1. Hvorfor bruge MBR?
Mangler og problemer ved traditionelle metoder (aktiveret slamproces):
Traditionel spildevandsrensning er primært afhængig af aktiveret slam (en gelatinøs masse dannet af mikroorganismer og de organiske og uorganiske stoffer, de klæber til) for at nedbryde forurenende stoffer. Efterfølgende ledes blandingen til en bundfældningstank, hvor slammet sætter sig naturligt, mens klart vand løber væk fra toppen. Denne metode har været brugt i århundreder, men den står over for flere vedvarende udfordringer:
Stort areal påkrævet: En stor sedimentationstank er nødvendig for at tillade mudderet at sætte sig langsomt.
Slam er tilbøjelig til at "hæve": hvis slammet ikke sætter sig ordentligt, vil det sandsynligvis flyde væk med vandet, hvilket resulterer i dårlig spildevandskvalitet.
Overskydende slam: Der produceres en stor mængde overskydende slam, hvor behandlingsomkostningerne udgør mere end 25 % af driftsomkostningerne.
Slamkoncentrationen i reaktionstanken kan ikke øges: den kan kun holdes på 1,5 til 3,5 gram pr. liter, hvilket begrænser reaktionseffektiviteten.
Fremkomsten af MBR har givet en løsning på de førnævnte problemer!
MBR'en erstatter den sekundære sedimentationstank med membranmoduler, hvorved der opnås en mere grundig adskillelse af slam og vand. Mikroorganismer opfanges af membranen, så de kan forblive i systemet, mens vandet udledes gennem membranen!
Som følge heraf kan slamkoncentrationen øges til 8 til 15 gram pr. liter, hvilket er 3 til 5 gange højere end ved traditionelle metoder.
Ikke længere bekymre dig om problemer med slammasse. Med membranporestørrelsesscreening, uanset om slamflokkene er løse eller ej, eller om de flyder eller ej, opfanger membranen direkte alt slammet. Uanset hvordan slammet fylder, eller hvor dårlig dets sedimentering er, kan det ikke passere gennem membranporerne og vil ikke gå tabt med spildevandet, hvilket sikrer en stabil spildevandskvalitet.
Spildevandskvaliteten er fremragende, med suspenderede faste stoffer næsten nul og turbiditet under 1 NTU.
2. Kerneprincipper for MBR
Sammensætning af MBR
MBR svarer til en bioreaktor plus et membranmodul. Bioreaktoren er der, hvor bakterier arbejder, mens membranmodulet fungerer som en sigte til udskillelse af mudret vand.
Klassificering efter membranmodulposition
Nedsænkningstype (integreret type): Membranen nedsænkes direkte i den biologiske tank, og vand udsuges ved undertrykssugning. Fordelen ved denne metode er lavt energiforbrug og lille fodaftryk, men ulempen er relativt lav membranflux.
Ekstern (separat) type: Membranen indstilles separat, og den blandede væske sættes under tryk af en pumpe og passerer derefter gennem membranen. Fordelen er stabil drift og nem rengøring, men energiforbruget er højere.
I øjeblikket er den nedsænkede MBR meget udbredt på markedet, især velegnet til behandling af husholdningsspildevand.
Klassificering efter membranmodulets form
Hulfibertype: høj pakningstæthed, lille fodaftryk, men tilbøjelig til ledningsbrud og blokering og vanskelig at rengøre.
Flad type: enkel at fremstille, nem at vedligeholde og nem at rengøre, men med en lavere pakningstæthed.
Rørtype: ikke tilbøjelig til tilstopning, modstandsdygtig over for forurening, let at rengøre, men med den laveste pakningstæthed og højere pris.
Hvordan fungerer "filtreringen" i MBR?
Kernen i MBR ligger i membranfiltrering. Afhængigt af driftstilstanden kan membranfiltrering kategoriseres i to typer:
Konstant trykfiltrering: Det er som at skubbe en si med en fast kraft. Til at begynde med flyder klart vand hurtigt, men efterhånden som overfladen af sigten bliver tilstoppet af slam, aftager strømmen. Vandproduktionshastigheden falder løbende over tid!
Konstant flowfiltrering: Den sigter mod en "konstant vandudgangshastighed". For at opnå dette, når membranen bliver forurenet og modstanden stiger, vil systemet automatisk øge sugekraften (transmembrantrykforskellen øges) for at opretholde den samme vandydelse. Samtidig bliver forurenende stoffer på membranoverfladen blæst af og skyllet væk, så membranen kan "tage vejret" gennem almindelig udluftningsskuring eller omvendt skylning. Denne tilgang kontrollerer ikke kun effektivt membranforurening, forlænger rengøringscyklussen, men opretholder også høj vandproduktionseffektivitet, hvilket gør det muligt for systemet at fungere stabilt i lang tid.
Hvordan "spiser" mikroorganismer forurenende stoffer?
Den biologiske behandling i MBR er i det væsentlige en proces med nedbrydning af organisk stof af mikroorganismer under aerobe forhold. Efter indtagelse af organisk stof gør mikroorganismer hovedsageligt to ting:
Anabolisme: En del af organisk stof bruges til at bygge ens egen krop, hvilket fører til en stigning i antallet af mikroorganismer.
Nedbrydningsmetabolisme: En anden del af det organiske stof nedbrydes fuldstændigt til stabile og harmløse stoffer som kuldioxid og vand, mens der frigives energi til mikroorganismer for at opretholde livet. (Dens essens ligner aktiveret slam)
3. Fordele og ulemper ved MBR
Kernefordelene ved MBR
Spildevandskvaliteten er fremragende: De suspenderede faste stoffer i MBR-spildevandet er næsten nul, med turbiditet under 1 NTU, og indikatorer som COD og ammoniaknitrogen er langt bedre end traditionelle processer. Det kan genbruges direkte til toiletskyl, grønning, bilvask, landskabsvandopfyldning osv.
Lille fodaftryk: Eliminerer behovet for en sekundær sedimentationstank, processen er kort og kan udformes som en underjordisk type, hvilket gør den særligt velegnet til byer eller boligområder med begrænset jord.
Lav overskydende slamproduktion: MBR kan fungere under lange slam-alderforhold, hvilket giver slammet mulighed for at fordøje sig selv, hvilket resulterer i en slamproduktionsvolumen, der kun er en-tredjedel til-halvdelen af traditionelle metoder, hvilket væsentligt reducerer omkostningerne ved bortskaffelse af slam.
Stærk modstandsdygtighed over for stødbelastninger: Den er ikke bange for at slam fyldes, da høj-koncentrationsslam giver en stærk bufferkapacitet.
Høj grad af automatisering: Den hydrauliske retentionstid og slamalderen er fuldstændig adskilt, hvilket gør det nemt at opnå fuldautomatisk kontrol og bekvem betjening og styring.
MBR's mangler og udfordringer
Høj investering: Omkostningerne til membrankomponenter er høje, og projektinvesteringen er 30% til 50% højere end for traditionelle metoder.
Højt energiforbrug: processer som membranbeluftning og sugning forbruger en betydelig mængde elektricitet!
Membranbegroning: Membranen kan blive tilstoppet og kræver regelmæssig rengøring. Membrantilsmudsning er opdelt i tre stadier - indledende tilsmudsning (adsorption inden for et par timer), langsom tilsmudsning (kolloidakkumulering inden for et par uger) og hurtig tilsmudsning (transmembrant trykfald stiger inden for få dage), hvilket nødvendiggør forskellige niveauer af rengøringsforanstaltninger.
Høje omkostninger til udskiftning af membraner: En membrans levetid er generelt omkring 5 år, og den skal udskiftes, når den udløber, hvilket er en betydelig udgift for lang-drift.
Kravene til forbehandlingen er strenge: ultra-fine gitre (1 til 2 millimeter) skal installeres, ellers vil hår og fibre vikle membranfibrene ind, hvilket forårsager alvorlig forurening og endda membranskader. Samtidig er den også meget følsom over for olieholdige stoffer.