Šī pasaulē lielākā MABR sistēma mainīs jūsu izpratni par aerācijas procesu!
Pašlaik lielākajā daļā tradicionālo notekūdeņu attīrīšanas iekārtu enerģijas patēriņš aerācijas procesā veido vairāk nekā 50% no iekārtas kopējā enerģijas patēriņa, atstājot lielu enerģijas ietaupījuma potenciālu. Kā bioloģiskā membrānas notekūdeņu attīrīšanas tehnoloģija, kas izmanto selektīvu skābekļa pārnešanu caur membrānām, lai piegādātu skābekli un kalpotu kā bioplēves nesējs, MABR tehnoloģija var efektīvi samazināt notekūdeņu attīrīšanas enerģijas patēriņu, palielināt iekārtas slodzi un uzlabot slāpekļa un fosfora barības vielu noņemšanu. Tam ir būtiskas tehniskas priekšrocības notekūdeņu ar augstu skābekļa patēriņa, gaistošo organisko savienojumu notekūdeņu un augsta amonjaka-slāpekļa notekūdeņu attīrīšanā.
Hespeleras notekūdeņu rūpnīca: pasaulē lielākā membrānas virsmas laukuma MABR sistēma
Hespeleras notekūdeņu attīrīšanas iekārta, kas atrodas Kembridžā, Ontario, Kanādā, ir viena no trīspadsmit rūpnīcām, kas apkalpo Vaterlo reģiona iedzīvotājus, kuru skaits pārsniedz 600,{1}} cilvēkus.
Sākotnēji tā tika uzcelta 1973. gadā, bet 1988. un 1992. gadā tika modernizēta, taču šie uzlabojumi nebija pietiekami, lai apmierinātu pieaugošo iedzīvotāju pieprasījumu un augošās notekūdeņu attīrīšanas efektivitātes prasības. Tāpēc Vaterlo reģionālā valdība nolēma veikt Hespeleras rūpnīcas sekundārās attīrīšanas procesa kapitālo remontu.
Hespeler notekūdeņu attīrīšanas iekārta
2017. gadā un 2018. gadā reģionālā valdība pētīja MABR tehnoloģijas uzstādīšanas projektēšanas plānu, ilgtermiņa veiktspēju un ekonomisko iespējamību, galu galā pieņemot lēmumu modernizēt savu aerobo aktīvo dūņu sistēmu uz MABR/AO (anoksiskā-oksiskā) kombinētā procesa sistēmu. Kad projekts sāka darboties 2021. gadā, tas kļuva par pasaulē lielāko MABR sistēmu membrānas virsmas laukuma ziņā.
Lēmums izvēlēties MABR tehnoloģiju Hespeler rūpnīcai ir izrādījies ļoti izdevīgs.
1. No enerģijas taupīšanas viedokļa:
Attiecībā uz sākotnējo aerobo aktīvo dūņu metodi Hespelerā, šī sekcija patērēja 60% no kopējās enerģijas, jo skābeklis bija nepieciešams no mikro burbuļu aerācijas. Modernizācijas laikā tika panākts rūpnīcas bioķīmiskās enerģijas patēriņa samazinājums par 40%.
Tipiskā notekūdeņu attīrīšanas iekārtā parastā aerācijas metode izmanto pūtēju vai mehānisko aerāciju, kurā notekūdeņos mehāniski tiek iespiests gaiss vai tīrs skābeklis. Lai gan šīs metodes ir efektīvas un viegli kontrolējamas, tām ir daudz trūkumu: lielais burbuļu aerācijas skaits rada lielu enerģijas patēriņu, ekspluatācijas izmaksas un zemu skābekļa pārvades efektivitāti.
Atšķirībā no MABR tehnoloģijas, skābekļa saturu šķiedru membrānā nosaka atšķirība starp iekšējo un ārējo skābekļa saturu pēc aerācijas sākuma. Membrānas materiāls izšķīdina un izkliedē skābekli kā viena molekula, lai tas varētu difundēt caur membrānu. Salīdzinot ar parastajām aerācijas metodēm, MABR ir vairākas priekšrocības:
Tomēr skābekli var tieši piegādāt bioplēvei, kas var ievērojami samazināt skābekļa pārneses pretestību caur šķidro fāzi un aptver skābekļa izmantošanu vairāk nekā 100%. Izmantojot tradicionālās metodes, skābekļa pārneses efektivitāte sasniedz tikai 1,5 kg/(kW·h), bet tā var sasniegt pat 6 kg/(kW·h).
◎ Tā ir stabila vide mikrobu augšanai un reprodukcijai. MABR aerācijas intensitāte ir viegla, gandrīz neradot bojājumus mikroorganismiem, kas piesaistīti membrānas šķiedrām, kas stabilizēja mikrobu augšanu.
◎ Šī aerācija ir bez burbuļiem, novēršot gaistošu sastāvdaļu nonākšanu gaisā parasti caur burbuļiem, lai izvairītos no sekundārā piesārņojuma. Turklāt tas nomāc putu veidošanos no mikrobu metabolisma.
◎ Viegli pielāgojot skābekļa padevi, tiek novērsti gāzes atkritumi, kas rodas no minimālā skābekļa pieprasījuma reakcijai.
2. No jaudas paplašināšanas viedokļa:
Sākotnējā Hespeler rūpnīcas pārstrādes jauda bija 6600 m3/dienā. Pēc modernizācijas attīrīšanas jauda palielinājās līdz 9320 m3/dienā, kas ir par 40% pieaugums.
MABR aprīkojums ir kompakts, aizņem maz vietas, un to var uzstādīt tieši esošajās tvertnēs. Skābeklis tiek selektīvi pārnests caur membrānu, lai nodrošinātu aerāciju bez burbuļiem, ar augstu skābekļa pārneses efektivitāti. Sniegto skābekli pilnībā izmanto bioplēve, tādējādi nodrošinot augstu skābekļa izmantošanu un ievērojami palielinot sistēmas biomasu, panākot rūpnīcas jaudas paplašināšanu bez fiziskas izplešanās.
MABR jauninājumi var palielināt esošo notekūdeņu attīrīšanas iekārtu slodzi par 20%-40% vai pat vairāk.
Skābekļa pārneses virziens MABR ir pretstrāva amonjaka slāpekļa un organisko vielu pārneses virzienam. Nitrificējošās baktērijas veido dominējošo augšanu pie membrānas virsmas, un tās aizsargā ārējā bioplēve, kas ne tikai palielina nitrifikācijas ātrumu, bet arī nodrošina nitrifikācijas stabilitāti. Šī priekšrocība ir īpaši acīmredzama trieciena slodžu laikā vai aukstos ziemas mēnešos.
Pirms modernizācijas ziemas notekūdeņu amonjaka slāpeklis (ar minimālo ūdens temperatūru 10 grādi) pārsniedza 5 mg/L izplūdes standartu; pēc modernizācijas notekūdeņi atbilda standartam (ziemas izplūdes robeža < 5 mg/L, vasaras robeža < 2 mg/L).
Turklāt MABR reaktoru uzstādīšana anaerobās vai anoksiskās tvertnēs ļauj veikt vienlaicīgu nitrifikāciju un denitrifikāciju. Tādos pašos notekūdeņu kopējā slāpekļa apstākļos, salīdzinot ar citiem slāpekļa atdalīšanas procesiem, piemēram, A2O, tas samazina iekšējās recirkulācijas koeficientus, uzlabojot denitrifikācijas efektivitāti, vienlaikus ietaupot oglekļa avotus un enerģiju.
Trīs galvenie faktori, kas ietekmē membrānas gāzēto bioplēves reaktoru (MABR)
1. Aerācijas spiediens
Tā kā darba spiedienam MABR ir jāpaliek zem membrānas burbuļošanas punkta, mēs iegūstam aerāciju bez burbuļiem.
◎ Pie pārāk zema spiediena iekšējā bioplēvē nebūs pietiekami daudz izšķīdušā skābekļa, un līdz ar to cietīs aerobiski nitrificējošo un heterotrofisko baktēriju darbība.
◎ Pie ļoti augsta spiediena visa bioplēve būs aeroba, mudinot anaerobās denitrificējošās baktērijas un citus anaerobus neaugt un negatīvi ietekmēt denitrifikācijas procesu.
Faktiski apstrādes efekts būtu jāpanāk praksē ar atbilstošu ūdens kvalitātes intensitāti atbilstoši konkrētai ūdens kvalitātei.
2. Ūdens plūsmas ātrums
Mikrobu piesaistes stadijā pārmērīgais plūsmas ātrums kavēs mikrobu augšanu un adhēziju, tāpēc plūsmas ātrums šajā posmā nav pārāk liels.
Kad bioplēve ir izveidota, ūdens plūsmas ātruma palielināšanās samazina šķidruma robežslāņa biezumu. Tā kā stabilas darbības laikā bioplēves biezums stabilizējas, plūsmas ātruma palielināšana samazina šķidrās fāzes robežslāņa biezumu un veicina bioplēves atjaunošanos, kas pārmērīgi samazina bioplēves biezumu, palielinot skābekļa un piesārņotāju pārneses efektivitāti.
Saskaņā ar pētījumu, notekūdeņu plūsmas ātrums ir viens no faktoriem, kas ietekmē mikrobu augšanu un bioplēves biezumu.
◎ Jo plānāks ir robežslānis, jo lielāks plūsmas ātrums un atbilstošs stabils bioplēves biezums.
◎ Piesārņojošo vielu noārdīšanās ātruma palielināšanai ir nepieciešams samazināt plūsmas ātrumu, biezāku stabilu bioplēvi un biezāku stabilu bioplēvi ar mazāku plūsmas ātrumu.
3. Oglekļa, slāpekļa un fosfora attiecība notekūdeņos
Piemērota C: N: P attiecība veicina mikrobu augšanu MABR bioplēvē, veicinot vienlaicīgu nitrifikāciju un denitrifikāciju reaktorā.
◎ Zemas C:N attiecības gadījumā organiskā oglekļa koncentrācija nav pietiekama, lai apmierinātu oglekļa avota pieprasījumu pēc denitrifikācijas, kas ietekmē kopējo slāpekļa atdalīšanas efektivitāti.
◎ Ja C:N attiecība ir pārāk augsta, aerobās heterotrofās baktērijas vairojas un patērēs lielu daudzumu skābekļa, samazinot izšķīdušā skābekļa koncentrāciju un kavējot nitrifikāciju.
Četri izplatīti membrānas gāzveida bioplēves reaktora (MABR) pielietošanas scenāriji
- Augsta amonjaka-slāpekļa satura notekūdeņu attīrīšana
- Integrētas iekārtas lauku sadzīves notekūdeņu attīrīšanai
- Pilsētas upju ūdeņu bioloģiskā atjaunošana
- Notekūdeņu attīrīšanas iekārtu modernizācija labākai darbībai
Faktiski pēdējos gados MABR arvien vairāk tiek izmantots notekūdeņu attīrīšanas iekārtās visā pasaulē.
Piemēram, YBSD notekūdeņu attīrīšanas iekārtā Ilinoisā, ASV, 10 oriģinālie aerobiskie bioreaktori tika modernizēti līdz 2 anaerobām tvertnēm, 2 MABR anoksiskām tvertnēm un 6 aerobām tvertnēm, un anoksiskajās tvertnēs tika uzstādīti 12 MABR moduļi. Tādējādi iepriekšējais aerobais process tika pārveidots par slāpekļa un fosfora atdalīšanas procesu, sasniedzot mērķi palielināt apstrādes jaudu, vienlaikus uzlabojot bioloģisko slāpekļa un fosfora atdalīšanu.
MABR sistēmas bioplēves aklimatizācijas periods bija tikai 3 nedēļas, un pēc tam, kad notekūdeņu attīrīšanas sistēma bija pilnībā darbojusies, ieplūstošā BSP slodze palielinājās līdz 0,60 kg/(m3·dienā), kas ir par 47% vairāk, salīdzinot ar iepriekšējo periodu. jaunināšanas līmeņi.
Iekārtas galīgie notekūdeņi atbilda visām projekta prasībām, un notekūdeņu BSP5<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.
Bioplēves mikrobu populācijas analīze parādīja, ka amonjaku oksidējošās baktērijas (AOB) un nitrītu oksidējošās baktērijas (NOB) veido 40% no mikrobu populācijas, kas ir vairāk nekā četras reizes vairāk nekā parastajos aktīvo dūņu procesos.
Turklāt, salīdzinot ar CAS procesu tāda paša mēroga rūpnīcai (ar investīciju izmaksām 25 miljonu ASV dolāru apmērā un būvniecības laiku 2,5 gadi), MABR procesa investīciju izmaksas bija tikai 5 miljoni ASV dolāru un būvniecības laiks bija 1 gads, ievērojami samazinot izmaksas un būvniecības laiku.