Membrán bioreaktorok, ipari vízkezelés és szennyvízkezelés
A membrán bioreaktorokat a háztartási szennyvíz tisztítására és az ipari vizek ammónium-nitrogénből való utókezelésére használják. Igazolt, ugyanez vonatkozik a húsokra és a tejiparra is.
Az alábbiakban találhatók a MES-BIO 1 által gyártott membrán bioreaktorok:
A felső fényképeknél egy merülő membrán egység a levegőztető zónában. Az alsó fotók az ICBM-ek szivattyú- és kompresszorblokkjait tartalmazzák.
A membrán bioreaktorok (MBR)
Mi a membrán bioreaktor? A membrán bioreaktor a hagyományos biológiai tisztítás és a membránszétválasztás kombinációja, amely ultra- vagy mikroszűrési membránokon valósul meg. Az ilyen membránok pórusmérete 0,01-0,1 μm, ami gyakorlatilag teljes mértékben eltávolítja az összes szuszpendált anyagot és mikroorganizmust. A háztartási szennyvíz tisztítására hagyományosan aerob eljárást alkalmaznak, de anaerob ICBM-eket használnak az ipari szennyvíz tisztítására is.
A membránfolyamatnak két típusa van:
- Nyomásszűrés. amikor a hulladék vizet a levegőztető medencében (bioreaktort) szivattyúzzuk membránmodul, amely fel van osztva tisztított víz (szűrlet) és a koncentrátumot tartalmazó aktív il;
- vákuumszűrés bemerülő membránmodulokkal, amelyek közvetlenül a bioreaktorban vannak elhelyezve (legtöbb esetben az aerob tisztítás területén). A folyamat hajtóereje ebben az esetben a nyomásesés, amely a szűrlet oldalán vákuum létrehozásával érhető el. A nyomáskülönbség 0,2 - 0,5 bar, ami elméletileg lehetővé teszi a merülő modulok számára a gravitáció hatását a szivattyú berendezés nélkül.
A membrán bioreaktorokat a nyomástartó membránok gyártják a Pentair Process Technology (Norit X-Flow), az Ultra-Flo Pte Ltd. Hyflux Kft. Asahi Kaisei, a Berghof Filtrations und Anlagentechnik GmbH Co. KG, Novasep, TAMI Industries és mások. Nyomás szűréssel lehetővé teszi, hogy egy magasabb fajlagos termelékenységet membránokat (per 1 m 2), de ez megvalósítható rovására nagyobb transzmembrán nyomások és hozzon létre egy nagy sebességű áramlását tranzit a nyomás alatti berendezésben. Mindez azt eredményezi, hogy a nagyobb energiafogyasztás (lásd. Táblázat. 1), amely korlátozza a használja ezt a technológiát a nagy teljesítményű rendszerek, különösen a közművek.
1. táblázat: Nyomás és merülő membrános modulok ICBM-einek összehasonlítása
* függ az alkalmazott technológiától; bizonyos feltételek mellett elérheti a célértékeket: N = 2,2 - 3,0 mg / l és P = 0,15 - 0,3 mg / l.
A membrán bioreaktorok jellemzői, amelyek meghatározzák előnyüket a hagyományos szennyvíztisztítási rendszereknél:
• az összes felfüggesztett anyag és mikroorganizmus teljes visszatartása, és ennek következtében:
- maximális tisztítási hatás ref. anyagok;
- a tisztítás hatásának növelése a COD és a BOD5 esetében;
- tisztított víz reagensek nélküli fertőtlenítése;
- alacsony érzékenység a forrásvíz áramlásának és minőségének ingadozásához;
• a víz minimális tartózkodási ideje a szilárd fázis elválasztási zónájában;
• a mikroorganizmusok teljes retenciója a reaktorban, ami jelentősen megváltoztatja az aktivált iszap mikroorganizmusainak auto-kiválasztási körülményeit;
• Lényegesen kevesebb helyet foglal el az ülepítőtartályokhoz képest.
Mindez lehetővé teszi:
• változtassa meg a reaktor (aerotank) paramétereit:
- nagy hidraulikus terhelés a reaktor, hogy növelje a kor az aktivált iszap, beleértve felhalmozódnak lassan növekszik mikroorganizmus-fajok (nitrifikáló mikroorganizmusok, oxidáló vegyületek biorezistentnye);
- a szuszpendált szilárd anyagok jelenlétének meghosszabbítása a reaktorban, egészen a biológiai elpusztításáig;
- az aktivált iszap üledékezési tulajdonságainak a tisztított víz minőségére gyakorolt hatásának kizárása;
- növelni kell a rendszer stabilitását a forrásvízben található szennyező anyagok koncentrációinak ingadozásához a biocenózok jó adaptációja miatt;
• húzza ki a reaktorban lévő víz tartózkodási idejét a szilárd fázis (mikroorganizmusok és szennyvíz szuszpendált szilárd anyagok) tartózkodási idejével;
• többször is növeli a biológiai folyamatok hidraulikus termelékenységét és oxidatív teljesítményét.
A membrán bioreaktorok főbb hátrányai a következők:
• A nagy tőkeköltségek és maguk a membránegységek egységköltsége gyakorlatilag független a teljesítménytől;
• elkerülhetetlen membránszennyezés és kapcsolódó költségek;
• Magasabb működési költségek (elektromosság és membráncsere);
• összetettebb ellenőrzési és felügyeleti rendszer;
• Az ICBM-ekre jellemző, magas aktív iszapkoncentrációkban a levegőztetés elégséges szintje.
A különböző tényezők hatása az ICBM működésére
Nyilvánvaló, hogy a hagyományos technológiához képest a membránok a rendszer legsebezhetőbb része, ezért röviden nézzük meg, milyen tényezők befolyásolják a munkájukat.
1. Membránanyag. A választott anyag által diktált ellenállás a szennyező anyagok a kezelt szennyvíz (különösen intercelluláris szerves anyagok - poliszacharidok és proteinek), valamint a kémiai ellenállása a mosás során a reagens membránmodult. Ahhoz, hogy az első követelmény, a legtöbb membránok rendelkeznek hidrofób tulajdonságok. A töltés a membrán is hatással van a szennyezés mértéke (például membrán egy semleges töltésű betétek jobban ellenáll a baktériumok E.Coli csoport, amelynek a felületén pozitív és negatív töltésű csoportok). Ahhoz, hogy javuljon a membránok kitéve gyártók módosítják azok felületén, különböző adalék készítményekbe beépít a kémiai anyag összetétele. Ezért, membránok különböző gyártók, gyártott egyetlen anyagból, például polivinilidén-fluorid, lehetnek észrevehető különbségek a jellemzők.
Meg kell jegyezni, hogy először is, a szennyező réteg jelentősen csökkenti a hatását a membrán anyagot a mértékét további szennyezés, és, másodszor, fontos, az a képesség, a membrán, hogy visszanyerje a permeabilitás után kémiai vagy hidraulikus kipirulás.
2. A membrán pórusmérete nem kritikus: mikroszűrők, amelynek pórusmérete 0,1-1 mikron, és ultraszűrőkön egy pórusmérete 0,01-0,1 mikron mutatják szinte ugyanolyan hatékonysággal eltávolítjuk a szuszpendált szilárd anyagok és a mikroorganizmusok, amelyek egyébként vízszintezzük kombinációjával réteg üledéket a membrán felületén a szűrési folyamat során. Csökkentése a pórusméret a megállapítások több tanulmány [5], javítja a szennyeződéssel szembeni ellenállásnak a membrán, és amikor a hidraulikus jobb kimosódás a csapadékot eltávolítjuk a felületi réteg.
A nagyobb pórusú membránok nagyobb áteresztőképességet mutatnak, de a működés során a termelékenységük csökkenése jelentősebb. Ezenkívül, ha a vírusok elrettentésének feladata, akkor előnyös a 0,1 μm-nél kisebb pórusméretű membránok használata.
3. A membrán áteresztőképessége (permeátumáram). A membránon keresztül történő áramlás a fő tényező, amely befolyásolja a csapadék képződésének sebességét a felületén. Van egy "kritikus áramlás" fogalma, amikor az üledék növekedésének túllépése elfogadhatatlan a membránmodul normális működéséhez.
Számos ICBM folyamatosan működik, amelyet a transzmembrán nyomás beállításával érünk el. A membrán működésének fokozódó nyomása az üledék összenyomódását és az ellenállást növeli. A membránüzemek üzemeltetésekor ne érje el a permeabilitás jelentős csökkenését, és időben hidraulikus és kémiai kipirulást
Számos kutató észleli a membrán permeabilitásának éles csökkenését egy bizonyos szűrési periódus után (kb. 500-1000 óra). A jelenség világos magyarázata még nem áll rendelkezésre.
4. Légtelenítés (membrános levegőztetés)
A membrán szennyeződésének szabályozásának fő módja a légbuborékok légtelenítése, amelyek leválasztják a lerakódásokat a membrán felületéről, és összekeverik a környező folyadékot, javítva a tömegátadást. A levegőztetés / légtisztítás költsége az ICBM egyik működési költségének egyik fő összetevője. A membránmodul levegőáramlási sebessége 0,2-1,3 m 3 / h a membránterület 1 m 2 -énként. Ez az érték függ a membránt körülvevő folyadék térfogatától, a membránok sajátos területétől, a légáram intenzitásától.
5. A sebessége folyékony szűrendő a felszín közelében: a víz alatti membrán modulok növeli a mozgási sebességét a környező folyadék nincs jelentős pozitív hatást gyakorol a szennyezők eltávolítása a felület a membránok, ezzel szemben, előfordulhat, hogy egy megsértése áramokat légbuborékok és csökkentésének levegőt fúj a hatékonyság. A cső alakú modulok nyomás növeli a folyadék sebessége a cső alakú membránokat, éppen ellenkezőleg, hogy csökkentse ülepítés, a termelékenység növelése, de energetikailag kedvezőbb, hogy összekapcsolják ezt a módszert az öblítőlevegő (például, a technológia «Légiszállítást» cég Pentair).
6. Hidraulikus mosók. A fordított szűrőárammal végzett öblítés hatékony eszköz az iszapképződés elleni küzdelemhez, amely történelmileg ultraszűrő üzemekből származik a természetes vizek tisztítására. Szabály szerint a lapos membránokkal ellátott modulok (a tekercsszerkezetek kivételével) nem engedik meg a visszaengedést. A visszamaradt szennyeződések és időtartam közötti időközök 10 - 60 percen belül és 15 - 300 másodperc alatt helyezkednek el. Az ICBM-ben impulzusöblítést is használnak - gyakori (néhány másodpercenként egyszer) az 1 másodpercnél rövidebb fordított filtrált áramok impulzusa.
A membrán bioreaktorok működésének tapasztalatai kimutatták, hogy a membránszennyezés egyszerű csökkentésének módja - ez a szűrés időszakos felfüggesztése. Ezen a ponton a levegő és a folyadék áramlik a membránok körül, és szennyezőanyag-részecskéket visz át a felszínéről, valamint konvektív / diffúz áramlási és kolloid szennyeződések. A membránblokkok "üresjárati időtartamának" időtartama a működésük teljes idejének körülbelül 5-15% -a.
7. A bejövő szennyvíz jellege és összetétele. A nagy mennyiségben könnyen biológiailag lebomló szerves anyag folyadékban való jelenléte hozzájárul az extracelluláris polimer anyagok (poliszacharidok, fehérjék) kialakulásához, amelyek meggátolják az ultraszűrő membránokat. Mivel a membránok megtartják az összes szuszpendált anyagot, valamint részlegesen poliszacharidokat és fehérjéket, ezeknek az anyagoknak a koncentrációja a bioreaktorban nő, ami a képződött csapadék rezisztenciájának növekedését okozza.
Az iszap életkorának növekedése hozzájárul a membránok szennyeződésének csökkenéséhez az üledékes poliszacharidok mennyiségének csökkenése miatt. Azt is meg kell jegyezni, hogy az elégtelen táplálkozási körülmények között az aktív töredékcellák tapadása a membrán felületén csökken. Számos kutató véleménye szerint a membrán felületén lévő bakteriális tapadás és további növekedés jelensége csökkenti a membránok visszafordíthatatlan szennyeződését más komponensekkel és a szennyvíz utólagos kezelését
Azt is megállapították, hogy rendszerint az ICBM-ben az aktivált iszap flocculátumának mérete alacsonyabb, mint a hagyományos légzőberendezéseknél, a kisebb részecskék száma növekszik az iszapos korban.
Az ICBM működése során a membránok permeabilitásának helyreállításához reagens oldatokkal történő kezelést alkalmaznak, főként oxidánsokkal - az ún. kémiai öblítés. Az alkalmazott reagensek 0,2-1% koncentrációjú nátrium-hipoklorit vagy citromsav (0,2-0,3%). Emellett marószóda, sósav, különböző detergensek és komplexképző szerek is használhatók. Ennek az eljárásnak a gyakorisága gyakran több mint egy hónap. A nátrium-hipoklorittal való megelőző kezelés rendszeresebb - havonta többször is elvégezhető. A nyomásmodulokat a szivattyú által egy külön tartályból szállított reagensoldat keringtetésével mossák, és a merülési modulokat külön külön tárolóba helyezzük vagy in situ mossuk. Időtartam alatt az eljárás több órát vesz igénybe.
Számos esetben szükségessé válik a membránblokkok kivonása és a felgyülemlett lerakódásokból mechanikusan öblíteni őket vízsugarakkal.
Mik a főbb nehézségek a membrán bioreaktorok működésében? A maga biológiai kezelésének finomságait kiküszöbölve megkülönböztethetjük a következő jellegzetes problémákat (prioritás szerint):
• membránok és hálószűrők szennyezettsége;
• membránok károsodása vagy súlyos szennyeződés;
• az automatizálási rendszerek kommunikációs vonalainak meghibásodása;
• a membránfúvó rendszer meghibásodása;
• fúvók és szellőztetők hibája;
• hálók vagy rácsok szennyezése;
• a segédmembrános berendezések meghibásodása.
Szennyeződése a membránok és a képernyők - a következményei rossz előkezelés, ha van egy klaszter a haj, darabka rongyok és egyéb szálas anyagok, a membránok és rostok az üregekben membrán egység.
A levegőztetés feltételei jelentősen befolyásolják a membránok teljesítményét. Lebomlása kevert folyadékot (a különböző külső és belső tényezők, beleértve azokat a problémákat levegőztetés) alig rontja a minőségét a tisztított folyadék, de romlásához membrán-permeabilitás és eltömődés.
Az ICBM-k szennyvíztisztító telepének építési költségei a rendszer teljesítményétől függően 6000-1000 euró / 1 m 3 / nap. Maga a membránegység költsége (minden segédberendezéssel együtt) 30-60%. A membránblokkok költsége 75-150 euró / m 2, átlagos átlagos termelékenységük 15-30 l / h 1 m 2 membránterületen. A háztartási szennyvíz membránmodulok kezelésének költsége 0,08 és 0,15 euró / 1 m 3 között változik. Az alacsonyabb értékek üreges szálas modulok használatával érhetők el; Az összes működési költség 0,24 - 0,25 euró / 1 m 3