Ez a globális legnagyobb MABR-rendszer megváltoztatja a levegőztetési folyamattal kapcsolatos ismereteit!
Jelenleg a legtöbb hagyományos szennyvíztisztító telepen a levegőztetési folyamat energiafogyasztása a telep teljes energiafelhasználásának több mint 50%-át teszi ki, ami nagy energiamegtakarítási lehetőséget hagy maga után. Biológiai membrán szennyvízkezelési technológiaként, amely szelektív oxigénátvitelt alkalmaz a membránokon keresztül az oxigén ellátására és biofilm hordozóként szolgál, a MABR technológia hatékonyan csökkentheti a szennyvíztisztítás energiafelhasználását, növelheti a létesítmények terhelését, valamint fokozhatja a nitrogén és foszfor tápanyagok eltávolítását. Jelentős műszaki előnyökkel rendelkezik a nagy oxigénigényű szennyvizek, illékony szerves vegyületeket tartalmazó szennyvizek és magas ammónia-nitrogéntartalmú szennyvizek kezelésében.
Hespeler szennyvíztelep: A világ legnagyobb membránfelületű MABR-rendszere
A kanadai Ontario állambeli Cambridge-ben található Hespeler szennyvíztisztító üzem egyike annak a tizenhárom üzemnek, amelyek a Waterloo régió több mint 600,{1}} lakosát szolgálják ki.
Az eredetileg 1973-ban épült üzemet 1988-ban és 1992-ben korszerűsítették, de ezek a korszerűsítések nem voltak elegendőek a növekvő lakossági igények és a szennyvíztisztítás hatékonyságának emelkedő követelményeinek kielégítésére. Ezért a waterlooi regionális kormány úgy döntött, hogy felülvizsgálja a hespeleri üzem másodlagos tisztítási folyamatát.
Hespeler szennyvíztisztító telep
2017-ben és 2018-ban a regionális kormány megvizsgálta a MABR technológia telepítésének tervezési tervét, hosszú távú teljesítményét és gazdasági megvalósíthatóságát, végül úgy döntött, hogy az aerob eleveniszapos rendszert MABR/AO (anoxikus-oxikus) kombinált folyamatrendszerre fejleszti. Amikor a projekt 2021-ben elindult, a világ legnagyobb MABR-rendszere lett a membránfelületet tekintve.
Az a döntés, hogy a MABR technológiát választották a Hespeler üzemben, rendkívül előnyösnek bizonyult.
1. Energiatakarékossági szempontból:
A Hespelernél alkalmazott eredeti aerob eleveniszapos módszerhez képest ez a szakasz a teljes energia 60%-át emésztette fel, mivel a mikrobuborékos levegőztetésből oxigénre volt szükség. A korszerűsítés során az üzem biokémiai energiafelhasználása 40%-kal csökkent.
Egy tipikus szennyvíztisztító telepen a hagyományos levegőztetési módszer fúvós vagy mechanikus levegőztetést alkalmaz, amelyben levegőt vagy tiszta oxigént mechanikusan kényszerítenek a szennyvízbe. Bár ezek a módszerek hatékonyak és könnyen szabályozhatók, számos hátrányuk van: A nagyszámú buborékos levegőztetés magas energiafogyasztást, üzemeltetési költséget és alacsony oxigénszállítási hatékonyságot eredményez.
A MABR technológiával ellentétben a rostmembrán oxigéntartalmát a levegőztetés megkezdése után a belső és a külső oxigéntartalom közötti különbség határozza meg. A membrán anyaga egyetlen molekulaként oldja és diffundálja az oxigént, így az átdiffundálhat a membránon. A hagyományos levegőztetési módszerekkel összehasonlítva a MABR számos előnnyel rendelkezik:
Az oxigén azonban közvetlenül a biofilmbe juttatható, ami nagymértékben csökkentheti az oxigéntranszfer ellenállását a folyadékfázison keresztül, és több mint 100%-os oxigénfelhasználást takar. Hagyományos módszerekkel az oxigéntranszfer hatásfoka csak 1,5 kg/(kW·h), míg akár 6 kg/(kW·h) is elérheti.
◎ Ez egy stabil környezet a mikrobiális növekedéshez és szaporodáshoz. A MABR levegőztetés intenzitása enyhe, szinte semmilyen károsodást nem okoz a membránrostokhoz tapadt mikroorganizmusokban, ami stabilizálta a mikrobák növekedését.
◎ Ez a levegőztetés buborékmentes, megakadályozza, hogy az illékony komponensek általában buborékokon keresztül kerüljenek a levegőbe a másodlagos szennyezés elkerülése érdekében. Ezenkívül elnyomja a mikrobiális anyagcseréből származó habképződést.
◎ Az oxigénellátás egyszerű beállításával elkerülhető a reakció minimális oxigénigényéből származó gázpazarlás.
2. Kapacitásbővítés szempontjából:
A Hespeler üzem eredeti feldolgozó kapacitása 6600 m3/nap volt. A korszerűsítés után a tisztítási kapacitás 9320 m3/nap-ra nőtt, ami 40%-os növekedést jelent.
A MABR berendezés kompakt, kis helyet foglal el, és közvetlenül a meglévő tartályokba telepíthető. Az oxigén szelektíven átjut a membránon a buborékmentes levegőztetés érdekében, magas oxigénátviteli hatékonysággal. A biztosított oxigént a biofilm teljes mértékben hasznosítja, ami magas oxigénfelhasználást eredményez, és nagymértékben megnöveli a rendszer biomasszáját, fizikai tágulás nélkül érve el az üzem kapacitásának bővítését.
A MABR korszerűsítése 20%-kal-40%-kal vagy még magasabbra növelheti a meglévő szennyvíztisztító telepek terhelését.
A MABR oxigénátviteli iránya ellentétes az ammónia-nitrogén és a szerves anyagok átviteli irányával. A nitrifikáló baktériumok domináns növekedést hoznak létre a membrán felszíne közelében, és a külső biofilm védi őket, ami nem csak a nitrifikáció sebességét növeli, hanem a nitrifikáció stabilitását is biztosítja. Ez az előny különösen szembetűnő lökésszerű terhelés esetén vagy hideg téli hónapokban.
A korszerűsítés előtt a téli elfolyó ammónia nitrogén (minimum 10 fokos vízhőmérséklet mellett) meghaladta az 5 mg/l kibocsátási szabványt; a korszerűsítés után a szennyvíz megfelelt a szabványnak (téli kibocsátási határ < 5 mg/L, nyári határérték < 2 mg/L).
Ezenkívül a MABR reaktorok anaerob vagy anoxikus tartályokba történő telepítése lehetővé teszi az egyidejű nitrifikációt és denitrifikációt. Ugyanolyan elfolyó összes nitrogén körülmények között, összehasonlítva más nitrogéneltávolítási folyamatokkal, mint például az A2O, csökkenti a belső recirkulációs arányokat, javítja a denitrifikáció hatékonyságát, miközben szénforrásokat és energiát takarít meg.
A membrános levegőztetett biofilm reaktor (MABR) három kulcsfontosságú tényezője
1. Levegőztetési nyomás
Mivel a MABR-ben az üzemi nyomásnak a membrán buborékpontja alatt kell maradnia, buborékmentes levegőztetést kapunk.
◎ Túl alacsony nyomáson nem lesz elegendő oldott oxigén a belső biofilmben, és így az aerob nitrifikáló és heterotróf baktériumok aktivitása szenved.
◎ Nagyon magas nyomáson a teljes biofilm aerob lesz, ami arra ösztönzi az anaerob denitrifikáló baktériumokat és más anaerobokat, hogy ne szaporodjanak, és károsan befolyásolják a denitrifikációs folyamatot.
Valójában a kezelési hatást a gyakorlatban az adott vízminőségnek megfelelő vízminőségi intenzitás mellett kell elérni.
2. Víz áramlási sebessége
A mikrobiális kötődési szakaszban a túlzott áramlási sebesség gátolja a mikrobák növekedését és adhézióját, ezért az áramlási sebesség ebben a szakaszban nem túl nagy.
A biofilm kialakulása után a víz áramlási sebességének növekedése csökkenti a folyadék határréteg vastagságát. Mivel a biofilm vastagsága stabilizálódik a stabil működés során, az áramlási sebesség növelése csökkenti a folyadékfázis határrétegvastagságát, és elősegíti a biofilm megújulását, ami túlzottan csökkenti a biofilm vastagságát, növelve az oxigén- és szennyezőanyag-transzfer hatékonyságát.
A kutatás szerint a szennyvíz áramlási sebessége az egyik olyan tényező, amely befolyásolja a mikrobiális növekedést és a biofilm vastagságát.
◎ Minél vékonyabb a határréteg a nagyobb áramlási sebességnek és a megfelelő stabil biofilm vastagságnak köszönhető.
◎ A szennyező anyagok lebomlási sebességének növeléséhez csökkenő áramlási sebességre, vastagabb stabil biofilmre és vastagabb stabil biofilmre van szükség alacsonyabb áramlási sebesség mellett.
3. Szén-, nitrogén- és foszforarány a szennyvízben
A megfelelő C:N:P arány elősegíti a mikrobiális növekedést a MABR biofilmben, elősegítve az egyidejű nitrifikációt és denitrifikációt a reaktorban.
◎ Alacsony C:N arány esetén a szerves szén koncentrációja nem elegendő a denitrifikáció szénforrásigényének kielégítésére, ami befolyásolja a teljes nitrogén eltávolítás hatékonyságát.
◎ Ha a C:N arány túl magas, az aerob heterotróf baktériumok elszaporodnak és nagy mennyiségű oxigént fogyasztanak, ami csökkenti az oldott oxigén koncentrációját és akadályozza a nitrifikációt.
Négy általános alkalmazási forgatókönyv a membrános levegőztetett biofilm reaktorhoz (MABR)
- Magas ammónia-nitrogéntartalmú szennyvíz kezelése
- Integrált készülékek vidéki háztartási szennyvíztisztításhoz
- A városi folyóvizek biológiai helyreállítása
- Szennyvíztisztító telepek korszerűsítése a jobb teljesítmény érdekében
Valójában az elmúlt években a MABR-t világszerte egyre gyakrabban alkalmazzák szennyvíztisztító telepeken.
Például az USA-ban, Illinois államban található YBSD szennyvíztisztító telepen 10 eredeti aerob bioreaktort 2 anaerob tartályra, 2 MABR anoxikus tartályra és 6 aerob tartályra korszerűsítettek, az anoxikus tartályokba 12 MABR modullal. Ezzel a korábbi aerob folyamatot nitrogén- és foszforeltávolítási folyamattá alakították át, elérve azt a célt, hogy növeljék a kezelési kapacitást, miközben fokozzák a biológiai nitrogén- és foszforeltávolítást.
A MABR rendszer biofilm akklimatizációs periódusa mindössze 3 hét volt, és a szennyvíztisztító rendszer teljes üzembe helyezése után a befolyó BOD5 terhelés 0,60 kg/(m3·nap) értékre nőtt, ami 47%-os növekedést jelent a megelőző állapothoz képest. frissítési szintek.
Az üzem végső szennyvize minden tervezési elvárásnak megfelelt, a szennyvíz BOI-val5<10 mg/L, total suspended solids (TSS) < 10 mg/L, NH3-N < 1.5 mg/L, and TP < 1.0 mg/L. The average oxygen transfer rate (OTR) and oxygen transfer efficiency (OTE) were 10.8 g/(m2·day) and 33.3%, respectively.
A biofilm mikrobapopuláció-analízise kimutatta, hogy az ammónia-oxidáló baktériumok (AOB) és a nitrit-oxidáló baktériumok (NOB) a mikrobapopuláció 40%-át teszik ki, ami több mint négyszer nagyobb, mint a hagyományos eleveniszapos eljárásokban.
Ráadásul egy azonos léptékű üzem CAS-eljárásával (25 millió dolláros beruházási költséggel és 2,5 éves építési idővel) a MABR-eljárás beruházási költsége mindössze 5 millió dollár, az építési idő pedig 1 év volt. jelentősen csökkenti a költségeket és az építési időt.