1. Per què utilitzar MBR?
Deficiències i problemes dels mètodes tradicionals (procés de fangs activats):
El tractament tradicional d'aigües residuals es basa principalment en els fangs activats (una massa gelatinosa formada per microorganismes i les substàncies orgàniques i inorgàniques a les quals s'adhereixen) per descompondre els contaminants. Posteriorment, la mescla es dirigeix a un dipòsit de sedimentació on el fang s'assenta de manera natural, mentre que l'aigua clara flueix des de la part superior. Aquest mètode s'ha utilitzat durant segles, però s'enfronta a diversos reptes persistents:
Requereix una gran superfície: es necessita un gran dipòsit de sedimentació per permetre que el fang s'assenti lentament.
Els fangs són propensos a "inflar-se": si els fangs no es dipositen correctament, és probable que flueixin amb l'aigua, donant lloc a una mala qualitat de l'efluent.
Excés de fangs excessius: es produeix una gran quantitat d'excés de fangs, amb un cost de tractament que representa més del 25% del cost d'explotació.
La concentració de fangs al dipòsit de reacció no es pot augmentar: només es pot mantenir entre 1,5 i 3,5 grams per litre, limitant l'eficiència de la reacció.
L'aparició de MBR ha donat una solució als problemes esmentats!
L'MBR substitueix el dipòsit de sedimentació secundari per mòduls de membrana, aconseguint una separació més completa de fangs i aigua. Els microorganismes són interceptats per la membrana, cosa que els permet romandre al sistema mentre l'aigua es descarrega a través de la membrana!
Com a resultat, la concentració de fangs es pot augmentar de 8 a 15 grams per litre, que és de 3 a 5 vegades superior a la dels mètodes tradicionals.
Ja no us preocupeu pels problemes d'acumulació de fangs. Amb el cribratge de la mida dels porus de la membrana, independentment de si els flocs de fang estan solts o no, o si suren o no, la membrana atrapa directament tots els fangs. Per molt que els fangs s'acumulin o com sigui de mala sedimentació, no pot passar pels porus de la membrana i no es perdrà amb l'efluent, assegurant una qualitat estable de l'efluent.
La qualitat de l'aigua efluent és excel·lent, amb sòlids en suspensió gairebé zero i terbolesa per sota d'1 NTU.
2. Principis bàsics de MBR
Composició de MBR
MBR és equivalent a un bioreactor més un mòdul de membrana. El bioreactor és on treballen els bacteris, mentre que el mòdul de membrana serveix com a garbell per separar l'aigua fangosa.
Classificació per posició del mòdul de membrana
Tipus d'immersió (tipus integrat): la membrana es submergeix directament al dipòsit biològic i l'aigua s'extreu per succió de pressió negativa. L'avantatge d'aquest mètode és un baix consum d'energia i una petita empremta, però el desavantatge és un flux de membrana relativament baix.
Tipus extern (separat): la membrana es posa per separat i el líquid barrejat es pressuritza mitjançant una bomba i després passa a través de la membrana. L'avantatge és un funcionament estable i fàcil de netejar, però el consum d'energia és més elevat.
Actualment, el MBR immers s'utilitza àmpliament al mercat, especialment adequat per al tractament d'aigües residuals domèstiques.
Classificació segons la forma del mòdul de membrana
Tipus de fibra buida: alta densitat d'embalatge, petita empremta, però propens al trencament i bloqueig del cable i difícil de netejar.
Tipus pla: senzill de fabricar, fàcil de mantenir i fàcil de netejar, però amb una densitat d'embalatge més baixa.
Tipus de tub: no propens a l'obstrucció, resistent a la contaminació, fàcil de netejar, però amb la menor densitat d'embalatge i un preu més elevat.
Com funciona la "filtració" en MBR?
El nucli de MBR es troba en la filtració de membrana. Depenent del mode operatiu, la filtració de membrana es pot classificar en dos tipus:
Filtració a pressió constant: és com empènyer un sedàs amb una força fixa. Al principi, l'aigua clara flueix ràpidament, però a mesura que la superfície del sedàs s'obstrueix amb fangs, el flux disminueix. La taxa de producció d'aigua disminueix contínuament amb el temps!
Filtració de flux constant: té com a objectiu una "taxa de sortida d'aigua constant". Per aconseguir-ho, quan la membrana es contamina i la resistència augmenta, el sistema augmentarà automàticament la força d'aspiració (augmenta la diferència de pressió transmembrana) per mantenir la mateixa sortida d'aigua. Al mateix temps, mitjançant el fregat per aireació regular o el rentat invers, els contaminants de la superfície de la membrana s'eliminen i s'eliminen, permetent que la membrana "prengui aire". Aquest enfocament no només controla eficaçment la contaminació de la membrana, allarga el cicle de neteja, sinó que també manté una alta eficiència en la producció d'aigua, permetent que el sistema funcioni de manera estable durant molt de temps.
Com "mengen" els microorganismes els contaminants?
El tractament biològic en MBR és essencialment un procés de descomposició de la matèria orgànica per part de microorganismes en condicions aeròbiques. Després d'ingerir matèria orgànica, els microorganismes fan principalment dues coses:
Anabolisme: una part de la matèria orgànica s'utilitza per construir el propi cos, provocant un augment del nombre de microorganismes.
Metabolisme de descomposició: una altra part de la matèria orgànica es descomposa completament en substàncies estables i inofensives com el diòxid de carboni i l'aigua, alhora que allibera energia perquè els microorganismes mantinguin la vida. (La seva essència és semblant al fang activat)
3. Avantatges i inconvenients de MBR
Els principals avantatges de MBR
La qualitat de l'efluent és excel·lent: els sòlids en suspensió a l'efluent MBR són gairebé nuls, amb una terbolesa per sota d'1 NTU, i indicadors com el DQO i el nitrogen amoníac són molt superiors als dels processos tradicionals. Es pot reutilitzar directament per a la neteja del vàter, l'ambientalització, el rentat de cotxes, la reposició d'aigua del paisatge, etc.
Petita empremta: eliminant la necessitat d'un dipòsit de sedimentació secundari, el procés és curt i es pot dissenyar com un tipus subterrani, el que el fa especialment adequat per a ciutats o zones residencials amb terreny limitat.
Baix excés de producció de fangs: l'MBR pot funcionar en condicions de llarga edat dels fangs, cosa que permet que els fangs es digerin per si mateixos, donant com a resultat un volum de producció de fangs que només és d'un-terç a{1}}la meitat del dels mètodes tradicionals, reduint significativament el cost de l'eliminació dels fangs.
Forta resistència a les càrregues de xoc: no té por de l'aglomeració dels fangs, ja que els fangs d'alta-concentració ofereixen una gran capacitat d'amortiment.
Alt grau d'automatització: el temps de retenció hidràulica i l'edat dels fangs estan completament separats, cosa que fa que sigui fàcil d'aconseguir un control totalment automàtic i un funcionament i una gestió convenients.
Les deficiències i els reptes de MBR
Alta inversió: el cost dels components de la membrana és elevat i la inversió del projecte és d'un 30% a un 50% superior a la dels mètodes tradicionals.
Alt consum d'energia: processos com l'aireació de membrana i la succió consumeixen una quantitat important d'electricitat!
Embutiment de la membrana: la membrana es pot obstruir i requereix neteja regular. L'encrasament de la membrana es divideix en tres etapes - encrustació inicial (adsorció en unes poques hores), ensuciació lenta (acumulació de col·loides en unes poques setmanes) i encrustació ràpida (la caiguda de pressió transmembrana augmenta en pocs dies), que requereixen diferents nivells de mesures de neteja.
Cost elevat de substitució de la membrana: la vida útil d'una membrana generalment és d'uns 5 anys i s'ha de substituir quan caduca, la qual cosa suposa una despesa important per a l'operació-a llarg termini.
Els requisits de pretractament són estrictes: s'han d'instal·lar reixes ultra-fines (d'1 a 2 mil·límetres), en cas contrari, els cabells i les fibres embolicaran les fibres de la membrana, provocant una contaminació severa i fins i tot danys a la membrana. Al mateix temps, també és molt sensible a les substàncies grasses.