За время существования технологии мембранного биореактора взгляды специалистов на нее претерпели ряд изменений: как часто бывает, повышенные ожидания сменились более рациональным подходом. На первое место вышла экономичность и надежность, а не предельные показатели по компактности, окислительной мощности, эффективности очистки и т.п. Два десятилетия активной эксплуатации МБР вскрыли проблемы с засорением мембранных модулей, повреждением мембран, неравномерностью аэрации и т.д. В последние годы усилия производителей МБР были направлены на преодоление существующих недостатков и совершенствование конструкции мембранных модулей.
Как показала практика эксплуатации МБР, оптимальная доза активного ила составляет 8-12 г/л, максимальная – 12-15 г/л, возраст ила – 10-20 суток. Это обусловлено тем, что, с одной стороны, с повышением дозы и возраста ила уменьшается количество избыточного активного ила и увеличивается эффект очистки по БПК и ХПК, а с другой стороны, при дозе ила более 15 г/л дальнейшего повышения эффекта очистки не наблюдается, а поддерживать необходимую интенсивность аэрации становится все труднее. Время пребывания воды в МБР составляет от 3 до 10 часов. Установлено, что окислительная мощность МБР с увеличением периода аэрации снижается. Доза ила и его характеристики (в том числе размер флокул) влияют на темпы снижения производительности мембран, и здесь есть определенный оптимум, кроме того, меньший размер флокул ила в МБР улучшает массообмен.
Основной проблемой при эксплуатации мембранных биореакторов является засорение мембран и вызванное этим их повреждение. Загрязнение поверхности и пор мембран коллоидными и органическими веществами также представляет проблему. Другие проблемы можно обозначить так в порядке убывания приоритета:
- засорение сетчатых фильтров (если они применяются вместо решеток);
- отказы линий связи систем автоматизации;
- отказы систем аэрации мембран и аэрации биореактора;
- загрязнение решеток;
- отказы рециркуляции, системы обратной промывки и вспомогательного мембранного оборудования.
Отложение загрязнений различной природы характерно для всех баромембранных технологий и является приоритетной проблемой, требующей решения при проектировании и эксплуатации мембранных установок. В МБР имеются свои особенности этой проблемы, и связаны они преимущественно с модулями погружного типа. В модулях имеются мертвые зоны, где начинает скапливаться активный ил и загрязнения, подхваченные пузырьками воздуха. Обычно это области, где волокна прикрепляются своим верхним концом к трубке отвода фильтрата. В модулях с плоскими мембранами также есть выступы и мертвые зоны, куда почти не попадает воздух и где постепенно начинает скапливаться взвесь. Гидравлические обратные промывки и аэрация (продувка воздухом) мембран не решают эту проблему.
Настоящим бичом мембранных систем являются волокнистые примеси, присутствующие в сточных водах – волосы, нитки, обрывки тряпья и другие материалы. Их невозможно полностью удержать решетками, но они хорошо собираются в мембранных блоках, особенно половолоконных, которые представляют для них прекрасную «ловушку». Причем перемешивание воздухом здесь не препятствует, а даже иногда помогает запутыванию волокнистых материалов между мембранами.
Постепенное накопление загрязнений, увеличение их объема вызывает перераспределение потоков воды и воздуха, непредусмотренные нагрузки и воздействия на мембраны, особенно плоские, приводя к их смещению и повреждению. Напорные модули также страдают от засорения. Как правило, мусор и волокна скапливаются в крышках мембранных аппаратов перед входом в волокна или трубки.
Борьба с этими проблемами ведется на этапе конструирования мембранных блоков и в процессе их эксплуатации. В половолоконных погружных модулях помогает размещение волокон не вертикально, а горизонтально, а также оставление верхних концов волокон свободными, чтобы загрязнения свободно выносились пузырьками воздуха к поверхности воды в биореакторе. В погружных модулях с плоскими мембранами применяют армирование рамок, в которые закреплены листы, и одновременное эластичное крепление самих рамок, устранение выступающих элементов и переход к более открытым пространственным конструкциям. Во всех видах модулей предусматриваются удобные и быстрые способы извлечения отдельных элементов для их очистки и ручной промывки.
Важным фактором служит наличие и штатная работа сетчатых фильтров или решеток с минимально возможными прозорами – не более 2 мм, а лучше 0,5-1 мм. Они задерживают большую долю волокнистых и грубодисперсных примесей, снижая темпы засорения мембранных модулей.
При засорении мембран и при развившемся загрязнении, когда уже не помогают обратные гидравлические промывки и продувка воздухом, их извлекают, очищают механически и промывают струями воды, удаляя накопившиеся отложения. Промывка может выполняться вручную или с помощью специализированных машин.
Для восстановления проницаемости мембран, очистки пор и удаления адсорбированных веществ применяется обработка растворами реагентов, в основном, гипохлоритом натрия или лимонной кислотой. Дополнительно могут использоваться едкий натр, соляная кислота, различные детергенты и комплексообразователи. Периодичность химических промывок составляет в среднем 1 раз в несколько месяцев. Профилактическая обработка гипохлоритом натрия может осуществляться более регулярно – несколько раз в месяц. Напорные модули промываются путем циркуляции раствора реагента, подаваемого насосом из отдельного бака, а погружные модули либо перемещают в отдельную специальную емкость, либо промывают на месте.
На темпы снижения проницаемости мембран влияют и характеристики иловой смеси, их ухудшение может быть вызвано различными причинам, в том числе и недостаточной аэрацией. Само собой, на мембраны влияет работа аэраторов, их склонность к засорению, равномерность распределения воздуха и размер пузырьков.