SOLVIA CryoMABR — газопроницаемая мембрана, на наружной поверхности которой заранее сформирован макропористый криогелевый слой с иммобилизованными микроорганизмами. Кислород проходит сквозь стенку мембраны прямо в этот слой, а загрязнения поступают к нему из воды с другой стороны.
Мембранный элемент подаёт кислород изнутри: воздух или кислород находится во внутренней полости газопроницаемой мембраны и проходит сквозь её стенку молекулярной диффузией, не образуя пузырьков в воде. Снаружи на мембране закреплён макропористый криогелевый слой с иммобилизованными микроорганизмами, и окисление загрязнений идёт прямо в нём, а не в свободно растущей биоплёнке на поверхности.
Назначение — MABR-реакторы, аэротенки и установки глубокой биологической очистки, где кислород требуется подвести к иммобилизованной микрофлоре, а не растворить в объёме реактора. Один элемент совмещает три работы: подачу кислорода, удержание активной микрофлоры и биокаталитическое окисление загрязнений; несколько элементов собираются в кассетные модули с коллекторами подвода и отвода газа, в том числе там, где объём реактора ограничен.
В классической схеме воздух подаётся через пористые диффузоры или перфорированные трубы, пузырьки поднимаются сквозь толщу воды, и раствориться успевает лишь часть кислорода, остальное уходит в атмосферу. В патентных материалах коэффициент использования кислорода при такой подаче указан на уровне 5–25 %, и этим объясняется доля аэрации в эксплуатационных затратах очистных сооружений.
У барботажа есть и вторая сторона — сильное перемешивание. Для части процессов оно полезно, но для биоплёночных и иммобилизованных систем может быть проблемой: биомасса может вымываться, повреждаться или работать нестабильно. Подача через газопроницаемую мембрану устроена иначе. Кислород не выходит в воду пузырьком, а проходит сквозь стенку молекулярной диффузией и поступает прямо к микроорганизмам, поэтому потери с уходящим воздухом снижаются, а барботажного перемешивания в зоне реакции нет.
В известных MABR-решениях биоплёнка нарастает на мембране сама, из микроорганизмов сточной воды, поэтому её состав, толщина и структура на старте не задаются, а рабочий слой зависит от того, какая микрофлора пришла со стоком. Такая плёнка разрастается сверх нужного, образует нежелательные зоны и отслаивается, а восстановление после отслоения занимает, по материалам разработки, 3–6 недель.
Криогелевое покрытие SOLVIA CryoMABR формируется заранее и связывается с наружной поверхностью мембраны как инженерный материал: макропористая структура толщиной 1–5 мм с иммобилизованными в её объёме микроорганизмами. Толщина и свойства слоя задаются на стадии изготовления, а не складываются из того, что принесла сточная вода, и рабочий слой не приходится выращивать на объекте.
Кислород приходит в криогель со стороны мембраны, органические загрязнения и азотсодержащие соединения — со стороны сточной воды, а микроорганизмы находятся между двумя встречными потоками, внутри пористой матрицы. Этим перенос отличается от обычной биозагрузки, где и кислород, и субстрат микроорганизм получает из одной и той же жидкости.
Внутри криогеля может складываться функциональное зонирование: ближе к мембране условия более аэробные, ближе к наружной поверхности — менее насыщенные кислородом. В материалах разработки это названо условием для одновременного аэробного окисления и дополнительных биологических процессов, включая нитрификацию и денитрификацию, то есть работа слоя определяется его глубиной, а не только количеством удержанной биомассы.
В материалах разработки коэффициент использования кислорода указан до 92 %, а снижение энергозатрат на аэрацию — в 5–8 раз по сравнению с барботажными системами. Обе величины относятся к подаче кислорода сквозь мембрану прямо в биокаталитический слой и являются заявленными показателями разработки, а не измерениями на работающем объекте.
Заранее сформированное покрытие сокращает и выход на режим: время запуска указано менее 24 часов против 3–6 недель у прототипа с самопроизвольно формируемой биоплёнкой, и по той же причине быстрее идёт возврат в режим после обслуживания. Удержание микрофлоры в макропористой матрице проверялось отдельно — в тестовом примере отслоения биомассы не наблюдалось в течение 30 суток эксперимента.
SOLVIA CryoMABR — собственная технологическая разработка SOLVIA в области биологической очистки сточных вод и беспузырьковой аэрации. Решение объединяет газопроницаемую мембрану, криогелевое биокаталитическое покрытие, иммобилизованные микроорганизмы и противодиффузионную подачу кислорода, и развивается как продуктовая платформа для энергоэффективных биореакторов, MABR-систем, модернизации очистных сооружений и компактных установок глубокой биологической очистки. Конструктивные параметры, режимы изготовления, особенности покрытия и состав биокаталитического слоя являются ноу-хау разработчика и подбираются под конкретную задачу.
У биоактивной загрузки носитель удерживает биоплёнку, а кислород микроорганизмы получают из окружающей жидкости, куда его подают отдельные аэраторы. Здесь мембрана сама служит элементом подачи кислорода и одновременно основанием биокаталитического слоя: криогель сформирован не на пассивном блоке загрузки, а на активном газотранспортном элементе. Механизм массопередачи кислорода при этом другой, и задача тоже другая.
Расскажите об объекте — инженер подготовит расчёт схемы, спецификацию и коммерческое предложение в течение рабочего дня.