Autor: Kate
Email:kate@aquasust.com
Kuupäev: 4. detsember 2024
1. Ülevaade MBR protsessist
MBR (membraan bioreaktor)on veepuhastuses kasutatav membraanbioloogiline puhastustehnoloogia. See on süsteem, mis ühendab membraanide eraldamise tehnoloogia ja reovee bioloogilise puhastuse tehnoloogia. Seda peetakse üheks tänapäevasemaks ja tõhusamaks reoveepuhastus- ja ressursside taaskasutamise tehnoloogiaks maailmas.
MBR-tehnoloogia kasutab membraanide eraldusfunktsiooni, asendades traditsiooniliste aktiivmudaprotsesside sekundaarsed settepaagid, liivafiltrid, desinfitseerimisseadmed ja muud komponendid membraanide eraldamise seadmetega. See kasutab mikrofiltratsiooni/ultrafiltratsiooni (MF/UF) membraane, et otse õhutuspaagist väljuv vesi filtreerida. Aktiivmuda segus olevad hõljuvad tahked ained jäävad täielikult kinni ja tsirkuleeritakse tagasi reaktorisse. Selle tulemusena saab muda vanust pikendada, muda kontsentratsiooni suurendada ja muda koormust vähendada. See kiirendab saasteainete mikroobset lagunemist, parandab oluliselt reoveepuhastuse efektiivsust ning tagab, et heitvee kvaliteet pole mitte ainult stabiilne ja usaldusväärne, vaid vastab ka kõrgekvaliteedilistele taaskasutatud vee standarditele. See sobib eriti hästi Hiina reoveepuhastite uuendamiseks, et see vastaks 2011. aastal kehtestatud uutele väljalaskestandarditele, samuti tööstusliku reovee taaskasutamiseks.
Mikrofiltreerimine/ultrafiltreerimine (MF/UF)membraanidel on pooride suurus ja molekulmassi piirvahemikud. Üldiselt on ultrafiltreerimismembraanide pooride suurus vahemikus 0.01 kuni 0,1 μm, molekulmassi piirväärtusega (MWCO) vahemikus 5,000 kuni 500,{{ 9}} Dalton. Tavaliselt reoveepuhastuses kasutatavate mikrofiltratsioonimembraanide nominaalne MWCO on vahemikus 30,000 kuni 800,000 daltonit.
2. MBR membraanide eelised
MBR pakub olulisi eeliseid, mida teised iseseisvad bioloogilised protsessid ei suuda võrrelda:
1.Suurepärane ja stabiilne heitvee kvaliteet
See väljendub tahke-vedeliku eraldamise kõrges efektiivsuses. Heitvee heljumisisaldust saab peaaegu alati hoida nullilähedasena ja seda ei mõjuta kergesti sellised tegurid nagu muda lagunemine või muda kogunemine lühiajaliselt.
2.Kompaktne reaktori disain
Reaktor on kompaktsem, kuna see suudab normaalselt töötada muda suure kontsentratsiooniga, mille tulemuseks on kõrge orgaanilise eemaldamise efektiivsus, säästes samal ajal ruumi. Puudub vajadus sekundaarse settepaagi süsteemi järele.
3.Soodne aeroobsete nitrifitseerivate bakterite kasvatamiseks
Süsteem suurendab aeroobse tsooni nitrifikatsioonivõimet. See kajastub ammoniaaklämmastiku eemaldamise kõrges efektiivsuses, mis püsib stabiilsena pikka aega.
4.Hüdraulilise retentsiooniaja ja muda retentsiooniaja täielik eraldamine
Reaktori hüdraulilise retentsiooniaja (HRT) ja muda retentsiooniaja (SRT) täielik eraldamine võimaldab paindlikumat tööjuhtimist.
5.Kõrge mikroobide kontsentratsioon ja tugev löögikindlus
Mikroobide kontsentratsioon reaktoris on kõrge ja sellel on tugev löögikindlus. Pika muda vanusega tagab membraanide eraldamine, et reovees olevad suured, raskesti lagunevad molekulid omavad piisavat retentsiooniaega bioloogiliselt piiratud reaktori mahus. See parandab oluliselt tõrksa orgaanilise aine lagunemise efektiivsust. Reaktor töötab suure mahukoormuse, väikese mudakoormuse ja pika muda vananemise korral, mis aitab tõhusalt vähendada muda heidet.
3. MBR membraanide tulevased arengusuunad
1.MBR-tehnoloogia oluline roll reoveepuhastuses
Viimaste aastate kogemused on näidanud, et MBR-tehnoloogia on küps ning edukas disain ja toimimine on saavutatavad. Seda saab kasutada nii olmereovee kui ka tööstusreovee puhastamiseks. Seega, kuna MBR-tehnoloogia areneb ja küpseb, eeldatakse, et seda kasutatakse ülemaailmselt laialdaselt majanduslikult tõhusa ja praktilise tehnoloogiana.
2.MBR-i rakenduse väljavaated
MBR-i esmane rakendus peaks olema olmereovee puhastamine, eriti kuna linnad nõuavad reovee puhastamiseks väikesi maa-alasid. Kvaliteetset heitvett saab taaskasutada või kasutada nanofiltratsiooni ja pöördosmoosi eeltöötlusena ning järgida tuleb rangeid väljalaskestandardeid.
MBR-tehnoloogia on efektiivne ka tööstusliku reovee, näiteks toiduainete töötlemise reovee, tapamajade reovee ja prügila nõrgvee puhastamisel. See on näidanud suurepärast efektiivsust sisesekretsioonisüsteemi kahjustavate ainete (EDS) eemaldamiseks prügila nõrgveest ja suudab eemaldada nitraate joogiveest (eemaldamiskiirusega kuni 98,5%).
3.Membraani saastumise kontroll
Membraanide saastumise mehhanismide, eriti bioloogilise saastumise mehhanismide kohta on vaja täiendavaid uuringuid. Tõhusam, kontrollitavam ja minimeeritud membraan tuleks välja töötada saastumislahendused. Täielikult tuleks uurida arvuti- ja anduritehnoloogia kasutamist membraanide saastumise kontrollimiseks võrgus. Puhastusmeetodite täiustamisel tuleks erilist tähelepanu pöörata ohutute kemikaalide kasutamisele.
4.Membraani struktuuri ja materjalide valimine reovee tüübi järgi
Membraani struktuur ja materjalid tuleks valida õigesti, lähtudes reovee tüübist. Tuleks kasutusele võtta uued energiatõhusad, suure jõudlusega membraanmaterjalid ja moodulite komplektid. Tuleks edendada aeroobsete ja anaeroobsete MBR-süsteemide integreerimist. Lisaks tuleks tööparameetrite optimeerimiseks täielikult ära kasutada matemaatilisi mudeleid ja arvutitehnoloogiat, et saavutada parem heitvee kvaliteet, muutes protsessi ökonoomsemaks ja tõhusamaks.
4. MBR membraanide tööpõhimõte
Praktilistes insenerirakendustes kasutatakse sagedamini sukeldatud MBR (Membrane Bio-Reactor) protsessi ja tööstuse kogemused seda tüüpi süsteemidega on suhteliselt küpsed. Seetõttu kasutame seda tüüpi MBR-i analüüsi näitena. Üldpõhimõte on järgmine:
Toorvesi siseneb bioreaktorisse, kus orgaaniline aine oksüdeerub ja laguneb kõrge kontsentratsiooniga sega-aktiivmuda toimel. Membraanimooduli all on õhutussüsteem, mis mitte ainult ei taga segavedelikus olevate mikroorganismide jaoks piisavalt lahustunud hapnikku (DO), vaid soodustab ka põhjalikku segamist. Mullide tekitatud agitatsioon koos membraani pinnale tekkiva tsirkulatsioonivooluga avaldab membraani pinnale küürimis- ja nihkeefekti, vältides tõhusalt saasteainete pöördumatut sadestumist membraani pinnale mittetehislikes tingimustes. Seejärel juhitakse töödeldud vesi läbi iseimeva pumba ja eraldatakse membraaniga, kusjuures vedel faas läbib membraani ja juhitakse süsteemist välja.
Tavaliselt on MBR-protsessil mitu peamist tööparameetrit, sealhulgas membraanivoog, läbilaskvuse koefitsient, retentsioonikiirus ja kontsentratsiooni polarisatsioon.
1.Membraani voog
Membraanivoog (J) viitab materjali kogusele, mis läbib membraani pindalaühikut ajaühikus. Tavaliselt väljendatakse seda SI ühikutes [m³/(m²·s)] või lihtsustatult m/s. Praktilistes tehnilistes arvutustes kasutatakse voo mõõtmiseks sageli mitte-SI-ühikuid, näiteks LMH (liitrit ruutmeetri kohta tunnis), ühikutega [L/(m²·h)]. Tüüpilise MBR membraani, mis rahuldab üldisi reoveepuhastusnõudeid, LMH on vähemalt 10 L/(m²·h).
Membraanivoogu mõjutavad tegurid hõlmavad massiülekande liikumapanevat jõudu, membraani takistust, toitelahuse vooluolukorda membraani küljel (võrdne piirkihi takistusega) ja membraani saastumise ulatust.
2.Läbilaskvuse koefitsient
Membraani läbilaskvuse koefitsient (Lp) näitab materjali kogust, mis läbib membraani ajaühikus ja pindalaühikus ühikulise rõhu all. Seda väljendatakse lihtsalt membraanivooluna ühikulise rõhu tingimustes. Läbilaskvuse koefitsient on üks peamisi parameetreid membraani praeguse jõudluse hindamiseks.
3. Säilitamise määr
Membraanide eraldamise protsessis nimetatakse membraani läbivat vedelikku permeaadiks ja membraani kinnipeetud vedelikku nimetatakse retentaadiks. Retentsioonimäära kasutatakse membraani eraldusvõime iseloomustamiseks, sealhulgas täheldatud/teatatud retentsioonimäära (Robs) ja tegeliku/sisemise retentsioonimäära (Ract) iseloomustamiseks. Selle määratlus on järgmine:
Kus Cp ja Cb tähistavad lahustunud aine kontsentratsioone vastavalt permeaadis ja toitelahuses, mida saab otse mõõta. Kuid kuna lahustunud ained jäävad kinni ja kleepuvad membraani pinnale, on lahustunud aine kontsentratsioon (Cm) membraani pinnal kõrgem kui toitelahuse keskmine kontsentratsioon. Seetõttu on tegelik säilitusmäär:
Cm väärtus ei ole üldjuhul otseselt mõõdetav ja seda tuleb hinnata arvutusmudeli abil.
4.Kontsentratsiooni polarisatsioon
Tegelike rõhupõhiste protsesside käigus membraanivoog sageli aja jooksul väheneb ja muutub ka lahustunud aine retentsioonimäär. Selle nähtuse peamine põhjus on kontsentratsiooni polarisatsioon ja membraani saastumine.
Kontsentratsioonipolarisatsioon viitab nähtusele, mille puhul rõhu all olevates tingimustes läbib toitelahuses sisalduv lahusti vabalt membraani, samal ajal kui lahustunud ained jäävad membraani kinni. Lahustivool kannab lahustunud aineid pidevalt membraani pinnale, põhjustades lahustunud aine kogunemist membraanile. Selle tulemusena suureneb lahustunud aine kontsentratsioon (Cm) membraani pinnal järk-järgult, mille tulemuseks on kontsentratsioonigradient, mis põhjustab pöörddifusiooni membraani pinnalt toitelahusesse. Pärast stabiliseerimisperioodi, kui toitelahuse vool membraani pinnale võrdub pöörddifusiooniga, moodustub stabiilne kontsentratsiooniga polarisatsiooni piirkiht. Täieliku säilimise tingimust väljendatakse järgmise võrrandiga:
Suhet Cm/Cb nimetatakse kontsentratsiooni polarisatsioonisuhteks. Mida suurem on suhe, seda ebasoodsam on see membraanide eraldamiseks.
Membraanivoogu (J) on lihtsam mõõta, kuid k on difusioonikoefitsiendi ja piirkihi paksuse suhe. K väärtus on seotud voolutingimustega membraani pinnal ja seda saab arvutada massiülekande dimensioonita arvude korrelatsiooni abil või määrata eksperimentaalselt. K väärtuse määramise meetodid leiate Zemani ja Zydney (1996) artiklist.
