¿Aplicación de la tecnología MBR en el tratamiento de aguas residuales?
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El biorreactor de membrana (MBR) es una nueva y eficiente tecnología de tratamiento de aguas residuales que combina la separación por membranas y el tratamiento biológico. La tecnología de separación por membranas se utilizó por primera vez en la industria de la fermentación microbiana. Con el desarrollo de materiales de membranas y tecnología de fabricación de membranas, sus campos de aplicación han seguido expandiéndose y han involucrado la industria química, la electrónica, la industria ligera, la industria textil, la metalurgia, la alimentación y la petroquímica. , tratamiento de aguas residuales, etc.
1. Investigación y aplicación de la tecnología MBR en el tratamiento de aguas residuales.
La aplicación de la tecnología de separación por membranas en el tratamiento de aguas residuales comenzó a finales de la década de 1960, Smith et al. Por primera vez, las personas combinaron el método de lodos activados con componentes de membrana de ultrafiltración para la investigación de procesos sobre el tratamiento de aguas residuales urbanas. Este proceso propuso audazmente el uso de tecnología de separación de membranas para reemplazar el tanque de sedimentación secundario en el método de lodos activados convencional, utilizando la membrana para tener una interceptación eficiente. Las características físicas del biorreactor le permiten mantener una alta concentración de lodos en el biorreactor y trabajar a una relación F/M baja, de modo que la materia orgánica se pueda oxidar y degradar tanto como sea posible y se pueda mejorar la eficiencia de eliminación del reactor. Esta es la función de MBR El primer prototipo.
En la década de 1970, la investigación sobre MBR se desarrolló aún más. En 1970, Hardt et al. utilizaron un proceso combinado completo de biorreactor mixto y membrana de ultrafiltración para tratar aguas residuales domésticas y lograron una tasa de eliminación de DQO del 98 y el 100 %. resultados de eliminación de bacterias. En 1971, Bemberis et al. realizaron pruebas de MBR en plantas de tratamiento de aguas residuales y lograron buenos resultados. En 1978, Bhattacharyya y otros utilizaron membranas de ultrafiltración para tratar aguas residuales urbanas y obtuvieron agua reutilizada no potable. En 1978, Grethlein realizó una investigación sobre el tratamiento de aguas residuales domésticas mediante digestores anaeróbicos y separación por membranas. Las tasas de eliminación de DBO y TN fueron 90 y 75 respectivamente.
Durante este período, aunque los académicos de varios países pagaron mucho. Se realizó mucho trabajo de investigación y se obtuvieron ciertos resultados de investigación, pero debido a que había pocos tipos de módulos de membrana en ese momento, el proceso de producción de la membrana no estaba muy maduro y la vida útil de la membrana. generalmente muy corto, lo que limitó el funcionamiento estable a largo plazo del proceso MBR, limitando así la promoción y aplicación de la tecnología MBR en proyectos reales.
Después de entrar en la década de 1980, con el desarrollo de la ciencia de los materiales y la mejora del nivel de producción de membranas, se promovió el desarrollo de la tecnología de biorreactores de membrana y el proceso MBR también se desarrolló rápidamente. ¡Investigadores japoneses basándose en el pequeño tamaño de su país! Debido al alto precio de la tierra, la tecnología MBR se ha desarrollado e investigado vigorosamente y ha estado a la vanguardia de la investigación y el desarrollo de la tecnología MBR, lo que ha hecho que la tecnología MBR comience a avanzar hacia aplicaciones prácticas.
Después de la década de 1990, la tecnología MBR se ha desarrollado rápidamente y la gente está interesada en MBR para el tratamiento de aguas residuales domésticas. Tratamiento de aguas residuales industriales! Se han estudiado aplicaciones en el tratamiento de agua potable y otros aspectos, y MBR ha entrado en la etapa de aplicación práctica y se ha promocionado rápidamente.
En los últimos años del siglo XX, se realizaron más investigaciones sobre cuestiones clave de los biorreactores de membrana y se lograron algunos resultados. ¡La investigación sobre biorreactores de membrana comienza con experimentos de laboratorio! La escala piloto ha avanzado hacia pruebas de producción y gradualmente se han informado plantas de tratamiento de aguas residuales medianas y pequeñas que utilizan MBR. A principios de 1998, se completó y puso en funcionamiento en Porlock, Reino Unido, la primera planta de tratamiento de aguas residuales domésticas de Europa que utiliza un biorreactor de membrana integrado, convirtiéndose en un hito en la tecnología de biorreactores de membrana del Reino Unido.
A principios de este siglo, la investigación sobre biorreactores de membrana estaba en auge, lo que hizo que la tecnología madurara gradualmente.
2. Investigación y aplicación de la tecnología MBR en el tratamiento de aguas residuales domésticas
Aunque la investigación de mi país sobre biorreactores de membrana comenzó tarde, se está desarrollando rápidamente. En 1991, Qin Yunhua revisó la aplicación de los biorreactores de membrana e introdujo el estado de la investigación de MBR en Japón. Este fue un informe anterior sobre biorreactores de membrana realizado por académicos chinos.
Posteriormente, Jiang Chengzhang y otros realizaron investigaciones sobre la aplicación de membranas de ultrafiltración de fibra hueca en biotecnología. En 1995, Fan Yaobo utilizó MBR en una investigación sobre la purificación de aguas residuales petroquímicas y desarrolló un conjunto de MBR de separación aeróbica a escala de laboratorio.
Desde 1995, la tecnología de tratamiento de aguas residuales con biorreactor de membrana de mi país ha comenzado a realizarse trabajos de investigación. de manera integral, y muchos institutos de investigación científica han realizado investigaciones en esta área, la Universidad de Tsinghua, el Instituto de Tecnología de Harbin, el Centro de Investigación del Medio Ambiente Ecológico de la Academia de Ciencias de China, la Universidad de Tianjin, la Universidad de Tongji, etc. sobre las características operativas de los biorreactores de membrana y la comunicación de las membranas. Se han realizado muchos trabajos de investigación detallados sobre los factores que influyen en la cantidad, la prevención y la limpieza de la contaminación de las membranas, etc. En 2000, Gu Ping utilizó membranas domésticas de fibra hueca para realizar un estudio MBR a escala piloto en aguas residuales domésticas. Los resultados mostraron que los sólidos suspendidos en el efluente del proceso MBR eran cero y el número total de bacterias era mejor que el del agua potable. estándar, y las tasas de eliminación de DQO y nitrógeno amoniacal fueron superiores a 95, el efluente se puede reutilizar directamente. En 2001, Zhang Liqiu et al. derivaron teóricamente los principales parámetros de diseño HRT y SRT del MBR integrado para el tratamiento de aguas residuales domésticas, que proporcionaron una referencia para el diseño de ingeniería real. También llevaron a cabo investigaciones y debates en profundidad sobre el mecanismo de bloqueo de la membrana. propuso el mecanismo biológico dentro de la membrana La presencia de bloqueo.
Aunque nuestro país ha logrado logros notables en la investigación y discusión de la tecnología MBR, en comparación con Japón, el Reino Unido, los Estados Unidos y otros países, el nivel de investigación y pruebas de nuestro país todavía está relativamente rezagado. Debido a que hay menos tipos de módulos de membrana domésticos, la calidad de la película es mala y la vida útil suele ser más corta, por lo que existen ciertos problemas en las aplicaciones prácticas. Aunque en mi país se han utilizado biorreactores de membrana para tratar aguas residuales domésticas, hasta el momento no ha habido informes sobre plantas de tratamiento de aguas residuales domésticas bien diseñadas y bien operadas que utilicen biorreactores de membrana.
3. Clasificación del proceso MBR
El biorreactor de membrana se compone principalmente de dos partes: módulo de membrana y biorreactor. Según la combinación de módulo de membrana y biorreactor, la membrana se puede dividir en. dos partes: módulo de membrana y biorreactor. Los biorreactores se dividen en los siguientes tres tipos: biorreactores de membrana separados, biorreactores de membrana integrados y biorreactores de membrana compuestos.
3.1 Biorreactor de membrana dividida
El biorreactor de membrana dividida significa que el módulo de membrana y el biorreactor están configurados por separado y relativamente independientes. El módulo de membrana y el biorreactor están conectados entre sí a través de ellos. una bomba. La conexión de la tubería #El flujo del proceso del biorreactor de membrana dividida se muestra en la Figura 1.
El módulo de membrana y el biorreactor de este proceso están separados y funcionan de forma independiente, por lo que interfieren menos entre sí y son fáciles de ajustar y controlar. Además, el módulo de membrana se coloca fuera del biorreactor, lo que facilita su funcionamiento. para limpiar y reemplazar.# Pero su consumo de energía es grande y la bomba presurizada proporciona una presión más alta, lo que provoca un flujo cruzado de alta velocidad en la superficie de la membrana y retrasa la contaminación de la membrana. Esta es la razón de su alto costo de energía. El consumo por tonelada de efluente es de 2 a 10 kWh, que es aproximadamente lo mismo que el tratamiento de aguas residuales activado tradicional. El consumo de energía del método de lodo es de 10 a 20 veces mayor, por lo que la investigación sobre biorreactores de membrana integrados con menor consumo de energía ha ido atrayendo gradualmente la atención de la gente. .
3.2 Biorreactor de membrana integrado
El biorreactor de membrana integrado se originó en Japón y se utiliza principalmente para tratar aguas residuales domésticas. En los últimos años, algunos países europeos también están interesados en su investigación y aplicación# Integrado. El biorreactor de membrana es un módulo de membrana colocado directamente dentro del biorreactor, a veces también llamado biorreactor de membrana sumergida (SMBR), que depende de la presión negativa o la bomba de vacío generada por la gravedad o la succión de la bomba de agua como energía de salida de agua. El flujo se muestra en la Figura 2. Dado que el módulo de membrana se coloca en el biorreactor, este proceso reduce el área ocupada por el sistema de tratamiento. Además, este proceso utiliza una bomba de succión o bomba de vacío para succionar agua y el costo del consumo de energía es mucho menor que el de un split. biorreactor de membrana. El consumo de energía por tonelada de agua producida es aproximadamente 1/10 del tipo dividido. Si se utiliza agua por gravedad, este costo se puede ahorrar por completo. Sin embargo, dado que el módulo de membrana está sumergido en el líquido mezclado del biorreactor, se contamina rápidamente y es más complicado de limpiar. Es necesario sacar el módulo de membrana del reactor.
3.3 Biorreactor de membrana compuesta
El biorreactor de membrana compuesta también coloca el módulo de membrana en el biorreactor y descarga agua por gravedad o presión negativa, pero el biorreactor Los diferentes tipos son #composite MBR, que instala rellenos en el biorreactor para formar un sistema de tratamiento compuesto.
Hay dos propósitos para la instalación de rellenos en biorreactores de membrana compuesta: uno es mejorar la resistencia a la carga de impacto del sistema de tratamiento y garantizar el efecto de tratamiento del sistema, el otro es reducir el lodo activado en suspensión; la concentración del reactor, reduce el grado de contaminación de la membrana y garantiza un mayor flujo de membrana.
En el biorreactor de membrana compuesta, debido a la gran cantidad de microorganismos adheridos y creciendo en el relleno, se puede garantizar que el sistema tenga un alto efecto de procesamiento y la capacidad de resistir cargas de impacto, sin causar suspensión en el reactor. La concentración de lodos es demasiado alta, lo que afecta el flujo de la membrana.
4. Características del proceso MBR
4.1 Alta eficiencia de eliminación de contaminantes
El MBR tiene un muy buen efecto sobre la concentración de sólidos suspendidos (SS) y la turbidez. efectos. Dado que el tamaño de los poros de la membrana del módulo de membrana es muy pequeño (0,01 ~ 1 μm), puede interceptar todos los sólidos suspendidos y lodos en el biorreactor. Su efecto de separación sólido-líquido es mucho mejor que el que puede eliminar el tanque de sedimentación secundario. SS La tasa es superior a 99, llegando incluso a 100; la tasa de eliminación de turbidez también es superior a 90, y la turbidez del efluente es similar a la del agua del grifo.
Debido al eficiente efecto de interceptación del módulo de membrana, todo el lodo activado queda atrapado en el reactor, de modo que la concentración de lodo en el reactor puede alcanzar un alto nivel, hasta 40-50 g/L. De esta manera, la carga de lodo en el biorreactor se reduce considerablemente y se mejora la eficiencia de eliminación de materia orgánica del MBR. La tasa de eliminación promedio de DQO en las aguas residuales domésticas es superior a 94 y la tasa de eliminación promedio de DBO es superior a 96.
Al mismo tiempo, debido a la separación del módulo de membrana, el tiempo de retención hidráulica (HRT) y el tiempo de retención de lodos (SRT) en el biorreactor están completamente separados, lo que puede ralentizar el crecimiento y acortar Los microorganismos más largos (como las bacterias nitrificantes) también pueden sobrevivir en el reactor, lo que garantiza que, además de degradar eficientemente la materia orgánica, el MBR también tenga buenos efectos de nitrificación. Los estudios han demostrado que cuando MBR trata aguas residuales domésticas, la tasa promedio de eliminación de nitrógeno amoniacal es superior a 98 y la concentración de nitrógeno amoniacal en el efluente es inferior a 1 mg/L.
Además, después de seleccionar un Módulo de membrana con tamaño de poro adecuado, MBR puede eliminar eficazmente bacterias y virus. También tiene un buen efecto de eliminación, lo que elimina la necesidad de desinfección en los procesos de tratamiento tradicionales y simplifica enormemente el proceso.
Además, cuando la concentración de OD es baja, existe una zona anóxica o anaeróbica dentro de la micela bacteriana, creando las condiciones para la desnitrificación. Aunque la eficiencia de eliminación de TP no es alta utilizando únicamente el proceso MBR aeróbico, si se combina con anaeróbico, la tasa de eliminación de TP se puede mejorar considerablemente. Los estudios han demostrado que utilizando el proceso MBR compuesto A/O, la tasa de eliminación de TP puede alcanzar más del 70%.
4.2 tiene mayor flexibilidad y practicidad
En el tratamiento de aguas residuales urbanas o industriales, el proceso de tratamiento tradicional (rejilla desarenadora, tanque de sedimentación primaria, tanque de aireación 2, tanque de sedimentación y tanque de desinfección) tienen un proceso largo, ocupan una gran superficie y no se puede garantizar la calidad del efluente. ¡El proceso MBR (filtración de pantalla MBR) tiene un proceso corto y ocupa poco espacio! Tiene las características de capacidad de tratamiento de agua flexible y muestra ventajas obvias. La producción de agua de MBR se puede ajustar según la situación real simplemente aumentando o disminuyendo el número de módulos de membrana.
Para el fenómeno de expansión de lodos que ocurre en el proceso tradicional de lodos activados, MBR puede resolver fácilmente el problema porque no utiliza un tanque de sedimentación secundario para la separación sólido-líquido. De esta manera, la complejidad de las operaciones de gestión se reduce considerablemente, ¡lo que garantiza una alta calidad! Se hace posible una descarga de agua estable.
Al mismo tiempo, el proceso MBR es muy fácil de realizar con control automático, lo que mejora el nivel de automatización del tratamiento de aguas residuales.
4.3 Resuelto el problema de la difícil eliminación del exceso de lodos
La eliminación del exceso de lodos es una de las cuestiones clave para el funcionamiento de la planta de tratamiento de aguas residuales #En el proceso MBR, los lodos La carga es muy baja, los nutrientes en el reactor son relativamente escasos, los microorganismos están en la zona de respiración endógena y el rendimiento de lodos es bajo, por lo que la producción de lodos residuales es muy pequeña, el SRT se extiende y la concentración de el lodo residual descargado es grande, por lo que no es necesario concentrar el lodo sino deshidratarlo directamente, lo que ahorra enormemente el coste del tratamiento de lodos. Los estudios han demostrado que cuando se tratan aguas residuales domésticas, el tiempo óptimo de descarga de lodo de MBR es de aproximadamente 35 días.
De lo anterior se puede ver que las ventajas del proceso MBR no tienen comparación con otros procesos de tratamiento actuales. #¡Este proceso se utiliza en el tratamiento de aguas residuales urbanas o domésticas! Las aguas residuales orgánicas de alta concentración, las aguas residuales orgánicas refractarias y el agua recuperada tienen amplias perspectivas de aplicación.
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