Af: Kate
Email:kate@aquasust.com
Dato: 4. december 2024
1. Oversigt over MBR-processen
MBR (Membran Bio-Reactor)er en biologisk membranbehandlingsteknologi, der bruges til vandbehandling. Det er et system, der kombinerer membranseparationsteknologi og spildevandsbiologisk renseteknologi. Det er anerkendt som en af de mest avancerede og effektive teknologier til spildevandsbehandling og ressourcegenvinding i verden i dag.
MBR-teknologien udnytter membranernes separationsfunktion og erstatter traditionelle aktiverede slamprocessers sekundære sedimentationstanke, sandfiltre, desinfektionsenheder og andre komponenter med membranseparationsanordninger. Den bruger mikrofiltrerings/ultrafiltreringsmembraner (MF/UF) til direkte at filtrere spildevandet fra beluftningstanken. Suspenderede faste stoffer i den aktiverede slamblanding tilbageholdes fuldstændigt og recirkuleres tilbage i reaktoren. Som følge heraf kan slamalderen forlænges, slamkoncentrationen øges, og slambelastningen reduceres. Dette fremskynder den mikrobielle nedbrydning af forurenende stoffer, forbedrer spildevandsrensningseffektiviteten betydeligt og sikrer, at spildevandskvaliteten ikke kun er stabil og pålidelig, men også opfylder standarderne for genvundet vand af høj kvalitet. Den er især velegnet til at opgradere spildevandsrensningsanlæg i Kina til at opfylde de nye udledningsstandarder, der blev fastsat i 2011, samt til industriel spildevandsgenbrug.
Mikrofiltrering/Ultrafiltrering (MF/UF)membraner har porestørrelser og molekylvægtsgrænseområder. Generelt er porestørrelsen af ultrafiltreringsmembraner mellem 0.01 til 0,1 μm, med et molekylvægt cut-off (MWCO) område på 5,000 til 500,{{ 9}} Dalton. Den nominelle MWCO for mikrofiltreringsmembraner, der typisk anvendes til spildevandsbehandling, varierer fra 30,000 til 800,000 Dalton.
2. Fordele ved MBR-membraner
MBR tilbyder betydelige fordele, som andre selvstændige biologiske processer ikke kan matche:
1.Fremragende og stabil spildevandskvalitet
Dette kommer til udtryk i den høje effektivitet af faststof-væske-separation. Spildevandets suspenderede stoffer kan næsten altid holdes tæt på nul, og det er ikke let at påvirke af faktorer som slamnedbrydning eller slamfyldning på kort sigt.
2.Kompakt reaktordesign
Reaktoren er mere kompakt, fordi den kan fungere normalt ved høje slamkoncentrationer, hvilket resulterer i høj organisk fjernelseseffektivitet, samtidig med at den sparer plads. Der er ikke behov for et sekundært sedimentationstanksystem.
3.Gunstig til aerob nitrificerende bakteriedyrkning
Systemet forbedrer nitrifikationskapaciteten i den aerobe zone. Dette afspejles i den høje effektivitet af ammoniak-nitrogenfjernelse, som forbliver stabil over en lang periode.
4.Fuldstændig adskillelse af hydraulisk retentionstid og slamretentionstid
Den fuldstændige adskillelse af reaktorens hydrauliske retentionstid (HRT) og slam-retentionstid (SRT) giver mulighed for mere fleksibel driftskontrol.
5.Høj mikrobiel koncentration og stærk modstandsdygtighed over for stødbelastning
Den mikrobielle koncentration i reaktoren er høj, og den har stærk modstandsdygtighed over for stødbelastninger. Med en lang slamalder sikrer membranseparering, at store, svært nedbrydelige molekyler i spildevandet har tilstrækkelig retentionstid inden for det biologisk begrænsede reaktorvolumen. Dette forbedrer i høj grad nedbrydningseffektiviteten af genstridigt organisk materiale. Reaktoren opererer under høje volumetriske belastninger, lave slambelastninger og lange slamalder, hvilket hjælper effektivt med at reducere slamudledning.
3. Fremtidige udviklingstendenser for MBR-membraner
1.MBR Technologys vigtige rolle i spildevandsrensning
I de senere år har erfaringer vist, at MBR-teknologien er moden, og vellykket design og drift er opnåeligt. Den kan bruges til behandling af både kommunalt spildevand og industrispildevand. Da MBR-teknologien fortsætter med at udvikle sig og modnes, forventes den derfor at blive bredt anvendt globalt som en økonomisk effektiv og praktisk teknologi.
2.Udsigter for MBR-ansøgning
Den primære anvendelse for MBR bør være kommunal spildevandsrensning, især fordi byer kræver små arealer til spildevandsrensning. Spildevand af høj kvalitet kan genbruges eller tjene som forbehandling til nanofiltrering og omvendt osmose, og strenge udledningsstandarder skal overholdes.
MBR-teknologi er også effektiv til behandling af industrispildevand, såsom spildevand fra fødevareforarbejdning, slagterispildevand og perkolat fra lossepladser. Det har vist fremragende fjernelseseffektivitet for hormonforstyrrende stoffer (EDS) i lossepladsperkolat og kan fjerne nitrater i drikkevand (med en fjernelseshastighed på op til 98,5%).
3.Membrantilsmudsningskontrol
Der er behov for yderligere forskning i mekanismerne bag membranbegroning, især undersøgelsen af biologisk begroning. Mere effektiv, kontrollerbar og minimeret membran Der bør udvikles begroningsløsninger. Brugen af computer- og sensorteknologi til online membranbegroningskontrol bør undersøges fuldt ud. Ved forbedring af rengøringsmetoder bør der lægges særlig vægt på brugen af sikre kemikalier.
4.Valg af membranstruktur og materialer baseret på spildevandstype
Membranstruktur og materialer bør vælges korrekt baseret på typen af spildevand. Nye energieffektive, højtydende membranmaterialer og modulsamlinger bør tages i brug. Integrationen af aerobe og anaerobe MBR-systemer bør fremmes. Derudover bør matematiske modeller og computerteknologi udnyttes fuldt ud til at optimere driftsparametrene for at opnå bedre spildevandskvalitet, hvilket gør processen mere økonomisk og effektiv.
4. Driftsprincip for MBR-membraner
I praktiske tekniske applikationer er den nedsænkede MBR-proces (Membrane Bio-Reactor) mere almindeligt anvendt, og industriens erfaring med denne type systemer er relativt moden. Derfor vil vi bruge denne type MBR som eksempel til analyse. Det generelle princip er som følger:
Råvand kommer ind i bioreaktoren, hvor det organiske stof oxideres og nedbrydes af det højkoncentrerede blandede aktiverede slam. Under membranmodulet er et beluftningssystem, som ikke kun giver tilstrækkeligt opløst oxygen (DO) til mikroorganismerne i den blandede væske, men også fremmer grundig opblanding. Omrøringen forårsaget af boblerne, sammen med cirkulationsstrømmen dannet på membranoverfladen, har en skurende og forskydende effekt på membranoverfladen, hvilket effektivt forhindrer den irreversible aflejring af forurenende stoffer på membranoverfladen under ikke-kunstige forhold. Det behandlede vand trækkes derefter gennem en selvansugende pumpe og adskilles af membranen, hvor væskefasen passerer gennem membranen og udledes fra systemet.
Typisk har MBR-processen flere vigtige operationelle parametre, herunder membranflux, permeabilitetskoefficient, retentionshastighed og koncentrationspolarisering.
1.Membran Flux
Membranflux (J) refererer til mængden af materiale, der passerer gennem en enhedsareal af membranen pr. tidsenhed. Det udtrykkes typisk i SI-enheder som [m³/(m²·s)] eller forenklet til m/s. I praktiske ingeniørberegninger bruges ikke-SI-enheder ofte til at måle flux, såsom LMH (liter pr. kvadratmeter i timen), med enheder på [L/(m²·h)]. En typisk MBR-membran, der opfylder generelle krav til spildevandsrensning, har en LMH på mindst 10 L/(m²·h).
Faktorerne, der påvirker membranflux, omfatter drivkraften for masseoverførsel, membranmodstand, strømningstilstanden af fødeopløsningen på membransiden (svarende til grænselagsmodstand) og omfanget af membranbegroning.
2.Permeabilitetskoefficient
Permeabilitetskoefficienten (Lp) af en membran repræsenterer mængden af materiale, der passerer gennem membranen pr. tidsenhed og arealenhed under en enhedstryk. Det er simpelthen udtrykt som membranfluxen under enhedstrykforhold. Permeabilitetskoefficienten er en af hovedparametrene til evaluering af membranens nuværende ydeevne.
3.Retentionsrate
I membranseparationsprocessen kaldes væsken, der passerer gennem membranen, permeatet, og væsken, der tilbageholdes af membranen, kaldes retentatet. Retentionshastigheden bruges til at karakterisere membranens separationsydelse, herunder den observerede/rapporterede retentionsrate (Robs) og den faktiske/intrinsiske retentionsrate (Ract). Dens definition er som følger:
Hvor Cp og Cb repræsenterer koncentrationerne af opløst stof i henholdsvis permeatet og foderopløsningen, som kan måles direkte. Men på grund af at opløste stoffer tilbageholdes og klæber til membranoverfladen, er koncentrationen af opløst stof (Cm) på membranoverfladen højere end den gennemsnitlige koncentration af fødeopløsningen. Derfor er den faktiske tilbageholdelsesrate:
Værdien af Cm er generelt ikke direkte målbar og skal estimeres ved hjælp af en beregningsmodel.
4.Koncentration Polarisering
Under faktiske trykdrevne processer falder membranflux ofte over tid, og retentionshastigheden for opløste stoffer ændres også. Hovedårsagen til dette fænomen er koncentrationspolarisering og membranbegroning.
Koncentrationspolarisering refererer til det fænomen, hvor opløsningsmidlet i fødeopløsningen under trykdrevne forhold passerer frit gennem membranen, mens opløste stoffer tilbageholdes af membranen. Opløsningsmiddelstrømmen fører kontinuerligt de opløste stoffer til membranoverfladen, hvilket forårsager akkumulering af opløst stof på membranen. Som et resultat heraf stiger koncentrationen af opløst stof (Cm) på membranoverfladen gradvist, hvilket fører til en koncentrationsgradient, der forårsager omvendt diffusion fra membranoverfladen til fødeopløsningen. Efter en stabiliseringsperiode, når strømmen af fødeopløsningen til membranoverfladen er lig med den omvendte diffusion, dannes et stabilt koncentrationspolarisationsgrænselag. Betingelsen for fuldstændig tilbageholdelse er udtrykt ved følgende ligning:
Forholdet Cm/Cb kaldes koncentrationspolarisationsforholdet. Jo højere forholdet er, jo mere ugunstigt er det for membranadskillelse.
Membranflux (J) er lettere at måle, men k er forholdet mellem diffusionskoefficient og grænselagstykkelse. Værdien af k er relateret til strømningsbetingelserne på membranoverfladen og kan beregnes ved hjælp af masseoverførsel dimensionsløs talkorrelation eller bestemmes eksperimentelt. Metoder til bestemmelse af k-værdier kan findes i papiret af Zeman og Zydney (1996).
