Cosa sono le membrane MBR e i loro processi combinati?
Che cos'è il processo MBR?
Il bioreattore a membrana (Membrance Bioreactor Reactor, indicato come MBR) è un nuovo processo di trattamento biologico delle acque reflue che combina la separazione a membrana e la tecnologia di trattamento biologico.
Esistono molti tipi di membrane: in base al meccanismo di separazione, ci sono membrane di reazione, membrane a scambio ionico, membrane permeabili, ecc.; in base alla classificazione della natura della membrana, ci sono membrane naturali (biomembrane) e membrane sintetiche (membrane organiche e membrane inorganiche); in base alla classificazione della struttura del tipo di membrana, ci sono membrane a piastra piana, tubolari, a spirale, a fibra cava e così via.
Il processo MBR nello stato della ricerca nazionale
Dagli anni '80, il bioreattore a membrana sta ricevendo sempre più attenzione, diventando uno dei punti caldi della ricerca. Attualmente, la tecnologia è stata utilizzata negli Stati Uniti, in Germania, in Francia, in Egitto e in altri Paesi; la scala di produzione varia da 6m3/d a 13000m3/d.
La ricerca cinese sugli MBR è meno di dieci anni, ma i progressi sono molto rapidi. La ricerca nazionale sugli MBR può essere ampiamente suddivisa in diversi aspetti:
(1) esplorare diversi processi di trattamento biologico e la combinazione di unità di separazione a membrana, il processo di trattamento a reazione biologica dal metodo dei fanghi attivi per espandersi al metodo di ossidazione a contatto, il metodo del biofilm, i fanghi attivi e il biofilm combinati con il processo composito, il processo anaerobico a due fasi;
(2) Ricercare i fattori, i meccanismi e i modelli matematici che influenzano l'effetto del trattamento e la contaminazione della membrana, esplorare le condizioni operative e i parametri di processo adatti, ridurre il più possibile la contaminazione della membrana e migliorare la capacità di trattamento e la stabilità operativa dei moduli a membrana;
(3) Ampliare il campo di applicazione delle MBR, gli oggetti di ricerca delle MBR dalle acque reflue domestiche si sono estesi alle acque reflue organiche ad alta concentrazione (acque reflue alimentari, acque reflue della birra) e alle acque reflue industriali difficili da degradare (acque reflue petrolchimiche, acque reflue della stampa e della tintura, ecc.
Quali sono le caratteristiche del processo MBR?
Rispetto alla tradizionale tecnologia di trattamento biochimico delle acque, l'MBR presenta le seguenti caratteristiche principali:
1, efficiente separazione solido-liquido, l'effetto di separazione è molto migliore rispetto al tradizionale serbatoio di sedimentazione, la qualità dell'acqua è buona, i solidi sospesi e la torbidità dell'effluente sono prossimi allo zero, possono essere riutilizzati direttamente, per ottenere le risorse fognarie.
2, l'elevata efficienza dell'effetto di ritenzione della membrana, in modo che i microrganismi siano completamente trattenuti nel bioreattore, per ottenere il tempo di ritenzione idraulica del reattore (HRT) e l'età del fango (SRT) della separazione completa, un controllo flessibile e stabile del funzionamento.
3. Poiché l'MBR è la tradizionale vasca di aerazione e due vasche di sedimentazione per il trattamento delle acque reflue e sostituisce tutte le strutture di processo del trattamento terziario, può ridurre notevolmente l'ingombro, risparmiando investimenti civili.
4, favorire la ritenzione e la propagazione dei batteri nitrificanti, elevata efficienza di nitrificazione del sistema. Attraverso la modifica della modalità di funzionamento, può avere anche la funzione di rimozione dell'ammoniaca e del fosforo.
5, perché l'età del fango può essere molto lunga, migliorando così notevolmente l'efficienza di degradazione della materia organica difficile da degradare.
6, Il reattore funziona in condizioni di alto carico volumetrico, basso carico di fango e lunga età del fango, la produzione di fango residuo è molto bassa, poiché l'età del fango può essere infinitamente lunga, teoricamente si può realizzare uno scarico di fango nullo.
7, il sistema realizza il controllo PLC, il funzionamento e la gestione convenienti.
Quali sono i componenti del processo MBR?
Il comunemente citato bioreattore a membrana è in realtà un termine generale per tre tipi di reattori:
Bioreattore a membrana ad aerazione (AMBR);
Bioreattore estrattivo a membrana (EMBR);
③ bioreattore a membrana di separazione solido-liquido (Solid/Liquid Separation MembraneBioreactor, SLSMBR, abbreviato MBR).
1. Membrana di aerazione
Membrana di aerazione - Bioreattore (AMBR) che utilizza una membrana densa traspirante (come la membrana in gomma siliconica) o una membrana microporosa (come la membrana polimerica idrofobica), componenti a piastra o a fibra cava, mantenendo la pressione parziale del gas inferiore al punto di bolla (Bubble Point) nel caso in cui si possa ottenere un'aerazione priva di bolle al bioreattore.
Il processo è caratterizzato da un tempo di contatto e da un'efficienza di trasferimento dell'ossigeno migliori, che favoriscono il controllo del processo di aerazione e non sono influenzati dai fattori della dimensione delle bolle e del tempo di residenza dell'aerazione tradizionale.
2.Membrana di estrazione
Bioreattore a membrana estrattiva, noto anche come EMBR (Extractive Membrane Bioreactor). A causa dell'elevata acidità e alcalinità o della presenza di sostanze tossiche per gli organismi, alcune acque reflue industriali non sono adatte al contatto diretto con i microrganismi; quando le acque reflue contengono sostanze tossiche volatili, se si utilizza il tradizionale processo di trattamento biologico aerobico, gli inquinanti sono facili da volatilizzare il flusso d'aria di aerazione con la volatilità del fenomeno di sollevamento del gas, non solo l'effetto del trattamento è molto instabile, ma provoca anche inquinamento atmosferico.
Al fine di risolvere queste difficoltà tecniche, lo studioso britannico Livingston ha ricercato e sviluppato l'EMB. le acque reflue e i fanghi attivi sono separati dalla membrana, le acque reflue nel flusso della membrana e contengono alcuni tipi di batteri specializzati fanghi attivi nel flusso della membrana, le acque reflue e i microrganismi non sono in contatto diretto con gli inquinanti organici possono essere selettivamente attraverso la membrana è l'altro lato della degradazione dei microrganismi.
Poiché l'unità del bioreattore e l'unità di riciclo delle acque reflue su entrambi i lati della membrana di estrazione sono indipendenti l'una dall'altra, il flusso d'acqua di ciascuna unità ha una scarsa influenza l'una sull'altra e i nutrienti e le condizioni di sopravvivenza microbica nel bioreattore non sono influenzati dalla qualità delle acque reflue, il che rende stabile l'effetto del trattamento delle acque. Le condizioni operative del sistema, come HRT e SRT, possono essere controllate nell'intervallo ottimale per mantenere il tasso massimo di degradazione degli inquinanti.
3.Membrana di separazione solido-liquido
Il bioreattore a membrana per la separazione solido-liquido è la classe di bioreattori a membrana più studiata nel campo del trattamento delle acque; è un processo di separazione a membrana che sostituisce il tradizionale metodo a fanghi attivi nel serbatoio di sedimentazione secondaria della tecnologia di trattamento delle acque. Attraverso un modulo a membrana, la materia organica solida viene reimmessa nel reattore e quindi scaricata nell'acqua organica trattata. Il tipo di bioreattore a membrana può essere classificato in base alla posizione del modulo a membrana e del bioreattore: bioreattore a membrana integrato, bioreattore a membrana discreto, bioreattore a membrana composito.
Nella tecnologia tradizionale di trattamento biologico delle acque reflue, la separazione fango-acqua nel serbatoio di sedimentazione secondario è completata per gravità e la sua efficienza di separazione dipende dalle prestazioni di sedimentazione dei fanghi attivi; migliore è la sedimentazione, maggiore è l'efficienza di separazione fango-acqua. La proprietà di sedimentazione dei fanghi dipende dalle condizioni operative della vasca di aerazione e le condizioni operative della vasca di aerazione devono essere rigorosamente controllate per migliorare la proprietà di sedimentazione dei fanghi, il che limita l'ambito di applicazione del metodo. A causa dei requisiti di separazione solido-liquido nella vasca di sedimentazione secondaria, il fango nella vasca di aerazione non può mantenere una concentrazione elevata, generalmente intorno a 1,5~3,5 g/L, limitando così il tasso di reazione biochimica. Il tempo di ritenzione idraulica (HRT) e l'età del fango (SRT) sono interdipendenti e l'aumento del carico volumetrico e la riduzione del carico di fango sono spesso in contraddizione. Il sistema produce anche una grande quantità di fanghi residui durante il funzionamento e il loro costo di smaltimento rappresenta da 25% a 40% del costo operativo dell'impianto di trattamento delle acque reflue. Il sistema tradizionale di trattamento a fanghi attivi è inoltre soggetto all'espansione dei fanghi, l'effluente contiene solidi sospesi e la qualità delle acque reflue si deteriora.
Alla luce di questi problemi, l'MBR combina la tecnologia di separazione a membrana nell'ingegneria della separazione con la tecnologia tradizionale di trattamento biologico delle acque reflue, migliorando notevolmente l'efficienza della separazione solido-liquido; inoltre, grazie all'aumento della concentrazione di fanghi attivi nella vasca di aerazione e all'emergere di batteri efficaci (in particolare la flora dominante) nel fango, migliora il tasso di reazione biochimica; allo stesso tempo, riduce la quantità di fanghi residui generati abbassando il rapporto F/M (o addirittura 0), il che risolve sostanzialmente i problemi esistenti nel metodo tradizionale a fanghi attivi. Allo stesso tempo, riducendo il rapporto F/M per ridurre la quantità di fanghi residui prodotti (anche 0), si risolvono sostanzialmente molti problemi esistenti nel metodo tradizionale a fanghi attivi.
Quali sono i tipi di processi MBR?
In base alla combinazione di modulo a membrana e bioreattore, i bioreattori a membrana possono essere suddivisi in tre tipi fondamentali: split, integrati e compositi. (Le seguenti discussioni riguardano tutti i bioreattori a membrana del tipo a separazione solido-liquido).
1. Tipo di separazione
Il modulo a membrana e il bioreattore vengono allestiti separatamente.
Il liquido miscelato nel bioreattore viene pressurizzato dalla pompa di circolazione e quindi pompato all'estremità di filtrazione del modulo a membrana. Sotto pressione, il liquido misto passa attraverso la membrana e diventa l'acqua trattata del sistema; i solidi e le macromolecole vengono trattenuti dalla membrana e ritornano al bioreattore insieme al liquido concentrato.
2. Tipo integrale
Il modulo a membrana è collocato all'interno del bioreattore. L'acqua entra nel bioreattore a membrana, dove la maggior parte degli inquinanti viene rimossa dai fanghi attivi presenti nella miscela, per poi essere filtrata dall'acqua dalla membrana sotto pressione esterna.
Questa forma di bioreattore a membrana, grazie all'eliminazione del sistema di circolazione del liquido misto e al pompaggio dell'acqua, ha un consumo energetico relativamente basso; occupa una superficie più compatta rispetto al tipo split, e negli ultimi anni ha ricevuto particolare attenzione nel campo del trattamento delle acque. Tuttavia, il flusso generale della membrana è relativamente basso, facile alla contaminazione della membrana, la contaminazione della membrana non è facile da pulire e sostituire.
3. Composito
La forma appartiene anche al bioreattore a membrana monoblocco, con la differenza che il bioreattore è dotato di imballaggio, formando così un bioreattore a membrana composito, che cambia alcune delle caratteristiche del reattore.
Quali sono i processi MBR combinati?
Per ottenere una migliore depurazione delle acque reflue, il processo A2O e il processo MBR vengono spesso combinati per formare un nuovo sistema.
1.Processo A2O-MBR
Le acque reflue da coking sono prodotte nel processo di coking, distillazione a secco ad alta temperatura, purificazione e recupero dei gas, ecc. Contengono fenoli volatili, idrocarburi policiclici aromatici (IPA), composti eterociclici dell'ossigeno, dello zolfo e dell'azoto e altre caratteristiche, nonché un alto valore di COD, un alto valore di fenoli e un alto contenuto di azoto ammoniacale.
Sebbene il processo A2O sia uno dei metodi più efficaci e ampiamente utilizzati per il trattamento delle acque reflue da coking, l'effluente di questo processo è difficilmente conforme agli standard nazionali di scarico delle acque reflue. La nascita del processo combinato A2O-MBR sfrutta i vantaggi del processo a membrana per migliorare ulteriormente la qualità dell'effluente.
2.Processo A2OA-MBR
Il processo A2O/A-MBR è comunemente utilizzato per la denitrificazione e la rimozione del fosforo; il processo si basa sul processo A2O e poi sull'allestimento di un livello di serbatoio anossico, le acque reflue attraverso la membrana di carbonio per completare la denitrificazione biologica e la rimozione del fosforo, e poi l'uso del secondo serbatoio anossico per la denitrificazione endogena, per rimuovere ulteriormente il TN, e poi l'uso di serbatoi a membrana per garantire il ruolo di aerazione aerobica dell'effluente.
3.Processo AO-MBR
Nel sistema AO-MBR, le acque reflue separate dai solidi sospesi e dai detriti confluiscono nel serbatoio di regolazione per equalizzare la qualità e la quantità dell'acqua, quindi entrano nel serbatoio di sedimentazione per la separazione solido-liquido. Il liquido limpido del flusso superiore confluisce nella vasca di trattamento MBR, progettata come un sistema AO: nella sezione anteriore, l'acqua del flusso in ingresso viene completamente miscelata per effettuare la denitrificazione biologica per la rimozione dell'azoto, mentre nella sezione posteriore vengono effettuate la degradazione biologica e la nitrificazione, l'aggiunta di alcali e lo scarico diretto delle acque reflue trattate.
4.3A Processo MBR
Il processo 3A-MBR è una tecnologia di bioreattore a membrana e il tradizionale processo anaerobico, anossico e aerobico combinato con un nuovo processo, spesso utilizzato nella de-nitrogenazione e de-fosforazione della depurazione delle acque reflue, evidenziando le caratteristiche del processo biologico di denitrificazione del fosforo e promuovendosi a vicenda, in modo che l'intero sistema di denitrificazione del fosforo e la rimozione della materia organica nell'efficienza del massimo effetto.
Caratteristiche tecniche
Migliorare completamente l'elevata concentrazione di fanghi attivi nel pool di reazione della membrana, promuovere la formazione di comunità di batteri nitrificanti dominanti, migliorare l'efficienza della nitrificazione, in modo da completare la rimozione di ammoniaca e azoto; attraverso il controllo automatico, ottimizzare il tempo di scarico dei fanghi del bioreattore a membrana, controllare ragionevolmente l'età del fango, migliorare la concentrazione di batteri nitrificanti a crescita lenta, di batteri denitrificanti e di altri batteri biochimici specializzati nel sistema, migliorare l'effetto di rimozione della materia organica e del fosforo e la denitrificazione; ottenere uno scarico aerobico dei fanghi, evitare il rilascio secondario di fosforo. Migliorare il tasso di rimozione del fosforo.
5.A(2A)O Processo MBR
Il processo A(2A)O-MBR adotta il flusso di processo nell'ordine: anaerobico, primo anossico, secondo anossico, aerobico e serbatoio a membrana. Caratterizzato da due zone anossiche nel processo A2O-MBR, il funzionamento delle due zone anossiche è regolato dal controllo dei punti di ingresso e di ritorno.
Il metodo di aspirazione dell'acqua adotta due punti di aspirazione dell'acqua nella zona anaerobica e nella prima zona anossica. Il metodo di reflusso adotta tre stadi di reflusso a due punti, il primo stadio è il liquido misto del pool di membrane refluito verso la parte anteriore della zona aerobica; il secondo stadio è il liquido misto della zona aerobica refluito verso la prima zona anossica e la seconda zona anossica; e il terzo polo è il liquido misto della prima zona anossica affluito verso la zona anaerobica.
6.Processo SBR-MBR
Il processo SBR-MBR è una combinazione di SBR e MBR per formare un processo con i vantaggi di entrambi, SBR è un processo di trattamento a fanghi attivi migliorato, l'uso di componenti a membrana della ritenzione e della filtrazione, la reazione dei microrganismi nella reazione può essere riprodotta al massimo, favorendo la crescita di batteri nitrificanti, l'attività biologica dei fanghi, l'adsorbimento e la degradazione di sostanze organiche con elevata capacità.
Il processo SBR-MBR ha cinque sistemi di afflusso, anaerobico, aerobico e di sedimentazione; SBR e MBR lavorano per fornire le condizioni per la disfosforazione biologica e la rimozione dell'azoto, e possono anche essere controllati in base alla necessità di trattare diversi tipi di acque reflue; l'uso della separazione a membrana delle acque di drenaggio, per migliorare l'efficienza della depurazione delle acque reflue, ma anche per risparmiare tempo.
| Fosfonati Antincrostanti, inibitori della corrosione e agenti chelanti | |
| Acido amino-trimetilenico fosfonico (ATMP) | N. CAS 6419-19-8 |
| Acido 1-idrossietilidene-1,1-difosfonico (HEDP) | N. CAS 2809-21-4 |
| Acido etilen-diammino tetra (metilen-fosfonico) EDTMPA (solido) | N. CAS 1429-50-1 |
| Acido dietilene triammina penta (metilene fosfonico) (DTPMPA) | N. CAS 15827-60-8 |
| Acido 2-fosfonobutano -1,2,4-tricarbossilico (PBTC) | N. CAS 37971-36-1 |
| Acido 2-idrossi-fosfonoacetico (HPAA) | N. CAS 23783-26-8 |
| EsaMetilenDiamminaTetra (Acido MetilenFosfonico) HMDTMPA | N. CAS 23605-74-5 |
| Acido poliammino polietere metilene fosfonico (PAPEMP) | |
| Bis(Esametilene Triamina Penta (Acido Metilenico Fosfonico)) BHMTPMP | N. CAS 34690-00-1 |
| Acido idrossietilammino-di(metilene-fosfonico) (HEMPA) | N. CAS 5995-42-6 |
| Sali di fosfonati | |
| Sale tetra-sodico di acido amino-trimetilen-fosfonico (ATMP-Na4) | N. CAS 20592-85-2 |
| Sale penta-sodico di acido amino-trimetilenfosfonico (ATMP-Na5) | N. CAS 2235-43-0 |
| Monosodio dell'acido 1-idrossietilidene-1,1-difosfonico (HEDP-Na) | N. CAS 29329-71-3 |
| (HEDP-Na2) | N. CAS 7414-83-7 |
| Sale tetra-sodico di acido 1-idrossietilidene-1,1-difosfonico (HEDP-Na4) | N. CAS 3794-83-0 |
| Sale di potassio dell'acido 1-idrossietilidene-1,1-difosfonico (HEDP-K2) | N. CAS 21089-06-5 |
| Sale pentasodico di etilendiammina tetra (acido metilenfosfonico) (EDTMP-Na5) | N. CAS 7651-99-2 |
| Sale sodico epta di acido dietilene triammina penta (metilene fosfonico) (DTPMP-Na7) | N. CAS 68155-78-2 |
| Sale di sodio dell'acido dietilene triammina penta (metilene fosfonico) (DTPMP-Na2) | N. CAS 22042-96-2 |
| Acido 2-fosfonobutano -1,2,4-tricarbossilico, sale di sodio (PBTC-Na4) | N. CAS 40372-66-5 |
| Sale di potassio dell'acido esa-metilen-diammino-tetra (metilene-fosfonico) HMDTMPA-K6 | N. CAS 53473-28-2 |
| Sale sodico parzialmente neutralizzato di acido bis-esametilen-triammina penta (metilen-fosfonico) BHMTPH-PN(Na2) | N. CAS 35657-77-3 |
| Antincrostante e disperdente policarbossilico | |
| Acido poliacrilico (PAA) 50% 63% | N. CAS 9003-01-4 |
| Acido poliacrilico sale sodico (PAAS) 45% 90% | N. CAS 9003-04-7 |
| Anidride polimaleica idrolizzata (HPMA) | N. CAS 26099-09-2 |
| Copolimero di acido maleico e acrilico (MA/AA) | N. CAS 26677-99-6 |
| Copolimero dell'acido acrilico-2-acrilammido-2-metilpropano solfonico (AA/AMPS) | N. CAS 40623-75-4 |
| TH-164 Acido fosfino-carbossilico (PCA) | N. CAS 71050-62-9 |
| Antincrostante e disperdente biodegradabile | |
| Sodio dell'acido poliossisuccinico (PESA) | N. CAS 51274-37-4 |
| N. CAS 109578-44-1 | |
| Sale di sodio dell'acido poliaspartico (PASP) | N. CAS 181828-06-8 |
| N. CAS 35608-40-6 | |
| Biocida e algicida | |
| Cloruro di benzalconio (cloruro di dodecil-dimetil-benzil-ammonio) | N. CAS 8001-54-5, |
| N. CAS 63449-41-2, | |
| N. CAS 139-07-1 | |
| Isotiazolinoni | N. CAS 26172-55-4, |
| N. CAS 2682-20-4 | |
| Solfato di tetrakis(idrossimetil)fosfonio (THPS) | N. CAS 55566-30-8 |
| GLUTARALDEIDE | N. CAS 111-30-8 |
| Inibitori della corrosione | |
| Sale di sodio del toliltriazolo (TTA-Na) | N. CAS 64665-57-2 |
| Toliltriazolo (TTA) | N. CAS 29385-43-1 |
| Sale sodico di 1,2,3-benzotriazolo (BTA-Na) | N. CAS 15217-42-2 |
| 1,2,3-Benzotriazolo (BTA) | N. CAS 95-14-7 |
| Sale di sodio del 2-Mercaptobenzotiazolo (MBT-Na) | N. CAS 2492-26-4 |
| 2-Mercaptobenzotiazolo (MBT) | N. CAS 149-30-4 |
| Scavenger di ossigeno | |
| Cicloesilammina | N. CAS 108-91-8 |
| Morfina | N. CAS 110-91-8 |
| Altro | |
| Sodio dietilesil solfosuccinato | N. CAS 1639-66-3 |
| Acetilcloruro | N. CAS 75-36-5 |
| Agente chelante verde TH-GC (acido glutammico, acido N,N-diacetico, sale tetra-sodico) | N. CAS 51981-21-6 |