¿Qué son las membranas MBR y sus procesos combinados?
Respuesta rápida: Las decisiones sobre procesos de tratamiento y aguas residuales generalmente se toman observando la composición del afluente, la etapa del proceso, el objetivo de cumplimiento y si el ajuste propuesto aún se comporta bien a escala de planta. La respuesta más útil casi siempre proviene del diagnóstico a nivel del sistema, no de una sola métrica.
¿Qué es el proceso MBR?
El biorreactor de membrana (reactor biorreactor de membrana, denominado MBR) es un nuevo proceso de tratamiento biológico de aguas residuales mediante la combinación de separación por membrana y tecnología de tratamiento biológico.
Existen muchos tipos de membranas, según el mecanismo de separación, existen membranas de reacción, membranas de intercambio iónico, membranas permeables, etc.; según la clasificación de la naturaleza de la membrana, existen membranas naturales (biomembranas) y membranas sintéticas (membranas orgánicas y membranas inorgánicas); Según la clasificación de la estructura del tipo de membrana, existen tipos de placa plana, tubulares, espirales 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 focos de investigación. En la actualidad, la tecnología se ha utilizado en Estados Unidos, Alemania, Francia, Egipto y otros países; la escala varía de 6 m3/d a 13000 m3/d.
La investigación de China sobre MBR lleva menos de diez años, pero el progreso es muy rápido. La investigación nacional sobre MBR se puede dividir en términos generales en varios aspectos:
(1) explorar diferentes procesos de tratamiento biológico y formas de combinación de unidades de separación de membrana, procesos de tratamiento de reacción biológica desde el método de lodos activados para expandirse al método de oxidación por contacto, método de biopelícula, lodos activados y biopelículas combinados con el proceso compuesto, proceso anaeróbico de dos fases;
(2) Investigación sobre factores, mecanismos y modelos matemáticos que afectan el efecto del tratamiento y la contaminación de la membrana, explorar condiciones operativas y parámetros de proceso adecuados, reducir la contaminación de la membrana tanto como sea posible y mejorar 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 expandirse 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 las aguas residuales domésticas es el principal.
¿Cuáles son las características del proceso MBR? En comparación con la tecnología bioquímica tradicional de tratamiento de agua, MBR tiene las siguientes características principales:
1, separación eficiente de sólido-líquido, el efecto de separación es mucho mejor que el tanque de sedimentación tradicional, la calidad del agua es buena, los sólidos suspendidos del efluente y la turbidez son cercanos a cero, se pueden reutilizar directamente para lograr los recursos de aguas residuales.
2, la alta eficiencia del efecto de retención de la membrana, de modo que los microorganismos queden 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. Debido a que 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, propicio para la retención y propagación de bacterias nitrificantes, alta eficiencia de nitrificación del sistema. A través del cambio de modo de operación, también puede tener la función de eliminación de amoníaco y eliminación de fósforo.
5, porque 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 un gran volumen de carga, baja carga de lodos y una larga edad de lodos, la producción de lodos restante es muy baja, debido a que la edad de los lodos puede ser infinitamente larga, teóricamente se puede lograr una descarga de lodos nula.
7, el sistema realiza 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:
Biorreactor de Membrana de Aireación (AMBR);
Biorreactor Extractivo de Membrana (EMBR);
③ membrana de separación sólido-líquido – biorreactor (Solid/Liquid Separation MembraneBioreactor, SLSMBR, abreviado MBR).
1. Membrana de aireación
Membrana de aireación: biorreactor (AMBR) que utiliza una membrana densa respirable (como una membrana de caucho de silicona) o una membrana microporosa (como una membrana polimérica hidrófoba), una placa o componentes de tipo fibra hueca, para mantener la presión parcial del gas por debajo del punto de burbuja (punto de burbuja) en el caso de que se pueda lograr una aireación sin burbujas en el biorreactor.
El proceso se caracteriza por un tiempo de contacto mejorado y una eficiencia de transferencia de oxígeno, lo que favorece el control del proceso de aireación y no se ve afectado por los factores del tamaño de las burbujas y el tiempo de residencia en la aireación tradicional.
2.Membrana de extracción
Membrana Extractiva – Biorreactor, también conocido como EMBR (Biorreactor de Membrana Extractiva).Debido a la alta acidez y alcalinidad o la presencia de sustancias tóxicas para los organismos, algunas aguas residuales industriales no son aptas para el contacto directo con los microorganismos; cuando las aguas residuales contienen sustancias tóxicas volátiles, si se utiliza el proceso tradicional de tratamiento biológico aeróbico, los contaminantes son fáciles de volatilizar el flujo de aire de aireación con la volatilidad del fenómeno de elevación de gas, no solo el efecto del tratamiento es muy inestable, sino que también causa contaminación atmosférica.
Para resolver estas dificultades técnicas, el académico británico Livingston investiga y desarrolla el EMB. Las aguas residuales y los lodos activados están separados por la membrana, las aguas residuales en el flujo de la membrana y contienen algún tipo de bacteria especializada. El lodo activado en el flujo de la membrana, las aguas residuales y los microorganismos no están en contacto directo con los contaminantes orgánicos que pueden ser selectivamente a través de la membrana, es el otro lado de la degradación de los microorganismos.
Como la unidad del biorreactor y la unidad de reciclaje de aguas residuales en ambos lados de la membrana de extracción son independientes entre sí, el flujo de agua de cada unidad tiene poca influencia entre sí y los nutrientes y las condiciones de supervivencia microbiana en el biorreactor no se ven afectados por la calidad del agua residual, lo que hace que el efecto del tratamiento del agua sea estable. Las condiciones operativas del sistema, como HRT y SRT, se pueden controlar en el rango óptimo para mantener la tasa máxima de degradación de contaminantes.
3.Membrana de separación sólido-líquido
Membrana de separación sólido-líquido – biorreactor es la clase de membrana – biorreactor más investigada en el campo del tratamiento de agua, es un proceso de separación de membrana para reemplazar el método tradicional de lodo activado en el tanque de sedimentación secundario de la tecnología de tratamiento de agua. Hace refluir la materia orgánica sólida de regreso al reactor a través de un módulo de membrana y luego descarga el agua orgánica tratada. El tipo de biorreactor de separación de membrana se puede clasificar según la ubicación del módulo de membrana y el biorreactor: biorreactor de membrana integrado, biorreactor de membrana discreto y biorreactor de membrana compuesto.
En la tecnología tradicional de tratamiento biológico de aguas residuales, la separación del lodo y el 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 la separación del lodo y el agua. La propiedad de sedimentación del lodo depende de las condiciones operativas del tanque de aireación, y las condiciones operativas 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 concentración alta, generalmente alrededor de 1,5 ~ 3,5 g/L, lo que limita la velocidad de reacción bioquímica. El tiempo de retención hidráulica (HRT) y la edad de los lodos (SRT) son interdependientes, y aumentar la carga volumétrica y reducir la carga de lodos a menudo forman una contradicción. El sistema también produce una gran cantidad de lodos residuales durante su funcionamiento y su costo de eliminación representa entre el 25% y el 40% del costo operativo de la planta de tratamiento de aguas residuales. El sistema tradicional de tratamiento de lodos activados también es propenso a la expansión de los lodos, el efluente contiene sólidos en suspensión y el deterioro de la calidad del agua efluente.
En vista de los problemas anteriores, MBR combina la tecnología de separación por membrana en ingeniería de separación con la tecnología tradicional de tratamiento biológico de aguas residuales, lo que mejora en gran medida la eficiencia de separación sólido-líquido; y debido al aumento de la concentración de lodos activados en el tanque de aireación y la aparición de bacterias efectivas (especialmente la flora dominante) en los lodos, mejora la velocidad de reacción bioquímica; al mismo tiempo, reduce la cantidad de lodos residuales generados 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 lodos residuales (incluso 0), básicamente resuelve muchos problemas pendientes que existen 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. (Las siguientes discusiones son todas sobre biorreactores de membrana de tipo separación sólido-líquido)
1. Tipo de separación
El módulo de membrana y el biorreactor se instalan por separado.
La bomba de circulación presuriza el líquido mezclado en el biorreactor y luego lo bombea al extremo de filtración del módulo de membrana. Bajo presión, el líquido del 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 regresan al biorreactor junto con el líquido concentrado.
2. Tipo integral
El módulo de membrana se coloca dentro del biorreactor. Entrada de agua a la membrana – biorreactor, donde la mayoría de los contaminantes son eliminados por el lodo activado en la mezcla y luego filtrados del agua por la membrana bajo presión externa.Esta forma de membrana – biorreactor debido a la eliminación del sistema de circulación de líquido mixto y al bombeo de agua, el consumo de energía es relativamente bajo; Ocupa una forma más compacta que el tipo split, en los últimos años en el campo del tratamiento de aguas ha recibido especial atención. Pero el flujo general de la membrana es relativamente bajo, es fácil que la membrana se contamine y la contaminación de la membrana no es fácil de limpiar y reemplazar.
3. Compuesto
La forma también pertenece a la membrana – biorreactor de una sola pieza, la diferencia está en el biorreactor con empaquetadura, formando así una membrana – biorreactor compuesto, cambiando algunas de las características del reactor.
¿Qué son los procesos MBR combinados?
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), compuestos heterocíclicos de oxígeno, 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 utilizados para el tratamiento de aguas residuales de coquización. Sin embargo, es difícil que el efluente de este proceso cumpla con los estándares 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.
Proceso 2.A2OA-MBR
El proceso A2O/A-MBR se usa comúnmente en la desnitrificación y eliminación de fósforo, el proceso se basa en el proceso A2O y luego establece un nivel de tanque anóxico, aguas residuales a través de la membrana de carbono para completar la desnitrificación biológica y eliminación de fósforo, y luego el uso del segundo tanque anóxico para la desnitrificación endógena, para eliminar aún más el TN, y luego el uso de tanques de membrana para garantizar el papel de aireación aeróbica del efluente.
Proceso 3.AO-MBR
En el sistema AO-MBR, las aguas residuales que se separan de los sólidos suspendidos y los desechos fluyen hacia el tanque de ajuste para igualar la calidad y cantidad del agua, y luego ingresan al 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 frontal, el agua de la corriente afluente se mezcla completamente para llevar a cabo la desnitrificación biológica para la eliminación del nitrógeno, y en la sección posterior, se lleva a cabo la degradación biológica y la nitrificación, mientras se agrega 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 desnitrogenación y desfosforización de la purificación de aguas residuales, destacando las características del proceso biológico de desnitrificación de fósforo y promoviéndose entre sí, de modo que todo el sistema de desnitrificación de fósforo y la eliminación de materia orgánica tengan la máxima eficiencia.
Características técnicas
Mejorar completamente la alta concentración de lodo activado en la piscina de reacción de membrana, promover la formación de comunidades de bacterias nitrificantes dominantes, mejorar la eficiencia de la nitrificación, para 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 y desnitrificación de materia orgánica y fósforo; para lograr una descarga aeróbica de lodos, para evitar la liberación secundaria de fósforo. Mejorar la tasa de eliminación de fósforo.
5.A(2A)O-MBR proceso
Un proceso (2A)O-MBR adopta el flujo del proceso en el orden de anaeróbico, el primero anóxico, el segundo anóxico, aeróbico y tanque 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 ingesta de agua adopta dos puntos de ingesta de agua en la zona anaeróbica y la primera zona anóxica. El método de reflujo adopta reflujo de dos puntos en tres etapas, la primera etapa es el líquido mezclado de la piscina de membrana refluido al frente de la zona aeróbica; la segunda etapa es el líquido mezclado de la zona aeróbica refluido a la primera zona anóxica y a la segunda zona anóxica; y el tercer polo es el líquido mezclado de la primera zona anóxica que fluye mezclado hacia la zona anaeróbica.
Proceso 6.SBR-MBREl proceso SBR-MBR es una combinación de SBR y MBR para formar un proceso con las ventajas de ambos, 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 se puede reproducir al máximo, lo que favorece el crecimiento de bacterias nitrificantes, la actividad biológica de los lodos, la adsorción y degradación de sustancias orgánicas con alta capacidad.
El proceso SBR-MBR tiene cinco sistemas de afluente, anaeróbico, aeróbico y sedimentación, SBR y MBR funcionan para proporcionar condiciones para la desfosforización biológica y la eliminación de nitrógeno, y también pueden controlarse según la necesidad de tratar diferentes aguas residuales, el uso de separación por membrana del agua de drenaje, para mejorar la eficiencia de la purificación de aguas residuales, pero también ahorra tiempo.
| Fosfonatos, antiincrustantes, inhibidores de corrosión y agentes quelantes | |
| Ácido aminotrimetilenfosfónico (ATMP) | N.º CAS 6419-19-8 |
| Ácido 1-hidroxietiliden-1,1-difosfónico (HEDP) | N.º CAS 2809-21-4 |
| Etilendiaminotetra (ácido metilenfosfónico) EDTMPA (sólido) | N.° CAS 1429-50-1 |
| Dietileno triamina penta (ácido metilenfosfónico) (DTPMPA) | N.º CAS 15827-60-8 |
| Ácido 2-fosfonobutano -1,2,4-tricarboxílico (PBTC) | N.º CAS 37971-36-1 |
| Ácido 2-hidroxifosfonoacético (HPAA) | N.º CAS 23783-26-8 |
| Hexametilendiaminatetra (ácido metilenfosfónico) HMDTMPA | N.° CAS 23605-74-5 |
| Ácido poliaminopoliéter metilenofosfónico (PAPEMP) | |
| Bis(hexametilentriamina penta (ácido metilenfosfónico)) BHMTPMP | N.º CAS 34690-00-1 |
| Hidroxietilamino-Di(ácido metilenfosfónico) (HEMPA) | N.º CAS 5995-42-6 |
| Sales de Fosfonatos | |
| Sal tetrasódica del ácido aminotrimetilenfosfónico (ATMP•Na4) | N.º CAS 20592-85-2 |
| Sal de pentasódica del ácido aminotrimetilenfosfónico (ATMP•Na5) | N.° CAS 2235-43-0 |
| Monosodio del ácido 1-hidroxietilideno-1,1-difosfónico (HEDP•Na) | N.º CAS 29329-71-3 |
| (HEDP•Na2) | N.º CAS 7414-83-7 |
| Sal tetrasódica del ácido 1-hidroxietilideno-1,1-difosfónico (HEDP•Na4) | N.º CAS 3794-83-0 |
| Sal potásica del ácido 1-hidroxietilideno-1,1-difosfónico (HEDP•K2) | N.º CAS 21089-06-5 |
| Etilendiamina tetra (ácido metilenfosfónico) Sal pentasódica (EDTMP•Na5) | N.º CAS 7651-99-2 |
| Sal heptasódica de dietilentriamina penta (ácido metilenofosfónico) (DTPMP•Na7) | N.° CAS 68155-78-2 |
| Sal sódica de dietilentriamina penta (ácido metilenfosfónico) (DTPMP•Na2) | N.º CAS 22042-96-2 |
| 2-Fosfonobutano-ácido 1,2,4-tricarboxílico, sal de sodio (PBTC•Na4) | N.º CAS 40372-66-5 |
| Sal potásica de hexametilendiaminatetra (ácido metilenfosfónico) HMDTMPA•K6 | N.º CAS 53473-28-2 |
| Sal sódica parcialmente neutralizada de bis hexametilen triamina penta (ácido metilen fosfónico) BHMTPH•PN(Na2) | N.º CAS 35657-77-3 |
| Antiincrustante y dispersante policarboxílico | |
| Ácido poliacrílico (PAA) 50% 63% | N.º CAS 9003-01-4 |
| Sal sódica del ácido poliacrílico (PAAS) 45% 90% | N.º CAS 9003-04-7 |
| Anhídrido polimaleico hidrolizado (HPMA) | N.º CAS 26099-09-2 |
| Copolímero de ácido maleico y acrílico (MA/AA) | N.° CAS 26677-99-6 |
| Copolímero de ácido acrílico-2-acrilamido-2-metilpropanosulfónico (AA/AMPS) | N.° CAS 40623-75-4 |
| TH-164 Ácido fosfinocarboxílico (PCA) | N.º CAS 71050-62-9 |
| Antiincrustante y dispersante biodegradable | |
| Sodio del ácido poliepoxisuccínico (PESA) | N.º CAS 51274-37-4 |
| N.º CAS 109578-44-1 | |
| Sal sódica del ácido poliaspártico (PASP) | N.º CAS 181828-06-8 |
| N.º CAS 35608-40-6 | |
| Biocida y algicida | |
| Cloruro de benzalconio (cloruro de dodecildimetilbencilamonio) | N.º CAS 8001-54-5, |
| N.º CAS 63449-41-2, | |
| N.º CAS 139-07-1 | |
| Isotiazolinonas | N.º CAS 26172-55-4, |
| N.º CAS 2682-20-4 | |
| Sulfato de tetrakis(hidroximetil)fosfonio (THPS) | N.º CAS 55566-30-8 |
| GLUTARALDEHÍDE | N.° CAS 111-30-8 |
| Inhibidores de corrosión | |
| Sal sódica de toliltriazol (TTA•Na) | N.º CAS 64665-57-2 |
| Toliltriazol (TTA) | N.º CAS 29385-43-1 |
| Sal sódica de 1,2,3-benzotriazol (BTA•Na) | N.º CAS 15217-42-2 |
| 1,2,3-Benzotriazol (BTA) | N.° CAS 95-14-7 |
| Sal sódica de 2-mercaptobenzotiazol (MBT•Na) | N.° CAS 2492-26-4 |
| 2-Mercaptobenzotiazol (MBT) | N.º CAS 149-30-4 |
| eliminador de oxígeno | |
| Ciclohexilamina | N.º CAS 108-91-8 |
| Morfolina | N.º CAS 110-91-8 |
| Otro | |
| Dietilhexilsulfosuccinato de sodio | N.° CAS 1639-66-3 |
| loruro de acetilo | N.° CAS 75-36-5 |
| TH-GC Agente quelante verde (ácido glutámico, ácido N,N-diacético, sal tetrasódica) | N.º CAS 51981-21-6 |
Cómo los compradores y operadores técnicos suelen evaluar los problemas de tratamiento de aguas residuales
La mayoría de los problemas de tratamiento de aguas residuales son problemas del sistema. Los equipos generalmente obtienen mejores resultados cuando primero definen la etapa del proceso y el objetivo de calidad del agua, luego revisan juntos los factores biológicos, químicos y operativos antes de realizar una corrección a escala de planta.
- Comience desde la etapa del proceso: los pasos de pretratamiento, tratamiento biológico, manejo de lodos y pulido pueden señalar causas fundamentales muy diferentes.
- Compruebe los datos básicos de calidad del agua juntos: El pH, la DQO, el nitrógeno, la salinidad, el estado del lodo y el oxígeno disuelto a menudo deben leerse como una sola imagen.
- Revise el cumplimiento y la operatividad al mismo tiempo: la solución local más rápida aún puede ser un movimiento comercial equivocado si desestabiliza otra parte de la planta.
- Utilice validación piloto o por etapas cuando sea posible: Los sistemas de aguas residuales a menudo responden de manera diferente a escala que en supuestos de banco simplificados.
Referencias de productos recomendados
- CHLUMINIT TMO: Un valioso punto de comparación cuando son importantes las discusiones sobre un menor amarilleo o sobre el reemplazo de TPO.
- CHLUMINIT 261: Una referencia directa de fotoiniciador catiónico cuando se analizan rutas de curado catiónico.
- CHLUMICRYL HPMA: Útil cuando se necesita más soporte de polaridad y adhesión en el paquete reactivo.
- CHLUMICRYL HEMA: Una conocida referencia de monómero polar en sistemas basados en adhesión y reactividad.
Preguntas frecuentes para compradores y formuladores
¿Por qué muchos problemas de aguas residuales resisten soluciones de un solo paso?
Porque el síntoma visible a menudo es creado por varias variables de proceso que interactúan en lugar de una causa aislada.
¿Deben evaluarse los cambios operativos solo mediante un indicador de salida?
Unormalmente no. Una decisión de tratamiento estable debe considerar el equilibrio del proceso, el cumplimiento, el comportamiento de los lodos y también el efecto en los pasos posteriores.