Membrán bioreaktorok (mb)
Az egész univerzumban létezik egy olyan molekula, amelyet egy ember lelkesen keres egy távoli bolygó felszínén vagy a légkörében, és amelyek felismerése segítene az emberiség őrült fantáziái megvalósításában: a bolygónkon kívüli élet megtalálása.
Ezt a molekulát úgy lehet ábrázolni, mint egy osztott háromszöget, amelynek jellemző interatomikus szöge 105 ° 730; Ennek a molekulának a képletét egyszerűen írhatjuk: H2O, azaz. ez a molekula egy oxigénatom és két hidrogénatom fúziójával jön létre - ez víz.
A víz a leggyakoribb ásványi anyag a Föld felszínén. Hidroszférát képez. A térfogata 1385 x 10 6 km 3. Ezek közül 97,4% az óceánok, amelyek a földfelszín 71% -át teszik ki, 2% -ot jég formájában, és csak 0,6% -át (ez 8 x 10 6 km 3) - kontinentális édesvíz formájában
A Föld felszínén a rendelkezésre álló édesvíz mennyisége megközelítőleg 350 000 km3, a pálcákon, amelyek szintén édesvíz, jeges jég mennyisége 25 × 10 6 km 3.
A víz a biológiai élethez szükséges. Ez az élő anyag fő összetevője - átlagosan 80% -a víz. A magasabb organizmusokban a víztartalom százalékaránya 60 és 70% közötti.
Nem kétséges, hogy az emberiség vízigénye nem szűnik meg, ami rendkívüli szükségletet jelent a víz megóvása és a fogyasztás céljára, speciális ipari célokra, valamint a környezetszennyezés csökkentésére.
A tisztítás céljait és módszereit
Az új területek ember általi elsajátítása a természetes vízkészletek csökkenéséhez és a hulladéktermékek növekedéséhez vezet. A nagyvilág körüli természet nem képes megbirkózni a természetes egyensúly fenntartásával. A szennyvíz tárolása, a szennyvíz elvezetése a vízgyűjtőkbe, az öntisztításhoz szükségesnél nagyobb mennyiségben, vízszennyezéshez vezet. Ebben a tekintetben sürgős kérdés ebben a szakaszban a szennyvíz kezelése és a vízegyensúly fenntartása.
Szennyvízkezelés - szennyvízkezelés a káros anyagok megsemmisítése vagy eltávolítása céljából. A szennyvíz szennyezés felszabadítása összetett termelés. Ebben, mint bármely más termelésben, van nyersanyag (szennyvíz) és késztermékek (tisztított víz)
A szennyvízkezelés módszerei mechanikus, kémiai, fizikai-kémiai és biológiai összetételre oszthatók, ha együtt kerülnek alkalmazásra, akkor a szennyvíz tisztítására és semlegesítésére szolgáló módszert kombinálják. Ennek a módszernek az alkalmazását minden esetben a szennyeződés jellege és a szennyeződések káros hatásának mértéke határozza meg.
Rendszerint a szennyvíztisztító telepeken bonyolult kezelést alkalmaznak, mivel a legtöbb esetben a szennyvíz szennyeződésének más típusa van.
Oroszországban a szennyvízkezelés minõségére a világ egyik legszigorúbb követelménye van. Ugyanakkor a meglévő szennyvíztisztító telepek többségét az 1970-es és 1980-as években építették szabványos projektek szerint, és csak a szennyvíz 15% -a felel meg a vízvevőkészülékekhez való elvezetés követelményeinek.
Eddig külön elszigetelt membrán szennyvíztisztítás. Ez a legtermékenyebb, és olyan speciális féligáteresztő membránok komplexe, amelyek a szűrletet elválasztják a tisztított szuszpenziótól. A szennyezett anyag folyékony része áthalad a szeptumon, és a mechanikai részecskéket a membránszűrő tartja meg.
A szennyvízkezelő rendszerek a következő folyamatokat foglalhatják magukban:
§ fordított ozmózis (a féligáteresztő membránok elvén alapul);
§ mikroszűrés (szuszpendált szilárd anyagok, kolloidkeverékek nyomásreakcióval történő elválasztása);
§ ultraszűrés (a molekulasúlyok és molekulatömegek közötti különbség miatt);
Dialízis (koncentráció gradiens);
§ Elektrodialízis (az elektromos áram befolyása az oldott keverékek ionjaira).
Azt is meg kell jegyezni, hogy a membrán anyaga, vagyis a membrán anyag fontos szerepet játszik a víz membrán tisztításában. mint maga a membrán fázisa. Ez a jel a legfontosabb oka a membránok hatalmas változatosságának. A következő csoportokat különböztetjük meg a membránvíztisztításban:
§ biológiai eredetű anyagok (belső szervek falai, sejtmembránok);
§ növényi eredetű polimerek (cellulóz, feldolgozás termékei);
§ fémek (tiszta és ötvözetek);
§ Szénanyagok (grafit, korom);
§ Kerámia anyagok (oxidok, karbidok, nitridek és más fémvegyületek);
§ vízben oldhatatlan folyadékok (szénhidrogének, lipidek, komplexek, felületaktív anyagok hozzáadásával stb.);
Membrán bioreaktorok (ICBM)
Az ICBM-k fejlődésének története
Az az elképzelés, membrán bioreaktor ban került sor a 1960-as években, amint a membránultraszOréssel (UF) és mikroszűrés (MF) elérhetővé váltak nemcsak a kutatás, hanem a kereskedelmi használatra. Az eredeti eljárást a Dorr-Olivier Corporation vezette be - az aktív iszap és a membránszűrés kombinációját használták. Az eljárás során alkalmazott lapos membránlemezek polimerek, a pórustérfogat 0,003-0,01 μm. Bár az ötlet felváltja a hagyományos ülepítő eleveniszapos vonzó volt, azt már nehéz igazolni az ilyen összetett folyamat a szennyvíz tisztításához három oka van: nagy membrán költség, alacsony gazdasági költsége az áru (szürke szennyvíz), és a gyors teljesítménycsökkenés a membrán szennyeződés miatt a pórusai. Az alacsony hozam az összes MBR az első generációs, azokat csak egy nagyon kis részét a kezelő létesítmények speciális igényeket, például külön sípályák.
A membrán bioreaktorok fejlődésében 1989-ben történt áttörés, amikor a Yamamoto Corporation úgy döntött, hogy a membránokat közvetlenül a bioreaktorba meríti. Mindeddig az összes membrános bioreaktort eszközszétválasztással tervezték, és működésük alapja a nagy transzmembrán nyomás létrehozása volt a szűrés fenntartása érdekében, ami nagy szennyvízáramot igényel.
A bioreaktorba merített membránnal rendelkező tisztítórendszerek alacsonyabb szennyvízfogyasztást igényelnek, és jelentősen kevesebb energiát fogyasztanak (az energiafogyasztás két nagyságrenddel kisebb lehet, mint a különálló rendszereknél). Bemerülő membránnal kialakított konfigurációban a vízkezelés folyamatát befolyásoló fontos paraméter a levegőztetés. A levegőztetés fenntartja a szilárd anyagokat a szuszpenzió állapotában, megtisztítja a membrán felületét és oxigént szolgáltat a biomassza számára, ami jobb biológiai lebontást és sejtszintézist eredményez.
Mindazonáltal a visszamosatás ellenére a membrán bioreaktor szűrési kapacitása elkerülhetetlenül csökken a működés során. Ennek oka az oldható és szilárd részecskék lerakódása a membránon és a membránon, ami az aktív iszap és a membrán komponensek közötti kölcsönhatásnak tudható be. Ez a nagy hátrány továbbra is az egyik legnehezebb probléma, amely a membrán bioreaktorok továbbfejlesztését érinti.
Bármely membránszűréshez a membrán rendszeres tisztítása szükséges az eredeti tulajdonságok helyreállításához és a lehetséges szerves és ásványi lerakódások eltávolításához. A membránegységet keringtető szivattyúval öblítik ki, amely biztosítja a membránok egyenletes tisztítását a teljes hosszúságuk mentén, ami garantálja a felület tisztaságát. A membránegység mosása teljesen automatizált. Több órán át tart, és évente többször is megtörténik, mint megelőző intézkedés automatikus üzemmódban.
A membrán bioreaktor a biológiai kezelést az aktív iszappal mechanikus membránszűréssel kombinálja. A membránmodult az iszap keverék elválasztására használják, és alternatívája a hagyományos biológiai kezelő rendszerekben alkalmazott aerotánokban használt másodlagos ülepítőtartályokban az aktivált iszap kicsapódásának széles körben alkalmazott módszere.
Amikor a tisztítás háztartási szennyvíz membrán bioreaktorok lehet előállítani egy „szürke” víz megfelelő minőségű biztosítása érdekében, hogy lehet bocsátott természetes vizekbe, vagy használjon egy öntözőrendszer öntözés városi zöld ültetvények. További előnye, hogy különbséget kezelési rendszerek alkalmazásával membrán bioreaktorok: kompakt méret, így könnyen alkalmazható nél, régi víztisztító berendezések; munkavégzés lehetőségének rendszerek membrán bioreaktorok magasabb koncentrációja az aktivált iszap, valamint sajátosságaiból adódóan szűrési membránok alkalmazásával zárja eltávolítása aktivált iszapnak a tisztított víz vezetett csökkenő bioreaktor térfogata csökkentése nélkül annak teljesítményét.
Kétféle bioreaktor létezik:
- a membrán belső elrendezésével: a tisztítandó vízbe merülő membránok a biológiai reaktor szerves részét képezik;
- a membránok külső elrendezése: a membránokat elkülönítik a feldolgozó edényektől és szükségessé válnak az átmeneti szivattyúk telepítése.
Az 1. ábrán. Az 1. ábra a hagyományos szennyvíztisztítási tervet és a membrán bioreaktort használó tisztítási rendszert mutatja be. A bioreaktorral jelenleg alkalmazott kezelési séma képes szilárd anyagokat, patogén mikroorganizmusokat és vírusokat szűrni a szennyvízből.
A legújabb technikai újítások és a membránok költségének jelentős csökkenése a membrán bioreaktorok népszerűségének növekedéséhez vezetett. Használják mind a háztartási, mind az ipari szennyvíz kezelésére és újrafelhasználására. E technológia sikeres alkalmazását bizonyítja az a tény, hogy új méretű membrános reaktorok jelennek meg a piacon, és ezeknek az eszközöknek a kapacitása is nő.
Továbbá ezeknek a rendszereknek a megoszlása a LEED által tanúsított épületek növekvő igényének is köszönhető. A víz újrahasznosítása jelentősen hozzájárul a környezetbarát ártalmak építésének céljához. Ezt a véleményt osztja a Zöld Építésügyi Tanács, amely a LEED programot az Egyesült Államokban kezeli.
Valóban, a hatalmas energiát és erőforrásokat költöttek építési szállítani a szennyvizet a telepre, a tisztított szennyvizet a kibocsátást folyók, patakok veszik ismét újra tisztítani vízkezelő rendszer, majd szállítani keresztül a fogyasztóra energiaigényes szivattyúrendszereknél. Kiderült, hogy mi teszi a sok erőfeszítést és pazarlás források csak kivonni a nagy mennyiségű víz nagy távolságokra, hanem a helyszínen, hogy tisztítsa meg, és használja.
Az ICBM működésének elve
A bioreaktor a biotechnológia szintézisén és a vizes szuszpenziók elkülönítésén alapul az ultrafiltrációs polimer membránokon.
membrán-bioreaktor rendszer áll egy levegőztető medencén és egy membrán modul felszerelt üreges szál mikroszűrő vagy ultraszűrő membránok. A feldolgozott szennyvíz belép a levegőztető tartályba. A levegőztető tartályban lévő illóanyag-keverék a membránmodulon keresztül áramlik. Az ultraszűrő membránok az aktivált iszap koncentrációjának növelésére szolgálnak a levegőztető tartályban és a kezelt szennyvíz mély tisztításával. Aerotank membrán bioreaktor rendszer működő nagy koncentrációban az aktivált iszap, így annak méretei 2-3-szor kisebb, mint a klasszikus átfolyású levegőztető tartályban.
A membrán modul 10-20 membránnal ellátott kazettából áll. Minden kazettában 5-15 köteg membránszál van. Az üreges szálas membrán üreges szál, amelynek külső átmérője körülbelül 2 mm, és legfeljebb 2 m hosszúságú. Az izzószál felülete 0,03-0,1 μm pórusméretű ultraszűrő membrán.
Mindegyik köteg 100-1000 membránszálból áll, és közös szűrőcsővel van ellátva. Az ilyen kis pórusméretű fizikai akadályt behatolásával az aktivált iszap organizmusok, amelyek mérete nagyobb, mint 0,5 mikron, amely lehetővé teszi, hogy teljes mértékben elválasztani az aktivált iszap a szennyvízből, és csökkenti a szuszpendált szilárd anyagok koncentrációja a tisztított vízzel 1 mg / l vagy kisebb.
A szűrés a membránszál belső felületén kialakított vákuum hatására történik, önfelszívó szűrőszivattyúval. A membránok belső üregének és a membránegység térének szűrésére a nyomáskülönbség (0,01
0,06 MPa). A szennyvíz és az aktivált iszap keveréke a membrán felületén keresztül kiszivattyúzódik kívülről kifelé. Ennek eredményeként, a szétválasztása szilárd és kolloid részecskék, üreges szálas membránok a koncentrációja aktivált iszapnak a membrán-egység, és a levegőztető medencében bioreaktorban megnő, ami elősegíti mély biológiai kezelés a szennyvíz és a térfogatot a levegőztető tartály biztosítja csökkentési tényezője 2-3.
A tisztított víz bejut a szennyvízcsatornákba a nyomásvezetékeken keresztül, és az aktív iszap a membrántartályban marad és szuszpenzióban tartja a membránmodulba integrált levegőztető rendszer segítségével.
A levegőztetést sűrített levegővel hajtják végre levegőztető rendszerek (fúvók) segítségével. A szükséges kapacitástól függően a membránmodulok egy membránegységbe kapcsolódnak. A blokkban lévő membránmodulok száma növelhető, ha szükséges a rendszer teljesítményének növelése.
A membrán bioreaktor rendszerekben használt iszap-keverék tangenciális szűrése meggátolja az eltömődést, azaz E. betétek felhalmozódása (baktériumok). Az iszap keverék mozgását egy keringtető szivattyú biztosítja, amelynek kapacitása lényegesen magasabb, mint a kezelendő szennyvíz áramlási sebessége. A cirkulációs áramlás áramlásának és nyomásának szabályozására vonatkozó lehetőségünk lehetővé teszi, hogy a membránszűrési folyamat teljes értékű szabályozását maximális hatékonysággal hozzuk létre. Ezenkívül a tangenciális szűrési rendszer végrehajtása pozitív következményekkel jár az egész rendszer biológiájára nézve. A membránok tartós mosása diszpergálja a baktériumok tisztítását, amelyek már nem képeznek sűrű flocculust, és ezért a szennyező anyagokkal és oxigénnel való közvetlen érintkezésük jelentősen megnő. Ebből következik, hogy az aktív baktériumok és az oxidált szennyezők aránya az ICBM rendszerben nagyobb, mint általában a klasszikus rendszerben, aktív szilánnal.
Az aktivált iszap mikroorganizmusait nem távolítják el az ICBM rendszerből, így a bioreaktor a nagy biomassza koncentrációjú körülmények között működik. Ezenkívül az állandó keringés mechanikai hatással van a bakteriális membránokra. Ezért a baktériumok által felhasznált fő energiát nem használják reprodukcióra (mint a klasszikus biotechnológiákban), hanem a létfontosságú tevékenység fenntartására használják, ami a felesleges aktív biomassza növekedésének csökkenéséhez vezet.
Az iszap keverék gravitációs módszerének megtagadása lehetővé teszi az aktivált iszap koncentrációjának növelését a bioreaktorban 10-20 g / l-re (egy hagyományos szellőztető tartályban - 3 g / l-ig).
Az izomkeverék és a membránszűrés gravitációs módszerének áttérésében az aktív szilce biocenózisának szerkezetében mélyreható változások figyelhetők meg. Az ICBM-ben az ürge életkor általában 25-30 nap. gyakran meghaladja a 60-70 napot. Ebben az esetben az aktivált iszap fő részét egy lassan növekvő mikroflór képviseli, amely hatékonyan bomlik a nehéz oxidálható szerves anyagok szennyvízben. A lassan növekvő mikroorganizmus dominanciája jelentősen csökkenti az aktív iszap növekedését, következésképpen a felesleges aktív iszap dehidratálásához szükséges berendezések kapacitását.
Az ICBM-ben az aktivált iszap pelyhek mérete 5-10-szer kevesebb, mint az aerotanks széles körben elterjedt formája. Az aktivált iszap ilyen diszperziója megnöveli a mikroorganizmusok szennyvízzel való érintkezésének mértékét, növeli az inert anyagok, a nehézfémek és a mikroszennyező anyagok hatását az aktív szilánthoz.
Mivel a membránok pórusai kisebbek, mint a mikroorganizmusok sejtjeinek nagysága, különösen a baktériumok, a víz részleges fertőtlenítése az ICBM-ben történik. A baktériumok eltávolításának hatékonysága 99,999%, vírusok - 99,9%. Közvetlenül az ICBM után a tisztított víz azonnal újra felhasználható nem ivási célokra.
Nagy mennyiségű szilika csökkentheti a szennyvíz tartózkodási idejét a szerkezetben. Ennek következtében az ICBM-ek által elfoglalt terület 2-4-szer kisebb, mint a hagyományos biológiai kezelő létesítmények által elfoglalt terület.