En la millora municipal, la renovació d'aigües residuals industrials i els projectes d'expansió d'antigues plantes d'aigua, MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) ha estat durant molt de temps el procés principal i preferit.
En comparació amb el procés tradicional de fangs activats, MBBR es basa en transportadors en suspensió per enriquir biofilms d'alta-concentració, oferint una edat del fang controlable de manera independent, una forta resistència a les càrregues de xoc, una petita empremta, una expansió i renovació convenients i una estabilitat excepcional en la nitrificació i la desnitrificació.
No obstant això, en nombroses implementacions d'enginyeria, molts tècnics cauen en una concepció errònia: centrant-se completament en l'aireació del dipòsit de tractament biològic, la proporció de farciment de l'embalatge i el control de càrrega, alhora que descuiden el coll d'ampolla final que determina el compliment de l'efluent-la unitat de separació de líquids-sòlids.
Una dita àmpliament acceptada a la indústria és: els processos bioquímics MBBR són responsables de "degradar els contaminants", mentre que la separació de sòlids-líquids és responsable de "mantenir els estàndards d'efluents".
Si un MBBR de membrana pura pot aconseguir de manera estable emissions ultra-baixes de SS i TP no depèn de l'etapa de tractament biològic, sinó de la selecció del procés de separació de sòlids-líquids aigües avall.
I. Aclarir els conceptes bàsics: el flux complet del procés MBBR i la lògica de separació
Un sistema de nitrificació MBBR d'una-etapa convencional és una estructura típica de dos-etapes de "reacció biològica + post-separació", no un procés integrat i totalment efluent.
Flux complet:
Influent → Reactor biològic MBBR → Unitat de separació de sòlids-líquids → Abocament d'efluents/tractament avançat
1. Funcions bàsiques de l'etapa biològica MBBR
S'afegeix un embalatge biològic suspès d'alta-densitat al dipòsit. L'aireació contínua aconsegueix la fluidització de l'embalatge, donant lloc a un biofilm estable que s'adhereix a la seva superfície.
La comunitat microbiana del biofilm es completa: nitrificació d'amoníac, degradació de la matèria orgànica i desnitrificació simultània parcial.
Característiques: gran biomassa, llarga edat dels fangs, forta resistència als cops, sense risc d'acumulació de fangs, el que el fa ideal per a la-actualització in situ de plantes de tractament d'aigua més antigues.
2. Funcions bàsiques de la unitat de separació de líquids de post-sòlid-
L'efluent biològic MBBR porta fragments de biofilm despresos, residus biològics envellits i traces de partícules col·loïdals.
Aquestes partícules de sòlids en suspensió fines (SS) són de mida petita i tenen propietats de decantació pobres, cosa que fa que l'auto{0}}purificació només amb l'etapa de tractament biològic sigui impossible. Requereixen una unitat de separació separada per: interceptar sòlids fins en suspensió; eliminar simultàniament el fòsfor total acoblat; i clarificar l'aigua per assegurar-se que l'efluent final és clar i compleix les normes. En resum: MBBR realitza una "degradació biològica", mentre que el tanc de sedimentació secundari/clarificador d'alta eficiència-realitza l'"eliminació de l'aigua-de fangs".
II. Punt cec clau de la indústria: les deficiències inherents del MBBR de membrana pura, basant-se completament en unitats de separació
Molts projectes experimenten una posada en marxa inestable, nivells fluctuants d'efluents SS i dificultats per assolir els estàndards de TP. La causa principal és un fracàs per reconèixer els defectes inherents del procés MBBR de membrana pura:
1. MBBR de membrana pura no té un sistema tradicional de floculació de fangs. Els sistemes tradicionals AO i AAO es basen en flocs de fang activat per adsorbir i escombrar partícules fines, que tenen avantatges inherents de coagulació i sedimentació.
El MBBR de membrana pura no té llot activat en suspensió ni bacteris floculents. Els sòlids en suspensió de l'efluent són principalment un biofilm separat finament trencat i col·loides lleugers, el que resulta en un rendiment de sedimentació natural extremadament pobre.
2. Els processos convencionals de sedimentació i flotació tenen limitacions.
Extenses proves d'enginyeria han verificat que els tancs de sedimentació secundaris ordinaris, els tancs de sedimentació d'alta{0}}eficiència i la flotació convencional sols combinats amb un MBBR de membrana pura lluiten per controlar constantment l'efluent SS per sota de 10 mg/L.
Quan es troben fluctuacions del flux d'aigua, xocs de càrrega o períodes de substitució de biofilm, és molt probable que les excedències de SS, la terbolesa de l'efluent i el traspàs de fangs.
3. La membrana pura MBBR té una capacitat d'eliminació de fòsfor biològica extremadament feble. El MBBR de membrana pura no té una zona d'alliberament anaeròbica de fòsfor dedicada, que es basa únicament en l'assimilació microbiana per aconseguir una eliminació de fòsfor molt baixa (0,5%-1%). L'assoliment dels estàndards de fòsfor total depèn completament de la coagulació química i la sedimentació aigües avall.
Això també significa que la unitat de separació aigües avall MBBR ha de gestionar simultàniament l'eliminació de SS i TP; Els processos de sedimentació ordinaris simplement no poden complir els estàndards més alts requerits després de les actualitzacions.
III. La solució òptima: per què la sedimentació per coagulació magnètica és el procés complementari d'or per a MBBR?
Entre els processos madurs existents, la sedimentació per coagulació magnètica és la solució òptima de separació de sòlids-líquids adaptada al sistema MBBR de membrana pura, solucionant les seves deficiències inherents. També és el procés combinat principal per millorar les plantes d'aigua: MBBR + sedimentació de coagulació magnètica.
En comparació amb els processos de sedimentació tradicionals, els seus avantatges bàsics compensen perfectament les deficiències de MBBR:
1. Capacitat de captura de partícules fines superior, SS ultra-baix estable: utilitzant les característiques d'alta densitat, alta adsorció i alta densitat de floc de la pols magnètica, pot capturar ràpidament residus biològics lleugers i col·loides ultrafins a l'efluent MBBR, solucionant el problema de SS fi que la sedimentació convencional no pot gestionar.
Les proves d'enginyeria han demostrat que pot aconseguir de manera estable un efluent SS inferior o igual a 5-10 mg/L, amb una resistència extremadament forta als xocs hidràulics i al xoc de càrrega. Fins i tot en condicions de sobrecàrrega i manteniment d'equips d'una-unitat, encara pot mantenir els indicadors de rendiment mínims.
2. La velocitat de decantació i el flux de sòlids superen els processos tradicionals: l'alta densitat de flóculs magnètics dóna com a resultat una decantació extremadament ràpida, amb una càrrega de flux de sòlids molt superior a la dels tancs de sedimentació ordinaris, mentre que ocupa només aproximadament 1/4 de l'espai necessari per als processos tradicionals.
Perfectament adaptat als reptes de la millora de plantes de tractament d'aigües més antigues amb un terreny limitat i sense espai d'enginyeria civil addicional, és l'opció òptima per a les actualitzacions in{0}}in situ.
3. Alta eficiència d'eliminació de fòsfor de coagulació, abordant les deficiències de l'eliminació de fòsfor MBBR. La coagulació magnètica permet una dosificació eficient de productes químics per aconseguir una eliminació química profunda del fòsfor, suprimint de manera estable el fòsfor total de l'efluent fins a nivells ultra-baixos. Això compensa perfectament la manca de capacitat d'eliminació biològica de fòsfor en MBBR de membrana pura, aconseguint el compliment simultani dels estàndards SS i TP.
4. Resiliència, ràpida recuperació i major estabilitat operativa. Davant de fluctuacions en el volum d'aigua, canvis sobtats en la qualitat de l'aigua afluent i rastres de càrregues de xoc de metalls pesants, el sistema de biofilm MBBR + sistema de separació de coagulació magnètica ofereix una doble tolerància a fallades. La velocitat de recuperació del sistema és molt superior a la dels processos tradicionals de fangs activats, donant lloc a una taxa de tolerància a errors més alta.
IV. Equívoc-de tota la indústria: MBBR ≠ MBR, dues lògiques de separació fonamentalment diferents
Els dos processos més fàcils de confondre en la indústria del tractament d'aigües, i els nouvinguts més propensos a errors, són MBBR i MBR. Les seves lògiques de separació de sòlids-líquids són completament oposades i no s'han de confondre mai.
1. MBR (bioreactor de membrana)
Mètode de separació de sòlids-líquids: tamisat físic mitjançant mòduls de membrana
No cal un dipòsit de sedimentació secundari ni un dipòsit de decantació
Es basa en membranes de fibra buida per interceptar completament els fangs i l'aigua, donant lloc a una qualitat extremadament alta dels efluents.
Desavantatges: alta inversió, alts costos operatius, propens a l'obstrucció de la membrana, funcionament i manteniment complexos, neteja freqüent.
2. MBBR (bioreactor de llit mòbil)
Mètode de separació de sòlids-líquids: procés de post-sedimentació/clarificació (tanc de sedimentació secundari, sedimentació d'alta-eficiència, sedimentació de coagulació magnètica)
Sense mòduls de membrana, sense estructura física de tamisat
L'etapa biològica només és responsable de la degradació; La separació d'aigua-de fangs depèn al 100% dels processos d'enginyeria civil aigües avall.
En resum:
MBR és "separació de membrana que substitueix el tanc de sedimentació secundari";
MBBR és "millora biològica + post-sedimentació com a còpia de seguretat".
Molts errors de disseny del projecte i errors de selecció de processos provenen de la confusió dels principis de separació d'aquests dos mètodes, donant lloc a un desajust del sistema i a un efluent deficient.
V. Resum del projecte: la clau de l'èxit o el fracàs del procés MBBR
Resumint tota l'experiència d'implementació, es pot extreure una conclusió molt instructiva:
L'etapa de tractament biològic del MBBR determina la capacitat de tractament del sistema i la resistència als cops, mentre que l'etapa de separació de sòlids-líquids determina l'estabilitat del sistema per complir els estàndards i el seu límit superior d'efluent.
Optimitzar només el tractament biològic sense millorar el procés de separació és només tractar els símptomes, no la causa arrel; Un MBBR de membrana pura sense un procés de sedimentació millorat complementari sempre tindrà el potencial de nivells excessius de SS i TP a l'efluent;
En escenaris que impliquen actualitzacions d'estàndards alts, ús limitat del sòl i fluctuacions importants de la qualitat de l'aigua, la sedimentació de coagulació magnètica MBBR + és actualment la combinació de processos més rendible, estable i factible.
La lògica bàsica de les futures actualitzacions de les plantes de tractament d'aigües residuals ja ha canviat: ja no es tracta de qui pot assolir la càrrega biològica més alta, sinó de la compatibilitat entre les unitats de tractament biològic i de separació, la capacitat de reserva del sistema i l'estabilitat operativa-a llarg termini.
Entendre la separació de sòlids-líquids és la veritable comprensió del procés MBBR.