Ši didžiausia pasaulyje MABR sistema pakeis jūsų supratimą apie vėdinimo procesą!
Šiuo metu daugumoje tradicinių nuotekų valymo įrenginių aeracijos proceso energijos sąnaudos sudaro daugiau nei 50% viso įrenginio energijos suvartojimo, todėl yra daug energijos taupymo galimybių. Kaip biologinė membraninė nuotekų valymo technologija, naudojanti selektyvų deguonies perdavimą per membranas deguoniui tiekti ir bioplėvelės nešikliui, MABR technologija gali veiksmingai sumažinti nuotekų valymo energijos suvartojimą, padidinti įrenginių apkrovą ir pagerinti azoto bei fosforo maistinių medžiagų pašalinimą. Jis turi didelių techninių pranašumų valant didelio deguonies poreikio nuotekas, lakiųjų organinių junginių nuotekas ir daug amoniako ir azoto turinčias nuotekas.
Hespelerio nuotekų gamykla: didžiausia pasaulyje membranos paviršiaus ploto MABR sistema
Kembridže, Ontarijo valstijoje, Kanadoje, Hespelerio nuotekų valymo gamykla yra viena iš trylikos gamyklų, aptarnaujančių daugiau nei 600 000 Vaterlo regiono gyventojų.
Iš pradžių 1973 m. pastatyta gamykla buvo atnaujinta 1988 ir 1992 m., tačiau šių atnaujinimų nepakako didėjančiam gyventojų poreikiui ir didėjantiems nuotekų valymo efektyvumo reikalavimams. Todėl Vaterlo regiono vyriausybė nusprendė pertvarkyti antrinio valymo procesą Hespelerio gamykloje.
Hespeler nuotekų valymo įrenginys
2017 ir 2018 m. regiono valdžia ištyrė MABR technologijos projektavimo planą, ilgalaikius rezultatus ir ekonominį pagrįstumą, galiausiai nuspręsdama atnaujinti aerobinio aktyviojo dumblo sistemą į MABR/AO (anoksinio-oksinio) kombinuoto proceso sistemą. Kai projektas pradėjo veikti 2021 m., jis tapo didžiausia pasaulyje MABR sistema pagal membranos paviršiaus plotą.
Pasirodė, kad sprendimas Hespeler gamyklai pasirinkti MABR technologiją buvo labai naudingas.
1. Energijos taupymo požiūriu:
Kalbant apie originalų aerobinį aktyvuoto dumblo metodą Hespeleryje, ši sekcija sunaudojo 60% visos energijos, nes deguonies reikėjo aeruojant mikro burbuliukus. Atnaujinimo metu gamyklos biocheminės energijos sąnaudos sumažėjo 40%.
Įprastame nuotekų valymo įrenginyje taikant įprastą aeravimo metodą naudojama orapūtė arba mechaninė aeracija, kai oras arba grynas deguonis mechaniškai priverčiamas į nuotekas. Nors šie metodai yra veiksmingi ir lengvai valdomi, jie turi daug trūkumų: Didelis oro burbuliukų skaičius sunaudoja daug energijos, eksploatavimo išlaidas ir mažą deguonies perdavimo efektyvumą.
Priešingai nei MABR technologija, deguonies kiekį pluošto membranoje lemia skirtumas tarp vidinio ir išorinio deguonies kiekio po aeracijos pradžios. Membranos medžiaga ištirpsta ir išsklaido deguonį kaip viena molekulė, kad jis galėtų difunduoti per membraną. Palyginti su įprastais aeravimo metodais, MABR turi keletą privalumų:
Tačiau deguonis gali būti tiesiogiai tiekiamas į bioplėvelę, o tai gali labai sumažinti atsparumą deguonies pernešimui per skystąją fazę ir apima daugiau nei 100% deguonies panaudojimą. Taikant tradicinius metodus, deguonies perdavimo efektyvumas siekia tik 1,5 kg/(kW·h), o gali siekti iki 6 kg/(kW·h).
◎ Tai stabili aplinka mikrobų augimui ir dauginimuisi. MABR aeracijos intensyvumas yra lengvas, todėl beveik nepažeidžiami mikroorganizmai, pritvirtinti prie membranos skaidulų, o tai stabilizavo mikrobų augimą.
◎ Ši aeracija yra be burbuliukų, todėl lakieji komponentai į orą nepatenka dažniausiai per burbuliukus, kad būtų išvengta antrinės taršos. Be to, jis slopina putų susidarymą dėl mikrobų metabolizmo.
◎ Lengvai reguliuojant deguonies tiekimą išvengiama dujų atliekų, susidarančių dėl minimalaus deguonies poreikio reakcijai.
2. Pajėgumų išplėtimo požiūriu:
Pradinis Hespeler gamyklos perdirbimo pajėgumas buvo 6600 m3 per dieną. Po atnaujinimo valymo pajėgumai padidėjo iki 9320 m3/parą, ty 40 proc.
MABR įranga yra kompaktiška, užimanti mažai vietos ir gali būti montuojama tiesiai į esamas talpyklas. Deguonis selektyviai perduodamas per membraną, kad būtų užtikrintas aeravimas be burbuliukų ir didelis deguonies perdavimo efektyvumas. Bioplėvelė visiškai išnaudoja tiekiamą deguonį, todėl labai sunaudojama daug deguonies ir labai padidėja sistemos biomasė, todėl gamyklos pajėgumai išplečiami be fizinio išsiplėtimo.
MABR atnaujinimai gali padidinti esamų nuotekų valymo įrenginių apkrovą 20 %-40 % arba net daugiau.
Deguonies perdavimo kryptis MABR yra priešinga amoniakinio azoto ir organinių medžiagų perdavimo krypčiai. Nitrifikuojančios bakterijos formuoja dominuojančią augimą šalia membranos paviršiaus ir yra apsaugotos išorine bioplėvele, kuri ne tik padidina nitrifikacijos greitį, bet ir užtikrina nitrifikacijos stabilumą. Šis pranašumas ypač akivaizdus veikiant smūgiams arba šaltais žiemos mėnesiais.
Prieš atnaujinimą žiemos nuotekų amoniakinis azotas (su minimalia vandens temperatūra 10 laipsnių) viršijo 5 mg/L debito normą; po atnaujinimo nuotekos atitiko normatyvą (žiemos debito riba < 5 mg/L, vasaros riba < 2 mg/L).
Be to, MABR reaktorių įrengimas anaerobinėse arba anoksinėse talpyklose leidžia vienu metu atlikti nitrifikaciją ir denitrifikaciją. Esant toms pačioms nuotekų bendrojo azoto sąlygoms, palyginti su kitais azoto šalinimo procesais, tokiais kaip A2O, tai sumažina vidinės recirkuliacijos koeficientus, pagerina denitrifikacijos efektyvumą ir taupo anglies šaltinius ir energiją.
Trys pagrindiniai veiksniai, turintys įtakos membraniniam gazuotajam bioplėvelės reaktoriui (MABR)
1. Aeracijos slėgis
Kadangi darbinis slėgis MABR turi likti žemiau membranos burbuliavimo taško, gauname aeraciją be burbuliukų.
◎ Esant per žemam slėgiui, vidinėje bioplėvelėje nebus pakankamai ištirpusio deguonies, todėl nukentės aerobiškai nitrifikuojančių ir heterotrofinių bakterijų veikla.
◎ Esant labai aukštam slėgiui, visa bioplėvelė bus aerobinė, skatinanti anaerobines denitrifikuojančias bakterijas ir kitus anaerobus neaugti ir neigiamai paveikti denitrifikacijos procesą.
Tiesą sakant, valymo efektas praktiškai turėtų būti pasiektas esant atitinkamam vandens kokybės intensyvumui, atsižvelgiant į konkrečią vandens kokybę.
2. Vandens tėkmės greitis
Mikrobų prisitvirtinimo stadijoje per didelis srauto greitis trukdys mikrobų augimui ir sukibimui, todėl srautas šiame etape nėra per didelis.
Susidarius bioplėvelei, padidėjus vandens tėkmės greičiui sumažėja skysčio ribinio sluoksnio storis. Kadangi stabilaus veikimo metu bioplėvelės storis stabilizuojasi, didėjantis srauto greitis sumažina skystosios fazės ribinio sluoksnio storį ir skatina bioplėvelės atsinaujinimą, o tai per daug sumažina bioplėvelės storį, padidindamas deguonies ir teršalų perdavimo efektyvumą.
Remiantis tyrimu, nuotekų srauto greitis yra vienas iš veiksnių, turinčių įtakos mikrobų augimui ir bioplėvelės storiui.
◎ Kuo plonesnis ribinis sluoksnis, dėl didesnio srauto greičio ir atitinkamo stabilaus bioplėvelės storio.
◎ Didinant teršalų skilimo greitį, reikia mažinti srauto greitį, storesnę stabilią bioplėvelę ir storesnę stabilią bioplėvelę esant mažesniam srauto greičiui.
3. Anglies, azoto ir fosforo santykis nuotekose
Tinkamas C:N:P santykis skatina mikrobų augimą MABR bioplėvelėje, palengvindamas tuo pačiu metu vykstančią nitrifikaciją ir denitrifikaciją reaktoriuje.
◎ Esant mažam C:N santykiui, organinės anglies koncentracijos nepakanka, kad būtų patenkintas anglies šaltinio poreikis denitrifikacijai, o tai turi įtakos bendram azoto pašalinimo efektyvumui.
◎ Kai C:N santykis yra per didelis, aerobinės heterotrofinės bakterijos dauginsis ir sunaudos daug deguonies, sumažindamos ištirpusio deguonies koncentraciją ir trukdančios nitrifikacijai.
Keturi bendri membraninio gazuoto bioplėvelės reaktoriaus (MABR) taikymo scenarijai
- Didelio amoniako azoto nuotekų valymas
- Integruoti įrenginiai kaimo buitinių nuotekų valymui
- Miesto upių vandenų biologinis atkūrimas
- Nuotekų valymo įrenginių atnaujinimas siekiant geresnio veikimo
Tiesą sakant, pastaraisiais metais MABR vis dažniau taikomas nuotekų valymo įrenginiuose visame pasaulyje.
Pavyzdžiui, YBSD nuotekų valymo gamykloje Ilinojaus valstijoje, JAV, buvo atnaujinta 10 originalių aerobinių bioreaktorių iki 2 anaerobinių rezervuarų, 2 MABR anoksinių rezervuarų ir 6 aerobinių rezervuarų, o anoksiniuose rezervuaruose sumontuota 12 MABR modulių. Taip ankstesnis aerobinis procesas buvo paverstas azoto ir fosforo šalinimo procesu, todėl buvo pasiektas tikslas padidinti apdorojimo pajėgumus ir kartu pagerinti biologinį azoto ir fosforo pašalinimą.
MABR sistemos bioplėvelės aklimatizacijos laikotarpis buvo tik 3 savaitės, o nuotekų valymo sistemai pradėjus veikti visiškai, įtekančioji BDS5 apkrova padidėjo iki 0,60 kg/(m3·parą), ty 47 % daugiau, palyginti su iki atnaujinimo lygiai.
Galutinės gamyklos nuotekos atitiko visus projektinius lūkesčius su nuotekų BDS5<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.
Bioplėvelės mikrobų populiacijos analizė parodė, kad amoniaką oksiduojančios bakterijos (AOB) ir nitritus oksiduojančios bakterijos (NOB) sudarė 40% mikrobų populiacijos, daugiau nei keturis kartus daugiau nei naudojant įprastus aktyviojo dumblo procesus.
Be to, palyginti su CAS procesu, skirtu tokio paties masto gamyklai (kurios investicijų kaina 25 mln. USD ir statybos laikas 2,5 metų), MABR proceso investicijos kainavo tik 5 mln. USD, o statybos laikas – 1 metai, žymiai sumažina išlaidas ir statybos laiką.