Три способа удержать биомассу
Мембранный биореактор (MBR) удерживает биомассу во взвешенном состоянии и отделяет её мембраной вместо отстойника; мембрана служит физическим барьером для твёрдых частиц и патогенов. Реактор с подвижным слоем биоплёнки (MBBR) выращивает биомассу в виде биоплёнки на мелких носителях, которые поддерживаются в движении в резервуаре, поэтому биомасса прикреплена, а не осаждается. Реактор периодического действия (SBR) выполняет всю очистку в одном резервуаре циклами — заполнение, реакция, отстаивание, слив осветлённой воды, — а не в непрерывном потоке через отдельные резервуары.
Выбор определяет, как будет выглядеть вся остальная станция: нужен ли вторичный отстойник, какой объём резервуаров требуется и что оператор должен делать каждый день.
Габариты и объём резервуаров
MBR — самый компактный из трёх, потому что биологическая очистка и разделение происходят в одном резервуаре, а вторичный отстойник отсутствует. Оборудование MBR поставляется блочными установками от 0.5–10 м³/ч (12–240 м³/сут) с габаритами от примерно 3.5 × 1.5 × 2 м до 15 × 2.5 × 2.5 м.
MBBR и SBR обычно требуют большего объёма резервуаров при той же нагрузке. Объём резервуара следует из V = Q × HRT, а национальная практика даёт 1–2 ч времени гидравлического пребывания для анаэробного резервуара и 0.5–3.0 ч для аноксидного. SBR добавляет ограничение, которое легко упустить: циклу нужно время на отстаивание и слив, поэтому резервуар должен быть больше, чем следует из одного расхода, и перед ним часто ставят усреднитель.
Качество очищенной воды: чего достигает каждый процесс
Технологию обычно определяет норматив сброса, и раньше всего остального. По GB 18918-2002 класс 1A — самый строгий из классов, опубликованных в таблице нормативов: ХПК 50 мг/л, БПК₅ 10 мг/л, взвешенные вещества 10 мг/л, аммонийный азот 5 мг/л и общий фосфор 0.5 мг/л.
MBR достигает класса 1A напрямую, потому что мембрана задерживает твёрдые частицы, которые прошёл бы отстойник. Обычная цепочка A²/O или MBBR достигает класса 1A только с доочисткой после неё — коагуляция и отстаивание, глубокий фильтр и обеззараживание. Классы 1B и 2 менее требовательны: ХПК 60 и 100 мг/л, БПК₅ 20 и 30 мг/л, и там, где контролируется только органика, достаточно более простой цепочки A/O со вторичным отстойником.
Там, где воду не сбрасывают, а используют повторно, требования ещё выше: MBR с обеззараживанием и MBR с обратным осмосом там, где нужна высокая степень обессоливания.
Энергопотребление
Энергопотребление — это то, чем оплачивается компактность MBR. Мембране нужна аэрация для поддержания чистоты и насосы, чтобы протягивать пермеат, и в большинстве исполнений и то и другое работает непрерывно. MBBR поддерживает биомассу в движении аэрацией и не имеет мембраны, которую нужно продавливать, поэтому его энергопотребление лежит между двумя крайними. SBR аэрирует лишь часть цикла, но слив осветлённой воды и управление циклом добавляют собственный расход.
Мы не публикуем таблицу энергопотребления: доступные цифры — отраслевые агрегаты без нормативного источника, и сравнение намеренно оставлено качественным. Практическое правило таково: процесс с наилучшим качеством очищенной воды, как правило, требует и больше всего энергии.
Эксплуатация и обслуживание
Два из трёх процессов вводят быстроизнашивающийся элемент, которого нет у третьего. У MBR есть мембраны, которые нужно периодически чистить и в конце концов заменять, а их работа зависит от баланса между биологией и предварительной обработкой. У MBBR есть сетки удержания носителей, и носители должны оставаться в резервуаре; отказ сетки — заметная проблема. У SBR нет ни мембран, ни носителей, зато есть декантеры и клапаны, срабатывающие каждый цикл, а система управления должна быть надёжной, потому что вся станция работает по последовательности.
Наличие оператора значит не меньше, чем оборудование. Станция, работающая без постоянного присутствия с пуском и остановом одной кнопкой, подходит удалённому объекту; станция, требующая ежедневного внимания, подходит объекту с обученным персоналом. Выбор должен исходить из того, кто на объекте реально будет.
Три процесса рядом
Сравнение ниже — не рейтинг. Каждая строка описывает, что даёт процесс в силу того, как он удерживает биомассу, а приведённые диапазоны — это общепринятые ориентиры, а не значения для конкретного проекта.
- Габариты — MBR самый компактный из трёх, потому что мембрана занимает место вторичного отстойника. MBBR нуждается в отстойнике после себя, чтобы отделить твёрдые частицы, которые сбрасывает биоплёнка, а SBR выполняет ступень разделения в том же резервуаре, поэтому его габариты находятся между двумя другими и перед ним обычно нужен усреднитель.
- Концентрация твёрдых частиц — MBR работает при высокой концентрации активного ила, для погружного блока её обычно указывают как 8–12 г/л, потому что мембрана задерживает всё и ничего не должно осаждаться. MBBR держит большую часть биомассы прикреплённой к носителям, поэтому концентрация взвешенных веществ в резервуаре — лишь малая часть картины, а биомассу несёт загрузка носителей. SBR должен осаждать собственный ил в том же резервуаре, в котором очищает, и это удерживает его рабочую концентрацию ниже той, что несёт MBR.
- Качество очищенной воды — MBR напрямую достигает самого строгого класса в таблице нормативов, потому что мембрана задерживает твёрдые частицы, которые прошёл бы отстойник. MBBR достигает этого класса только с доочисткой после биологической ступени, а SBR обеспечивает удаление азота управлением циклом; там, где действует самый строгий класс, SBR разделяет положение MBBR и требует третьей ступени после себя.
- Эксплуатация — быстроизнашивающийся элемент в каждом случае свой. У MBR есть мембраны, которые нужно периодически чистить и в конце концов заменять, и его работа зависит от баланса между биологией и предварительной обработкой. У MBBR есть сетки удержания и носители, которые должны оставаться в резервуаре. У SBR есть декантеры и клапаны, срабатывающие каждый цикл, и последовательность управления, от которой зависит вся станция.
- Диапазон расхода — блочные установки MBR предлагаются от 12 до 240 м³/сут, а контейнерные станции — до 360 м³/сут. MBBR и SBR обычно становятся лучшим выбором при больших расходах, где объём резервуаров и стоимость строительных работ весят больше компактности, или там, где норматив сброса достаточно мягок и мембрана не нужна.
Диапазоны такого рода — общепринятые ориентиры из литературы и опыта эксплуатации, и читать их следует как отправный метод, а не как спецификацию, потому что цифры, применимые к конкретной станции, принадлежат её воде и её биологии.
Какой процесс при каком расходе
При малых расходах расчёт выгодности часто указывает на MBR. В таблице нормативов сброса отмечено, что MBR обходится без вторичного отстойника и занимает меньше места, а хотя энергопотребление и замена мембран стоят дороже, на малых расходах это часто выгоднее. Предлагаемые нами блочные диапазоны охватывают 12–240 м³/сут для MBR и 12–360 м³/сут для контейнерных станций — это те расходы, на которых продаётся большинство блочных станций.
При больших расходах аргументы меняются. Там, где норматив не самый строгий и есть свободная земля, MBBR или цепочка A/O с отстойником могут дать требуемое качество при меньших затратах на мембраны. SBR подходит объекту, где один резервуар и график циклов предпочтительнее непрерывной цепочки и где оператор может выдерживать цикл.