Юрий Олегович Бобылёв, представляющий компанию «Национальный Экологический Проект», на IX Всероссийском водном конгрессе в Москве поделился своим опытом работы с технологиями мембранного биореактора (МБР). В своей презентации он акцентировал внимание на инновационных решениях, разработанных для повышения эффективности очистных процессов.

В Москве в ЦВК «Экспоцентр» завершился IX Всероссийский водный конгресс и выставка «VODEXPO-2025». На протяжении трёх насыщенных дней на полях водного конгресса проходили деловые программы, в рамках которых все участники имели возможность обсудить актуальные темы и услышать выступления приглашённых спикеров. Одним из таких участников IX Всероссийского водного конгресса стал Юрий Олегович Бобылёв, главный инженер группы компаний «Национальный экологический проект». В своём выступлении он затронул актуальную тему, посвящённую керамическим мембранам, представив слушателям глубокий анализ их применения и значимости в современных экологических технологиях.

Проблемы и преимущества

Демонстрируя плоскую пустотелую керамическую мембрану, по своей структуре напоминающую пустотелые плиты перекрытия, используемые в очистных сооружениях и системах водоподготовки, г-н Бобылёв отметил, что они обладают всеми преимуществами МБР-мембранного биореактора. Однако, за годы эксплуатации МБР на основе полых волокон, помимо явных преимуществ, проявились и некоторые негативные моменты.

Одной из серьёзных проблем стало зарастание торцевых креплений мембран солидолообразной биомассой, вызванное невозможностью продувки этих зон воздухом. Жёсткая заливка торцов эпоксидной смолой часто приводила к излому «под корень» при дрожании волокна в потоке воздушных пузырей. В условиях такой механической ненадёжности мембран рассчитывать на эффективное обеззараживание не представляется возможным. К тому же, существует необходимость в постоянной обратной ежедневной промывке мембран лимонной кислотой или гипохлоритом, а дважды в год — более агрессивными химикатами. Это также ведёт к снижению механической прочности волокон мембран, что приводит к тому, что реальный срок службы таких волокон составляет не более 3-5 лет. Тканевые мембраны, в свою очередь, не улучшили ситуацию. Они сталкиваются с теми же проблемами, включая недостаточную смачиваемость.

Теперь обратим внимание на керамическую плоскую мембрану. Её смачиваемость свидетельствует о высокой гидрофильности. Рейтинг микропор в диапазоне 80-100 нм позволяет эффективно задерживать все микробы и практически все вирусы. Процесс обеззараживания представляет собой отдельную и актуальную тему, которая в настоящее время активно исследуется одним из специализированных научно-исследовательских институтов. Мембрана демонстрирует исключительную устойчивость к различным химическим веществам и обладает высокой механической прочностью.

Тем не менее, мы временно оставим в стороне вопрос обеззараживания, поскольку существует множество других важных нюансов. Так, при использовании мембранных биореакторов (МБР) можно реализовать широкий спектр биотехнологий на новом уровне эффективности, применяя концентрации активного ила до 14 г/л, что является недостижимым показателем для традиционных технологий. Однако основными проблемами всех технологий, включая МБР, остаются значительное количество избыточного активного ила и низкая эффективность биологической дефосфотации, которая не превышает 60%. В связи с этим возникает необходимость в применении коагулянтов.

Это и стало основным направлением исследований различных режимов биореактора с применением керамических мембран на выходе. Подбор оптимальных режимов для выращивания биомассы, включая биологический запуск и эксплуатационные режимы очистных сооружений, оказалось сложной задачей. С начала XXI века, когда Бобылёв Ю.О. впервые разработал и запатентовал свою технологию «ЮБАС», эти проблемы стали доставлять значительные трудности в эксплуатации подобных систем.

Станция «ЮБАС», появившаяся в 2002 году, а затем и её усовершенствованная версия «ЮБАС-РПФ», позволила решить проблему загрязнений азотной группы и значительно сократить периодичность откачки активного ила. Тем не менее, кардинальное решение вопросов, связанных с дефосфатацией и объёмом генерации избыточного активного ила, долгое время оставалось недостижимым. Лишь в 2009 году, с изобретением станции «ЕВРОБИОН» и её последующей модификации «ЕВРОБИОН-Комфорт», ситуация начала проясняться.

В «ЕВРОБИОН-Комфорт» с помощью программы «БИОКОММАНДЕР» удалось научиться формировать так называемый «гранулированный активный ил», флокулы которого достигали нескольких миллиметров и обладали высокой седиментацией. Однако, несмотря на достигнутые успехи, увеличить концентрацию выше 4 г/л не представлялось возможным — ил просто выносило из системы.

Оптимизация процессов

В 2016 году в Китае была приобретена первая партия керамических мембран, а в 2017 году в Краснодаре была осуществлена реконструкция неработающих очистных сооружений, изначально рассчитанных на 1 тыс. м³ в сутки, с целью увеличения их мощности до 2 тыс. м³. В результате дальнейшего строительства одного из микрорайонов производительность была успешно доведена до 3 тыс. м³ в сутки. Эти очистные сооружения показали свою надёжность, обеспечивая высокую эффективность работы высококонцентрированного активного ила. В ходе эксплуатации была выявлена полоса оптимальных скоростей фильтрации, что позволило избежать необходимости применения химической промывки и сделать процесс более экологичным.

Новая технология воздушной очистки позволила значительно продлить период между химическими промывками до целого года, а также внедрить импульсные обратные промывки с использованием малых и больших потоков без добавления каких-либо реагентов. Этот прогрессивный подход был разработан под руководством компаньона Бобылёва Ю.О. — инженера Тарасова И.А., который создал блоки керамических мембран с системой крупнопузырчатой очистки щелевых промежутков мембран.

Эффективность данного процесса оказалась настолько высокой, что годовой интервал между химическими промывками стал не пределом возможностей. Ключевое значение в этом процессе имеет расположение мембран в блоках, а также размер щели между пустотелыми пластинами керамических мембран. Щель в 4 мм не позволяет крупному пузырьку диаметром 4-5 мм беспрепятственно проходить по щелевому каналу. Вместо этого пузырь протискивается, упираясь в фильтрующую стенку с обеих сторон, и увеличивается в размерах по мере своего всплытия. Это приводит к постоянной и высокоэффективной очистке керамической мембраны, обеспечивая её долговечность и надёжность в эксплуатации.

Но вернёмся к биотехнологиям. Бобылёв Ю.О. увидел в мембранах тот элемент, который способен решить не только оставшиеся проблемы, но и осуществить смелые надежды. В первую очередь, речь шла о возможности снизить излишки активного ила. Эксперимент на станции «ЕВРОБИОН-КЕРАМИК» пятого поколения подтвердил эти ожидания, продемонстрировав отличные результаты. Станция функционировала в коттедже целый год без необходимости откачки, при концентрациях активного ила от 3 до 6 г/л (при этом предельные значения не превышали 14 г/л).

Изменился видовой состав биомассы, что привело к резкому увеличению седиментации активного ила. Уровень фосфатов на выходе снизился до показателя ниже 0,8 мг/л. Также наблюдалось снижение энергопотребления. Удалось обеспечить эффективное удаление аммония, применяя технологию Анаммокс, а не традиционную нитри-денитрификацию. Добившись выращивания активного ила по новой технологии, мы получили и новые биологические функции.

На пути к экологическим инновациям

Новая экспериментальная станция была установлена в апреле 2025 года на очистных сооружениях города Тосно Ленинградской области. В настоящее время проходит биологический запуск. Первые пробы, взятые на третий день работы, показали органолептические показатели, значительно превышающие таковые на крупных очистных сооружениях. Эксперимент будет продолжаться весь сезон, и вскоре будет осуществлён первый отбор для химических и микробиологических анализов.

Что касается пересчёта на крупные очистные сооружения, то эта технология позволит снизить прирост активного ила в очистных системах полного цикла окисления, исключая первичные и вторичные отстойники, до уровня ниже 100 г на 1 кг поступившей биохимической потребности кислорода (БПК5). Энергоэффективность возрастёт до 0,35 кВт-час на очистку 1 м³ сточных вод.

Главное, что эту технологию можно применять на локальных очистных сооружениях без необходимости ежедневного обслуживания, включая коттеджи, бензоколонки и другие объекты. Вынос ила исключён, а высокая концентрация ила позволяет снивелировать большинство проблем, связанных с очистными сооружениями.

Максимальный ферментный фон способствует расщеплению множества трудноокисляемых соединений, включая нефтепродукты. Пугающие нормативы сброса в водоёмы рыбохозяйственного значения уже не воспринимаются как недостижимые. Обнадёживающие результаты биологического запуска системы, который обычно завершается за две-три недели, показывают, что ил значительно повышает свои седиментационные свойства и начинает эффективно функционировать с минимальным приростом.

Применение и результаты

Господин Бобылёв поделился с присутствующими своим опытом реконструкции мембран в очистных сооружениях мощностью 1 тысяча кубометров, которые были введены в эксплуатацию в 2017 году. Он отметил, что производительность была увеличена до трёх тысяч кубометров, при этом все нормативные требования для водоёмов рыбохозяйственного значения были строго соблюдены. Мембраны обеспечивают высокую степень очистки, достигая уровня регенерации до 99,9% при ежегодных химических промывках. Это служит гарантией безопасности и качества очищенной воды.

В заключительной части своей презентации Юрий Олегович акцентировал внимание на важности внедрения современных технологий в сфере очистки сточных вод. Он убеждён, что использование мембранных технологий позволит существенно улучшить экологическую ситуацию в России и повысит качество очистки при сбросе в водоёмы.

Текст и фото: Александр Герасимов, Ассоциация "Экологический комфорт"

Коллаж Елены Васильевой. На фото: Юрий Олегович Бобылёв