Биологическая очистка: MBBR, MBR, SBR
Убираем растворённую органику и азот, которые не снимают ни отстойник, ни флотатор. Вариант выбираем по составу стока, площадке и требованиям к сбросу: аэротенк, биореактор с загрузкой, мембранный биореактор или реактор периодического действия.
Бактерии активного ила или биоплёнки разлагают растворённую органику до углекислого газа и воды. Нитрифицирующие бактерии переводят аммоний в нитраты, а в зоне без аэрации денитрификаторы восстанавливают нитраты до газообразного азота, который уходит в атмосферу. Поэтому в сооружении чередуют зоны: СП 32.13330.2018 требует держать в аэробных зонах, как правило, не ниже 2 мг/л растворённого кислорода, а в аноксидных — не выше 0,2 мг/л.
Варианты различаются тем, как удерживают биомассу. В MBBR в аэротенк засыпают плавающую пластиковую загрузку: биоплёнка растёт на ней, и в том же объёме работает больше бактерий. В MBR ил отделяют от воды мембранами вместо вторичного отстойника, и очищенная вода выходит почти без взвеси. В SBR все стадии идут в одной ёмкости по циклу — наполнение, аэрация, отстаивание, слив, — что удобно при неравномерном притоке.
Биология работает, пока бактериям есть что есть и ничто их не травит. ИТС 8-2022 (НДТ В-4) ставит границу аэробной очистки на БПК5 2000 мг/дм³ и отношении БПК5/ХПК больше 0,3; более концентрированные стоки сначала пропускают через анаэробный реактор. ООО «ПЛАЗКАТ» работает с 2006 года и ведёт объект полным циклом: проектирование, изготовление, строительно-монтажные и пусконаладочные работы. Нагрузку на ил можно прикинуть в калькуляторе, а задачу целиком — описать на страницах сброс в водоём и реконструкция КОС под НДТ.
Когда применять и когда нет
Подходит
- В стоке растворённая органика, которую бактерии могут разложить: БПК5 до 2000 мг/л и БПК5/ХПК больше 0,3 (ИТС 8-2022, НДТ В-4)
- Нужно снять аммонийный азот и нитраты до норм сброса в водоём
- Хозяйственно-бытовые стоки посёлков, вахтовых городков, промплощадок
- Стоки пищевых производств после жироуловителя или флотатора
- MBR — когда очищенную воду хотят вернуть в оборот или площадки мало
- SBR — приток неравномерный, сток идёт сменами
Не подходит
- Сток токсичен для ила: тяжёлые металлы, фенолы, биоциды в высоких концентрациях без предочистки
- БПК5/ХПК меньше 0,3 — органика трудноокисляемая. ИТС 8-2022 (НДТ В-7) предлагает окисление, сорбцию или упаривание
- Аммонийного азота больше 1 г/л — ИТС 8-2022 (НДТ В-5) рекомендует отгонку паром, биологию — при меньших концентрациях
- Главная проблема — соли: хлориды и сульфаты биология не снижает
- Сток появляется эпизодически, с перерывами на недели: ил без питания теряет активность
Типовая схема очистки
- Решётка или барабанное ситоЗадерживает мусор, волокна и крупные частицы. Перед MBR ставят сито с отверстиями 1–3 мм.
- УсреднительВыравнивает расход и концентрации, чтобы ил получал питание ровно, без залпов.
- ДенитрификаторАноксидная зона с мешалкой: бактерии восстанавливают нитраты до газообразного азота за счёт органики стока.
- Аэротенк-нитрификаторАэрируемая зона: окисляется органика, аммоний переходит в нитраты. В варианте MBBR здесь работает плавающая загрузка.
- Вторичный отстойник или мембранный модульОтделяет ил от очищенной воды. Возвратный ил идёт в начало, избыточный — на обработку. В MBR вместо отстойника работают мембраны.
- Центрифуга-декантер для обезвоживания илаОбезвоживает избыточный ил с флокулянтом до влажности не более 82 %, как требует СП 32.13330.2018.
Параметры
Цифры СП 32.13330.2018 даны для городских очистных сооружений и близких к ним производственных стоков. Для промышленного стока это ориентир, режим считаем по его составу.
| Параметр | Значение | Где установлено |
|---|---|---|
| Область аэробной биологической очистки | БПК5 до 2000 мг/дм³, БПК5/ХПК больше 0,3 | ИТС 8-2022, НДТ В-4 в) |
| Анаэробная ступень перед аэробной | как правило, БПК5 от 1500 мг/л и БПК5/ХПК больше 0,3 | ИТС 8-2022, НДТ В-4 а) |
| Биологическая нитри-денитрификация | аммонийный азот менее 1 г/дм³ | ИТС 8-2022, НДТ В-5 |
| Растворённый кислород в аэробных зонах | как правило, не ниже 2 мг/л; в первой трети коридора и в карусельных аэротенках — не ниже 1 мг/л | СП 32.13330.2018, п. 9.2.7.5 |
| Растворённый кислород в аноксидных зонах | не более 0,2 мг/л | СП 32.13330.2018, п. 9.2.7.5 |
| Гидравлическая глубина аэротенка | 3–6 м | СП 32.13330.2018, п. 9.2.7.4 |
| Регулирование подачи воздуха | 40–100 % расчётного максимума при постоянном давлении, обязательно от больших КОС | СП 32.13330.2018, п. 9.2.7.15 |
| Процеживание перед MBR | сита с отверстиями 1–3 мм после песколовок | СП 32.13330.2018, п. 9.2.1.1 |
| Мембранное илоотделение | допускается на КОС до больших по мощности включительно (до 40 000 м³/сут) | СП 32.13330.2018, пп. 3.8, 9.2.9.1 |
Источник: СП 32.13330.2018 «Канализация. Наружные сети и сооружения» (с изм. № 1–3), пп. 3.8, 9.2.1.1, 9.2.7.4, 9.2.7.5, 9.2.7.15, 9.2.8, 9.2.9.1; ИТС 8-2022, НДТ В-4, В-5, В-7
Сравнение
| Критерий | Аэротенк + вторичный отстойник | MBBR | MBR | SBR |
|---|---|---|---|---|
| Площадь | Больше всех | Меньше: больше биомассы в том же объёме | Меньше всех: нет вторичного отстойника | Меньше: все стадии в одной ёмкости |
| Взвесь в очищенной воде | Зависит от работы отстойника | Нужен отстойник или флотатор для отделения биоплёнки | Минимальная: мембрана задерживает ил | Зависит от фазы отстаивания |
| Колебания нагрузки | Переносит хуже остальных | Биоплёнка на загрузке не вымывается | Ил не вымывается | Цикл подстраивают под приток |
| Энергия | Базовый уровень | Сопоставимо с аэротенком | Выше: воздух на продувку мембран | Сопоставимо с аэротенком |
| Эксплуатация | Привычная для персонала КОС | Сетки, чтобы загрузка не уходила | Химические промывки и замена мембран | Автоматика цикла и декантеры |
| Где уместен | Большие расходы и свободная площадка | Реконструкция: нарастить мощность в старых ёмкостях | Вода в оборот, тесная площадка | Малые и неравномерные расходы |
Где применяли
Водоканал города-миллионника: электролизная установка гипохлорита, 8 ячеек 8 электролизных ячеек по 6,0–6,5 кг активного хлора в час. Поставка, монтаж и пусконаладка с подтверждением проектных показателей. НПЗ в Орске: озонаторная установка для очистки технологических стоков Поставили озонаторную установку для блока озонирования технологических стоков нефтеперерабатывающего завода. Водоканал города-миллионника: цех термической сушки осадка, 340 т/сут Две линии барабанной сушки перерабатывают 340 тонн осадка в сутки. На выходе — до 100 тонн сухого гранулята в сутки. Вопросы и ответы
Что выбрать для реконструкции действующих аэротенков?
Часто MBBR: загрузку засыпают в существующие коридоры, и биомассы становится больше без новых ёмкостей. СП 32.13330.2018 (п. 9.2.10.2) допускает биореакторы с загрузкой при реконструкции, когда в объёмах сооружений не выходят на нормативы по органике и азоту. Перед этим проверяем аэрацию и ставим сетки, чтобы загрузка не уходила из сооружения.
Можно ли сбрасывать воду после MBR без доочистки?
По взвеси обычно да: мембрана задерживает ил. Фосфор и обеззараживание решают отдельно — фосфор реагентами, обеззараживание ультрафиолетом. Для сброса в водоём СП 32.13330.2018 (п. 9.2.11.2) предписывает УФ-обеззараживание, хлор допускает только с дехлорированием и не для всех категорий водоёмов.
Сколько служат мембраны MBR?
Для технико-экономических расчётов СП 31.13330.2021 (п. 9.198) предлагает принимать 4 года. Фактический срок зависит от процеживания перед биореактором, режима промывок и состава стока.
Как ил переносит остановки завода?
Выходные и короткие праздники ил переживает при сниженной аэрации. Для длинных простоев закладывают усреднитель большего объёма или SBR, который переводят в режим ожидания. Режим считаем по графику работы цехов.
Что нужно для расчёта?
Расход по часам и сменам, анализ стока: ХПК, БПК5, взвешенные вещества, аммонийный азот, фосфор фосфатов, жиры, pH, температура зимой. И куда сбрасываете очищенную воду — от этого зависят нормативы. Для первой оценки есть калькулятор нагрузки на биологическую очистку.