Autor: Kate
Email:kate@aquasust.com
Datum: 4. prosinca 2024
1. Pregled MBR procesa
MBR (membranski bioreaktor)je tehnologija membranske biološke obrade koja se koristi u obradi vode. Riječ je o sustavu koji kombinira tehnologiju membranske separacije i tehnologiju biološke obrade otpadnih voda. Prepoznata je kao jedna od najnaprednijih i najučinkovitijih tehnologija za obradu otpadnih voda i oporabu resursa u današnjem svijetu.
MBR tehnologija koristi funkciju odvajanja membrana, zamjenjujući sekundarne sedimentacijske spremnike tradicionalnih procesa s aktivnim muljem, pješčane filtre, jedinice za dezinfekciju i druge komponente s uređajima za odvajanje membrane. Koristi mikrofiltracijske/ultrafiltracijske (MF/UF) membrane za izravno filtriranje otpadnih voda iz spremnika za prozračivanje. Suspendirane krute tvari u smjesi aktivnog mulja u potpunosti se zadržavaju i vraćaju natrag u reaktor. Kao rezultat toga, starost mulja se može produljiti, koncentracija mulja povećati, a opterećenje muljem smanjiti. To ubrzava mikrobnu razgradnju zagađivača, značajno poboljšava učinkovitost pročišćavanja otpadnih voda i osigurava da kvaliteta otpadnih voda nije samo stabilna i pouzdana, već i da zadovoljava standarde visokokvalitetne otpadne vode. Posebno je prikladan za nadogradnju postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda u Kini kako bi se zadovoljili novi standardi ispuštanja postavljeni 2011., kao i za ponovnu upotrebu industrijskih otpadnih voda.
Mikrofiltracija/ultrafiltracija (MF/UF)membrane imaju veličine pora i granične raspone molekularne težine. Općenito, veličina pora ultrafiltracijskih membrana je između 0.01 do 0,1 μm, s rasponom granične molekulske mase (MWCO) od 5,000 do 500,{{ 9}} Dalton. Nominalni MWCO membrana za mikrofiltraciju koje se obično koriste u pročišćavanju otpadnih voda kreće se od 30,000 do 800,000 Daltona.
2. Prednosti MBR membrana
MBR nudi značajne prednosti s kojima se drugi samostalni biološki procesi ne mogu mjeriti:
1.Izvrsna i stabilna kvaliteta otpadnih voda
To se očituje u visokoj učinkovitosti odvajanja kruto-tekuće. Suspendirane krute tvari u efluentu mogu se gotovo uvijek održavati blizu nule, a na njih ne mogu lako utjecati čimbenici kao što su razgradnja mulja ili nakupljanje mulja u kratkom roku.
2.Kompaktni dizajn reaktora
Reaktor je kompaktniji jer može normalno raditi pri visokim koncentracijama mulja, što rezultira visokom učinkovitošću uklanjanja organskih tvari uz uštedu prostora. Nema potrebe za sustavom sekundarnog taložnika.
3.Povoljno za uzgoj aerobnih nitrificirajućih bakterija
Sustav povećava kapacitet nitrifikacije aerobne zone. To se ogleda u visokoj učinkovitosti uklanjanja dušika iz amonijaka, koja ostaje stabilna tijekom dugog razdoblja.
4.Potpuno odvajanje hidrauličkog vremena zadržavanja i vremena zadržavanja mulja
Potpuno odvajanje hidrauličkog vremena zadržavanja reaktora (HRT) i vremena zadržavanja mulja (SRT) omogućuje fleksibilniju kontrolu rada.
5.Visoka koncentracija mikroba i jaka otpornost na udarna opterećenja
Koncentracija mikroba u reaktoru je visoka i ima jaku otpornost na udarna opterećenja. S dugom starošću mulja, membransko odvajanje osigurava da velike molekule koje se teško razgrađuju u otpadnoj vodi imaju dovoljno vremena zadržavanja unutar biološki ograničenog volumena reaktora. Ovo uvelike poboljšava učinkovitost razgradnje neposlušne organske tvari. Reaktor radi pod velikim volumetrijskim opterećenjima, malim opterećenjem muljem i dugim starenjem mulja, što pomaže u učinkovitom smanjenju ispuštanja mulja.
3. Budući trendovi razvoja MBR membrana
1.Važna uloga MBR tehnologije u pročišćavanju otpadnih voda
Posljednjih godina iskustvo je pokazalo da je MBR tehnologija zrela i da su uspješan dizajn i rad mogući. Može se koristiti za pročišćavanje komunalnih i industrijskih otpadnih voda. Stoga, kako se MBR tehnologija nastavlja razvijati i sazrijevati, očekuje se da će biti globalno široko primijenjena kao ekonomski učinkovita i praktična tehnologija.
2.Izgledi za MBR primjenu
Primarna primjena MBR-a trebala bi biti pročišćavanje komunalnih otpadnih voda, posebno zato što gradovi zahtijevaju male površine za pročišćavanje otpadnih voda. Otpadne vode visoke kvalitete mogu se ponovno upotrijebiti ili poslužiti kao predtretman za nanofiltraciju i reverznu osmozu, a moraju se zadovoljiti strogi standardi ispuštanja.
MBR tehnologija također je učinkovita u pročišćavanju industrijskih otpadnih voda, kao što su otpadne vode od prerade hrane, klaoničke otpadne vode i procjedne vode s deponija. Pokazao je izvrsnu učinkovitost uklanjanja tvari koje ometaju endokrini sustav (EDS) u procjednoj vodi s odlagališta i može ukloniti nitrate u pitkoj vodi (sa stopom uklanjanja do 98,5%).
3.Kontrola onečišćenja membrane
Potrebna su daljnja istraživanja o mehanizmima onečišćenja membrane, posebice proučavanje biološkog onečišćenja. Učinkovitija, kontroliranija i minimalizirana membrana treba razviti rješenja za onečišćenje. Korištenje računalne i senzorske tehnologije za online kontrolu onečišćenja membrane trebalo bi u potpunosti istražiti. U poboljšanju metoda čišćenja posebnu pozornost treba obratiti na korištenje sigurnih kemikalija.
4.Odabir strukture i materijala membrane na temelju vrste otpadne vode
Struktura i materijali membrane trebaju biti pravilno odabrani na temelju vrste otpadne vode. Treba usvojiti nove energetski učinkovite membranske materijale i sklopove modula visokih performansi. Treba promicati integraciju aerobnih i anaerobnih MBR sustava. Dodatno, matematički modeli i računalna tehnologija trebali bi se u potpunosti iskoristiti za optimizaciju radnih parametara kako bi se postigla bolja kvaliteta otpadnih voda, čineći proces ekonomičnijim i učinkovitijim.
4. Princip rada MBR membrana
U praktičnim inženjerskim primjenama, uronjeni MBR (membranski bioreaktor) proces se češće koristi, a industrijsko iskustvo s ovom vrstom sustava je relativno zrelo. Stoga ćemo ovu vrstu MBR-a koristiti kao primjer za analizu. Opći princip je sljedeći:
Sirova voda ulazi u bioreaktor, gdje se organska tvar oksidira i razgrađuje miješanim aktivnim muljem visoke koncentracije. Ispod membranskog modula nalazi se sustav prozračivanja, koji ne samo da osigurava dovoljno otopljenog kisika (DO) za mikroorganizme u miješanoj tekućini, već također potiče temeljito miješanje. Uznemirenost uzrokovana mjehurićima, zajedno s cirkulacijskim protokom formiranim na površini membrane, ima učinak struganja i smicanja na površini membrane, učinkovito sprječavajući ireverzibilno taloženje zagađivača na površini membrane u neumjetnim uvjetima. Pročišćena voda se zatim uvlači kroz samousisnu pumpu i odvaja membranom, pri čemu tekuća faza prolazi kroz membranu i ispušta se iz sustava.
Tipično, MBR proces ima nekoliko ključnih operativnih parametara, uključujući membranski tok, koeficijent propusnosti, stopu zadržavanja i koncentracijsku polarizaciju.
1.Membranski protok
Membranski tok (J) odnosi se na količinu materijala koji prolazi kroz jedinicu površine membrane po jedinici vremena. Obično se izražava u SI jedinicama kao [m³/(m²·s)] ili pojednostavljeno na m/s. U praktičnim inženjerskim izračunima, jedinice koje nisu SI često se koriste za mjerenje toka, kao što je LMH (litara po kvadratnom metru na sat), s jedinicama [L/(m²·h)]. Tipična MBR membrana koja zadovoljava opće zahtjeve za pročišćavanje otpadnih voda ima LMH od najmanje 10 L/(m²·h).
Čimbenici koji utječu na protok kroz membranu uključuju pokretačku silu za prijenos mase, otpor membrane, stanje protoka dovodne otopine na strani membrane (ekvivalentno otporu graničnog sloja) i opseg onečišćenja membrane.
2.Koeficijent propusnosti
Koeficijent propusnosti (Lp) membrane predstavlja količinu materijala koja prolazi kroz membranu po jedinici vremena i jedinici površine pod jediničnim pritiskom. Jednostavno se izražava kao protok membrane pod uvjetima jediničnog tlaka. Koeficijent propusnosti jedan je od glavnih parametara za procjenu trenutne učinkovitosti membrane.
3. Stopa zadržavanja
U procesu membranske separacije, tekućina koja prolazi kroz membranu naziva se permeat, a tekućina koju membrana zadržava naziva se retentat. Stopa zadržavanja koristi se za karakterizaciju učinka odvajanja membrane, uključujući uočenu/prijavljenu stopu zadržavanja (Robs) i stvarnu/intrinzičnu stopu zadržavanja (Ract). Njegova je definicija sljedeća:
Pri čemu Cp i Cb predstavljaju koncentracije otopljene tvari u permeatu, odnosno dovodnoj otopini, koje se mogu izravno mjeriti. Međutim, zbog zadržavanja otopljenih tvari i prianjanja na površinu membrane, koncentracija otopljene tvari (Cm) na površini membrane veća je od prosječne koncentracije otopine za napajanje. Stoga je stvarna stopa zadržavanja:
Vrijednost Cm općenito nije izravno mjerljiva i potrebno ju je procijeniti pomoću računalnog modela.
4.Polarizacija koncentracije
Tijekom stvarnih procesa vođenih tlakom, protok kroz membranu često opada tijekom vremena, a mijenja se i stopa zadržavanja otopljene tvari. Glavni uzrok ovog fenomena je koncentracijska polarizacija i onečišćenje membrane.
Koncentracijska polarizacija odnosi se na fenomen u kojem, pod uvjetima uvjetovanim tlakom, otapalo u napojnoj otopini slobodno prolazi kroz membranu, dok otopljene tvari zadržava membrana. Protok otapala neprestano nosi otopljene tvari na površinu membrane, uzrokujući nakupljanje otopljenih tvari na membrani. Kao rezultat, koncentracija otopljene tvari (Cm) na površini membrane postupno raste, što dovodi do koncentracijskog gradijenta koji uzrokuje obrnutu difuziju s površine membrane u otopinu za napajanje. Nakon razdoblja stabilizacije, kada je protok dovodne otopine na površinu membrane jednak obrnutoj difuziji, formira se stabilan koncentracijski polarizacijski granični sloj. Uvjet potpunog zadržavanja izražava se sljedećom jednadžbom:
Omjer Cm/Cb naziva se koncentracijski polarizacijski omjer. Što je omjer veći, to je nepovoljniji za odvajanje membrane.
Membranski tok (J) lakše je izmjeriti, no k je omjer koeficijenta difuzije i debljine graničnog sloja. Vrijednost k povezana je s uvjetima protoka na površini membrane i može se izračunati korištenjem korelacije bezdimenzijskih brojeva prijenosa mase ili odrediti eksperimentalno. Metode za određivanje k vrijednosti mogu se pronaći u radu Zemana i Zydneya (1996).
