1. Зачем использовать MBR?
Недостатки и проблемы традиционных методов (процесс с активным илом):
Традиционная очистка сточных вод в первую очередь основана на использовании активного ила (желеобразной массы, образованной микроорганизмами и органическими и неорганическими веществами, к которым они прилипают) для разложения загрязняющих веществ. Далее смесь направляется в отстойник, где ил оседает естественным путем, а сверху стекает чистая вода. Этот метод использовался на протяжении веков, однако он сталкивается с несколькими постоянными проблемами:
Требуется большая площадь: необходим большой отстойник, чтобы грязь медленно оседала.
Ил склонен к «набуханию»: если ил не оседает должным образом, он, скорее всего, утечет вместе с водой, что приведет к ухудшению качества сточных вод.
Чрезмерный избыточный ил: образуется большое количество избыточного ила, затраты на обработку которого составляют более 25% эксплуатационных затрат.
Концентрацию ила в реакционном резервуаре нельзя увеличить: ее можно поддерживать только на уровне от 1,5 до 3,5 граммов на литр, что ограничивает эффективность реакции.
Появление MBR обеспечило решение вышеупомянутых проблем!
MBR заменяет вторичный отстойник мембранными модулями, обеспечивая более тщательное разделение осадка и воды. Мембрана улавливает микроорганизмы, позволяя им оставаться в системе, пока вода выводится через мембрану!
В результате концентрация осадка может быть увеличена до 8–15 граммов на литр, что в 3–5 раз выше, чем при использовании традиционных методов.
Больше не беспокойтесь о проблемах с скоплением осадка. Благодаря скринингу размера пор мембраны, независимо от того, являются ли хлопья ила рыхлыми или нет, плавают они или нет, мембрана непосредственно улавливает весь ил. Независимо от размера осадка или плохой его осаждения, он не может пройти через поры мембраны и не будет потерян со стоками, обеспечивая стабильное качество стоков.
Качество сточных вод превосходное: взвешенные вещества практически отсутствуют, а мутность ниже 1 NTU.
2. Основные принципы MBR
Состав МБР
MBR эквивалентен биореактору плюс мембранный модуль. В биореакторе работают бактерии, а мембранный модуль служит ситом для отделения мутной воды.
Классификация по положению мембранного модуля
Погружной тип (интегрированный тип): Мембрана погружается непосредственно в биологический резервуар, а вода извлекается путем всасывания под отрицательным давлением. Преимуществом этого метода является низкое энергопотребление и небольшая занимаемая площадь, а недостатком — относительно низкий мембранный поток.
Внешний (раздельный) тип: Мембрана устанавливается отдельно, смешанная жидкость нагнетается насосом и затем проходит через мембрану. Преимущество – стабильная работа и легкая очистка, но энергопотребление выше.
В настоящее время на рынке широко используются погружные МБР, которые особенно подходят для очистки бытовых сточных вод.
Классификация по форме мембранного модуля
Тип полого волокна: высокая плотность упаковки, небольшая занимаемая площадь, но склонен к обрыву и засорению проволоки, его трудно чистить.
Плоский тип: прост в изготовлении, удобен в обслуживании и чистке, но имеет меньшую плотность упаковки.
Тип тубы: не склонна к засорению, устойчива к загрязнениям, легко чистится, но с наименьшей плотностью упаковки и более высокой ценой.
Как работает «фильтрация» в MBR?
Основой MBR является мембранная фильтрация. В зависимости от режима работы мембранную фильтрацию можно разделить на два типа:
Фильтрация под постоянным давлением: это похоже на толкание сита с фиксированной силой. Поначалу чистая вода течет быстро, но по мере засорения поверхности сита илом поток замедляется. Скорость производства воды постоянно снижается с течением времени!
Фильтрация с постоянным потоком: она направлена на «постоянную скорость выхода воды». Для этого, когда мембрана загрязняется и сопротивление увеличивается, система автоматически увеличивает силу всасывания (увеличивается трансмембранная разница давлений), чтобы поддерживать тот же выход воды. При этом посредством регулярной аэрационной промывки или обратной промывки загрязнения с поверхности мембраны сдуваются и смываются, позволяя мембране «вздохнуть». Такой подход не только эффективно контролирует загрязнение мембраны, продлевает цикл очистки, но и поддерживает высокую эффективность производства воды, позволяя системе работать стабильно в течение длительного времени.
Как микроорганизмы «поедают» загрязняющие вещества?
Биологическая очистка в МБР по существу представляет собой процесс разложения органических веществ микроорганизмами в аэробных условиях. После поглощения органического вещества микроорганизмы в основном делают две вещи:
Анаболизм: Часть органического вещества используется для построения собственного тела, что приводит к увеличению количества микроорганизмов.
Метаболизм разложения: другая часть органического вещества полностью разлагается на стабильные и безвредные вещества, такие как углекислый газ и вода, при этом высвобождается энергия для микроорганизмов для поддержания жизни. (Его суть аналогична активному илу)
3. Преимущества и недостатки MBR
Основные преимущества MBR
Качество стоков превосходное: содержание взвешенных веществ в стоках МБР практически равно нулю, мутность ниже 1 NTU, а такие показатели, как ХПК и аммиачный азот, намного превосходят показатели традиционных процессов. Его можно использовать повторно для смыва туалета, озеленения, мойки автомобилей, пополнения ландшафтного водоснабжения и т. д.
Небольшая занимаемая площадь: устраняя необходимость во вторичном отстойнике, процесс занимает мало времени и может быть спроектирован как подземный тип, что делает его особенно подходящим для городов или жилых районов с ограниченным пространством.
Низкое образование избыточного ила: MBR может работать в условиях длительного возраста ила, позволяя илу переваривать себя, в результате чего объем производства ила составляет всего от одной-трети до половины-половины от объема традиционных методов, что значительно снижает затраты на утилизацию ила.
Сильная устойчивость к ударным нагрузкам: он не боится накопления осадка, поскольку осадок высокой-концентрации обеспечивает сильную буферную способность.
Высокая степень автоматизации: время гидравлического удержания и возраст осадка полностью разделены, что позволяет легко достичь полностью автоматического контроля и удобной эксплуатации и управления.
Недостатки и проблемы MBR
Высокие инвестиции: стоимость мембранных компонентов высока, а инвестиции в проект на 30–50 % выше, чем при использовании традиционных методов.
Высокое энергопотребление: такие процессы, как мембранная аэрация и всасывание, потребляют значительное количество электроэнергии!
Загрязнение мембраны: Мембрана может засориться и требует регулярной очистки. Загрязнение мембраны делится на три стадии - начальное загрязнение (адсорбция в течение нескольких часов), медленное загрязнение (накопление коллоида в течение нескольких недель) и быстрое загрязнение (перепад трансмембранного давления увеличивается в течение нескольких дней), что требует различных уровней очистки.
Высокая стоимость замены мембраны. Срок службы мембраны обычно составляет около 5 лет, и ее необходимо заменять по истечении срока годности, что является значительными расходами для долгосрочной-работы.
Требования к предварительной обработке очень строгие: необходимо установить сверхтонкие решетки (от 1 до 2 миллиметров), иначе волосы и волокна запутывают волокна мембраны, что приводит к сильному загрязнению и даже повреждению мембраны. В то же время он также очень чувствителен к маслянистым веществам.