O que são as membranas MBR e seus processos combinados?
O que é o processo MBR?
O biorreator de membrana (Membrance Bioreactor Reactor, conhecido como MBR) é um novo processo de tratamento biológico de águas residuais por meio da combinação de separação por membrana e tecnologia de tratamento biológico.
Há muitos tipos de membranas, de acordo com o mecanismo de separação, há membranas de reação, membranas de troca iônica, membranas permeáveis etc.; de acordo com a classificação da natureza da membrana, há membranas naturais (biomembranas) e membranas sintéticas (membranas orgânicas e membranas inorgânicas); de acordo com a classificação da estrutura do tipo de membrana, há membranas do tipo placa plana, tubular, espiral e de fibra oca etc.
Processo MBR no status de pesquisa nacional
Desde a década de 80, o biorreator de membrana está recebendo cada vez mais atenção, tornando-se um dos pontos quentes da pesquisa. Atualmente, a tecnologia tem sido usada nos Estados Unidos, na Alemanha, na França, no Egito e em outros países, variando a escala de 6m3/d a 13000m3/d.
A pesquisa da China sobre MBR tem menos de dez anos, mas o progresso é muito rápido. A pesquisa nacional sobre MBR pode ser dividida em vários aspectos:
(1) explorar diferentes processos de tratamento biológico e a forma de combinação de unidades de separação por membrana, processo de tratamento de reação biológica do método de lodo ativado para expandir para o método de oxidação por contato, método de biofilme, lodo ativado e biofilme combinados com o processo composto, processo anaeróbico de duas fases;
(2) Pesquisar fatores, mecanismos e modelos matemáticos que afetam o efeito do tratamento e a contaminação da membrana, explorar condições operacionais e parâmetros de processo adequados, reduzir ao máximo a contaminação da membrana e melhorar a capacidade de tratamento e a estabilidade operacional dos módulos de membrana;
(3) Ampliar o escopo de aplicação do MBR, os objetos de pesquisa do MBR de águas residuais domésticas para expandir para águas residuais orgânicas de alta concentração (águas residuais de alimentos, águas residuais de cerveja) e águas residuais industriais difíceis de degradar (águas residuais petroquímicas, águas residuais de impressão e tingimento, etc.), mas o tratamento de águas residuais domésticas é o principal.
Quais são as características do processo MBR?
Em comparação com a tecnologia tradicional de tratamento bioquímico de água, o MBR tem as seguintes características principais:
1, separação sólido-líquido eficiente, o efeito de separação é muito melhor do que o do tanque de sedimentação tradicional, a qualidade da água é boa, os sólidos suspensos e a turbidez do efluente são próximos de zero, podem ser reutilizados diretamente, para alcançar os recursos de esgoto.
2, a alta eficiência do efeito de retenção da membrana, de modo que os microrganismos são completamente retidos no biorreator, para alcançar o tempo de retenção hidráulica (HRT) do reator e a idade do lodo (SRT) da separação completa, controle de operação flexível e estável.
3 、 Como o MBR será o tratamento tradicional de águas residuais do tanque de aeração e de dois tanques de sedimentação em um só, e substituirá todas as instalações de processo do tratamento terciário, ele poderá reduzir bastante a área ocupada, economizando investimentos civis.
4, propício para a retenção e propagação de bactérias nitrificantes, alta eficiência de nitrificação do sistema. Com a mudança do modo de operação, ele também pode ter a função de remoção de amônia e de fósforo.
5, porque a idade da lama pode ser muito longa, o que melhora muito a eficiência da degradação de matéria orgânica de difícil degradação.
6 、 O reator opera sob alta carga de volume, baixa carga de lodo e longa idade de lodo, a produção de lodo restante é muito baixa, porque a idade do lodo pode ser infinitamente longa, teoricamente, a descarga de lodo pode ser zero.
7, o sistema realiza controle PLC, operação e gerenciamento convenientes.
Quais são os componentes do processo MBR?
O biorreator de membrana comumente mencionado é, na verdade, um termo geral para três tipos de reatores:
Biorreator de Membrana de Aeração (AMBR);
Biorreator de membrana extrativa (EMBR);
③ membrana de separação sólido-líquido - biorreator (Solid/Liquid Separation MembraneBioreactor, SLSMBR, abreviado como MBR).
1. Membrana de aeração
Membrana de aeração - Biorreator (AMBR) usando membrana densa respirável (como membrana de borracha de silicone) ou membrana microporosa (como membrana polimérica hidrofóbica), componentes do tipo placa ou fibra oca, mantendo a pressão parcial do gás abaixo do ponto de bolha (Bubble Point), no caso de aeração sem bolhas, pode ser obtida para o biorreator.
O processo é caracterizado por um melhor tempo de contato e eficiência de transferência de oxigênio, o que favorece o controle do processo de aeração e não é afetado pelos fatores de tamanho de bolha e tempo de residência na aeração tradicional.
2. membrana de extração
Bioreator de membrana extrativa, também conhecido como EMBR (Extractive Membrane Bioreactor). Devido à alta acidez e alcalinidade ou à presença de substâncias tóxicas para os organismos, algumas águas residuais industriais não são adequadas para serem tratadas em contato direto com microrganismos; quando as águas residuais contêm substâncias tóxicas voláteis, se você usar o processo de tratamento biológico aeróbico tradicional, os poluentes são fáceis de volatilizar, o fluxo de ar de aeração com a volatilidade do fenômeno de elevação de gás ocorre, não só o efeito do tratamento é muito instável, mas também causa poluição atmosférica.
Para resolver essas dificuldades técnicas, o estudioso britânico Livingston pesquisou e desenvolveu o EMB. As águas residuais e o lodo ativado são separados pela membrana, as águas residuais no fluxo da membrana e contêm algum tipo de bactéria especializada no lodo ativado no fluxo da membrana, as águas residuais e os microrganismos não estão em contato direto com os poluentes orgânicos, que podem ser seletivamente degradados pela membrana e pelo outro lado dos microrganismos.
Como a unidade de biorreator e a unidade de reciclagem de águas residuais em ambos os lados da membrana de extração são independentes uma da outra, o fluxo de água de cada unidade tem pouca influência sobre a outra, e os nutrientes e as condições de sobrevivência microbiana no biorreator não são afetados pela qualidade das águas residuais, o que torna o efeito do tratamento da água estável. As condições operacionais do sistema, como HRT e SRT, podem ser controladas na faixa ideal para manter a taxa máxima de degradação de poluentes.
3. membrana de separação sólido-líquido
O biorreator de membrana de separação sólido-líquido é a classe de biorreator de membrana mais amplamente pesquisada no campo do tratamento de água, é um processo de separação por membrana para substituir o método tradicional de lodo ativado no tanque de sedimentação secundário da tecnologia de tratamento de água. Ele reflui a matéria orgânica sólida de volta para o reator por meio de um módulo de membrana e, em seguida, descarrega a água orgânica tratada. O tipo de biorreator de separação por membrana pode ser classificado de acordo com a localização do módulo de membrana e do biorreator: biorreator de membrana integrado, biorreator de membrana discreto e biorreator de membrana composto.
Na tecnologia tradicional de tratamento biológico de águas residuais, a separação lama-água no tanque de sedimentação secundário é realizada por gravidade, e sua eficiência de separação depende do desempenho de sedimentação do lodo ativado; quanto melhor for a sedimentação, maior será a eficiência de separação lama-água. A propriedade de sedimentação do lodo depende da condição de operação do tanque de aeração, e a condição de operação do tanque de aeração deve ser rigorosamente controlada para melhorar a propriedade de sedimentação do lodo, o que limita o escopo de aplicação do método. Devido à exigência de separação sólido-líquido no tanque de sedimentação secundário, o lodo no tanque de aeração não pode manter uma concentração alta, geralmente em torno de 1,5 a 3,5 g/L, limitando assim a taxa de reação bioquímica. O tempo de retenção hidráulica (HRT) e a idade do lodo (SRT) são interdependentes, e o aumento da carga volumétrica e a redução da carga de lodo geralmente formam uma contradição. O sistema também produz uma grande quantidade de lodo residual durante a operação, e seu custo de descarte é responsável por 25% a 40% do custo operacional da estação de tratamento de águas residuais. O sistema tradicional de tratamento de lodo ativado também é propenso à expansão do lodo, o efluente contém sólidos suspensos e a qualidade da água do efluente se deteriora.
Em vista dos problemas acima, o MBR combina a tecnologia de separação por membrana na engenharia de separação com a tecnologia tradicional de tratamento biológico de águas residuais, o que melhora muito a eficiência da separação sólido-líquido; e, devido ao aumento da concentração de lodo ativado no tanque de aeração e ao surgimento de bactérias eficazes (especialmente a flora dominante) no lodo, melhora a taxa de reação bioquímica; ao mesmo tempo, reduz a quantidade de lodo residual gerado ao diminuir a relação F/M (ou até mesmo 0), o que basicamente resolve os problemas existentes no método tradicional de lodo ativado. Ao mesmo tempo, ao reduzir a relação F/M para reduzir a quantidade de produção de lodo residual (até mesmo 0), basicamente resolve muitos problemas pendentes existentes no método tradicional de lodo ativado.
Quais são os tipos de processos MBR?
De acordo com a combinação do módulo de membrana e do biorreator, o biorreator de membrana pode ser dividido em três tipos básicos: dividido, integrado e composto. (As discussões a seguir são todas sobre biorreatores de membrana do tipo separação sólido-líquido)
1. Tipo de separação
O módulo de membrana e o biorreator são configurados separadamente.
O líquido misturado no biorreator é pressurizado pela bomba de circulação e, em seguida, bombeado para a extremidade de filtragem do módulo de membrana. Sob pressão, o líquido no líquido misto passa pela membrana e se torna a água tratada do sistema; os sólidos e as macromoléculas são retidos pela membrana e, em seguida, retornam ao biorreator junto com o líquido concentrado.
2. Tipo integral
O módulo de membrana é colocado dentro do biorreator. Entrada de água no biorreator de membrana, onde a maioria dos poluentes é removida pelo lodo ativado na mistura e, em seguida, filtrada da água pela membrana sob pressão externa.
Essa forma de biorreator de membrana, devido à eliminação do sistema de circulação de líquido misto e pelo bombeamento de água, o consumo de energia é relativamente baixo; ocupa um espaço mais compacto do que o tipo dividido e, nos últimos anos, tem recebido atenção especial no campo do tratamento de água. No entanto, o fluxo geral da membrana é relativamente baixo, a contaminação da membrana é fácil e não é fácil limpá-la e substituí-la.
3. Compósito
A forma também pertence à membrana de peça única - biorreator, a diferença está no biorreator com embalagem, formando assim uma membrana composta - biorreator, alterando algumas das características do reator.
Quais são os processos combinados de MBR?
Para obter uma melhor purificação das águas residuais, o processo A2O e o processo MBR são frequentemente combinados para formar um novo sistema.
1. processo A2O-MBR
As águas residuais de coqueamento são produzidas no processo de coqueamento, destilação seca em alta temperatura, purificação e recuperação de gás, etc. Contém fenóis voláteis, hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (PAHs), compostos heterocíclicos de oxigênio, enxofre e nitrogênio e outras características, bem como um alto valor de COD, um alto valor de fenol e um alto teor de nitrogênio amoniacal.
Embora o processo A2O seja um dos métodos mais eficazes e amplamente utilizados para o tratamento de águas residuais de coque. O surgimento do processo combinado A2O-MBR utiliza as vantagens do processo de membrana para melhorar ainda mais a qualidade do efluente.
2. processo A2OA-MBR
O processo A2O/A-MBR é comumente usado na desnitrificação e na remoção de fósforo. O processo se baseia no processo A2O e, em seguida, configura um nível de tanque anóxico, as águas residuais passam pela membrana de carbono para concluir a desnitrificação biológica e a remoção de fósforo e, em seguida, o uso do segundo tanque anóxico para a desnitrificação endógena, para remover ainda mais o TN e, em seguida, o uso de tanques de membrana para garantir a função de aeração aeróbica do efluente.
3. processo AO-MBR
No sistema AO-MBR, a água residual separada de sólidos suspensos e detritos flui para o tanque de ajuste para equalizar a qualidade e a quantidade de água e, em seguida, entra no tanque de sedimentação para separação sólido-líquido. O líquido claro do fluxo superior flui para o tanque de tratamento MBR, que é projetado como um sistema AO: na seção frontal, a água do fluxo de entrada é totalmente misturada para realizar a desnitrificação biológica para remoção de nitrogênio e, na seção traseira, a degradação biológica e a nitrificação são realizadas, enquanto o álcali é adicionado e a água residual tratada é descarregada diretamente.
4.3A-Processo MBR
O processo 3A-MBR é uma tecnologia de biorreator de membrana e o processo tradicional anaeróbico, anóxico e aeróbico combinado com um novo processo, frequentemente usado na desnitrogenação e na desfosforização da purificação de águas residuais, destacando as características do processo de desnitrificação biológica de fósforo e promovendo um ao outro, de modo que todo o sistema de desnitrificação de fósforo e a remoção de matéria orgânica na eficiência do efeito máximo.
Características técnicas
Melhorar totalmente a alta concentração de lodo ativado no pool de reação da membrana, promover a formação de comunidades de bactérias nitrificantes dominantes, melhorar a eficiência da nitrificação, de modo que a remoção de amônia e nitrogênio seja completa; Por meio do controle automático, otimize o tempo de descarga do lodo do biorreator de membrana, controle razoavelmente a idade do lodo, melhore a concentração de bactérias nitrificantes de crescimento lento, bactérias desnitrificantes e outras bactérias bioquímicas especializadas no sistema, melhore o efeito da remoção de matéria orgânica e fósforo e a desnitrificação; para obter a descarga aeróbica do lodo, evite a liberação secundária de fósforo. Melhorar a taxa de remoção de fósforo.
Processo 5.A(2A)O-MBR
O processo A(2A)O-MBR adota o fluxo do processo na ordem de anaeróbico, o primeiro anóxico, o segundo anóxico, o aeróbico e o tanque de membrana. Caracterizado por duas zonas anóxicas no processo A2O-MBR, a função das duas zonas anóxicas é regulada pelo controle dos pontos de entrada e retorno.
O método de entrada de água adota dois pontos de entrada de água na zona anaeróbica e na primeira zona anóxica. O método de refluxo adota três estágios de refluxo de dois pontos, o primeiro estágio é o líquido misto da piscina de membrana refluído para a frente da zona aeróbica; o segundo estágio é o líquido misto da zona aeróbica refluído para a primeira zona anóxica e a segunda zona anóxica; e o terceiro pólo é o líquido misto da primeira zona anóxica misturado à zona anaeróbica.
6. processo SBR-MBR
O processo SBR-MBR é uma combinação de SBR e MBR para formar um processo com as vantagens de ambos. O SBR é um processo aprimorado de tratamento de lodo ativado, o uso de componentes de membrana de retenção e filtragem, a reação dos microrganismos na reação pode ser reproduzida ao máximo, propiciando o crescimento de bactérias nitrificantes, a atividade biológica do lodo, a adsorção e a degradação de substâncias orgânicas com alta capacidade.
O processo SBR-MBR tem cinco sistemas de afluentes, anaeróbicos, aeróbicos e de sedimentação. O SBR e o MBR trabalham para fornecer condições para a desfosforização biológica e a remoção de nitrogênio, e também podem ser controlados de acordo com a necessidade de lidar com diferentes águas residuais, o uso de separação por membrana da água de drenagem, para melhorar a eficiência da purificação de águas residuais, além de economizar tempo.
| Fosfonatos Antiincrustantes, inibidores de corrosão e agentes quelantes | |
| Ácido amino trimetileno fosfônico (ATMP) | Número CAS 6419-19-8 |
| Ácido 1-hidroxi etilideno-1,1-difosfônico (HEDP) | Número CAS 2809-21-4 |
| Etileno diamina tetra (ácido metileno fosfônico) EDTMPA (sólido) | Número CAS 1429-50-1 |
| Dietileno Triamina Penta (Ácido Metileno Fosfônico) (DTPMPA) | Número CAS 15827-60-8 |
| Ácido 2-fosfonobutano -1,2,4-tricarboxílico (PBTC) | Número CAS 37971-36-1 |
| Ácido 2-hidroxi-fosfonoacético (HPAA) | Número CAS 23783-26-8 |
| HexaMethyleneDiamineTetra (MethylenePhosphonic Acid) HMDTMPA | Número CAS 23605-74-5 |
| Ácido poliamino poliéter metileno fosfônico (PAPEMP) | |
| Bis(Ácido hexa-metileno triamina penta (metileno fosfônico)) BHMTPMP | Número CAS 34690-00-1 |
| Ácido hidroxietilamino-Di(metileno fosfônico) (HEMPA) | Número CAS 5995-42-6 |
| Sais de fosfonatos | |
| Sal tetra-sódico do ácido amino trimetileno fosfônico (ATMP-Na4) | Número CAS 20592-85-2 |
| Sal pentassódico do ácido amino trimetileno fosfônico (ATMP-Na5) | Número CAS 2235-43-0 |
| Monossódico de ácido 1-hidroxietilideno-1,1-difosfônico (HEDP-Na) | Número CAS 29329-71-3 |
| (HEDP-Na2) | Número CAS 7414-83-7 |
| Sal tetra-sódico do ácido 1-hidroxietilideno-1,1-difosfônico (HEDP-Na4) | Número CAS 3794-83-0 |
| Sal de potássio do ácido 1-hidroxi etilideno-1,1-difosfônico (HEDP-K2) | Número CAS 21089-06-5 |
| Sal pentassódico de etileno diamina tetra (ácido metileno fosfônico) (EDTMP-Na5) | Número CAS 7651-99-2 |
| Sal hepta-sódico do ácido dietileno triamina penta (metileno fosfônico) (DTPMP-Na7) | Número CAS 68155-78-2 |
| Sal de sódio do ácido dietileno triamina penta (metileno fosfônico) (DTPMP-Na2) | Número CAS 22042-96-2 |
| Ácido 2-fosfonobutano -1,2,4-tricarboxílico, sal de sódio (PBTC-Na4) | Número CAS 40372-66-5 |
| Sal de potássio do ácido hexa-metileno-diamina-tetra (metileno-fosfônico) HMDTMPA-K6 | Número CAS 53473-28-2 |
| Sal de sódio parcialmente neutralizado do ácido bishexametileno triamina penta (metileno fosfônico) BHMTPH-PN(Na2) | Número CAS 35657-77-3 |
| Antiincrustante e dispersante policarboxílico | |
| Ácido poliacrílico (PAA) 50% 63% | Número CAS 9003-01-4 |
| Sal de sódio de ácido poliacrílico (PAAS) 45% 90% | Número CAS 9003-04-7 |
| Anidrido polimaleico hidrolisado (HPMA) | Número CAS 26099-09-2 |
| Copolímero de ácido maleico e acrílico (MA/AA) | Número CAS 26677-99-6 |
| Copolímero de ácido acrílico-2-acrilamido-2-metilpropano sulfônico (AA/AMPS) | Número CAS 40623-75-4 |
| TH-164 Ácido fosfino-carboxílico (PCA) | Número CAS 71050-62-9 |
| Antiincrustante e dispersante biodegradável | |
| Sódio do ácido poliepoxisuccínico (PESA) | Número CAS 51274-37-4 |
| Número CAS 109578-44-1 | |
| Sal de sódio do ácido poliaspártico (PASP) | Número CAS 181828-06-8 |
| Número CAS 35608-40-6 | |
| Biocida e Algicida | |
| Cloreto de benzalcônio (cloreto de dodecil dimetil benzil amônio) | Número CAS 8001-54-5, |
| Número CAS 63449-41-2, | |
| Nº CAS 139-07-1 | |
| Isotiazolinonas | Número CAS 26172-55-4, |
| Número CAS 2682-20-4 | |
| Sulfato de tetraquis(hidroximetil)fosfônio (THPS) | Número CAS 55566-30-8 |
| GLUTARALDEHYDE | Número CAS 111-30-8 |
| Inibidores de corrosão | |
| Sal de sódio do toliltriazol (TTA-Na) | Número CAS 64665-57-2 |
| Toliltriazol (TTA) | Número CAS 29385-43-1 |
| Sal de sódio do 1,2,3-benzotriazol (BTA-Na) | Número CAS 15217-42-2 |
| 1,2,3-Benzotriazol (BTA) | Número CAS 95-14-7 |
| Sal de sódio do 2-Mercaptobenzotiazol (MBT-Na) | Número CAS 2492-26-4 |
| 2-Mercaptobenzotiazol (MBT) | Número CAS 149-30-4 |
| Absorvedor de oxigênio | |
| Ciclohexilamina | Número CAS 108-91-8 |
| Morfolina | Número CAS 110-91-8 |
| Outros | |
| Diethylhexyl Sulfosuccinate de sódio | Número CAS 1639-66-3 |
| Cloreto de acetila | Número CAS 75-36-5 |
| Agente quelante verde TH-GC (ácido glutâmico, ácido N,N-diacetico, sal tetra-sódico) | Número CAS 51981-21-6 |