Эффективный способ очистки воды

Hollow_fiber_unit 608

Актуальность вопросов очистки сточных вод небольших населенных пунктов, коттеджных поселков, санаториев, гостиничных комплексов, и других объектов, удаленных от систем центральной канализации, а также усиление контроля за состоянием водных экосистем в рамках «Водной стратегии Российской Федерации» до 2020 года, способствовали появлению на рынке локальных очистных сооружений канализации (ОСК) огромного количества всевозможных комплексов для очистки сточных вод.

Несмотря на различия технологий и вариантов комплектации оборудованием локальных очистных сооружений, принципиально выбор осуществляется между традиционной технологией очистки, применяемой на большинстве отечественных городских очистных сооружений, и технологией очистки с разделением иловой смеси на мембранах (МБР). Выбор не является однозначным, и определяется целым рядом особенностей реконструируемого или строящегося объекта очистки сточных вод.

К сожалению, недостаточное количество реализованных в России проектов ОСК с применением мембранных технологий и информационные материалы, базирующиеся на устаревших данных о высокой стоимости и трудоемкости эксплуатации таких очистных сооружений, тормозят широкое распространение мембранных технологий в России. В результате эксплуатирующие предприятия часто делают бессознательный выбор в пользу традиционной технологии очистки сточных вод, игнорируя возможности технологии МБР.

Особенности систем водоотведения малых населенных пунктов

Несмотря на то, что каждый объект является уникальным и для обоснования выбора технологии и оборудования необходимо комплексное обследование и расчет экономической и технологической эффективности проекта, у всех малых населенных пунктов, в частности санаториев и гостиничных комплексов, есть общие особенности, отличающие их от крупных городов.

Значительно меньшие в сравнении с крупными городами объемы сточных вод и соответственно высокий коэффициент неравномерности притока сточных вод и концентраций загрязнений.
Преимущественно более низкий уровень квалификации персонала, обслуживающего малые ОСК, в сравнении со специалистами, эксплуатирующими крупные городские очистные сооружения.
Организация выпуска сточных вод, как правило, в небольшие ручьи, реки или непроточные водоемы, часто в непосредственной близости от мест купания отдыхающих.
Ограничения по площади, отводимой под очистные сооружения и санитарно-защитную зону.

Поскольку даже небольшой населенный пункт на 250 человек в среднем производит порядка 50 кубических метров сточных вод в сутки, очистные сооружения должны обеспечивать очистку сточных вод до норм сброса в водоем соответствующей категории (сброс на рельеф, не всегда оправданный даже при объемах сточных вод более 5 – 10 м3/сутки, в данной ситуации не применим). Чаще всего приходится сталкиваться с необходимостью очистки сточных вод до норм сброса в водоемы рыбохозяйственного назначения, включающих широкий перечень загрязняющих веществ с наиболее низкими разрешенными концентрациями.

Отсюда следует необходимость подбора очистных сооружений с реализацией полного цикла очистки, включающего предварительную механическую очистку, реагентную химическую, глубокую биологическую очистку, обеззараживание и решение проблемы накопления осадков. Также комплекс очистных сооружений должен быть сравнительно прост в обслуживании и занимать минимум территории.

Сравнение традиционной технологии очистки с технологией МБР

Традиционная технология, применимая на большинстве отечественных городских очистных сооружений, предусматривает механическую очистку на решетках и в песколовках, первичное отстаивание, биологическую очистку в аэротенках микроорганизмами активного ила с последующим разделением иловой смеси отстаиванием, доочистку и обеззараживание.

Альтернативная технология глубокой биологической очистки с разделением иловой смеси в мембранном модуле (МБР) позволяет исключать этап вторичного, а часто и первичного, отстаивания, и обеспечивает достаточное качество очистки от взвешенных веществ без стадии доочистки.

1. Стоимость очистных сооружений

Стоимость мембранного блока порядка 70 – 100 евро/м2 фильтрующей поверхности при средней удельной производительности 15 – 40 л/ч на 1 м2 площади мембран. Между тем, выведение из традиционной технологической схемы емкостей для отстаивания с оборудованием для оснащения отстойников и оборудования для доочистки, выравнивает стоимость приобретения очистных сооружений с традиционной схемой очистки и очистных сооружений на базе МБР.

На объектах с небольшим расходом сточных вод стоимость установки МБР может быть даже ниже, чем строительство традиционных ОСК, это связано с тем, что удельная стоимость мембранного блока почти не зависит от производительности.

Подобные расчеты проводятся для каждого объекта в отдельности, поскольку на подбор необходимого оборудования влияет целый ряд факторов.

2. Занимая очистными сооружениями площадь

Использование технологии МБР позволяет повысить дозу активного ила с 3 – 4 г/л до 8 – 12 г/л (см. ниже). Таким образом, появляется возможность культивировать большую массу активного ила в единице объёма биореактора. Поскольку нагрузка на активный ил по загрязняющим веществам для высокой степени биологической очистки должна быть в пределах 0,08 – 0,12 кг БПК на 1 кг активного ила, при эквивалентной массовой нагрузке размер аэротенка в МБР можно уменьшить в 2 – 3 раза в сравнении с аэротенками с использованием классического активного ила.

Также сокращение объема биореактора обеспечивается за счет уменьшения времени пребывания сточных вод в системе. Если в традиционной схеме требуется 14 – 20 часов на процесс биологической очистки в аэротенках, и затем еще 1 – 2 часа во вторичном отстойнике, то в установке МБР этап «аэротенк – емкость мембранного блока» занимает 6 – 14 часов.

Выведение ряда сооружений из состава ОСК, возможность сокращения объема емкостей биологической очистки и компактная расстановка оборудования в установке МБР сокращает площадь, занимаемую непосредственно очистными сооружениями, на 20 – 50%.

Дополнительно, закрытое исполнение установки МБР позволяет сократить необходимую санитарную зону на 25 – 30%. Поскольку санитарная зона, как правило, требует отведения значительных площадей (сан. зона для ОСК производительностью до 200 м3/сутки составляет 150 м, а от 200 до 5000 м3/сутки – 200 м), это дает возможность существенно увеличить полезную площадь застройки.

3. Сложность обслуживания очистных сооружений

Наибольшую сложность представляет собой обслуживание участка биологической очистки. Это наиболее чувствительный к влиянию внешних факторов процесс, нуждающийся в постоянном контроле опытного технолога.

На протекание процесса биологической очистки влияют такие изменения условий работы системы как слишком низкая или высокая нагрузка на ил, низкая концентрация кислорода, длительная нехватка биогенных веществ (фосфора, азота), высокая или низкая температура поступающих в аэротенк сточных вод, залповое поступление углеводородов и жиров, а также свойственное малым населенным пунктам непостоянство химического состава поступающих на биологическую очистку сточных вод. Эти и другие изменения работы системы являются основной причиной интенсивного развития нитчатых бактерий и других микроорганизмов, которые вызывают «вспухание» активного ила. Особенно часто это явление наблюдается в периоды сезонных перестроек биоценоза ила.

Вспухший ил вследствие весьма развитой поверхности соприкосновения частиц ила с водой обладает высокой очищающей способностью, что позволяет существенно увеличить эффект очистки, но при этом ухудшаются седиментационные свойства активного ила и он не успевает отделиться от очищенной жидкости в ходе отстаивания. Вследствие этого увеличивается вынос активного ила, взвешенных веществ и биогенных элементов из вторичного отстойника, активный ил уже не вовлекается в дальнейший процесс очистки воды, результатом чего являются технологические и экологические нарушения работы очистных сооружений.

На очистных сооружениях, построенных в соответствии с традиционной схемой очистки, предусматривающей отделение ила от очищенной воды отстаиванием, это является серьезной проблемой. Борьба технологов с «вспуханием» ила усложняется тем, что, как правило, не удается зафиксировать какую-либо одну конкретную причину данного явления.

В установке МБР «вспухание» ила не влияет на качество разделения иловой смеси, осуществляемое фильтрованием на мембранах. Это избавляет технологов от необходимости культивировать видовой состав и контролировать дозу и возраст активного ила. Технология позволяет накопить медленно растущие виды микроорганизмов, повысить дозу активного ила с 3 – 4 г/л до 8 – 12 г/л, и увеличить его возраст с 7 – 12 до 15 – 20 суток.

С другой стороны на очистных сооружениях с технологией МБР возникает необходимость обслуживания самого мембранного блока. Очистка мембран от отложений осуществляется путем продувки воздухом в автоматическом режиме и гидравлических промывок обратным током фильтрата, который предусматривают некоторые типы мембранных модулей. Один или два раза в год возникает необходимость реагентной промывки мембран гипохлоритом натрия 0,2 – 1%, лимонной кислотой 0,2 – 0,3% или другими реагентами. Необходимость и частота промывок зависит от выбранного типа мембран, а также от состава сточных вод и соблюдения правил эксплуатации установки.

Решение основной проблемы обслуживания наиболее сложного участка – этапа биологической очистки, и автоматизация всех основных процессов позволяют существенно упростить работу обслуживающего очистные сооружения персонала. В принципе, такие очистные сооружения может обслуживать один человек с неполным рабочим днем.

Современные системы автоматизации и диспетчеризации берут на себя управление технологическими процессами как в штатном, так и во внештатном режимах работы, например, в период ливней и паводков на объектах с общесплавной канализацией. Система автоматизации учитывает целый ряд показателей, и запускает соответствующий сценарий реагирования в зависимости от характера отклонений без привлечения оператора.

Системы позволяют организовать выведение информации о состоянии оборудования и всех контролируемых параметров на дисплей компьютера диспетчера. При необходимости внешнего оперативного вмешательства в процесс очистки система сигнализирует об этом, и передает соответствующую информацию на компьютер или мобильное устройство.

4. Качество очистки сточных вод

Удаленным от систем центральной канализации населенным объектам, осуществляющим сброс сточных вод в водоем, как правило, приходится сталкиваться с жесткими нормативами по концентрациям загрязняющих веществ, в первую очередь по органическим веществам, соединениям азота и фосфора, а также взвешенным веществам. Особое внимание также уделяется высокой степени обеззараживания.

Возможность снизить нагрузку на активный ил и повысить его возраст, крайне благоприятна для планового протекания процесса нитрификации. Эта стадия процесса удаления азота осуществляется нитрифицирующими бактериями, развивающимися с увеличением возраста ила, и начинается только после практически полного окисления органических соединений.

Использование в установке МБР ультрафильтрационных мембран с размером пор 0,01 – 0,05 микрон для разделения иловой смеси обеспечивает полное удаление взвешенных веществ (достижение концентраций порядка 1 мг/л). Кроме того мембраны не пропускают некоторые макромолекулярные метаболиты, предотвращая тем самым их разрушение, благодаря этому достигается меньшая величина ХПК в очищенной воде, чем при использовании классического активного ила.

Также на мембранах задерживаются такие патогенные микроорганизмы как яйца гельминтов, бактерии и даже вирусы (эффективность удаления бактерий и вирусов достигает 99,99%). Двухступенчатое обеззараживание ультрафильтрацией на мембранах и затем ультрафиолетом, позволяет использовать очищенную сточную воду в непитьевых целях, в частности для полива. Заметим также, что снижение количества патогенных микроорганизмов и отсутствие взвешенных веществ в сточной воде позволяет продлить срок службы дорогостоящего УФ-оборудования.

5. Свойства образующихся осадков

Повышение возраста активного ила с 7 – 12 суток до 15 – 20 помимо возможности накопить медленно растущие виды микроорганизмов, необходимых для окисления биорезистентных соединений и протекания процессов нитрификации, позволяет в 1,5 – 2 раза сократить объем отводимого осадка. Поскольку возраст активного ила является отношением его массы во всём сооружении (биореакторе) к массе отводимого ила, более высокий возраст ила означает меньшую массу отводимого ила.

Кроме того после МБР осадок имеет меньшую влажность (99% против 99,5% после вторичного отстойника), а это значит, что при отведении одной и той же массы ила (по сухому веществу), объём отводимого ила из МБР будет на 50% меньше.

6. Эксплуатационные расходы

Энергозатраты на обеспечение процесса биологической очистки в МБР несколько выше, чем на очистных сооружениях с традиционной технологией очистки. Это связано с необходимостью обеспечить достаточную аэрацию высококонцентрированной иловой смеси в биореакторе и аэрацию самих мембран для удаления отложений с их поверхности. Системы с МБР потребляют в среднем на 20 – 60% больше электроэнергии на 1 м3 сточной воды, чем требуют традиционные методы очистки.

Дополнительные затраты также вызваны необходимостью очистки мембран от отложений.

7. Резюме

Технология биологической очистки сточных вод с разделением иловой смеси в мембранном блоке позволяет интенсифицировать процесс очистки взвешенной концентрированной микрофлорой (80% эффекта очистки) и обеспечить дополнительный эффект за счет ультрафильтрации на мембранах (20% эффекта очистки).

Интенсификация процесса биологической очистки и выведение из технологической схемы первичного и вторичного отстаивания, а также этапа доочистки сокращает площадь необходимую под ОСК в 1,5 – 2 раза. Полностью закрытая конструкция блочных сооружений позволяет также сократить площадь санитарной зоны, и при необходимости обеспечивает возможность эксплуатации установки в сложных климатических условиях, для чего подбирается соответствующий материал обшивки и системы отопления и вентиляции.

Отделение очищенной воды фильтрованием на мембранах вместо отстаивания решает проблему «вспухания» активного ила, и вызванного этим выноса взвешенных веществ, содержащих в своем составе органику, азот и фосфор, а также проблему вымывания активного ила. Таким образом, уменьшается зависимость системы от влияния внешних факторов.

Размер пор ультрафильтрационных мембран обеспечивает 100% удаление взвешенных веществ и других загрязнений размером более 0,01 – 0,05 микрон, а также обеспечивает практически полное обеззараживание сточных вод за счёт удаления бактерий и вирусов.

Автоматизация основных технологических процессов существенно упрощает эксплуатацию очистных сооружений (в Европе очистные сооружения до 5’000 м3 в сутки обслуживает один оператор). Возможна также диспетчеризация и удаленное управление системой.

Основным ограничением использования мембранных технологий являются несколько более высокие эксплуатационные затраты.

Несмотря на огромное количество аргументов в пользу технологии МБР, мембранные методы очистки сточных вод не вытесняют полностью традиционные технологии, они занимают свою нишу в области сооружений малой и средней производительности, в особенности, при наличии дополнительных требований к качеству очистки или к компактности.

Технология МБР в основном применима для средних и малых населенных пунктов, и при грамотной реализации она демонстрирует эффективную очистку сточных вод до установленных нормативов, и обеспечивает надежную, стабильную работу очистных сооружений.

Также внедрение технологии МБР может быть актуально и для больших ОСК. В частности для населенных пунктов, рост численности жителей которых превысил прогнозный, характерна проблема отсутствия свободных площадей для расширения ОСК. В этом случае переход на технологию МБР, с возможностью увеличить производительность за счет интенсификации процесса биологической очистки, а не физического увеличения размеров емкостей, является идеальным вариантом.



Комментировать