Разница в функции и использовании между мембранным биореактором (MBR) и погруженной ультрафильтрацией.
MBR помещается в резервуар для аэрации или резервуар для вторичной осаждения с большим количеством активного ила в притоке.который помещается в мембранный резервуар и требует более широкого спектра требований к влиянию и более сильных антизагрязнительных возможностейВ целом, если ультрафильтрационная фильтрация используется непосредственно без дальнейшей обработки после биохимических методов, используется MBR. Если требуется дальнейшая обработка (главным образом для удаления COD),В заключительном этапе используется ультрафильтрация по погружению..
Преимущества: Процесс MBR прост, инвестиции небольшие, ультрафильтрация под водой имеет большой рабочий поток, высокую скорость восстановления и хорошее качество воды
Недостатки: MBR имеет низкий рабочий поток и требует больше мембран для того же количества воды;Процесс ультрафильтрации погружения сложен и требует множества периферийных вспомогательных устройств..
изображение
изображение
Процесс MBR
В области очистки сточных вод и повторного использования водных ресурсов MBR, также известный как мембранный биореактор,является новой технологией очистки воды, которая сочетает в себе процесс активированного ила и технологию отделения мембраны.
краткое введение
В области очистки сточных вод и повторного использования водных ресурсов, MBR, также известный как мембранный биореактор,является новой технологией очистки воды, которая сочетает в себе процесс активированного ила с технологией мембранного отделенияСуществуют различные типы мембран, классифицируемые в соответствии с их механизмами разделения, включая реакционные мембраны, мембраны ионного обмена, проницаемые мембраны и т. д.;Согласно свойствам мембран, существуют естественные мембраны (биофильмы) и синтетические мембраны (органические и неорганические мембраны); в зависимости от структурных типов мембран, существуют типы плоской пластины, типа трубки, типа спирали,и типа полых волокон.
Состав процесса
Мембранный биореактор состоит в основном из компонентов отделения мембраны и биореактора.1 Аэрационный мембранный биореактор (AMBR); 2 экстрактивный мембранный биореактор (EMBR); 3 твердо-жидкий мембранный биореактор (SLSMBR).
Мембрана аэрации
Впервые биореактор с аэрационной мембраной был замечен в Cote P et al. reported in 1988 that the use of breathable dense membranes (such as silicone rubber membranes) or microporous membranes (such as hydrophobic polymer membranes) in plate or hollow fiber modules can achieve bubble free aeration into bioreactors while maintaining gas partial pressure below the bubble pointХарактеристика этого процесса заключается в улучшении времени контакта и эффективности передачи кислорода.который способствует контролю процесса аэрации и не зависит от факторов размера пузыря и времени пребывания в традиционной аэрацииКак показано на рисунке [1].
Экстракционная мембрана
Экстракционный мембранный биореактор, также известный как EMBR (Extractive Membrane Bioreactor).Некоторые промышленные сточные воды не должны обрабатываться путем прямого контакта с микроорганизмами.; при наличии летучих токсичных веществ в сточных водах, если используются традиционные аэробные биологические методы очистки, загрязняющие вещества склонны испаряться с воздушным потоком аэрации,в результате чего происходит отвод газаДля решения этих технических задач британский ученый Ливингстон исследовал и разработал EMB.Отходные воды и активированные ила отделяются мембраной, и сточные воды проходят внутрь мембраны, в то время как активный грязь, содержащий определенные специализированные бактерии, выходит за пределы мембраны.и органические загрязнители могут избирательно проходить через мембрану и разлагаться микроорганизмами с другой стороныИз-за независимого характера блоков биореактора и блоков циркуляции сточных вод по обе стороны экстракционной мембраны, поток воды каждого блока имеет мало влияния друг на друга.Качество сточных вод не влияет на питательные вещества и условия жизни микробов в биореактореУсловия работы системы, такие как HRT и SRT,может контролироваться в оптимальном диапазоне для поддержания максимальной скорости разложения загрязняющих веществ.
Мембрана для разделения твердости и жидкости
Жидкий жидкостной мембранный биореактор является наиболее широко и глубоко изученным типом мембранного биореактора в области очистки воды.Это технология очистки воды, которая использует процесс отделения мембраны для замены резервуара вторичной осадки в традиционном процессе активированного илаВ традиционной технологии биологической очистки сточных вод, разделение грязевой воды завершается силой тяжести в резервуаре вторичного осаждения.и эффективность его сепарации зависит от эффективности оседания активного ила. чем лучше эффективность осаждения, тем выше эффективность разделения грязевой воды.и улучшение устойчивости грязи требует строгого контроля условий работы резервуара для аэрацииИз-за необходимости разделения твердости и жидкости во вторичном резервуаре для осаждениягрязь в баке для аэрации не может поддерживать высокую концентрацию, обычно около 1,5-3,5 мг/л, что ограничивает скорость биохимической реакции.
Время гидравлического удержания (HRT) и возраст грязи (SRT) взаимозависимы, и увеличение объемной нагрузки и уменьшение нагрузки грязи часто создают противоречие.Система также генерирует большое количество остаточного ила во время работы.Традиционные системы очистки активного ила также подвержены расширению ила.приводит к возникновению суспензий в сточных веществах и ухудшению качества воды.
В ответ на вышеупомянутые вопросы MBR сочетает в себе технологию отделения мембраны с традиционной технологией биологической обработки.MBR достигает разделения времени удержания ила и времени гидравлического удержания, значительно повышая эффективность разделения твердых и жидких веществ.из-за повышения концентрации активного ила в баке для аэрации и появления в илах специфических бактерий (особенно доминирующих групп бактерий), скорость биохимической реакции увеличивается. В то же время, путем уменьшения соотношения F/M для уменьшения количества избыточного ила, образовавшегося (даже до нуля),многие важные проблемы, существующие в традиционных процессах активированного ила, были в основном решены.
Активированный ила удаляют и затем фильтруют через мембрану под давлением извне.Эта форма мембранного биореактора исключает необходимость в смешанной системе циркуляции жидкости и опирается на всасывание воды, что приводит к относительно низкому энергопотреблению; он занимает больше места и более компактный, чем отдельный тип, и в последние годы получил особое внимание в области очистки воды.Однако, поток мембраны, как правило, относительно низкий, что делает его склонным к загрязнению мембраны и трудно очистить и заменить после загрязнения.
Композитивный мембранный биореактор также относится к интегрированному мембранному биореактору в форме,с разницей в добавлении наполнителей внутри биореактора для образования биореактора с композитной мембраной, что изменяет определенные характеристики реактора.
Характеристики процесса
По сравнению со многими традиционными биологическими процессами очистки воды, MBR имеет следующие основные характеристики:
1、 Высокое и стабильное качество сточных вод
Благодаря эффективному эффекту сепарации мембраны, эффективность сепарации намного лучше, чем у традиционных резервуаров для осаждения.с суспензией твердых веществ и туманностью около нуляБактерии и вирусы значительно удаляются, а качество сточных вод лучше, чем национальный стандарт качества различной воды, выпущенный Министерством строительства (CJ25.1-89).Она может быть непосредственно использована в качестве непитьевой муниципальной воды..
В то же время мембранное отделение также полностью перехватывает микроорганизмы в биореакторе, что позволяет системе поддерживать высокую концентрацию микроорганизмов.Это не только улучшает общую эффективность удаления загрязняющих веществ реакционным устройствомВ то же время, реактор хорошо адаптируется к различным изменениям нагрузки входа (качество и количество воды), устойчив к ударным нагрузкам,и может стабильно получать высокое качество сточных вод.
2、 Низкое производство избыточного ила
Этот процесс может работать при высокой объемной нагрузке и низкой нагрузке от грязи, при низком остаточном производстве грязи (теоретически достигая нулевого сброса грязи), снижая затраты на очистку грязи.
3、 Небольшой отпечаток, не ограниченный местом установки
Биореактор может поддерживать высокую концентрацию микробиологической биомассы при высокой объемной нагрузке на устройство обработки и большом объеме, что приводит к значительной экономии затрат;Процесс прост., компактный по структуре и занимает небольшую площадь. Он не ограничен местом установки и подходит для любого случая. Он может быть выполнен на земном, полуподземном и подземном типах..
4、 Может удалять аммиачный азот и органические вещества, которые трудно разлагаются
Из-за полного перехвата микроорганизмов в биореакторе, он облегчает удержание и рост медленно размножающихся микроорганизмов, таких как нитрифицирующие бактерии,тем самым повышая эффективность нитрификации системыВ то же время он может увеличить время гидравлического удержания некоторых органических соединений в системе,который полезен для улучшения эффективности разложения нежелательных органических соединений.
5、 Удобная эксплуатация и управление, легко достичь автоматического управления
Этот процесс обеспечивает полное разделение времени гидравлического удержания (HRT) и времени удержания ила (SRT), что делает управление работой более гибким и стабильным.Это новая технология, которая легко внедряется в очистку сточных вод и может достичь автоматического управления микрокомпьютером, что упрощает управление операцией.
6、 Легко трансформируется из традиционного ремесленничества
Этот процесс может служить глубоким очистным блоком для традиционных процессов очистки сточных вод.и имеет широкие перспективы применения в таких областях, как глубокая очистка сточных вод от городских вторичных очистных сооружений (и, таким образом, достижение крупномасштабного повторного использования городских сточных вод).
Мембранные биореакторы также имеют некоторые недостатки, которые проявляются в следующих аспектах:
Высокая стоимость мембран приводит к более высоким инвестициям в инфраструктуру для мембранных биореакторов по сравнению с традиционными процессами очистки сточных вод.
Склонность к образованию загрязнения мембраны, что создает неудобства в эксплуатации и управлении;
Высокое потребление энергии: во-первых, процесс разделения воды из отстойника MBR должен поддерживать определенное давление на мембране.Для поддержания достаточной скорости передачи кислородаЧтобы увеличить поток мембраны и уменьшить загрязнение мембраны, необходимо увеличить скорость потока и промыть поверхность мембраны.что приводит к более высокому энергопотреблению MBR по сравнению с традиционными биологическими процессами обработки.
Процессуальная пленка
Мембраны могут быть изготовлены из различных материалов, включая жидкую фазу, твердую фазу и даже газовую фазу.В зависимости от размера пор, он может быть разделен на мембраны микрофильтрации, мембраны ультрафильтрации, мембраны нанофильтрации и мембраны обратного осмоса.может быть разделена на неорганические и органические мембраныНеорганические мембраны представляют собой преимущественно мембраны микрофильтрационного качества.Мембраны, широко используемые в очистке сточных вод, в основном являются асимметричными мембранами твердого состояния, изготовленными из органических полимерных материалов..
Критерии классификации и классификация мембран:
1、 Материал мембраны MBR
1Полимерные органические пленки: полиолефины, полиэтилен, полиакрилонитрил, полисульфон, ароматический полиамид, фторполимер и т.д.
Органические мембраны имеют относительно низкие затраты, не дорогостоящие, имеют зрелые производственные процессы, различные размеры и формы пор и широко используются.они подвержены загрязнению во время эксплуатации, имеют низкую прочность и короткий срок службы.
2. Неорганическая мембрана: это тип твердотельной мембраны, которая представляет собой полупроницаемую мембрану, сделанную из неорганических материалов, таких как металлы, оксиды металлов, керамика, пористое стекло, цеолиты,материалы из неорганических полимеров, и т.д.
Неорганические мембраны, используемые в настоящее время в MBR, в основном являются керамическими мембранами, которые имеют преимущества в том, что могут использоваться в среде с pH = 0-14, давлением P < 10MPa и температурой < 350 °C.Они имеют высокий поток и относительно низкое потребление энергии, что делает их высококонкурентоспособными в очистке высококонцентрированных промышленных сточных вод.и трудности при обработке и подготовке пленки.
2、 Размер пор мембраны MBR
Мембранами, обычно используемыми в технологии MBR, являются мембраны микрофильтрации (MF) и мембраны ультрафильтрации (UF), в основном с размером пор 0,1-0,4 мкм,достаточной для мембранных реакторов типа твердо-жидкого разделения.
Обычно используемые полимерные материалы для мембран микрофильтрации включают поликарбонат, эфир целлюлозы, фторид поливинилидена, полисульфон, политетрафторуэтилен, хлорид поливинил,полиэтеримид, полипропилен, полиэфирэфиркетон, полиамид и т.д.
Обычные полимерные материалы для ультрафильтрации включают полисульфон, полиэфирсульфон, полиамид, полиакрилонитрил (PAN), фторид поливинилидена, эфир целлюлозы, полиэфирэфиркетон, полиамид,полиэтерамид, и т.д.
3、 Модуль мембраны MBR
Для облегчения промышленного производства и установки, повышения эффективности мембраны и достижения максимальной площади мембраны на единицу объема,мембрана обычно собирается в базовом оборудовании в какой-то форме, и при определенной движущей силе завершается отделение различных компонентов в смешанной жидкости.
В промышленности используется пять видов мембранных компонентов:
Модуль пластины и рамы, модуль спиральной раны, модуль труб, модуль полых волокон и модуль капилляров. Первые два используют плоскую пленку, а последние три используют трубчатую пленку.Диаметр мембраны круглой трубы > 10 мм; капиллярообразный тип -0,5 ~ 10,0 мм; полый тип волокон < 0,5 мм>.
Таблица: Характеристики различных компонентов мембраны
Обычно используемые формы модулей мембраны в процессе MBR включают тип рамки пластины, тип круглой трубы и тип полых волокон.
Это одна из самых ранних форм мембранных модулей, используемых в технологии MBR, с внешним видом, похожим на обычный пресс для фильтрации пластины и рамы.удобная эксплуатацияНедостатки: сложная герметизация, высокая потеря давления и низкая плотность упаковки.
Тип круглой трубы:
Он состоит из мембраны и мембранной опоры и имеет два режима работы: тип внутреннего давления и тип внешнего давления.где впускная вода поступает изнутри трубы, а проницаемая вода вытекает извне трубыДиаметр мембраны составляет от 6 до 24 мм. Преимуществами мембраны круглой трубы являются: жидкость питания может контролировать турбулентный поток, ее нелегко блокировать, ее легко очищать и у нее низкая потеря давления.Недостатком является то, что плотность упаковки низкая..
Тип полых волокон:
Внешний диаметр обычно составляет 40-250 мкм, а внутренний диаметр - 25-42 мкм. Преимуществами являются высокая сжимаемость и устойчивость к деформации.Компоненты часто помещаются непосредственно в реактор без необходимости нагнетательных сосудов., образуя погруженный мембранный биореактор. Как правило, это компонент внешней мембраны под давлением. Преимущества: высокая плотность упаковки; относительно низкая стоимость; Долгий срок службы,могут использоваться нейлоновые полые волокнистые мембраны со стабильными физическими и химическими свойствами и низкой проницаемостью; мембрана имеет хорошую устойчивость к давлению и не требует поддерживающих материалов.и загрязнение и поляризация концентрации оказывают значительное влияние на эффективность сепарации мембраны.
Общие требования к конструкции модуля мембраны MBR:
Обеспечить достаточную механическую поддержку мембраны, обеспечить плавный поток и исключить тупые уголки и застойные участки воды;
Низкое потребление энергии, минимизация поляризации концентрации, повышение эффективности отделения и снижение загрязнения мембраны;
максимально возможная плотность упаковки, легкая установка, очистка и замена;
O Обладает достаточной механической прочностью, химической и тепловой стабильностью.
При выборе компонентов мембраны следует всесторонне учитывать их стоимость, плотность упаковки, сценарии применения, системные процессы, загрязнение и очистку мембраны, срок службы и т.д.
область применения
В середине и конце 1990-х годов мембранные биореакторы вступили в практическую стадию применения за рубежом.был первым, кто запустил ультрафильтрационный трубчатый мембранный биореактор и применил его к очистке городских сточных водДля экономии энергии компания также разработала погруженные полые модули волокнистой мембраны.Мембранный биореактор, разработанный компанией, был применен в более чем десяти местах, включая США.Mitsubishi Rayon также является известным поставщиком погруженных половых волокнистых мембран в мире.и накопил многолетний опыт в применении MBRКомпания Kubota Corporation в Японии является еще одной конкурентоспособной компанией в практическом применении мембранных биореакторов.изготовление мембран пластин с такими характеристиками, как высокая пропускная способностьНекоторые отечественные исследователи и предприятия также предпринимают попытки в практическом применении MBR.
В настоящее время мембранные биореакторы применяются в следующих областях:
1Очистка городских сточных вод и повторное использование воды в зданиях
Первая очистка сточных вод с использованием технологии MBR была построена американской компанией Dorr Oliver в 1967 году, которая обработала 14 м3 сточных вод в день.Система повторного использования сточных вод была использована в высоком здании в ЯпонииВ 1980 году Япония построила два очистных завода MBR мощностью 10 м3/д и 50 м3/д соответственно.с максимальной пропускной способностью 500 м3/деньВ 1997 году Wessex создал крупнейшую в мире систему MBR в Порлоке, Великобритания,с ежедневной пропускной способностью 2000 м3В 1999 году Wessex также построил завод MBR мощностью 13000 м3/день в Swanage, Dorset.
В мае 1998 года пилотная система биореактора с интегрированной мембраной, проведенная Университетом Цинхуа, прошла национальную сертификацию.Университет Цинхуа построил практическую систему MBR в больнице Хайдианского городского округа в Пекине для очистки сточных вод больницПроект был завершен и введен в эксплуатацию в июне 2000 года и в настоящее время работает нормально.Профессор Ян Заоян и ее исследовательская группа из Университета Тяньцзиня завершили демонстрационный проект MBR в здании Пучен в Индустриальном парке новых технологий ТяньцзиняСистема обрабатывает 25 тонн сточных вод в день, все из которых используются для смывания туалетов и распыления зеленых насаждений.7 кВт · ч энергии на тонну сточных вод.
2、 Обработка промышленных сточных вод
Начиная с 1990-х годов объекты очистки МБР постоянно расширялись.MBR также получила широкое внимание в промышленной очистке сточных вод, такие как очистка сточных вод пищевой промышленности, водных сточных вод переработки, сточных вод аквакультуры, сточных вод производства косметики, сточных вод красителей и нефтехимических сточных вод,все из которых достигли хорошего эффекта обработкиВ начале 1990-х годов США построили в Огайо систему MBR для очистки промышленных сточных вод из определенного завода по производству автомобилей.и органическая нагрузка системы достигла 6В Нидерландах уровень удаления СОД составил 94%, и подавляющее большинство масла и жира было разграблено.завод по добыче и переработке жиров использует традиционную технологию очистки сточных вод в канаве окисления для очистки сточных вод производстваВ связи с расширением масштаба производства, грязь разбухает и трудно отделить.
3Очистка микрозагрязненной питьевой воды
Из-за широкого использования азотных удобрений и инсектицидов в сельском хозяйстве питьевая вода также загрязнена в различной степени.Lyonnaise des Eaux разработала метод MBR в середине 1990-х годов.В 1995 г. компания построила завод в Души, где в 1995 г. была построена новая фабрика.Франция с суточной производственной мощностью 400 м3 питьевой водыКонцентрация азота в стоке ниже 0,1 мг/л NO2, а концентрация инсектицида ниже 0,02 мкг/л.
4、 Очистка сточных вод
Содержание органического вещества в фекальных сточных водах высокое, а традиционные методы очистки денитрификацией требуют высокой концентрации ила.которые влияют на эффективность третичного леченияПоявление MBR эффективно решило эту проблему и позволило непосредственно очистить фекальные сточные воды без разведения.
Япония разработала технологию очистки фекалий и мочи, известную как NS-система.с основным компонентом, являющимся комбинацией устройства с плоской мембраной и аэробного биореактора с высокой концентрацией активированной илаСистема NS была построена в городе Эчиго, префектура Сайтама, Япония, в 1985 году, с производственной мощностью 10 кл/день.новые очистные сооружения были построены в префектуре Нагасаки и префектуре КумамотоПлоская пленка в системе NS устанавливается параллельно с десятками групп, каждая с площадью около 0,4 м2, чтобы создать устройство рамы, которое может автоматически открываться и смываться.Материал мембраны представляет собой мембрану для ультрафильтрации полисульфонов с предельной молекулярной массой 20000Концентрация ила в реакторе поддерживается в диапазоне 15000-18000 мг/л. К 1994 году в Японии было более 1200 систем MBR, используемых для очистки фекальных сточных вод более 40 миллионов человек.
5、 Очистка мусорных свалок/компостного лишайника
Выщелачиваемый полигон/компост содержит высокие концентрации загрязняющих веществ, а качество и количество воды варьируются в зависимости от климата и условий эксплуатации.Технология MBR использовалась несколькими очистными станциями для очистки этого типа сточных вод до 1994 года.Сочетание технологии MBR и RO может не только удалять СС, органические вещества и азот, но и эффективно удалять соли и тяжелые металлы. Envirogen Corporation in the United States developed an MBR for the treatment of leachate from landfills and built a device with a daily processing capacity of 400000 gallons (approximately 1500m3/d) in New Jersey, который был запущен в эксплуатацию в конце 2000 года. Этот MBR использует смешанные бактерии, встречающиеся в природе, для расщепления углеводородов и хлорированных соединений в сливе,и его концентрация обрабатываемых загрязняющих веществ в 50-100 раз больше, чем у обычных устройств очистки сточных водПричина достижения такого эффекта обработки заключается в том, что MBR может удерживать эффективные бактерии и достигать бактериальной концентрации 50000 мг/л. В пилотных испытаниях на местеВлияние СОД колебалось от нескольких сотен до 40000, а уровень удаления загрязняющих веществ достиг более 90%.
Основные области применения и соответствующие процентные ставки MBR в стране и за рубежом:
Процентные показатели типов сточных вод (%)
Промышленные сточные воды 27 Городские сточные воды 12
Строительные сточные воды 24 мусор 9
Бытовые сточные воды 27
