Ovaj najveći globalni MABR sistem će promijeniti vaše razumijevanje procesa aeracije!
Trenutno, u većini tradicionalnih postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda, potrošnja energije u procesu aeracije čini više od 50% ukupne potrošnje energije u postrojenju, ostavljajući veliki potencijal za uštedu energije. Kao biološka membranska tehnologija za prečišćavanje otpadnih voda koja koristi selektivni prijenos kisika kroz membrane za opskrbu kisikom i služi kao nosač biofilma, MABR tehnologija može učinkovito smanjiti potrošnju energije za tretman otpadnih voda, povećati opterećenje postrojenja i poboljšati uklanjanje nutrijenata dušika i fosfora. Ima značajne tehničke prednosti u prečišćavanju otpadnih voda sa velikom potrošnjom kiseonika, otpadnih voda isparljivih organskih jedinjenja i otpadnih voda sa visokim sadržajem amonijaka i azota.
Hespelerovo postrojenje za otpadne vode: MABR sistem najveće površine membrane na svijetu
Smješten u Cambridgeu, Ontario, Kanada, Hespeler postrojenje za tretman otpadnih voda je jedno od trinaest postrojenja koje opslužuje populaciju regije Waterloo od preko 600,000 ljudi.
Prvobitno izgrađeno 1973. godine, postrojenje je nadograđeno 1988. i 1992. godine, ali ove nadogradnje nisu bile dovoljne da zadovolje rastuću potražnju stanovništva i rastuće zahtjeve efikasnosti tretmana otpadnih voda. Stoga je regionalna vlada Waterlooa odlučila da revidira proces sekundarne obrade u fabrici Hespeler.
Hespeler postrojenje za prečišćavanje otpadnih voda
Tokom 2017. i 2018. godine, regionalna vlada je istražila plan dizajna, dugoročne performanse i ekonomsku izvodljivost instaliranja MABR tehnologije, na kraju odlučivši da nadogradi svoj sistem aerobnog aktivnog mulja na MABR/AO (anoksično-oksični) kombinovani procesni sistem. Kada je projekat zaživeo 2021. godine, postao je najveći svetski MABR sistem u smislu površine membrane.
Odluka da se izabere MABR tehnologija za tvornicu Hespeler pokazala se vrlo korisnom.
1. Iz perspektive uštede energije:
Što se tiče originalne metode aerobnog aktivnog mulja u Hespeleru, ova sekcija je trošila 60% ukupne energije jer je kisik bio potreban za aeraciju mikro mjehurića. Tokom nadogradnje došlo je do smanjenja potrošnje biohemijske energije postrojenja za 40%.
U tipičnom postrojenju za prečišćavanje otpadnih voda, konvencionalna metoda aeracije koristi puhalo ili mehaničku aeraciju u kojoj se zrak ili čisti kisik mehanički potiskuju u otpadnu vodu. Iako su ove metode efikasne i lake za kontrolu, one imaju mnoge nedostatke: veliki broj mjehurića aeracije proizvodi visoku potrošnju energije, operativne troškove i nisku efikasnost prijenosa kisika.
Za razliku od MABR tehnologije, sadržaj kiseonika u membrani od vlakana je vođen razlikom između unutrašnjeg i spoljašnjeg sadržaja kiseonika nakon početka aeracije. Materijal membrane otapa i difundira kisik kao jednu molekulu tako da može difundirati kroz membranu. U poređenju sa konvencionalnim metodama aeracije, MABR ima nekoliko prednosti:
Međutim, kisik se može direktno isporučiti u biofilm, što može uvelike smanjiti otpor prijenosa kisika kroz tečnu fazu i pokriva korištenje kisika veće od 100%. Koristeći tradicionalne metode, efikasnost prenosa kiseonika dostiže samo 1,5 kg/(kW·h), dok može ići do 6 kg/(kW·h).
◎ To je stabilno okruženje za rast i reprodukciju mikroba. Intenzitet MABR aeracije je blag, gotovo da ne oštećuje mikroorganizme vezane za membranska vlakna, što je stabiliziralo rast mikroba.
◎ Ova aeracija je bez mjehurića, sprečavajući da se isparljive komponente nose u zrak obično kroz mjehuriće kako bi se izbjeglo sekundarno zagađenje. Osim toga, potiskuje stvaranje pjene zbog mikrobnog metabolizma.
◎ Jednostavnim podešavanjem dovoda kiseonika izbegava se gubitak gasa koji nastaje usled minimalne potrebe za kiseonikom za reakciju.
2. Iz perspektive proširenja kapaciteta:
Prvobitni kapacitet prerade fabrike Hespeler bio je 6.600 m3/dan. Nakon nadogradnje, kapacitet tretmana je povećan na 9.320 m3/dan, što je povećanje od 40%.
MABR oprema je kompaktna, zauzima malo prostora i može se ugraditi direktno u postojeće rezervoare. Kiseonik se selektivno prenosi kroz membranu za aeraciju bez mjehurića, uz visoku efikasnost prijenosa kisika. Dostavljeni kiseonik u potpunosti koristi biofilm, što rezultira visokim iskorišćenjem kiseonika i velikim povećanjem biomase sistema, postižući proširenje kapaciteta postrojenja bez fizičkog širenja.
Nadogradnja MABR-a može povećati opterećenje postojećih postrojenja za tretman otpadnih voda za 20%-40%, ili čak i više.
Smjer prijenosa kisika u MABR-u je suprotan smjeru prijenosa amonijačnog dušika i organske tvari. Nitrificirajuće bakterije stvaraju dominantan rast u blizini površine membrane i zaštićene su vanjskim biofilmom, koji ne samo da povećava stopu nitrifikacije već i osigurava stabilnost nitrifikacije. Ova prednost je posebno vidljiva pod udarnim opterećenjima ili tokom hladnih zimskih mjeseci.
Prije nadogradnje, zimski otpadni amonijačni azot (sa minimalnom temperaturom vode od 10 stepeni) premašio je standard od 5 mg/L; nakon nadogradnje, efluent je zadovoljio standard (zimska granica ispuštanja < 5 mg/L, ljetna granica < 2 mg/L).
Dodatno, ugradnja MABR reaktora u anaerobne ili anoksične rezervoare omogućava istovremenu nitrifikaciju i denitrifikaciju. Pod istim uslovima efluentnog ukupnog azota, u poređenju sa drugim procesima uklanjanja azota kao što je A2O, smanjuje unutrašnje omjere recirkulacije, poboljšavajući efikasnost denitrifikacije uz uštedu izvora ugljika i energije.
Tri ključna faktora koji utiču na membranski aerirani biofilmski reaktor (MABR)
1. Pritisak aeracije
Pošto radni pritisak u MABR-u mora da ostane ispod tačke stvaranja mehurića membrane, dobijamo aeraciju bez mehurića.
◎ Pri preniskom pritisku neće biti dovoljno rastvorenog kiseonika u unutrašnjem biofilmu, a samim tim će patiti aktivnost aerobno nitrifikujućih i heterotrofnih bakterija.
◎ Pri vrlo visokom pritisku, cijeli biofilm će biti aerobni, ohrabrujući anaerobne denitrifikacijske bakterije i druge anaerobne da ne rastu i negativno utiču na proces denitrifikacije.
U stvari, učinak tretmana treba postići u praksi pod odgovarajućim intenzitetom kvaliteta vode prema specifičnom kvalitetu vode.
2. Brzina protoka vode
U fazi vezivanja mikroba, prevelika brzina protoka će ometati mikrobiološki rast i adheziju, stoga brzina protoka nije prevelika u ovoj fazi.
Kada se biofilm formira, povećanje brzine protoka vode smanjuje debljinu graničnog sloja tečnosti. Kako se debljina biofilma stabilizuje tokom stabilnog rada, povećanje brzine protoka smanjuje debljinu graničnog sloja tečne faze i potiče obnavljanje biofilma, što prekomerno smanjuje debljinu biofilma, povećavajući efikasnost prenosa kiseonika i zagađivača.
Prema istraživanju, brzina protoka efluenta jedan je od faktora koji utječu na rast mikroba i debljinu biofilma.
◎ Što je granični sloj tanji zbog veće brzine protoka i odgovarajuće stabilne debljine biofilma.
◎ Povećanje stope degradacije zagađivača zahtijeva smanjenje brzine protoka, deblji stabilni biofilm i deblji stabilni biofilm pri nižoj brzini protoka.
3. Omjer ugljika, dušika i fosfora u otpadnim vodama
Odgovarajući omjer C:N:P potiče rast mikroba u MABR biofilmu, olakšavajući istovremenu nitrifikaciju i denitrifikaciju u reaktoru.
◎ U slučajevima niskog C:N omjera, koncentracija organskog ugljika je nedovoljna da zadovolji potrebe izvora ugljika za denitrifikaciju, što utiče na ukupnu efikasnost uklanjanja dušika.
◎ Kada je omjer C:N previsok, aerobne heterotrofne bakterije će se razmnožavati i trošiti veliku količinu kisika, smanjujući koncentraciju otopljenog kisika i ometajući nitrifikaciju.
Četiri uobičajena scenarija primjene za membranski aerirani biofilmski reaktor (MABR)
- Prečišćavanje otpadnih voda sa visokim sadržajem amonijaka
- Integrisani uređaji za tretman seoske kućne kanalizacije
- Biološka obnova urbanih riječnih voda
- Nadogradnja postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda za bolje performanse
Zapravo, posljednjih godina MABR se sve više primjenjuje u postrojenjima za prečišćavanje otpadnih voda širom svijeta.
Na primjer, u postrojenju za prečišćavanje otpadnih voda YBSD u Ilinoisu, SAD, 10 originalnih aerobnih bioreaktora je nadograđeno na 2 anaerobna rezervoara, 2 MABR anoksična rezervoara i 6 aerobnih rezervoara, sa 12 MABR modula instaliranih u anoksičnim rezervoarima. Ovo je pretvorilo prethodni aerobni proces u proces uklanjanja dušika i fosfora, postižući cilj povećanja kapaciteta tretmana uz povećanje biološkog uklanjanja dušika i fosfora.
Period aklimatizacije biofilma MABR sistema bio je samo 3 nedelje, a nakon što je sistem za prečišćavanje otpadnih voda bio potpuno operativan, opterećenje BPK5 se povećalo na 0.60 kg/(m3·dan), što predstavlja povećanje od 47% u poređenju sa pre- nivoi nadogradnje.
Konačni efluent postrojenja je ispunio sva očekivanja projekta, sa efluentnom BPK5<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.
Analiza mikrobne populacije biofilma pokazala je da bakterije koje oksidiraju amonijak (AOB) i bakterije koje oksidiraju nitrite (NOB) čine 40% mikrobne populacije, više od četiri puta više nego u konvencionalnim procesima aktivnog mulja.
Štaviše, u poređenju sa CAS procesom za postrojenje istog obima (sa investicionim troškovima od 25 miliona dolara i vremenom izgradnje od 2,5 godine), MABR proces je imao investicionu cenu od samo 5 miliona dolara i vreme izgradnje od 1 godine, značajno smanjujući troškove i vrijeme izgradnje.