De: Kate
Email:kate@aquasust.com
Data: 4 decembrie 2024
1. Prezentare generală a procesului MBR
MBR (bio-reactor cu membrană)este o tehnologie de tratare biologică cu membrană utilizată în tratarea apei. Este un sistem care combină tehnologia de separare prin membrană și tehnologia de tratare biologică a apelor uzate. Este recunoscută drept una dintre cele mai avansate și eficiente tehnologii de tratare a apelor uzate și de recuperare a resurselor din lume în prezent.
Tehnologia MBR utilizează funcția de separare a membranelor, înlocuind rezervoarele secundare de sedimentare ale proceselor tradiționale cu nămol activ, filtrele cu nisip, unitățile de dezinfecție și alte componente cu dispozitive de separare cu membrană. Utilizează membrane de microfiltrare/ultrafiltrare (MF/UF) pentru a filtra direct efluentul din rezervorul de aerare. Solidele în suspensie din amestecul de nămol activ sunt complet reținute și recirculate înapoi în reactor. Ca rezultat, vârsta nămolului poate fi prelungită, concentrația nămolului poate fi crescută și sarcina nămolului redusă. Acest lucru accelerează degradarea microbiană a poluanților, îmbunătățește semnificativ eficiența epurării apelor uzate și asigură că calitatea efluentului nu este doar stabilă și fiabilă, ci și respectă standardele de înaltă calitate a apei regenerate. Este potrivit în special pentru modernizarea stațiilor de epurare a apelor uzate din China pentru a îndeplini noile standarde de evacuare stabilite în 2011, precum și pentru reutilizarea apelor uzate industriale.
Microfiltrare/Ultrafiltrare (MF/UF)membranele au dimensiuni ale porilor și intervale de limitare a greutății moleculare. În general, dimensiunea porilor membranelor de ultrafiltrare este între 0.01 până la 0,1 μm, cu un interval de limită a greutății moleculare (MWCO) de 5,000 la 500,{{ 9}} Dalton. MWCO nominal al membranelor de microfiltrare utilizate în mod obișnuit în tratarea apelor uzate variază de la 30,000 până la 800,000 Dalton.
2. Avantajele Membranelor MBR
MBR oferă avantaje semnificative pe care alte procese biologice independente nu le pot egala:
1.Calitate excelentă și stabilă a efluentului
Acest lucru se manifestă prin eficiența ridicată a separării solid-lichid. Solidele în suspensie ale efluentului pot fi aproape întotdeauna menținute aproape de zero și nu sunt ușor afectate de factori precum descompunerea nămolului sau înmulțirea nămolului pe termen scurt.
2.Design compact al reactorului
Reactorul este mai compact deoarece poate funcționa normal la concentrații mari de nămol, rezultând o eficiență ridicată de îndepărtare a organicelor, economisind în același timp spațiu. Nu este nevoie de un sistem secundar de rezervor de sedimentare.
3.Favorabil pentru cultivarea bacteriilor aerobe nitrificante
Sistemul sporește capacitatea de nitrificare a zonei aerobe. Acest lucru se reflectă în eficiența ridicată a eliminării azotului amoniac, care rămâne stabilă pe o perioadă lungă de timp.
4.Separarea completă a timpului de retenție hidraulică și a timpului de retenție a nămolului
Separarea completă a timpului de retenție hidraulică (HRT) al reactorului și a timpului de reținere a nămolului (SRT) permite un control mai flexibil al funcționării.
5.Concentrație microbiană ridicată și rezistență puternică la șocuri
Concentrația microbiană din reactor este mare și are o rezistență puternică la sarcinile de șoc. Cu o vârstă îndelungată a nămolului, separarea prin membrană asigură că moleculele mari, greu de degradat din apa uzată, au timp de retenție suficient în volumul limitat biologic al reactorului. Acest lucru îmbunătățește foarte mult eficiența de degradare a materiei organice recalcitrante. Reactorul funcționează sub sarcini volumetrice mari, încărcări scăzute de nămol și vârste lungi ale nămolului, ceea ce ajută la reducerea eficientă a deversării nămolului.
3. Tendințe viitoare de dezvoltare a membranelor MBR
1.Rolul important al tehnologiei MBR în tratarea apelor uzate
În ultimii ani, experiența a arătat că tehnologia MBR este matură, iar proiectarea și operarea de succes sunt realizabile. Poate fi folosit atât pentru tratarea apelor uzate municipale, cât și a apelor uzate industriale. Prin urmare, pe măsură ce tehnologia MBR continuă să se dezvolte și să se maturizeze, este de așteptat să fie aplicată pe scară largă la nivel global ca o tehnologie eficientă și practică din punct de vedere economic.
2.Perspective pentru aplicarea MBR
Aplicația principală pentru MBR ar trebui să fie tratarea apelor uzate municipale, în special pentru că orașele necesită suprafețe de teren mici pentru tratarea apelor uzate. Efluentul de înaltă calitate poate fi reutilizat sau poate servi ca pretratare pentru nanofiltrare și osmoză inversă, iar standardele stricte de evacuare trebuie îndeplinite.
Tehnologia MBR este, de asemenea, eficientă în tratarea apelor uzate industriale, cum ar fi apele uzate de procesare a alimentelor, apele uzate de la abator și levigatul de la depozitul de deșeuri. A demonstrat o eficiență excelentă de îndepărtare a substanțelor care perturbă sistemul endocrin (EDS) din levigatul depozitului și poate elimina nitrații din apa potabilă (cu o rată de îndepărtare de până la 98,5%).
3.Controlul murdăririi membranei
Sunt necesare cercetări ulterioare asupra mecanismelor de încrustare a membranei, în special studiul murdării biologice. Membrană mai eficientă, controlabilă și redusă la minimum ar trebui dezvoltate soluții de murdărie. Utilizarea tehnologiei computerului și a senzorilor pentru controlul online a murdării membranelor ar trebui explorată pe deplin. La îmbunătățirea metodelor de curățare, trebuie acordată o atenție deosebită utilizării de substanțe chimice sigure.
4.Selectarea structurii membranei și a materialelor în funcție de tipul de apă uzată
Structura membranei și materialele trebuie selectate corect în funcție de tipul de apă uzată. Ar trebui adoptate noi materiale membranare eficiente din punct de vedere energetic și de înaltă performanță și ansambluri de module. Ar trebui promovată integrarea sistemelor MBR aerobe și anaerobe. În plus, modelele matematice și tehnologia computerizată ar trebui utilizate pe deplin pentru a optimiza parametrii de funcționare pentru a obține o calitate mai bună a efluentului, făcând procesul mai economic și mai eficient.
4. Principiul de funcționare al membranelor MBR
În aplicațiile practice de inginerie, procesul MBR (Membrane Bio-Reactor) imersat este utilizat mai frecvent, iar experiența industriei cu acest tip de sistem este relativ matură. Prin urmare, vom folosi acest tip de MBR ca exemplu pentru analiză. Principiul general este următorul:
Apa brută intră în bioreactor, unde materia organică este oxidată și descompusă de nămolul activ mixt de concentrație mare. Sub modulul de membrană se află un sistem de aerare, care nu numai că oferă suficient oxigen dizolvat (DO) pentru microorganismele din lichidul amestecat, dar promovează și o amestecare minuțioasă. Agitația cauzată de bule, împreună cu fluxul de circulație format pe suprafața membranei, are un efect de curățare și forfecare pe suprafața membranei, prevenind efectiv depunerea ireversibilă a poluanților pe suprafața membranei în condiții neartificiale. Apa tratată este apoi aspirată printr-o pompă cu autoamorsare și separată de membrană, faza lichidă trecând prin membrană și fiind evacuată din sistem.
De obicei, procesul MBR are câțiva parametri operaționali cheie, inclusiv fluxul membranei, coeficientul de permeabilitate, rata de retenție și polarizarea concentrației.
1.Fluxul membranar
Fluxul de membrană (J) se referă la cantitatea de material care trece printr-o unitate de suprafață a membranei pe unitate de timp. Acesta este de obicei exprimat în unități SI ca [m³/(m²·s)] sau simplificat la m/s. În calculele practice de inginerie, unitățile non-SI sunt adesea folosite pentru a măsura fluxul, cum ar fi LMH (litri pe metru pătrat pe oră), cu unități de [L/(m²·h)]. O membrană MBR tipică care satisface cerințele generale de tratare a apelor uzate are un LMH de cel puțin 10 L/(m²·h).
Factorii care influențează fluxul membranei includ forța motrice pentru transferul de masă, rezistența membranei, starea de curgere a soluției de alimentare pe partea membranei (echivalent cu rezistența stratului limită) și gradul de murdărire a membranei.
2.Coeficient de permeabilitate
Coeficientul de permeabilitate (Lp) al unei membrane reprezintă cantitatea de material care trece prin membrană per unitate de timp și unitate de suprafață sub o unitate de presiune. Este pur și simplu exprimat ca flux de membrană în condiții de presiune unitară. Coeficientul de permeabilitate este unul dintre principalii parametri de evaluare a performanței curente a membranei.
3.Rata de retenție
În procesul de separare a membranei, lichidul care trece prin membrană se numește permeat, iar lichidul reținut de membrană se numește retentat. Rata de retenție este utilizată pentru a caracteriza performanța de separare a membranei, inclusiv rata de retenție observată/raportată (Robs) și rata de retenție reală/intrinsecă (Ract). Definiția sa este următoarea:
Unde Cp și Cb reprezintă concentrațiile de dizolvat în permeat și, respectiv, în soluția de alimentare, care pot fi măsurate direct. Cu toate acestea, datorită reținerii și aderării substanțelor dizolvate la suprafața membranei, concentrația de solut (Cm) pe suprafața membranei este mai mare decât concentrația medie a soluției de alimentare. Prin urmare, rata reală de retenție este:
Valoarea lui Cm nu este în general măsurabilă direct și trebuie estimată folosind un model de calcul.
4.Polarizarea concentrației
În timpul proceselor reale determinate de presiune, fluxul membranei scade adesea în timp și se modifică și rata de retenție a soluției. Cauza principală a acestui fenomen este polarizarea concentrației și murdărirea membranei.
Polarizarea concentrației se referă la fenomenul în care, în condiții de presiune, solventul din soluția de alimentare trece liber prin membrană, în timp ce substanțele dizolvate sunt reținute de membrană. Fluxul de solvent transportă continuu substanțele dizolvate la suprafața membranei, provocând acumularea de soluți pe membrană. Ca rezultat, concentrația de solut (Cm) pe suprafața membranei crește treptat, conducând la un gradient de concentrație care provoacă difuzie inversă de la suprafața membranei la soluția de alimentare. După o perioadă de stabilizare, când curgerea soluției de alimentare către suprafața membranei este egală cu difuzia inversă, se formează un strat limită de polarizare a concentrației stabile. Condiția de reținere completă este exprimată prin următoarea ecuație:
Raportul Cm/Cb se numește raport de polarizare concentrație. Cu cât raportul este mai mare, cu atât este mai nefavorabil pentru separarea membranei.
Fluxul membranei (J) este mai ușor de măsurat, dar k este raportul dintre coeficientul de difuzie și grosimea stratului limită. Valoarea lui k este legată de condițiile de curgere pe suprafața membranei și poate fi calculată folosind corelația numărului adimensional de transfer de masă sau determinată experimental. Metode pentru determinarea valorilor k pot fi găsite în lucrarea lui Zeman și Zydney (1996).
