Que sont les membranes MBR et leurs procédés combinés ?
Qu'est-ce que le processus MBR ?
Le bioréacteur à membrane (ou MBR, Membrance Bioreactor Reactor) est un nouveau procédé de traitement biologique des eaux usées qui associe la séparation par membrane et la technologie de traitement biologique.
Il existe de nombreux types de membranes : selon le mécanisme de séparation, on distingue les membranes de réaction, les membranes d'échange d'ions, les membranes perméables, etc. ; selon la classification de la nature de la membrane, on distingue les membranes naturelles (bio-membranes) et les membranes synthétiques (membranes organiques et membranes inorganiques) ; selon la classification de la structure du type de membrane, on distingue les membranes à plaques plates, les membranes tubulaires, les membranes en spirale, les membranes à fibres creuses, etc.
Le processus MBR dans l'état actuel de la recherche nationale
Depuis les années 80, le bioréacteur à membrane fait l'objet d'une attention croissante et est devenu l'un des points chauds de la recherche. À l'heure actuelle, cette technologie a été utilisée aux États-Unis, en Allemagne, en France, en Égypte et dans d'autres pays, à des échelles allant de 6 m3 /j à 13 000 m3 /j.
La recherche chinoise sur le BRM date de moins de dix ans, mais les progrès sont très rapides. La recherche nationale sur le BRM peut être divisée en plusieurs aspects :
(1) explorer les différents processus de traitement biologique et la forme de combinaison de l'unité de séparation membranaire, le processus de traitement par réaction biologique de la méthode des boues activées à la méthode d'oxydation par contact, la méthode du biofilm, les boues activées et le biofilm combinés avec le processus composite, le processus anaérobie à deux phases ;
(2) Recherche sur les facteurs, les mécanismes et les modèles mathématiques affectant l'effet du traitement et la contamination des membranes, recherche de conditions de fonctionnement et de paramètres de processus appropriés, réduction de la contamination des membranes dans la mesure du possible et amélioration de la capacité de traitement et de la stabilité opérationnelle des modules membranaires ;
(3) Élargir le champ d'application de la RBM, les objets de la recherche sur la RBM, des eaux usées domestiques aux eaux usées organiques à forte concentration (eaux usées alimentaires, eaux usées de la bière) et aux eaux usées industrielles difficiles à dégrader (eaux usées pétrochimiques, eaux usées de l'imprimerie et de la teinture, etc.
Quelles sont les caractéristiques du procédé MBR ?
Par rapport à la technologie traditionnelle de traitement biochimique de l'eau, la technologie MBR présente les principales caractéristiques suivantes :
1. Séparation solide-liquide efficace, l'effet de séparation est bien meilleur que celui du réservoir de sédimentation traditionnel, la qualité de l'eau est bonne, les solides en suspension et la turbidité de l'effluent sont proches de zéro, l'eau peut être directement réutilisée, ce qui permet d'atteindre les ressources en eaux usées.
2, l'efficacité élevée de l'effet de rétention de la membrane, de sorte que les micro-organismes sont complètement retenus dans le bioréacteur, pour atteindre le temps de rétention hydraulique du réacteur (HRT) et l'âge des boues (SRT) de la séparation complète, un contrôle d'opération flexible et stable.
3、Parce que le traitement des eaux usées traditionnel par la technologie MBR se compose d'un bassin d'aération et de deux bassins de sédimentation, et qu'il remplace toutes les installations de traitement tertiaire, il permet de réduire considérablement l'empreinte au sol et d'économiser les investissements civils.
4. Favorise la rétention et la propagation des bactéries nitrifiantes, efficacité élevée du système en matière de nitrification. En changeant de mode de fonctionnement, il peut également assurer la fonction d'élimination de l'ammoniac et du phosphore.
5, parce que l'âge de la boue peut être très long, ce qui améliore considérablement l'efficacité de la dégradation des matières organiques difficiles à dégrader.
6、Le réacteur fonctionne avec une charge volumique élevée, une faible charge de boues et un âge des boues long, la production de boues restantes est très faible, car l'âge des boues peut être infiniment long, et il est théoriquement possible d'obtenir une décharge de boues nulle.
7. Le système est doté d'une commande PLC, ce qui facilite le fonctionnement et la gestion.
Quels sont les composants du processus MBR ?
Le bioréacteur à membrane couramment mentionné est en fait un terme général désignant trois types de réacteurs :
Bioréacteur à membrane d'aération (AMBR) ;
Bioréacteur à membrane extractive (EMBR) ;
③ membrane de séparation solide-liquide - bioréacteur (Solid/Liquid Separation MembraneBioreactor, SLSMBR, abrégé MBR).
1. Membrane d'aération
Membrane d'aération - Bioréacteur (AMBR) utilisant une membrane dense respirante (telle qu'une membrane en caoutchouc de silicone) ou une membrane microporeuse (telle qu'une membrane polymère hydrophobe), une plaque ou des composants de type fibre creuse, en maintenant la pression partielle du gaz à un niveau inférieur au point de bulle (point de bulle) dans le cas d'une aération sans bulle peut être réalisée dans le bioréacteur.
Le processus se caractérise par une amélioration du temps de contact et de l'efficacité du transfert d'oxygène, ce qui favorise le contrôle du processus d'aération et n'est pas affecté par les facteurs de taille des bulles et de temps de séjour dans l'aération traditionnelle.
2. membrane d'extraction
Bioréacteur à membrane extractive, également connu sous le nom de EMBR (Extractive Membrane Bioreactor). En raison de leur acidité et de leur alcalinité élevées ou de la présence de substances toxiques pour les organismes, certaines eaux usées industrielles ne se prêtent pas à un contact direct avec les micro-organismes ; lorsque les eaux usées contiennent des substances toxiques volatiles, si vous utilisez le processus de traitement biologique aérobie traditionnel, les polluants se volatilisent facilement dans le flux d'air d'aération en raison de la volatilité du phénomène d'ascension gazeuse, ce qui rend non seulement l'effet du traitement très instable, mais entraîne également une pollution atmosphérique.
Les eaux usées et les boues activées sont séparées par la membrane, les eaux usées dans le flux de la membrane, et contiennent une sorte de bactéries spécialisées les boues activées dans le flux de la membrane, les eaux usées et les micro-organismes ne sont pas en contact direct avec les polluants organiques peuvent être sélectivement à travers la membrane est l'autre côté de la dégradation des micro-organismes.
Comme l'unité de bioréacteur et l'unité de recyclage des eaux usées des deux côtés de la membrane d'extraction sont indépendantes l'une de l'autre, le débit d'eau de chaque unité a peu d'influence l'une sur l'autre, et les nutriments et les conditions de survie microbienne dans le bioréacteur ne sont pas affectés par la qualité des eaux usées, ce qui rend l'effet de traitement de l'eau stable. Les conditions de fonctionnement du système, telles que le TRH et le TRR, peuvent être contrôlées dans la plage optimale afin de maintenir le taux maximal de dégradation des polluants.
3. membrane de séparation solide-liquide
Le bioréacteur à membrane de séparation solide-liquide est la catégorie de bioréacteur à membrane la plus étudiée dans le domaine du traitement de l'eau. Il s'agit d'un processus de séparation par membrane destiné à remplacer la méthode traditionnelle des boues activées dans le réservoir de sédimentation secondaire de la technologie de traitement de l'eau. Il reflue la matière organique solide dans le réacteur à travers un module membranaire, puis rejette l'eau organique traitée. Le type de bioréacteur à séparation membranaire peut être classé en fonction de l'emplacement du module membranaire et du bioréacteur : bioréacteur à membrane intégrée, bioréacteur à membrane discrète, bioréacteur à membrane composite.
Dans la technologie traditionnelle de traitement biologique des eaux usées, la séparation boue-eau dans le bassin de sédimentation secondaire est réalisée par gravité, et son efficacité dépend de la performance de sédimentation des boues activées, plus la sédimentation est bonne, plus l'efficacité de la séparation boue-eau est élevée. La propriété de décantation des boues dépend des conditions de fonctionnement du bassin d'aération, et les conditions de fonctionnement du bassin d'aération doivent être strictement contrôlées pour améliorer la propriété de décantation des boues, ce qui limite le champ d'application de la méthode. En raison de l'exigence de séparation solide-liquide dans le bassin de sédimentation secondaire, les boues dans le bassin d'aération ne peuvent pas maintenir une concentration élevée, généralement autour de 1,5~3,5g/L, ce qui limite le taux de réaction biochimique. Le temps de rétention hydraulique (HRT) et l'âge des boues (SRT) sont interdépendants, et l'augmentation de la charge volumétrique et la réduction de la charge en boues forment souvent une contradiction. Le système produit également une grande quantité de boues résiduelles pendant son fonctionnement, et son coût d'élimination représente 25% à 40% du coût d'exploitation de la station d'épuration des eaux usées. Le système traditionnel de traitement par boues activées est également sujet à l'expansion des boues, l'effluent contient des solides en suspension, la qualité de l'eau de l'effluent se détériore.
En raison de l'augmentation de la concentration de boues activées dans le bassin d'aération et de l'émergence de bactéries efficaces (en particulier la flore dominante) dans les boues, elle améliore le taux de réaction biochimique ; en même temps, elle réduit la quantité de boues résiduelles produites en abaissant le rapport F/M (ou même 0), ce qui résout fondamentalement les problèmes existant dans la méthode traditionnelle des boues activées. En même temps, en réduisant le rapport F/M pour réduire la quantité de boues résiduelles produites (voire 0), on résout fondamentalement de nombreux problèmes en suspens dans la méthode traditionnelle des boues activées.
Quels sont les types de processus MBR ?
Selon la combinaison du module membranaire et du bioréacteur, le bioréacteur à membrane peut être divisé en trois types de base : divisé, intégré et composite. (Les discussions suivantes portent sur les bioréacteurs à membrane de type séparation solide-liquide).
1. Type de séparation
Le module membranaire et le bioréacteur sont installés séparément.
Le liquide mélangé dans le bioréacteur est mis sous pression par la pompe de circulation, puis pompé vers l'extrémité de filtration du module membranaire. Sous pression, le liquide mélangé traverse la membrane et devient l'eau traitée du système ; les solides et les macromolécules sont retenus par la membrane et retournent dans le bioréacteur avec le liquide concentré.
2. Type intégral
Le module membranaire est placé à l'intérieur du bioréacteur. L'eau entre dans le bioréacteur à membrane, où la plupart des polluants sont éliminés par les boues activées du mélange, puis filtrés de l'eau par la membrane sous pression externe.
Cette forme de bioréacteur à membrane, en raison de l'élimination du système de circulation des liquides mélangés et du pompage de l'eau, consomme relativement peu d'énergie ; elle occupe un espace plus compact que le type divisé, ce qui lui a valu une attention particulière ces dernières années dans le domaine du traitement de l'eau. Mais le flux général de la membrane est relativement faible, la contamination de la membrane est facile, la contamination de la membrane n'est pas facile à nettoyer et à remplacer.
3. Composite
La forme appartient également au bioréacteur à membrane d'une seule pièce, la différence résidant dans le fait que le bioréacteur est emballé, formant ainsi un bioréacteur à membrane composite, ce qui modifie certaines des caractéristiques du réacteur.
Quels sont les procédés MBR combinés ?
Afin d'améliorer l'épuration des eaux usées, le processus A2O et le processus MBR sont souvent combinés pour former un nouveau système.
1. processus A2O-MBR
Les eaux usées de cokéfaction sont produites au cours du processus de cokéfaction, de distillation sèche à haute température, de purification et de récupération des gaz, etc. Elles contiennent des phénols volatils, des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), de l'oxygène, des composés hétérocycliques soufrés et azotés et d'autres caractéristiques, ainsi qu'une valeur DCO élevée, une valeur phénolique élevée et une teneur élevée en azote ammoniacal.
Bien que le procédé A2O soit l'une des méthodes les plus efficaces et les plus largement utilisées pour traiter les eaux usées de cokéfaction, les effluents issus de ce procédé sont difficilement conformes aux normes nationales de rejet des eaux usées. L'émergence du procédé combiné A2O-MBR utilise les avantages du procédé membranaire pour améliorer encore la qualité des effluents.
2. procédé A2OA-MBR
Le procédé A2O/A-MBR est couramment utilisé pour la dénitrification et l'élimination du phosphore. Le procédé est basé sur le procédé A2O et met en place un niveau de réservoir anoxique, les eaux usées traversent la membrane de carbone pour compléter la dénitrification biologique et l'élimination du phosphore, puis l'utilisation du deuxième réservoir anoxique pour la dénitrification endogène, pour éliminer davantage le TN, et enfin l'utilisation de réservoirs à membrane pour assurer le rôle d'aération aérobie de l'effluent.
3. procédé AO-MBR
Dans le système AO-MBR, les eaux usées séparées des solides en suspension et des débris s'écoulent dans le réservoir d'ajustement pour égaliser la qualité et la quantité de l'eau, puis entrent dans le réservoir de sédimentation pour la séparation solide-liquide. Le liquide clair du flux supérieur s'écoule dans le réservoir de traitement MBR, qui est conçu comme un système AO : dans la section avant, l'eau du flux influent est entièrement mélangée pour effectuer une dénitrification biologique afin d'éliminer l'azote, et dans la section arrière, la dégradation biologique et la nitrification sont effectuées, tandis qu'un alcali est ajouté, et les eaux usées traitées sont rejetées directement.
Procédé 4.3A-MBR
Le processus 3A-MBR est une technologie de bioréacteur à membrane et le processus anaérobie, anoxique et aérobie traditionnel combinés à un nouveau processus, souvent utilisé dans la dénitrification et la déphosphoration de la purification des eaux usées, mettant en évidence les caractéristiques du processus de dénitrification biologique du phosphore et se favorisant mutuellement, de sorte que l'ensemble du système de dénitrification du phosphore et l'élimination de la matière organique dans l'efficacité de l'effet maximal.
Caractéristiques techniques
Améliorer pleinement la concentration élevée de boues activées dans le bassin de réaction de la membrane, promouvoir la formation de communautés dominantes de bactéries nitrifiantes, améliorer l'efficacité de la nitrification, de sorte que l'élimination de l'ammoniac et de l'azote soit complète ; grâce au contrôle automatique, optimiser le temps de décharge des boues du bioréacteur à membrane, contrôler raisonnablement l'âge de la boue, améliorer la concentration des bactéries nitrifiantes à croissance lente, des bactéries dénitrifiantes et d'autres bactéries biochimiques spécialisées dans le système, améliorer l'effet de l'élimination des matières organiques et du phosphore et de la dénitrification ; réaliser une décharge aérobie des boues, éviter la libération secondaire de phosphore. Améliorer le taux d'élimination du phosphore.
5.A(2A)O-Processus de BRM
Le procédé A(2A)O-MBR adopte le flux du procédé dans l'ordre suivant : anaérobie, première anoxie, deuxième anoxie, aérobie et réservoir à membrane. Caractérisé par deux zones anoxiques dans le processus A2O-MBR, la fonction des deux zones anoxiques est régulée en contrôlant les points d'entrée et de sortie.
La méthode de prise d'eau adopte deux points de prise d'eau dans la zone anaérobie et la première zone anoxique. La méthode de reflux adopte un reflux en trois étapes et en deux points, la première étape étant le liquide mélangé de la piscine à membrane refluant vers l'avant de la zone aérobie ; la deuxième étape étant le liquide mélangé de la zone aérobie refluant vers la première zone anoxique et la deuxième zone anoxique ; et le troisième pôle étant le liquide mélangé de la première zone anoxique s'écoulant vers la zone anaérobie.
6. procédé SBR-MBR
Le procédé SBR-MBR est une combinaison de SBR et MBR pour former un procédé avec les avantages des deux, SBR est un procédé amélioré de traitement des boues activées, l'utilisation de composants membranaires de la rétention et de la filtration, la réaction des micro-organismes dans la réaction peut être reproduite au maximum, propice à la croissance des bactéries nitrifiantes, l'activité biologique des boues, l'adsorption et la dégradation des substances organiques avec une capacité élevée.
Le procédé SBR-MBR comporte cinq systèmes : influent, anaérobie, aérobie et sédimentation. Le SBR et le MBR fonctionnent de manière à créer les conditions nécessaires à la déphosphoration biologique et à l'élimination de l'azote ; ils peuvent également être contrôlés en fonction de la nécessité de traiter des eaux usées différentes.
| Phosphonates Antiscalants, inhibiteurs de corrosion et agents chélateurs | |
| Acide aminotriméthylène phosphonique (ATMP) | No CAS 6419-19-8 |
| Acide 1-Hydroxy Ethylidène-1,1-Diphosphonique (HEDP) | N° CAS 2809-21-4 |
| Acide éthylène diamine tétra (méthylène phosphonique) EDTMPA (solide) | No CAS 1429-50-1 |
| Acide diéthylène triamine penta (méthylène phosphonique) (DTPMPA) | No CAS 15827-60-8 |
| Acide 2-Phosphonobutane -1,2,4-Tricarboxylique (PBTC) | No CAS 37971-36-1 |
| Acide 2-Hydroxy Phosphonoacétique (HPAA) | No CAS 23783-26-8 |
| Acide hexa-méthylène-diamine-tétra (méthylène-phosphonique) HMDTMPA | No CAS 23605-74-5 |
| Acide polyamino polyéther méthylène phosphonique (PAPEMP) | |
| Bis(acide hexa-méthylène triamine penta (méthylène phosphonique)) BHMTPMP | N° CAS 34690-00-1 |
| Acide hydroxyéthylamino-Di(méthylène phosphonique) (HEMPA) | No CAS 5995-42-6 |
| Sels de phosphonates | |
| Sel tétra-sodique de l'acide aminotriméthylène phosphonique (ATMP-Na4) | Numéro CAS 20592-85-2 |
| Sel penta-sodique de l'acide aminotriméthylène phosphonique (ATMP-Na5) | No CAS 2235-43-0 |
| Mono-sodium de l'acide 1-Hydroxy Ethylidène-1,1-Diphosphonique (HEDP-Na) | No CAS 29329-71-3 |
| (HEDP-Na2) | Numéro CAS 7414-83-7 |
| Sel tétra sodique de l'acide 1 hydroxy éthylidène-1,1 diphosphonique (HEDP-Na4) | Numéro CAS 3794-83-0 |
| Sel de potassium de l'acide 1 hydroxy éthylidène-1,1 diphosphonique (HEDP-K2) | No CAS 21089-06-5 |
| Sel pentasodique de l'acide éthylène diamine tétra (méthylène phosphonique) (EDTMP-Na5) | Numéro CAS 7651-99-2 |
| Sel de sodium Hepta de l'acide diéthylène triamine penta (méthylène phosphonique) (DTPMP-Na7) | No CAS 68155-78-2 |
| Sel de sodium de l'acide diéthylène triamine penta (méthylène phosphonique) (DTPMP-Na2) | Numéro CAS 22042-96-2 |
| Acide phosphonobutane-2,2,4-tricarboxylique, sel de sodium (PBTC-Na4) | No CAS 40372-66-5 |
| Sel de potassium de l'acide hexa-méthylène-diamine-tétra (méthylène-phosphonique) HMDTMPA-K6 | Numéro CAS 53473-28-2 |
| Sel de sodium partiellement neutralisé de l'acide bis hexaméthylène triamine penta (méthylène phosphonique) BHMTPH-PN(Na2) | Numéro CAS 35657-77-3 |
| Antiscalaire et dispersant polycarboxylique | |
| Acide polyacrylique (PAA) 50% 63% | No CAS 9003-01-4 |
| Sel de sodium de l'acide polyacrylique (PAAS) 45% 90% | Numéro CAS 9003-04-7 |
| Anhydride polymaléique hydrolysé (HPMA) | No CAS 26099-09-2 |
| Copolymère d'acide maléique et d'acide acrylique (MA/AA) | No CAS 26677-99-6 |
| Copolymère d'acide acrylique-2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique (AA/AMPS) | Numéro CAS 40623-75-4 |
| TH-164 Acide phosphino-carboxylique (PCA) | Numéro CAS 71050-62-9 |
| Antiscalaire et dispersant biodégradable | |
| Sodium de l'acide polyépoxysuccinique (PESA) | Numéro CAS 51274-37-4 |
| No CAS 109578-44-1 | |
| Sel de sodium de l'acide polyaspartique (PASP) | No CAS 181828-06-8 |
| No CAS 35608-40-6 | |
| Biocide et algicide | |
| Chlorure de benzalkonium (chlorure de dodécyl-diméthyl-benzyl-ammonium) | Numéro CAS 8001-54-5, |
| No CAS 63449-41-2, | |
| No CAS 139-07-1 | |
| Isothiazolinones | No CAS 26172-55-4, |
| No CAS 2682-20-4 | |
| Sulfate de tétrakis(hydroxyméthyl)phosphonium(THPS) | No CAS 55566-30-8 |
| GLUTARALDEHYDE | No CAS 111-30-8 |
| Inhibiteurs de corrosion | |
| Sel de sodium du tolyltriazole (TTA-Na) | No CAS 64665-57-2 |
| Tolyltriazole (TTA) | No CAS 29385-43-1 |
| Sel de sodium du 1,2,3-benzotriazole (BTA-Na) | Numéro CAS 15217-42-2 |
| 1,2,3-Benzotriazole (BTA) | No CAS 95-14-7 |
| Sel de sodium du 2-Mercaptobenzothiazole (MBT-Na) | No CAS 2492-26-4 |
| 2-Mercaptobenzothiazole (MBT) | No CAS 149-30-4 |
| Piégeur d'oxygène | |
| Cyclohexylamine | Numéro CAS 108-91-8 |
| Morpholine | No CAS 110-91-8 |
| Autres | |
| Sulfosuccinate de sodium et de diéthylhexyle | No CAS 1639-66-3 |
| Chlorure d'acétyle | No CAS 75-36-5 |
| TH-GC Agent chélateur vert (acide glutamique, acide N,N-diacétique, sel tétra sodique) | No CAS 51981-21-6 |