Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка гибридных биотехнологий для подготовки питьевой воды и очистки сточных вод с использованием мембран для сооружений водоснабжения и канализации.

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Выполнение этапа проекта
Проект
02.435.11.4009
Организация
АО "НИИ ВОДГЕО"

создание отечественных принципиально новых гибридных биотехнологий и конструкций сооружений (аппаратов) с использованием половолоконных мембран для глубокой очистки природных и сточных вод для применения на объектах водного хозяйства промышленности и коммунального хозяйства производительностью до 30 тыс. м3/сут, обеспечивающих повышение степени очистки, снижение эксплуатационных затрат и стоимости очистки при сокращении объемов очистных сооружений и занимаемых ими площадей.

Этапы проекта

1
11.08.2005 - 31.10.2005
Проведение патентных иссле-дований по ГОСТ Р 15,011-96 «СРППП. Патентные исследования. Анализ и оценка наиболее рациональных конструктивных и технологических решений по применению гибридных биомембранных технологий. Выбор оптимальных технологических и конструктивных схем биомембранных ап-паратов (погружные, выносные). Оценка и выбор наиболее эффективных микро- и ультра-фильтрационных мембран.
Развернуть
2
01.11.2005 - 08.12.2005
Проведены патентные исследования в соответствии с ГОСТ Р 15.011-96 «Патентные исследования».
Патентно-информационный поиск проводился в соответствии с Международной Патентной классификацией по следующим классам, подклассам и рубрикам C02F 3/00-3/12 9/00-9/04, 9/14, B01D 63/00-63/08,65/00, 65/02, 65/08 по восьми ведущим странам мира: Великобритания, Германия, Россия, США, Франция, Япония, включая патентные фонды ЕРВ и ВОИС. Ретроспективность поиска 2005-1996 годы, т.е. последние 10 лет. Для проведения поиска были использованы как собственный фонд ФГУП «НИИ ВОДГЕО», так и фонды Всероссийской Патентной Технической Библиотеки. Были просмотрены Бюллетени «Изобретения и полезные модели» и «Изобретения стран мира»; зарубежные и отечественные журналы: «Int.Dyer., Separ. and Purif. Technol.», «Ind. and Eng. Chem. Res.», «Wasserwirt., Abwasser, Abfall», «Brauindustrie», «Environ. Sci. and Technol.», «Водоснабжение и санитарная техника», Информационно-аналитический журнал «Мембраны», Реферативный Журнал «Химия» и др.
В процессе проведения исследований проработано более 100 иностранных литературных источников за период с 1990 г. по 2005 г . Анализ этих источников позволил обосновать актуальность данного направления и выбрать наиболее эффективные конструктивные и технологические решения, необходимые для расчета и разработки лабораторных стендов и пилотных установок с целью проведения исследований по настоящему контракту. Произведены оценка и выбор наиболее эффективных микро- и ультрафильтрационных мембран. Технология использования полимерных мембран, выполненных в виде полых трубок (половолоконных), в биологической очистке воды в настоящее время является наиболее эффективной. Появилась она относительно недавно и на сегодняшний день полностью вытеснила за рубежом устаревшие плоские мембраны для решения задач по мембранному разделению. В настоящее время наблюдается тенденция расширения применения мембранных биореакторов для очистки как городских, так и промышленных сточных вод.
Основные преимущества мембранных биореакторов - это высокое качество очищенной воды, полное удаление взвешенных частиц, высокая концентрация активного ила в реакторе и, соответственно, высокая окислительная мощность его.
Совмещение биологических и микрофильтрационных процессов позволяет также интенсифицировать процесс нитрификации как в аэротенках, предназначенных для глубокой очистки воды, так и в сооружениях с нитри-денитрификацией за счет полной задержки и накопления в реакторе нитрификаторов.
Преимуществом мембранных биореакторов является возможность использования различных твердых порошкообразных носителей и реагентов (коагулянты, цеолиты, уголь и др.) для глубокого удаления соединений азота, фосфора и органических загрязнений. Это позволит существенно расширить область применения биотехнологий для очистки природных вод.
Однако недостаточная теоретическая изученность вопросов изменения проницаемости микрофильтрационных мембран в системах с активным илом и их регенерации, изменения кинетических характеристик биоценоза активного ила в условиях полного его удерживания в реакторе, накопления высокомолекулярных соединений в системе, которые могут существенно повлиять на механизм процессов и характеристики системы, требуют проведения специальных исследований.
Отсутствие надежных инженерных решений в отечественной практике вызывает необходимость проведения специальных гидравлических и технологических исследований с различными типами мембран и разработки конструктивного оформления мембранных биореакторов
Базируясь на результатах анализа современных тенденций развития мембранных методов очистки сточных вод, разработана программа экспериментальных исследований, включающая задачи исследований, проводимых по биологической очистке сточных вод и очистке природной вода, а также методику эксперимента.
Анализ литературных источников позволил определить исходные данные, необходимые для выбора схем и расчета технологических параметров лабораторных исследовательских
Развернуть
3
01.01.2006 - 30.03.2006
В соответствии с календарным планом в рамках работ по третьему этапу проведены предварительные испытания, направленные на изучение основных закономерностей и особенностей процессов биологической и биосорбционной очистки в мембранных биореакторах. Выполнена оценка предельных возможностей биомембранных технологий и определены основные технологиче-ские и гидравлические параметры, позволяющие установить оптимальные режимы работы мембранных модулей в системах с активным илом и порошкообразными сорбентами.
Основная цель этих исследований состояла в изучении роли микрофильтрации и влияние ее на биологические процессы в биомембранных реакторах при удалении органических веществ из сточных и поверхностных вод, а также изучение роли мембран и порошкообразных носителей в комбинированных системах биологической очистки.
Низкие концентрации органических загрязнений, резкие сезонные колебания состава воды, а также низкие температуры на протяжении длительного периода времени не позволяют применять традиционные биологические методы для удаления из природной воды органических загрязнений и соединений азота. Весьма перспективным в решении данного вопроса является применение технологий с использованием микроорганизмов, иммобилизованных на поверхности сорбента и других носителях.
Этот процесс может быть реализован в биосорберах с гранулированным активированным углем или в мембранных биореакторах с применением порошкообразных носителей.
Развернуть
4
01.04.2006 - 30.06.2006
В соответствии с календарным планом в рамках работ по данному этапу проведены испытания на пилотной установке с реальными водами г. Подольска.
  Основная цель этих исследований состояла в уточнении и корректировке полученных технологических параметров, методики расчета и конструктивных решений, в отработке гидравличе-ских режимов работы мембранных блоков, методов поддержания и восстановления фильтраци-онных характеристик мембран.
  На основании проведенных исследований определены оптимальные режимы работы биореакторов и мембранных модулей. Разработаны исходные данные для проведения технико-экономических расчетов.
Развернуть
5
01.07.2006 - 30.09.2006
При проектировании сооружений и технологий основной задачей является определение конструктивных и технологических параметров соответствующих процессов в реальных условиях, обеспечивающих стабильность и надежность технологического процесса и оборудования с одновременным получением высокого качества очищенного стока.Это в свою очередь влечет за собой необходимость изучения основных закономерностей процесса и разработки его математической модели.Математическая модель процесса позволяет на основании экспериментальных данных различных режимов биологической очистки рассчитать кинетические константы и осуществить аппаратурно-технологическое оформление процесса в соответствии с поставленной задачей, дает возможность оценить степень реализации процесса на имеющемся оборудовании. Разработанные математические модели могут являться основой для автоматизированной системы контроля и регулирования.
Для подтверждения общей справедливости предлагаемых моделей, как правило, проводится их верификация, исходя из большой совокупности данных.
Биомембранные технологии представляют собой сложный комплекс технологических элементов различного назначения, работающих в тесной взаимосвязи друг с другом. Поэтому при расчете и проектировании МБР для биологической очистки сточных вод обеспечение заданных конструктивных, технологических и гидравлических параметров является основной задачей.
В соответствии с календарным планом в рамках работ по данному этапу разработана математическая модель кинетики окисления биорезистентных и биоразлагаемых загрязнений природных и сточных вод на мембранных биореакторах с использованием активного ила и биоактивного угля. Произведена верификация моделей на основе полученных экспериментальных данных, вычислены константы и коэффициенты уравнений ферментативной кинетики, положенные в основу методики расчета мембранных биореакторов.
На основе полученных данных и математической модели разработана методика расчета на примере станции очистки сточных вод производительностью до 30000м3/сут.
Развернуть
6
01.10.2006 - 31.10.2006
Стабильность и надежность технологического процесса биологической очистки в мембранном биореакторе обеспечиваются созданием оптимальных условий для окисления органических веществ и работы мембран при минимальных темпах их загрязнения, на основе корреляционного анализа взаимосвязи параметров работы биореактора с характером изменения фильтрационных характеристик половолоконных микрофильтрационных мембран.
Важные взаимосвязи технологических параметров работы биореакторов и работы мембранных блоков позволяют обосновать выбор оптимальных режимов работы как биореакторов, так и мембранных блоков.
Методика расчета обеспечивает максимальное использование возможностей биологических и мембранных технологий; достижение требуемых параметров очищенной воды; минимизацию объемов сооружений, занимаемых площадей, капитальных и эксплуатационных затрат; устойчивость технологических процессов.
Разработанная методика позволяет рассчитать технологические и конструктивные параметры мембранного биореактора для очистки различного вида сточных вод в широком диапазоне изменения исходных данных до качества очищенного стока, удовлетворяющего нормативным требованиям по всем основным загрязняющим компонентам.
Развернуть

Программа

Программа "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники" на 2002-2006 годы

Программное мероприятие

1.3 Прикладные разработки в рамках системы приоритетных направлений
Продолжительность работ
2007 - 2008, 14 мес.
Бюджетные средства
1,5 млн
профинансировано
Продолжительность работ
2009, 4 мес.
Бюджетные средства
2,7 млн
профинансировано
Продолжительность работ
2007 - 2008, 18 мес.
Бюджетные средства
10 млн
Организация
АО "НИИ ВОДГЕО"
профинансировано
Тема
Разработка гибридных биотехнологий для подготовки питьевой воды и очистки сточных вод с использованием мембран для сооружений водоснабжения и канализации
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
10 млн
Количество заявок
3
Тема
Разработка и создание блока управления насосными агрегатами для системы водоснабжения и канализации.
Продолжительность работ
2009, 5 мес.
Бюджетные средства
3 млн
Количество заявок
3
Тема
Разработка и изготовление половолоконной газоразделительной мембраны и мембранного модуля на ее основе для очистки природного газа
Продолжительность работ
2015 - 2016, 14 мес.
Бюджетные средства
35 млн
Количество заявок
1
Тема
Разработка способов глубокой очистки природных и сточных вод, содержащих канцерогенные и биорезистентные загрязнения, и биогазов полигонов твердых коммунальных отходов
Продолжительность работ
2007 - 2008, 18 мес.
Бюджетные средства
20 млн
Количество заявок
10
Тема
Разработка технологии получения композиционных материалов для дорожно-транспортного строительства на основе переработанных осадков сточных вод предприятий коммунального хозяйства.
Продолжительность работ
2011 - 2013, 26 мес.
Бюджетные средства
150 млн
Количество заявок
2