Autor: Kate
Email:kate@aquasust.com
Datum: 4. decembar 2024
1. Pregled MBR procesa
MBR (membranski bioreaktor)je tehnologija membranskog biološkog tretmana koja se koristi u tretmanu vode. To je sistem koji kombinuje tehnologiju membranske separacije i tehnologiju biološkog tretmana otpadnih voda. Danas je prepoznata kao jedna od najnaprednijih i najefikasnijih tehnologija za prečišćavanje otpadnih voda i obnavljanje resursa u svijetu.
MBR tehnologija koristi funkciju odvajanja membrana, zamjenjujući sekundarne taložnike u tradicionalnim procesima aktivnog mulja, pješčane filtere, jedinice za dezinfekciju i druge komponente sa uređajima za membransko odvajanje. Koristi mikrofiltracionu/ultrafiltracijsku (MF/UF) membranu za direktno filtriranje efluenta iz rezervoara za aeraciju. Suspendirane čvrste materije u mešavini aktivnog mulja se u potpunosti zadržavaju i vraćaju nazad u reaktor. Kao rezultat, može se produžiti starost mulja, povećati koncentracija mulja i smanjiti opterećenje mulja. Ovo ubrzava mikrobnu degradaciju zagađivača, značajno poboljšava efikasnost prečišćavanja otpadnih voda i osigurava da kvalitet otpadnih voda ne samo da bude stabilan i pouzdan, već ispunjava i standarde visokokvalitetnih obnovljenih voda. Posebno je pogodan za nadogradnju postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda u Kini kako bi se ispunili novi standardi ispuštanja postavljeni 2011. godine, kao i za ponovnu upotrebu industrijskih otpadnih voda.
Mikrofiltracija/Ultrafiltracija (MF/UF)membrane imaju veličinu pora i granične opsege molekularne težine. Općenito, veličina pora ultrafiltracionih membrana je između 0.01 do 0,1 μm, s rasponom granične molekulske težine (MWCO) od 5,000 do 500,{{ 9}} Dalton. Nominalni MWCO mikrofiltracijskih membrana koje se obično koriste u tretmanu otpadnih voda kreće se od 30,000 do 800,000 Daltona.
2. Prednosti MBR membrana
MBR nudi značajne prednosti koje drugi samostalni biološki procesi ne mogu parirati:
1.Odličan i stabilan kvalitet otpadnih voda
To se manifestuje u visokoj efikasnosti razdvajanja čvrstog i tečnog. Suspendovane čvrste materije iz efluenta mogu se skoro uvek održavati blizu nule, i na njih ne utiču lako faktori kao što su razgradnja mulja ili nakupljanje mulja u kratkom roku.
2.Dizajn kompaktnog reaktora
Reaktor je kompaktniji jer može normalno raditi pri visokim koncentracijama mulja, što rezultira visokom efikasnošću uklanjanja organskih tvari uz uštedu prostora. Nema potrebe za sistemom sekundarnog taložnika.
3.Povoljno za aerobno nitrifikaciju bakterija
Sistem povećava kapacitet nitrifikacije aerobne zone. To se ogleda u visokoj efikasnosti uklanjanja amonijačnog azota, koji ostaje stabilan tokom dugog perioda.
4.Potpuno razdvajanje hidrauličkog vremena zadržavanja i vremena zadržavanja mulja
Potpuno razdvajanje hidrauličkog vremena zadržavanja reaktora (HRT) i vremena zadržavanja mulja (SRT) omogućava fleksibilniju kontrolu rada.
5.Visoka koncentracija mikroba i jaka otpornost na udarce
Koncentracija mikroba u reaktoru je visoka i ima jaku otpornost na udarna opterećenja. Uz dugu starost mulja, membransko odvajanje osigurava da veliki, teško razgradivi molekuli u otpadnoj vodi imaju dovoljno vremena zadržavanja unutar biološki ograničene zapremine reaktora. Ovo uvelike poboljšava efikasnost razgradnje neposlušne organske materije. Reaktor radi pod velikim zapreminskim opterećenjima, malim opterećenjima mulja i dugom starošću mulja, što pomaže u efikasnom smanjenju ispuštanja mulja.
3. Budući trendovi razvoja MBR membrana
1.Važna uloga MBR tehnologije u tretmanu otpadnih voda
Posljednjih godina iskustvo je pokazalo da je MBR tehnologija zrela, a uspješan dizajn i rad su ostvarljivi. Može se koristiti za prečišćavanje komunalnih i industrijskih otpadnih voda. Stoga, kako se MBR tehnologija nastavlja razvijati i sazrijevati, očekuje se da će se široko primjenjivati na globalnom nivou kao ekonomski efikasna i praktična tehnologija.
2.Izgledi za MBR aplikaciju
Primarna primena za MBR bi trebalo da bude prečišćavanje komunalnih otpadnih voda, posebno zato što gradovi zahtevaju male površine za prečišćavanje otpadnih voda. Visokokvalitetni efluent se može ponovo koristiti ili služiti kao predtretman za nanofiltraciju i reverznu osmozu, a moraju se poštovati strogi standardi za ispuštanje.
MBR tehnologija je takođe efikasna u prečišćavanju industrijskih otpadnih voda, kao što su otpadne vode prerade hrane, otpadne vode iz klaonica i procedne vode sa deponije. Pokazao je odličnu efikasnost uklanjanja supstanci koje ometaju endokrine funkcije (EDS) u procjednoj vodi na deponijama i može ukloniti nitrate u vodi za piće (sa stopom uklanjanja do 98,5%).
3.Kontrola onečišćenja membrane
Potrebna su dalja istraživanja o mehanizmima obraštanja membrane, posebno proučavanje biološkog zarastanja. Efikasnija, kontrolisana i minimizirana membrana treba razviti rješenja za obrađivanje. Trebalo bi u potpunosti istražiti upotrebu kompjuterske i senzorske tehnologije za online kontrolu onečišćenja membrane. U poboljšanju metoda čišćenja, posebnu pažnju treba obratiti na upotrebu sigurnih hemikalija.
4.Odabir strukture i materijala membrane na osnovu vrste otpadnih voda
Strukturu i materijale membrane treba pravilno odabrati na osnovu vrste otpadne vode. Treba usvojiti nove energetski učinkovite membranske materijale i sklopove modula visokih performansi. Treba promovirati integraciju aerobnih i anaerobnih MBR sistema. Dodatno, matematički modeli i kompjuterska tehnologija trebaju se u potpunosti koristiti za optimizaciju radnih parametara kako bi se postigao bolji kvalitet efluenta, čineći proces ekonomičnijim i efikasnijim.
4. Princip rada MBR membrana
U praktičnim inženjerskim aplikacijama, uronjeni MBR (membranski bio-reaktor) proces se češće koristi, a industrijsko iskustvo sa ovom vrstom sistema je relativno zrelo. Stoga ćemo ovu vrstu MBR-a koristiti kao primjer za analizu. Opšti princip je sljedeći:
Sirova voda ulazi u bioreaktor, gdje se organska tvar oksidira i razlaže miješanim aktivnim muljem visoke koncentracije. Ispod membranskog modula nalazi se sistem za aeraciju, koji ne samo da obezbeđuje dovoljno rastvorenog kiseonika (DO) za mikroorganizme u mešanoj tečnosti, već i promoviše temeljito mešanje. Uznemirivanje izazvano mjehurićima, zajedno sa cirkulacionim tokom formiranim na površini membrane, ima efekat ribanja i smicanja na površini membrane, efikasno sprečavajući ireverzibilno taloženje zagađivača na površini membrane u neveštačkim uslovima. Tretirana voda se zatim uvlači kroz samousisnu pumpu i odvaja membranom, pri čemu tečna faza prolazi kroz membranu i ispušta se iz sistema.
Tipično, MBR proces ima nekoliko ključnih operativnih parametara, uključujući fluks membrane, koeficijent propusnosti, stopu zadržavanja i polarizaciju koncentracije.
1.Membrane Flux
Membranski fluks (J) se odnosi na količinu materijala koji prolazi kroz jedinicu površine membrane u jedinici vremena. Obično se izražava u SI jedinicama kao [m³/(m²·s)] ili pojednostavljeno na m/s. U praktičnim inženjerskim proračunima, ne-SI jedinice se često koriste za mjerenje fluksa, kao što je LMH (litara po kvadratnom metru na sat), s jedinicama [L/(m²·h)]. Tipična MBR membrana koja zadovoljava opšte zahtjeve za tretman otpadnih voda ima LMH od najmanje 10 L/(m²·h).
Faktori koji utječu na fluks membrane uključuju pokretačku silu za prijenos mase, otpor membrane, stanje protoka dovodne otopine na strani membrane (ekvivalentno otporu graničnog sloja) i opseg zaprljanja membrane.
2.Koeficijent propusnosti
Koeficijent propusnosti (Lp) membrane predstavlja količinu materijala koji prolazi kroz membranu u jedinici vremena i jedinici površine pod jediničnim pritiskom. Jednostavno se izražava kao fluks membrane u uslovima jediničnog pritiska. Koeficijent propusnosti jedan je od glavnih parametara za procjenu trenutnih performansi membrane.
3.Retention Rate
U procesu membranskog odvajanja, tekućina koja prolazi kroz membranu naziva se permeat, a tekućina koju membrana zadržava naziva se retentat. Stopa zadržavanja se koristi za karakterizaciju performansi odvajanja membrane, uključujući uočenu/prijavljenu stopu zadržavanja (Robs) i stvarnu/intrinzičnu stopu zadržavanja (Ract). Njegova definicija je sljedeća:
Gdje Cp i Cb predstavljaju koncentracije otopljene tvari u permeatu i napojnoj otopini, respektivno, koje se mogu direktno mjeriti. Međutim, zbog toga što se otopljene tvari zadržavaju i prianjaju na površinu membrane, koncentracija otopljene tvari (Cm) na površini membrane je veća od prosječne koncentracije napojne otopine. Dakle, stvarna stopa zadržavanja je:
Vrijednost Cm općenito nije direktno mjerljiva i treba je procijeniti korištenjem računskog modela.
4.Polarizacija koncentracije
Tokom stvarnih procesa vođenih pritiskom, fluks membrane se često smanjuje tokom vremena, a stopa zadržavanja rastvora se takođe menja. Glavni uzrok ove pojave je koncentracijska polarizacija i onečišćenje membrane.
Koncentraciona polarizacija se odnosi na pojavu u kojoj, u uslovima pod pritiskom, rastvarač u napojnom rastvoru slobodno prolazi kroz membranu, dok otopljene supstance zadržava membrana. Protok rastvarača kontinuirano nosi otopljene tvari na površinu membrane, uzrokujući akumulaciju otopljene tvari na membrani. Kao rezultat, koncentracija otopljene tvari (Cm) na površini membrane postupno raste, što dovodi do gradijenta koncentracije koji uzrokuje obrnutu difuziju od površine membrane do napojne otopine. Nakon perioda stabilizacije, kada je protok dovodne otopine na površinu membrane jednak obrnutoj difuziji, formira se granični sloj polarizacije stabilne koncentracije. Uslov potpunog zadržavanja izražava se sljedećom jednačinom:
Odnos Cm/Cb naziva se omjer polarizacije koncentracije. Što je omjer veći, to je nepovoljniji za membransko odvajanje.
Membranski fluks (J) je lakše izmjeriti, ali k je omjer koeficijenta difuzije i debljine graničnog sloja. Vrijednost k je povezana sa uslovima strujanja na površini membrane i može se izračunati korištenjem bezdimenzionalne korelacije brojeva prijenosa mase ili odrediti eksperimentalno. Metode za određivanje k vrijednosti mogu se naći u radu Zemana i Zydneya (1996).
