1. Dlaczego warto używać MBR?
Wady i problemy metod tradycyjnych (proces osadu czynnego):
Tradycyjne oczyszczanie ścieków opiera się głównie na osadzie czynnym (galaretowatej masie utworzonej przez mikroorganizmy oraz przylegające do nich substancje organiczne i nieorganiczne) w celu rozkładu substancji zanieczyszczających. Następnie mieszanina kierowana jest do osadnika, gdzie osad osadza się w sposób naturalny, a od góry odpływa czysta woda. Metodę tę stosuje się od wieków, jednak wiąże się ona z kilkoma utrzymującymi się wyzwaniami:
Wymagany duży obszar: potrzebny jest duży zbiornik sedymentacyjny, aby umożliwić powolne osadzanie się błota.
Osad ma skłonność do „pęcznienia”: jeśli osad nie osiada prawidłowo, prawdopodobnie odpłynie wraz z wodą, co spowoduje gorszą jakość ścieków.
Nadmiar osadu nadmiernego: wytwarzana jest duża ilość osadu nadmiernego, a koszty oczyszczania stanowią ponad 25% kosztów operacyjnych.
Stężenia osadu w zbiorniku reaktora nie można zwiększyć: można je utrzymać jedynie na poziomie 1,5 do 3,5 grama na litr, co ogranicza wydajność reakcji.
Pojawienie się MBR rozwiązało powyższe problemy!
MBR zastępuje osadnik wtórny modułami membranowymi, zapewniając dokładniejszą separację osadu i wody. Mikroorganizmy są wychwytywane przez membranę, co pozwala im pozostać w systemie podczas odprowadzania wody przez membranę!
W rezultacie stężenie osadu można zwiększyć do 8 do 15 gramów na litr, czyli 3 do 5 razy więcej niż w przypadku tradycyjnych metod.
Nie martw się już problemami związanymi z pęcznieniem osadu. W przypadku przesiewania porów membrany, niezależnie od tego, czy kłaczki osadu są luźne, czy nie, oraz czy unoszą się na wodzie, membrana bezpośrednio wychwytuje cały osad. Bez względu na to, jak gęsty jest osad i jak słaba jest jego sedymentacja, nie może on przejść przez pory membrany i nie zostanie utracony wraz ze ściekami, zapewniając stabilną jakość ścieków.
Jakość wody ściekowej jest doskonała, zawartość zawieszonych substancji stałych jest prawie zerowa, a mętność wynosi poniżej 1 NTU.
2. Podstawowe zasady MBR
Skład MBR
MBR jest odpowiednikiem bioreaktora plus moduł membranowy. W bioreaktorze pracują bakterie, a moduł membranowy pełni rolę sita oddzielającego mętną wodę.
Klasyfikacja według położenia modułu membranowego
Typ zanurzeniowy (typ zintegrowany): Membrana jest zanurzana bezpośrednio w zbiorniku biologicznym, a woda jest ekstrahowana poprzez zasysanie podciśnieniowe. Zaletą tej metody jest niskie zużycie energii i niewielkie rozmiary, wadą jest jednak stosunkowo niski strumień membranowy.
Typ zewnętrzny (oddzielny): Membrana jest ustawiana osobno, a zmieszana ciecz jest sprężana przez pompę, a następnie przechodzi przez membranę. Zaletą jest stabilna praca i łatwe czyszczenie, ale zużycie energii jest wyższe.
Obecnie na rynku szeroko stosowany jest zanurzony MBR, szczególnie odpowiedni do oczyszczania ścieków bytowych.
Klasyfikacja według kształtu modułu membranowego
Typ włókna pustego: duża gęstość upakowania, niewielka powierzchnia, ale podatność na pękanie i blokowanie drutu oraz trudne do czyszczenia.
Typ płaski: prosty w produkcji, łatwy w utrzymaniu i łatwy do czyszczenia, ale o mniejszej gęstości upakowania.
Typ tuby: niepodatny na zatykanie, odporny na zanieczyszczenia, łatwy w czyszczeniu, ale o najniższej gęstości upakowania i wyższej cenie.
Jak działa „filtracja” w MBR?
Istotą MBR jest filtracja membranowa. W zależności od trybu pracy filtrację membranową można podzielić na dwa typy:
Filtracja pod stałym ciśnieniem: To jak pchanie sita ze stałą siłą. Początkowo czysta woda przepływa szybko, jednak w miarę zatykania się powierzchni sita osadem przepływ zwalnia. Tempo produkcji wody stale maleje z biegiem czasu!
Filtracja o stałym przepływie: ma na celu „stałą wydajność wody”. Aby to osiągnąć, gdy membrana zostanie zanieczyszczona i opór wzrośnie, system automatycznie zwiększy siłę ssania (zwiększy się różnica ciśnień transmembranowych), aby utrzymać tę samą wydajność wody. Jednocześnie, poprzez regularne napowietrzanie lub płukanie wsteczne, zanieczyszczenia znajdujące się na powierzchni membrany są wydmuchiwane i zmywane, dzięki czemu membrana „oddycha”. Takie podejście nie tylko skutecznie kontroluje zanieczyszczenie membrany, wydłuża cykl czyszczenia, ale także utrzymuje wysoką wydajność produkcji wody, dzięki czemu system może pracować stabilnie przez długi czas.
W jaki sposób mikroorganizmy „zjadają” zanieczyszczenia?
Oczyszczanie biologiczne w MBR to zasadniczo proces rozkładu materii organicznej przez mikroorganizmy w warunkach tlenowych. Po spożyciu materii organicznej mikroorganizmy robią głównie dwie rzeczy:
Anabolizm: Część materii organicznej wykorzystywana jest do budowy własnego organizmu, co prowadzi do wzrostu liczby mikroorganizmów.
Metabolizm rozkładu: Kolejna część materii organicznej ulega całkowitemu rozkładowi na stabilne i nieszkodliwe substancje, takie jak dwutlenek węgla i woda, uwalniając jednocześnie energię dla mikroorganizmów do podtrzymania życia. (Jego istota jest podobna do osadu czynnego)
3. Zalety i wady MBR
Podstawowe zalety MBR
Jakość ścieków jest doskonała: zawartość zawieszonych substancji stałych w ściekach MBR wynosi prawie zero, zmętnienie poniżej 1 NTU, a wskaźniki takie jak ChZT i azot amonowy są znacznie lepsze od wskaźników stosowanych w tradycyjnych procesach. Można go bezpośrednio ponownie wykorzystać do spłukiwania toalet, zazieleniania terenu, mycia samochodów, uzupełniania wody w krajobrazie itp.
Niewielka powierzchnia: Eliminując potrzebę stosowania osadnika wtórnego, proces jest krótki i można go zaprojektować jako podziemny, dzięki czemu jest szczególnie odpowiedni dla miast lub obszarów mieszkalnych o ograniczonej powierzchni.
Niska produkcja osadu nadmiernego: MBR może działać w warunkach długiego starzenia się osadu, umożliwiając samoistną fermentację osadu, w wyniku czego objętość wytwarzanego osadu stanowi tylko-jedną trzecią do połowy-w przypadku tradycyjnych metod, co znacznie zmniejsza koszty usuwania osadu.
Wysoka odporność na obciążenia udarowe: nie obawia się pęcznienia osadu, ponieważ osad o wysokim-stęeniu zapewnia dużą zdolność buforowania.
Wysoki stopień automatyzacji: Czas retencji hydraulicznej i wiek osadu są całkowicie od siebie oddzielone, co ułatwia osiągnięcie w pełni automatycznego sterowania oraz wygodną obsługę i zarządzanie.
Braki i wyzwania MBR
Wysoka inwestycja: koszt elementów membrany jest wysoki, a inwestycja w projekt jest od 30% do 50% wyższa niż w przypadku tradycyjnych metod.
Wysokie zużycie energii: procesy takie jak napowietrzanie membranowe i odsysanie zużywają znaczną ilość energii elektrycznej!
Zanieczyszczenie membrany: Membrana może się zatkać i wymaga regularnego czyszczenia. Zanieczyszczanie membran dzieli się na trzy etapy: zanieczyszczanie początkowe (adsorpcja w ciągu kilku godzin), zanieczyszczanie powolne (akumulacja koloidu w ciągu kilku tygodni) i zanieczyszczanie szybkie (spadek ciśnienia przezbłonowego wzrasta w ciągu kilku dni), co wymaga stosowania różnych poziomów środków czyszczących.
Wysoki koszt wymiany membrany: żywotność membrany wynosi zazwyczaj około 5 lat i należy ją wymienić po upływie terminu ważności, co stanowi znaczny wydatek w przypadku-długoterminowego działania.
Wymagania dotyczące obróbki wstępnej są surowe: należy zainstalować-bardzo drobne kratki (1–2 milimetry), w przeciwnym razie włosy i włókna zaplątają się w włókna membrany, powodując poważne zanieczyszczenie, a nawet uszkodzenie membrany. Jednocześnie jest bardzo wrażliwy na substancje oleiste.