Технология MABR прокладывает «капилляры» в водной среде, решая проблемы очистки прудов и каналов 

Предисловие
Являясь «капиллярами» водной экосистемы в сельских и городских районах, мелкие водоемы — такие как пруды, водоемы и каналы — широко распространены на сельских полях и в пригородных зонах. Они выполняют важные функции, включая орошение, дренаж и поддержание экосистемы, и являются наиболее непосредственными экологическими микроузлами, окружающими население. Однако под двойным воздействием точечных и рассеянных источников загрязнения, а также ввиду своих врожденных характеристик — низкой текучести, слабой способности к самоочищению, небольшого объема и разрозненного расположения — в настоящее время большинство прудов, водоемов и каналов сталкиваются с такими острыми проблемами, как загрязнение и эвтрофикация, что не только ухудшает качество жизни населения, но и может превратить их в «узлы загрязнения» водной среды в бассейнах рек, сдерживая общую эффективность мер по оздоровлению водной экосистемы.
Традиционные модели очистки чаще всего включают в себя грубую очистку от ила, простую аэрацию или использование искусственных болот, что сопряжено с такими проблемами, как неполная очистка, высокие затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание, а также высокая вероятность повторного загрязнения, что затрудняет решение задач очистки прудов, водоемов и каналов, характеризующихся «небольшими размерами, разрозненным расположением и разнородным составом». MABR, как новая высокоэффективная технология биологической очистки, благодаря своим преимуществам, таким как энергосбережение, высокая эффективность, адаптация к конкретным условиям и простота эксплуатации и обслуживания, преодолела технологические барьеры в очистке мелких водоемов и стала одним из ключевых технологических решений для преодоления проблемы загрязнения мелких водоемов, предлагая совершенно новый подход к их тщательной и долгосрочной очистке.

ЧАСТЬ 1. Особенности загрязнения прудов, водоемов и каналов и препятствия на пути традиционных методов очистки
Загрязнение прудов, водоемов и каналов характеризуется такими яркими особенностями, как «разнообразие источников, значительные колебания концентрации и высокая степень накопления»; по сравнению с крупными и средними реками и озерами загрязнение в них чаще принимает характер всплесков и сложнее поддается очистке. С точки зрения источников загрязнения, их можно разделить на три основные категории: во-первых, точечные источники загрязнения, когда бытовые сточные воды и сточные воды от стирки из пригородных и сельских районов, не проходя эффективной очистки, попадают непосредственно в окружающие пруды, водоемы и каналы, принося с собой большое количество загрязняющих веществ, таких как ХПК, БПК и аммиачный азот; во-вторых, точечное загрязнение: стоки с сельскохозяйственных угодий, содержащие остатки химических удобрений и пестицидов, а также бесконтрольный сброс сточных вод животноводческих хозяйств приводят к превышению допустимых норм азота и фосфора в воде и вызывают эвтрофикацию; в-третьих, внутреннее загрязнение: из-за низкой пропускной способности прудов и каналов загрязняющие вещества в течение длительного времени оседают, образуя донный ил, из которого органические вещества, тяжелые металлы и т. д. постоянно высвобождаются, образуя «цикл загрязнения» и усугубляя ухудшение состояния водных объектов.
С точки зрения гидрологических и экологических характеристик, пруды, водоемы и каналы в основном представляют собой водоемы со стоячей или медленно текущей водой, в которых содержание растворенного кислорода относительно низкое, что способствует образованию анаэробной среды. Это приводит к разложению органических веществ с образованием таких неприятно пахнущих веществ, как сероводород и аммиак, что вызывает появление черной и зловонной воды; кроме того, их экологическая емкость ограничена, способность к самовосстановлению слаба, а к тому же уровень эксплуатации и технического обслуживания низкий. Поэтому, если после загрязнения не проводить целенаправленные меры по очистке, естественное восстановление практически невозможно. Кроме того, пруды, водоемы и каналы расположены в большом количестве и на обширной территории, их распределение фрагментировано: масштаб очистки отдельного водоема невелик, но общая площадь покрытия велика, что еще больше увеличивает сложность и стоимость очистки.
На протяжении долгого времени при очистке прудов, водоемов и каналов преобладала модель «пассивного реагирования и неточной регулирования», что не позволяло выйти из тупика «лечения симптомов, а не причин». Во-первых, метод дноуглубления позволяет удалить лишь часть загрязняющих веществ из поверхностного слоя ила, но не решает проблему высвобождения загрязняющих веществ из глубинных слоев ила; кроме того, в процессе дноуглубления ил легко взмучивается, что приводит к вторичному загрязнению, а эффект от очистки сохраняется недолго; во-вторых, традиционная модель аэрации, использующая пузырьковую аэрацию, при которой коэффициент использования кислорода составляет менее 15%, большая часть энергии тратится впустую при подъеме пузырьков, что также приводит к перемешиванию ила, а одновременное удаление азота и фосфора затруднительно, что снижает эффективность очистки; В-третьих, модель искусственных водно-растительных систем: она занимает большую площадь, значительно зависит от климата и рельефа местности, а также обеспечивает нестабильный эффект удаления загрязняющих веществ, что делает ее особенно неподходящей для прудов, канав и каналов с ограниченным пространством; В-четвертых, модель химической очистки: хотя внесение химических реагентов позволяет быстро разлагать загрязняющие вещества, оно легко приводит к вторичному загрязнению, разрушает микробиологические сообщества в водоемах и не позволяет достичь целей экологического восстановления. Кроме того, традиционные модели очистки зачастую носят универсальный характер, не учитывая индивидуальные особенности прудов, водоемов и каналов при разработке схем очистки; при этом они отличаются высокими затратами на эксплуатацию и техническое обслуживание, а также высоким уровнем профессиональной подготовки, что затрудняет их внедрение в сельских районах и на границах между городом и селом. В результате после очистки загрязнение часто возвращается, что не позволяет сформировать механизм долгосрочной очистки.

ЧАСТЬ 2. Основные принципы технологии MABR
MABR — это новая технология очистки воды, представляющая собой органичное сочетание технологии проникновения кислорода через мембрану и технологии биологических плёнок. Её основная инновация заключается в «беспеночной аэрации в сочетании со слоистым метаболизмом биологической плёнки», что позволяет преодолеть ограничения традиционных технологий аэрации, точно соответствовать требованиям очистки прудов, водоёмов и каналов, а также достичь целей очистки, таких как «энергосбережение и высокая эффективность, восстановление на месте и долгосрочная стабильность».
Основным компонентом технологии MABR является кислородопроницаемая мембрана из полых волокон, которая обладает хорошей воздухопроницаемостью и позволяет воздуху проникать через стенки мембраны на ее поверхность в молекулярной форме без образования пузырьков, обеспечивая «беспузырьковую аэрацию». Мембрана MABR в основном выполняет функцию передачи кислорода, при этом коэффициент использования кислорода может достигать более 60 %, что позволяет значительно снизить энергопотребление при аэрации.
По окончании периода заселения на MABR-мембране естественным образом образуется плотный биологический слой. Благодаря градиенту концентрации кислорода между поверхностью мембраны и водной средой в этом слое формируется многослойная структура «аэробная-гипоксическая-анаэробная», что обеспечивает одновременное протекание реакций нитрификации и денитрификации: в аэробном слое, расположенном близко к поверхности мембраны, нитрифицирующие бактерии эффективно разлагают аммонийный азот и органические вещества в воде, преобразуя аммонийный азот в нитратный азот; в анаэробном/окислительном слое, удаленном от поверхности мембраны, денитрифицирующие бактерии восстанавливают нитратный азот до азота, который выделяется в атмосферу, что позволяет достичь цели денитрификации; одновременно с этим гетеротрофные бактерии в биопленке разлагают органические вещества, такие как ХПК и БПК, обеспечивая эффективное разложение органических веществ.

ЧАСТЬ 3. Основные преимущества технологии MABR для очистки прудов и каналов
По сравнению с традиционными методами очистки, преимущества технологии MABR точно соответствуют проблемам очистки прудов, водоемов и каналов, характеризующихся «небольшими размерами, разрозненностью, разнородностью и низкой эффективностью», что делает её одной из наиболее эффективных технологий очистки.
Во-первых, это энергоэффективность и низкие затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание. В технологии MABR используется технология безпенной аэрации, что позволяет значительно снизить энергопотребление по сравнению с традиционными методами. Кроме того, не требуется сложных строительных работ: мембранные модули можно устанавливать непосредственно на месте в водоемах, каналах и канавах, что не занимает дополнительных земельных участков и значительно снижает первоначальные инвестиционные затраты; Кроме того, мембранные модули имеют длительный срок службы (пример применения мембранной технологии MABR компании Hai Zhi Huang в проекте по очистке реки: с момента завершения строительства в 2014 году система работает до сих пор), не требуют обратной промывки, позволяют обеспечить автоматизированную работу без участия персонала и подходят для эксплуатации в сельских районах и пригородных зонах.
Во-вторых, это рекультивация на месте, не нарушающая привычный уклад жизни населения. Мембранные модули MABR могут погружаться на дно водоема или размещаться на экологических плавучих островах, позволяя проводить очистку непосредственно в существующих прудах, каналах и водотоках без необходимости откачки воды, дноуглубления и других масштабных строительных работ. Это не влияет на функции орошения и обычного водоотвода, а также не нарушает окружающую экологию. Данная технология особенно подходит для мест с ограниченным пространством, таких как узкие каналы в центре города или пруды в сельских населенных пунктах, что позволяет по-настоящему реализовать принцип «очистки на месте с одновременным использованием».
В-третьих, система отличается высокой адаптивностью и гибкостью настройки. Система MABR имеет модульную конструкцию, что позволяет гибко увеличивать или уменьшать количество мембранных модулей в зависимости от индивидуальных характеристик водоемов, таких как площадь, глубина и концентрация загрязнения, и разрабатывать индивидуальные схемы очистки по принципу «один водоем — один подход, один канал — один подход»; одновременно система обладает высокой адаптивностью к колебаниям концентрации загрязнения: она стабильно обеспечивает очистку как при низкой концентрации загрязнения в засушливый период, так и при высокой концентрации, вызванной дождевыми стоками в начале сезона дождей. Система выполняет двойную функцию: разлагает исходные загрязнители в засушливый период и очищает дождевые стоки в начале сезона дождей. Время гидравлической задержки можно гибко регулировать в зависимости от качества воды, что позволяет адаптироваться к значительным колебаниям концентрации загрязнения в прудах, водоемах и каналах.
В-четвертых, очистка является полной, а результаты — долгосрочными и стабильными. Технология MABR не только удаляет из воды растворимые загрязнители, такие как ХПК, БПК, аммиачный азот и общий азот, но и, благодаря адсорбции и разложению в биологической пленке, снижает выделение загрязняющих веществ из донного ила, что позволяет решить проблему «цикла загрязнения» у самого источника; одновременно, путем приручения местных микроорганизмов, постепенно восстанавливается способность водоема к самоочищению, что позволяет осуществить переход от «искусственной очистки» к «естественному самоочищению», избежать рецидива загрязнения после очистки и действительно обеспечить долгосрочный эффект очистки.

ЧАСТЬ 4. Практическое применение технологии MABR при рекультивации прудов, водоемов и каналов
Применение технологии MABR при очистке прудов, водоемов и каналов не сводится к простому размещению мембранных модулей. Для максимального использования преимуществ этой технологии и достижения поставленных целей необходимо создать комплексную систему очистки, включающую «предварительную очистку — очистку по технологии MABR на месте — экологическое укрепление», с учетом особенностей загрязнения водоемов, гидравлических условий и окружающей среды.
Компания «Hai Zhi Huang Technology» уже применила технологию MABR для очистки прудов, водоемов и каналов во многих регионах страны, накопив практический опыт, который можно тиражировать и распространять. Проект по очистке реки Наньсин в технологическом индустриальном парке Суситун в городе Наньтун провинции Цзянсу стал классическим примером того, как технология MABR помогает решать проблему загрязнения и неприятного запаха в небольших городских водотоках.
Река Наньсин Хэнхэ течет с запада на восток, впадая в реку Синьцзянхай, а затем в реку Янцзы. По обоим берегам реки расположены старинные поселки с высокой плотностью населения и множеством торговых точек. В силу объективных ограничений здесь невозможно провести работы по отводу сточных вод в канализацию, в результате чего бытовые сточные воды сбрасываются непосредственно в реку. Проблемы точечного и площадного загрязнения стоят особенно остро: с наступлением лета и повышением температуры вода приобретает черный цвет и неприятный запах, что не только ухудшает условия проживания в поселках, но и значительно снижает уровень благополучия местных жителей. В 2023 году местные власти официально запустили проект по улучшению качества воды в реке Наньсин Хэнхэ, в качестве основного решения выбрав технологию очистки на месте MABR, с целью коренного улучшения качества воды в реке и восстановления водной экосистемы.
Проект реализуется с учетом трех основных целей: во-первых, восстановление биосообществ и структуры поврежденных водных экосистем, повышение прозрачности воды и значительное улучшение ее внешнего вида; во-вторых, воссоздание здоровых водных экосистем, восстановление и укрепление основных функций водных экосистем, возвращение рекам их естественных характеристик, а также обеспечение благоприятного цикла, характеризующегося общей согласованностью, самоподдержанием и самообновлением экосистемы; в-третьих, содействие стабильному достижению основными показателями качества воды в русле реки стандартов класса IV, установленных в «Стандартах качества окружающей среды поверхностных вод» (GB3838-2002).
Благодаря ключевым преимуществам технологии очистки на месте MABR, проект не требует масштабных строительных работ и не изменяет исходные гидрологические характеристики русла реки. Мембранные модули MABR устанавливаются непосредственно в русле реки, где обеспечивают высокоэффективный разложение загрязняющих веществ за счет беспеночной аэрации и многослойного метаболизма биологической пленки. В сочетании с мерами по укреплению экосистемы создается комплексная экосистема. После реализации проекта были достигнуты значительные результаты очистки: качество воды в русле стабильно соответствует показателям класса IV поверхностных вод, прозрачность воды значительно повысилась; экосистема водоема была эффективно восстановлена, постепенно воссоздались микробиологические и водные биологические сообщества; кроме того, благодаря автоматизированному характеру работы технологии MABR, эксплуатация и техническое обслуживание проекта на поздних этапах просты, а эксплуатационные расходы низкие. Это позволило полностью решить проблему загрязнения и неприятного запаха реки Наньсин Хэнхэ, осуществив впечатляющую трансформацию из «грязной и зловонной реки» в «экологическую реку» и создав для жителей поселка благоприятную среду обитания с чистой водой и зелеными берегами.

Очистка небольших водоемов, таких как пруды и каналы, является ключевым звеном в расширении сферы очистки водной среды до самых отдаленных уголков, а также важной мерой по содействию возрождению сельских районов и повышению качества жизни населения. Технология MABR, благодаря своим основным преимуществам — беспенообразной аэрации, энергоэффективности, адаптации к конкретным условиям и долгосрочной стабильности, — точно решает проблемы очистки прудов и каналов, характеризующихся «малыми размерами, разбросанностью, разнородностью и слабой экосистемой». Благодаря интегрированной системе «предварительная очистка — очистка на месте с помощью MABR — укрепление экосистемы» она обеспечивает эффективное удаление загрязняющих веществ из водных объектов, одновременно развивая способность водоемов к самоочищению. Это позволяет преодолеть проблему традиционных методов очистки, которые «лечат симптомы, а не причину», и делает данную технологию оптимальным выбором для точной и долгосрочной очистки малых и микроводоемов.