CC BY
49
УДК 665.662
Р. И. Хангильдин (к.т.н., доц.)1, Г. М. Шарафутдинова (к.т.н., доц.)2, В. А. Мартяшева (к.т.н., доц.)1, А. М. Фаттахова (асс.)3, А. Г. Кирсанова (студ.)
Исследование биологически модифицированных мембран в биореакторах
Уфимский государственный нефтяной технический университет, 1 кафедра водоснабжения и водоотведения, 2кафедра промышленной безопасности и охраны труда, 3кафедра автомобильных дорог и технологии строительного производства 450080, г. Уфа, ул. Менделеева, 195, тел. (3472) 284900, e-mail: martyashova@mail.ru
R. I. Khangildin, G. M. Sharafutdinova, V. A. Martyasheva, A. M. Fattakhova, A. G. Kirsanova
Investigation of biologically modified membranes in bioreactors
Ufa State Peroleum Technological University 195, Mendeleyeva Str, 450080, Ufa, Russia; ph. (3472) 284900, e-mail: martyashova@mail.ru
Приведены результаты исследований производительности модифицированных мембран в мембранных биологических реакторах. Изучалась интенсивность биообрастания полимерных мембран, биологически модифицированных соединениями железа и марганца в условиях действующих очистных сооружений хозяйственно-бытовых сточных вод. Примененный способ нанесения соединений переходных металлов на поверхность полимерных мембран не показал своей эффективности.
Ключевые слова: мембранные биореакторы; биообрастание; модифицирование мембран.
This article gives the results of research productivity of modified membranes in membrane bioreactors. Was studied the intensity of biofouling of polymeric membranes, biologically modified compounds of iron and manganese in existing treatment plants of domestic wastewater. The used method of application compounds of transition metals on the surface of polymeric membranes has not shown its effectiveness.
Key words: membrane bioreactors; biofouling; modification of membranes.
Процессы биологической очистки можно интенсифицировать путем применения мембранных биологических реакторов (МБР) 1. Биомембранная технология экологична, существенно упрощает процесс очистки и повышает его эффективность за счет снижения материальных затрат на строительство значительных по занимаемой площади сооружений биологической очистки.
Однако существенным недостатком работы МБР, снижающим эффективность процесса очистки, является образование отложений на поверхности мембран, что требует частой их регенерации 2. С целью предупреждения различных загрязнений мембран используют метод обратных промывок.
Отложения могут быть в виде коллоидных частиц, минеральных веществ и биологические. Известно, что биологические отложения удалить труднее.
С целью снижения биологического загрязнения мембран в настоящее время применяются различные способы, такие как:
1) модифицирование различными поли-
3
мерами 3;
2) предварительная обработка воды различными окислителями 4-7.
Но применение окислителей в МБР может пагубно повлиять на жизнедеятельность микроорганизмов активного ила. Отсюда следует, что назрела необходимость разработки новых эффективных способов защиты мембран от биологических загрязнений.
Дата поступления 15.03.11
Экспериментальная часть
Исследования интенсивности биообрастания мембран, модифицированных соединениями железа и марганца, проводились в условиях действующих биологических очистных сооружений хозяйственно-бытовых сточных вод санатория «Юматово» (Республика Башкортостан).
Образцы испытуемых мембран погружались в работающий аэротенк и закреплялись в нем с помощью кронштейна над аэраторами. Необходимый для работы мембран перепад давления обеспечивался размещением концов трубок фильтрата от этих мембран ниже уровня жидкости в аэротенке. Для этого трубки фильтрата прокладывались в ближайший колодец. В колодце были размещены отдельно для каждой мембраны мерные сосуды.
Интенсивность биообрастания оценивалась косвенно — по изменению производительности мембран в течение фильтроцикла. Испытанию подвергались образцы модифицированных мембран №4, №5 и №6 и контрольный образец №1.
Мембраны отличались продолжительностью приготовления: №4 — 15 сут; №5 — 20 сут; №6 — 30 сут.
Исследования проводились в течение августа и сентября 2010 г. Они заключались в
том, что периодически, в первые 12 ч после промывки через каждый час, а затем через каждые сутки, производились замеры количества фильтрата от каждой мембраны, установленной в аэротенке. Количество фильтрата определялось объемным способом с помощью мерных сосудов. Через каждые семь сут работы мембран они опускались на 5 ч в раствор 10% лимонной кислоты, а после промывались под струей воды. Каждый такой фильтроцикл заканчивался оценкой проницаемости мембран.
Результаты и их обсуждение
Оценка интенсивности биообрастания модифицированных мембран, по их производительности, дала следующие результаты (табл. 1, рис. 1 и 2).
Из полученных данных видно, что мембраны, работающие в аэротенке, достаточно быстро теряют производительность, причем темпы снижения производительности модифицированных мембран №4, №5, №6 и контрольной мембраны №1 практически одинаковые. Наблюдается несколько меньшее ухудшение работы образца №5 по сравнению с контрольной мембраной и с другими образцами, однако отличие это практически незначимое. Лучшая производительность образца №5 по сравнению с контрольным образцом, по-види-
Таблица 1
Снижение производительности мембран в процессе работы в аэротенке (1 фильтроцикл)
Продолжительность работы мембраны,ч Образец №1 Образец №4 Образец №5 Образец №6
Количество фильтрата, л Про-изво-дитель-ность , м3/м2ч Количество фильтрата, л Про-изво-дитель-ность, м3/м2ч Количество фильтрата, л Про-изво-дитель-ность, м3/м2ч Количество фильтрата, л Про-изво-дитель-ность , м3/м2ч
1 4.34 0.99 3.16 0.72 2.94 0.67 2.59 0.59
2 2.28 1.51 2.15 1.21 2.11 1.15 1.89 1.02
3 2.72 2.13 1.75 1.61 1.75 1.55 1.62 1.39
4 1.89 2.56 1.23 1.89 1.23 1.83 1.36 1.7
5 1.40 2.88 1.58 2.25 1.40 2.15 1.18 1.97
6 1.45 3.21 1.14 2.51 1.01 2.38 0.96 2.19
7 1.40 3.53 0.92 2.72 1.27 2.67 0.88 2.39
8 1.67 3.91 1.45 3.05 0.83 2.86 1.10 2.64
9 1.05 4.15 1.01 3.28 1.32 3.16 1.10 2.89
10 0.88 4.35 0.48 3.39 0.53 3.28 0.79 3.07
11 0.96 4.57 1.05 3.63 1.10 3.53 0.61 3.21
12 1,14 4.83 0.79 3.81 0.92 3.74 0.79 3.39
24 0.79 6.98 0.73 5.82 0.69 5.64 0.66 5.19
48 0.55 9.99 0.45 8.29 0.49 8.32 0.46 7.72
72 0.40 12.16 0.35 10.21 0.37 10.34 0.35 9.66
96 0.31 13.86 0.29 11.79 0.32 12.07 0.31 11.35
120 0.32 15.63 0.26 13.21 0.28 13.61 0.27 12.81
144 0.24 16.94 0.26 14.62 0.24 14.95 0.23 14.09
168 0.20 18.05 0.21 15.76 0.25 16.31 0.22 15.32
Рис. 1. Зависимость количества фильтрата мембран от продолжительности их работы (1 фильтроцикл)
мому, связана с каталитической активностью этой мембраны. Но лучшие показания по сравнению с образцом мембраны №6, где должно быть больше каталитически активных соединений марганца и железа из-за более продолжительного контакта этой мембраны с субстратом, можно объяснить, по-видимому, тем, что катализатор распределен на поверхности мембран неравномерно.
Таким образом, интенсивность биобраста-ния трековых полимерных мембран, модифицированных соединениями железа и марганца, практически такая же, как и у немодифициро-ванной мембраны. Примененный способ нанесения соединений переходных металлов на поверхность полимеров не показал своей эффективности.
Рис. 2. Изменение производительности мембран в течение первого фильтроцикла
Литература
1. Шарафутдинова Г. М. Повышение экологичности нефтеперерабатывающих предприятий созданием ресурсосберегающих химико-технологических водных систем на основе мембранных процессов: Дис. ... канд. техн. н.— Уфа, 2008.— 157 с.
2. Первов А. Г., Андрианов А. П., Телитченко Э. А. // Крит. технол. Мембраны.— 2004.— №1.— С. 3.
3. Lipp P., Baldauf G., Schick R., Elsenhans K., Stabel H. // Desalination.- 1998.- V. 119.— P. 133.
4. Wilf I. // Desalination and Water Reuse.— 2001.— V. 10/1.— P. 28.
5. Flemming H. C., Schaule G. Investigation on biofouling of reverse osmosis and ultrafiltration membranes. P. 2. Analysis and removal of surface films. Vom Wasser 73.— 1989.— Р. 287.
6. Psoch C., Schiewer S. //Desalination.— 2005.— 175, №1.— P. 61.
7. Pasmore M., Todd P., Smith S., Baker D., Silverstein J., Coons D., Bowman C. N. // J. Membrane Science.— 2002.— V. 194.— Р.15.
Работа выполнена в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009—2013 годы.
