Allmänna aspekter av en membranbioreaktor (MBR)

Tekniska frågor

1. Hur stor är den typiska porstorleken hos ett MBR-membran?

Storleken beror på sammansättningen hos det vatten som ska renas. För att avskilja suspenderade fasta ämnen, stora molekyler och bakterier används mikrofiltreringsmembran (MF), och storleken ligger vanligtvis mellan 0,1 och 0,4 μm.

När man ska filtrera bort mindre suspenderade partiklar, såsom kolloider, organiska molekyler, bakterier och vissa virus, används ultrafiltreringsmembran (UF) med porstorlekar på cirka 0,01 till 0,1 μm.

2 . Hur renar ett MBR-system avloppsvattnet från föroreningar?

En membranbioreaktor kombinerar två huvudprocesser: biologisk rening, där bakterier bryter ned det organiska materialet, och membranfiltrering, som gör det möjligt att avskilja överskottsslam och återföra aktivt slam till den biologiska reaktorn. Efter denna process erhålls renat vatten av hög kvalitet, som i många fall kan återanvändas.

Sammanfattningsvis bryter den biologiska processen ned föroreningarna, och membranen separerar det rena vattnet från fasta ämnen och mikroorganismer.

3. Vilka är driftstrycken för MBR-systemen?

För nedsänkta membran räcker det med ett transmembrantryck (TMP) på mellan 0,1 och 0,5 bar. Detta åstadkoms genom sugning med hjälp av vakuumpumpar.

När det gäller externa membran ska trycket ligga mellan 0,5 och 2 bar, och pumpningen sker till membran som är placerade i externa moduler.

4. Hur förhindrar man att membranen i ett MBR-system blir nedsmutsade?

Att förhindra att membranen i ett MBR-system täpps igen är avgörande för att bibehålla systemets effektivitet och förlänga dess livslängd. Det finns flera tekniker som kan kombineras med varandra:

• Luftning, som sker genom bubblor som skapar turbulens och därmed bidrar till en kontinuerlig rengöring av membranen.
• Regelbundna rengöringar som kan vara fysiska, genom backspolning (backwash), där flödet vänds för att spola bort avlagrad smuts, eller med särskilda kemiska lösningar som hypoklorit eller citronsyra (CIP-underhåll, eller cleaning in place). Vid kraftig nedsmutsning utförs även kraftiga rengöringar med andra, mer aggressiva kemikalier för att återställa membranen.

Kemisk rengöring av MF- och UF-membran vid vattenrening | PDF | Vatten | Aluminium

5. Vad är slamuppehållstiden (SRT) i ett MBR-system?

SRT är den genomsnittliga tid som slammet stannar kvar i det biologiska systemet innan det avlägsnas.

SRT gör det möjligt att styra biomassans sammansättning, vilket gynnar tillväxten av långsamt växande mikroorganismer såsom nitrifikanter. Detta leder till effektivare bakteriekolonier, minskad slamproduktion, förbättrad reningskapacitet för komplexa föroreningar samt ökad processstabilitet.

De typiska SRT-värdena i ett MBR-system ligger på cirka 20 dagar för nitrifikation–denitrifikation, och längre tider för att minimera restslammet.

6. Hur upptäcks läckage av suspenderade fasta ämnen i MBR-filtreringssystemen?

Det enklaste sättet är att kontrollera om det finns någon onormal färg eller grumlighet i det filtrerade vattenprovet. Genom att använda ett online-turbiditetsmätare eller en laboratorieanalys kan vi dock säkerställa en tillförlitlig och effektiv kontroll.

För att identifiera vilket membran eller vilken komponent som orsakar läckaget använder vi en metod som kallas integritetstest, vilket består av ett tryck- eller lufttest (bubble point). Vid detta test tillförs luft eller gas under tryck och man observerar om det sker någon genomströmning till permeatsidan. Om gasgenomströmningshastigheten ökar är detta ett tecken på en läcka i membranet. Om det finns flera membranpatroner måste dessa isoleras för att kontrollera vilken som är defekt.

Integritetstest av bubbelpunkten: Vad är det och vad används det till? – Brother Filtration

7. Hur kan man se om membranen i en membranbioreaktor är nedsmutsade?

Förorening av membranen i ett MBR-system upptäcks vanligtvis genom att filtreringsflödet minskar medan driftstrycket förblir oförändrat, eller genom att trycket måste höjas för att upprätthålla önskat flöde. Dessutom är det vanligt att man observerar en ökning av koncentrationen av suspenderade fasta ämnen i permeatet när förorening uppstår.

Dessa parametrar övervakas med hjälp av tryckmätningssystem, såsom tryckgivare, som utlöser ett larm när ett visst tryckskillnad mellan tillopp och utlopp överskrids. Flödesmätaren för filtreringssystemet kan också vara utrustad med ett larm som aktiveras om flödet sjunker. Grumlighetsmätaren för filtreringssystemet visar om det normala grumlighetsvärdet har överskridits.

8. Vilken koncentration av suspenderade fasta ämnen (MLSS) används i en MBR-process?

Normala MLSS-koncentrationer i ett MBR-system ligger mellan 8 och 12 g/l, och i vissa system kan man arbeta med upp till 15 g/l, medan man i system med aktivt slam arbetar med koncentrationer mellan 2 och 4 g/l. Detta innebär att den biologiska reaktorns volym blir betydligt mindre och att koncentrationen av uttaget slam blir avsevärt högre.

9 Hur rengörs de nedsänkta membranen?

Om membranen är nedsänkta i moduler som är anslutna till den biologiska reaktorn, stoppas filtreringsanläggningen, modulerna töms och kemiska lösningar cirkuleras i själva modulen. Om membranen befinner sig inuti den biologiska reaktorn måste de tas ut och nedsänkas i rengöringstankar.

Rengöringen för att avlägsna avlagringar och ansamlat organiskt material utförs med lösningar av hypoklorit, citronsyra eller specialprodukter.

10. Vilken typ av förbehandling är lämplig innan vattnet matas in i en MBR-reaktor?

Innan avloppsvattnet leds in i membranbioreaktorn bör det siktas till en partikelstorlek på 2–3 mm och, vid behov, avsandas. Det är också viktigt att vattnet inte innehåller oljor, fetter eller andra ämnen som kan täppa till membranen.

När det gäller saltkoncentrationen (_CaCO₃, CaSO₄, SiO₂, etc.) måste man beakta mättnadsgränserna för dessa salter (LSI, PS) för att förhindra utfällning på membranen. Detta kan orsakas av förändringar i pH-värdet, temperaturen eller avdunstning av vätskan under processen.

Felsökning

1. Varför uppstår membranföroreningar i mitt MBR-system?

Föroreningar eller påväxt på membranen i ett MBR-system kan vara av fysisk, kemisk eller biologisk natur och uppstår när partiklar, mikroorganismer eller kemiska ämnen fastnar eller avsätts på membranen, vilket minskar deras aktiva yta och därmed leder till en minskad permeabilitet.

I takt med att den drabbade ytan ökar måste de övriga delarna arbeta under påfrestande förhållanden, vilket påskyndar nedsmutsningen. Smutsen fastnar dessutom hårt i de djupare skikten och är mycket svår att få bort, även vid kraftig rengöring (irreversibel nedsmutsning ).

2. Hur löser man luktproblem i MBR-system?

För att åtgärda eller kontrollera lukter vidtas följande åtgärder:

• Anläggningen ska drivas under korrekta aeroba förhållanden, och slamhalten ska kontrolleras för att förhindra bildning av gaser som_SH₂ eller_NH₃.
• Övertäckning med kupoler eller tak, både för den biologiska reaktorn och för slambehandlingen.
• System för mekanisk ventilation som leder den utsugna luften till gasreningsanläggningar såsom: biofilter, skrubbers (gasvättare) eller bäddar med adsorbentmaterial som aktivt kol.

3. Vad orsakar ett minskat flöde i MBR-membranen?

En minskning av flödet i MBR-membranen beror ofta på olika faktorer som påverkar deras permeabilitet. De vanligaste orsakerna är:

• Förorening av membranen (biologisk, organisk, oorganisk eller kolloidal påväxt).
• Åldrande eller skador på membranen.
• Otillräckligt luftflöde eller turbulens.
• Ansamling av slam.
• Felaktig eller för sällan utförd kemisk rengöring lämnar rester.
• Olämpliga driftsförhållanden (flöde, tryck, temperatur…).

Förorening av MBR-membran: en ingående analys av orsaker, konsekvenser och lösningar – SPERTA MEMBRANE

4. Hur upptäcker man läckor i membranen i en MBR-reaktor?

De vanligaste systemen för att upptäcka läckage i membranen i ett MBR-system är:

• Integritetstester: Tryck- eller bubbelprovning samt vakuumtest.
• Mikrobiologisk analys och analys av suspenderade fasta ämnen i permeatet.
• En ökning av grumligheten eller SDI-värdet i permeatet kan tyda på att fibrer har gått av eller att det finns sprickor.
• Visuell inspektion. Om det rör sig om nedsänkta membran kan dessa tas upp för att kontrollera om det finns sprickor eller brott i modulerna eller deras anslutningar.

5. Varför minskar den biologiska produktiviteten i min membranbioreaktor?

De främsta orsakerna är följande:

• När det avloppsvatten som ska renas har ett högre COD/BOD-värde än det som anlagts för, kan den biologiska reaktorns biomassa inte hantera den organiska belastningen på ett tillfredsställande sätt, vilket minskar reningsgraden.
• Förekomsten av hämmande eller toxiska ämnen kan påverka den aktiva biomassan.
• Föroreningar på MBR-membranen kan försämra systemets filtreringskapacitet och slamåtercirkulation.
• En obalans i näringsämnena på grund av brist på kväve eller fosfor leder till att biomassan inte utvecklas som den ska.
• Felaktiga driftsförhållanden (felaktiga värden för pH, tryck, temperatur, syresättning, HRT eller SRT osv.).

6. Hur reparerar man läckor i membranen i ett MBR-system?

Isolering:

• När den trasiga fibern har lokaliserats i hålfibermembranen tätas den skadade fibern med värme eller med ett särskilt harts, eller så isoleras den med en specialplugg.
• Vid platta moduler kan man applicera ett plåster eller ett specialharts på det drabbade området.

Byte av modul:

• Om läckan inte går att reparera rekommenderas det att byta ut hela modulen.

CIP (rengöring på plats):

• Ibland kan en kemisk tvätt åtgärda läckaget som orsakats av smuts.

7. Hur kan slammet från en biologisk membranreaktor koncentreras?

Slam från ett MBR-system kan koncentreras med hjälp av olika tekniker, beroende på behandlingsmålen och vilken typ av slamhantering som krävs. Några av de vanligaste metoderna är:

• Statiska slamförtjockare.
• Förtjockning med hjälp av system för flotation med upplöst luft, vilka är mer effektiva än statiska förtjockare.
• Mekanisk torkning av slam (filterpressar, centrifugala dekanter, bandfilter, roterande siktar m.m.).

I statiska och mekaniska system för slamavvattning används ofta koagulerings- och flockningsmedel för att förbättra systemets prestanda.

8 Kan vatten från ett MBR-system renas till dricksvatten?

Även om en membranbioreaktor ger ett avloppsvatten av hög kvalitet, eliminerar den inte helt patogener, virus eller spår av kemiska föroreningar (såsom läkemedel, bekämpningsmedel osv.).

Vatten från ett MBR-system kan göras drickbart, men måste genomgå ytterligare reningssteg, såsom:

• Desinfektion med_Cl₂,_O₃, UV-ljus m.m.
• Filtrering genom nanofiltrering eller omvänd osmos.
• Filtrering/adsorption med aktivt kol.
• Justering av pH-värdet + remineralisering.

Vid stora flöden är det också vanligt att återleda det vatten som filtrerats genom ett MBR-system till en akvifer, där det blandas med det naturliga vattnet (indirekt återanvändning av dricksvatten).

9. Hur ska man hantera avloppsvattnet från rengöringen av membranen i ett MBR-system?

Dessa utsläpp innehåller de kemikalier som används för att rengöra membranen, såsom syror, alkalier, kelateringsmedel och biocider. De får därför inte släppas ut direkt i miljön utan föregående behandling.

Följande tillvägagångssätt bör tillämpas:

• Analytisk karakterisering av utsläppets parametrar (pH, konduktivitet, suspenderat fast material, metaller, kemisk syreförbrukning (KSB) osv.).
• Fysikalisk-kemisk behandling.
• Biologisk rening i samma MBR-reaktor. Vissa anläggningar kan återföra en del av detta förbehandlade avloppsvatten om det inte påverkar den biologiska processen.
• Extern hantering när avfallet inte kan återvinnas eller behandlas på nytt i MBR-anläggningen (t.ex. vid rengöring med mycket aggressiva eller giftiga ämnen).
• Användning av milda rengöringsmedel och möjligheten att återanvända dessa vid ytterligare tvättar.

10. Vad händer om pH-värdet i ett MBR-system rubbas?

Det kan uppstå allvarliga problem som påverkar både den biologiska processen och membranernas funktion:

• Biomassan i det biologiska systemet kan skadas om pH-värdet sjunker under 6 eller stiger över 9, eftersom det kan uppstå klumpbildning, skum och dålig lukt till följd av att de drabbade bakterierna slutar fungera. Detta leder till en försämrad reningskapacitet.
• Det kan även uppstå skador på MBR-membranen (kemisk nedbrytning, minskad permeabilitet, avlagringar, vilket förkortar membranens livslängd).

https://europemembrane.com/bioreactores-de-membrana-mbr/criterios-de-diseno-de-un-mbr/

Jämförande frågor

1. Hur skiljer sig en MBR-reaktor från system med aktivt slam?

Båda är biologiska reningsprocesser, men det finns skillnader mellan dem:

• MBR kombinerar en biologisk reaktor (aerob eller anaerob) med ett efterföljande filtreringssystem med ultra- eller mikrofiltreringsmembran, medan ett biologiskt reningssystem med aktivt slam använder ett sekundärt klarningssystem efter den aeroba biologiska reaktorn.
• Jämfört med processen med aktivslam tar MBR mindre plats, eftersom den kan hantera högre massbelastningar och inte kräver någon sekundär sedimenteringstank.
• Säkrare och effektivare filtrering: Medan konventionella system med aktivt slam använder sig av sedimentering eller, i vissa fall, flotation (DAF), kan dessa metoder medföra problem om den biologiska delen inte fungerar som den ska. Detta är inte fallet i ett MBR-system, eftersom membranen säkerställer att de fasta partiklarna alltid stannar kvar i systemet.
• Avlägsnande av föroreningar och mikroorganismer: MBR-system använder ultrafiltreringsmembran som har en filtreringskapacitet på mikronivå. Detta innebär att de kan avlägsna praktiskt taget alla föroreningar.
• Ökad säkerhet: Den största fördelen med ett MBR-system är att systemet aldrig släpper ut fasta ämnen i utflödet om det uppstår problem i den biologiska delen.

2. Vilka är skillnaderna mellan MBR och omvänd osmos (RO)?

Båda är vattenreningsprocesser, men medan en MBR-reaktor är avsedd för att avlägsna organiskt material genom biologiska processer och därefter filtrera vattnet med membran för att ta bort en stor del av de suspenderade föroreningarna, syftar omvänd osmos till att erhålla vatten med hög renhetsgrad genom att separera de upplösta salterna från vattnet genom att övervinna lösningens osmotiska tryck.

3. Är MBR ett lämpligt system för småskaliga avloppsreningsverk?

MBR är en process som gör det möjligt att bygga kompakta och modulära anläggningar som rymmer den biologiska reaktorn och membranenheterna.

Dessa anläggningar monteras och testas i verkstaden och innehåller, förutom de elektromekaniska komponenterna, även en styr- och kraftpanel som säkerställer att anläggningen fungerar korrekt.

Decentraliserade avloppsreningsverk

4. Hur fungerar MBR i kombination med andra tekniker, såsom UV-desinfektion?

En MBR-anläggning kan avskilja en betydande del av COD, men giftiga ämnen, virus och bakterier kan fortfarande finnas kvar och måste avlägsnas. För desinfektion används olika system, såsom klorering, ozonbehandling och UV-strålning. Den sistnämnda metoden är den renaste, eftersom den inte kräver några kemikalier eller oxidationsmedel. Beroende på önskad grad av mikroorganismavskiljning används utrustning med hög eller medelhög UV-strålning med en effektivitet på över 99,9 %.

5. Vilka är kostnadsskillnaderna mellan en membranbioreaktor och konventionell avloppsrening?

Om man antar att båda processerna förbrukar ungefär lika mycket_syre för den biologiska nedbrytningen av organiskt material (ca 1,5–2 kg_O₂/kg BOD), är MBR-systemet dyrare att installera och underhålla på grund av UF-membranen, vilka medför en extra energiförbrukning i form av luftning och pumpning samt en ytterligare förbrukning av kemikalier för kemisk rengöring. Däremot medför ett MBR-system besparingar i hanteringen av överskottsslam och framför allt i den möjliga återanvändningen av det renade vattnet tack vare dess höga kvalitet.

Återanvändning av renat vatten med hjälp av reaktorer (MBR).

6. Hur skiljer sig MBR- och MBBR-processerna åt?

Medan man i ett MBR-system använder en biologisk reaktor följd av en uppsättning filtreringsmembran, sker den biologiska reningen i ett MBBR-system i ett eller flera steg med hjälp av ett system av luftade reaktorer fyllda med bärare (carriers). Dessa bärare erbjuder en stor yta där bakterier kan fästa sig och livnära sig på det organiska materialet i det avloppsvatten som ska renas.

Ett MBBR-system är effektivare än ett MBR-system när det gäller biologisk oxidation, eftersom bärarna hålls i ständig rörelse, och begränsar överskottsslammet till de fasta partiklar som lossnar från bärarna. Energiförbrukningen, underhållet och installationskostnaderna är lägre med MBBR, men det renade vattnet har i regel bättre kvalitet med MBR.

7. Varför ger ett MBR-system bättre prestanda än andra biologiska processer?

En biologisk membranreaktor har bättre prestanda än andra biologiska processer eftersom den arbetar med biomassabelastningar som är 3 till 4 gånger högre än standarden, men den stora skillnaden ligger i att den sekundära sedimenteringsbehållaren ersätts av MBR-systemets ultrafiltreringsmembran, vilka ger en filtreringsöppning på omkring 0,1 µm, vilket underlättar separationen av alla suspenderade fasta ämnen, en stor del av kolloiderna och de större molekylerna, samt de flesta mikroorganismer, såsom bakterier och virus, som annars skulle passera ut med det avloppsvatten som kommer ut från den biologiska reaktorn.

8. Hur väljer vi den mest lämpliga typen av filtermembran för en MBR-process?

Vilka membran som används i en MBR-reaktor beror på vilken filtreringsgrad som eftersträvas: mikrofiltrering (MF) på 0,1–0,4 µm eller ultrafiltrering (UF) på 0,01–0,1 µm.

Å andra sidan, och beroende på tillämpningen, kan man använda membran som är nedsänkta i bioreaktorn, vilket ger lägre energiförbrukning men också lägre flöde per^kvadratmeter, eller membran som är placerade utanför reaktorn . Den senare typen är mer tålig och möjliggör effektivare rengöring, men medför högre energikostnader på grund av pumpningen.

Nedsänkta membran används oftast i kommunala avloppsreningsverk, medan ytmonterade membran är vanligare vid rening av industriellt avloppsvatten.

9 När används MBR i kombination med DAF-flotation?

Det är vanligt att använda flotation med upplöst luft som förbehandling före en membranbioreaktor, särskilt när det förekommer flytande material eller rester av olja och fett som kan täppa till UF-membranen.

Om avloppsvattnet kräver det, krävs koagulering/flockning för att förbättra avskiljningen av kolloidalt material och suspenderade fasta ämnen.

10. Vilka skillnader finns det mellan en MBR och en FBR?

I ett MBR-system ersätts den sekundära reningen med membranfiltrering (MF/UF), medan den sekundära reningen i ett FBR-system sker med ett DAF-system efter den biologiska reaktorn. MBR-systemet sparar utrymme, förbättrar reningsprestandan och kvaliteten på det renade vattnet, och med FBR-systemet är slamkoncentrationen högre och anläggningen enklare att underhålla.

Kompakta och modulära membranbioreaktorer

1. Hur fungerar ett kompakt MBR-system?

Ett MBR-system kombinerar två huvudprocesser:

1. Den biologiska delen, som är uppdelad i två zoner: En anoxisk zon där inget syre tillförs, vilket möjliggör nedbrytning av föroreningar utan luft, och en aerob zon där syre tillförs via fläktar, vilket främjar den bakteriella aktiviteten som bidrar till nedbrytningen av de organiska föroreningarna i vattnet.
2. Fysisk filtrering med membran: I systemets aeroba del finns de nedsänkta membranen, som utför den fysiska filtreringen av vattnet. Detta steg säkerställer en hög kvalitet på utflödet genom att avlägsna fasta ämnen och andra föroreningar.

2. Vilka är de viktigaste användningsområdena för kompakta MBR-system?

De kompakta MBR-systemen har en rad olika huvudsakliga tillämpningar, framför allt tack vare deras förmåga att anpassas till olika behov och placeringar. Några viktiga exempel är:

1. Avlägset belägna områden: MBR-system är idealiska för avlägset belägna eller svårtillgängliga platser (landsbygds- eller skogsområden).
2. Jordbruksarbetsplatser: På platser där avloppsreningssystem krävs på grund av det stora antalet arbetare eller den intensiva verksamheten i området.
3. Tillfälliga eller mobila anläggningar: Tack vare sin kompakta och modulära konstruktion kan MBR-systemen snabbt transporteras och installeras.

3. Hur mycket utrymme tar ett kompakt och modulärt MBR-system?

Ett kompakt och bärbart MBR-system har ungefär samma storlek som en sjöfraktcontainer, vilket underlättar installation och transport. Eftersom det är ett plug-and-play-system krävs dessutom ingen ytterligare montering – det räcker med att ansluta till- och avloppsvattnet. Systemets inre delar är förmonterade.

4. Är ett kompakt och modulärt MBR-system dyrt?

Ett kompakt MBR-system är inte kostsamt att underhålla. Dess främsta fördel är att det avsevärt minskar kostnaderna för slamhantering. I konventionella system genereras stora mängder slam, vilket kräver frekventa och kostsamma tömningar. Däremot hanterar ett MBR-system en högre koncentration av biomassa, vilket ger mindre slam. Detta minskar driftskostnaderna, eftersom mindre slamvolym behöver hanteras. Även om den initiala investeringen kan vara högre, gör de långsiktiga besparingarna att MBR-systemet är mer ekonomiskt och effektivt än konventionella system.

5. Hur lång är den förväntade livslängden för ett kompakt MBR-system?

En kompakt membranbioreaktor har en livslängd på mellan 15 och 25 år, beroende på hur den används och underhålls.

Det är viktigt att nämna att membranen har en livslängd på mellan 8 och 10 år, förutsatt att de underhålls ordentligt. När denna period har gått ut måste membranen bytas ut.

6. Behövs det någon förbehandling före ett MBR-system?

Det är också viktigt att vattnet förbehandlas på rätt sätt innan det leds in i MBR-systemet, särskilt för att avlägsna fasta partiklar som är större än 1 mm, vilket säkerställer att systemet fungerar optimalt.