Oleh: Kate
Email:kate@aquasust.com
Tarikh: 4 Disember 2024
1. Gambaran Keseluruhan Proses MBR
MBR (Reaktor Bio Membran)ialah teknologi rawatan biologi membran yang digunakan dalam rawatan air. Ia adalah sistem yang menggabungkan teknologi pengasingan membran dan teknologi rawatan biologi air sisa. Ia diiktiraf sebagai salah satu rawatan air sisa yang paling maju dan cekap dan teknologi pemulihan sumber di dunia hari ini.
Teknologi MBR menggunakan fungsi pengasingan membran, menggantikan tangki pemendapan sekunder proses enapcemar teraktif tradisional, penapis pasir, unit pembasmian kuman dan komponen lain dengan peranti pengasingan membran. Ia menggunakan membran penapisan mikro/ultrafiltrasi (MF/UF) untuk menapis terus efluen daripada tangki pengudaraan. Pepejal terampai dalam campuran enap cemar teraktif dikekalkan sepenuhnya dan diedarkan semula ke dalam reaktor. Akibatnya, umur enap cemar boleh dilanjutkan, kepekatan enap cemar meningkat, dan beban enap cemar dikurangkan. Ini mempercepatkan degradasi mikrob bahan pencemar, meningkatkan kecekapan rawatan air sisa dengan ketara, dan memastikan kualiti efluen bukan sahaja stabil dan boleh dipercayai tetapi juga memenuhi piawaian air tebus guna berkualiti tinggi. Ia amat sesuai untuk menaik taraf loji rawatan air sisa di China untuk memenuhi piawaian pelepasan baharu yang ditetapkan pada tahun 2011, serta untuk penggunaan semula air sisa industri.
Penapisan Mikro/Ultrafiltrasi (MF/UF)membran mempunyai saiz liang dan julat pemotongan berat molekul. Secara amnya, saiz liang membran ultraturasan adalah antara 0.01 hingga 0.1 μm, dengan julat pemotongan berat molekul (MWCO) 5,000 hingga 500,{{ 9}} Dalton. MWCO nominal membran penapisan mikro yang biasanya digunakan dalam rawatan air sisa berjulat dari 30,000 hingga 800,000 Dalton.
2. Kelebihan Membran MBR
MBR menawarkan kelebihan ketara yang tidak dapat dipadankan oleh proses biologi kendiri lain:
1.Kualiti Efluen Cemerlang dan Stabil
Ini ditunjukkan dalam kecekapan tinggi pengasingan pepejal-cecair. Pepejal terampai efluen hampir selalu boleh dikekalkan hampir kepada sifar, dan ia tidak mudah dipengaruhi oleh faktor seperti penguraian enap cemar atau pukal enap cemar dalam jangka pendek.
2.Reka Bentuk Reaktor Padat
Reaktor lebih padat kerana ia boleh beroperasi secara normal pada kepekatan enapcemar yang tinggi, menghasilkan kecekapan penyingkiran organik yang tinggi sambil menjimatkan ruang. Tidak ada keperluan untuk sistem tangki pemendapan sekunder.
3.Sesuai untuk Penanaman Bakteria Nitrifikasi Aerobik
Sistem ini meningkatkan kapasiti nitrifikasi zon aerobik. Ini ditunjukkan dalam kecekapan tinggi penyingkiran nitrogen ammonia, yang kekal stabil dalam tempoh yang lama.
4.Pengasingan Lengkap Masa Pengekalan Hidraulik dan Masa Pengekalan Enapcemar
Pengasingan lengkap masa pengekalan hidraulik (HRT) dan masa pengekalan enapcemar (SRT) reaktor membolehkan kawalan operasi yang lebih fleksibel.
5.Kepekatan Mikrob yang Tinggi dan Rintangan Beban Hentakan Kuat
Kepekatan mikrob dalam reaktor adalah tinggi, dan ia mempunyai rintangan yang kuat terhadap beban kejutan. Dengan umur enap cemar yang panjang, pengasingan membran memastikan molekul besar yang sukar didegradasi dalam air sisa mempunyai masa pengekalan yang mencukupi dalam jumlah reaktor terhad secara biologi. Ini sangat meningkatkan kecekapan degradasi bahan organik yang keras. Reaktor beroperasi di bawah beban isipadu tinggi, beban enap cemar rendah dan umur enap cemar yang lama, yang membantu mengurangkan pelepasan enap cemar dengan berkesan.
3. Trend Pembangunan Masa Depan Membran MBR
1.Peranan Penting Teknologi MBR dalam Rawatan Air Sisa
Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, pengalaman telah menunjukkan bahawa teknologi MBR adalah matang, dan reka bentuk dan operasi yang berjaya boleh dicapai. Ia boleh digunakan untuk rawatan kedua-dua air sisa perbandaran dan air sisa industri. Oleh itu, apabila teknologi MBR terus berkembang dan matang, ia dijangka digunakan secara meluas di peringkat global sebagai teknologi yang cekap dari segi ekonomi dan praktikal.
2.Prospek untuk Permohonan MBR
Permohonan utama untuk MBR haruslah rawatan air sisa perbandaran, terutamanya kerana bandar memerlukan kawasan tanah yang kecil untuk rawatan air sisa. Efluen berkualiti tinggi boleh digunakan semula atau berfungsi sebagai pra-rawatan untuk penapisan nano dan osmosis terbalik, dan piawaian pelepasan yang ketat mesti dipenuhi.
Teknologi MBR juga berkesan dalam merawat air sisa industri, seperti air sisa pemprosesan makanan, air sisa rumah penyembelihan, dan larut resapan tapak pelupusan. Ia telah menunjukkan kecekapan penyingkiran yang sangat baik untuk bahan pengganggu endokrin (EDS) dalam resapan tapak pelupusan dan boleh mengeluarkan nitrat dalam air minuman (dengan kadar penyingkiran sehingga 98.5%).
3.Kawalan Pengotoran Membran
Kajian lanjut diperlukan mengenai mekanisme kekotoran membran, khususnya kajian kekotoran biologi. Membran yang lebih berkesan, terkawal dan diminimumkan penyelesaian kekotoran harus dibangunkan. Penggunaan teknologi komputer dan sensor untuk kawalan kekotoran membran dalam talian harus diterokai sepenuhnya. Dalam menambah baik kaedah pembersihan, perhatian khusus harus diberikan kepada penggunaan bahan kimia yang selamat.
4.Memilih Struktur dan Bahan Membran Berdasarkan Jenis Air Sisa
Struktur dan bahan membran hendaklah dipilih dengan betul berdasarkan jenis air sisa. Bahan membran dan pemasangan modul baru yang cekap tenaga dan berprestasi tinggi harus diguna pakai. Penyepaduan sistem MBR aerobik dan anaerobik harus digalakkan. Selain itu, model matematik dan teknologi komputer harus digunakan sepenuhnya untuk mengoptimumkan parameter operasi untuk mencapai kualiti efluen yang lebih baik, menjadikan proses lebih menjimatkan dan cekap.
4. Prinsip Operasi Membran MBR
Dalam aplikasi kejuruteraan praktikal, proses MBR (Membrane Bio-Reactor) yang direndam lebih biasa digunakan, dan pengalaman industri dengan sistem jenis ini agak matang. Oleh itu, kami akan menggunakan jenis MBR ini sebagai contoh untuk analisis. Prinsip umum adalah seperti berikut:
Air mentah memasuki bioreaktor, di mana bahan organik teroksida dan terurai oleh enap cemar teraktif campuran berkepekatan tinggi. Di bawah modul membran terdapat sistem pengudaraan, yang bukan sahaja menyediakan oksigen terlarut (DO) yang mencukupi untuk mikroorganisma dalam minuman keras campuran tetapi juga menggalakkan pencampuran menyeluruh. Pergolakan yang disebabkan oleh gelembung, bersama-sama dengan aliran edaran yang terbentuk pada permukaan membran, mempunyai kesan penggosokan dan ricih pada permukaan membran, dengan berkesan menghalang pemendapan bahan pencemar yang tidak dapat dipulihkan pada permukaan membran di bawah keadaan bukan buatan. Air yang dirawat kemudiannya ditarik melalui pam penyebuan sendiri dan dipisahkan oleh membran, dengan fasa cecair melalui membran dan dilepaskan daripada sistem.
Biasanya, proses MBR mempunyai beberapa parameter operasi utama, termasuk fluks membran, pekali kebolehtelapan, kadar pengekalan dan polarisasi kepekatan.
1.Fluks Membran
Fluks membran (J) merujuk kepada jumlah bahan yang melalui satu unit luas membran per unit masa. Ia biasanya dinyatakan dalam unit SI sebagai [m³/(m²·s)] atau dipermudahkan kepada m/s. Dalam pengiraan kejuruteraan praktikal, unit bukan SI sering digunakan untuk mengukur fluks, seperti LMH (liter per meter persegi sejam), dengan unit [L/(m²·h)]. Membran MBR biasa yang memenuhi keperluan rawatan air sisa am mempunyai LMH sekurang-kurangnya 10 L/(m²·h).
Faktor-faktor yang mempengaruhi fluks membran termasuk daya penggerak untuk pemindahan jisim, rintangan membran, keadaan aliran larutan suapan pada bahagian membran (bersamaan dengan rintangan lapisan sempadan), dan tahap kekotoran membran.
2.Pekali Kebolehtelapan
Pekali kebolehtelapan (Lp) membran mewakili kuantiti bahan yang melalui membran per unit masa dan luas unit di bawah tekanan unit. Ia hanya dinyatakan sebagai fluks membran di bawah keadaan tekanan unit. Pekali kebolehtelapan adalah salah satu parameter utama untuk menilai prestasi semasa membran.
3. Kadar Pengekalan
Dalam proses pemisahan membran, cecair yang melalui membran dipanggil meresap, dan cecair yang ditahan oleh membran dipanggil retentate. Kadar pengekalan digunakan untuk mencirikan prestasi pemisahan membran, termasuk kadar pengekalan yang diperhatikan/dilaporkan (Robs) dan kadar pengekalan sebenar/intrinsik (Ract). Definisinya adalah seperti berikut:
Di mana Cp dan Cb mewakili kepekatan zat terlarut dalam larutan resapan dan suapan, masing-masing, yang boleh diukur secara langsung. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh bahan terlarut dikekalkan dan melekat pada permukaan membran, kepekatan bahan terlarut (Cm) pada permukaan membran adalah lebih tinggi daripada kepekatan purata larutan suapan. Oleh itu, kadar pengekalan sebenar ialah:
Nilai Cm secara amnya tidak boleh diukur secara langsung dan perlu dianggarkan menggunakan model pengiraan.
4.Polarisasi Kepekatan
Semasa proses didorong tekanan sebenar, fluks membran sering berkurangan dari semasa ke semasa, dan kadar pengekalan bahan terlarut juga berubah. Penyebab utama fenomena ini ialah polarisasi kepekatan dan kekotoran membran.
Polarisasi kepekatan merujuk kepada fenomena di mana, di bawah keadaan yang didorong oleh tekanan, pelarut dalam larutan suapan melepasi secara bebas melalui membran, manakala bahan terlarut dikekalkan oleh membran. Aliran pelarut secara berterusan membawa zat terlarut ke permukaan membran, menyebabkan terkumpulnya zat terlarut pada membran. Akibatnya, kepekatan zat terlarut (Cm) pada permukaan membran secara beransur-ansur meningkat, membawa kepada kecerunan kepekatan yang menyebabkan resapan terbalik dari permukaan membran ke larutan suapan. Selepas tempoh penstabilan, apabila aliran larutan suapan ke permukaan membran sama dengan resapan terbalik, lapisan sempadan polarisasi kepekatan yang stabil terbentuk. Keadaan pengekalan lengkap dinyatakan dengan persamaan berikut:
Nisbah Cm/Cb dipanggil nisbah polarisasi kepekatan. Semakin tinggi nisbah, semakin tidak baik untuk pemisahan membran.
Fluks membran (J) lebih mudah diukur, tetapi k ialah nisbah pekali resapan kepada ketebalan lapisan sempadan. Nilai k adalah berkaitan dengan keadaan aliran pada permukaan membran dan boleh dikira menggunakan korelasi nombor tanpa dimensi pemindahan jisim atau ditentukan secara eksperimen. Kaedah untuk menentukan nilai k boleh didapati dalam kertas kerja oleh Zeman dan Zydney (1996).
