От: Кейт
Email:kate@aquasust.com
Дата: 4 декември 2024 г
1. Преглед на MBR процеса
MBR (мембранен биореактор)е мембранна технология за биологично третиране, използвана при пречистване на вода. Това е система, която комбинира технология за мембранно разделяне и технология за биологично третиране на отпадъчни води. Той е признат за една от най-модерните и ефективни технологии за пречистване на отпадъчни води и възстановяване на ресурсите в света днес.
Технологията MBR използва функцията за разделяне на мембраните, заменяйки резервоарите за вторично утаяване на традиционните процеси на активирана утайка, пясъчните филтри, дезинфекциращите устройства и други компоненти с устройства за мембранно разделяне. Той използва мембрани за микрофилтрация/ултрафилтрация (MF/UF) за директно филтриране на отпадъчните води от аерационния резервоар. Суспендираните твърди вещества в сместа от активна утайка се задържат напълно и се връщат обратно в реактора. В резултат на това възрастта на утайката може да се удължи, концентрацията на утайката да се увеличи и натоварването на утайката да се намали. Това ускорява микробното разграждане на замърсителите, значително подобрява ефективността на пречистването на отпадъчните води и гарантира, че качеството на отпадъчните води е не само стабилно и надеждно, но също така отговаря на стандартите за висококачествена рециклирана вода. Той е особено подходящ за надграждане на пречиствателни станции за отпадъчни води в Китай, за да отговарят на новите стандарти за заустване, определени през 2011 г., както и за повторна употреба на промишлени отпадъчни води.
Микрофилтрация/ултрафилтрация (MF/UF)мембраните имат размери на порите и граници на молекулно тегло. Обикновено размерът на порите на ултрафилтрационните мембрани е между 0.01 до 0,1 μm, с граница на молекулно тегло (MWCO) от 5,000 до 500,{{ 9}} Далтън. Номиналният MWCO на микрофилтрационните мембрани, обикновено използвани при пречистване на отпадъчни води, варира от 30,000 до 800,000 Далтона.
2. Предимства на MBR мембраните
MBR предлага значителни предимства, с които други самостоятелни биологични процеси не могат да се сравнят:
1.Отлично и стабилно качество на отпадъчните води
Това се проявява във високата ефективност на разделянето на твърдо-течно вещество. Суспендираните твърди частици в отпадъчните води могат почти винаги да се поддържат близо до нула и не се повлияват лесно от фактори като разлагане на утайки или натрупване на утайки в краткосрочен план.
2.Компактен дизайн на реактора
Реакторът е по-компактен, тъй като може да работи нормално при високи концентрации на утайки, което води до висока ефективност на органично отстраняване, като същевременно спестява място. Няма нужда от вторична система за утаяване.
3.Благоприятен за култивиране на аеробни нитрифициращи бактерии
Системата подобрява нитрификационния капацитет на аеробната зона. Това се отразява във високата ефективност на отстраняване на амонячен азот, която остава стабилна за дълъг период от време.
4.Пълно разделяне на времето за хидравлично задържане и времето за задържане на утайки
Пълното разделяне на времето за хидравлично задържане на реактора (HRT) и времето за задържане на утайката (SRT) позволява по-гъвкав контрол на работата.
5.Висока микробна концентрация и силна устойчивост на ударно натоварване
Концентрацията на микроби в реактора е висока и има силна устойчивост на ударни натоварвания. При дълга възраст на утайката, мембранното разделяне гарантира, че големите, трудни за разграждане молекули в отпадъчните води имат достатъчно време на задържане в рамките на биологично ограничения обем на реактора. Това значително подобрява ефективността на разграждане на непокорната органична материя. Реакторът работи при големи обемни натоварвания, ниски натоварвания на утайки и дълго време на стареене на утайките, което спомага за ефективното намаляване на изхвърлянето на утайки.
3. Бъдещи тенденции в развитието на MBR мембраните
1.Важната роля на технологията MBR в пречистването на отпадъчни води
През последните години опитът показа, че MBR технологията е зряла и успешният дизайн и експлоатация са постижими. Може да се използва за пречистване както на битови отпадъчни води, така и на индустриални отпадъчни води. Поради това, тъй като MBR технологията продължава да се развива и съзрява, се очаква тя да бъде широко прилагана в световен мащаб като икономически ефективна и практична технология.
2.Перспективи за MBR приложение
Основното приложение на MBR трябва да бъде пречистването на общински отпадъчни води, особено защото градовете изискват малки площи за пречистване на отпадъчни води. Висококачествените отпадъчни води могат да се използват повторно или да служат като предварителна обработка за нанофилтрация и обратна осмоза и трябва да се спазват строги стандарти за изхвърляне.
Технологията MBR е ефективна и при третиране на промишлени отпадъчни води, като отпадъчни води от хранително-вкусовата промишленост, отпадъчни води от кланици и инфилтрат от сметища. Той демонстрира отлична ефективност на премахване на ендокринно-разрушителните вещества (EDS) в инфилтрата от сметищата и може да премахне нитратите в питейната вода (със степен на отстраняване до 98,5%).
3.Контрол на замърсяването на мембраната
Необходими са по-нататъшни изследвания върху механизмите на замърсяване на мембраната, особено изследването на биологичното замърсяване. По-ефективна, контролируема и минимизирана мембрана трябва да се разработят решения за замърсяване. Използването на компютърна и сензорна технология за онлайн контрол на замърсяването на мембраните трябва да бъде напълно проучено. При подобряването на методите за почистване трябва да се обърне особено внимание на използването на безопасни химикали.
4.Избор на мембранна структура и материали въз основа на типа отпадъчни води
Структурата и материалите на мембраната трябва да бъдат правилно избрани въз основа на вида на отпадъчните води. Трябва да се приемат нови енергийно ефективни мембранни материали и модулни модули с висока производителност. Следва да се насърчава интегрирането на аеробни и анаеробни MBR системи. Освен това, математическите модели и компютърната технология трябва да се използват напълно за оптимизиране на работните параметри, за да се постигне по-добро качество на отпадъчните води, което прави процеса по-икономичен и ефективен.
4. Принцип на действие на MBR мембраните
В практическите инженерни приложения процесът на потопен MBR (мембранен биореактор) се използва по-често и опитът в индустрията с този тип системи е сравнително зрял. Затова ще използваме този тип MBR като пример за анализ. Общият принцип е следният:
Суровата вода влиза в биореактора, където органичната материя се окислява и разлага от висококонцентрираната смесена активна утайка. Под мембранния модул има система за аериране, която не само осигурява достатъчно разтворен кислород (DO) за микроорганизмите в смесената течност, но също така насърчава пълното смесване. Разбъркването, причинено от мехурчетата, заедно с циркулационния поток, образуван върху повърхността на мембраната, има изтриващ и срязващ ефект върху повърхността на мембраната, като ефективно предотвратява необратимото отлагане на замърсители върху повърхността на мембраната при неизкуствени условия. След това обработената вода се изтегля през самозасмукваща помпа и се отделя от мембраната, като течната фаза преминава през мембраната и се изхвърля от системата.
Обикновено процесът MBR има няколко ключови оперативни параметъра, включително мембранен поток, коефициент на пропускливост, степен на задържане и поляризация на концентрацията.
1.Мембранен поток
Мембранният поток (J) се отнася до количеството материал, преминаващо през единица площ на мембраната за единица време. Обикновено се изразява в единици SI като [m³/(m²·s)] или опростено до m/s. В практическите инженерни изчисления често се използват различни от SI единици за измерване на потока, като LMH (литри на квадратен метър на час), с единици [L/(m²·h)]. Типична MBR мембрана, която отговаря на общите изисквания за пречистване на отпадъчни води, има LMH от поне 10 L/(m²·h).
Факторите, влияещи върху мембранния поток, включват движещата сила за пренос на маса, мембранното съпротивление, състоянието на потока на захранващия разтвор от страната на мембраната (еквивалентно на съпротивлението на граничния слой) и степента на замърсяване на мембраната.
2.Коефициент на пропускливост
Коефициентът на пропускливост (Lp) на мембраната представлява количеството материал, преминаващ през мембраната за единица време и единица площ под единично налягане. Просто се изразява като мембранен поток при условия на единично налягане. Коефициентът на пропускливост е един от основните параметри за оценка на текущите характеристики на мембраната.
3. Степен на задържане
В процеса на мембранно разделяне течността, преминаваща през мембраната, се нарича пермеат, а течността, задържана от мембраната, се нарича ретентат. Степента на задържане се използва за характеризиране на ефективността на разделяне на мембраната, включително наблюдаваната/отчетената скорост на задържане (Robs) и действителната/присъща скорост на задържане (Ract). Дефиницията му е следната:
Където Cp и Cb представляват концентрациите на разтвореното вещество съответно в пермеата и захранващия разтвор, които могат да бъдат директно измерени. Въпреки това, поради задържането на разтворените вещества и прилепването им към повърхността на мембраната, концентрацията на разтвореното вещество (Cm) върху повърхността на мембраната е по-висока от средната концентрация на захранващия разтвор. Следователно действителният процент на задържане е:
Стойността на Cm обикновено не може да се измери директно и трябва да се оцени с помощта на изчислителен модел.
4.Концентрационна поляризация
По време на действителни процеси, управлявани от налягане, мембранният поток често намалява с времето и степента на задържане на разтвореното вещество също се променя. Основната причина за това явление е концентрационната поляризация и замърсяването на мембраната.
Концентрационната поляризация се отнася до явлението, при което при условия, управлявани от налягане, разтворителят в захранващия разтвор преминава свободно през мембраната, докато разтворените вещества се задържат от мембраната. Потокът от разтворител непрекъснато пренася разтворените вещества към повърхността на мембраната, причинявайки натрупване на разтворено вещество върху мембраната. В резултат на това концентрацията на разтвореното вещество (Cm) върху повърхността на мембраната постепенно се увеличава, което води до градиент на концентрация, който причинява обратна дифузия от повърхността на мембраната към захранващия разтвор. След период на стабилизиране, когато потокът на захранващия разтвор към повърхността на мембраната е равен на обратната дифузия, се образува стабилен граничен слой с поляризация на концентрацията. Условието за пълно задържане се изразява със следното уравнение:
Съотношението Cm/Cb се нарича концентрационно поляризационно отношение. Колкото по-високо е съотношението, толкова по-неблагоприятно е за мембранното разделяне.
Мембранният поток (J) е по-лесен за измерване, но k е съотношението на коефициента на дифузия към дебелината на граничния слой. Стойността на k е свързана с условията на потока върху повърхността на мембраната и може да бъде изчислена с помощта на безразмерна числена корелация на пренос на маса или определена експериментално. Методи за определяне на стойностите на k могат да бъдат намерени в статията на Zeman и Zydney (1996).
