Acest cel mai mare sistem MABR din lume vă va schimba înțelegerea procesului de aerare!
În prezent, în majoritatea stațiilor tradiționale de epurare a apelor uzate, consumul de energie al procesului de aerare reprezintă mai mult de 50% din consumul total de energie al instalației, lăsând un potențial mare de economisire a energiei. Fiind o tehnologie de tratare a apelor uzate cu membrană biologică care utilizează transmisia selectivă a oxigenului prin membrane pentru a furniza oxigen și a servi ca purtător de biofilm, tehnologia MABR poate reduce în mod eficient consumul de energie de tratare a apelor uzate, poate crește sarcina instalației și poate îmbunătăți eliminarea nutrienților de azot și fosfor. Are avantaje tehnice semnificative în tratarea apelor uzate cu cerere mare de oxigen, a apelor reziduale ale compușilor organici volatili și a apelor uzate cu un nivel ridicat de amoniac și azot.
Stația de apă uzată Hespeler: Cel mai mare sistem MABR cu suprafață cu membrană din lume
Situată în Cambridge, Ontario, Canada, Stația de tratare a apelor uzate Hespeler este una dintre cele treisprezece fabrici care deservesc populația de peste 600 de000 persoane din regiunea Waterloo.
Construită inițial în 1973, instalația a fost modernizată în 1988 și 1992, dar aceste modernizări au fost insuficiente pentru a satisface cererea în creștere a populației și cerințele în creștere de eficiență a epurării apelor uzate. Prin urmare, Guvernul Regional Waterloo a decis să revizuiască procesul de tratare secundară la uzina Hespeler.
Stația de epurare Hespeler
În 2017 și 2018, guvernul regional a investigat planul de proiectare, performanța pe termen lung și fezabilitatea economică a instalării tehnologiei MABR, hotărând în cele din urmă să își modernizeze sistemul aerob de nămol activ la un sistem de proces combinat MABR/AO (anoxic-oxic). Când proiectul a intrat în funcțiune în 2021, a devenit cel mai mare sistem MABR din lume în ceea ce privește suprafața membranei.
Decizia de a alege tehnologia MABR pentru fabrica Hespeler s-a dovedit a fi extrem de benefică.
1. Din perspectiva economisirii energiei:
În ceea ce privește metoda originală cu nămol activ aerob de la Hespeler, această secțiune a consumat 60% din energia totală, deoarece a fost necesar oxigen de la aerarea cu microbule. În timpul modernizării, a rezultat o reducere cu 40% a consumului de energie biochimică al centralei.
Într-o stație obișnuită de tratare a apelor uzate, metoda convențională de aerare folosește ventilarea sau aerarea mecanică în care aerul sau oxigenul pur este forțat mecanic în apa uzată. Deși aceste metode sunt eficiente și ușor de controlat, ele au multe dezavantaje: numărul mare de bule de aerare produce consum mare de energie, cost operațional și eficiență scăzută a transferului de oxigen.
Spre deosebire de tehnologia MABR, conținutul de oxigen din membrana fibrei este determinat de diferența dintre conținutul de oxigen din interior și din exterior după începerea aerării. Materialul membranei se dizolvă și difuzează oxigenul ca o singură moleculă, astfel încât să poată difuza prin membrană. În comparație cu metodele convenționale de aerare, MABR are mai multe avantaje:
Cu toate acestea, oxigenul poate fi livrat direct în biofilm, ceea ce poate scădea foarte mult rezistența la transferul de oxigen prin faza lichidă și acoperă o utilizare a oxigenului de peste 100%. Folosind metode tradiționale, eficiența transferului de oxigen ajunge la doar 1,5 kg/(kW·h), în timp ce poate ajunge până la 6 kg/(kW·h).
◎ Este un mediu stabil pentru creșterea și reproducerea microbiană. Intensitatea aerării MABR este ușoară, producând aproape deloc daune microorganismelor atașate de fibrele membranei, ceea ce a stabilizat creșterea microbiană.
◎ Această aerare este fără bule, prevenind transportul componentelor volatile în aer, de obicei prin bule, pentru a evita poluarea secundară. Mai mult, suprimă generarea de spumă din metabolismul microbian.
◎ Prin reglarea ușoară a alimentării cu oxigen, se evită risipa de gaz rezultată din necesarul minim de oxigen pentru reacție.
2. Din perspectiva extinderii capacității:
Capacitatea inițială de procesare a fabricii Hespeler a fost de 6.600 m3/zi. După modernizare, capacitatea de tratare a crescut la 9.320 mc/zi, o creștere cu 40%.
Echipamentul MABR este compact, ocupa putin spatiu si poate fi instalat direct in rezervoarele existente. Oxigenul este transmis selectiv prin membrană pentru o aerare fără bule, cu o eficiență ridicată a transferului de oxigen. Oxigenul furnizat este utilizat pe deplin de biofilm, rezultând o utilizare ridicată a oxigenului și o creștere semnificativă a biomasei sistemului, realizând extinderea capacității plantei fără expansiune fizică.
Modernizările MABR pot crește încărcarea stațiilor de tratare a apelor uzate existente cu 20%-40% sau chiar mai mult.
Direcția de transfer a oxigenului în MABR este în contracurent cu direcția de transfer a azotului amoniac și a materiei organice. Bacteriile nitrifiante formează o creștere dominantă în apropierea suprafeței membranei și sunt protejate de biofilmul exterior, care nu numai că mărește rata de nitrificare, dar asigură și stabilitatea nitrificării. Acest avantaj este evident mai ales sub sarcini de șoc sau în lunile reci de iarnă.
Înainte de modernizare, azotul amoniac efluent de iarnă (cu o temperatură minimă a apei de 10 grade) a depășit standardul de evacuare de 5 mg/L; după modernizare, efluentul a îndeplinit standardul (limită de deversare de iarnă < 5 mg/L, limita de vară < 2 mg/L).
În plus, instalarea reactoarelor MABR în rezervoare anaerobe sau anoxice permite nitrificarea și denitrificarea simultană. În aceleași condiții de azot total efluent, în comparație cu alte procese de îndepărtare a azotului precum A2O, reduce rapoartele interne de recirculare, îmbunătățind eficiența denitrificării, economisind în același timp surse de carbon și energie.
Trei factori cheie de influență pentru reactorul cu biofilm aerat cu membrană (MABR)
1. Presiunea de aerare
Deoarece presiunea de funcționare în MABR trebuie să rămână sub punctul de bule al membranei, obținem aerare fără bule.
◎ La presiune prea scăzută, nu va fi suficient oxigen dizolvat în biofilmul interior și, astfel, activitatea bacteriilor heterotrofe și nitrificatoare aerob va avea de suferit.
◎ La presiune foarte mare, întregul biofilm va fi aerob, încurajând bacteriile anaerobe denitrificatoare și alți anaerobi să nu se dezvolte și să afecteze negativ procesul de denitrificare.
De fapt, efectul de tratare ar trebui atins în practică cu o intensitate adecvată a calității apei în funcție de calitatea specifică a apei.
2. Viteza curgerii apei
În stadiul de atașare microbiană, viteza excesivă a curgerii va împiedica creșterea și aderența microbiană, prin urmare, debitul nu este prea mare în această etapă.
Odată ce biofilmul este format, o creștere a vitezei curgerii apei scade grosimea stratului limită de lichid. Pe măsură ce grosimea biofilmului se stabilizează în timpul funcționării stabile, creșterea vitezei de curgere reduce grosimea stratului limită al fazei lichide și promovează reînnoirea biofilmului, care reduce grosimea biofilmului în mod excesiv, crescând eficiența transferului de oxigen și poluanți.
Viteza fluxului efluentului este unul dintre factorii care afectează creșterea microbiană și grosimea biofilmului, potrivit cercetării.
◎ Cu cât stratul limită este mai subțire, datorită vitezei mai mari de curgere și grosimii stabile a biofilmului corespunzătoare.
◎ Creșterea ratei de degradare a poluanților necesită scăderea vitezei de curgere, biofilm mai gros și stabil și un biofilm mai gros și stabil la viteză de curgere mai mică.
3. Raportul de carbon, azot și fosfor în apele uzate
Un raport adecvat C:N:P promovează creșterea microbiană în biofilmul MABR, facilitând nitrificarea și denitrificarea simultană în reactor.
◎ În cazurile de raport C:N scăzut, concentrația de carbon organic este insuficientă pentru a satisface cererea de denitrificare a sursei de carbon, afectând eficiența totală a eliminării azotului.
◎ Când raportul C:N este prea mare, bacteriile heterotrofe aerobe vor prolifera și vor consuma o cantitate mare de oxigen, scăzând concentrația de oxigen dizolvat și împiedicând nitrificarea.
Patru scenarii comune de aplicare pentru reactorul cu biofilm aerat cu membrană (MABR)
- Tratarea apelor reziduale cu conținut ridicat de amoniac-azot
- Dispozitive integrate pentru tratarea apelor uzate menajere rurale
- Refacerea biologică a apelor râurilor urbane
- Modernizarea stațiilor de tratare a apelor uzate pentru o performanță mai bună
De fapt, în ultimii ani, MABR a fost aplicat din ce în ce mai mult în stațiile de epurare a apelor uzate din întreaga lume.
De exemplu, la Stația de tratare a apelor uzate YBSD din Illinois, SUA, 10 bioreactoare aerobe originale au fost modernizate la 2 rezervoare anaerobe, 2 rezervoare anoxice MABR și 6 rezervoare aerobe, cu 12 module MABR instalate în rezervoarele anoxice. Acest lucru a transformat procesul aerob anterior într-un proces de îndepărtare a azotului și fosforului, realizând scopul de a crește capacitatea de tratare, sporind în același timp eliminarea biologică a azotului și fosforului.
Perioada de aclimatizare a biofilmului a sistemului MABR a fost de numai 3 săptămâni, iar după ce sistemul de tratare a apelor uzate a fost pe deplin operațional, încărcătura DBO5 influentă a crescut la 0,60 kg/(m3·zi), o creștere de 47% față de pre- niveluri de upgrade.
Efluentul final al centralei a îndeplinit toate așteptările de proiectare, cu DBO efluent5<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 populației microbiene a biofilmului a arătat că bacteriile oxidante de amoniac (AOB) și bacteriile oxidante de nitriți (NOB) au reprezentat 40% din populația microbiană, de peste patru ori mai mare decât în procesele convenționale cu nămol activ.
Mai mult, în comparație cu procesul CAS pentru o uzină de aceeași anvergură (cu un cost de investiție de 25 milioane USD și un timp de construcție de 2,5 ani), procesul MABR a avut un cost de investiție de doar 5 milioane USD și un timp de construcție de 1 an, reducând semnificativ costurile și timpul de construcție.