Изчерпателно въведение в MBR мембранната технология: принципи, предимства и недостатъци

Недостатъци и проблеми на традиционните методи (процес с активна утайка):
Традиционното пречистване на отпадъчни води разчита предимно на активна утайка (желатинова маса, образувана от микроорганизми и органични и неорганични вещества, които те полепват) за разграждане на замърсителите. След това сместа се насочва към резервоар за утаяване, където утайката се утаява естествено, докато чистата вода изтича отгоре. Този метод се използва от векове, но е изправен пред няколко постоянни предизвикателства:

Необходима е голяма площ: Необходим е голям резервоар за утаяване, за да може калта да се утаи бавно.

Утайката е склонна към „набъбване“: ако утайката не се утаи правилно, има вероятност да изтече с водата, което води до лошо качество на отпадъчните води.

Прекомерна излишна утайка: Произвежда се голямо количество излишна утайка, като разходите за обработка представляват повече от 25% от оперативните разходи.

Концентрацията на утайката в реакционния резервоар не може да бъде увеличена: тя може да се поддържа само на 1,5 до 3,5 грама на литър, което ограничава ефективността на реакцията.

Появата на MBR предостави решение на гореспоменатите проблеми!
MBR заменя вторичния утаителен резервоар с мембранни модули, постигайки по-задълбочено разделяне на утайката и водата. Микроорганизмите се улавят от мембраната, позволявайки им да останат в системата, докато водата се изхвърля през мембраната!
В резултат на това концентрацията на утайката може да бъде увеличена до 8 до 15 грама на литър, което е 3 до 5 пъти по-високо от това при традиционните методи.

Вече не се притеснявайте за проблеми с натрупването на утайка. С пресяване на размера на порите на мембраната, независимо дали флокулите на утайката са рохкави или не, или дали плуват или не, мембраната директно улавя цялата утайка. Без значение колко насипно е утайката или колко слаба е нейната седиментация, тя не може да премине през порите на мембраната и няма да бъде изгубена с отпадъчните води, осигурявайки стабилно качество на отпадъчните води.

Качеството на отпадъчните води е отлично, със суспендирани твърди частици почти нула и мътност под 1 NTU.

Състав на MBR
MBR е еквивалентен на биореактор плюс мембранен модул. Биореакторът е мястото, където работят бактериите, докато мембранният модул служи като сито за отделяне на кална вода.

Класификация по позиция на мембранния модул
Тип потапяне (интегриран тип): Мембраната се потапя директно в биологичния резервоар и водата се извлича чрез засмукване с отрицателно налягане. Предимството на този метод е ниската консумация на енергия и малкия отпечатък, но недостатъкът е относително ниският мембранен поток.

Външен (отделен) тип: Мембраната се поставя отделно и смесената течност се подлага на налягане от помпа и след това преминава през мембраната. Предимството е стабилна работа и лесно почистване, но консумацията на енергия е по-висока.

В момента потопеният MBR се използва широко на пазара, особено подходящ за пречистване на битови отпадни води.

Класификация по форма на мембранен модул
Тип кухи влакна: висока плътност на опаковката, малък отпечатък, но предразположен към счупване и запушване на проводника и труден за почистване.

Плосък тип: лесен за производство, лесен за поддръжка и лесен за почистване, но с по-ниска плътност на опаковката.

Тип тръба: не е склонна към запушване, устойчива на замърсяване, лесна за почистване, но с най-ниска плътност на опаковката и по-висока цена.

Как работи "филтрацията" в MBR?
Ядрото на MBR се крие в мембранната филтрация. В зависимост от режима на работа, мембранната филтрация може да се категоризира на два вида:

Филтриране с постоянно налягане: Това е като бутане на сито с фиксирана сила. Първоначално бистрата вода тече бързо, но тъй като повърхността на ситото се задръства с утайка, потокът се забавя. Производството на вода непрекъснато намалява с времето!

Филтриране с постоянен поток: Целта е „постоянен дебит на водата“. За да се постигне това, когато мембраната се замърси и съпротивлението се увеличи, системата автоматично ще увеличи силата на засмукване (трансмембранната разлика в налягането се увеличава), за да поддържа същия изход на вода. В същото време, чрез редовно аериране или обратно промиване, замърсителите по повърхността на мембраната се издухват и отмиват, позволявайки на мембраната да „поеме дъх“. Този подход не само ефективно контролира замърсяването на мембраната, удължава цикъла на почистване, но също така поддържа висока ефективност на производството на вода, което позволява на системата да работи стабилно за дълго време.

Как микроорганизмите "ядат" замърсители?
Биологичното третиране в MBR е по същество процес на разлагане на органична материя от микроорганизми при аеробни условия. След поглъщане на органична материя микроорганизмите правят главно две неща:

Анаболизъм: част от органичната материя се използва за изграждане на собственото тяло, което води до увеличаване на броя на микроорганизмите.

Метаболизъм на разлагане: Друга част от органичната материя се разгражда напълно до стабилни и безвредни вещества като въглероден диоксид и вода, като същевременно освобождава енергия за микроорганизмите, за да поддържат живота. (Неговата същност е подобна на активната утайка)

Основните предимства на MBR
Качеството на отпадъчните води е отлично: суспендираните твърди вещества в отпадъчните води от MBR са почти нулеви, с мътност под 1 NTU, а показатели като ХПК и амонячен азот са далеч по-добри от тези на традиционните процеси. Може да се използва директно за промиване на тоалетни, озеленяване, миене на автомобили, попълване на вода в ландшафта и др.

Малък отпечатък: Премахвайки необходимостта от вторичен резервоар за утаяване, процесът е кратък и може да бъде проектиран като подземен тип, което го прави особено подходящ за градове или жилищни райони с ограничена земя.

Ниско излишно производство на утайки: MBR може да работи при условия на дълга възраст на утайката, позволявайки на утайката да се смила, което води до обем на производство на утайка, който е само една-трета до една-половината от този на традиционните методи, което значително намалява разходите за изхвърляне на утайката.

Силна устойчивост на ударни натоварвания: Не се страхува от натрупване на утайка, тъй като утайката с висока-концентрация осигурява силен буферен капацитет.

Висока степен на автоматизация: Времето за хидравлично задържане и възрастта на утайката са напълно разделени, което улеснява постигането на напълно автоматичен контрол и удобна работа и управление.

Недостатъците и предизвикателствата на MBR
Висока инвестиция: Цената на мембранните компоненти е висока, а инвестицията в проекта е с 30% до 50% по-висока от тази на традиционните методи.

Висока консумация на енергия: процеси като мембранна аерация и засмукване консумират значително количество електроенергия!

Замърсяване на мембраната: Мембраната може да се запуши и изисква редовно почистване. Замърсяването на мембраната се разделя на три етапа - първоначално замърсяване (адсорбция в рамките на няколко часа), бавно замърсяване (натрупване на колоиди в рамките на няколко седмици) и бързо замърсяване (спадът на трансмембранното налягане се увеличава в рамките на няколко дни), което налага различни нива на мерки за почистване.

Висока цена за смяна на мембраната: Продължителността на живота на мембраната обикновено е около 5 години и тя трябва да бъде заменена, когато изтече, което е значителен разход за дългосрочна-експлоатация.

Изискванията за предварителна обработка са строги: трябва да се монтират ултра-фини решетки (1 до 2 милиметра), в противен случай косми и влакна ще оплетат влакната на мембраната, причинявайки сериозно замърсяване и дори повреда на мембраната. В същото време е силно чувствителен към мазни вещества.