Мембранные биореакторы

Описание

Мембранные биореакторы — это современная технология очистки сточных вод, сочетающая биологическое разложение загрязнений с мембранной фильтрацией без использования традиционных вторичных отстойников.

Принцип работы

Процесс работы биореактора состоит из следующих этапов:

1. Подача стоков в аэротенк, где микроорганизмы разлагают органические загрязнения.
2. Циркуляция смеси воды и активного ила к мембранному модулю.
3. Отделение очищенной воды через поры мембраны.
4. Возврат концентрированного активного ила в аэробный реактор для повторного использования.
5. Удаление избыточного ила при необходимости для поддержания оптимальной концентрации MLSS.

Конструкция и типы мембран

Основные конфигурации мембранных модулей:

• Плоские листы — просты в обслуживании, но занимают много места.
• Трубчатые — устойчивы к засорению, подходят для сильно загрязненных сточных вод.
• Волокнистые — обеспечивают высокую удельную поверхность фильтрации и компактность.

Преимущества мембранных биореакторов

Ключевые достоинства технологии мембранных биореаторов:

• Высокое качество очищенной воды (BOD и взвешенные вещества ниже 5 мг/л).
• Компактность установки (площадь в 2–4 раза меньше стандартных схем).
• Низкое содержание взвешенных веществ и вирусов в пермеате.
• Высокая концентрация активного ила для эффективной работы при пиковых нагрузках.
• Автоматизация и снижение трудовых затрат на обслуживание.

Области применения

Мембранные биореакторы находят широкое применение в самых разных отраслях благодаря высокой эффективности очистки, компактности и возможности повторного использования воды.

Муниципальные очистные сооружения

Очистка сточных вод городов, поселков и коттеджных районов с выдачей пермеата, соответствующего строгим экологическим нормам.

Промышленность

Пищевая и напитковая отрасль, фармацевтика и биотехнологии, текстильная и кожаобрабатывающая промышленность, химическая и нефтехимическая.

Системы повторного использования воды

Ирригация сельхозугодий, полив газонов и декоративных насаждений, подпитка технических циклов в промышленности и охлаждение оборудования.

Коммерческие и жилые объекты

Очистка стоков от гостиниц, торговых центров, офисных зданий и многоквартирных домов с рекуперацией воды для хозяйственных нужд.

Ливневые и смешанные стоки

Разделение и очистка дождевых и талых вод, а также смешанных городских стоков с высоким содержанием взвешенных веществ и органики.

Удалённые и мобильные установки

Монтаж МБР в контейнерном исполнении для обеспечения очистки и водоснабжения вахтовых поселков, стройплощадок, полевых лагерей и при ЧС.

Специальные задачи

Очистка фильтрата полигонов ТБО, переработка сточных вод птицефабрик и свиноводческих комплексов, подготовка питьевой воды в экстремальных условиях.

Выбор и проектирование

При проектировании биореактров учитываются следующие факторы:

• Объем и состав стоков.
• Требуемое качество пермеата.
• Тип и конфигурация мембранного модуля.
• Гидродинамическая и воздухообменная схемы реактора.
• Методы гидравлической и химической промывки мембран.

Эксплуатация и техническое обслуживание

Перед введением системы в эксплуатацию проверяют целостность всех модулей и узлов: мембранных кассет, насосов, трубопроводов и клапанов, уделяя особое внимание герметичности соединений и отсутствию протечек. Реактор заполняют оборотной или чистой водой, после чего плавно вводят аэрацию и закладывают активный ил с концентрацией MLSS порядка 3–6 г/л, постепенно доводя её до проектных значений. В этот же период настраивают дозирование питательных веществ и реагентов для корректировки pH, исходя из характеристик поступающих сточных вод.

В ходе нормальной эксплуатации важнейшим фактором является поддержание заданных технологических параметров. Следят за расходом очищаемых стоков, чтобы не превышать проектную нагрузку установки, контролируют перепад давления на мембранах, который в рабочем режиме должен удерживаться в пределах 0,1–0,3 бар, и скорость фильтрации, оптимально укладывающуюся в диапазон 10–50 л/м²·ч. Концентрация активного ила обычно поддерживается на уровне 8–12 г/л, растворённый кислород в биореакторе должен находиться в интервале 2–4 мг/л, а температура и pH соблюдать границы 10–35 °C и 6,8–8,5 соответственно.

Ежедневный оперативный контроль включает измерение всех ключевых параметров и ведение журнала сменных записей. Оценивают объём пермеата, проводят лабораторный анализ его качества, фиксируют значения TMP, MLSS, DO, pH и температуры. Параллельно запускают программы обратной промывки и пульсации мембраны с периодичностью 15–30 минут, и выполняют визуальный осмотр агрегатов, уделяя внимание работе насосов и состоянию сигнализации аварийных режимов.

Очищение мембран осуществляется в два этапа: физическим и химическим. Физическая промывка включает регулярные циклы струёй оборотной воды и воздуха для удаления рыхлых отложений. При снижении проницаемости мембран и росте TMP свыше 0,4 бар проводят химическую очистку. Первый этап выполняют щелочным раствором для деструкции органических загрязнений, после чего применяют кислые промывки для удаления минеральных отложений. В завершение может использоваться окислительный раствор для дезинфекции. После каждого этапа мембраны тщательно промывают чистой водой до восстановления исходных показателей фильтрации.

Профилактическое обслуживание системы проводится по плану, снижающему риски незапланированных простоев. Еженедельно проверяют уровень химреагентов, состояние уплотнений и патрубков, чистоту предфильтров. Один раз в месяц калибруют расходомеры и датчики уровня, pH-метры и сенсоры растворённого кислорода. Ежеквартально инспектируют и смазывают клапаны, насосы и редукторы, а также при необходимости меняют картриджи предочистки. Раз в год проводят остановку установки для детальной инспекции всех узлов и при падении производительности мембран более чем на 30 % заменяют изношенные модули.

Для бесперебойной работы комплекса хранят запас мембранных кассет, уплотнений, насосных узлов, клапанов, датчиков давления и расходомеров, а также химреагентов для CIP и фильтрующих картриджей предфильтров. Наличие этих компонентов позволяет оперативно устранять мелкие поломки и проводить плановые промывки без простоев.

Мембранные биореакторы представляют собой эффективное и компактное решение для высококачественной очистки сточных вод. Интеграция биологических процессов и мембранной фильтрации обеспечивает надежную защиту окружающей среды и открывает перспективы повторного использования ресурса.