В настоящее время в связи с переходом на технологическое нормирование в соответствии с Федеральным законом №219-ФЗ необходимо внедрение в КОС наилучших доступных технологий (НДТ). Принципы НДТ требуют использование малоотходных технологий; регенерацию и рецикл используемых веществ; необходимость предотвращения или сведения к минимуму общего негативного воздействия на окружающую среду и связанные с этим риски и ряд других факторов.

Основной особенностью применяемых ООО «2Н АКВА» оборудования и технологий при реконструкции существующих КОС является отсутствие или минимальный объем нового строительства.

Например, в существующие первичные/вторичные отстойники устанавливаются тонкослойные модули из полипропилена (TUBEdek, Германия) или композитного состава на основе полипропилена (СТП, Россия) с требуемыми свойствами по отсутствию биообрастания, морозоустойчивости. При этом значительно повышается эффективность процесса очистки без строительства дополнительных отстойников. Использование методов математического моделирования позволяет оценить требуемое количество первичных/вторичных отстойников и, как показывает опыт таких разработок, иногда удается даже сократить количество требуемых первичных отстойников и использовать высвобождаемые резервуары для реализации других требуемых при реконструкции процессов, например биореакторов доочистки.

В отличие от классических аэротенков, в которых происходит только окисление органических веществ, в современных технологиях биологической очистки, для достижения установленных показателей НДТ, с удалением соединений азота и фосфора, нужно обеспечить прохождение следующих биохимических процессов:

• окисление органических соединений;
• нитрификация (окисление аммонийного азота до нитратов); денитрификация (восстановление нитратов до газообразного азота);
• биологическое, химическое или комбинированное (биолого-химическое) удаление фосфора.

Использование технологий MBBR/IFAS немецкой компании Multi Umwelttechnologie AG с биозагрузкой Mutag BioChip 30™, позволяет добиться показателей НДТ в рамках существующих конструкций аэротенков, в большинстве случаев без строительства новых очередей очистных сооружений.

Существенным отличием плавающей фильтрующей загрузки Mutag BioChip30 (MBC30) от других типов, является наличие развитой внутренней, защищённой, поверхности более 5500 м2/м3. Например, для применения при очистке сточных вод с прикреплённой к загрузке микрофлорой наличие защищённой поверхности приводит к более стабильным процессам, поскольку в процессе движения и столкновения частиц загрузки, плёнка на внутренней поверхности остаётся защищённой от ударов.

Плавающая загрузка MBC30 производится из полиэтилена оригинального. Этот материал стоек к большинству химических веществ, растворенным органическим субстанциям, гниению, воздействию бактерий и других микроорганизмов. Срок эксплуатации — более 30 лет.

Основными задачами станций биологической очистки сточных вод являются очистка по БПК/ХПК и, в зависимости от требований к выпуску, также окисление аммония с помощью процесса нитрификации. Для этих целей нитрифицирующие микроорганизмы должны обеспечиваться достаточным количеством кислорода и субстратом.

Максимальный размер популяции бактерий зависит от наличия площади поверхности для прироста микроорганизмов. Благодаря своей мелкопористой структуре и огромной защищённой активной площади поверхности, биозагрузка Mutag BioChip 30™обеспечивает бактериям оптимальные условия среды обитания. Защищённая активная площадь поверхности данной биозагрузки составляет более 5500 м2/м3, что соответствует площади 21,1 теннисных кортов, в пересчёте на м³.

Каждый элемент биозагрузки Mutag BioChip 30™ имеет диаметр примерно 30 мм и толщину около 1,1 мм. Его поверхность представляет собой огромное количество близкорасположенных мелких открытых пор. Эти открытые поры и каналы обеспечивают микроорганизмам оптимальную среду обитания на вышеуказанной площади поверхности. Размер этой площади во много раз превосходит размер площади поверхности, предоставляемой традиционными биозагрузками. На всей площади поверхности, то есть не только внутри системы пор, но также и в промежутках между порами, микроорганизмы могут прирастать в виде оптимально тонкой биоплёнки.

При взаимном контакте элементов биозагрузки в форме дисков/чипсов в биореакторе с подвижным «кипящим» слоем (MBBR) возникает сила трения. Благодаря этой силе трения отдельные элементы поверхности биозагрузки чистят друг друга без каких-либо последствий в виде истирания. Создаются условия для постоянного прироста тонкой биоплёнки, все слои которой доступны для проникновения кислорода и субстрата.

Биозагрузка Mutag BioChip 30™ имеет очень малый собственный вес по отношению к предоставляемой площади поверхности. Её несложно поддерживать в погруженном состоянии в реакторе MBBR при низком энергопотреблении. Слегка параболическая форма – сравнимая с хорошо известными картофельными чипсами – способствует движению биозагрузки. Само движение обеспечивается воздухом, подаваемым для аэрации и перемешивания воды в реакторе. Кинетическая энергия элементов биозагрузки, оказывает ничтожно малое воздействие на стенки и/или другие поверхности реактора.

Это происходит благодаря малому собственному весу в совокупности с оптимальным и ровным движением элементов биозагрузки в воде. Из-за ничтожно малого (не принимаемого в расчет) воздействия этого типа загрузки, срок службы биореактора значительно увеличивается. Более крупные и тяжёлые виды биозагрузки увеличивают износ и истирание частей биореакторов из-за своей более высокой кинетической энергии.

Благодаря толщине материала всего примерно 1,1 мм, биоплёнки на поверхности загрузки Mutag BioChip 30™ оптимально снабжаются субстратом и кислородом с обеих сторон. Здесь следует принимать во внимание, что глубина проникновения субстрата и кислорода составляет примерно 0,5 мм. Как кислород, так и субстрат могут проникать ко всем слоям биоплёнки с обеих сторон элемента биозагрузки в форме диска. И наоборот, оптимального переноса кислорода и субстрата к биоплёнкам на других типах загрузок не происходит в связи с формированием толстых биоплёнок и/или их гибели из-за закупорки и заиливания элементов биозагрузок.

Смотрите фильм иллюстрирующий процесс диффузии субстрата и кислорода в биозагрузке:

Процесс диффузии субстрата и кислорода в биозагрузке

Эффективности биодеструкции многократно увеличивается за счёт обеспечения огромной площади поверхности (> 5.500 м²/м³). Эта площадь поверхности полностью пригодна для прикрепления микроорганизмов, удаляющих загрязняющие вещества. На модернизированных станциях водоочистки скорости очистки стали более стабильными и постоянными. Это объясняется как оптимальной средой обитания, так и большой площадью поверхности биозагрузки МВС30. Главной задачей является активировать максимум популяции микроорганизмов в минимально возможном объёме биореактора.

Учитывая очень высокую производительность биозагрузки Mutag BioChip 30 и её предыдущей модели МВС25, в рамках строительства новой станции водоочистки объем биореактора может быть соответственно уменьшен. Также можно задействовать резервную производительность для возможной модернизации, которая может понадобиться в будущем.

В течение нескольких десятилетий биозагрузка Mutag BioChip 30™ и её предыдущая модель МВС25 с большим успехом использовались в более чем 700 проектах в промышленной эксплуатации на муниципальных станциях очистки сточных вод; на коксохимических заводах для очистки токсичных выпусков процесса газоочистки; а также на многочисленных промышленных станциях водоочистки, например, целлюлозно-бумажной, пищевой и химической промышленности. Области применения охватывают удаление по ХПК/БПК, нитрификацию, денитрификацию и процесс Аномакс до очистки сильно загрязнённых азотосодержащих и токсичных выпусков коксохимических заводов от процесса газоочистки.

Биозагрузка Mutag BioChip – продукт, разработанный Multi Umwelttechnologie AG на основе опыта компании в течение десятилетий в применении традиционных биозагрузок в процессе MBBR. Компания Multi Umwelttechnologie AG является не только разработчиком, но также и производителем этой уникальной высокоэффективной биозагрузки.

Плавающая биозагрузка Mutag BioChip™ используется в биореакторе с суточным расходом 30240 м3/сут., (1260 м3/ч) на муниципальной станции водоочистки города Эркеленц (city of Erkelenz, Германия) с 2010 года. На станции с суточным расходом 7400 м3/сут в Швейцарии с 2012 года, процесс IFAS. Ещё пять муниципальных очистных сооружений во Вьетнаме и Бангладеш успешно работают с загрузкой Mutag BioChip™ с 2012 года. Кроме того, еще одни городские сооружения по очистке сточных вод в районе Лейпцига (Германия), используют Mutag BioChip™ с 2014 года.

Введены в эксплуатацию/реконструированы муниципальные очистные сооружения в Германии (2010,2014), Латвии (2011, 2013 ), Турции (2014г.), Италии (2016г,) Испании (2014 г., 2015 г.), Швеции (2013 г.), Ираке (2014 г.), Южной Африке (2010 г.), Бангладеш (2012 г.), ряд ОС в Германии (2014г, ), Греции (2014 г.), Оман (2016), Гватемале (2016), США (2014), Саудовской Аравии (2016), Франции (2016).

Целый ряд муниципальных станций находиться в настоящее время процессе строительства в Тайване, Эквадоре, Индии, Греции, Колумбии и других странах.

Как указывалось, выше, производительность имеющихся станций по очистке сточных вод можно значительно увеличить, используя биозагрузку Mutag BioChip™. С учётом этого, можно значительно повысить производительность контейнерных станций водоочистки.

Рис. 5: Станция по очистке сточных вод в модульном (контейнерном) исполнении, работающая с использованием биозагрузки Mutag BioChip ™, установленная в Ираке в 2014 году