Станции очистки сточных вод прощаются с эпохой масштабных сносов и реконструкций! В течение следующих двух десятилетий технология мембранного аэрированного биопленочного реактора (MABR) станет неизбежным выбором для модернизации стандартов и расширения мощностей. 

С учетом того, что уровень урбанизации в Китае превысил 65 %, очистка городских сточных вод в настоящее время сталкивается с тройной проблемой: строгими стандартами качества воды, нулевым ростом использования земельных ресурсов и жесткими ограничениями на потребление энергии. Традиционные процессы очистки с трудом соответствуют требованиям «системных, экологичных и интеллектуальных» решений, изложенных в 14-м пятилетнем плане по очистке городских сточных вод и использованию ресурсов.

На этом фоне технология мембранного аэрированного биопленочного реактора (MABR) меняет техническую парадигму очистки сточных вод благодаря своему революционному механизму массопереноса. Она преодолевает физические ограничения использования кислорода в традиционной аэрации, устраняет инженерные препятствия для расширения емкости биохимических резервуаров и переопределяет кривые энергопотребления за счет технологии аэрации без пузырьков.

В данной статье систематически демонстрируется неизбежность технологии MABR как оптимального решения для модернизации и расширения мощностей станций очистки сточных вод на месте в течение следующих двух десятилетий. Это достигается путем анализа проблемных моментов в отрасли, деконструкции технологии, инженерной валидации и перспективной оценки ее перспектив.

Основные проблемы, с которыми в настоящее время сталкиваются муниципальные системы очистки сточных вод

Сектор очистки сточных вод в Китае переживает исторический переход от «расширения масштабов» к «повышению качества».

Согласно статистическим данным Министерства жилищного строительства и развития городских и сельских районов за 2024 год, по всей стране построено более 5000 станций очистки сточных вод с общей суточной производительностью 210 миллионов кубометров. Однако 32% этих объектов сталкиваются с необходимостью модернизации. В условиях двойного ограничения, налагаемого целями «двойного углерода» и «Мнением об углублении борьбы с загрязнением», традиционные модели очистки сточных вод выявили глубоко укоренившиеся противоречия, такие как высокое энергопотребление, большие потребности в земельных ресурсах и трудности в эксплуатации. Это создает острую потребность в технологических прорывах в отрасли.

1. Неэффективные традиционные системы аэрации
Обычные микропористые диффузоры достигают коэффициента использования кислорода всего 15-20%, что намного ниже оптимального уровня. После трех лет эксплуатации эффективность использования кислорода снижается с первоначальных 20% до 10%, что приводит к увеличению энергозатрат на 30%. Данные крупной муниципальной станции очистки сточных вод в одном из городов центрального Китая показывают, что традиционные диффузоры потребляют 1200 кВтч электроэнергии в день для работы воздуходувок, а ежемесячные затраты на разблокировку превышают 6000 юаней, что серьезно снижает эффективность эксплуатации.

2. Высокое энергопотребление и затраты на техническое обслуживание
Аэрация обычно составляет 40-60% или более от общего энергопотребления очистных сооружений. Традиционные системы аэрации требуют частых остановок для устранения засоров — примерно раз в месяц, что снижает эффективность очистки. Мембраны приходится часто заменять, а годовые затраты на принадлежности превышают десять тысяч юаней.

3. Нестабильное качество сточных вод
Традиционные процессы с трудом обеспечивают постоянное соблюдение стандартов сброса поверхностных вод класса IV, причем эффективность очистки особенно снижается во время зимних холодов. Станция очистки сточных вод в одном из восточных городов достигла только 83% удаления ХПК с использованием традиционных аэраторов, не сумев обеспечить соответствие стандартам.

4. Проблемы расширения
Традиционное расширение мощностей требует дополнительных земельных участков и обширных инженерных работ, что оказывается сложным и дорогостоящим в городских районах с ограниченными земельными ресурсами. 53 % городских застроенных территорий не имеют адекватных канализационных сетей, а в 143 городах дефицит сетей превышает 40 %.

5. Проблемы с обработкой осадка
Традиционные процессы генерируют значительные объемы осадка, что приводит к высоким затратам на обработку и утилизацию, а также создает риск вторичного загрязнения.

Как решить эти основные проблемы? Это критически важный вопрос, который муниципальные очистные сооружения должны решить путем тщательного изучения возможных решений.

Как технология MABR решает проблему очистки сточных вод

На фоне синергетического сокращения загрязнения и снижения выбросов углерода технологии очистки сточных вод переживают смену парадигмы: от механической аэрации к мембранной аэрации.

Как крупнейший в мире рынок очистки сточных вод, Китай срочно нуждается в прорывах, чтобы преодолеть технический тупик «высокого энергопотребления, низкой эффективности и проблем масштабируемости» в последний год своего трехлетнего плана действий по повышению качества и эффективности очистки городских сточных вод. Технология MABR меняет техническую дорожную карту отрасли благодаря таким инновациям, как: – Увеличение эффективности массопереноса кислорода на 60-90% – Улучшение удаления азота – Сокращение или устранение добавления источников углерода – Минимизация внутренней рециркуляции

1. Эффективная денитрификация
Технология MABR (мембранный аэрированный биопленочный реактор) обеспечивает высокоэффективную денитрификацию благодаря уникальному принципу противоточного массопереноса:
• Одновременная нитрификация и денитрификация: кислород и загрязняющие вещества диффундируют в биопленку с противоположных сторон, образуя аэробно-аноксическую-анаэробную структуру микробного сообщества от внутренней части к внешней. Это позволяет одновременно удалять азот и углерод в одном реакторе. Степень удаления общего азота (TN) достигает 65-74,4%, а удаление аммиачного азота превышает 98%.
• Высокая устойчивость к ударным нагрузкам: структура биопленки буферизует колебания качества воды, демонстрируя превосходную адаптивность к сточным водам с низкой температурой и высоким содержанием аммиачного азота.

2. Расширение мощности на месте
Технология MABR предлагает революционное решение для расширения мощности станций очистки сточных вод:
• Модульная конструкция: мембранные модули MABR могут быть установлены непосредственно в существующие биологические резервуары, что исключает необходимость в структурных изменениях или дополнительном использовании земельных ресурсов.
• Гибкое развертывание: количество мембранных модулей можно регулировать в зависимости от качества воды, что позволяет эластично расширять мощности очистки.
• Интеграция с существующими процессами: совместимость с традиционными процессами, такими как A²/O и окислительные канавы, служит мерой усиления первичных биологических очистных установок.

3. Энергосбережение и сокращение потребления энергии
Технология MABR демонстрирует исключительную энергоэффективность:
◎ Снижение энергопотребления более чем на 30%: высокая степень использования кислорода и снижение коэффициентов внутренней рециркуляции позволяют добиться общей экономии энергии более 30% для станций очистки сточных вод.
◎ Снижение добавления источников углерода: короткопутевая денитрификация позволяет сэкономить 30-50% источников углерода с высокой эффективностью использования.
◎ Минимальное образование осадка: полная биологическая цепочка приводит к снижению образования осадка более чем на 30% по сравнению с традиционными процессами.

Примеры применения технологии MABR в Китае

Технология MABR предлагает инновационные решения для трех основных проблем в области очистки городских сточных вод: во-первых, ее высокоэффективный процесс биологического разложения значительно снижает показатели загрязнения, существенно повышая эффективность очистки по сравнению с традиционными процессами; во-вторых, ее конструкция с двойной мембраной увеличивает нагрузку на биохимические резервуары, обеспечивая техническую поддержку для расширения мощностей на месте; Наконец, модуль оптимизации энергопотребления снижает эксплуатационные расходы на 20-30%, существенно повышая экономическую эффективность станций очистки сточных вод и полностью подтверждая технологическую ценность замкнутого цикла «сокращение потребления-повышение качества-расширение мощностей».

1. Проект модернизации и расширения мощностей на месте на станции очистки сточных вод в провинции Цзянсу (25 000 м³/сутки)
◎ Поставщик технологии: Tianjin Hai Zhihuang Technology Co., Ltd.
◎ В качестве первого применения технологии MABR при модернизации муниципального проекта по очистке сточных вод объемом 25 000 м³/сут, эта модернизация была завершена за 45 дней. После установки системы MABR в анаэробной зоне процесса биологической очистки мощность на месте была увеличена на 40%. Качество сточных вод постоянно соответствовало стандартам IV класса квазиповерхностных вод, а общее содержание азота (TN) было снижено до уровня ниже 10 мг/л. Потребление воздуха снизилось на 20-25%, внутренняя рециркуляция была сокращена вдвое, и не потребовалось дополнительного источника углерода. Уменьшилось образование осадка.

2. Проект модернизации очистных сооружений в провинции Шаньси (10 000 м³/сут)
◎ Поставщик технологии: Tianjin Hai Zhi Huang Technology Co., Ltd.
◎ Являясь ключевым городом в рамках инициативы «Чистая вода в Желтую реку», MABR сыграл ключевую роль в обеспечении стабильного сброса сточных вод в зимний период при низких температурах. Уникальная конструкция мембранного аэрированного биопленочного реактора значительно повысила эффективность удаления загрязняющих веществ, увеличив производительность станции и стабильность качества сточных вод. Даже в условиях суровой зимы технология MABR обеспечила непрерывную работу станции и соответствие сбросам требованиям благодаря своей исключительной холодостойкости и стабильным механизмам работы.

Перспективы широкомасштабного применения технологии MABR

С точки зрения кривой зрелости технологии, MABR преодолела «пик завышенных ожиданий» и вошла в «фазу устойчивого роста». MABR представляет собой не просто отдельное технологическое усовершенствование, а поворотный момент в трансформации очистки сточных вод от управления на конечной стадии к восстановлению ресурсов. С продвижением трехлетнего плана действий по энергоэффективности очистки сточных вод, его трехсторонний цикл «энергосбережение — сокращение потребления — повышение стоимости» меняет экосистему отрасли.
1. Политическая поддержка——

В течение 15-го пятилетнего плана сектор очистки сточных вод будет уделять приоритетное внимание технологиям энергосбережения и сокращения потребления. Правительственные инициативы способствуют скоординированному развитию «сокращения выбросов углерода, контроля загрязнения, экологического расширения и роста», при этом цифровые интеллектуальные мембранные системы очистки сточных вод определены в качестве ключевого направления развития.
2. Технический путь——

Отрасль будет развиваться в направлении «низкоуглеродных технологических инноваций». Технология MABR, благодаря значительной экономии энергии (сокращение энергопотребления более чем на 30 %), станет одним из основных вариантов. К 2030 году прогнозируется существенное увеличение рыночной доли MABR в сфере очистки городских сточных вод.
3. Расширение сценариев применения —

Модернизация существующих городских очистных сооружений, децентрализованная очистка сточных вод (особенно в сельских районах), экологическая реабилитация и восстановление рек и озер, очистка промышленных сточных вод (включая сложные стоки, такие как потоки с высоким содержанием солей и аммиачного азота).
4. Долгосрочные тенденции развития

В течение следующих двух десятилетий технология MABR будет глубоко интегрирована в интеллектуальные системы управления водными ресурсами. Благодаря таким технологиям, как Интернет вещей и аналитика больших данных, она обеспечит точное управление и дальнейшее снижение энергопотребления. Понимание и применение технологии биопленки будет углубляться, а уникальные высокоэффективные характеристики оксигенации MABR обеспечат ей ключевую роль в очистке сточных вод.