Iintroducció
Amb estàndards ambientals cada cop més estrictes i una demanda en constant augment de reutilització d'aigua, els bioreactors de membrana (MBR) s'han convertit en la tecnologia principal per al tractament avançat d'aigües residuals i la utilització dels recursos. Els materials de membrana, com a component bàsic dels MBR, determinen directament l'estabilitat operativa del sistema, l'eficiència del tractament i el cost total del cicle de vida. Les membranes orgàniques tradicionals pateixen inconvenients com ara la susceptibilitat a la contaminació, la vida útil curta i la poca resistència a la corrosió, cosa que les fa inadequades per a condicions d'aigua complexes i dures. Les membranes planes-de carbur de silici, amb les seves propietats superiors de resistència a la corrosió ultra-, alt flux, llarga vida útil i fortes capacitats anti-incrustacions, proporcionen una solució robusta per a les actualitzacions del procés MBR i s'utilitzen àmpliament en aigües residuals municipals, aigües residuals industrials i tractament de salmorra concentrada.
I. Introducció a la Tecnologia MBR
1. Principi de procés
MBR (Membrane Bioreactor) és un procés de tractament d'aigües residuals que integra profundament les tecnologies de biodegradació i separació de membranes. Substitueix el dipòsit de sedimentació secundari en el procés tradicional de fangs activats per un mòdul de membrana d'ultrafiltració, aconseguint una separació eficient de fangs i aigua. Després que les aigües residuals entren al bioreactor, els microorganismes descomponen contaminants com el DQO, el nitrogen amoníac i el fòsfor total; la membrana d'ultrafiltració (mida dels porus 0,02-0,1 μm) atrapa amb precisió el fang activat, els col·loides, els bacteris i les partícules en suspensió, donant lloc a un efluent clar i estèril, solucionant completament els problemes de pèrdua de fangs i efluents tèrbols en els processos tradicionals.
2. Característiques bàsiques del procés
(1) Gran capacitat de tractament i bona qualitat de l'efluent
El procés MBR té una càrrega elevada i una eficiència de tractament més alta que els reactors de tractament biològic general. La qualitat de l'efluent és similar a l'aspecte de l'aigua de l'aixeta i pot complir totalment els requisits per a l'aigua recuperada. Actualment és la tecnologia amb millor qualitat d'efluent entre tots els processos de tractament d'aigües residuals.
(2) Forta resistència a les càrregues d'impacte
L'alta concentració de fangs confereix a MBR una forta resistència a les càrregues de xoc, i també té una edat de fang extremadament llarga, donant lloc a una qualitat d'efluent molt estable.
(3) Bon efecte d'eliminació de nitrogen d'amoníac
Amb una alta concentració de fangs, una llarga edat del fang i una baixa càrrega de fang, és especialment adequat per a la nitrificació per eliminar el nitrogen amoníac i pot eliminar fins a 1500 mg/L de nitrogen amoníac.
(4) Menys fangs residuals
Els fangs MBR tenen una llarga edat de fang, els microorganismes es troben en fase de respiració endògena, la producció de fangs en excés és baixa i la contaminació secundària és mínima.
(5) Salva terra
No requereix un dipòsit de sedimentació secundari ni altres dispositius de filtració i purificació. El procés és senzill i ocupa una superfície reduïda, només aproximadament 1/3 de la superfície de terra requerida pels processos de tractament convencionals, el que el fa molt adequat per al seu ús en llocs amb terreny limitat.
(3) Control automàtic, fàcil d'equipar
MBR elimina els problemes de l'acumulació de fangs i la pèrdua de fangs, produeix nivells baixos de fangs residuals i pot aconseguir un control totalment automatitzat, facilitant l'operació i la gestió.
II. Avantatges de les membranes de xapa plana de carbur de silici en processos MBR
1. Extremadament resistent a la corrosió, adequat per a condicions de treball extremes
Fabricat amb pols de carbur de silici d'alta puresa-recristal·litzat i sinteritzat a 2400 graus, és resistent als àcids i àlcalis en el rang de pH de 0 a 14 i pot suportar la corrosió d'àcids forts, àlcalis forts, oxidants d'alta-concentració i dissolvents orgànics. Pot funcionar de manera estable i sense envelliment en condicions d'aigua dures, com ara salmorra concentrada, aigües residuals químiques i lixiviats d'abocador durant molt de temps.
2. Operació d'alt rendiment-, que resulta en una major eficiència de processament.
La superfície de la membrana té un angle de contacte amb l'aigua de només 10,3 graus, la qual cosa la fa extremadament hidròfila. El seu flux operatiu és estable a 60-100 LMH, que és 3-4 vegades el de les membranes orgàniques. Per a la mateixa escala de tractament, requereix menys àrea de membrana i el dipòsit de membrana ocupa menys espai, reduint significativament els costos d'enginyeria civil.
3. Forta resistència a les taques, fàcil de netejar i restaurar
La superfície de la membrana està fortament carregada negativament, repel·lent electrostàticament els fangs, els col·loides i l'oli, donant com a resultat una excel·lent capacitat anti-incrustació. L'aireació i el rentat retarden la contaminació i, després de la contaminació, la neteja d'àcids, àlcalis i oxidants d'alta concentració -poden restaurar el 100% del flux. El cicle de neteja és llarg i el manteniment és senzill.
4. Vida útil ultra-llarga i baix cost de vida útil total.
Té una alta resistència mecànica, resistència al desgast, sense risc de trencament de la fibra i una vida útil superior o igual a 10 anys, que és 3-4 vegades la de les membranes orgàniques; el volum d'aireació és només la meitat del de les membranes orgàniques, el que resulta en un baix consum d'energia; no requereix la substitució freqüent de la membrana, reduint significativament els costos de consumibles i el temps d'inactivitat, i té beneficis econòmics destacats durant tot el seu cicle de vida.
5. Altament compatible i fàcil d'actualitzar i modificar.
És totalment compatible amb els sistemes MBR orgànics existents i pot substituir les membranes orgàniques in situ sense modificacions importants de l'equip; és adequat per a qualitats complexes d'aigua, com ara alta concentració de fangs, alt contingut d'oli i alta salinitat, i és fàcil d'actualitzar i ràpid de mostrar resultats.
III. Casos d'aplicació típics
Cas 1: Un projecte de tractament d'aigües residuals en un municipi determinat
Capacitat de processament: 3000 m³/d
Esquema de procés: la membrana plana de carbur de silici MBR s'utilitza per substituir el tanc de sedimentació secundari tradicional.
Resultats de l'aplicació: efluent estable i compatible, funcionament i manteniment senzills, solucionant eficaçment el problema de l'abocament d'aigües residuals a les zones rurals.
Cas 2: Projecte de millora d'aigües residuals salines concentrades d'una planta química del carbó
Capacitat de processament: 76 m³/h
Antecedents d'actualització: la membrana orgànica original tenia una vida útil curta, requeria una substitució freqüent i era costosa.
Resultats de l'aplicació: després de la substitució per una membrana plana de carbur de silici, l'estabilitat operativa es va millorar significativament, la vida útil de la membrana es va allargar molt i el cost de manteniment es va reduir significativament.
Cas 3: Projecte de tractament d'aigües residuals en una zona de servei
Capacitat de processament: 120 m³/d
Solució de procés: equip integrat MBR de membrana plana de carbur de silici
Resultats de l'aplicació: empremta compacta, funcionament automatitzat, tractament estable d'aigües residuals domèstiques descentralitzades i efluents compleixen els estàndards de reutilització.
Cas 4: Un projecte de sistema MBR d'aigües residuals industrials a Singapur
Capacitat de processament: 150 m³/d
Efecte d'aplicació: substituint les membranes orgàniques tradicionals per membranes ceràmiques de carbur de silici, es pot aconseguir un tractament profund de les aigües residuals industrials en un espai limitat.
