1. Kodėl naudoti MBR?
Tradicinių metodų (aktyviojo dumblo proceso) trūkumai ir bėdos:
Tradicinis nuotekų valymas pirmiausia priklauso nuo aktyviojo dumblo (želatininės masės, kurią sudaro mikroorganizmai ir organinės bei neorganinės medžiagos, prie kurių jie prilimpa), kad suskaidytų teršalus. Vėliau mišinys nukreipiamas į nusodinimo rezervuarą, kuriame dumblas natūraliai nusėda, o skaidrus vanduo teka iš viršaus. Šis metodas buvo naudojamas šimtmečius, tačiau jis susiduria su keletu nuolatinių iššūkių:
Reikalingas didelis plotas: reikalingas didelis sedimentacijos rezervuaras, kad purvas lėtai nusistovėtų.
Dumblas yra linkęs „brinkti“: jei dumblas netinkamai nusėda, jis greičiausiai nutekės kartu su vandeniu, todėl nuotekų kokybė blogėja.
Perteklinis dumblo perteklius: susidaro didelis kiekis perteklinio dumblo, o apdorojimo išlaidos sudaro daugiau nei 25 % veiklos sąnaudų.
Dumblo koncentracijos reakcijos rezervuare didinti negalima: ją galima palaikyti tik 1,5–3,5 gramo litre, ribojant reakcijos efektyvumą.
MBR atsiradimas padėjo išspręsti minėtas problemas!
MBR antrinį nusodinimo rezervuarą pakeičia membraniniais moduliais, todėl dumblas ir vanduo yra atskiriami nuodugniau. Mikroorganizmus sulaiko membrana, todėl jie gali likti sistemoje, kol vanduo išleidžiamas per membraną!
Dėl to dumblo koncentracija gali būti padidinta iki 8–15 gramų litre, o tai yra 3–5 kartus daugiau nei naudojant tradicinius metodus.
Nebesijaudinkite dėl dumblo užpildymo problemų. Atliekant membranos porų dydžio atranką, neatsižvelgiant į tai, ar dumblo flokai yra laisvi, ar ne, ar jie plūduriuoja, ar ne, membrana tiesiogiai sulaiko visą dumblą. Nepriklausomai nuo to, kaip dumblas yra tūrinis ar prastas jo nusėdimas, jis negali prasiskverbti pro membranos poras ir nebus prarastas kartu su nuotekomis, užtikrinant stabilią nuotekų kokybę.
Nuotekų vandens kokybė yra puiki, skendinčių kietųjų dalelių beveik nulis, o drumstumas mažesnis nei 1 NTU.
2. Pagrindiniai MBR principai
MBR sudėtis
MBR prilygsta bioreaktoriui ir membraniniam moduliui. Bioreaktoriuje dirba bakterijos, o membraninis modulis tarnauja kaip sietelis purvinam vandeniui atskirti.
Klasifikacija pagal membranos modulio padėtį
Panardinimo tipas (integruotas): membrana yra tiesiogiai panardinama į biologinį rezervuarą, o vanduo ištraukiamas neigiamo slėgio siurbimu. Šio metodo pranašumas yra mažas energijos suvartojimas ir nedidelis plotas, tačiau trūkumas yra palyginti mažas membranos srautas.
Išorinis (atskiras) tipas: membrana nustatoma atskirai, o sumaišytas skystis spaudžiamas siurbliu ir praeina per membraną. Privalumas yra stabilus veikimas ir lengvas valymas, tačiau energijos sąnaudos yra didesnės.
Šiuo metu rinkoje plačiai naudojamas panardinamasis MBR, ypač tinkamas buitinėms nuotekoms valyti.
Klasifikacija pagal membranos modulio formą
Tuščiavidurio pluošto tipas: didelis pakavimo tankis, nedidelis plotas, tačiau linkęs lūžti ir užsikimšti viela, sunkiai valomas.
Plokščias tipas: paprastas gaminti, lengvai prižiūrimas ir lengvai valomas, bet mažesnis pakavimo tankis.
Vamzdžio tipas: nelinkęs užsikimšti, atsparus užterštumui, lengvai valomas, bet mažiausią pakavimo tankį ir didesnę kainą.
Kaip veikia MBR „filtravimas“?
MBR esmė yra filtravimas membranoje. Priklausomai nuo veikimo režimo, membraninis filtravimas gali būti suskirstytas į du tipus:
Pastovaus slėgio filtravimas: tai tarsi sieto stumimas fiksuota jėga. Iš pradžių skaidrus vanduo teka greitai, bet sieto paviršiui užsikimšus dumblu, tekėjimas sulėtėja. Vandens gamybos greitis laikui bėgant nuolat mažėja!
Pastovaus srauto filtravimas: siekiama „pastovaus vandens išleidimo greičio“. Kad tai būtų pasiekta, kai membrana užsiteršia ir padidėja pasipriešinimas, sistema automatiškai padidins siurbimo jėgą (padidės transmembraninio slėgio skirtumas), kad išlaikytų tą patį vandens išeigą. Tuo pačiu metu, reguliariai plaunant aeracija arba atvirkštiniu praplovimu, membranos paviršiuje esantys teršalai nupučiami ir nuplaunami, todėl membrana gali „kvėpuoti“. Šis metodas ne tik efektyviai kontroliuoja membranų taršą, prailgina valymo ciklą, bet ir palaiko aukštą vandens gamybos efektyvumą, leidžiantį sistemai ilgą laiką veikti stabiliai.
Kaip mikroorganizmai „valgo“ teršalus?
Biologinis apdorojimas MBR iš esmės yra organinių medžiagų skaidymo procesas mikroorganizmais aerobinėmis sąlygomis. Nurijus organines medžiagas, mikroorganizmai daugiausia atlieka du dalykus:
Anabolizmas: dalis organinių medžiagų naudojama savo kūnui kurti, todėl daugėja mikroorganizmų.
Skilimo medžiagų apykaita: kita dalis organinių medžiagų visiškai suskaidoma į stabilias ir nekenksmingas medžiagas, tokias kaip anglies dioksidas ir vanduo, tuo pačiu išskirdama energiją mikroorganizmams gyvybei palaikyti. (Jo esmė panaši į aktyvųjį dumblą)
3. MBR privalumai ir trūkumai
Pagrindiniai MBR pranašumai
Nuotekų kokybė yra puiki: MBR nuotekose skendinčių kietųjų dalelių yra beveik nulis, drumstumas mažesnis nei 1 NTU, o tokie rodikliai kaip ChDS ir amoniakinis azotas yra daug pranašesni už tradicinių procesų rodiklius. Jis gali būti tiesiogiai pakartotinai naudojamas tualeto nuleidimui, apželdinimui, automobilių plovimui, kraštovaizdžio vandens papildymui ir kt.
Mažas plotas: antrinio nusodinimo rezervuaro nereikia, procesas yra trumpas ir gali būti suprojektuotas kaip požeminis, todėl jis ypač tinka miestams ar gyvenamosioms vietovėms, kuriose žemė yra ribota.
Mažas perteklinis dumblo gamyba: MBR gali veikti esant ilgo dumblo senėjimo sąlygoms, leidžiant dumblui pačiam suvirškinti, todėl dumblo gamybos apimtis yra tik nuo -trečdalio iki-pusės tradicinių metodų, o tai žymiai sumažina dumblo šalinimo išlaidas.
Didelis atsparumas smūginėms apkrovoms: jis nebijo dumblo susikaupimo, nes didelės{0}}koncentracijos dumblas užtikrina didelį buferinį pajėgumą.
Aukštas automatizavimo laipsnis: hidraulinio sulaikymo laikas ir dumblo amžius yra visiškai atskirti, todėl lengva pasiekti visiškai automatinį valdymą ir patogų valdymą bei valdymą.
MBR trūkumai ir iššūkiai
Didelės investicijos: membraninių komponentų kaina yra didelė, o projekto investicijos yra 30–50% didesnės nei tradicinių metodų.
Didelis energijos suvartojimas: tokie procesai kaip membraninis aeravimas ir siurbimas sunaudoja daug elektros energijos!
Membranos užsiteršimas: membrana gali užsikimšti ir ją reikia reguliariai valyti. Membraninis užsiteršimas skirstomas į tris etapus - pradinis užsiteršimas (adsorbcija per kelias valandas), lėtas užsiteršimas (koloidų kaupimasis per kelias savaites) ir greitas užsiteršimas (transmembraninis slėgio kritimas padidėja per kelias dienas), todėl būtinos skirtingo lygio valymo priemonės.
Didelės membranos keitimo išlaidos: membranos tarnavimo laikas paprastai yra apie 5 metus, o pasibaigus jos galiojimo laikui ją reikia pakeisti, o tai yra didelės išlaidos ilgalaikiam veikimui.
Išankstinio apdorojimo reikalavimai yra griežti: turi būti sumontuotos itin plonos grotelės (1–2 milimetrai), kitaip plaukai ir pluoštai susipainios su membranos pluoštais, sukeldami didelę taršą ir net membranos pažeidimus. Tuo pačiu metu jis yra labai jautrus riebioms medžiagoms.