1. Hvorfor bruke MBR?
Mangler og problemer med tradisjonelle metoder (aktivert slamprosess):
Tradisjonell behandling av avløpsvann er først og fremst avhengig av aktivert slam (en gelatinøs masse dannet av mikroorganismer og de organiske og uorganiske stoffene de fester seg til) for å bryte ned forurensninger. Deretter ledes blandingen til en sedimentasjonstank hvor slammet legger seg naturlig, mens klart vann renner bort fra toppen. Denne metoden har vært brukt i århundrer, men den står overfor flere vedvarende utfordringer:
Stort areal kreves: En stor sedimentasjonstank er nødvendig for å la gjørma sette seg sakte.
Slam er tilbøyelig til å "svelle": hvis slammet ikke legger seg ordentlig, vil det sannsynligvis renne bort med vannet, noe som resulterer i dårlig avløpskvalitet.
Overflødig slam: Det produseres en stor mengde overflødig slam, og behandlingskostnaden utgjør mer enn 25 % av driftskostnaden.
Slamkonsentrasjonen i reaksjonstanken kan ikke økes: den kan bare holdes på 1,5 til 3,5 gram per liter, noe som begrenser reaksjonseffektiviteten.
Fremveksten av MBR har gitt en løsning på de nevnte problemene!
MBR erstatter den sekundære sedimentasjonstanken med membranmoduler, og oppnår en mer grundig separering av slam og vann. Mikroorganismer blir fanget opp av membranen, slik at de kan forbli i systemet mens vann slippes ut gjennom membranen!
Som et resultat kan slamkonsentrasjonen økes til 8 til 15 gram per liter, som er 3 til 5 ganger høyere enn tradisjonelle metoder.
Ikke lenger bekymre deg for problemer med slammasse. Ved skjerming av membranporestørrelse, uavhengig av om slamflokkene er løse eller ikke, eller om de flyter eller ikke, fanger membranen opp alt slammet direkte. Uansett hvordan slammet bulker eller hvor dårlig dets sedimentering er, kan det ikke passere gjennom membranporene og vil ikke gå tapt med avløpet, noe som sikrer stabil avløpskvalitet.
Avløpsvannkvaliteten er utmerket, med suspendert stoff nesten null og turbiditet under 1 NTU.
2. Kjerneprinsipper for MBR
Sammensetning av MBR
MBR tilsvarer en bioreaktor pluss en membranmodul. Bioreaktoren er der bakterier jobber, mens membranmodulen fungerer som en sil for å separere gjørmete vann.
Klassifisering etter membranmodulposisjon
Nedsenkingstype (integrert type): Membranen er direkte nedsenket i den biologiske tanken, og vann trekkes ut ved undertrykkssug. Fordelen med denne metoden er lavt energiforbruk og lite fotavtrykk, men ulempen er relativt lav membranfluks.
Ekstern (separat) type: Membranen settes separat, og den blandede væsken settes under trykk av en pumpe og passerer deretter gjennom membranen. Fordelen er stabil drift og enkel rengjøring, men energiforbruket er høyere.
For tiden er nedsenket MBR mye brukt på markedet, spesielt egnet for behandling av husholdningskloakk.
Klassifisering etter membranmodulform
Hulfibertype: høy pakningstetthet, lite fotavtrykk, men utsatt for wirebrudd og blokkering, og vanskelig å rengjøre.
Flat type: enkel å produsere, lett å vedlikeholde og lett å rengjøre, men med lavere pakningstetthet.
Rørtype: ikke utsatt for tilstopping, motstandsdyktig mot forurensning, lett å rengjøre, men med den laveste pakningstettheten og høyere pris.
Hvordan fungerer "filtreringen" i MBR?
Kjernen i MBR ligger i membranfiltrering. Avhengig av driftsmodus, kan membranfiltrering kategoriseres i to typer:
Konstant trykkfiltrering: Det er som å skyve en sil med en fast kraft. Til å begynne med renner klart vann raskt, men ettersom overflaten på silen blir tilstoppet av slam, avtar strømmen. Vannproduksjonshastigheten avtar kontinuerlig over tid!
Konstant strømningsfiltrering: Den tar sikte på en "konstant vannutgangshastighet". For å oppnå dette, når membranen blir forurenset og motstanden øker, vil systemet automatisk øke sugekraften (transmembrantrykkforskjellen øker) for å opprettholde samme vanneffekt. Samtidig, gjennom regelmessig luftingsskuring eller omvendt spyling, blåses forurensninger på membranoverflaten av og vaskes bort, slik at membranen kan "ta pusten". Denne tilnærmingen kontrollerer ikke bare effektivt membranforurensning, forlenger rensesyklusen, men opprettholder også høy vannproduksjonseffektivitet, noe som gjør at systemet kan fungere stabilt i lang tid.
Hvordan "spiser" mikroorganismer forurensninger?
Den biologiske behandlingen i MBR er i hovedsak en prosess med nedbrytning av organisk materiale av mikroorganismer under aerobe forhold. Etter inntak av organisk materiale gjør mikroorganismer hovedsakelig to ting:
Anabolisme: En del av organisk materiale brukes til å bygge ens egen kropp, noe som fører til en økning i antall mikroorganismer.
Nedbrytningsmetabolisme: En annen del av organisk materiale brytes fullstendig ned til stabile og ufarlige stoffer som karbondioksid og vann, samtidig som det frigjøres energi for mikroorganismer for å opprettholde liv. (essensen ligner på aktivert slam)
3. Fordeler og ulemper med MBR
Kjernefordelene med MBR
Avløpskvaliteten er utmerket: de suspenderte faststoffene i MBR-avløpet er nesten null, med turbiditet under 1 NTU, og indikatorer som COD og ammoniakknitrogen er langt overlegne i tradisjonelle prosesser. Den kan gjenbrukes direkte til toalettspyling, grønnlegging, bilvask, påfyll av landskapsvann, etc.
Lite fotavtrykk: Eliminerer behovet for en sekundær sedimentasjonstank, prosessen er kort og kan utformes som en underjordisk type, noe som gjør den spesielt egnet for byer eller boligområder med begrenset areal.
Lavt overskudd av slamproduksjon: MBR kan operere under lange slamalderforhold, noe som lar slammet fordøye seg selv, noe som resulterer i et slamproduksjonsvolum som bare er en-tredjedel til en-halvparten av tradisjonelle metoder, noe som reduserer kostnadene ved slamdeponering betydelig.
Sterk motstand mot sjokkbelastninger: Den er ikke redd for slambulking, siden høy-konsentrasjonsslam gir en sterk bufferkapasitet.
Høy grad av automatisering: Den hydrauliske oppbevaringstiden og slamalderen er fullstendig atskilt, noe som gjør det enkelt å oppnå helautomatisk kontroll og praktisk betjening og styring.
Manglene og utfordringene ved MBR
Høy investering: Kostnaden for membrankomponenter er høy, og prosjektinvesteringen er 30 % til 50 % høyere enn for tradisjonelle metoder.
Høyt energiforbruk: prosesser som membranlufting og sug forbruker en betydelig mengde elektrisitet!
Membranbegroing: Membranen kan bli tilstoppet og krever regelmessig rengjøring. Membranbegroing er delt inn i tre stadier - innledende begroing (adsorpsjon innen noen få timer), langsom begroing (kolloidakkumulering innen noen få uker) og rask begroing (transmembrant trykkfall øker i løpet av få dager), noe som krever ulike nivåer av rengjøringstiltak.
Høye membranerstatningskostnader: Levetiden til en membran er vanligvis rundt 5 år, og den må skiftes ut når den utløper, noe som er en betydelig kostnad for lang-drift.
Kravene til forbehandling er strenge: ultra-fine rister (1 til 2 millimeter) må installeres, ellers vil hår og fibre vikle seg inn i membranfibrene og forårsake alvorlig forurensning og til og med membranskade. Samtidig er den også svært følsom for oljeholdige stoffer.
