Лучшим подтверждением успешности любой технологии является как ее широкое внедрение, так и надежная эксплуатация. В настоящее время в мире работают тысячи сооружений с мембранными биореакторами. Мы приведем здесь только несколько отдельных примеров – от первых станций очистки сточных вод с использованием МБР до последних масштабных проектов.
Несколько характерных примеров первых европейских станций очистки бытовых сточных вод с применением технологии мембранного биореактора можно найти на западе Германии – это очистные сооружения в городах Конзен (5912 м3/сут, 2006 г.), Воффельсбах (1860 м3/сут, 2005 г.) и станция Нордканал в Карсте (ср. 13 000 м3/сут, макс. 45 000 м3/сут, 2004 г.). Все сооружения, с одной стороны, демонстрируют почти 20-летний срок эксплуатации, и, с другой стороны, являются примерами успешных попыток совершенствования технологии оптимизации и сокращения энергозатрат.
На станции Воффельсбах использованы погружные блоки с плоскими мембранами. Станция сбрасывает очищенные сточные воды в водохранилище Рурзее – популярное туристическое место в Германии для летнего отдыха на воде. Дежурный персонал станции состоит всего из двух человек – технолога и мастера. Сооружения надежно обеспечивают очистку сточных вод даже в зимние месяцы, когда температура приходящей воды ночью падает до 1°С. Главные проблемы в процессе эксплуатации связаны с загрязнением мембран и затратами электроэнергии на подачу воздуха для их очистки. Химические промывки приходилось проводить до 2-3 раз в месяц вместо заявленных производителем мембран 3-4 раз в год. При недостаточно эффективном удалении осадка на поверхности мембран возникают «застойные» зоны, куда не проникают пузырьки воздуха и свежие порции воды, и за счет постоянного оттока воды через мембрану осадок на ней фактически обезвоживается, образуя плотную корку. В связи с этим даже возникала необходимость ручной очистки мембран от осадка и загрязнений, что было весьма трудоемко и долго.
На станции Конзен также используются погружные плоские мембраны, срок службы которых составил примерно 15 лет. В последнее время старые блоки заменяются на половолоконные, которые показали лучшую стойкость к загрязнению. Также испытана и предложена новая система воздушной импульсной промывки, переход на которую с существующей крупнопузырчатой может дать экономию суммарного потребления электроэнергии в размере 50%.
Технологическая схема станции Нордканал включает решетки 5 мм, аэрируемую песколовку, сетки 0,5 мм, трехстадийную биологическую очистку, в которую входят зона денитрификации, смешанная зона и аэробная зона, где происходит нитрификация и где установлены мембранные блоки. Рабочее давление на мембранах составляет 0,1-0,5 атм, размер пор – 0,4 мкм.
Удельное энергопотребление после ввода в эксплуатацию составляло 0,9-1,1 кВт·ч/м3, после нескольких лет изучения и оптимизации оно было снижено до 0,65 кВт·ч/м3 и остается стабильным несмотря на то, что по последним имеющимся данным мембранные блоки уже проработали 17 лет. Оптимизация работы МБР заключалась в увеличении потока через мембраны и продолжительности фильтроцикла вместе с переходом на частые остановки фильтрации (релаксация) взамен обратной промывки один раз в 10-15 минут и изменением режима подачи воздуха. Также были перераспределены потоки воды на активные мембранные блоки и на блоки, находящиеся в резерве (ожидании). Для снижения нагрузки на биореактор в технологическую схему были введены первичные отстойники. Доза ила была снижена с первоначальных 12 г/л до 8 г/л, что увеличило эффективность аэрации активного ила. Наконец, была проведена замена воздуходувок на более эффективные и усовершенствована система контроля и автоматического управления. Следующий шаг в экономии электроэнергии стал возможным после строительства в 2019 г. анаэробного стабилизатора и мини-ТЭЦ на получаемом из него биогазе, что покрывает одну треть потребления электричества на станции.
В качестве более масштабных проектов ниже приведены несколько крупнейших станций очистки сточных вод с МБР, и здесь лидирующие мировые позиции занимает Китай, в котором число крупных станций (> 5000 м3/сут) превысило 200 штук, а их суммарная производительность – 5 млн м3/сут.
На первом месте стоит станция производительностью 800 000 м3/сут в провинции Хубэй (2019 г.), мембраны поставила китайская компания Beijing Origin Water. Второй крупный проект – это станция Huaifang Water Reclamation Plant мощностью 600 000 м3/сут на юго-западе Пекина (2016 г.), построенная при участии компаний SUEZ и Memstar. Из-за недостатка места очистные сооружения размещаются в 3 этажа под землей и представляют собой самый крупный объект подобного рода в мире. Для третьего крупнейшего китайского проекта в г. Синъи мощностью 307 000 м3/сут (2017 г.), как и для большой части проектов в Китае, мембраны также поставляла компания Beijing Origin Water.
Еще два больших проекта находятся сейчас на стадии строительства: один в Сингапуре, который нацелен на увеличения доли повторного использования сточных вод. Он планируется к запуску в 2026 г. и будет очищать 650 000 м3/сут бытовых сточных вод и 150 000 м3/сут промышленных стоков. Второй – это станция Хенриксдал, которая реконструируется с применением МБР в Стокгольме. Ее мощность к 2026 г. составит 536 000 м3/сут, при этом там же одновременно реконструируется с МБР и вторая станция мощностью 158 400 м3/сут. Интересно, что станция Хенриксдал – это крупнейшая в Европе подземная станция очистки сточных вод.
В России внедрение мембранных биореакторов идет не такими огромными темпами, как в Китае, но и у нас с каждым годом появляются все новые сооружения, на которых применяются самые передовые технологии и оборудование. В числе интересных и крупных проектов можно упомянуть сооружения «Башнефти» в г. Уфа (84 000 м3/сут, 2017 г.), очищающие стоки НПЗ и других предприятий города, сооружения ОАО «Новокуйбышевский НПЗ» (60 000 м3/сут, 2018 г.), сооружения НПЗ АО «Танеко» (36 000 м3/сут, 2011-2016 гг.), сооружения Сызранского НПЗ (32 000 м3/сут), ЛОС ООО «Пепсико Холдингс» в г. Домодедово (3 300 м3/сут, 2017 г.). Внедрение МБР для очистки бытовых сточных вод началось и ведущими водоканалами: например, в пос. Молодежный (2 500 м3/сут, ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга»), в пос. Щапово и пос. Минзаг (2 000 и 500 м3/сут, АО «Мосводоканал»).