1.4. Перспективные технологии биологической очистки сточных вод[23, 24]

Как уже говорилось, в настоящее время повысились требования к качеству сточных вод, сбрасываемых в водные объекты.

Традиционные технологии биологической очистки в аэротенках или биофильтрах уже не обеспечивают этих требований, что вызывает необходимость строительства дополнительных дорогостоящих сооружений глубокой доочистки биологически очищенных сточных вод, стоимость которых составляет до 30 % стоимости всего комплекса очистных сооружений.

Современные сооружения биологической очистки сточных вод являются сложной системой технологических элементов различного назначения, работающих в тесной взаимосвязи. Они включают: биологические реакторы (аэротенки, нитрификаторы, денитрификаторы, дефосфаторы), работающие по различным схемам; первичные и вторичные отстойники (или другие устройства для отделения твердой фазы); системы аэрации; системы рециркуляции (эрлифты насосные установки, мешалки). Улучшить параметры работы комплекса сооружений биологической очистки можно оптимизационными расчетами по специальной методике, разработанной НИИ ВОДГЕО. Методика основана на уравнениях ферментативной кинетики и базе данных по кинетическим константам окисления наиболее часто встречающихся компонентов загрязнений городских и производственных сточных вод (нефтепродукты, СПАВ, жиры, красители, соединения азота и др.). Она позволяет на стадии проектирования или реконструкции комплекса сооружений биологической очистки минимизировать объемы всех элементов очистных сооружений при максимально возможной степени очистки сточных вод по всем компонентам загрязнений.

Недостатком традиционных технологий биологической очистки являются относительно большие объемы очистных сооружений (аэротенков и вторичных отстойников) и степень очистки, которая не всегда удовлетворяет современным требованиям к сбросу очищенных сточных вод в водные объекты.

В России имеются оригинальные научные разработки в этой области. В течение ряда лет в НИИ ВОДГЕО разрабатывается биотехнологический метод глубокой очистки сточных вод (биосорбция), основанный на совмещении в пространстве и во времени процессов адсорбции загрязнений активированным углем и их биологического окисления (биорегенерация). Сущность метода состоит в адсорбции загрязнений из воды активированным углем.

Биосорбционный метод предназначен для очистки сточных и др. вод. Он обеспечивает эффективное удаление как биоразлагаемых, так и биорезистентных, токсичных и канцерогенных веществ (нефтепродукты, хлорорганические и фосфорорганические соединения, соединения азота и др.), что недостижимо ни традиционными методами, ни отдельно мембранными методами.

За последние годы достижения в области нанотехнологий привели к разработке и производству новых типов ультрафильтрационных мембран низкого сопротивления. Это создало предпосылки для создания принципиально новых гибридных технологий, сочетающих новые биологические и мембранные технологии, что может обеспечить скачок в области водоподготовки и очистки сточных вод. За рубежом биомембранные технологии уже начинают использоваться на объектах средней производительности в жилищно-коммунальном хозяйстве, для глубокой очистки сточных вод предприятий текстильной, пищевой и др.

Использование микрофильтрационных мембран в сочетании с биотехнологическими методами обеспечивает: полное удержание микроорганизмов в биореакторах, создавая условия для многократного увеличения концентрации активной биомассы, адаптации микроорганизмов; эффективное отделение биомассы от очищенной воды, исключая степени отстаивания и фильтрования в схемах обработки сточных вод; эффективное удержание в биосорбционном реакторе порошкообразного сорбента, что существенно снизит эксплуатационные и капитальные затраты, повысит эффективность этого процесса; обеззараживание и дезинфекацию воды, исключив, таким образом, необходимость ее дорогостоящего хлорирования, приводящего к образованию в очищенной воде опасных канцерогенных хлорорганических соединений. Биомембранные технологии позволяют увеличить производительность сооружений очистки сточных вод в 1,5-4 раза. Эти технологии способны улучшить эффективность удаления из сточных вод биорезистентных, токсичных и канцерогенных загрязнений.

Важным аспектом биомембранных технологий является возможность разобщить время пребывания воды в реакторе с временем пребывания твердой фазы (микроорганизмов активного ила и взвешенных частиц исходной сточной воды), что невозможно в традиционных системах биологической очистки. Это позволяет коренным образом изменить параметры работы биореакторов: накопить в реакторе повышенные концентрации активного ила, в том числе и медленно растущие виды микроорганизмов (нитрификаторы, микроорганизмы, окисляющие биорезистентные соединения), а также увеличить «возраст» активного ила при высоких гидравлических нагрузках на реактор (малом времени пребывания исходной воды). Задержание взвешенных частиц исходной воды в биореакторе продлевает их контакт с микроорганизмами до тех пор, пока они полностью не подвергнутся биологической деструкции. В традиционных системах эти частицы вымываются из биореактора вместе с частью активного ила.

Повышение интенсивности и глубины очистки в биореакторах за счет применения мембран существенно уменьшает площади, занимаемые сооружениями, сокращает объем биореактора и исключает из схемы очистки отстойники. Биомембранные системы позволяют легко осуществлять реконструкцию очистных сооружений, поскольку половолоконные мембранные блоки не требуют дополнительных помещений, а могут быть погружены непосредственно в аэротенки.

Создание гибридных биосорбционно-мембранных технологий представляется одним из наиболее перспективных направлений в области доочистки биологически очищенных сточных вод. Дополнение биосорберов мембранными микрофильтрационными элементами дает возможность заменить гранулированные биоактивные угли порошкообразными (более дешевые, имеющие более высокие адсорбционные характеристики), упростить конструктивные решения, повысить производительность сооружений.

Сегодня Россия отстает в этой области от передовых западных стран, где исследования по перспективным направлениям интенсивно проводятся более десяти лет. Более 15 лет назад отсутствовала возможность проведения перспективных исследований. Тем не менее, с 2003 г. в НИИ ВОДГЕО проводятся исследования по всем основным направлениям применения биомембранных технологий: биологическая очистка городских и производственных сточных вод, доочистка биологически очищенных сточных вод и др.