Από: Κέιτ
Email:kate@aquasust.com
Ημερομηνία: 4 Δεκεμβρίου 2024
1. Επισκόπηση της διαδικασίας MBR
MBR (Μεμβρανικός Βιοαντιδραστήρας)είναι μια τεχνολογία βιολογικής επεξεργασίας μεμβράνης που χρησιμοποιείται στην επεξεργασία νερού. Είναι ένα σύστημα που συνδυάζει τεχνολογία διαχωρισμού μεμβράνης και τεχνολογία βιολογικού καθαρισμού λυμάτων. Αναγνωρίζεται ως μία από τις πιο προηγμένες και αποτελεσματικές τεχνολογίες επεξεργασίας λυμάτων και ανάκτησης πόρων στον κόσμο σήμερα.
Η τεχνολογία MBR χρησιμοποιεί τη λειτουργία διαχωρισμού των μεμβρανών, αντικαθιστώντας τις δεξαμενές δευτερεύουσας καθίζησης των παραδοσιακών διεργασιών ενεργοποιημένης λάσπης, τα φίλτρα άμμου, τις μονάδες απολύμανσης και άλλα εξαρτήματα με συσκευές διαχωρισμού μεμβράνης. Χρησιμοποιεί μεμβράνες μικροδιήθησης/υπερδιήθησης (MF/UF) για να φιλτράρει απευθείας τα λύματα από τη δεξαμενή αερισμού. Τα αιωρούμενα στερεά στο μίγμα της ενεργοποιημένης ιλύος συγκρατούνται πλήρως και επανακυκλοφορούνται πίσω στον αντιδραστήρα. Ως αποτέλεσμα, η ηλικία της λάσπης μπορεί να παραταθεί, η συγκέντρωση της λάσπης να αυξηθεί και το φορτίο της λάσπης να μειωθεί. Αυτό επιταχύνει τη μικροβιακή αποικοδόμηση των ρύπων, βελτιώνει σημαντικά την αποτελεσματικότητα της επεξεργασίας των λυμάτων και διασφαλίζει ότι η ποιότητα των λυμάτων δεν είναι μόνο σταθερή και αξιόπιστη, αλλά πληροί και τα πρότυπα υψηλής ποιότητας ανακυκλωμένου νερού. Είναι ιδιαίτερα κατάλληλο για την αναβάθμιση των μονάδων επεξεργασίας λυμάτων στην Κίνα ώστε να πληρούν τα νέα πρότυπα απόρριψης που καθορίστηκαν το 2011, καθώς και για την επαναχρησιμοποίηση βιομηχανικών λυμάτων.
Μικροδιήθηση/Υπερδιήθηση (MF/UF)Οι μεμβράνες έχουν μεγέθη πόρων και εύρη αποκοπής μοριακού βάρους. Γενικά, το μέγεθος πόρων των μεμβρανών υπερδιήθησης είναι μεταξύ 0.01 έως 0,1 μm, με εύρος αποκοπής μοριακού βάρους (MWCO) από 5,000 έως 500,{{{ 9}} Ντάλτον. Το ονομαστικό MWCO των μεμβρανών μικροδιήθησης που χρησιμοποιούνται συνήθως στην επεξεργασία λυμάτων κυμαίνεται από 30,000 έως 800,000 Dalton.
2. Πλεονεκτήματα των Μεμβρανών MBR
Το MBR προσφέρει σημαντικά πλεονεκτήματα που δεν μπορούν να ανταποκριθούν σε άλλες αυτόνομες βιολογικές διεργασίες:
1.Άριστη και σταθερή ποιότητα εκροής
Αυτό εκδηλώνεται στην υψηλή απόδοση του διαχωρισμού στερεού-υγρού. Τα αιωρούμενα στερεά της εκροής μπορούν σχεδόν πάντα να διατηρηθούν κοντά στο μηδέν και δεν επηρεάζονται εύκολα από παράγοντες όπως η αποσύνθεση της λάσπης ή ο όγκος της λάσπης βραχυπρόθεσμα.
2.Σχεδιασμός συμπαγούς αντιδραστήρα
Ο αντιδραστήρας είναι πιο συμπαγής επειδή μπορεί να λειτουργήσει κανονικά σε υψηλές συγκεντρώσεις λάσπης, με αποτέλεσμα υψηλή οργανική απόδοση αφαίρεσης εξοικονομώντας χώρο. Δεν υπάρχει ανάγκη για δευτερεύον σύστημα δεξαμενής καθίζησης.
3.Ευνοϊκό για την καλλιέργεια αερόβιων νιτροποιητικών βακτηρίων
Το σύστημα ενισχύει την ικανότητα νιτροποίησης της αερόβιας ζώνης. Αυτό αντικατοπτρίζεται στην υψηλή απόδοση της αφαίρεσης αζώτου αμμωνίας, η οποία παραμένει σταθερή για μεγάλο χρονικό διάστημα.
4.Πλήρης διαχωρισμός του χρόνου συγκράτησης υδραυλικού και του χρόνου κατακράτησης λάσπης
Ο πλήρης διαχωρισμός του χρόνου συγκράτησης υδραυλικού συστήματος (HRT) και του χρόνου κατακράτησης λάσπης (SRT) του αντιδραστήρα επιτρέπει πιο ευέλικτο έλεγχο λειτουργίας.
5.Υψηλή μικροβιακή συγκέντρωση και ισχυρή αντοχή σε κραδασμούς
Η μικροβιακή συγκέντρωση στον αντιδραστήρα είναι υψηλή και έχει ισχυρή αντίσταση σε φορτία κρούσης. Με μεγάλη ηλικία λάσπης, ο διαχωρισμός μεμβράνης διασφαλίζει ότι τα μεγάλα, δύσκολα αποικοδομούμενα μόρια στα λύματα έχουν επαρκή χρόνο συγκράτησης εντός του βιολογικά περιορισμένου όγκου του αντιδραστήρα. Αυτό βελτιώνει σημαντικά την αποτελεσματικότητα αποικοδόμησης της ανθεκτικής οργανικής ύλης. Ο αντιδραστήρας λειτουργεί υπό υψηλά ογκομετρικά φορτία, χαμηλά φορτία ιλύος και μεγάλες παλαιώσεις λάσπης, γεγονός που συμβάλλει αποτελεσματικά στη μείωση της εκκένωσης λάσπης.
3. Μελλοντικές Τάσεις Ανάπτυξης Μεμβρανών MBR
1.Σημαντικός ρόλος της τεχνολογίας MBR στην επεξεργασία λυμάτων
Τα τελευταία χρόνια, η εμπειρία έχει δείξει ότι η τεχνολογία MBR είναι ώριμη και ότι η επιτυχής σχεδίαση και λειτουργία είναι εφικτή. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την επεξεργασία αστικών και βιομηχανικών λυμάτων. Ως εκ τούτου, καθώς η τεχνολογία MBR συνεχίζει να αναπτύσσεται και να ωριμάζει, αναμένεται να εφαρμοστεί ευρέως παγκοσμίως ως μια οικονομικά αποδοτική και πρακτική τεχνολογία.
2.Προοπτικές για Εφαρμογή MBR
Η κύρια εφαρμογή για το MBR θα πρέπει να είναι η επεξεργασία αστικών λυμάτων, ειδικά επειδή οι πόλεις απαιτούν μικρές εκτάσεις γης για την επεξεργασία των λυμάτων. Τα υψηλής ποιότητας λύματα μπορούν να επαναχρησιμοποιηθούν ή να χρησιμεύσουν ως προεπεξεργασία για νανοδιήθηση και αντίστροφη όσμωση και πρέπει να τηρούνται αυστηρά πρότυπα απόρριψης.
Η τεχνολογία MBR είναι επίσης αποτελεσματική στην επεξεργασία βιομηχανικών λυμάτων, όπως λύματα επεξεργασίας τροφίμων, λύματα σφαγείων και στραγγίσματα χωματερών. Έχει επιδείξει εξαιρετική αποτελεσματικότητα απομάκρυνσης για τις ουσίες που διαταράσσουν το ενδοκρινικό σύστημα (EDS) στα στραγγίσματα των χωματερών και μπορεί να αφαιρέσει τα νιτρικά άλατα στο πόσιμο νερό (με ποσοστό απομάκρυνσης έως και 98,5%).
3.Έλεγχος ρύπανσης μεμβράνης
Απαιτείται περαιτέρω έρευνα σχετικά με τους μηχανισμούς ρύπανσης της μεμβράνης, ιδιαίτερα τη μελέτη της βιολογικής ρύπανσης. Πιο αποτελεσματική, ελεγχόμενη και ελαχιστοποιημένη μεμβράνη θα πρέπει να αναπτυχθούν λύσεις ρύπανσης. Θα πρέπει να διερευνηθεί πλήρως η χρήση υπολογιστή και τεχνολογίας αισθητήρων για τον ηλεκτρονικό έλεγχο ρύπανσης μεμβράνης. Κατά τη βελτίωση των μεθόδων καθαρισμού, θα πρέπει να δοθεί ιδιαίτερη προσοχή στη χρήση ασφαλών χημικών ουσιών.
4.Επιλογή δομής και υλικών μεμβράνης με βάση τον τύπο λυμάτων
Η δομή και τα υλικά της μεμβράνης πρέπει να επιλέγονται σωστά με βάση τον τύπο των λυμάτων. Θα πρέπει να υιοθετηθούν νέα ενεργειακά αποδοτικά, υψηλής απόδοσης υλικά μεμβρανών και συγκροτήματα μονάδων. Θα πρέπει να προωθηθεί η ενοποίηση αερόβιων και αναερόβιων συστημάτων MBR. Επιπλέον, τα μαθηματικά μοντέλα και η τεχνολογία υπολογιστών θα πρέπει να χρησιμοποιηθούν πλήρως για τη βελτιστοποίηση των παραμέτρων λειτουργίας για την επίτευξη καλύτερης ποιότητας εκροής, καθιστώντας τη διαδικασία πιο οικονομική και αποτελεσματική.
4. Αρχή Λειτουργίας Μεμβρανών MBR
Σε πρακτικές εφαρμογές μηχανικής, η διαδικασία βυθισμένου MBR (Membrane Bio-Reactor) χρησιμοποιείται πιο συχνά και η εμπειρία του κλάδου με αυτόν τον τύπο συστήματος είναι σχετικά ώριμη. Επομένως, θα χρησιμοποιήσουμε αυτόν τον τύπο MBR ως παράδειγμα για ανάλυση. Η γενική αρχή έχει ως εξής:
Το ακατέργαστο νερό εισέρχεται στον βιοαντιδραστήρα, όπου η οργανική ύλη οξειδώνεται και αποσυντίθεται από την υψηλής συγκέντρωσης μικτή ενεργοποιημένη ιλύ. Κάτω από τη μονάδα μεμβράνης υπάρχει ένα σύστημα αερισμού, το οποίο όχι μόνο παρέχει επαρκές διαλυμένο οξυγόνο (DO) για τους μικροοργανισμούς στο αναμεμειγμένο υγρό, αλλά προάγει επίσης την πλήρη ανάμειξη. Η ανάδευση που προκαλείται από τις φυσαλίδες, μαζί με τη ροή κυκλοφορίας που σχηματίζεται στην επιφάνεια της μεμβράνης, έχει αποτέλεσμα καθαρισμού και διάτμησης στην επιφάνεια της μεμβράνης, αποτρέποντας αποτελεσματικά την μη αναστρέψιμη εναπόθεση ρύπων στην επιφάνεια της μεμβράνης υπό μη τεχνητές συνθήκες. Το επεξεργασμένο νερό στη συνέχεια αναρροφάται μέσω μιας αντλίας αυτόματης εκκίνησης και διαχωρίζεται από τη μεμβράνη, με την υγρή φάση να διέρχεται από τη μεμβράνη και να αποβάλλεται από το σύστημα.
Τυπικά, η διαδικασία MBR έχει πολλές βασικές λειτουργικές παραμέτρους, συμπεριλαμβανομένης της ροής μεμβράνης, του συντελεστή διαπερατότητας, του ρυθμού κατακράτησης και της πόλωσης συγκέντρωσης.
1.Ροή μεμβράνης
Η ροή μεμβράνης (J) αναφέρεται στην ποσότητα υλικού που διέρχεται από μια μονάδα επιφάνειας της μεμβράνης ανά μονάδα χρόνου. Συνήθως εκφράζεται σε μονάδες SI ως [m³/(m²·s)] ή απλοποιημένο σε m/s. Σε πρακτικούς μηχανικούς υπολογισμούς, οι μονάδες χωρίς SI χρησιμοποιούνται συχνά για τη μέτρηση της ροής, όπως το LMH (λίτρα ανά τετραγωνικό μέτρο ανά ώρα), με μονάδες [L/(m²·h)]. Μια τυπική μεμβράνη MBR που ικανοποιεί τις γενικές απαιτήσεις επεξεργασίας λυμάτων έχει LMH τουλάχιστον 10 L/(m²·h).
Οι παράγοντες που επηρεάζουν τη ροή της μεμβράνης περιλαμβάνουν την κινητήρια δύναμη για τη μεταφορά μάζας, την αντίσταση της μεμβράνης, την κατάσταση ροής του διαλύματος τροφοδοσίας στην πλευρά της μεμβράνης (ισοδύναμη με την αντίσταση του οριακού στρώματος) και την έκταση της ρύπανσης της μεμβράνης.
2.Συντελεστής Διαπερατότητας
Ο συντελεστής διαπερατότητας (Lp) μιας μεμβράνης αντιπροσωπεύει την ποσότητα του υλικού που διέρχεται από τη μεμβράνη ανά μονάδα χρόνου και μονάδα επιφάνειας υπό μια μονάδα πίεσης. Εκφράζεται απλώς ως ροή μεμβράνης υπό συνθήκες μοναδιαίας πίεσης. Ο συντελεστής διαπερατότητας είναι μία από τις κύριες παραμέτρους για την αξιολόγηση της τρέχουσας απόδοσης της μεμβράνης.
3.Ποσοστό διατήρησης
Στη διαδικασία διαχωρισμού της μεμβράνης, το υγρό που διέρχεται από τη μεμβράνη ονομάζεται διήθημα και το υγρό που συγκρατείται από τη μεμβράνη ονομάζεται συγκρατούμενο. Ο ρυθμός κατακράτησης χρησιμοποιείται για τον χαρακτηρισμό της απόδοσης διαχωρισμού της μεμβράνης, συμπεριλαμβανομένου του παρατηρούμενου/αναφερόμενου ρυθμού κατακράτησης (Robs) και του πραγματικού/εγγενούς ρυθμού κατακράτησης (Ract). Ο ορισμός του έχει ως εξής:
Όπου το Cp και το Cb αντιπροσωπεύουν τις συγκεντρώσεις διαλυμένης ουσίας στο διάλυμα διήθησης και τροφοδοσίας, αντίστοιχα, οι οποίες μπορούν να μετρηθούν απευθείας. Ωστόσο, λόγω του ότι οι διαλυμένες ουσίες συγκρατούνται και προσκολλώνται στην επιφάνεια της μεμβράνης, η συγκέντρωση διαλυμένης ουσίας (Cm) στην επιφάνεια της μεμβράνης είναι υψηλότερη από τη μέση συγκέντρωση του διαλύματος τροφοδοσίας. Επομένως, το πραγματικό ποσοστό διατήρησης είναι:
Η τιμή του Cm γενικά δεν είναι άμεσα μετρήσιμη και πρέπει να εκτιμηθεί χρησιμοποιώντας ένα υπολογιστικό μοντέλο.
4.Πόλωση συγκέντρωσης
Κατά τη διάρκεια των πραγματικών διεργασιών που καθοδηγούνται από την πίεση, η ροή της μεμβράνης συχνά μειώνεται με την πάροδο του χρόνου και ο ρυθμός κατακράτησης διαλυμένης ουσίας επίσης αλλάζει. Η κύρια αιτία αυτού του φαινομένου είναι η πόλωση της συγκέντρωσης και η ρύπανση της μεμβράνης.
Η πόλωση συγκέντρωσης αναφέρεται στο φαινόμενο κατά το οποίο, υπό συνθήκες πίεσης, ο διαλύτης στο διάλυμα τροφοδοσίας διέρχεται ελεύθερα μέσω της μεμβράνης, ενώ οι διαλυμένες ουσίες συγκρατούνται από τη μεμβράνη. Η ροή του διαλύτη μεταφέρει συνεχώς τις διαλυμένες ουσίες στην επιφάνεια της μεμβράνης, προκαλώντας συσσώρευση διαλυμένης ουσίας στη μεμβράνη. Ως αποτέλεσμα, η συγκέντρωση της διαλυμένης ουσίας (Cm) στην επιφάνεια της μεμβράνης αυξάνεται σταδιακά, οδηγώντας σε μια κλίση συγκέντρωσης που προκαλεί αντίστροφη διάχυση από την επιφάνεια της μεμβράνης στο διάλυμα τροφοδοσίας. Μετά από μια περίοδο σταθεροποίησης, όταν η ροή του διαλύματος τροφοδοσίας στην επιφάνεια της μεμβράνης ισούται με την αντίστροφη διάχυση, σχηματίζεται ένα οριακό στρώμα πόλωσης σταθερής συγκέντρωσης. Η συνθήκη πλήρους διατήρησης εκφράζεται με την ακόλουθη εξίσωση:
Ο λόγος Cm/Cb ονομάζεται λόγος πόλωσης συγκέντρωσης. Όσο υψηλότερη είναι η αναλογία, τόσο πιο δυσμενής είναι για τον διαχωρισμό της μεμβράνης.
Η ροή της μεμβράνης (J) είναι ευκολότερο να μετρηθεί, αλλά k είναι ο λόγος του συντελεστή διάχυσης προς το πάχος του οριακού στρώματος. Η τιμή του k σχετίζεται με τις συνθήκες ροής στην επιφάνεια της μεμβράνης και μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον αδιάστατο αριθμητικό συσχετισμό μεταφοράς μάζας ή να προσδιοριστεί πειραματικά. Μέθοδοι για τον προσδιορισμό των τιμών k μπορούν να βρεθούν στην εργασία των Zeman και Zydney (1996).
