Что такое мембраны MBR и их комбинированные процессы?
Что такое процесс MBR?
Мембранный биореактор (Membrance Bioreactor Reactor, далее MBR) — это новый процесс биологической очистки сточных вод путем сочетания мембранного разделения и технологии биологической очистки.
Существует множество видов мембран, в соответствии с механизмом разделения, есть реакционные мембраны, ионообменные мембраны, проницаемые мембраны и т.д.; в соответствии с классификацией природы мембраны, есть природные мембраны (био-мембраны) и синтетические мембраны (органические мембраны и неорганические мембраны); в соответствии с классификацией структуры типа мембраны, есть плоские пластины типа, трубчатые, спиральные и полые волокна типа и так далее.
Процесс MBR в отечественных исследованиях
Начиная с 80-х годов прошлого века, мембранный биореактор привлекает все больше внимания и становится одной из горячих точек исследований. В настоящее время технология используется в США, Германии, Франции, Египте и других странах, масштаб от 6м3/д до 13000м3/д варьируется.
Китайские исследования в области MBR длятся менее десяти лет, но прогресс очень быстрый. Отечественные исследования в области MBR можно разделить на несколько аспектов:
(1) Изучение различных процессов биологической очистки и комбинированной формы мембранного разделительного блока, процесса биологической обработки реакций от метода активного ила до метода контактного окисления, метода биопленки, активного ила и биопленки в сочетании с композитным процессом, двухфазного анаэробного процесса;
(2) Исследование факторов, механизмов и математических моделей, влияющих на эффект обработки и загрязнение мембраны, поиск подходящих условий эксплуатации и параметров процесса, максимальное снижение загрязнения мембраны, улучшение очистной способности и эксплуатационной стабильности мембранных модулей;
(3) Расширение сферы применения MBR, MBR объектов исследования от бытовых сточных вод расширить до высокой концентрации органических сточных вод (пищевых сточных вод, пива сточных вод) и трудно разлагаемых промышленных сточных вод (нефтехимических сточных вод, печати и крашения сточных вод, и т.д.), но лечение бытовых сточных вод является основным.
Каковы особенности процесса MBR?
По сравнению с традиционной технологией биохимической очистки воды, MBR обладает следующими основными характеристиками:
1, эффективное разделение твердых и жидких веществ, эффект разделения намного лучше, чем в традиционном отстойнике, качество воды хорошее, взвешенные вещества и мутность близки к нулю, могут быть непосредственно использованы повторно, для достижения ресурсов сточных вод.
2, высокая эффективность мембранного эффекта удержания, так что микроорганизмы полностью удерживаются в биореакторе, для достижения гидравлического времени удержания реактора (HRT) и возраста осадка (SRT) полного разделения, гибкого и стабильного управления работой.
3、Потому что MBR будет традиционной очистки сточных вод аэротенка и двух отстойников в один, и заменить все технологические объекты третичной очистки, так что это может значительно уменьшить площадь основания, экономия гражданских инвестиций.
4, способствующий удержанию и распространению нитрифицирующих бактерий, высокая эффективность нитрификации системы. Благодаря изменению режима работы, он также может иметь функцию удаления аммиака и удаления фосфора.
5, потому что возраст грязи может быть очень длинным, что значительно повышает эффективность деградации трудно разлагаемых органических веществ.
6、Реактор работает при высокой объемной нагрузке, низкой нагрузке на ил и длительном возрасте ила, остаточное производство ила очень низкое, так как возраст ила может быть бесконечно долгим, теоретически нулевой сброс ила может быть реализован.
7, в системе реализовано PLC-управление, удобная эксплуатация и управление.
Из каких компонентов состоит процесс MBR?
Часто упоминаемый мембранный биореактор на самом деле является общим термином для трех типов реакторов:
Аэрационный мембранный биореактор (AMBR);
экстрактивный мембранный биореактор (EMBR);
③ мембранный биореактор с твердо-жидкостным разделением (Solid/Liquid Separation MembraneBioreactor, SLSMBR, сокращенно MBR).
1. Аэрационная мембрана
Аэрационная мембрана — биореактор (AMBR) с использованием воздухопроницаемой плотной мембраны (например, силиконовой резиновой мембраны) или микропористой мембраны (например, гидрофобной полимерной мембраны), пластин или полых волокон, при поддержании парциального давления газа ниже точки образования пузырьков (Bubble Point) в случае безпузырьковой аэрации может быть достигнута в биореакторе.
Процесс характеризуется улучшенным временем контакта и эффективностью переноса кислорода, что способствует управлению процессом аэрации, и не зависит от факторов размера пузырьков и времени пребывания в традиционной аэрации.
2.Экстракционная мембрана
Экстракционная мембрана — биореактор, также известный как EMBR (Extractive Membrane Bioreactor). Из-за высокой кислотности и щелочности или наличия токсичных веществ для организмов, некоторые промышленные сточные воды не подходят для прямого контакта с микроорганизмами; когда сточные воды содержат летучие токсичные вещества, если вы используете традиционный аэробный процесс биологической очистки, загрязняющие вещества легко улетучиваются в потоке воздуха аэрации с летучестью газа подъем явление происходит, не только эффект лечения является очень нестабильным, но и вызвать загрязнение атмосферы.
Для того, чтобы решить эти технические трудности, британский ученый Ливингстон исследования и разработки EMB. сточных вод и активного ила разделяется мембраной, сточных вод в мембране потока, и содержит какой-то специализированный бактерий активного ила в мембране потока, сточных вод и микроорганизмов не в непосредственном контакте с органическими загрязнителями могут быть избирательно через мембрану является другой стороной микроорганизмов деградации.
Поскольку блок биореактора и блок рециркуляции сточных вод по обе стороны мембраны экстракции независимы друг от друга, поток воды каждого блока оказывает незначительное влияние друг на друга, а питательные вещества и условия выживания микроорганизмов в биореакторе не зависят от качества сточных вод, что делает эффект очистки воды стабильным. Условия работы системы, такие как HRT и SRT, можно регулировать в оптимальном диапазоне для поддержания максимальной скорости разложения загрязняющих веществ.
3.Мембрана для разделения твердой и жидкой фаз
Мембрана разделения твердой и жидкой фаз — биореактор является наиболее широко исследованным классом мембран — биореакторов в области водоподготовки, представляет собой процесс мембранного разделения для замены традиционного метода активного ила во вторичном отстойнике технологии водоподготовки. В нем твердые органические вещества возвращаются в реактор через мембранный модуль, а затем сбрасывается очищенная органическая вода. Тип мембранного разделительного биореактора может быть классифицирован в зависимости от расположения мембранного модуля и биореактора: интегрированный мембранный биореактор, дискретный мембранный биореактор, композитный мембранный биореактор.
В традиционной технологии биологической очистки сточных вод разделение грязи и воды во вторичном отстойнике происходит под действием силы тяжести, и эффективность разделения зависит от эффективности отстаивания активного ила, чем лучше отстаивание, тем выше эффективность разделения грязи и воды. Свойства осаждения ила зависят от условий работы аэротенка, и для улучшения свойств осаждения ила необходимо строго контролировать условия работы аэротенка, что ограничивает область применения метода. В связи с требованием разделения твердой и жидкой фаз во вторичном отстойнике, осадок в аэротенке не может поддерживать высокую концентрацию, обычно около 1,5~3,5 г/л, что ограничивает скорость биохимической реакции. Время гидравлического удержания (HRT) и возраст осадка (SRT) взаимозависимы, поэтому увеличение объемной нагрузки и снижение нагрузки на осадок часто противоречат друг другу. Кроме того, в процессе работы системы образуется большое количество остаточного ила, стоимость утилизации которого составляет от 25 до 40 % эксплуатационных расходов очистных сооружений. Традиционная система обработки активного ила также склонна к разрастанию ила, в стоках содержатся взвешенные вещества, ухудшается качество сточных вод.
Учитывая вышеперечисленные проблемы, MBR сочетает в себе мембранную технологию разделения с традиционной технологией биологической очистки сточных вод, что значительно повышает эффективность разделения твердой и жидкой фаз; благодаря увеличению концентрации активного ила в аэротенке и появлению эффективных бактерий (особенно доминирующей флоры) в иле, повышается скорость биохимической реакции; в то же время, уменьшается количество образующегося остаточного ила за счет снижения отношения F/M (или даже 0), что в основном решает проблемы, существующие в традиционном методе активного ила. В то же время, снижая соотношение F/M для уменьшения количества образующегося остаточного ила (даже до 0), он решает многие проблемы, существующие в традиционном методе активного ила.
Какие существуют типы процессов MBR?
В зависимости от сочетания мембранного модуля и биореактора, мембраны-биореакторы можно разделить на три основных типа: раздельные, интегрированные и композитные. (Далее речь пойдет о мембранных биореакторах с твердо-жидкостным разделением)
1. Разделительный тип
Мембранный модуль и биореактор устанавливаются отдельно.
Смешанная жидкость в биореакторе подается под давлением с помощью циркуляционного насоса и затем перекачивается в фильтрационную часть мембранного модуля. Под давлением жидкость в смешанной жидкости проходит через мембрану и становится очищенной водой системы; твердые частицы и макромолекулы задерживаются мембраной, а затем поступают обратно в биореактор вместе с концентрированной жидкостью.
2. Интегральный тип
Мембранный модуль размещается внутри биореактора. Вода поступает в мембранный биореактор, где большая часть загрязняющих веществ удаляется активным илом в смеси, а затем отфильтровывается из воды мембраной под внешним давлением.
Такая форма мембранного биореактора благодаря отказу от системы циркуляции смешанной жидкости и откачке воды потребляет относительно мало энергии; занимает более компактное место, чем сплит-тип, в последние годы в области водоподготовки ей уделяется особое внимание. Но общий поток мембраны относительно низкий, легко загрязняется мембрана, загрязнение мембраны не легко очистить и заменить.
3. Композитный
По форме также относится к цельной мембране — биореактору, разница заключается в том, что биореактор имеет упаковку, образуя таким образом составную мембрану — биореактор, изменяя некоторые характеристики реактора.
Что представляют собой комбинированные процессы MBR?
Для того чтобы добиться лучшей очистки сточных вод, процесс A2O и процесс MBR часто объединяют в новую систему.
1.Процесс A2O-MBR
Сточные воды коксохимического производства образуются в процессе коксования, высокотемпературной сухой дистилляции, очистки и восстановления газа и т.д. Они содержат летучие фенолы, полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), кислород, гетероциклические соединения серы и азота и другие характеристики, а также высокое значение ХПК, высокое значение фенола и высокое содержание аммиачного азота.
Хотя процесс A2O является одним из наиболее эффективных и широко используемых методов очистки сточных вод коксохимического производства. Однако сточные воды, полученные в результате этого процесса, с трудом отвечают национальным комплексным стандартам сброса сточных вод. Появление комбинированного процесса A2O-MBR использует преимущества мембранного процесса для дальнейшего улучшения качества сточных вод.
2.Процесс A2OA-MBR
A2O/A-MBR процесс обычно используется в денитрификации и удаления фосфора, процесс основан на A2O процесс, а затем установить уровень аноксичного бака, сточные воды через углеродную мембрану для завершения биологической денитрификации и удаления фосфора, а затем использование второго аноксичного бака для эндогенной денитрификации, для дальнейшего удаления TN, а затем использование мембранных баков для обеспечения роли аэробной аэрации сточных вод.
3.Процесс AO-MBR
В системе AO-MBR сточные воды, очищенные от взвешенных частиц и мусора, поступают в регулировочный резервуар для выравнивания качества и количества воды, а затем поступают в осадочный резервуар для разделения твердой и жидкой фаз. Чистая жидкость из верхнего потока поступает в резервуар очистки MBR, который спроектирован как система AO: в передней секции вода из входящего потока полностью перемешивается для проведения биологической денитрификации для удаления азота, а в задней секции проводится биологическое разложение и нитрификация, добавляется щелочь, и очищенная сточная вода сбрасывается напрямую.
4.3A-MBR процесс
3A-MBR процесс представляет собой технологию мембранного биореактора и традиционный анаэробный, аноксический, аэробный процесс в сочетании с новым процессом, часто используется в де-нитрогенизации и де-фосфоризации очистки сточных вод, подчеркивая характеристики биологического процесса денитрификации фосфора и способствовать друг другу, так что вся система денитрификации фосфора и удаления органических веществ в эффективности максимального эффекта.
Технические характеристики
Полностью улучшить высокую концентрацию активного ила в мембранном реакционном бассейне, способствовать формированию доминирующих сообществ нитрифицирующих бактерий, повысить эффективность нитрификации, так что удаление аммиака и азота является полным; с помощью автоматического управления оптимизировать время выгрузки ила из мембранного биореактора, разумно контролировать возраст ила, повысить концентрацию медленно растущих нитрифицирующих бактерий, денитрифицирующих бактерий и других специализированных биохимических бактерий в системе, улучшить эффект удаления органических веществ и фосфора и денитрификации; добиться аэробной выгрузки ила, избежать вторичного высвобождения фосфора. Улучшить скорость удаления фосфора.
5.A(2A)O-MBR процесс
В процессе A(2A)O-MBR используется последовательность процессов: анаэробный, первый аноксический, второй аноксический, аэробный и мембранный бак. Процесс A2O-MBR характеризуется двумя аноксическими зонами, функция двух аноксических зон регулируется путем контроля точек входа и выхода.
Метод забора воды предусматривает две точки забора воды в анаэробной зоне и первой аноксической зоне. Метод рефлюкса использует трехступенчатый двухточечный рефлюкс, на первой стадии смешанная жидкость мембранного бассейна рефлюксируется на фронт аэробной зоны; на второй стадии смешанная жидкость аэробной зоны рефлюксируется на первую аноксическую зону и вторую аноксическую зону; и на третьей стадии смешанная жидкость первой аноксической зоны смешивается с анаэробной зоной.
6.SBR-MBR процесс
SBR-MBR процесс представляет собой сочетание SBR и MBR, чтобы сформировать процесс с преимуществами обоих, SBR является улучшенным процессом обработки активного ила, использование мембранных компонентов удержания и фильтрации, реакции микроорганизмов в реакции могут быть максимально воспроизведены, способствуя росту нитрифицирующих бактерий, биологической активности ила, адсорбции и деградации органических веществ с высокой производительностью.
Процесс SBR-MBR состоит из пяти систем: входной, анаэробной, аэробной и седиментационной, SBR и MBR работают для обеспечения условий для биологического дефосфорирования и удаления азота, а также могут регулироваться в зависимости от необходимости работы с различными сточными водами, использования мембранного разделения дренажных вод, для повышения эффективности очистки сточных вод, но и экономит время.
| Phosphonates Antiscalants, Corrosion Inhibitors and Chelating Agents | |
| Amino Trimethylene Phosphonic Acid (ATMP) | CAS No. 6419-19-8 |
| 1-Hydroxy Ethylidene-1,1-Diphosphonic Acid (HEDP) | CAS No. 2809-21-4 |
| Ethylene Diamine Tetra (Methylene Phosphonic Acid) EDTMPA (Solid) | CAS No. 1429-50-1 |
| Diethylene Triamine Penta (Methylene Phosphonic Acid) (DTPMPA) | CAS No. 15827-60-8 |
| 2-Phosphonobutane -1,2,4-Tricarboxylic Acid (PBTC) | CAS No. 37971-36-1 |
| 2-Hydroxy Phosphonoacetic Acid (HPAA) | CAS No. 23783-26-8 |
| HexaMethyleneDiamineTetra (MethylenePhosphonic Acid) HMDTMPA | CAS No. 23605-74-5 |
| Polyamino Polyether Methylene Phosphonic Acid(PAPEMP) | |
| Bis(HexaMethylene Triamine Penta (Methylene Phosphonic Acid)) BHMTPMP | CAS No. 34690-00-1 |
| Hydroxyethylamino-Di(Methylene Phosphonic Acid) (HEMPA) | CAS No. 5995-42-6 |
| Salts of Phosphonates | |
| Tetra sodium salt of Amino Trimethylene Phosphonic Acid (ATMP•Na4) | CAS No. 20592-85-2 |
| Penta sodium salt of Amino Trimethylene Phosphonic Acid (ATMP•Na5) | CAS No. 2235-43-0 |
| Mono-sodium of 1-Hydroxy Ethylidene-1,1-Diphosphonic Acid (HEDP•Na) | CAS No. 29329-71-3 |
| Disodium Salt of 1-Hydroxy Ethylidene-1,1-Diphosphonic Acid (HEDP•Na2) | CAS No. 7414-83-7 |
| Tetra Sodium Salt of 1-Hydroxy Ethylidene-1,1-Diphosphonic Acid (HEDP•Na4) | CAS No. 3794-83-0 |
| Potassium salt of 1-Hydroxy Ethylidene-1,1-Diphosphonic Acid (HEDP•K2) | CAS No. 21089-06-5 |
| Ethylene Diamine Tetra (Methylene Phosphonic Acid) Pentasodium Salt (EDTMP•Na5) | CAS No. 7651-99-2 |
| Hepta sodium salt of Diethylene Triamine Penta (Methylene Phosphonic Acid) (DTPMP•Na7) | CAS No. 68155-78-2 |
| Sodium salt of Diethylene Triamine Penta (Methylene Phosphonic Acid) (DTPMP•Na2) | CAS No. 22042-96-2 |
| 2-Phosphonobutane -1,2,4-Tricarboxylic Acid, Sodium salt (PBTC•Na4) | CAS No. 40372-66-5 |
| Potassium Salt of HexaMethyleneDiamineTetra (MethylenePhosphonic Acid) HMDTMPA•K6 | CAS No. 53473-28-2 |
| Partially neutralized sodium salt of bis hexamethylene triamine penta (methylene phosphonic acid) BHMTPH•PN(Na2) | CAS No. 35657-77-3 |
| Polycarboxylic Antiscalant and Dispersant | |
| Polyacrylic Acid (PAA) 50% 63% | CAS No. 9003-01-4 |
| Polyacrylic Acid Sodium Salt (PAAS) 45% 90% | CAS No. 9003-04-7 |
| Hydrolyzed Polymaleic Anhydride (HPMA) | CAS No. 26099-09-2 |
| Copolymer of Maleic and Acrylic Acid (MA/AA) | CAS No. 26677-99-6 |
| Acrylic Acid-2-Acrylamido-2-Methylpropane Sulfonic Acid Copolymer (AA/AMPS) | CAS No. 40623-75-4 |
| TH-164 Phosphino-Carboxylic Acid (PCA) | CAS No. 71050-62-9 |
| Biodegradable Antiscalant and Dispersant | |
| Sodium of Polyepoxysuccinic Acid (PESA) | CAS No. 51274-37-4 |
| CAS No. 109578-44-1 | |
| Sodium Salt of Polyaspartic Acid (PASP) | CAS No. 181828-06-8 |
| CAS No. 35608-40-6 | |
| Biocide and Algicide | |
| Benzalkonium Chloride(Dodecyl Dimethyl Benzyl ammonium Chloride) | CAS No. 8001-54-5, |
| CAS No. 63449-41-2, | |
| CAS No. 139-07-1 | |
| Isothiazolinones | CAS No. 26172-55-4, |
| CAS No. 2682-20-4 | |
| Tetrakis(hydroxymethyl)phosphonium sulfate(THPS) | CAS No. 55566-30-8 |
| GLUTARALDEHYDE | CAS No. 111-30-8 |
| Corrosion Inhibitors | |
| Sodium salt of Tolyltriazole (TTA•Na) | CAS No. 64665-57-2 |
| Tolyltriazole (TTA) | CAS No. 29385-43-1 |
| Sodium salt of 1,2,3-Benzotriazole (BTA•Na) | CAS No. 15217-42-2 |
| 1,2,3-Benzotriazole (BTA) | CAS No. 95-14-7 |
| Sodium salt of 2-Mercaptobenzothiazole (MBT•Na) | CAS No. 2492-26-4 |
| 2-Mercaptobenzothiazole (MBT) | CAS No. 149-30-4 |
| Oxygen Scavenger | |
| Cyclohexylamine | CAS No. 108-91-8 |
| Morpholine | CAS No. 110-91-8 |
| Other | |
| Sodium Diethylhexyl Sulfosuccinate | CAS No. 1639-66-3 |
| Acetyl chloride | CAS No. 75-36-5 |
| TH-GC Green Chelating Agent (Glutamic Acid,N,N-diacetic Acid, Tetra Sodium Salt) | CAS No. 51981-21-6 |