Направления исследований, Перспективы
Крайняя важность снижения расхода энергии на очистных сооружениях обусловила большой объем исследовательских работ в данной области. Их тематика подразделяется на технические решения, осуществляемые в пределах существующих инфраструктур; более масштабные преобразования, связанные с внесением изменений в действующие технологические схемы, и, наконец, разработку инновационных технологий, внедрение которых едва ли осуществимо путем замены функционирующего оборудования, но предполагается при строительстве новых мощностей.
При этом в условиях характерного для нашего времени наступившего или надвигающегося дефицита различных природных ресурсов муниципальные сточные воды уже не рассматривают только как среду, подлежащую с теми или иными затратами очистке от загрязнений. Во многих странах направленность исследований, промышленная практика ориентированы на использование сточных вод в качестве источника воды для хозяйственно-бытовых и производственных нужд и биогенов (азота и фосфора), необходимых для сельского хозяйства.
Извлечение энергии из сточных вод также практикуется достаточно давно. Ситуация в этой области изменилась за последние десятилетия. С учетом состояния разработок в области процессов и оборудования для очистки сточных вод и сопутствующей энергогенерации высказывается мнение о возможности использования сточных вод в недалекой перспективе в качестве энергетического сырья. При этом объем извлекаемой в результате переработки такого сырья энергии будет превосходить энергетическую потребность самих очистных сооружений.
Эффективное продвижение соответствующих технологических процессов во многом зависит от результатов научно-исследовательских работ. Их основные направления перечислены ниже.
Микробная экология и механизмы метаболических процессов. Биологические процессы с суспендированной или прикрепленной биомассой известны чуть ли ни сто лет, однако, понимание структуры микробного сообщества, динамики, взаимодействий, зависимости структура-функции в этих системах можно определить как поверхностное.
В этой связи активно ведутся исследования в области идентификации функциональных групп, ответственных за биохимические процессы, влияния факторов взаимозависимости аммонийокисляющих, нитритокисляющих и анаммокс-бактерий на стабильность и эффективность процесса частичная нитрификация-анаммокс, контроля различных метаболических процессов производства N₂O.
Необходимо отметить работы, посвященные молекулярному анализу микробных сообществ. В частности, речь идет об использовании системы показателей структуры микробного сообщества для прогнозирования эффективности удаления загрязняющих веществ [19].
Стабильность процессов и эффективность извлечения энергии. Нестабильность процессов, особенно в случае переработки при низкой температуре сточных вод, содержащих стойкие загрязняющие вещества, непосредственно влияет на эффективность извлечения энергии в рассматриваемых процессах. В этой области большое внимание уделяется развитию измерительной и сенсорной техники.
Отмечается существование значительных резервов в части эффективности извлечения энергии. Так при анаэробном сбраживании извлекается не более 50% исходного значения БПК, а при производстве электроэнергии на базе процессов сжигания потери достигают 65%.
Комбинированные схемы извлечения энергии и биогенов из сточных вод. Эффективность таких подходов зависит от многих факторов и не всегда максимальна в случае вышеописанных схем. Так, например, в случае удаления азота при определенных обстоятельствах прямое извлечение NH₄⁺ в виде удобрений может оказаться наиболее целесообразным [20].
Моделирование [21, 22] и оценка жизненного цикла [23] биохимических процессов является чрезвычайно важным направлением исследований, требующим, однако, самостоятельного рассмотрения.
Автор статьи: Кофман Владимир Яковлевич
