автореферат диссертации по строительству, 05.23.04, диссертация на тему:Очистка сточных вод в мембранном биореакторе

На правах рукописи

□□3448В^и

Киристаев Алексей Владимирович

ОЧИСТКА СТОЧНЫХ вод В МЕМБРАННОМ БИОРЕАКТОРЕ.

05 23 04 - Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 6 О ИТ 2008

Москва - 2008

003448620

Работа выполнена в открытом акционерном обществе Ордена Трудового Красного Знамени комплексном научно-исследовагельском и конструкторско-технологическом институте водоснабжения, канализации, гидротехнических сооружений и инженерном гидрогеологии «НИИ ВОДГЕО» (ОАО «НИИ ВОДГЕО»)

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Швецов Валерий Николаевич

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Стрелков Александр Кузьмич

кандидат технических наук Соколова Елена Васильевна

Ведущая организация ГУП «МосводоканалНИИпроем» 1 Москва

Защита состоится «12» ноября 2008 г в 13~, на заседании диссертационного совета ДЗОЗ 004 01 при ОАО «НИИ ВОДГЕО» по адресу Комсомольский проспект, 42, стр 2, г Москва, Г-48, ГСП-2, 119048

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОАО «НИИ ВОДГЕО», тел (499) 245-95-53, (499) 245-95-56, факс (499) 245-96-27

Автореферат разослан октября 2008 г

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

К>лппп Ю Я

Основные условные обозначения МБР - мембранный биореактор, МФ - микрофильтрация, УФ - ультрафильтрация, ТМД - трансмембранное давление .!„ - нормализованный поток через мембрану .^-удельный поток через мембрану

Цша!- максимальная удельная скорость роста микроорганизмов

Ушах - максимальная удельная скорость окисления субстрата

Кт - константа Михаэлиса

5 - концентрация субстрата

Е - концентрация фермента

5 - зочьность активного ила

Х - концентрация микроорганизмов

ц - удельная скорость роста микроорганизмов

р - удельная скорость окисления субстрата

У - экономический коэффициент

а - константа торможения

<р - коэффициент ингибирования продуктами распада активного ила

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

К недостаткам традиционных технологий биологической очистки относятся 01 носительно большие объемы очистных сооружений (аэротенков и вторичных отстойников) и степень очистки, которая не все1да удовлетворяет современным гребованиям к сбросу очищенных сточных вод в водные объекты Потенциальные возможности традиционных процессов биологической очистки с активным илом оказались практически исчерпанными Дальнейшее радикальное улучшение характеристик биотехнологий возможно путем применения принципиально новых решений

Коренное улучшение технико-экономических характеристик биотехнологий очистки сточных вод весьма перспективно в направлении создания гибридных технологий, максимально использующих доеюиныва биоло1 ических методов и мембранного филырования

Актуальность представленной работы состоит в том, что на данный момент только технология с использованием мембранных биореакторов (МБР) позволяет радикально усовершенствовать технико-экономические характеристики процесса биологической очистки и одновременно является решением проблемы доочистки В России нет аналогичных установок, исследования в этом направлении практически не проводились, а в зарубежной литературе имеются лишь фрагментарные общие сведения о технологических параметрах работы мембранных биореакторов

Цели и задачи работы

Цель работы состояла в создании эффективной технологии глубокой биологической очистки сточных вод с применением мембранной микро- и ультрафильтрации, а также в разработке методики расчета МБР Для реализации поставленной цели были определены следующие задачи

- исследовать основные закономерности и особенности процессов очис!ки сточных вод в МБР,

- определить кинетические зависимости удаления органических соединений и соединений азота (нитрификация) от качества очищенной воды, концентрации активного ила при различных периодах аэрации в МБР,

- определить оптимальные гидравлические и технологические параметры процесса биологическом очистки с применением МБР,

- обосновать целесообразность и эффективность применения технологии с использованием МБР для очистки сточных вод,

- исследовать возможность и эффективность доочистки биологически очищенных сточных вод в МБР

Научная новизна работы заключается в следующем

- научно обоснованы и экспериментально подтверждены технологические преимущества глубокой биологической очистки сточных вод в МБР,

- показано, что разработанный метод очистки в МБР может применяться для обработки неосветленных городских сточных вод в условиях существенного колебания их состава,

- установлена взаимосвязь параметров и условий рабо1ы мембран с технологическими параметрами работы биореактора,

- показана высокая стабильность процесса очистки в МБР в условиях существенною колебания состава городской сточной воды,

- экспериментально установлена высокая эффективность очистки городской сточной воды от органических загрязнений по ХПК - 80-90%, по БПК - 98,7-99,7%, по аммонийному азоту - 98,5-99,8% и взвешенным веществам при температуре от 8 до 23°С, периоде аэрации от 2,5 до 10,3 часов и при более высокой производительности (в 3-4 раза) по сравнению с традиционными аэротенками,

- показано, что в МБР процессы биологического окисления органических загрязнений и соединений азота адекватно описываются уравнениями ферментативной кинетики Для городской сточной воды найдены кинетические константы и коэффициенты, необходимые для расчета МБР с достижением заданного качества очищенного стока,

- определены и технологически аргументированы оптимальные параметры процесса в биореакторе с мембранами (доза ила не более 8 г/л, продотжительность обработки городских сточных вод не менее 4,5-5 часов), а также мембранных блоков - оптимальная величина удельного потока псрмеата 0,3-0,35 м3/м2 сут

Практическая ценность

- Впервые теоретически и экспериментально обоснованы преимущества и условия применения МБР для очистки сточных вод с достижением качества очищенного стока до нормативов ПДК рыбохозяйственного водоема (по ВПК, взвешенным веществам, соединениям азота) без дополнительной ступени доочистки

- Разработана методика расчета МБР для глубокой биологической очистки сточных вод

- Разработаны рекомендации на проектирование станции очистки городских сточных вод производительностью 30000 м3/сут с использованием МБР

- Разработанная технология и метод расчета МБР могут быть использованы при проектировании и реконструкции систем очистки городских и производственных сточных вод

Достоверное гь полученных результатов подтверждается большим объемом и длительностью экспериментальных исследований на лабораторных и пилотных установках с реальными сточными водами в различные сезоны года, сходимостью расчетных и экспериментальных результатов, применением е1андартизированных методов измерений и анализа, статистической обработкой результатов

Обоснованность предлагаемых технологических и конструктивных решений подтверждена лабораторными и полупроизводственными испытаниями с реальными сточными водами Апробация работы и публикации

- Основные результаты данной работы докладывались на 7-ом Международном конгрессе "ЭКВАТЕК-2006" (июнь 2006 г), Международной научно-практической конференции «Биотехнология Вода и пищевые продукты» (март 2008 I), Конференции международной водной ассоциации «Мембранные технологии в водоподготовке и очистке сточных вод» (июнь 2008 1), 8-ом Международном котрессе "ЭКВАТЕК-2008" (июнь 2008 I)

- По теме выполненных исследований опубликовано 8 работ, в том числе 2 статьи в журнале, рекомендованном ВАК

Реализация результатов исследований

По разработанным рекомендациям выполнен проект городских очистных сооружений г Шад-ринск Кур1 анской области производительностью 30000 м3/сут

На защиту выносятся Результаты теоретических и экспериментальных исследований по

- изучению основных закономерностей и зависимостей окисления органических загрязнений сточных вод в МБР, в условиях полного удержания биомассы в объеме биореактора,

- определению кинетических констант и коэффициент уравнений ферментативных реакций, используемых для описания процессов окисления органических соединений в МБР,

- определению оптимальных технологических параметров работы МБР,

- определению взаимосвязи параметров и условий работы используемых в МБР мембран с технологическими параметрами работы биореактора,

- методика расчета МБР для глубокой биологической очистки сточных вод Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных выводов, списка литературы и приложения Библиография включает 138 источников, вт ч 126-на иностранном языке Общий объем диссертации 135 страниц, 41 рисунок и 7 таблиц Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, и сформулированы цель и задачи исследований, ее научная новизна и практическая значимость, а также основные положения диссертации, вынесенные на защиту

Глава 1 «Современное состояние вопроса биологической очистки сточных вод с применением мембранных биореакторов». Первоначально мембраны использовались как эле-

мент доочистки сточных вод после вторичного отстойника Они обеспечивали удаление из воды взвешенных веществ и части коллоидных соединений При этом никакого влияния на параметры работы биологического реактора они не оказывали В настоящее время наблюдается тенденция расширения применения МБР для очистки как городских, так и промышленных сточных вод

В разделе 1 1 представлен анализ литературных данных, приведены конструктивные решения МБР, а также прогнозы темпов роста европейского рынка мембран, которые указывают на ежегодное увеличение количества (в среднем на 10%) вводимых в эксплуатацию МБР с наиболее перспективными погружными системами

В разделе 1 2 приведены техноло1 ические решения МБР для очистки еючных вод, отмечены особенности биологической очистки сточных вод с применением МБР Анализ отечественных и зарубежных источников показал, что для очистки сточных вод наиболее эффективно реа-лизовывать биологическую очистку в МБР с погружными половолоконными микро- и ультрафильтрационными мембранами Несмотря на большое число научных работ, вопросы изменения проницаемости мембран в системах с активным илом и их регенерации, изменения кинетических характеристик биоценоза активно! о ила в МБР при накоплении высокомолекулярных соединений в системе, освещены недостаточно, что потребовало проведения специальных исследований Глава 2 «Особенности процессов биологической очистки сточных вод в МБР» В разделе 2 1 представлен анализ теоретических предпосылок использования метода очистки сточных вод с применением МБР, а также методов их математического описания

Процессы биологической очистки сточных вод являются результатом метаболической деятельности микроор!анизмов, основу которых составляют реакции, ка!ализируемые ферментами как внутри клетки, так и за ее пределами Математическое описание кинетики ферментативных реакций основапо на предположении о существовании комплекса фермента с субстратом и зависимости скорости реакции от скорости распада этого комплекса с образованием продукта реакции и свободного фермента Согласно этой гипотезе для ферментативных реакций, протекающих по схеме1

E+S о ES <=> Е+Р (2-1)

Михаэлисом и Ментен выведено известное уравнение

V S

Т/ — max

Согласно этому уравнению зависимость скорости реакции от концен грации органически о вещества выражается гиперболическои функцией

При субстратном торможении скорость реакции выражается уравнением

V V

У = т- —(2-3)

K,tl+S + .

Кта

Скорость роста биомассы (ц) описывается уравнением аналогичным уравнению Михаэли-са-Ментен

M = J^ (2-5)

s+Km <J:>J

где скорость роста (|д) выражается уравнением

X dt

а скорость прироста биомассы равна

1 Нумерация таблиц, рисунков и формул принята в соответствии с диссертацией 6

где X - концентрация микроорганизмов В популяции микроорганизмов имеется целый спектр исходных медленнорастущих видов, замещение ими исходных форм приводит к перестройке популяции Один вид (А) вытесняет другой (В) при условии ца> цв Давление отбора (о) характеризуется как разница в удельных скоростях роста рассматриваемых видов

сг = //и-^„, (2-15)

При отсутствии лимитирования процесса концентрацией субстрата, скорости роста и скорости окисления близки к максимальным и отбор происходит в пользу микроорганизмов, растущих с максимальной скоростью

При высоких концентрациях субстрата имеются спектры видов, растущих со скоростью и ц„, причем рв

Согласно уравнению 2-1 можно записать

А. = М^/(Кит+3), (2-16)

М,=М^/(Квт+Б), (2-17)

Основным параметром, определяющим вид популяции микроорганизмов, при постоянном расходе сточных вод и достаточно высоком экономическом коэффициенте (Уа£Ув), является величина максимальной скорости роста Давление отбора определяется разницей максимальных скоростей роста

<г= Ниш-Нт ах, (2-29)

Таким образом, в биоценозе активного ила при окислении легкоокисляемого органического субстрата с высоким экономическим коэффициентом происходит автоматическое выделение наиболее быстрорастущих видов, обладающих наиболее высокими максимальными скоростями роста и окисления

В реакторе в режиме глубокой очистки, когда концентрация субстрата обычно низкая, 5в>>5', (5«КШ„ и 5«Кьт), можно допустить Кат+8=К,т, и Кет+8ёКт, В этом случае скорости роста рассматриваемых видов ниже максимальных (/ла«(1ата< и /4.<<//„„,„) и их величина в основном определяется величиной параметра К„

Кв- (2-30)

Когда Уа и У„ —>0, отбор видов идет по минимальной величине константы К.т, поэтому автоселекция и отбор видов направлены на уменьшение константы Кт

Наиболее доступными и эффективными в инженерном плане явились методы интенсификации, основанные на увеличении биомассы активного ила Эти методы внедрялись одновременно с решением проблемы разделения концентрированных иловых смесей или удержания биомассы в реакторах

Бактерии, осуществляющие глубокое удаление трудноокисляемых и биорезистентных органических веществ, обладают низкими скоростями роста Удаление трудноокисляемых органических веществ на сооружениях биологической очистки со свободноплавающим активным илом часто не дает должного результата по причине вымывания из системы микроорганизмов, окисляющих эти вещества, но имеющих низкие скорости роста Наиболее эффективным способом удержания в объеме реактора таких микроорганизмов является использование мембран Поэтому погружные мембраны представляют большой интерес с точки зрения разработки методов глубокой очистки сточных вод

В разделе 2 2 основное внимание уделено особенностям работы мембранных блоков в системах биологической очистки Видовой состав активного ила специфичен и индивидуален для каждо! о вида сточных вод и, главным образом, определяется качественным и количественным составом загрязнений, а также степенью очистки Характеристики фильтруемой воды существенно влияют на степень забивания мембран в любых мембранных системах В МБР фильтруемой средой является активный ил, состав которого очень сложен Механизмы задержания и забивания в основном обусловлены адсорбцией на слое кека или отложением внутри пор мем-

браны. Во многих случаях накопление кека (слоя осадка) является основным механизмом забивания мембран в МБР.

Процесс забивания мембран в значительной степени определяется технологическими режимами работы биологической ступени МБР, гидродинамической обстановкой в реакторе, а также параметрами и схемой фильтрования, перепадом трансмембранного давления (ТМД) и скоростью фильтрования. Несмотря на большое число публикаций, единая точка зрения на взаимосвязь интенсивности забивания мембран с параметрами работы биологического реактора до сих пор отсутствует, что также требует проведения экспериментальных исследований.

В главе 3 описаны модели лабораторных мембранных биореакторов и приведена методика экспериментальных исследований в соответствии с поставленными задачами.

Исследования проводилась в непрерывно-проточных условиях на лабораторных и пилотной установках МБР с модельными и реальными сточными водами от производства картофельных чипсов и городскими сточными водами (г. Подольск). Были созданы автоматизированные испытательные стенды МБР со свободноплавающей микрофлорой, оборудованные гю-ловолоконными микрофильтрационными мембранами с размером пор 0,22 мкм, а также пилотная установка производительностью до 240 л/сут с ультрафильтрационным половолоконным

Рис. 3.2.2. Схема и общий вид пилотной установки. 1,- сетчатый фильтр; 2.- питающий насос; 3.- насос отбора проб; 4.- мембранный биореактор; 5,- мембранный модуль; 6.- воздушный компрессор; 7 — рабочий насос; 8,- линия обратной промывки; 9,- блок управления; 10. термометр; 11 .-датчик уровня; 12,- датчик рН-метра; 13.- емкость очищенной воды.

Параллельно по традиционной схеме работала установка аэротенк с отстойником.

Эксперименты проводились в непрерывно-проточном режиме в течение длительного времени (от 50 до 350 сут), контроль работы установок осуществлялся на основе стандартных методов анализа, результаты которых подвергались статистической обработке. Кинетические параметры зависимое гей определялись графо-аналитическим методом.

Пилотная установка была смонтирована на очистных сооружениях г. Подольска в здании решеток. Установка работала более 12 месяцев. Подача исходной сточной воды производилась непосредственно из канала после механических решеток. Эффективная фильтрационная площадь ноловолоконных мембран (с размерами нор - 0,04 мкм) составляла 0,93 м". ТМД поддерживалось в пределах 0,5-5 м. вод. ст.

Процесс фильтрования осуществлялся в циклическом режиме (фильтрация - обратная промывка-фильтрация) с различной частотой. Режимы фильтрования варьировались в диапазоне 600-1800 с (фильтрование), обратная промывка осуществлялась в течение 30 с.

В главе 4 «Экспериментальные исследования» изложены результаты экспериментальных исследований.

Раздел 4.1 посвящен оценке принципиальной возможности использования мембранной микрофильтрации для доочистки биологически очищенной воды, определению роли мембранной фильтрации в процессе доочистки в условиях полного удержания биомассы в биореакторе. Производственные сточные воды характеризуются высоким значением остаточной ХПК. Часто эти стоки имеют высокую цветность. Нередко требуется ступень доочистки для дополнительного снижения ХПК, а традиционные биологические методы доочистки не способны удалять остаточные концентрации загрязнений по ХПК. взвешенные вещества, цветность. В качестве субстрата была выбрана выходящая после вторичных отстойников вода от производства картофельных чипсов. Биологически очищенный сток характеризовался высокой цветностью 80140 гр. ПК111, ХПК - 35-120 мг/л, ВПК - 5-25 мг/л, азот аммонийный 2-12 мг/л. Результаты работы лабораторной установки по доочистке представлены на рис.4.1.1, 4.1.2, 4.1.4.

сутки

Исходная сточная вода й - после МБР

Рис. 4.1.1. Динамика изменения содержания органических загрязнений по ХПК.

Эффект очистки по ХПК за период исследований в мембранном биореакторе составил

25%.

Эффект очистки по цветности при установившемся режиме в МБР получен в среднем 15% (рис.4.1.2).

Я 140 ■

С 120 -

а

100 ■

л

ь

о во -

X

н 60 ■

ш

3 40 ■

20 ■

0 -

6 11 16 сутки

-Исходная сточная вода

21 26 после МБР

Рис. 4.1.2. Динамика изменения цветности в процессе доочистки биологически очищенной воды в МБР В процессе доочистки в лабораторной установке МБР имела место нитрификация (рис.4.1.4), которая осуществлялась за счет накопления в МБР биомассы активного ила и, соответственно, тарификаторов.

2 7 Е

ь 6

0

т гл 5

>5

1 4

>5

1 з-1

О 12 < Н

сутки

-Исходная сточная вода

21

После МБР

Рис. 4.1.4. Динамика изменения азота аммонийного ]

Концентрация активного ила возросла с 0,08 г/л до 0,8 г/л. Содержание взвешенных ве- | ществ в выходящей воде после мембранных биореакторов снижается практически до 0 мг/л.

К концу эксперимента внутри МБР концентрация органических загрязнений по ХПК достигла 270 мг/л, а цветность - 190 град. ПКШ. Вероятно, это биологически стойкие соединения в коллоидной форме, поскольку они задерживаются мембраной.

Материальный баланс по ХПК показал, что при доочистке в МБР окисляется 20.9% из но- | ступившей органики, 3,5% накапливается в виде коллоидов и 75,6% выходит с очищенной водой. I

Анализ результатов лабораторных исследований по доочистке биологически очищенных I сточных вод указывает, что применение одной мембранной фильтрации даже при наличии активного ила на стадии доочистки не обеспечивает достаточно глубокого окисления остаточных биорезистентных органических веществ (гуминовых, фульвокислот и др.). Остаточная ХПК снижается на 24,4%, цветность - всего на 17,4%.

В то же время, МБР обеспечивает снижение азота аммонийного на 65%, глубокое удаление взвешенных веществ на 95-99%, что позволяет получить очищенную воду, удовлетворяющую современным нормативам по взвешенным веществам (до 3 мг/л).

В разделе 4.2 представлены результаты лабораторных исследований на имитатс сточной воды. Цель данной работы заключалась в сравнительной оценке технологических преимуществ метода очистки сточных вод в МБР с традиционной схемой. В качестве органического субстрата использовался ацетон (источник углерода) с добавлением биогенных элементов. Параллельно работал аэротенк с активным илом. Расход сточной воды на аэротенк изменялся от 2,5 до 7 л/сут. Расход воды на МБР в среднем составлял 8 л/сут. Снижение концентрации органических загрязнений по ХПК в МБР и аэротенке представлено графически на рис. 4.2.1.

400

2

с 300 X

200 100 0

615

Шщ Шр

322,3

21 ЗУ I I

Исходная вода

МБР

Аэротенк

□ 1 режим

П2 режим

Рис. 4.2.1. Концентрация органических загрязнений по ХПК (усредненные данные)

до и после очистки

Эффективность очистки по ХПК за этот период в аэротенке составляла - 84%, в МБР -93%, причём окисление органических веществ происходит значительно глубже и с более высокими удельными скоростями окисления (рис.4.2.3).

ХПК очищенной воды, мг/л аэротенк «МБР

Рис. 4.2.3. Зависимость окислительной мощности от качества очищенной воды

Как видно из рис. 4.2.3 и 4.2.6 окислительная мощность (ОМ) в МБР по ХПК и аммонийному азоту в 3-4 раза выше ОМ азротенка при более высокой степени очистки.

о

о -I-1-1-1-1-1-1-1

О 0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75 2

Концентрация азота аммонийного в очищенной воде, мг/л * МБР аэротенк

Рис. 4.2.6. Зависимость окислительной мощности по аммонийному азоту от его содержания в очищенной воде

Увеличение дозы ила в сооружениях биологической очистки приводит к повышению ОМ (рис.4.2.4). В аэротснкс на протяжении всего эксперимента доза активного ила поддерживалась в пределах 0,5-2 г/л, в МБР при иловом индексе 200-600 мл/г концентрация активного ила возрастала от 1,5 до 16 г/л. В аэротенке с вторичным отстойником наблюдался вынос взвешенных веществ от 10 до 190 мг/л.

О 2 4 6 8 10 12 14 16 18

Концентрация ипа, г/л • МБР аэротенк

Рис. 4.2.4. Зависимость окислительной мощности (по ХПК) от дозы ила

Однако, увеличение концентрации активного ила в МБР свыше Ю - 12 г/л приводит к ухудшению гидродинамической обстановки в реакторе, снижению массообменных характеристик системы, затруднению доступа кислорода к активному илу, наблюдаются процессы самоокисления ила, которые сопровождаются ухудшением качества очищенной воды.

Исследования подтвердили перспективность технологии с применением МБР для биологической очистки сточных вод. Совмещение мембранной микрофильтрации с биологическим окислением обеспечивает:

- увеличение глубины очистки и дост ижение качества очищенной воды до нормативов на сброс в водоем рыбохозяйственного назначения;

- повышение окислительной мощности азрационных сооружений по удалению органических загрязнений и соединений азота в 3-4 раза за счет накопления до оптимальной величины дозы ила в системе;

- практически полное задержание взвешенных веществ; стабильную эффективность очистки при наличии активных илов с высоким иловым индексом (до 250 мл/т и выше);

- устойчивост ь процесса биологического окисления органических соединений и соединений азота;

- удаление органических загрязнений сточной воды в МБР и традиционных аэротенках описывается идентичными зависимостями.

- В разделе 4.3 представлены результаты исследований на пилотной установке в условиях действующих сооружений канализации г. Подольска (Московская обл.) на городских сточных водах.

Усреднённые показатели качества исходной воды, подаваемой на установку, составляли: взвешенные вещества - 90-200 мг/л; ХПК - 180-300 мг/л; БПК,|аш - 120-210 мг/л; азот аммонийный - 17-30 мгГ^/'л; азот органический - 8-22 мгМ/л; фосфор - 2,3-4 мгР/л.

За весь период работы установки можно выделить 7 технологических режимов, отличающихся продолжительностью аэрации (Та,р) в МБР. Результаты работы установки приведены на рис.4.3.3 и 4.3.4.

150

135 ■

с 120 ■

г 105 ■

к

-т 90 •

ГО

о. 75 ■

I

0} т 60-

т

о 45 ■

¡с

30-

15-

0-

2,5

35,2 36.8

2,7

32,5 343 33,9

2,9

3,2 5,9 7,7

Период аэрации,ч. градиент ХПК ЕШХПКпермеата 3£Т градиент азота

8,9

25

20.,

Я О.

юг

10,3

Температура

Рис.4.3.3. Усредненные показатели работы установки

Важной особенностью работы МБР является возникновение градиента концентраций между содержимым биореактора и псрмсатом по различным показателям. За период наблюдений отмечалось увеличение ХПК, ВПК и концентрации аммонийного азота внутри биореактора по сравнению с пермеатом.

Эффективность очистки по ХПК, ВПК и удалению аммонийного азота (в целом по системе «биорсактор - мембранный модуль») практически не зависит от времени обработки при Та-,р от 2.5 до 17 ч (рис.4.3.4).

100

90 -

80 -

70 -

& о 60 -

X

о * 50 -

£ о 40 -

А-

■Я- 30 -

<4

20 -

10 -

0 -

И2 = 0,75 з.

ГС* = 0,14

= 0,6

1 -Эффект по ХПК-система 4-Эффект по БПК-реактор

6 „ 8 10 12 14 16 18

Период аэрации, ч

2-Эффект по ХПК-реактор З-Эффект по БПК-система 5-Эффекг по азоту-реактор 6-Эффект по азоту-система

Рис.4.3.4. Взаимосвязь эффективности очистки с периодом аэрации.

Эффективность очистки но ХПК составляла 80-90%, по ВПК - 98,7-99,7%, по аммонийному азоту - 98,5-99,8%, что не достижимо на традиционных сооружениях биологической очистки.

Для установления взаимосвязи между технологическими параметрами был проведён корреляционный анализ. Имеет место статистическая связь градиента концентрации аммонийного азота с Ттр (Я= - 0,81) и концентрацией активного ила (К.= 0,62) в биореакторе. Градиент концентраций азота при Таэр 2,4-3,2 ч также возрастает. Аммонийный азот не может быть задержан мембраной, перепад его концентраций можно объяснить только процессом нитрификации, протекающим на самой мембране (снаружи или внутри). Это подтверждается также увеличением концентрации нитратов в пермеате по сравнению с их содержанием внутри биореактора. Градиент концентрации аммонийного азота также возрастает при дозах ила 8-16 г/л.

Оценка взаимосвязи ОМ с Тюр в МБР и концентрацией активного ила показала, что ОМ изменяется в зависимости от этих технологических параметров аналогично процессам, протекающим в аэротенках (рис. 4.3.6). 2000 -1800 -

л 1600 -о

§ Р1400 -

5=1000

I 800

о

£ 600 и

400 200 0

14

16

1000 900

- 800 700 - 600 500

- 400

- 300

- 200 100 0

18

15

г 5

0 2 4 6 8 10 12

Период аэрации, ч.; Доза ила, г/л.

♦ 1-ОМ системы от периода аэрации а 3-ОМ системы от дозы ила ■ - 4-ОМ реактора от дозы ила о 2-ОМ реактора от периода аэрации

Рис.4.3.6. Взаимосвязь окислительной мощности по ХПК с периодом аэрации и дозой ила.

ДХПК (разница ХПК внутри биореактора и на выходе) значительно возрастала при снижении Т01р (11= -0,51), что связано с дисбалансом между скорост ью поступления загрязнений и скоростью их биологического окисления.

О 2 4 6 8 10 12 14 16 18

Период аэрации,ч; Доза ила,г/л.

* от периода аэрации от концентрации ила

Рис.4.3.7. Зависимость градиента ХПК от периода аэрации и дозы ила в биореакторе

Наблюдалась также устойчивая статистическая связь градиента ХПК с концентрацией активного ила (Я= 0,57) в биореакторе (рис.4.3.7).

Однако поддерживать дозу ила в биореакторе свыше 8 г/л (для данного вида сточной воды) технологически нецелесообразно не только из-за процессов самоокисления ила и накопления продуктов метаболизма, но и заметного ухудшения условий массоиерсдачи. При дозе активного ила в системе до 8 г/л наблюдался достаточно низкий градиент концентраций как органических загрязнений (но ХПК и БПК), так и азота. Взаимосвязь градиента ВПК с Т„)р и дозой активного ила аналогична представленной выше зависимости градиента ХПК.

Обработка полученных данных позволила определить тип уравнения кинетики окисления данного вида сточных вод, рассчитать коэффициент ингибирования скорости процесса активным илом гр и привести к единой дозе ила удельные скорости окисления р, мг/(г.ч), с целыо определения остальных кинетических констант К„„„ К„, и а:

(К^Я)

К+Я -/К.„а

(4-1)

где У„шх - максимальная удельная скорость биохимической деструкции субстрата, отнесенная к единице массы микроорганизмов, мг/(г-ч); 5- концентрация субстрата (количество органических веществ по БПК в очищенной воде), мг/л; К,„ - константа Михаэлиса, характеризующая сродство фермента с субстратом, мг/л; а - константа торможения.

Зависимость удельной скорости окисления по БПК биореактора от качества очистки, дополненная данными работы действующего производственного аэротенка (который работал при более низких гидравлических нагрузках) и рассчитанная по вышеприведенному уравнению для реакции с торможением субстратом, подтверждает, что кинетика окисления органических загрязнений по БПК как в производственном аэротенке, так и в МБР описывается идентичной зависимостью.

В результате проведенных исследований:

- изучены основные закономерности и особенности процессов биологической очистки в МБР на реальных сточных водах;

- оценены предельные возможности технологии с применением МБР по производительности (окислительная мощность) и по глубине удаления органических загрязнений и соединений азота;

- показаны преимущества и условия применения МБР для очистки сточных вод с достижением качества очищенного стока до нормативов ПДК рыбохозяйственного водоема (БПК -1-1,5 мг/л, взвешенные вещества О-Змг/л, азот аммонийный <0,39 мг/л) без дополнительной ступени доочистки;

- оценена стабильность технологического процесса в производственных условиях при существенных колебаниях состава и расходов городских сточных вод, температуры и других параметров;

в реальных условиях получены оптимальные технологические параметры, кинетические константы и коэффициенты, необходимые для расчета сооружения.

В разделе 4.4 представлены результаты изучения работы погружных мембранных блоков в МБР. Целью исследований было выявление взаимосвязи параметров работы биореактора с темпом забивания мембран и нахождение оптимальных условий проведения фильтрования.

Параметры работы микрофильтрационных мембран существенно влияют на условия работы биореактора и одновременно зависят от технологических режимов биологического процесса. На эффективность работы мембранных модулей также оказывают влияние скорость потока при фильтровании, интенсивность обратного потока при промывке мембран, частота и длительность циклов фильтрования и обратных промывок, а также интенсивность барботажа воздухом. Поэтому в течение всего эксперимента в автоматическом режиме проводились измерения величин потоков пермеата и потоков при обратной промывке, а также соответствующих им перепадов ТМД на мембранах (рис.4.4.1).

В качестве обобщенной характеристики использовалась величина нормализованного потока J„, измеряемая как удельный поток через мембрану - м3/(м2.сут), отнесенный к единице перепада давления (м. вод. ст.), - м/(сут-м. вод. ст.).

1.

0 --Г-1-1-4—1-1-1-Г1-1--—1-Ч-1-Г—-1-1-1-1-1-1-1- О

79 124 169 214 259 304 349 394 439 484 529 574 619 664 709 754 799 844 889 934 979

сутки

-нормализованный поток -—2.-удельный поток * 3.-перепад давления

Рис.4.4.1. Характеристика работы мембранного модуля пилотной установки за период

исследований.

На рис.4.4.4. представлены обобщенные результаты работы мембран от разных производителей и отличающихся размером пор (0,22-0,04 мкм).

сутки

мембрана №1 мембрана №2 мембрана №3 мембрана №4

Рис.4.4.4. Сводная характеристика работы различных мембран.

Графики на рис.4.4.4. показывают, что несмотря на разницу в размерах пор, разные условия работы биореакторов и состав очищаемых жидкостей, в течение первых примерно 30 дней любая новая мембрана резко снижает свою производительность. После этого наступает длительный период стабильной работы (независимо от условий, типа сточной воды, нагрузок и т. д.) с весьма низким и примерно одинаковым темпом потери производительности. Величина У„ - 0,2-0,4 м/(сут. м. вод ст.), наблюдаемая в этот период, приемлема с технологической и технико-экономической точек зрения. Длительность этого периода также весьма велика, на что указывает непрерывная работа мембран в пилотной установке в течение года без необходимости ее химической очистки.

Корреляционный анализ позволил установить взаимосвязь среднего темпа снижения нормализованного потока ./ с технологическими параметрами работы мембранного биореактора. Наблюдается устойчивая статистическая связь темна снижения нормализованного потока ■!„ с дозой ила в реакторе (Я= 0,76) и с удельной скоростью окисления (рис.4.4.2).

Зависимость темпа снижения нормализованного потока от удельной скорости окисления имеет ярко выраженный минимум, что свидетельствует о наличии области оптимальных параметров работы биореактора по нагрузке на ил. Этот режим характеризуется максимальной степенью очистки в реакторе и минимальным темпом падения производительности мембран.

0,012

0,004

0 V ХПК, мг/г.ч; Сил||

♦ 1.- Уд.скорость окисления по ХПК

2.- Доза активного ила

Рис,4.4.2. Влияние удельной скорости окисления, дозы ила на средний темп снижения нормализованного потока.

Минимальному темпу снижения нормализованного потока J [0,001-0,0015 м3/(м2сут м вод ст )] соответствует величина удельного потока пермеата 0,3-0,35 м3/(м2 сут), что приемлемо с практической точки зрения

Глава 5 «Методика расчета очистных сооружений и технико-экономическая оценка технологии очистки сточных вод в МБР».

В разделе 5 1 представлена методика расчета биореакторов Проведенные исследования показали, что расчет биореактора в системах с МБР может производиться по тем же зависимостям, что и аэротенков Основными расчетными параметрами являются удельная скорость окисления при заданной степени очистки по БПК и доза ила

Удельная скорость окисления по БПК с учетом степени очистки и концентрации активного ила рассчитывается по уравнению (5-3) с использованием констант и коэффициентов, полученных экспериментальным путем

р =--*----(5-3)

Кт+8 +5'/Кт*а 1 + <р*а,

Кинетические константы и коэффициенты для конкретного вида городских сточных вод, полученные в результате обработки результатов выполненных исследований, представлены в таблице 5 1 1, и используются при технико-экономической оценке мембранной биотехнологии

Таблица 5 1 1

Кинетические константы и коэффициенты для технологического расчета очистных

сооружений

№п п Константы и коэффициенты Ед изм Аэротенк МБР

1 Максимальная скорость окисления, Угшх мг/гч 22 43

2 Константа Михаэлиса, К,,, мг/л 13 13

3 Константа торможения субстратом, а 0,18 0,1

4 Коэффициент ингибирования продуктами метаболизма активного ила, <р л/г 0,023 0,023

Требуемая площадь фильтрации половолоконных микрофильтрационных мембран, м2 определяется как отношение расхода воды на сооружение (м3/сут ) и рекомендуемой скорости фильтрования через мембраны, м3/м2 сут Скорость фильтрования для исследованных мембран рекомендуется принимать от 0,3 до 0,35 м3/м2 сут

В разделе 5 2 представлено конструктивное оформление МБР, система автоматического контроля и управления

В разделе 5 3 выполнена технико-экономическая оценка применения МБР для станции производительностью 30000 м3/сут на примере городских сточных вод Технико-экономический расчет сооружений биолог ической очистки выполнен для двух вариантов технологическая схема очистки сточных вод с использованием МБР без первичных отстойников и аэротенков по традиционной схеме Сооружения механической очистки, удаления и обезвоживания осадка приняты одинаковыми для обоих вариантов и в расчете не учитываются

Результаты технико-экономического расчета представлены в таблицах 5 3 1 и 5 3 2

Технологический расчет очистных сооружений

Таблица 5 3 по сравниваемым вариантам

МБР

Азротснк

Исходные данные

Без первичного отстойника

С первичным отиоиником

Расхот сточных вод, мУсут

30000

30000

Коэффициент часовои неравномерности, мах

1,59

1,59

Макс час расход СВ ( по СНиП), м'/час

1988

1988

Взвешенные вещества в исходной воде, мг/л

154

154

Эффект 01С в первичном Р1С1-ке, доли ед

Взв вещества па входе в аэротенк, мг/л

0,5

154

77

ХПК исходной воды, мг/л

260

260

ВПК исходной воды, мг/л

ХПК воды, поступающей в азротенк, мг/л

169

169

260

208

ХПК очищенной воды, ш/л

30

50

БПК'ХПК

0,65

0,65

БПК воды пост>пающеи вазротенк, мг/л

169

135

БПК очищеннои воды, м|/л

<1

Азот общии исходной воды, мг/т

20

А юг аммонийный исходной воды, мг/л

13

13

Азот аммонийный очищеннои воды, м!/л

0,4

0,4

Азот иитратов очищенной воды, мг/л

Азог ншритов очищеннои воды, мг/л

0 02

0 02

Аэротепк

Концентрация ила г/л

Зотыюсть ила доли ед

0,3

03

Иловый индекс мт/г

120

120

Протолжитстыюсть аэрации по БПК, час

5,3

17 1

Требуемый объем аэротенка м куб

6672,8

21382

Треб>емая площадь реактора МБР или аэротенка, м"

1668

5346

Первичные отстойники, радиальные

Диаметр отстоиника, м

24

Трсб>емое кочичество о1сюиников, шт

Трсб>емая птощадь отстаивания, кв м

2260

Вторичные отстойники, радиальные

Диаметр октоиника м

24

Требуемое количество отстойников шт

Требуемая площадь отстаивания, кв м

2260

Блок доочистки, фильтры к-аркасно-засыпные

Треб>емая площадь, м

Занимаемая площадь очнс1нмх соор><кений, м

3000

1668

12866

1реб}смая площадь мембран, м

66000

Сравнительный анализ показывает, что технология очистки сточных вод в МБР позволяет сократить объемы очистных сооружений в 3-4 раза, занимаемую ими площадь в 3-6 раз, сократить количество элементов очистных сооружений, исключив из технологической схемы первичные и вторичные отстоиники, блок доочис!ки, упростить условия эксплуатации, улучшить качест во очищенного стока по ХПК в 2-2,5 раза и по БПК - в 5-6 раз, обеспечить практически полное удаление взвешенных веществ и аммонийного азота

Таблица 5 3 2

Технико-экономическая оценка показателей сравниваемых вариантов

Стоимость строительно-монтажных работ, тыс руб

1 ВАРИАНТ

Первичные отстойники, типовой проект 902-2-363 83 23190,04

Аэротенк-смеситель, типовой проект 902-2-211 33028,34

Вторичные отстойники, типовой проект 902-2-347 15730,82

Фильтры доочистки, типовой проект 902-4-11 84 27601,56

Всего. 99550,77

2 ВАРИАНТ

Аэротенк-смеситель, типовой проект 902-2-211 10307,34

Погружные мембранные блоки 88043,48

Всего 98350,82

Технико-экономическая оценка предлагаемой схемы с МБР по сравнению с традиционной технологией очистки сточных вод показала, что стоимость строительно-монтажных работ по двум вариантам практически равна, но при использовании разработанной технологии достигается экономия за счет сокращения расходов по таким статьям, как амортизация зданий и сооружений, содержание и текущий ремонт зданий и сооружений Также в связи с уменьшением количества работающего персонала можно прогнозировать снижение расходов на содержание цехового персонала, заработную плату с начислениями, социальные отчисления, которые трудно поддаются расчету на стадии анализа новых технологических решений Снижение затрат на этапе капитального строительства происходит в связи с сокращением занимаемых очистными сооружениями площадей (в рассматриваемом варианте более чем в 7 раз по занимаемой площади), по традиционной схеме рыночная стоимость земельного участка достигает 4550% от стоимости строительно-монтажных работ данного состава очистных сооружений При реконструкции существующих очистных сооружений применение МБР позволяет увеличить глубину очистки сточных вод без дополнительного увеличения занимаемых площадей Годовой экономический эффект может быть рассчитан как разница приведенных затрат при замене одного варианта другим исходя из точных данных о приведенных затратах с учетом капитальных вложений, включающих стоимость оборудования, затрат на зарплату персонала и эксплуатационных затратах

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1 Впервые теорешчески и экспериментально обоснованы преимущества и условия применения МБР для очистки сточных вод с достижением качества очищенного стока до нормативов ПДК рыбохозяйственного водоема (ВПК -1-1,5 мг/л, взвешенные вещества 0-3 мг/л, азот аммонийный <0,39 мг/л) без дополнительной ступени доочистки

2 Исследования с городскими сточными водами подтвердили высокую эффективность очистки от органических загрязнений по ХПК 80-90%, по БПК - 98,7-99,7%, по аммонийному азоту - 98,5-99,8% и взвешенным веществам при температуре от 8 до 23°С и периоде аэрации от 2,5 до 10,3 часов

3 Установлена взаимосвязь параметров и условий работы мембран с технологическими параметрами работы биореактора

4 Показано, что окислительная мощность МБР по сравнению с традиционными аэ-ротенками возрастает в 3-4 раза Мембранные биореакторы обеспечивают устойчивость процесса биологической очистки при гарантированном качестве очищенной воды в условиях гидравлических колебаний и изменения качества состава поступающих сточных вод

5 Исследования процесса биологической очистки модельных стоков и реальных сточных вод в МБР (в условиях полного удержания биомассы в объеме биореактора) впер-

вые но ¡водили показать, что процессы окисления органических загрязнений сточной воды в МБР подчиняются гем же зависимостям и закономерностям, что и в аэротенках, и адекватно описывается уравнениями ферментативной кинетики

6 Для юродской с I очной воды найдены кине1ические консшнш и коэффициешы, необходимые для расчета МБР с достижением заданного качества очищенного стока

7 Определены и 1ехноло1 ически аргументированы оптимальные параметры процесса в биорсакторе с мембранами (доза ила не более 8 г/1, продолжительность обработки юродских сточных вод не менее 4,5-5 часов), а также мембранных блоков - оптимальная величина удельного потока пермеата 0,3-0,35 м'/м2 сут

8 Разработана методика расчета мембранных биореакюров для 1лубокой биолош-ческой очистки сточных вод

9 Разработаны рекомендации на проектирование станции очистки юродских сточных вод производительностью 30000 м3/сут с использованием МБР

10 Разработанная технология и метод расчета сооружений мо!ут быть использованы проектными и эксплуатирующими организациями при проектировании и реконструкции систем очистки юродских и производственных сточных вод

Публикации по теме диссертации.

1 Швецов В H, Морозова К M , Кириетаев А В Преимущества биомембранных технологий для биологической очистки стоков//Экология производства 2005 № 11

2 Швецов В H , Морозова К M , Нечаев И А , Кириетаев А В Теоретические и технологические аспекты применения биомембранных технологий глубокой очистки сточных вод//Водоснабжение и санитарная техника №12,2006 С 25

3 Швецов В H , Морозова К M , Кириетаев А В Биомембранные технологии для очистки сточных вод//Экология производства 2006 №5

4 Швецов В H , Морозова К M , Пушников M Ю, Кириетаев А В , Семенов M Ю Перспективные технологии биологической очистки сточных и природных вод//Водоснабжение и санитарная техника 2005 N12 (часть 2)

5 Кириетаев А В Влияние технологических режимов биореактора на работу мембранных блоков//Сборник статей Международной научно-практической конференции «Биотехнология Вода и пищевые продукты» M , 2008 -С 348

6 Shvetsov V N , Semenov M Yu, Kiristaev A V Interrelation between technological parameters of bioreactors and membrane operation // IWA regional conference "Membrane technologies in water and wastewater treatment" Conference proceedings 2008 С 246

7 Швецов В H, Морозова К M, Кириетаев А В , Смирнова И И Установка дня очистки сточных вод от органических соединений Патент на полезную модель №74122 от 20 06 2008 г

8 Швецов В H , Морозова К M , Кириетаев А В , Смирнова И И Способ очистки сточных вод от органических соединений, азота и фосфора Решение о выдаче патента на изобретение от 15 09 2008 г Заявка №2008112083/15(013068) от 01 04 2008 г

ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД В МЕМБРАННОМ БИОРЕАКТОРЕ

Киристаев Алексей Владимирович 05 23 04 Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов

АВТОРЕФЕРАТ

Подписано к печати 2 10 08 г Заказ №

Бум зга офсетная Тираж 100 экз

Печать офсетная

ВВЕДЕНИЕ.

1.СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД С ПРИМЕНЕНИЕМ МЕМБРАННЫХ БИОРЕАКТОРОВ.

1.1. Конструктивные решения мембранных бнореакторов.

1.2. Технологические решения МБР для очистки сточных вод.

2. ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССОВ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД В МБР.

2.1.Теоретические основы биологической очистки сточных вод.

2.2. Особенности работы мембранных блоков в системах биологической очистки.

3. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1. Задачи проводимых исследований.

3.2. Методика проведения исследований.

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.

4.1. Доочистка биологически очищенной воды в мембранных биореакторах.

4.2. Исследование очистки сточных вод в МБР.

4.3. Исследование очистки городских сточных вод на пилотной установке МБР.

4.4. Исследование гидравлических характеристик мембранных блоков.

5. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД В МБР.

5.1. Расчет очистных сооружений.

5.2. Конструктивное оформление и система автоматического контроля и управления.

5.3. Технико-экономическая оценка применения МБР для очистки городских сточных вод.!.

Биологический метод обладает рядом несомненных достоинств, к числу которых относится его "экологичность" — в процессе биологической очистки не образуется каких-либо чуждых природной среде соединений, а происходит деструкция органических загрязнений до близких к природным соединений углекислого газа и воды, не требуется применения химических реагентов, метод прост в эксплуатации, образующиеся в процессе биологической очистки органические осадки и избыточный активный ил являются либо источником получения энергии в виде метана при сбраживании или при сжигании, либо могут использоваться в качестве удобрений.

За более чем 100 лет метод биологической очистки непрерывно развивался, совершенствовались знания микробиологических, биохимических, кинетических и инженерных аспектов, улучшались технологические схемы сооружений биологической очистки, методы их инженерного оформления и оборудование. Разработаны эффективные методы моделирования и технологического расчета сооружений биологической очистки. Успешно решаются проблемы удаления из городских и производственных сточных вод соединений азота и фосфора биологическими методами. Сегодня биологическая очистка является наиболее распространенным методом очистки производственных и городских сточных вод от органических и некоторых минеральных загрязнений.

Однако современный уровень развития общества, промышленного производства, экологическое состояние окружающей среды обусловили повышенные требования к качеству сточных вод сбрасываемых в водные объекты. Традиционные технологии биологической очистки в аэротенках или на биофильтрах уже не обеспечивают предъявляемых к качеству очищенных сточных вод современных требований. Это вызывает необходимость строительства дорогостоящих дополнительных стадий глубокой доочистки биологически очищенных сточных вод, стоимость которых составляет до 30 % стоимости всего комплекса очистных сооружений.

К недостаткам традиционных технологий биологической очистки относятся 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. Потенциальные возможности традиционных процессов биологической очистки с активным илом оказались практически исчерпанными. Дальнейшее радикальное улучшение характеристик биотехнологий возможно путем применения принципиально новых решений.

Коренное улучшение технико-экономических характеристик биотехнологий очистки сточных вод весьма перспективно в направлении создания гибридных технологий, максимально использующих достоинства биологических методов и мембранного фильтрования. Из-за высокой стоимости обратноосмотических, ультрафильтрационных и микрофильтрационных мембран, их низкой производительности и высоких затрат энергии при фильтровании, применение мембранных технологий для очистки сточных вод в прошлом носило весьма ограниченный характер.

За последние годы достижения в области нанотехнологий, позволяющих получать материалы с заданными свойствами, привели к разработке и производству новых типов микро- и ультрафильтрационных половолоконных мембран низкого сопротивления. Это создало предпосылки для создания принципиально новых гибридных технологий, сочетающих биотехнологии с мембранными технологиями, что может обеспечить качественный скачок в области водоподготовки и очистки сточных вод. За рубежом мембранные биотехнологии уже начинают использоваться на объектах средней производительности в жилищно-коммунальном хозяйстве, для глубокой очистки сточных вод предприятий текстильной, пищевой, мясоперерабатывающей молочной и других отраслей промышленности.

Технология использования полимерных мембран, выполненных в виде полых трубок, в биологической очистке воды в настоящее время является наиболее эффективной. Появилась она относительно недавно и на сегодняшний день полностью вытеснила за рубежом устаревшие плоские мембраны для решения задач по мембранному разделению. В настоящее время наблюдается тенденция расширения применения мембранных биореакторов для очистки как городских, так и промышленных сточных вод.

В России нет аналогичных установок, а исследования в этом направлении практически не проводились.

В зарубежной литературе имеются лишь фрагментарные общие сведения о технологических параметрах работы мембранных биореакторов, поскольку они представляют собой, как правило "know-how" фирм-производителей. Не смотря на большое число научных работ, вопросы изменения проницаемости мембран в системах с активным илом и их регенерации, изменения кинетических характеристик биоценоза активного ила в условиях полного его удерживания в реакторе и накопления высокомолекулярных соединений в системе, которые могут существенно повлиять на механизм процессов и характеристики системы, требуют проведения специальных исследований.

Актуальность представленной работы состоит в том, что на данный момент только технология с использованием мембранных биореакторов (МБР) позволяет радикально усовершенствовать технико-экономические характеристики процесса биологической очистки и одновременно является решением проблемы доочистки. Гибридные технологии максимально используют достоинства биологических методов и мембранного фильтрования, исключая их недостатки.

Цель работы состояла в создании эффективной технологии глубокой биологической очистки сточных вод с применением мембранной микро- и ультрафильтрации, а также в разработке методики расчета МБР.

Научная новизна работы заключается в том, что:

1. научно обоснованы и экспериментально подтверждены технологические преимущества глубокой биологической очистки сточных вод в МБР;

2. показано, что разработанный метод очистки в МБР может применяться для обработки неосветлённых городских сточных вод в условиях существенного колебания их состава;

3. установлена взаимосвязь параметров и условий работы мембран с технологическими параметрами работы биореактора;

4. показана высокая стабильность процесса очистки в МБР в условиях существенного колебания состава городской сточной воды;

5. экспериментально установлена высокая эффективность очистки городской сточной воды от органических загрязнений: по ХПК - 80-90%, по БПК - 98,7-99,7%, по аммонийному азоту - 98,5-99,8% и взвешенным веществам при температуре от 8 до 23°С, периоде аэрации от 2,5 до 10,3 часов и при более высокой производительности (в 3-4 раза) по сравнению с традиционными аэротенками;

6. показано, что в МБР процессы биологического окисления органических загрязнений и соединений азота адекватно описываются уравнениями ферментативной кинетики. Для городской сточной воды найдены кинетические константы и коэффициенты, необходимые для расчёта МБР с достижением заданного качества очищенного стока;

7. определены и технологически аргументированы оптимальные параметры процесса в биореакторе с мембранами (доза ила не более 8 г/л, продолжительность обработки городских сточных вод не менее 4,5-5 часов), а также мембранных блоков — оптимальная величина удельного потока пермеата 0,3-0,35 м3/м2.сут.

Практическая значимость результатов работы: - Впервые теоретически и экспериментально обоснованы преимущества и условия применения МБР для очистки сточных вод с достижением качества очищенного стока до нормативов ПДК рыбохозяйственного водоема (по БПК, взвешенным веществам, соединениям азота) без дополнительной ступени доочистки.

- Разработана методика расчета МБР для глубокой биологической очистки сточных вод.

- Разработаны рекомендации на проектирование станции очистки городских сточных вод производительностью 30000 м /сут с использованием МБР.

- Разработанная технология и метод расчета МБР могут быть использованы при проектировании и реконструкции систем очистки городских и производственных сточных вод.

Достоверность полученных результатов подтверждается большим объемом и длительностью экспериментальных исследований на лабораторных и пилотных установках с реальными сточными водами в различные сезоны года, сходимостью расчетных и экспериментальных результатов, применением стандартизированных методов измерений и анализа, статистической обработкой результатов.

Обоснованность предлагаемых технологических и конструктивных решений подтверждена лабораторными и полупромышленными испытаниями с реальными городскими и производственными сточными водами.

Апробация работы и публикации:

- Основные результаты данной работы докладывались на 7-ом Международном конгрессе "ЭКВАТЕК-2006" (июнь 2006 г), Международной научно-практической конференции «Биотехнология. Вода и пищевые продукты» (март 2008 г), Конференция международной водной ассоциации «Мембранные технологии в водоподготовке и очистке сточных вод» (июнь 2008 г), 8-ом Международном конгрессе "ЭКВАТЕК-2008" (июнь 2008 г);

- По теме выполненных исследований опубликовано 8 работ, в том числе 2 статьи в журнале, рекомендованном ВАК.

Реализация результатов исследований:

По разработанным рекомендациям выполнен проект городских очистных сооружений г. Шадринск Курганской области производительностью 30000 м3/сут.

На защиту выносятся: Результаты теоретических и экспериментальных исследований по:

- изучению основных закономерностей и зависимостей окисления органических загрязнений сточных вод в МБР, в условиях полного удержания биомассы в объёме биореактора;

- определению кинетических констант и коэффициент уравнений ферментативных реакций, используемых для описания процессов окисления органических соединений в МБР;

- определению оптимальных технологических параметров работы МБР;

- определению взаимосвязи параметров и условий работы используемых в МБР мембран с технологическими параметрами работы биореактора;

- методика расчета МБР для глубокой биологической очистки сточных вод. Структура и объём работы.

- Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных выводов, списка литературы и приложения. Библиография включает 138 источников, в т.ч. 126 — на иностранном языке. Общий объём диссертации 135 страниц, 41 рисунок и 7 таблиц.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Впервые теоретически и экспериментально обоснованы преимущества и условия применения МБР для очистки сточных вод с достижением качества очищенного стока до нормативов ПДК рыбохозяйственного водоема (БПК -1-1,5 мг/л, взвешенные вещества 0-3 мг/л, азот аммонийный <0,39 мг/л) без дополнительной ступени доочистки.

2. Исследования с городскими сточными водами подтвердили высокую эффективность очистки от органических загрязнений по ХПК 80-90%, по БПК - 98,7-99,7%, по аммонийному азоту - 98,5-99,8% и взвешенным веществам при температуре от 8 до 23ОС и периоде аэрации от 2,5 до 10,3 часов.

3. Установлена взаимосвязь параметров и условий работы мембран с технологическими параметрами работы биореактора.

4. Показано, что окислительная мощность МБР по сравнению с традиционными аэротенками возрастает в 3-4 раза. Мембранные биореакторы обеспечивают устойчивость процесса биологической очистки при гарантированном качестве очищенной воды в условиях гидравлических колебаний и изменения качества состава поступающих сточных вод.

5. Исследования процесса биологической очистки модельных стоков и реальных сточных вод в МБР (в условиях полного удержания биомассы в объёме биореактора) впервые позволили показать, что процессы окисления органических загрязнений сточной воды в МБР подчиняются тем же зависимостям и закономерностям, что и в аэротенках, и адекватно описывается уравнениями ферментативной кинетики.

6. Для городской сточной воды найдены кинетические константы и коэффициенты, необходимые для расчёта МБР с достижением заданного качества очищенного стока.

7. Определены и технологически аргументированы оптимальные параметры процесса в биореакторе с мембранами (доза ила не более 8 г/л, продолжительность обработки городских сточных вод не менее 4,5-5 часов), а также мембранных блоков — оптимальная величина удельного

3 2 потока пермеата 0,3—0,35 м /м .сут.

8. Разработана методика расчета мембранных биореакторов для глубокой биологической очистки сточных вод.

9. Разработаны рекомендации на проектирование станции очистки о городских сточных вод производительностью 30000 м /сут с использованием МБР.

10. Разработанная технология и метод расчета сооружений могут быть использованы проектными и эксплуатирующими организациями при проектировании и реконструкции систем очистки городских и производственных сточных вод.

1. Tchobanoglous, G., Burton F.L., Stensel H.D. Wastewater Engineering: Treatment and Reuse, 4th edition. Boston, MA: McGraw Hill 1.c. 2003 r.

2. Chiemchaisri C., Wong Y.K., Urase Т., Yamamoto K. Organic stabilization and nitrogen removal in a membrane separation bioreactor for domestic wastewater treatment. Water Sci Technol., 25:231, 1992 r.

3. Cicek N., Winnen M.T., Suidan M.T., Wrenn B.E., Urbain V., Manem J. Effectiveness of the membrane bioreactor in the biodegradation of high molecular weight compounds. Water Res; 32(5):1553 63. 1998 r.

4. Gander M., Jefferson В., Judd S. Aerobic MBRs for domestic wastewater treatment: a review with cost considerations. Sep Purif Technol: 18:119 30. 2000 r.

5. Cicek N. Membrane bioreactor in the treatment of wastewater generated from agricultural industries and activities. AIC. № 02, 404, (2-5), 2002 r.

6. Мулдер M., Введение в мембранную технологию. Пер. с англ.-М.:Мир, с 28, 1999 г.

7. Osmolabstore.com Filtration Spectrum ©, Technology Library 2008 г.

8. Технический справочник по обработке воды Degremont в 2 т. Т. 1: пер. с фр. СПб.: Новый журнал, 455-457, 2007 г.

9. Cote, P., Coburn, J., Eid, М. Use of ultrafiltration for water reuse and desalination. Zenon Env.Inc. Report, 2001 r.

10. Cote P., Buisson H.; Praderie M. Immersed membrane activated sludge process applied to the treatment of municipal wastewater. Water Science and Technology 38 (4-5), 437-442, 1998 r.

11. Urbain V., Manem J. Effectiveness of the membrane bioreactor in the biodegradation of high molecular-weight compounds. Water Science and Technology, 34: 197-203, 1996 r.

12. Adham, S. Gagliardo P., Boulos L., Oppenheimer J., Trussell R. Feasibility of the membrane bioreactor process for water reclamation. Water Science and Technology. 43(10), 203-209, 2001 r.

13. Lesjean В., Huisjes E.H. IWA 4th International Membrane Technologies Conference, 15 17 May 2007 r.

14. Frost & Sullivan, Strategic Analysis of the European Membrane Bioreactor Markets, July 2005 r.

15. Stephenson, Т., Judd, S., Jefferson, B. and Brindle, K. Membrane Bioreactors for Wastewater Treatment. IWA Publishing., London. U.K., 2000 r.

16. Visvanathan, C., Ben Aim, R., Parameshwaran, K. Membrane separation bioreactors for wastewater treatment. Crit. Rev. Environ. Sci Technol, 30(1), 1-48, 2000 r.

17. Kang I.-J., Lee Ch.-H., Kim K.-J. Characteristics of microfiltration membranes in a membrane coupled sequencing batch reactor system. Water Research 37, 1192-1197, 2003 r.

18. EPA. Wastewater technology fact sheet sequencing batch reactor, Office of Water, United States Environmental Protection Agency, Washington DC, 1999 r.

19. Pavelj N., Hvala N., Kocijan J., Ro M., Ubelj M., Mui G., Strmnik S. Experimental design of an optimal phase duration control strategy used in batch biological waste-water treatment. ISA Transactions 40(l):41-56, 2001 r.

20. Pochana K., Keller J. Study of factors affecting simultaneous nitrification and denitrification (SND). Water Sci Tech; 39(6);61-8, 1999 r.

21. Герасимов Г.Н. Мембранный биологический реактор BRM (опыт обработки промышленных и городских сточных вод). Водоснабжение и санитарная техника. №.4, часть 1, 2004 г.

22. Masse A., Sp6randio М., Cabassud С. Comparison of sludge characteristics and performance of a submerged membrane bioreactor and an activated sludge process at high solids retention time. Water Research Volume 40, Issue 12, 2405-2415, 2006 r.

23. Cicek N. A review of membrane bioreactor and their potential application in the treatment of agricultural wastewater. Canadian biosystems engeneering. 43. (26), 2003 r.

24. Rosenberger S., Kruger U., Witzig R., Manz W., Szewzyk U., Kraume M. Performance of a bioreactor with submerged membranes for aerobic treatment of municipal waste water. Water Research. Vol. 36 Number 15, 2002 r.

25. Park J.-S., Lee Ch.-H., Removal of soluble COD by a biofilm formed on a membrane in a jet loop type membrane bioreactor Water Res., Volume 39, Issue 19, 4609-4622, 2005 r.

26. Battistoni P., Fatone F., Bolzonella D., Pavan P. Full scale application of the coupled alternate cycles-membrane bioreactor (AC-MBR) process for wastewater reclamation and reuse. Water Practice & Technology Vol 1. No 4. 2006 r.

27. Технический справочник по обработке воды Degremont в 2 т. Т 2:пер. с фр. СПб.: Новый журнал, 915-921, 2007 г.

28. Leslie G.L., Mills W.R., Dunivin W.R., Wehner M.P., Sudak R.G. Performance and economic evaluation of membrane processes for reuse application. Proc. of Wat. Reuse Conf., Lake Buena Vista, FL, USA, 1998 r.

29. Madaeni S.S., Fane A.G., Grohmann G.S. Virus removal from water and wastewater using membranes. J. Membrane Science, 102, 65-75, 1995 r.

30. Boehler M., Joss A., Buetzer S., Holzapfel M., Mooser H., Siegrist H. Treatment of toilet wastewater for reuse in a membrane bioreactor. Water Science & Technology Vol. 56 No 5, 63-70, 2007 r.

31. Abdessembed D., Nezzal G., Ben Aim R. Treatment of wastewater by ultrafiltration. Desalination, 126, 1-5, 1999 r.

32. Ahn K.H. and Song K.G. Treatment of domestic wastewater using micro filtration for reuse of wastewater. Desalination, 126, 7-14, 1999 r.

33. Tay J.H., Jeyaseelan S. Membrane filtration for reuse of wastewater from beverage industry. Resources, Conservation and Recycling, 15, 33-40, 1995 r.

34. Tchobanoglous G., Darby J., Bourgeous K., McArdle J., Genest P., Tylla M. Ultrafiltration as an advanced tertiary treatment process for municipal wastewater. Desalination, 119, 315-322, 1998 r.

35. Parameshwaran K., Fane A.G., Cho B.D., Kim K.J. Analysis of ■ microfiltration with constant flux processing of secondary effluent. Wat. Res., 35(18), 4349-4358, 2001 r.

36. Bernhard M., Miiller J., Knepper T.P. Biodegradation of persistent polar pollutants in wastewater: Comparison of an optimised lab-scale membrane bioreactor and activated sludge treatment. Water Research Volume 40, Issue 18, Pages 3419-3428 2006 r.

37. Baumgarten S., Schroder H.Fr., Charwath C., Lange M., Beier S., Pinnekamp J. Evaluation of advanced treatment technologies for the elimination of pharmaceutical compounds. © IWA Publishing Water Science & Technology Vol. 56 No 5 pp 1-8, 2007 r.

38. Thuy Q.T.T., Visvanathan C. Removal of inhibitory phenolic compounds by biological activated carbon coupled membrane bioreactor. © IWA Publishing Water Science & Technology Vol. 53 No 11, 89-97, 2006 r.

39. Морозова K.M. Биохимическая очистка сточных вод фабрик ПОШ. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М., 1979 г.

40. Van der Meer J.R., de Vos W.M., Harayama S., Zehnder A.J. Molecular mechanismus of genetic adaptation to xenobiotic compounds. Microbiological Reviews, 56(4): 677-694, 1992 r.

41. Швецов B.H., Морозова K.M. Особенности расчета сооружений биологической очистки. Труды института ВОДГЕО. М., 1983г.

42. Яковлев С.В., Скирдов И.В., Швецов В.Н., Бондарев А.А, Андрианов Ю.Н. Биологическая очистка производственных сточных вод. Процессы, аппараты и сооружения. Москва, Стройиздат, 1985 г.

43. Mozer, М.С. An Intelligent Environment Must Be Adaptive Intelligent Systems and Their Applications, IEEE Vol. 14, Issue 2, 11 -13, 1999r.

44. Monod D. Annual Review Microbiology, 3, 371, 1949 r.

45. Иерусалимский Н.Д., Неронова H.M. Количественная зависимость между концентрацией продуктов обмена и скоростью роста микроорганизмов. Доклады АН СССР, т. 161, №6, 1965 г.

46. Яковлев С.В., Швецов В.Н., Скирдов И.В., Бондарев А.А. Технологический расчет современных сооружений биологической очистки сточных вод. // Водоснабжение и сан. техника, №2, 1994.-С. 2-5

47. Швецов В.Н., Морозова К.М., Петрова JI.A. Использование анализа кинетики ферментативных реакций для выбора схемы и параметров процесса биологической очистки сточных вод. Труды института ВОДГЕО, вып. 76, М., 1981 г.

48. Бондарев А.А. Биологическая очистка промышленных сточных вод от соединений азота. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. М., 1990 г.

49. Yamamoto К., Hiasa М., Mahmood Т., Matsuo Т. Direct solid-liquid separation using hollow fiber membrane in an activated sludge aeration tank. Water Sci Technol, 21, 43-54, 1989 r.

50. Wenger-Oehn H, Braun R. Examinations of the application of membrane bioreactor systems (German). Abwassertechnik, 11, 49-57, 1994 r.

51. Muller E.B., Stouthamer A.H., van der Verseveld, H.W., Eikelboom D.H. Aerobic domestic waste water treatment in a pilot plant with complete sludge retention by cross-flow filtration. Water Res; 29, 1179-89, 1995 r.

52. Pirt S. J. The maintenance energy of bacteria in growing cultures. Proc. Roy Soc. London; 163B:224-31. 1965 r.

53. Parco V., du Toit G., Wentzel M., Ekama G. Biological nutrient removal in membrane bioreactors: denitrification and phosphorus removal kinetics. Water Science & Technology Vol. 56 No 6, 125-134, 2007 r.

54. Pollice A., Giordano C., Laera G., Saturno D., Mininni G. Physical characteristics of the sludge in a complete retention membrane bioreactor. Water Research Volume 41, Issue 8, Pages 1832-1840, 2007 r.

55. Bourgeous K.N., Darby J.L., Tchobanoglous G. Ultrafiltration of wastewater: effects of particles, mode of operation, and backwash effectiveness, Water Res., 35, 77-90, 2001 r.

56. Decarolis J., Hong S., Taylor J., Fouling behavior of a pilot scale inside out hollow fiber UF membrane during dead-end filtration of tertiary wastewater, J. Membr. Sci., 191, 165-178, 2001 r.

57. Chellam S., Jacangelo J.G., Bonacquisti T.P., Modeling and experimental verification of pilot-scale hollow fiber, direct flow microfiltration with periodic backwashing, Environ. Sci. Technol., 32, 75-81, 1998 r.

58. Hillis P., Padley M.B., Powell N.I., Gallagher P.M. Effects of backwash conditions on out-to-in membrane microfiltration, Desalination, 118, 197-204, 1998 r.

59. Xu Y., Dodds J., Leclerc D., Optimization of a discontinuous microfiltration-backwash process, Chem. Engn. J., 57, 247-251, 1995 r.

60. Hong S., Krishna P., Hobbs C., Kim D., Cho J. Variations in backwash efficiency during colloidal filtration of hollow-fiber microfiltration membranes. Desalination. Volume 173, Issue 3, Pages 257-268, 2005 r.

61. Serra C., Durand-Bourlier L., Clifton M.J., Moulin P., Rouch J.C., Aptel P. Use of air sparging to improve backwash efficiency in hollowfiber modules, J. Membr. Sci., 161, 95-113, 1999 r.

62. Ma H., Bowman C.N., Davis R.H., Membrane fouling reduction by backpulsing and surface modification, J. Membr. Sci., 173 191-200, 2000 r.

63. Jiang Т., Kennedy M.D., Van der Meer W.G.J., Bitton G., The role of blocking and cake filtration Wastewater Microbial. Wiley-Liss, 1999 r.

64. Grandy C.P.L., Daiger G.T., Lim H.C., Biological Wastewater Treatment. Marcel Dekker, 1999 r.

65. Wisniewski C., Grasmick A., Floe size distribution in a membrane bioreactor and consequences for membrane fouling. Coll. Sur., 138, 403-411, 1998 r.

66. Defence L., Jaffin M.Y., Gupta В., Paullier P., Geaugey V., Contribution of various constituents of. activated sludge to membrane bioreactor fouling. Biores. Tech., 73 105-112, 2000 r.

67. Bouhabila E.N., Ben Aim R., Buisson H. Fouling characterisation in membrane bioreactors. Sep. Purif. Tech., 22-23, 123-132, 2001 r.

68. Huang X., Gui P., Qian Y., Effect of sludge retention time on microbial behaviour in a submerged membrane bioreactor. Process Biochemistry, 36, 1001-1006,2001 r.

69. Chang I.S., Bag S.O., Lee C.H., Effects of membrane fouling on solute, rejection during membrane filtration of activated sludge. Process Biochemistry, 36, 855-860, 2001 r.

70. Lee J., Ahn W.Y., Lee C.H. Comparison of the filtration characteristics between attached and suspended growth microorganisms in submerged membrane bioreactor. Wat. Research, 35, 10, 2435-2445, 2000 r.

71. Chang I.S., Lee C.H. Membrane Filtration Characteristics in Membrane-Coupled Activated Sludge System: The Effect of Physiological States of Activated Sludge on Membrane Fouling, Desalination, 120, 221-233, 1998 r.

72. Ueda, Т., Hata, K., Kikuoka, Y., Seino, O. Effects of aeration on suction pressure in a submerged membrane bioreactor. Wat. Res., 31(3), 489-494, 1997 r.

73. Chiemchaisri C., Yamamoto K. Performance of membrane separation bioreactor at various temperatures for domestic wastewater treatment. J. Membr. Sci., 57,119-129, 1994 r.

74. Visvanathan C., Yang B.S., Muttamara S., Maythanukhraw R. Application of air backflushing technique in membrane bioreactor. Wat. Sci. Tech., 36(12), 259-266, 1997 r.

75. Stephenson Т., Judd, S., Jefferson В., Brindle K. Membrane Bioreactors for Wastewater Treatment. IWA Publishing., London. U.K., 2000 r.

76. Kim K.J, Fane A.G., Fell C.J.D., Joy D.C., Fouling mechanisms of membranes during protein ultrafiltration, J. Membr. Sci., 68 79-91. 1992 r.

77. Clark W.M., Bansal A., Sontakke M., Ma Y.H., Protein adsorption and fouling in ceramic ultrafiltration membranes, J. Membr. Sci., 55 21-38, 1991r.

78. Tarleton E.S., Wakeman R.J., Understanding flux decline in cross-flow microfiltration. 1. Effects of particle and pore-size, Chem. Eng. Res. Des., 71 399-410, 1993 r.

79. Huang L.H., Morrissey M.T., Fouling of membranes during microfiltration of surimi wash water —roles of pore blocking and surface cake formation, J. Membr. Sci., 144, 113-123, 1998 r.

80. Koltuniewicz A.B., Field R.W., Process factors during removal of oil-in-water emulsions with crossflow microfiltration, Desalination, 105, 79-89, 1996 r.

81. Belfort G., Davis R.H., Zydney A.L., The behavior of suspensions and macromolecular solutions in crossflow microfiltration. J. Membr. Sci., 96, 1— 58, 1994 r.

82. Jonsson A.S., Jonsson В., Colloidal fouling during ultrafiltration, Sep. Sci. Technol., 31, 2611-2620, 1996 r.

83. Bacchin P., Aimar P., Sanchez V. Model for colloidal fouling of membranes. AIChE J., 41, 368-376, 1995 r.

84. Chudacek M.W., Fane A.G. The dynamics of polarization in unstirred and stirred ultrafiltration, J. Membr. Sci., 21, 145, 1984 r.

85. Davis R.H., Birdsell S.A., Hydrodynamic model and experiments for cross-flow microfiltration, Chem. Eng. Commun., 49, 217-234, 1987 r.

86. Lojkine M.H., Field R.W., Howell J.A., Crossflow microfiltration of cell suspensions: a review of models with emphasis on particle size effects, Trans. Inst. Chem. Engn., 70, 1992 r.

87. Song L., Elimelech M., Theory of concentration polarization in crossflow filtration, J. Chem. Soc. Faraday Trans., 91, 3389-3398, 1995 r.

88. Bella G. Di, Durante F., Torregrossa M., Viviani G., Mercurio P., Cicala A. The role of fouling mechanisms in a membrane bioreactor. © IWA Publishing Water Science & Technology Vol. 55 No 8-9, 455^164, 2007 r.

89. Yang F., Bick A., Shandalov S., Oron G. Optimal performance of an immersed membrane bioreactor equipped with a draft tube for domestic wastewater reclamation. © IWA Publishing, Water Science & Technology Vol. 54 No 10, 155-162 2006 r.

90. Nagaoka H., Kurosaka M., Shibata N., Kobayashi M. Effect of bubble flow velocity on drag-force and shear stress working on submerged hollow fibre membrane. © IWA Publishing, Water Science & Technology Vol. 54, No 10, 185-192, 2006 r.

91. Decloux, M., Tatoud L. Importance of the control mode in ultrafiltration: case of raw cane sugar remelt, Journal of Food Engineering 44: 119 126. 2000 r.

92. Defrance, L., Jaffrin M.Y. Comparison between filtrations at fixed transmembrane pressure and fixed permeate flux: application to a membrane bioreactor used for wastewater treatment, Journal of Membrane Science 152, 1999 r.

93. Field, R.W., Wu D., Howell J.A., Gupta B.B. Critical flux concept for microfiltration fouling, Journal of Membrane Science, 100, 259 272. 1995 r.

94. Hong S., Faibish R.S., Elimelech M., Kinetics of permeate flux decline in crossflow membrane filtration of colloidal suspensions, J. Coll. Interface Sci., 196 267-277,1997 r.

95. McDonogh R.M., Fell C.J.D., Fane A.G. Surface charge and permeability in the ultrafiltration of non-flocculating colloids. J. Membr. Sci., 21, 285-294, 1984 r.

96. McDonogh R.M., Fell C.J.D., Fane A.G. Charge effects in the cross-flow filtration of colloids and particulates. J. Membr. Sci., 43, 69-85, 1989 r.

97. Fu L.F., Dempsey B.A. Modeling the effect of particle size and charge on the structure of the filter cake in ultrafiltration. J. Membr. Sci., 149, 221-240, 1998 r.

98. Al-Malack, M.H., Anderson, G.K. Use of crossflow microfiltration in wastewater treatment. Water Res., 31, 3064-3072. 1997r.

99. Gander, M., Jefferson, В., Judd, S. Membrane bioreactors for use in small wastewater treatment plants: Membrane materials and effluent quality. Water Sci. Technol., 41, 205-211. 2000 r.

100. Kwon, D.Y., Vigneswaran, S., Fane, A.G., Ben Aim, R. Experimental determination of critical flux in cross flow microfiltration. Sep. Purif. Technol., 19, 169-181. 2000 r.

101. Chang, I.S., Gander, M., Jefferson, В., Judd, S. Low-cost membranes for use in a submerged MBR. Process Saf. Envir. Prot., 793, 183-188, 2001 r.

102. Grace, H.P. Structure and performance of filter media. AIChE J., 2, 307, 1956r.

103. Visvanathan, C., Ben Aim, R. Studies on colloidal membrane fouling mechanisms in crossflow microfiltration. J. Membr. Sci., 45, 3—15, 1989 r.

104. Bowen, W.R., Calvo, J.I., Hernandez, A. Steps of membrane blocking in flux decline during protein microfiltration. J. Membr. Sci., 101, 153-165; 1995 r.

105. Tardieu, E., Grasmick, A., Geaugey, V., Manem, J. Hydrodynamic control of bioparticle deposition in a MBR applied to wastewater treatment. J. Membr. Sci., 147, 1-12; 1998 r.

106. Choo, K.H., Lee, C.H. Hydrodynamic behaviour of anaerobic biosolids during crossflow filtration in the membrane anaerobic bioreactor. Water Res., 32, 3387-3397, 1998 r.

107. Huisman, I.H., Tragardh, C. Particle transport in crossflow microfiltration I. Effects of hydrodynamics and diffusion. Chem. Eng. Sci., 54, 271-280; 1999r.

108. Wisniewski, C., Grasmick, A., Cruz, A.L. Critical particle size in membrane bioreactors case of a denitirifying bacterial suspension. J. Membr. Sci., 178, 141-150; 2000 r.

109. Fane, A.G., Fell, C.J.D., Nor, M.T. Ultrafiltration/Activated sludge system— development of a predictive model. Polym. Sci. Technol., 13, 631-658., 1981r.

110. Shimizu, Y., Shimodera, K.I., Watanabe, A. Cross flow microfiltration of bacterial cells. J. Ferment. Bioeng., 76, 493-500, 1993 r.

111. Chang, I.S., Bag, S.O., Lee, C.H. Effects of membrane fouling on solute rejection during membrane filtration of activated sludge. Process Biochem., 368,9, 855-860, 2001 r.

112. Brindle, K.s Stephenson, Т. The application of membrane biological reactors for the treatment of wastewaters. Biotechnol. Bioeng., 49, 601-610, 1996 r.

113. Lubbecke, S., Vogelpohl, A., Dewjanin, W. Wastewater treatment in a biological high-performance system with high biomass concentration. Water Res., 29, 793-802, 1995 r.

114. Ueda, Т., Hata, K., Kikuoka, Y. Treatment of domestic sewage from rural settlements by a membrane bioreactor. Water Sci. Technol., 34, 189-196, 1996 r.

115. Ishiguro, K., Imai, K., Sawada, S. Effects of biological treatment conditions on permeate flux of UF membrane in a membrane/activated sludge wastewater treatment system. Desalination, 98, 119-126, 1994 r.

116. Harada, H., Momonoi, K., Yamazaki, S., Takizawa, S. Application of anaerobic UF membrane reactor for treatment of a wastewater containing high strength particulate organics. Water Sci. Technol., 30, 307-319; 1994 r.

117. Choo, K.H. Lee, C.H. Membrane fouling mechanisms in the membrane-coupled anaerobic bioreactor. Wat. Res. 30, 1771-1780, 1996 r.

118. Yoon, S.H., Kim, H.S., Park, J.K., Kim, H., Sung, J.Y. Influence of important operational parameters on performance of a membrane biological reactor. Proc., Membrane Technology in Environmental Management, Tokyo, 278— 285, 1999 r.

119. Sato, Т., Ishii, Y. Effects of activated sludge properties on water flux of ultrafiltration membrane used for human excrement treatment. Water Sci. Technol., 23, 1601-1608; 1991 r.

120. Krauth, K.H., Staab, K.F. Pressurized bioreactor with membrane filtration for wastewater treatment. Water Res., 27, 405-411, 1993 r.

121. Shimizu, Y., Okuno, Y.I., Uryu, K., Ohtsubo, S., Watanabe, A. Filtration characteristics of hollow fiber microfiltration membranes used in membrane bioreactor for domestic wastewater treatment. Water Res., 30, 2385-2392, 1996 r.

122. Howell, J.A. Sub-critical flux operation of microfiltration, Journal of Membrane Science 107 165 171. 1995 r.

123. Bowen, W.R., Hilal N., Jain M., Lovitt R.W., Sharif A.O., Wright C.J., The effects of electrostatic interactions on the rejection of colloids by membrane pores visualization and quantification, Chemical Engineering Science 54 369-375. 1999 r.

124. Chen, V., Fane A.G., Madaeni S., Wenten, I.G. Particle deposition during membrane filtration of colloids: transition between concentration polarization and cake formation, Journal of Membrane Science, 125, 109 122, 1997 r.

125. Li H., Fane A.G., Coster H.G.L., Vigneswaran S., An assessment of depolarization models of crossflow microfiltration by direct observation through the membrane, Journal of Membrane Science, 172, 135 147, 2000 r.

126. Chan R., Chen V., Bucknall M.P., Ultrafiltration of protein mixtures: measurement of apparent critical flux, rejection performance, and identification of protein deposition, Desalination 146: 83 90. 2002 r.

127. Huisman, I.H., Vellenga E., Tragardh G., Tragardh C., The influence of the membrane zeta potential on the critical flux for crossflow microfiltration of particle suspensions, Journal of Membrane Science, 156, 153 158, 1999 r.

128. Cho, B.D. Fane A.G., Fouling transients in nominally sub-critical flux operation of a membrane bioreactor, Journal of Membrane Science 209, 391 — 403, 2002 r.

129. Espinasse, В., Bacchin P., Aimar P. On an experimental method to measure critical flux in ultrafiltration, Desalination 146: 91 -96. 2002 r.

130. Fan F., Zhou H., Husain H. Identification of wastewater sludge characteristics to predict critical flux for membrane bioreactor processes. Water Research Volume 40, Issue 2, 205-212, 2006 r.

131. Рекомендации по расчёту сравнительной экономической эффективности научно-исследовательских разработок в области очистки сточных вод и обработки осадков.- М., ВНИИ ВОДГЕО, 1987, с 342.

132. ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО

133. ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ КОМПЛЕКС! ЕЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И КОНСТРУКТОРСКОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ инсттут ИОДОСНАБЖЕНИЯ, КАНАЛИЗАЦИИ, ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ И ИНЖЕНЕРНОЙ i ИДРОПГОЛОШИ1. ОАО «НИИ ВОДГЕО»

134. Комсомшьский проспект, д 42, строение 2 Мтеква. Г-48, ГСП-2, 1190482 Для телеграмм Mdckbjj. ВОД1'ЕО Тел. (495) 245-97-87, факс (495) 24596-341. Информационное письмо

135. Генеральный директо ОАО «НИИ ВОДГЕО^1. Щегляев А.Б.