ISSN 2304-6600 (Online)
ISSN 1997-0935 (Print)



Безопасность строительства и городского хозяйства

Новая технология обработки сточных вод, прошедших биологическую очистку, методом обратного осмоса: утилизация концентрата

  • Первов Алексей Германович - Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ)
  • Тихонов Константин Валерьевич - Проектно-изыскательское научно-исследовательское бюро «ГИТЕСТ» (ПИНИБ «ГИТЕСТ»)
DOI: 10.22227/1997-0935.2020.5.688-700
Страницы: 688-700
Введение. Исследованы возможности обработки биологически очищенных сточных вод методом обратного осмоса с целью получения высококачественной воды, пригодной для технологических нужд различных производств или для сброса в водоемы рыбохозяйственного назначения. Представлено обоснование возможности утилизации концентрата установки обратного осмоса путем радикального сокращения его расхода до величины, не превышающей 0,5–1 % расхода воды, поступающей на очистку, и выведения его вместе с обезвоженным осадком избыточного активного ила в виде его влажности. Цели — разработка новой технологии обратного осмоса для обработки сточных вод, прошедших биологическую очистку; обоснование возможности радикального снижения расхода концентрата для его удаления вместе с обезвоженным осадком.  Материалы и методы. Проведены экспериментальные исследования режимов работы мембранных установок при очистке сточных вод. Описана экспериментальная методика, позволяющая определить изменения концентраций различных растворенных загрязнений в фильтрате мембранных аппаратов и падение производительности мембран в процессе обработки сточных вод и снижения расхода концентрата.  Результаты.  Получены основные зависимости и выведены уравнения, позволяющие определить: требуемый расход концентрата установки в зависимости от значений концентраций взвешенных веществ, БПК и ХПК исходной сточной воды; требуемые значения выхода фильтрата в зависимости от концентрации иона аммония в исходной воде. Разработана методика определения площади мембран и количества мембранных аппаратов на каждой ступени обработки сточной воды. Определены оптимальные значения рабочего давления, экономические показатели установки в сравнении с другими технологиями очистки сточных вод.  Выводы. Установлено, что для достижения требуемого качества очистки воды по аммонию, необходимо использовать две ступени обработки с применением низконапорных обратноосмотических мембран. Показано влияние содержащихся в воде растворенных органических веществ, определяемых ХПК, на производительность мембран. Выявлена оптимальная величина рабочего давления при работе мембранной установки при очистке сточной воды, составляющая 7,5–8 бар.
  • обратный осмос;
  • нанофильтрация;
  • выход фильтрата;
  • очистка сточных вод;
  • удаление биогенных элементов;
  • аммонийный азот;
  • обезвоживание осадка сточных вод;
  • обезвоживание осадка;
  • влажность осадка;
Литература
  1. Gude V.C. Desalination and sustainability — An appraisal and current perspective. Water Research. 2016; 89:87-106. DOI: 10.1016/j.watres.2015.11.012
  2. Shrivastava A., Rosenberg R., Peery M. Energy efficiency breakdown of reverse osmosis and its implications on future innovation roadmap for desalination. Desalination. 2015; 368:181-192. DOI: 10.1016/j.desal.2015.01.005
  3. Lee H., Jin Y., Hong S. Recent transitions in ultrapure water (UPW) technology: rising role of reverse osmosis (RO). Desalination. 2016; 399:185-197. DOI: 10.1016/j.desal.2016.09.003
  4. Burn S., Hoang M., Zazzo D., Olewniak F., Campos E., Bolto B. et al. Desalination techniques — A review of the opportunities for desalination in agriculture. Desalination. 2015; 364:2-16. DOI: 10.1016/j.desal.2015.01.041
  5. Wilf M. The Guidebook to Membrane for Wastewater Reclamation. Balaban Desalination Publications, 2010.
  6. Lateef S.K., Soh B.Z., Kimura. K. Direct membrane filtration of municipal wastewater with chemically enhanced backwash for recovery of organic matter. Bioresource Technology. 2013; 150:149-155. DOI: 10.1016/j.biortech.2013.09.111
  7. Nascimento T.A., Mejía F.R., Fdz-Polanco F., Miranda M.P. Improvement of municipal wastewater pretreatment by direct membrane filtration. Environmental Technology. 2017; 38(20):1-35. DOI: 10.1080/09593330.2016.1271017
  8. Chen-Hua Ni, Yu-Chung Lim, Chia-Yuan Chang, Justin Chun-Te Lin. Reclamation of Wastewater in Petro-Chemical industries using submerged micro-filtration and RO membranes. The International Desalination Association World Congress. 2017.
  9. McCarty P.L., Bea J., Kim J. Domestic wastewater treatment as a net energy producer — can this be achieved? Environmental Science & Technology. 2011; 45(17):7100-7106. DOI: 10.1021/es2014264
  10. Galan N.J.M., Young K., Furukava R. Retrofit of a two-stage wastewater reuse system to maximize recovery and performance. The International Desalination Association World Congress. 2017.
  11. Pervov A.G., Andrianov A.P. Application of membranes to treat wastewater for its recycling and reuse: new considerations to reduce fouling and increase recovery up to 99 percent. Desalination and Water Treatment. 2011; 35(1-3):2-9. DOI: 10.5004/dwt.2011.3133
  12. Perez-Gonzales A., Urtiaga A.M., Ibanez R., Ortiz I. State of the art and review on the treatment technologies of water reverse osmosis concentrates. Water Research. 2012; 46(2):267-283. DOI: 10.1016/j.watres.2011.10.046
  13. Chidambaram T., Oren Y., Noel M. Fouling of nanofiltration membranes by dyes during brine recovery from textile dye bath wastewater. Chemical Engineering Journal. 2015; 262:156-168. DOI: 10.1016/j.cej.2014.09.062
  14. Chung H.W., Nagar K.G., Swaminathan J., Chehayeb K.M., Lienhard J.H. Thermodynamic analysis of brine management methods: zero-discharge desalination and salinity-gradient power production. Desalination. 2017; 404:291-303. DOI: 10.1016/j.desal.2016.11.022
  15. Zornitta R.L., Lado J.J., Anderson M.A., Ruotolo L.S.A.M. Effect of electrode properties and operational parameters on capacitive deionization using low-cost commercial carbons. Separation and Purification Technology. 2016; 158:39-52. DOI: 10.1016/j.seppur.2015.11.043
  16. Pervov A., Tikhonov K., Dabrovski W. Application of reverse osmosis to treat high ammonia concentrated reject water from sewage sludge digestion. Desalination and Water Treatment. 2018; 110:1-9. DOI: 10.5004/dwt.2018.22009
  17. Dabrowski W., Pervov A.G., Tikhonov K.V. Use of reverse osmosis to modify biological wastewater treatment. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2018; 13(10):1220-1233. DOI: 10.22227/1997-0935.2018.10.1220-1233
  18. Farsaneh H., Loganathan K., Saththasivan J., Sarp S., McKay G. Reuse of treated sewage effluent in Qatar. The International Desalination Association World Congress. 2016.
  19. Ye Y., Ngo H.H., Guo W., Liu Y., Li J., Liu Y. et al. Insight into chemical phosphate recovery from municipal wastewater. Science of the Total Environment. 2017; 576:159-171. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2016.10.078
  20. Nair A.T., Ahammed M.M. Water treatment sludge for phosphate removal from the effluent of UASB reactor treating municipal wastewater. Process Safety and Environmental Protection. 2015; 94:105-212. DOI: 10.1016/j.psep.2015.01.004
  21. Zach-Maor A., Semiat R., Rahardianto A., Cohen Y., Wilson S., Gray S.R. Diagnostic analysis of RO desalting treated wastewater. Desalination. 2008; 230(1-3):239-247. DOI: 10.1016/j.desal.2007.11.028
  22. Dasgupta J., Sider J., Chakraborty S., Curcio S., Drioli E. Remediation of textile effluents by membrane based treatment techniques: a state of the art review. Journal of Environmental Management. 2015; 147:55-72. DOI: 10.1016/j.jenvman.2014.08.008
  23. El-Naas M.H., Alhaija M.A., Al-Zuhair S. Evaluation of a three-step process for the treatment of petroleum refinery wastewater. Journal of Environmental Chemical Engineering. 2014; 2(1):56-62. DOI: 10.1016/j.jece.2013.11.024
  24. Gagliardu P., Aghan S. Water reclamation with membrane bioreactors: Proceeding of the conf. on Membranes. Paris, October 2000. Desalination Publications. L’Aquila, Italy. 2000; 2:105-112.
  25. Kyn-Hong Ahn. Performance comparison of direct membrane bioreactor for domestic wastewater treatment and water reuse. Proceeding of the conf. on Membranes, Paris, October 2000. Desalination Publications. L’Aquila, Italy. 2000; 2:313-322.
  26. Ahn K.H., Cha H.Y., Song K.G. Retrofitting municipal sewage treatment plants using an innovative membrane-bioreactor system. Desalination. 1999; 124(1-3):279-286. DOI: 10.1016/s0011-9164(99)00113-7
  27. Lozier J., Fernandez A. Using a membrane bioreactor/reverse osmosis system for indirect potable reuse. Proceeding of the conf. on Membranes, Paris, October 2000. Desalination Publications. L’Aquila, Italy. 2000; 2:297-311.
  28. Garcia-Ivars J., Dura-Maria J., Moscardo-Carreno C., Carbonell-Alcaina C., Alcaina-Miran-da M.I., Iborra-Clar M.I. Rejection of trace pharmaceutically active compounds present in municipal wastewaters using ceramic fine ultrafiltration membranes: Effect of feed solution pH and fouling phenomena. Separation and Purification Technology. 2017; 175:58-71. DOI: 10.1016/j.seppur.2016.11.027
  29. Abdel-Jawad M., Ebrahim S., Al-Tabtabaei M., Al-Shammari S. Advanced technologies for municipal wastewater purification: technical and economic assessment. Desalination. 1999; 124(1-3):251-261. DOI: 10.1016/s0011-9164(99)00110-1
  30. Wetterau G., Fu P., Chalmers R.B. Optimisation of wastewater reverse osmosis — improving performance through more aggressive operation. The International Desalination Association World Congress.
СКАЧАТЬ (ENG)