтрации
1 - воронка, 2 - мембрана, 3 - сборник фильтрата, 4 - ресивер, 5 - вакуумметр, 6 - вакуум-насос, В - откачка воздуха
Мембрана устанавливалась поверх фильтра прибора и зажималась прижимным устройством. Перед началом лабораторных экспериментов новая мембрана предварительно вымачивалась в дистиллированной воде. Повторное использование мембраны осуществлялось только после ее регенерации в растворе гипохлорита натрия ЫаОО! крепостью 0,3-0,5% с последующим отмачиванием в дистилляте. Емкость колбы Бун-зена, используемая для сбора фильтрата, предварительно тарировалась. Вакуум в системе создавался при помощи вакуум-насоса. Для измерения давления использовался стрелочный вакуумметр [6].
О В I» £
55 П П Н
о ы
а
Опыты проводились при АР = 1, 2, 3, 4, 5 м вод. ст. и дозах ила равных 4, 5, 6, 7 и 8 г/л. Проведение эксперимента осуществлялась на территории канализационных очистных сооружений.
В настоящее время на станции проведения эксперимента механическая очистка осуществляется двумя видами решеток, имеющими разные величины прозоров и конструкции, горизонтальной аэрируемой песколовкой и двумя первичными отстойниками, один из которых является ферментатором. Биологическая очистка производится на аэротенках, работающих по технологии JHB mod, и двух вторичных отстойниках [5].
На станции осуществляется обеззараживание сточных вод ультрафиолетом. Выпуск очищенных сточных вод производится в Финский залив на расстоянии 1,2 км от берега.
Пробы воды для опытов отбирались на выходе из аэротенка. Получение высоких концентраций осуществлялось методом отстаивания. Перед началом основных испытаний проводился опыт на дистиллированной воде.
По количеству фильтрата, площади мембраны S и продолжительности опыта определялось значение проницаемости мембраны
Че =
(л/м ч).
(20)
Строился график зависимости производительности мембраны от времени при фильтрации чистой воды (дистиллированной), который становился эталоном чистой мембраны.
Затем проводилась серия опытов на иловой смеси, отобранной на выходе из аэротенка. Фильтрация производилась при различных давлениях (1-5 м вод. ст.). Продолжительность опыта при каждом давлении составляла 30 минут и каждые 5 минут производился замер количества фильтрата.
По результатам строились кривые поступления фильтрата при различных АР и дозах ила а-, (рис. 7-11).
5
«
а
6
Рис. 8. Динамика выделения фильтрата при разном трансмембранном давлении и дозе ила аI = 5 мг/л
Рис. 9. Динамика выделения фильтрата при разном трансмембранном давлении и дозе ила а1 = 6 мг/л
Рис. 7. Динамика выделения фильтрата при разном трансмембранном давлении и дозе ила а, = 4 мг/л
Рис. 10. Динамика выделения фильтрата при разном трансмембранном давлении и дозе ила а1 = 7 мг/л
В первые 5 мин работы установки наблюдается несколько увеличенная производительность мембраны, что обусловлено выходом из ее пор дистиллята, в котором она находилась перед началом опыта, поэтому первая точка выстраиваемой кривой называется «точкой раз-
гона» и обычно не учитывается при оценке результатов опыта, так как является недостоверной.
Рис. 11. Динамика выделения фильтрата при разном трансмембранном давлении и дозе ила аI = 8 мг/л
Зависимость коэффициента я^ от трансмембракного давления Ар при дозе ила я,- = 4 кг/М3
Я
0.5
•
<
* >
-1- -1- -1- -1- -1-1-1-1
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0
Транс мембранное давление Др. м вод. ст.
Рис. 12. Зависимость коэффициента а1 от трансмембранного давления при дозе ила а, = 4 мг/л
Рис. 14. Зависимость коэффициента а1 от трансмембранного давления при дозе ила а1 = 6 мг/л
Рис. 15. Зависимость коэффициента а1 от трансмембранного давления при дозе ила а1 = 7 мг/л
Рис. 13. Зависимость коэффициента а1 от трансмембранного давления при дозе ила а1 = 5 мг/л
Рис. 16. Зависимость коэффициента а1 от трансмембранного давления при дозе ила а1 = 8 мг/л
Визуальный анализ графиков показал, что фактические кривые близки по форме к графику степенной функции. Соответственно, имеется возможность, используя методы регрессионного анализа с последующей адаптацией получен-
0 55 I» £
55 т П
о ы
а
ных математических зависимостей к физическому смыслу полученных зависимостей получить эмпирическую формулу зависимости объема фильтрата № от времени *, трансмембранного давления ААр и дозы ила а,-. Очевидно, что наибольшее влияние на объем фильтрата оказывает время обработки иловой смеси на мембране.
Сформулируем зависимость объема фильтрата от времени обработки *, представив влияние Ар и а1 в виде коэффициент а1 и показателя степени й
Ж = а, ■ г
Р
(21)
В полученных для разных этапов эксперимента уравнениях показатель степени й менялся незначительно от среднего значения. а коэффициент а1 изменялся в разы в зависимости от трансмембранного давления Ар.
Для выявления зависимости коэффициента а1 от ААр были построены соответствующие графики (рис. 12-16). Точками показаны значения, полученные в эмпирических уравнениях.
Полученные графики наилучшим образом интерпретируются как линейная зависимость, что позволяет нам выразить искомый коэффициент через формулу:
а1 = а2 ■Ар + Ъ2 (22)
где: а1 - ранее назначенный коэффициент; а2 - вновь введенный коэффициент, определяющий угол наклона графика; Ь2 - свободный член, обозначающий смещение графика относительно горизонтальной оси.
Во всех пяти получившихся уравнениях коэффициент Ь2 принимал близкие значения для всех моделей, а коэффициент а2 заметно менялся в зависимости от дозы ила а.
Для дальнейшего анализа был построен график зависимости коэффициента а2 (точками показаны значения, полученные в эмпирических уравнениях) от дозы ила а1 (рис.17).
3
а б
Этот график также интерпретируется как линейная зависимость, следовательно, коэффициент а2 можем представить в виде:
а2 = а3 ■ аг + Ъ3 (23)
где: а2 - ранее назначенный коэффициент; а3 - вновь введенный коэффициент, определяющий угол наклона графика; Ь3 - свободный член, обозначающий смещение графика относительно горизонтальной оси.
Выразим объем фильтрата № обобщенной зависимостью, в которой приоритетным параметром является время обработки иловой смеси *, влияние трансмембранного давления Ар учтено в составе коэффициента а1, а влияние дозы ила - в составе коэффициента а2.Результирующее уравнение имеет вид:
1Л/ = ((а3-а. + Ь3)-Ар + Ь2)-^. (24)
Далее методом наименьших квадратов определяются численные значения всех коэффициентов так, чтоб невязка между экспериментальными и расчетными значениями была минимальной.
Результатом проведенных исследований является сформулированная эмпирическая модель для вычисления объема выпавшего фильтрата № в зависимости от времени отстаивания *, трансмембранного давления Ар и дозы ила а :
Ж = ((-0.06 ■ аг + 0.53) ■ р + 0.13) ■ г047 (25)
Полученная формула определения объема фильтрата № позволяет вывести имеющую практическое значение формулу расчета пропускной способности мембраны.
Ж
Ч = — (26)
Следовательно,
Ч = ((-0.06 ■ аг + 0.53) ■ р + 0.13) ■ г-
(27)
После проведения всех необходимых исследований, построены графики зависимости проницаемости мембраны от изменения давления при разных дозах ила (рис. 19-23).
Для построения графиков используется средняя величина проницаемости мембраны по промежуткам времени (0 - 5, 5 - 10 и т.д.):
й/ =-
™ л
,Л/Л£2Ч
(28)
Рис. 17. Зависимость коэффициента а2 от дозы ила а,
На графиках (18-22) так же представлены 3 режима работы мембраны: 1 - режим рекомендован в часы минимального потребления, 2 - в часы максимального потребления, а 3 - в аварийных ситуациях. Работа мембраны при повышенных давлениях (Ар = 4 и 5 м. вод. ст.) нецелесообразна, т. к. мембрана быстро выходит из строя.
Рис. 18. График работы мембраны при разном трансмембранном давлении и дозе ила а, = 4 мг/л
Рис. 19. График работы мембраны при разном трансмембранном давлении и дозе ила а1 = 5 мг/л
Рис. 21. График работы мембраны при разном трансмембранном давлении и дозе ила а1 = 7 мг/л
Рис. 20. График работы мембраны при разном трансмембранном давлении и дозе ила а1 = 6 мг/л
Рис. 22. График работы мембраны при разном трансмембранном давлении и дозе ила а1 = 8 мг/л
Далее вычисляется коэффициент к, который показывает отношение проницаемости мембраны к трансмембранному давлению:
к = Чвя= тт: = = сопзЬ (29)
Линия может меняться и в случаях забивания пор илом (снижение д5р), что постоянно наблюдается в течение времени. Для осуществления проверки данного факта вычислялся коэффициент к при всех значениях Ар, график приведен на рис. 23.
Методика определения производительности мембраны является классической (исходная жидкость считается Ньютоновской).
В результате проведенных исследований определено:
1. Характер зависимости проницаемости мембраны от трансмембранного давления и дозы ила;
О В I» £
55 т П Н
Определены рекомендуемые режимы работы мембраны в зависимости от дозы ила.
ы
а
s
«
а б
Рис. 23. График изменения k в зависимости от трансмембранного давления при разных дозах ила а!
Выводы. Зачастую на практике из-за различных условий отведения и очистки сточных вод, состава активного ила и структуры мембран, выявляется несоответствие паспортных данных мембран и фактической пропускной способности модульных установок, построенной на их основе.
Необходимо разработать стандартную процедуру испытаний модулей, предлагаемых к установке, и в дальнейшем придерживаться этой процедуры, в условиях действующих очистных станций.
Вариантом стандартной процедуры испытания мембранных модулей могут быть лабораторные испытания на приборах и макетах, имитирующих фильтрацию иловой смеси, один из которых и был предложен в данной статье.
Литература
1. Б. Г. Мишуков. Глубокая очистка городских сточных вод: учеб. пособие / Б. Г. Мишуков, Е. А. Соловьева. - СПб.: СПбГАСУ, 2014. - 179 с.
2. Б. Г. Мишуков. Мембранные биологические реакторы для глубокой очистки сточных вод: учеб. пособие / Б. Г. Мишуков, Е. А. Соловьева. - СПб.: Изд-во СПбГЭУ, 2017. - 64 с.
3. Технический справочник по обработке воды: в 2 т.: пер. с фр. - СПб.: Новый журнал, 2007. - Т.1. - 774 с.
4. Технический справочник по обработке воды: в 2 т.: пер. с фр. - СПб.: Новый журнал, 2007. - Т.2. - 1696 с.
5. Соловьева Е.А. Удаление азота и фосфора из городских сточных вод. Технологии удале-
ния азота и фосфора в комплексе по очистке сточных вод и обработке осадка / Е.А. Соловьева. Изд. LAP LAMBERT Academic Publishing (ISBN-13:978-3-8465-0130-6). Германия, 2011. -292 с.
6. Соловьева Е.А., Тарасов Д.С. Применение мембранных биореакторов в блоках биологической очистки сточных вод. Фундаментальные научные исследования: теоретические и практические аспекты: сборник материалов III Международной научно-практической конференции (29-30 января 2017 года), Том I - Кемерово: За-пСибНЦ, 2017- 117 -123 с.
7. Феофанов Ю.А. Биореакторы с неподвижной и подвижной загрузкой для очистки воды/Ю.А. Феофанов; СПбГАСУ. - СПб., 2012.-203 с.
8. Simon Judd. The MBR book: Principles and Application of Membrane Bioreactors in Water and Wastewater Treatment. - ELSEVIER, 2006. - 310 с.
9. J.H. Roorda, J. Vander Graaft. Оптимизация процессов мембранного фильтрования на сооружениях для очистки сточных вод // Вода: технология и экология. - 2007. - № 4. - С. 30-53.
10. Kerry J. Howe, Mark M. Clark. Влияние коагуляционной предочистки воды на процесс мембранной фильтрации // Вода: технология и экология. - 2007. - № 2. - С. 18-44.
The use of membrane technologies in the processes of
deep cleaning of urban wastewater Solovieva E^., Tarasov D.S.
St. Petersburg State Transport University A combination of a biological screening unit and modules for fine separation and fine filtration is called bioreactors (MBRs). The filtration of wastewater and silt mixture is associated with a gradual piling of pores with solid or solidifying impurities, so materials that are resistant to acids, alkalis and oxidants during regeneration are selected. Frequently used methods of cleaning membranes - relaxation (rest, break in filtration), reverse washing with clean water, separation of biofilm by methods of physical action (aeration, ultrasound, hydro shock, etc.). Membrane filtration allows to increase the dose of sludge in the biological treatment unit, thereby increasing the rate of oxidation of organic contaminants.
Membrane bioreactors do not have a high throughput, such as screen filters, so their application must be justified by exceptional requirements: the need for deep water treatment, the location of the water use facility in the zone of extremely high requirements for the quality of purified water, the possibility of reusing water in industry and agriculture. Disadvantages of the technology are the high cost of the membrane and the high energy costs for aeration of the membrane, they can be eliminated through the use of new materials and reagents, which is the main direction in the development of the method for wastewater treatment. For the operational management of the process and the elimination of negative phenomena, it is necessary to formulate flexible cleaning technologies and to provide means of operative action, such as the use of reagents, step-wise systems for the collection of purified water, the use of membranes of various types in a single unit for varying filtration regimes. The purpose of this work is to develop practical recommendations for the use of flat membranes in wastewater treatment. To achieve the goal of the work the following tasks are defined:
The analysis of theoretical aspects of MBR functioning; revealing the nature of the dependence of membrane permeability qs on transmembrane pressure and silt dose by setting up chronic experiments and mathematical interpretation of their results; the determination of the recommended operating conditions of the membrane depending on the dose of silt; revealing the nature of the dependence of membrane permeability qs on transmembrane pressure and silt dose by setting up chronic experiments and mathematical interpretation of their results; Determination of the recommended operating conditions of the membrane depending on the dose of sludge.
Separate issues of water filtration through membranes can be clarified on laboratory instruments and models. In this paper we used a model of a flatframe filter element based on a device for determining the specific resistance of filtering sediments.
Keywords: membrane bioreactor, MBR, nitrification, denitrification, wastewater treatment, efficiency, waste water treatment plants.
References
1. B. G. Mishukov. Deep Purification of Urban Wastewater: Textbook. allowance / BG Mishukov, EA Solovyova. - SPb .: SPbGASU, 2014. - 179 with.
2. BG Mishukov. Membrane biological reactors for deep wastewater
treatment: Proc. allowance / BG Mishukov, EA Solovyova. - SPb .: Publishing house of SPbSEU, 2017. - 64 p.
3. Technical handbook on water treatment: in 2 tons: trans. with
fr. - SPb .: New Journal, 2007. - T.1. - 774 sec.
4. Technical handbook on water treatment: in 2 tons: trans. with
fr. - SPb .: New Journal, 2007. - T.2. - 1696 sec.
5. Soloveva E.A. Removal of nitrogen and phosphorus from urban wastewater. Technologies for removal of nitrogen and phosphorus in a complex for wastewater treatment and sludge treatment / E.A. Solovyov. Ed. LAP LAMBERT Academic Publishing (ISBN-13: 978-3-8465-0130-6). Germany, 2011. - 292 p.
6. Solov'eva EA, Tarasov D.S. Application of membrane bioreactors in biological wastewater treatment units. Fundamental scientific research: theoretical and practical aspects: a collection of materials of the III International Scientific and Practical Conference (January 29-30, 2017), Volume I - Kemerovo: ZapSibNTS, 2017- 117 -123 p.
7. Feofanov Yu.A. Bioreactors with fixed and mobile loading for
water purification / Yu.A. Theophanes; SPbGASU. - St. Petersburg, 2012.-203 p.
8. Simon Judd. The MBR book: Principles and Application of
Membrane Bioreactors in Water and Wastewater Treatment. - ELSEVIER, 2006. - 310 s.
9. J.H. Roorda, J. Vander Graaft. Optimization of membrane
filtration processes in wastewater treatment plants // Water: technology and ecology. - 2007. - No. 4. - P. 30-53.
10. Kerry J. Howe, Mark M. Clark. Effect of coagulation water purification on the process of membrane filtration // Water: technology and ecology. - 2007. - No. 2. - P. 18-44.
О R U
£
R
n
