Екологія / 2. Екологічні та метеорологічні проблеми великих міст та промислових зон

Сухоминська Н. В., Дичко А. О.

Національний технічний університет України „Київський політехнічний інститут”

Вирішення проблеми забруднення водойм за рахунок інтенсифікації очищення стоків підприємств

В умовах інтенсивного розвитку всіх галузей економіки – промисловості, енергетики, сільського і комунального господарств відбувається значне збільшення водоспоживання, а отже зростає кількість стічних вод. Останні, потрапляючи в поверхневі й підземні джерела вод, забруднюють їх шкідливими токсичними домішками, небезпечними для життя людини, внаслідок чого скорочуються і без того обмежені резерви прісної води. Тому збереження й охорона водних ресурсів від виснаження та забруднення – одна з найважливіших проблем людства. Особливо великого значення останнім часом набула охорона водойм від забруднення стічними водами промислових підприємств, основна частина яких розташована у великих містах. Адже існує ще немало підприємств, особливо в харчовій галузі, які продовжують випускати неочищені або недостатньо очищені стоки. Забруднення водойм вони компенсують штрафами, але виплачені гроші не можуть створити нову якісну прісну воду, тому потрібно замість скидання забруднених вод застосовувати якнайбільш ефективні системи очищення.

Практично вся використана на підприємствах вода містить органічні забруднення (нітрати, сульфати, хромати, аміакати тощо), видалити які в більшості випадків можливо лише з допомогою біохімічного очищення. Але теперішні традиційні системи останнього недостатньо ефективні. Таким чином, в умовах зростаючого об'єму стічних вод при незмінності водних ресурсів особливо гостро постає питання інтенсифікації існуючих способів біохімічного очищення стоків.

Одним з найперспективніших з них є спосіб з використанням мембранних технологій. Його ефективність по зниженню з ХСК складає 80 – 90 %, з БСК – 98,7 – 99,7 %, по амонійному азоту – 98,5 – 99,8 %, що є недосяжним для традиційних споруд біологічного очищення [1].

Мембранні біологічні реактори набувають все більшої актуальності у зв'язку з необхідністю мінімізації габаритів біологічних очисних споруд для обробки концентрованих стічних вод. Це зумовлено тим, що вони містять велику концентрацію (до 40 г/л) активної біомаси, що забезпечує постійний ефект очищення з ХСК і БСК при високих навантаженнях при зменшенні споживання кисню та об'єму осаду [4].

Мембранне розділення, в якості елементу технологічного ланцюга, доцільно включати безпосередньо в процес біохімічного очищення стічних вод замість вторинних відстійників. При цьому слід враховувати, що умови і параметри роботи біореактора в мембранних системах суттєво відрізняються від роботи аеротенків з вторинними відстійниками. Мембрани розділяють гідравлічний час перебування рідини в біореакторі та час перебування твердої фази (мікрорганізмів активного мулу і зважених частинок вихідної стічної води). В результаті система стає стійкою до коливань якісних та кількісних характеристик очищуваного стоку, зберігаючи незмінну високу якість очищуваної води [1].

Отже, мембранні біореактори володіють перевагами, які роблять їх альтернативою іншим методам очищення. Перш за все, це затримання всіх зважених речовин і частини розчинених компонентів стічних вод в біореакторі, що виключає стадію гравітаційного розділення мулових сумішей у вторинних відстійниках, забезпечуючи при цьому якість води, яка відповідає найсуворішим вимогам на скид чи для повторного використання. Можливість затримання бактерій та вірусів забезпечує відносну стерильність вихідної води, спрощення остаточної дезинфекції та ліквідацію побочних продуктів знезараження. Розділення часу перебування води з часом перебування твердої фази та роздільне управління віком активного мулу і часом перебування дозволяє корінним чином змінити параметри роботи біологічних реакторів – накопичити в реакторі підвищені концентрації активного мулу, в тому числі і ті види мікрорганізмів, що повільно ростуть (нітрифікатори, мікрорганізми, які окиснюють біорезистентні сполуки тощо), збільшити вік активного мулу при великих гідравлічних навантаженнях на біореактор (за малого часу перебування вихідної води). Затримання зважених речовин вихідної води в біореакторі подовжує їх контакт з мікрорганізмами до тих пір, поки вони повністю не піддадуться біологічній деструкції. В традиційних системах ці речовини вимиваються з біореактору разом з частиною активного мулу. Це підвищує стійкість системи до коливань концентрацій забруднень у вихідній воді завдяки гарній адаптації біоценозів і незалежності від седиментаційних характеристик активного мулу [1].

Таким чином, при розділенні мулової суміші на мембранах, крім зменшення розмірів площ, які займають біологічні реактори внаслідок підвищення концентрації біомаси в реакторі, відбувається також збільшення її віку та продуктивності установок, забезпечується глибоке очищення стічних вод від біогенних сполук та мінімальний об’єм утворення надлишкового активного мулу [2, 5]. В той же час існують недоліки застосування мембранних біореакторів, одними з яких є їх висока вартість і небезпека засмічення, хоча останній процес вивчений і може бути керованим. Наприклад, якщо змонтувати мембранну установку на дні аеротенку над аератором, то потік пухирців повітря від нього забезпечить постійне очищення робочої поверхні мембран від відкладень, попереджуючи таким чином їх біообростання [3, 6]. Що стосується їх високої вартості, то поява на ринку мікрофільтраційних мембран нового покоління з високою проникністю і низьким опором корінним чином змінило цю ситуацію [1].

Якщо фільтрування проводиться при швидкостях потоку 3 – 5 м/с, то виникає ще один недолік мембранної технології розділення мулової суміші – зростання питомих енерговитрат під час очищення до 3 – 8 кВтгод/м³. Цього можна уникнути, наприклад, застосовуючи конструкцію мембранного модулю, що працює під вакуумом у вигляді пакету вертикально розташованих на відстані 5 – 10 мм один від одного плит розміром 0,4∙1,0 м. Це забезпечує зниження питомих витрат електроенергії до 0,15 – 0,4 кВтгод/м [3].

Список літератури:

1. Швецов В. Н., Морозова К. М., Нечаев И. А. Теоретические и технологические аспекты применения биомембранных технологий глубокой очистки сточных вод // Водоснабжение и санитарная техника. – 2006. – №12. – С. 25 – 30.

2. Naundorf E. А. Enhancing ecology management by effective and economical treatment and recycling of sewage and industrial wastewaters for healthy and economical re-use. // 1 International Scientific-Technical Conference «Ecology and Life Protection of Industrial-Transport Complexes», Togliatti City, 11-14 Sept.: ELPIT – 2003: Proceedings. – Тольятти: Изд-во ТолГУ. – 2003. – С. 9 – 13.

3. Kraft A., Mende U. Niedrigenergie–Membranverfahren zum Biomassenruckhalt in Abwasserreinigungsanlagen. // F and S: Filtr. und Separ. – 1995. – 9, № 6. – C. 244, 245 – 246, 248 – 250, 252 – 254.

4. Lacoste В., Brakides C., Rumeau M. Etude d'un reacteur aerohie a culture coucentree couple a une separation par micro ou ultra-filtration taugeutielles sur membranes minerales. Premiere approche d'une application en depollution. // Rev. sci. eau. – 1993. – 6, № 4. – C. 363 – 379.

5. Zhang Bao-jie, Wang Gang, Shi Yu-ming // Harbin jianzhu daxue xuebao=J. Harbin Univ. Civ. Eng. and Archit. – 2002. – 35, № 4. – С. 56 – 59.

6. Lubbecke S. Niedrig-Energie-Membransystem fur die biologische Awasserreinigung. // Chem.-Ing.-Techn. – 2000. – 12, № 5. – C. 521 – 525.