¿Qué son las membranas MBR y sus procesos combinados?
¿Qué es el proceso MBR?
El biorreactor de membrana (Membrance Bioreactor Reactor, denominado MBR) es un nuevo proceso de tratamiento biológico de aguas residuales mediante la combinación de la separación por membranas y la tecnología de tratamiento biológico.
Hay muchos tipos de membranas, según el mecanismo de separación, hay membranas de reacción, membranas de intercambio iónico, membranas permeables, etc.; según la clasificación de la naturaleza de la membrana, hay membranas naturales (biomembranas) y membranas sintéticas (membranas orgánicas y membranas inorgánicas); según la clasificación de la estructura del tipo de membrana, hay de tipo placa plana, tubular, espiral y de fibra hueca, etc.
Proceso MBR en el estado de investigación nacional
Desde los años 80, el biorreactor de membrana está recibiendo cada vez más atención, convirtiéndose en uno de los puntos calientes de la investigación. En la actualidad, la tecnología se ha utilizado en Estados Unidos, Alemania, Francia y Egipto, entre otros países, y la escala varía de 6 m3/d a 13 000 m3/d.
La investigación de China sobre MBR tiene menos de diez años, pero el progreso es muy rápido. La investigación nacional sobre MBR puede dividirse a grandes rasgos en varios aspectos:
(1) explorar diferentes procesos de tratamiento biológico y formas de combinación de unidades de separación por membranas, proceso de tratamiento de reacción biológica desde el método de lodos activados hasta el método de oxidación por contacto, método de biopelícula, lodos activados y biopelícula combinados con el proceso compuesto, proceso anaeróbico de dos fases;
(2) Investigación sobre factores, mecanismos y modelos matemáticos que afectan al efecto del tratamiento y a la contaminación de la membrana, exploración de condiciones de funcionamiento y parámetros de proceso adecuados, reducción de la contaminación de la membrana en la medida de lo posible y mejora de la capacidad de tratamiento y la estabilidad operativa de los módulos de membrana;
(3) Ampliar el ámbito de aplicación de MBR, los objetos de investigación de MBR de aguas residuales domésticas para ampliar a aguas residuales orgánicas de alta concentración (aguas residuales de alimentos, aguas residuales de cerveza) y aguas residuales industriales difíciles de degradar (aguas residuales petroquímicas, aguas residuales de impresión y teñido, etc.), pero el tratamiento de aguas residuales domésticas es el principal.
¿Cuáles son las características del proceso MBR?
En comparación con la tecnología tradicional de tratamiento bioquímico del agua, el MBR tiene las siguientes características principales:
1, separación eficiente de sólidos y líquidos, el efecto de separación es mucho mejor que el del tanque de sedimentación tradicional, la calidad del agua es buena, los sólidos en suspensión y la turbidez del efluente son cercanos a cero, pueden reutilizarse directamente, para lograr los recursos de aguas residuales.
2, la alta eficiencia del efecto de retención de la membrana, de modo que los microorganismos quedan completamente retenidos en el biorreactor, para lograr el tiempo de retención hidráulica del reactor (HRT) y la edad del lodo (SRT) de la separación completa, control de operación flexible y estable.
3, porque el MBR será el tratamiento tradicional de aguas residuales de un tanque de aireación y dos tanques de sedimentación en uno, y reemplazará todas las instalaciones de proceso de tratamiento terciario, por lo que puede reducir en gran medida la huella, ahorrando inversión civil.
4. Favorece la retención y propagación de bacterias nitrificantes, alta eficiencia de nitrificación del sistema. Mediante el cambio de modo de funcionamiento, también puede tener la función de eliminación de amoníaco y eliminación de fósforo.
5. Debido a que la edad del lodo puede ser muy larga, mejorando así en gran medida la eficiencia de degradación de la materia orgánica difícil de degradar.
6. El reactor funciona con una carga de volumen alta, una carga de lodo baja y una edad de lodo larga, la producción de lodo restante es muy baja, porque la edad del lodo puede ser infinitamente larga, teóricamente se puede conseguir una descarga de lodo cero.
7. El sistema realiza un control PLC, operación y gestión convenientes.
¿Cuáles son los componentes del proceso MBR?
El biorreactor de membrana comúnmente mencionado es en realidad un término general para tres tipos de reactores:
Bioreactor de membrana de aireación (AMBR);
Bioreactor de membrana extractiva (EMBR);
Bioreactor de membrana de separación sólido-líquido (Solid/Liquid Separation MembraneBioreactor, SLSMBR, abreviado MBR).
1. Membrana de aireación
Membrana de aireación – biorreactor (AMBR) que utiliza una membrana densa transpirable (como la membrana de caucho de silicona) o una membrana microporosa (como la membrana polimérica hidrofóbica), componentes de tipo placa o fibra hueca, manteniendo la presión parcial del gas por debajo del punto de burbujeo (punto de burbujeo) en el caso de que se pueda lograr una aireación sin burbujas en el biorreactor.
El proceso se caracteriza por un mejor tiempo de contacto y una mayor eficiencia en la transferencia de oxígeno, lo que favorece el control del proceso de aireación y no se ve afectado por los factores de tamaño de burbuja y tiempo de residencia en la aireación tradicional.
2. Membrana de extracción
Membrana de extracción – Biorreactor, también conocido como EMBR (Extractive Membrane Bioreactor). Debido a la alta acidez y alcalinidad o a la presencia de sustancias tóxicas para los organismos, algunas aguas residuales industriales no son aptas para el contacto directo con microorganismos que las traten; cuando las aguas residuales contienen sustancias tóxicas volátiles, si se utiliza el proceso tradicional de tratamiento biológico aeróbico, los contaminantes se volatilizan fácilmente con el flujo de aire de aireación y se produce el fenómeno de la elevación del gas, no solo el efecto del tratamiento es muy inestable, sino que también se produce contaminación atmosférica.
Para resolver estas dificultades técnicas, el investigador británico Livingston investigó y desarrolló el EMB. Las aguas residuales y el lodo activado se separan por la membrana, las aguas residuales fluyen en la membrana y contienen algún tipo de bacterias especializadas, el lodo activado fluye en la membrana, las aguas residuales y los microorganismos no están en contacto directo con los contaminantes orgánicos, pueden ser degradados selectivamente a través de la membrana por el otro lado de los microorganismos.
Como la unidad de biorreactor y la unidad de reciclaje de aguas residuales a ambos lados de la membrana de extracción son independientes entre sí, el flujo de agua de cada unidad tiene poca influencia sobre la otra, y los nutrientes y las condiciones de supervivencia microbiana en el biorreactor no se ven afectados por la calidad de las aguas residuales, lo que hace que el efecto del tratamiento del agua sea estable. Las condiciones de funcionamiento del sistema, como el TRH y el TRS, pueden controlarse en el rango óptimo para mantener la tasa máxima de degradación de contaminantes.
3. Membrana de separación sólido-líquido
La membrana de separación sólido-líquido – biorreactor es la clase de membrana – biorreactor más investigada en el campo del tratamiento de aguas, es un proceso de separación por membrana para reemplazar el método tradicional de lodos activados en el tanque de sedimentación secundaria de la tecnología de tratamiento de aguas. Hace refluir la materia orgánica sólida de nuevo al reactor a través de un módulo de membrana, y luego descarga el agua orgánica tratada. El tipo de biorreactor de separación por membrana puede clasificarse según la ubicación del módulo de membrana y el biorreactor: biorreactor de membrana integrado, biorreactor de membrana discreto, biorreactor de membrana compuesto.
En la tecnología tradicional de tratamiento biológico de aguas residuales, la separación de lodo y agua en el tanque de sedimentación secundario se completa por gravedad, y su eficiencia de separación depende del rendimiento de sedimentación del lodo activado: cuanto mejor sea la sedimentación, mayor será la eficiencia de separación de lodo y agua. La propiedad de sedimentación del lodo depende de las condiciones de funcionamiento del tanque de aireación, y las condiciones de funcionamiento del tanque de aireación deben controlarse estrictamente para mejorar la propiedad de sedimentación del lodo, lo que limita el ámbito de aplicación del método. Debido al requisito de separación sólido-líquido en el tanque de sedimentación secundario, el lodo en el tanque de aireación no puede mantener una alta concentración, generalmente alrededor de 1,5 ~ 3,5 g/L, lo que limita la velocidad de reacción bioquímica. El tiempo de retención hidráulica (TRH) y la edad del lodo (TEL) son interdependientes, y aumentar la carga volumétrica y reducir la carga de lodo a menudo forman una contradicción. El sistema también produce una gran cantidad de lodo residual durante el funcionamiento, y su coste de eliminación representa entre el 25 % y el 40 % del coste de funcionamiento de la planta de tratamiento de aguas residuales. El sistema tradicional de tratamiento de lodos activados también es propenso a la expansión de lodos, el efluente contiene sólidos en suspensión y la calidad del agua del efluente se deteriora.
En vista de los problemas anteriores, el MBR combina la tecnología de separación por membranas en ingeniería de separación con la tecnología tradicional de tratamiento biológico de aguas residuales, lo que mejora en gran medida la eficiencia de la separación sólido-líquido; y debido al aumento de la concentración de lodo activado en el tanque de aireación y la aparición de bacterias efectivas (especialmente la flora dominante) en el lodo, mejora la tasa de reacción bioquímica; Al mismo tiempo, reduce la cantidad de lodo residual generado al disminuir la relación F/M (o incluso 0), lo que básicamente resuelve los problemas existentes en el método tradicional de lodos activados. Al mismo tiempo, al reducir la relación F/M para reducir la cantidad de producción de lodo residual (incluso 0), básicamente resuelve muchos problemas pendientes existentes en el método tradicional de lodos activados.
¿Cuáles son los tipos de procesos MBR?
Según la combinación de módulo de membrana y biorreactor, el biorreactor de membrana se puede dividir en tres tipos básicos: dividido, integrado y compuesto. (Los siguientes comentarios tratan sobre biorreactores de membrana de tipo separación sólido-líquido)
1. Tipo de separación
El módulo de membrana y el biorreactor se configuran por separado.
El líquido mezclado en el biorreactor se presuriza mediante la bomba de circulación y luego se bombea al extremo de filtración del módulo de membrana. Bajo presión, el líquido en el líquido mezclado pasa a través de la membrana y se convierte en el agua tratada del sistema; los sólidos y las macromoléculas son retenidos por la membrana y luego fluyen de regreso al biorreactor junto con el líquido concentrado.
2. Tipo integral
El módulo de membrana se coloca dentro del biorreactor. El agua entra en la membrana – biorreactor, donde la mayoría de los contaminantes son eliminados por el lodo activado en la mezcla, y luego se filtran del agua por la membrana bajo presión externa.
Esta forma de biorreactor de membrana, debido a la eliminación del sistema de circulación de líquido mezclado y al bombeo de agua, tiene un consumo de energía relativamente bajo; ocupa un espacio más compacto que el tipo dividido, y en los últimos años ha recibido especial atención en el campo del tratamiento de aguas. Pero el flujo general de la membrana es relativamente bajo, la contaminación de la membrana es fácil, y la membrana no es fácil de limpiar y reemplazar.
3. Compuesto
La forma también pertenece a la membrana de una sola pieza: biorreactor, la diferencia está en el biorreactor con empaquetadura, formando así una membrana compuesta: biorreactor, cambiando algunas de las características del reactor.
¿Cuáles son los procesos combinados de MBR?
Para lograr una mejor purificación de las aguas residuales, el proceso A2O y el proceso MBR a menudo se combinan para formar un nuevo sistema.
Proceso 1.A2O-MBR
Las aguas residuales de coquización se producen en el proceso de coquización, destilación seca a alta temperatura, purificación y recuperación de gases, etc. Contienen fenoles volátiles, hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP), oxígeno, compuestos heterocíclicos de azufre y nitrógeno y otras características, así como un alto valor de DQO, un alto valor de fenol y un alto contenido de nitrógeno amoniacal.
Aunque el proceso A2O es uno de los métodos más eficaces y ampliamente utilizados para tratar las aguas residuales de coquización, el efluente de este proceso es difícil de cumplir con las normas nacionales integrales de descarga de aguas residuales. La aparición del proceso combinado A2O-MBR utiliza las ventajas del proceso de membrana para mejorar aún más la calidad del efluente.
2. Proceso A2OA-MBR
El proceso A2O/A-MBR se utiliza comúnmente en la desnitrificación y eliminación de fósforo, el proceso se basa en el proceso A2O y luego se establece un nivel de tanque anóxico, las aguas residuales a través de la membrana de carbono para completar la desnitrificación biológica y la eliminación de fósforo, y luego el uso del segundo tanque anóxico para la desnitrificación endógena, para eliminar aún más el nitrógeno total, y luego el uso de tanques de membrana para asegurar la función de aireación aeróbica del efluente.
3. Proceso AO-MBR
En el sistema AO-MBR, las aguas residuales que se separan de los sólidos en suspensión y los desechos fluyen hacia el tanque de ajuste para igualar la calidad y cantidad del agua, y luego entran en el tanque de sedimentación para la separación sólido-líquido. El líquido claro de la corriente superior fluye hacia el tanque de tratamiento MBR, que está diseñado como un sistema AO: en la sección delantera, el agua de la corriente afluente se mezcla completamente para llevar a cabo la desnitrificación biológica para la eliminación de nitrógeno, y en la sección trasera, se lleva a cabo la degradación biológica y la nitrificación, mientras se añade álcali, y las aguas residuales tratadas se descargan directamente.
Proceso 4.3A-MBR
El proceso 3A-MBR es una tecnología de biorreactor de membrana y el proceso anaeróbico, anóxico y aeróbico tradicional combinado con un nuevo proceso, a menudo utilizado en la desnitrificación y desfosforación de la purificación de aguas residuales, destacando las características del proceso biológico de desnitrificación del fósforo y promoviendo el uno al otro, de modo que todo el sistema de desnitrificación del fósforo y la eliminación de materia orgánica en la eficiencia del efecto máximo.
Características técnicas
Mejorar completamente la alta concentración de lodo activado en la piscina de reacción de la membrana, promover la formación de comunidades dominantes de bacterias nitrificantes, mejorar la eficiencia de la nitrificación, de modo que la eliminación de amoníaco y nitrógeno sea completa; a través del control automático, optimizar el tiempo de descarga de lodos del biorreactor de membrana, controlar razonablemente la edad del lodo, mejorar la concentración de bacterias nitrificantes de crecimiento lento, bacterias desnitrificantes y otras bacterias bioquímicas especializadas en el sistema, mejorar el efecto de la eliminación de materia orgánica y fósforo y la desnitrificación; lograr la descarga aeróbica de lodos, para evitar la liberación secundaria de fósforo. Mejorar la tasa de eliminación de fósforo.
Proceso 5.A(2A)O-MBR
El proceso A(2A)O-MBR adopta el flujo del proceso en el orden de anaeróbico, el primer tanque anóxico, el segundo anóxico, aeróbico y de membrana. Caracterizado por dos zonas anóxicas en el proceso A2O-MBR, la función de las dos zonas anóxicas se regula controlando los puntos de entrada y retorno.
El método de toma de agua adopta dos puntos de toma de agua en la zona anaeróbica y la primera zona anóxica. El método de reflujo adopta un reflujo de dos puntos en tres etapas, la primera etapa es el líquido mezclado de la piscina de membrana que se refluye hacia el frente de la zona aeróbica; la segunda etapa es el líquido mezclado de la zona aeróbica que se refluye hacia la primera zona anóxica y la segunda zona anóxica; y el tercer polo es el líquido mezclado de la primera zona anóxica que fluye mezclado hacia la zona anaeróbica.
6. Proceso SBR-MBR
El proceso SBR-MBR es una combinación de SBR y MBR para formar un proceso con las ventajas de ambos. El SBR es un proceso mejorado de tratamiento de lodos activados, el uso de componentes de membrana de retención y filtración, la reacción de los microorganismos en la reacción puede reproducirse al máximo, propiciando el crecimiento de bacterias nitrificantes, la actividad biológica de los lodos, la adsorción y la degradación de sustancias orgánicas con alta capacidad.
El proceso SBR-MBR tiene cinco sistemas de influente, anaeróbico, aeróbico y sedimentación, SBR y MBR trabajan para proporcionar condiciones para la desfosforación biológica y la eliminación de nitrógeno, y también se pueden controlar según la necesidad de tratar diferentes aguas residuales, el uso de la separación por membrana del agua de drenaje, para mejorar la eficiencia de la purificación de aguas residuales, pero también ahorra tiempo.
| Phosphonates Antiscalants, Corrosion Inhibitors and Chelating Agents | |
| Amino Trimethylene Phosphonic Acid (ATMP) | CAS No. 6419-19-8 |
| 1-Hydroxy Ethylidene-1,1-Diphosphonic Acid (HEDP) | CAS No. 2809-21-4 |
| Ethylene Diamine Tetra (Methylene Phosphonic Acid) EDTMPA (Solid) | CAS No. 1429-50-1 |
| Diethylene Triamine Penta (Methylene Phosphonic Acid) (DTPMPA) | CAS No. 15827-60-8 |
| 2-Phosphonobutane -1,2,4-Tricarboxylic Acid (PBTC) | CAS No. 37971-36-1 |
| 2-Hydroxy Phosphonoacetic Acid (HPAA) | CAS No. 23783-26-8 |
| HexaMethyleneDiamineTetra (MethylenePhosphonic Acid) HMDTMPA | CAS No. 23605-74-5 |
| Polyamino Polyether Methylene Phosphonic Acid(PAPEMP) | |
| Bis(HexaMethylene Triamine Penta (Methylene Phosphonic Acid)) BHMTPMP | CAS No. 34690-00-1 |
| Hydroxyethylamino-Di(Methylene Phosphonic Acid) (HEMPA) | CAS No. 5995-42-6 |
| Salts of Phosphonates | |
| Tetra sodium salt of Amino Trimethylene Phosphonic Acid (ATMP•Na4) | CAS No. 20592-85-2 |
| Penta sodium salt of Amino Trimethylene Phosphonic Acid (ATMP•Na5) | CAS No. 2235-43-0 |
| Mono-sodium of 1-Hydroxy Ethylidene-1,1-Diphosphonic Acid (HEDP•Na) | CAS No. 29329-71-3 |
| (HEDP•Na2) | CAS No. 7414-83-7 |
| Tetra Sodium Salt of 1-Hydroxy Ethylidene-1,1-Diphosphonic Acid (HEDP•Na4) | CAS No. 3794-83-0 |
| Potassium salt of 1-Hydroxy Ethylidene-1,1-Diphosphonic Acid (HEDP•K2) | CAS No. 21089-06-5 |
| Ethylene Diamine Tetra (Methylene Phosphonic Acid) Pentasodium Salt (EDTMP•Na5) | CAS No. 7651-99-2 |
| Hepta sodium salt of Diethylene Triamine Penta (Methylene Phosphonic Acid) (DTPMP•Na7) | CAS No. 68155-78-2 |
| Sodium salt of Diethylene Triamine Penta (Methylene Phosphonic Acid) (DTPMP•Na2) | CAS No. 22042-96-2 |
| 2-Phosphonobutane -1,2,4-Tricarboxylic Acid, Sodium salt (PBTC•Na4) | CAS No. 40372-66-5 |
| Potassium Salt of HexaMethyleneDiamineTetra (MethylenePhosphonic Acid) HMDTMPA•K6 | CAS No. 53473-28-2 |
| Partially neutralized sodium salt of bis hexamethylene triamine penta (methylene phosphonic acid) BHMTPH•PN(Na2) | CAS No. 35657-77-3 |
| Polycarboxylic Antiscalant and Dispersant | |
| Polyacrylic Acid (PAA) 50% 63% | CAS No. 9003-01-4 |
| Polyacrylic Acid Sodium Salt (PAAS) 45% 90% | CAS No. 9003-04-7 |
| Hydrolyzed Polymaleic Anhydride (HPMA) | CAS No. 26099-09-2 |
| Copolymer of Maleic and Acrylic Acid (MA/AA) | CAS No. 26677-99-6 |
| Acrylic Acid-2-Acrylamido-2-Methylpropane Sulfonic Acid Copolymer (AA/AMPS) | CAS No. 40623-75-4 |
| TH-164 Phosphino-Carboxylic Acid (PCA) | CAS No. 71050-62-9 |
| Biodegradable Antiscalant and Dispersant | |
| Sodium of Polyepoxysuccinic Acid (PESA) | CAS No. 51274-37-4 |
| CAS No. 109578-44-1 | |
| Sodium Salt of Polyaspartic Acid (PASP) | CAS No. 181828-06-8 |
| CAS No. 35608-40-6 | |
| Biocide and Algicide | |
| Benzalkonium Chloride(Dodecyl Dimethyl Benzyl ammonium Chloride) | CAS No. 8001-54-5, |
| CAS No. 63449-41-2, | |
| CAS No. 139-07-1 | |
| Isothiazolinones | CAS No. 26172-55-4, |
| CAS No. 2682-20-4 | |
| Tetrakis(hydroxymethyl)phosphonium sulfate(THPS) | CAS No. 55566-30-8 |
| GLUTARALDEHYDE | CAS No. 111-30-8 |
| Corrosion Inhibitors | |
| Sodium salt of Tolyltriazole (TTA•Na) | CAS No. 64665-57-2 |
| Tolyltriazole (TTA) | CAS No. 29385-43-1 |
| Sodium salt of 1,2,3-Benzotriazole (BTA•Na) | CAS No. 15217-42-2 |
| 1,2,3-Benzotriazole (BTA) | CAS No. 95-14-7 |
| Sodium salt of 2-Mercaptobenzothiazole (MBT•Na) | CAS No. 2492-26-4 |
| 2-Mercaptobenzothiazole (MBT) | CAS No. 149-30-4 |
| Oxygen Scavenger | |
| Cyclohexylamine | CAS No. 108-91-8 |
| Morpholine | CAS No. 110-91-8 |
| Other | |
| Sodium Diethylhexyl Sulfosuccinate | CAS No. 1639-66-3 |
| Acetyl chloride | CAS No. 75-36-5 |
| TH-GC Green Chelating Agent (Glutamic Acid,N,N-diacetic Acid, Tetra Sodium Salt) | CAS No. 51981-21-6 |