Аутор: Кате
Email:kate@aquasust.com
Датум: 4. децембар 2024
1. Преглед МБР процеса
МБР (мембрански биореактор)је технологија мембранског биолошког третмана која се користи у третману воде. То је систем који комбинује технологију мембранске сепарације и технологију биолошког третмана отпадних вода. Данас је препозната као једна од најнапреднијих и најефикаснијих технологија за третман отпадних вода и опоравак ресурса у свету.
МБР технологија користи функцију раздвајања мембрана, замењујући секундарне резервоаре за таложење, пешчане филтере, дезинфекционе јединице и друге компоненте традиционалних процеса активног муља са уређајима за мембранско одвајање. Користи микрофилтрациону/ултрафилтрациону (МФ/УФ) мембрану за директно филтрирање ефлуента из резервоара за аерацију. Суспендоване чврсте материје у мешавини активног муља се у потпуности задржавају и враћају назад у реактор. Као резултат, може се продужити старост муља, повећати концентрација муља и смањити оптерећење муља. Ово убрзава микробну деградацију загађивача, значајно побољшава ефикасност пречишћавања отпадних вода и осигурава да квалитет отпадних вода није само стабилан и поуздан, већ и испуњава стандарде висококвалитетних регенерисаних вода. Посебно је погодан за надоградњу постројења за пречишћавање отпадних вода у Кини како би се испунили нови стандарди за испуштање постављени 2011. године, као и за поновну употребу индустријских отпадних вода.
Микрофилтрација/Ултрафилтрација (МФ/УФ)мембране имају величину пора и граничне опсеге молекулске тежине. Генерално, величина пора ултрафилтрационих мембрана је између 0.01 до 0,1 μм, са опсегом граничне молекулске тежине (МВЦО) од 5,000 до 500,{{ 9}} Далтон. Номинални МВЦО мембрана за микрофилтрацију које се обично користе у третману отпадних вода креће се од 30,000 до 800,000 Далтона.
2. Предности МБР мембрана
МБР нуди значајне предности које други самостални биолошки процеси не могу парирати:
1.Одличан и стабилан квалитет отпадних вода
Ово се манифестује у високој ефикасности раздвајања чврстог и течног. Суспендоване чврсте материје из ефлуента могу се скоро увек одржавати близу нуле, и на њих не утичу лако фактори као што су разградња муља или накупљање муља у кратком року.
2.Дизајн компактног реактора
Реактор је компактнији јер може нормално да ради при високим концентрацијама муља, што резултира високом ефикасношћу уклањања органских материја уз уштеду простора. Нема потребе за системом секундарних таложника.
3.Повољно за аеробно нитрификујућу култивацију бактерија
Систем повећава капацитет нитрификације аеробне зоне. Ово се огледа у високој ефикасности уклањања амонијачног азота, који остаје стабилан током дужег периода.
4.Потпуно раздвајање хидрауличког времена задржавања и времена задржавања муља
Потпуно раздвајање хидрауличког времена задржавања реактора (ХРТ) и времена задржавања муља (СРТ) омогућава флексибилнију контролу рада.
5.Висока концентрација микроба и јака отпорност на ударце
Концентрација микроба у реактору је висока и има јаку отпорност на ударна оптерећења. Са дугом старошћу муља, мембранско одвајање осигурава да велики, тешко разградиви молекули у отпадној води имају довољно времена задржавања унутар биолошки ограничене запремине реактора. Ово у великој мери побољшава ефикасност разградње непослушне органске материје. Реактор ради под великим запреминским оптерећењима, малим оптерећењем муља и дугом старошћу муља, што помаже да се ефикасно смањи испуштање муља.
3. Будући трендови развоја МБР мембрана
1.Важна улога МБР технологије у третману отпадних вода
Последњих година искуство је показало да је МБР технологија зрела, а успешан дизајн и рад су остварљиви. Може се користити за пречишћавање комуналних и индустријских отпадних вода. Стога, како се МБР технологија наставља да се развија и сазрева, очекује се да ће се широко примењивати на глобалном нивоу као економски ефикасна и практична технологија.
2.Изгледи за МБР примену
Примарна примена за МБР би требало да буде пречишћавање комуналних отпадних вода, посебно зато што градови захтевају мале површине за пречишћавање отпадних вода. Висококвалитетни ефлуент се може поново користити или служити као предтретман за нанофилтрацију и реверзну осмозу, а морају се поштовати строги стандарди за испуштање.
МБР технологија је такође ефикасна у пречишћавању индустријских отпадних вода, као што су отпадне воде прераде хране, отпадне воде из кланица и процедне воде са депоније. Показао је одличну ефикасност уклањања супстанци које ометају ендокрине функције (ЕДС) у процедним водама депоније и може да уклони нитрате у води за пиће (са стопом уклањања до 98,5%).
3.Контрола онечишћења мембране
Потребна су даља истраживања о механизмима обраштања мембране, посебно проучавање биолошког зарастања. Ефикаснија, контролисана и минимизирана мембрана треба развити решења за обраштање. Коришћење компјутерске и сензорске технологије за онлајн контролу онечишћења мембране треба у потпуности да се истражи. У побољшању метода чишћења, посебну пажњу треба обратити на употребу безбедних хемикалија.
4.Одабир структуре и материјала мембране на основу типа отпадне воде
Структуру и материјале мембране треба правилно одабрати на основу врсте отпадне воде. Треба усвојити нове енергетски ефикасне мембранске материјале и склопове модула високих перформанси. Треба промовисати интеграцију аеробних и анаеробних МБР система. Поред тога, математички модели и компјутерска технологија треба да се у потпуности искористе за оптимизацију радних параметара како би се постигао бољи квалитет ефлуента, чинећи процес економичнијим и ефикаснијим.
4. Принцип рада МБР мембрана
У практичним инжењерским апликацијама, процес уроњеног МБР (мембрански био-реактор) се чешће користи, а индустријско искуство са овом врстом система је релативно зрело. Због тога ћемо користити ову врсту МБР-а као пример за анализу. Општи принцип је следећи:
Сирова вода улази у биореактор, где се органска материја оксидује и разлаже мешаним активним муљем високе концентрације. Испод мембранског модула налази се систем за аерацију, који не само да обезбеђује довољно раствореног кисеоника (ДО) за микроорганизме у мешаној течности, већ такође промовише темељно мешање. Мехурићи изазвани мешањем, заједно са циркулационим током формираним на површини мембране, имају ефекат рибања и смицања на површини мембране, ефикасно спречавајући неповратно таложење загађивача на површини мембране у невештачким условима. Третирана вода се затим увлачи кроз самоусисну пумпу и одваја је мембраном, при чему течна фаза пролази кроз мембрану и испушта се из система.
Типично, МБР процес има неколико кључних оперативних параметара, укључујући мембрански флукс, коефицијент пермеабилности, стопу задржавања и поларизацију концентрације.
1.Мембране Флук
Мембрански флукс (Ј) се односи на количину материјала који пролази кроз јединицу површине мембране у јединици времена. Обично се изражава у СИ јединицама као [м³/(м²·с)] или поједностављено на м/с. У практичним инжењерским прорачунима, јединице које нису СИ се често користе за мерење флукса, као што је ЛМХ (литара по квадратном метру на сат), са јединицама [Л/(м²·х)]. Типична МБР мембрана која задовољава опште захтеве за третман отпадних вода има ЛМХ од најмање 10 Л/(м²·х).
Фактори који утичу на флукс мембране укључују покретачку силу за пренос масе, отпор мембране, стање протока доводног раствора на страни мембране (еквивалентно отпору граничног слоја) и степен запрљања мембране.
2.Коефицијент пропустљивости
Коефицијент пропустљивости (Лп) мембране представља количину материјала који пролази кроз мембрану у јединици времена и јединици површине под јединичним притиском. Једноставно се изражава као флукс мембране у условима јединичног притиска. Коефицијент пропустљивости је један од главних параметара за процену тренутних перформанси мембране.
3.Ретентион Рате
У процесу мембранског одвајања, течност која пролази кроз мембрану назива се пермеат, а течност коју задржава мембрана назива се ретентат. Стопа задржавања се користи за карактеризацију перформанси одвајања мембране, укључујући уочену/пријављену стопу задржавања (Робс) и стварну/интринзичну стопу задржавања (Рацт). Његова дефиниција је следећа:
Где Цп и Цб представљају концентрације растворених супстанци у пермеату и напојном раствору, респективно, које се могу директно мерити. Међутим, због задржавања растворених материја и приањања на површину мембране, концентрација раствора (Цм) на површини мембране је већа од просечне концентрације раствора за напајање. Дакле, стварна стопа задржавања је:
Вредност Цм генерално није директно мерљива и треба је проценити коришћењем рачунарског модела.
4.Поларизација концентрације
Током стварних процеса вођених притиском, флукс мембране се често смањује током времена, а такође се мења и стопа задржавања раствора. Главни узрок ове појаве је поларизација концентрације и загађивање мембране.
Концентрациона поларизација се односи на појаву у којој, под условима под притиском, растварач у напојном раствору слободно пролази кроз мембрану, док се растворене супстанце задржавају мембраном. Проток растварача непрекидно носи растворене супстанце на површину мембране, изазивајући акумулацију раствора на мембрани. Као резултат, концентрација растворене супстанце (Цм) на површини мембране постепено расте, што доводи до градијента концентрације који изазива обрнуту дифузију са површине мембране на раствор за напајање. Након периода стабилизације, када је проток доводног раствора до површине мембране једнак обрнутој дифузији, формира се гранични слој поларизације стабилне концентрације. Услов потпуног задржавања изражава се следећом једначином:
Однос Цм/Цб назива се однос поларизације концентрације. Што је тај однос већи, то је неповољније за мембранско одвајање.
Мембрански флукс (Ј) је лакше измерити, али к је однос коефицијента дифузије и дебљине граничног слоја. Вредност к је повезана са условима протока на површини мембране и може се израчунати коришћењем бездимензионалне корелације бројева преноса масе или одредити експериментално. Методе за одређивање к вредности могу се наћи у раду Земана и Зиднеја (1996).
