Lähettäjä: Kate
Email:kate@aquasust.com
Päivämäärä: 4.12.2024
1. Yleiskatsaus MBR-prosessiin
MBR (kalvo bioreaktori)on kalvobiologinen käsittelytekniikka, jota käytetään vedenkäsittelyssä. Se on järjestelmä, jossa yhdistyvät kalvoerotusteknologia ja jäteveden biologinen käsittelytekniikka. Se on tunnustettu yhdeksi maailman edistyneimmistä ja tehokkaimmista jätevedenkäsittely- ja resurssien talteenottotekniikoista.
MBR-teknologia hyödyntää kalvojen erotustoimintoa ja korvaa perinteisten aktiivilieteprosessien sekundaariset sedimentointisäiliöt, hiekkasuodattimet, desinfiointiyksiköt ja muut komponentit kalvoerotuslaitteilla. Se käyttää mikrosuodatus/ultrasuodatus (MF/UF) kalvoja suodattamaan jäteveden suoraan ilmastussäiliöstä. Aktiivilieteseoksessa olevat suspendoituneet kiintoaineet pidätetään kokonaan ja kierrätetään takaisin reaktoriin. Tämän seurauksena lietteen ikää voidaan pidentää, lietteen pitoisuutta nostaa ja lietteen kuormitusta pienentää. Tämä nopeuttaa epäpuhtauksien mikrobien hajoamista, parantaa merkittävästi jäteveden käsittelyn tehokkuutta ja varmistaa, että jäteveden laatu ei ole vain vakaa ja luotettava, vaan myös täyttää korkealaatuiset kierrätetyn veden standardit. Se soveltuu erityisesti Kiinan jätevedenpuhdistamoiden uudistamiseen vuonna 2011 asetettujen uusien päästönormien mukaisiksi sekä teollisuuden jäteveden uudelleenkäyttöön.
Mikrosuodatus/Ultrasuodatus (MF/UF)kalvoilla on huokoskoot ja molekyylipainon raja-alueet. Yleensä ultrasuodatuskalvojen huokoskoko on välillä 0.01 - 0,1 μm, ja molekyylipainon raja-arvo (MWCO) on 5,000 - 500,{{ 9}} Dalton. Jätevedenkäsittelyssä tyypillisesti käytettyjen mikrosuodatuskalvojen nimellinen MWCO vaihtelee välillä 30,000 - 800,{13}} Daltonia.
2. MBR-kalvojen edut
MBR tarjoaa merkittäviä etuja, joita muut erilliset biologiset prosessit eivät pysty vastaamaan:
1.Erinomainen ja vakaa jäteveden laatu
Tämä näkyy kiinteän aineen ja nesteen erotuksen korkeana tehokkuudessa. Jäteveden suspendoituneet kiintoaineet voidaan pitää lähes aina lähellä nollaa, eivätkä siihen vaikuta helposti lyhyellä aikavälillä lietteen hajoaminen tai lietteen bulkkia.
2.Kompakti reaktorisuunnittelu
Reaktori on kompaktimpi, koska se voi toimia normaalisti korkeilla lietepitoisuuksilla, mikä johtaa korkeaan orgaanisen poiston tehokkuuteen ja säästää tilaa. Toissijaista sedimentaatiosäiliöjärjestelmää ei tarvita.
3.Suotuisa aerobiseen nitrifioivien bakteerien viljelyyn
Järjestelmä parantaa aerobisen alueen nitrifikaatiokykyä. Tämä heijastuu ammoniakkitypenpoiston korkeaan tehokkuuteen, joka pysyy vakaana pitkän ajan.
4.Hydraulisen retentioajan ja lietteen retentioajan täydellinen erottaminen
Reaktorin hydraulisen retentioajan (HRT) ja lietteen retentioajan (SRT) täydellinen erottelu mahdollistaa joustavamman toiminnan ohjauksen.
5.Korkea mikrobipitoisuus ja vahva iskunkesto
Mikrobipitoisuus reaktorissa on korkea ja sillä on vahva iskunkesto. Pitkällä lietteen iällä kalvoerotus varmistaa, että jäteveden suurilla, vaikeasti hajoavilla molekyyleillä on riittävä retentioaika biologisesti rajoitetussa reaktoritilavuudessa. Tämä parantaa huomattavasti vastahakoisen orgaanisen aineen hajoamistehokkuutta. Reaktori toimii suurilla tilavuuskuormituksilla, pienillä lietekuormilla ja pitkillä lietteen iällä, mikä auttaa vähentämään tehokkaasti lietteen poistoa.
3. MBR-kalvojen tulevaisuuden kehitystrendit
1.MBR-teknologian tärkeä rooli jätevesien käsittelyssä
Viime vuosien kokemus on osoittanut, että MBR-teknologia on kypsää ja onnistunut suunnittelu ja toiminta ovat saavutettavissa. Sitä voidaan käyttää sekä yhdyskuntajätevesien että teollisuusjätevesien käsittelyyn. Siksi MBR-teknologian kehittyessä ja kypsyessä sitä odotetaan laajalti käytettävän maailmanlaajuisesti taloudellisesti tehokkaana ja käytännöllisenä teknologiana.
2.MBR-sovelluksen näkymät
MBR:n ensisijaisena sovelluksena tulisi olla kunnallinen jätevesien käsittely, varsinkin kun kaupungit tarvitsevat pieniä maa-alueita jäteveden käsittelyyn. Laadukas jätevesi voidaan käyttää uudelleen tai toimia esikäsittelynä nanosuodatuksessa ja käänteisosmoosissa, ja tiukat poistostandardit on täytettävä.
MBR-teknologia on tehokas myös teollisuuden jätevesien, kuten elintarviketeollisuuden jätevesien, teurastamojätevesien ja kaatopaikkojen suotoveden käsittelyssä. Se on osoittanut erinomaisen tehokkuuden endokriinisiä häiriöitä aiheuttavien aineiden (EDS) poistamiseen kaatopaikan suotovedestä ja voi poistaa nitraatteja juomavedestä (poistoaste jopa 98,5 %).
3.Kalvon likaantumisen valvonta
Lisätutkimusta tarvitaan kalvon likaantumisen mekanismeista, erityisesti biologisen likaantumisen tutkimisesta. Tehokkaampi, hallittava ja minimoitu kalvo likaantumisratkaisuja tulee kehittää. Tietokone- ja anturitekniikan käyttöä verkkokalvon likaantumisen hallinnassa tulisi tutkia perusteellisesti. Puhdistusmenetelmien parantamisessa tulee kiinnittää erityistä huomiota turvallisten kemikaalien käyttöön.
4.Kalvorakenteen ja materiaalien valinta jätevesityypin perusteella
Kalvorakenne ja materiaalit tulee valita oikein jäteveden tyypin mukaan. Uusia energiatehokkaita ja tehokkaita kalvomateriaaleja ja moduulikokoonpanoja tulisi ottaa käyttöön. Aerobisten ja anaerobisten MBR-järjestelmien integrointia olisi edistettävä. Lisäksi matemaattisia malleja ja tietokonetekniikkaa tulisi hyödyntää täysimääräisesti toimintaparametrien optimoinnissa, jotta jäteveden laatu paranee, mikä tekee prosessista taloudellisemman ja tehokkaamman.
4. MBR-kalvojen toimintaperiaate
Käytännön suunnittelusovelluksissa upotettua MBR-prosessia (Membrane Bio-Reactor) käytetään yleisemmin, ja alan kokemus tämäntyyppisistä järjestelmistä on suhteellisen kypsää. Siksi käytämme tämän tyyppistä MBR:ää esimerkkinä analyysissä. Yleinen periaate on seuraava:
Raakavesi tulee bioreaktoriin, jossa orgaaninen aines hapettuu ja hajoaa korkean pitoisuuden sekaaktiivilietteen vaikutuksesta. Kalvomoduulin alla on ilmastusjärjestelmä, joka ei ainoastaan tarjoa riittävästi liuennutta happea (DO) mikro-organismeille sekalipeässä, vaan myös edistää perusteellista sekoittumista. Kuplien aiheuttama levottomuus yhdessä kalvon pinnalle muodostuvan kiertovirtauksen kanssa vaikuttaa hankaus- ja leikkausvaikutukseen kalvon pintaan, mikä estää tehokkaasti epäpuhtauksien peruuttamatonta laskeutumista kalvon pinnalle ei-keinotekoisissa olosuhteissa. Käsitelty vesi vedetään sitten itseimevän pumpun läpi ja erotetaan kalvolla, jolloin nestefaasi kulkee kalvon läpi ja poistuu järjestelmästä.
MBR-prosessilla on tyypillisesti useita keskeisiä toimintaparametreja, mukaan lukien kalvovuo, läpäisevyyskerroin, retentionopeus ja konsentraatiopolarisaatio.
1.Kalvovirtaus
Kalvovuo (J) viittaa materiaalin määrään, joka kulkee kalvon pinta-alayksikön läpi aikayksikköä kohti. Se ilmaistaan tyypillisesti SI-yksiköinä [m³/(m²·s)] tai yksinkertaistettuna m/s. Käytännön teknisissä laskelmissa käytetään usein muita kuin SI-yksiköitä vuon mittaamiseen, kuten LMH (litraa neliömetriä kohti tunnissa), yksiköillä [L/(m²·h)]. Tyypillisellä MBR-kalvolla, joka täyttää yleiset jätevedenkäsittelyvaatimukset, LMH on vähintään 10 l/(m²·h).
Kalvon virtaukseen vaikuttavia tekijöitä ovat mm. massansiirron käyttövoima, kalvovastus, syöttöliuoksen virtausolosuhteet kalvon puolella (vastaa rajakerroksen vastusta) ja kalvon likaantumisen laajuus.
2.Läpäisevyyskerroin
Kalvon läpäisevyyskerroin (Lp) edustaa kalvon läpi kulkevan materiaalin määrää aika- ja pinta-alayksikköä kohti yksikköpaineen alaisena. Se ilmaistaan yksinkertaisesti kalvovuona yksikköpaineolosuhteissa. Permeabiliteettikerroin on yksi tärkeimmistä parametreista kalvon nykyisen suorituskyvyn arvioinnissa.
3. Säilytysprosentti
Kalvon erotusprosessissa kalvon läpi kulkevaa nestettä kutsutaan permeaatiksi ja kalvon pidättämää nestettä retentaatiksi. Retentionopeutta käytetään karakterisoimaan kalvon erotuskykyä, mukaan lukien havaittu/ilmoitettu retentionopeus (Robs) ja todellinen/sisäinen retentionopeus (Ract). Sen määritelmä on seuraava:
Jossa Cp ja Cb edustavat liuenneiden aineiden pitoisuuksia permeaatissa ja syöttöliuoksessa, vastaavasti, jotka voidaan mitata suoraan. Kuitenkin, koska liuenneet aineet jäävät kiinni ja tarttuvat kalvon pintaan, liuenneen aineen pitoisuus (Cm) kalvon pinnalla on suurempi kuin syöttöliuoksen keskimääräinen pitoisuus. Siksi todellinen säilytysprosentti on:
Cm:n arvo ei yleensä ole suoraan mitattavissa ja se on arvioitava laskennallisen mallin avulla.
4.Pitoisuuden polarisaatio
Varsinaisissa paineohjatuissa prosesseissa kalvovirtaus usein pienenee ajan myötä, ja myös liuenneen aineen retentionopeus muuttuu. Tämän ilmiön pääasiallinen syy on pitoisuuspolarisaatio ja kalvon likaantuminen.
Konsentraatiopolarisaatiolla tarkoitetaan ilmiötä, jossa paineohjatuissa olosuhteissa syöttöliuoksen liuotin kulkee vapaasti kalvon läpi, kun taas liuenneet aineet jäävät kalvoon. Liuotinvirtaus kuljettaa jatkuvasti liuenneita aineita kalvon pinnalle aiheuttaen liuenneen aineen kertymistä kalvolle. Tämän seurauksena liuenneen aineen pitoisuus (Cm) kalvon pinnalla kasvaa vähitellen, mikä johtaa pitoisuusgradienttiin, joka aiheuttaa käänteisen diffuusion kalvon pinnalta syöttöliuokseen. Stabilointijakson jälkeen, kun syöttöliuoksen virtaus kalvon pinnalle on yhtä suuri kuin käänteinen diffuusio, muodostuu stabiili konsentraatiopolarisaatiorajakerros. Täydellisen säilymisen ehto ilmaistaan seuraavalla yhtälöllä:
Suhdetta Cm/Cb kutsutaan konsentraatiopolarisaatiosuhteeksi. Mitä korkeampi suhde, sitä epäedullisempi se on kalvoerotuksen kannalta.
Kalvovuo (J) on helpompi mitata, mutta k on diffuusiokertoimen suhde rajakerroksen paksuuteen. K:n arvo liittyy virtausolosuhteisiin kalvon pinnalla ja se voidaan laskea käyttämällä massasiirron dimensioton lukukorrelaatiota tai määrittää kokeellisesti. Menetelmiä k-arvon määrittämiseksi löytyy Zemanin ja Zydneyn (1996) julkaisusta.
