Современные технологии очистки сточных вод в Италии: полезный опыт

Данная публикация посвящена теме использования на очистных сооружениях мембранного биореактора (МБР), работающего по самотечной схеме (без вакуумных насосов), и инновационного сооружения доочистки. Оба объекта представляют существенный интерес для отечественных водоканалов в условиях нового законодательства. Автор, в составе группы специалистов посетивший оба объекта, комментирует применяемые технологии с позиций возможности их применения в российских условиях.

Очистные сооружения «Филоттрано»

Очистные сооружения (ОС) коммуны (муниципалитета) Филоттрано (Filottrano), расположенные в провинции Анкона, выполнены на основе МБР, созданного на мембранных модулях компании Альфа Лаваль. ОС рассчитаны на 11 тыс. эквивалентных жителей (нагрузка по БПК5 – 660 кг/сут) и максимальный приток сточных вод – 2340куб.м/сут. ОС работают с конца 2016 г. В сухой период в настоящее время ОС принимают около 500 куб.м/сут. Использование на них МБР обусловлено не требованиями по качеству очистки, а чрезвычайно стесненной площадкой: она зажата между откосом к реке и дорогой.

Технологическая схема очень проста: стоки проходят вначале реечную решетку с прозорами 15 мм, после чего поступают в приемный резервуар КНС. Оттуда насосами подаются на сооружения предварительной механической очистки в составе сблокированного сита с отверстиями 1,5 мм и песколовки, расположенные в погодных условиях Италии под навесом, после чего поступают в биореакторы.

Проектом предусмотрены две независимых линии биологической очистки, каждая
из которых состоит из двух биореакторов объемом по 125 куб.м каждый (рабочая глубина 5 м) и двух мембранных отделений объемом примерно по 100 куб.м каждое. В них установлены 5 линий модулей по 4 штуки в каждой, площадь каждого из модулей - 462 кв.м. Таким образом, общая площадь использованных мембран составляет 9240 кв.м. Среднесуточная расчетная нагрузка на мембрану принята весьма низкой: примерно 10 л/кв.м в час (в течение суток при увеличении притока она может быть увеличена).

Для мембран нагрузка в значительной степени определяется температурой сточных
вод, а в дождливые дни зимой в центральной Италии она весьма низкая и может составлять менее 10 °С. На рисунке справа приведена зависимость производительности мембран Альфа Лаваль MFM от температуры. Как видно, зависимость является почти пропорциональной, с более резким снижением при температуре менее 18 °С.

На ОС Филоттрано использована нитриденитрификация с чередованием аэробных
и аноксидных условий как по времени, так и с разделением в пространстве. Основной объем биореактора работает в течение 60-80 мин как денитрификатор и всего около 25 мин – как нитрификатор. Управление переменной аэрацией происходит автоматически по сигналам от датчиков концентрации растворенного кислорода и окислительно-восстановительного потенциала.

Причина столь существенной доли аноксидных условий заключается в том, что около 40 % времени ил, кроме биореактора, проводит в мембранном отделении, где условия полностью аэробные. Таким образом, доля аноксидных условий в общем времени обработки в системе не превышает 40%, что вполне нормально для сточной воды, не подвергавшейся осветлению. Кроме упомянутых показателей, измеряемых датчиками, в биореакторах также контролируется концентрация иловой смеси. На момент ознакомления с ОС она составляла около 5,5 г/л.

Концентрация в мембранном отделении была выше – около 8,5 г/л. В период больших притоков предусмотрено добавление уксусной кислоты как внешнего субстрата для денитрификации.

Общий объем емкостей в одной из линий (в летний сезон она работает одна, вторая выключена) составляет около 450 куб.м, что обеспечивает в этот период (без дождя)
время пребывания в МБР около 21 часа, включая процесс илоразделения. Мембраны могут находиться не в работе, под заливом. Для того чтобы они не начинали издавать неприятных запахов (не «протухали», хотя самим мембранам это не вредит), в них до 2-х недель периодически подается небольшое количество раствора гипохлорита натрия, затем – раствора бисульфита натрия.

Циркуляция иловой смеси в мембранное отделение и обратно происходит самопроизвольно за счет эрлифтного эффекта системы аэрации. Через нижние окна она поступает в отделение, а через верхние переливные проемы возвращается назад за счет более высокого уровня в интенсивно аэрируемом отделении.

Пермеат, отделенный на каждом из 4-х мембранных модулей под действием только гидростатической силы, через регулирующий и отсекающий клапаны, а также расходомер  поступает в общий коллектор и по нему изливается в сборную емкость пермеата. Из этой емкости пермеат через перелив поступает в отводящий трубопровод на сброс. Регулирующий клапан поддерживает трансмембранное давление на уровне не выше необходимого, в соответствии с уровнем в сооружениях биологической очистки.

Дополнительное обеззараживание не предусмотрено, т. к. после мембраны оно считается в Италии достаточным. В едином производственном помещении
также расположены 8 роторных воздуходувок Aerzen (Австрия) и система химической промывки мембран (безразборные CIP-мойки). Промывка проводится обратным током раствора раз в 3 месяца, по достижении трансмембранного давления 60 см вод. ст., либо по времени (по регламенту Альфа Лаваль).

На промывку подается избыточный относительно пропускной способности мембраны расход, что приводит к циркуляции раствора через нее и выносу отложений, возникших внутри и не растворившихся полностью.

Нормативные требования и фактическое качество очищенной воды приведены в табл. 1.

Таким образом, фактическое качество значительно лучше, чем нормативные требования (они базируются еще на директиве ЕЭС № 271 от 1991 г.). Обращает на себя внимание очень низкая концентрация фосфора. Технология не содержит специальных решений по удалению фосфора, можно предположить, что он удаляется в результате того, что длительное время денитрификации в биореакторе также создает эффект анаэробной зоны.

Избыточный активный ил обезвоживается на центрифуге производства Альфа Лаваль, модель G2, с использованием жидкого (так называемого трехмерного) флокулянта.

Имевшийся в контейнере обезвоженный
осадок выглядел весьма сухим и рассыпчатым , по оценке никак не выше 70% влажности. Учитывая, что обезвоживанию подвергается только избыточный активный ил, такое качество осадка удивило даже представителей компании производителя. По их мнению, кроме возможностей самого агрегата, причиной этого может быть использование очень эффективного жидкого флокулянта. Следует отметить, что на обезвоживание рекомендуется подавать ил не из мембранного отделения, где он гуще примерно вдвое, а из биореактора, т.к. интенсивная аэрация в мембранном отделении ухудшает состояние флокул и, соответственно, фильтрационные свойства ила. В биореакторе же флокулы восстанавливаются, и фильтрационные свойства оптимальны.

Обезвоженный осадок вывозится на полигон ТБО, где используется в качестве промежуточного слоя, которым пересыпают отходы. ОС работают в автоматическом режиме, постоянное присутствие персонала не требуется. Вся информация выводится в центральную диспетчерскую эксплуатирующей компании. Обезвоживание осадка производится периодически, в присутствии
персонала.

Анализируя увиденное на ОС коммуны Филоттрано, хотелось бы отметить следующее:

• МБР, выполненный на основе листовых мембран MFM производства Альфа Лаваль,обеспечивает необходимую пропускную способность и прекрасное качество очистки,
• установка проста по конструкции и в эксплуатации,
• центрифуга Альфа Лаваль обеспечивает очень глубокое обезвоживание избыточного активного ила,
• решение по подаче воздуха весьма дорогостоящее: на каждое из 8-ми аэрируемых отделений приходится своя воздуходувка, включаемая и выключаемая по мере необходимости (обдув мембран также не постоя-
  нен, в целях экономии энергии).

Следует отметить, что возможности и свойства МБР гораздо больше подходят не к условиям и требованиям Европы, особенно южной, а более применимы для российских условий и требований (например, по новому, пока еще не вступившему в силу законодательству – при сбросе в водные объекты категории А). Дело в том, что при общесплавной системе водоотведения пиковые суточные притоки в 3–4 и более раз превышают притоки в сухую погоду. И, даже с учетом возможного кратковременного форсирования удельного расхода через мембрану вынужденный запас их производительности очень велик, т.к. сильные ливни в том регионе приводят к резкому снижению температуры сточных вод и уменьшают пропускную способность мембран. Для сравнения, в российских условиях, при минимальной температуре сточных вод, например, 14 °С, это же количество мембран могло бы принимать около 3500 куб.м/сут по среднегодовому, а не по пиковому, притоку.

Также для такого количества менее концентрированных сточных вод был бы достаточным и объем биореакторов. Ну и, безусловно, наиболее комфортно, с точки зрения температурных и гидравлических условий, применение МБР на промстоках, для которых температура существенно выше и, как правило, используется хорошее усреднение расхода.

Безусловно, работа на мембранах требует как от проектировщиков, так и от операторов навыков, учитывающих свойства мембран. Так, например, в средней полосе, где опадают листья, не допускается использование открытых поверхностей биореакторов (и любых других сооружений после сит), т. к. продукты разложения листьев при попадании на поверхность мембран могут их засорить. Это может относиться даже к тополиному пуху: для мембран нежелательны любые включения, которые могут «армировать» фильтрующий слой, который возникает на их поверхности при работе. Также очень важно обеспечить глубокую биологическую очистку по БПК. Если пермеат будет содержать значимую (свыше 15–20 мг/л) концентрацию БПК5, то это приведет к постепенному образованию биопленки не только снаружи мембран, но и внутри и потребует учащенных промывок. В нормальных же условиях эксплуатации компания Альфа Лаваль заявляет срок работы мембран около 10 лет, который подтвержден на объектах Европы.

Автор: Д.А. Данилович, канд. техн. наук, руководитель Центра технической политики и модернизации в ЖКХ Ассоциации «ЖКХ и городская среда», эксперт-директор журнала "НДТ"

Опубликовано в журнале "НДТ" №3 за 2019 год

Читать продолжение - Очистные сооружения «Марчиано»