Aquest sistema MABR més gran del món canviarà la vostra comprensió del procés d'aireació!
Actualment, a la majoria de depuradores tradicionals d'aigües residuals, el consum energètic del procés d'aireació representa més del 50% de l'ús total d'energia de la planta, deixant un gran potencial d'estalvi energètic. Com a tecnologia de tractament d'aigües residuals de membrana biològica que utilitza la transmissió selectiva d'oxigen a través de membranes per subministrar oxigen i servir com a portador de biofilm, la tecnologia MABR pot reduir eficaçment el consum d'energia del tractament d'aigües residuals, augmentar la càrrega de la instal·lació i millorar l'eliminació de nitrogen i nutrients de fòsfor. Té avantatges tècnics significatius en el tractament d'aigües residuals amb alta demanda d'oxigen, aigües residuals de compostos orgànics volàtils i aigües residuals amb alt nivell d'amoníac i nitrogen.
Planta d'aigües residuals de Hespeler: el sistema MABR de superfície de membrana més gran del món
La planta de tractament d'aigües residuals de Hespeler, situada a Cambridge, Ontario, Canadà, és una de les tretze plantes que donen servei a la població de més de 600000 persones de la regió de Waterloo.
Construïda originalment el 1973, la planta es va actualitzar el 1988 i el 1992, però aquestes millores van ser insuficients per satisfer l'augment de la demanda de la població i els creixents requisits d'eficiència del tractament d'aigües residuals. Per això, el govern regional de Waterloo va decidir revisar el procés de tractament secundari a la planta d'Hspeler.
Estació de tractament d'aigües residuals de Hespeler
El 2017 i el 2018, el govern regional va investigar el pla de disseny, el rendiment a llarg termini i la viabilitat econòmica d'instal·lar la tecnologia MABR, i finalment va decidir actualitzar el seu sistema de fangs activats aeròbics a un sistema de procés combinat MABR/AO (anòxic-òxic). Quan el projecte es va posar en marxa el 2021, es va convertir en el sistema MABR més gran del món pel que fa a la superfície de la membrana.
La decisió d'escollir la tecnologia MABR per a la planta de Hespeler ha demostrat ser molt beneficiosa.
1. Des d'una perspectiva d'estalvi d'energia:
Pel que fa al mètode aeròbic de fangs activats original a Hespeler, aquesta secció va consumir el 60% de l'energia total, ja que es necessitava oxigen de l'aireació de microbombolles. Durant l'actualització, es va produir una reducció del 40% en el consum d'energia bioquímica de la planta.
En una planta de tractament d'aigües residuals típica, el mètode d'aireació convencional utilitza ventilació o aireació mecànica en la qual l'aire o l'oxigen pur es força mecànicament a les aigües residuals. Tot i que aquests mètodes són efectius i fàcils de controlar, tenen molts inconvenients: el gran nombre d'aireació de bombolles produeix un alt consum d'energia, un cost operatiu i una baixa eficiència en la transferència d'oxigen.
A diferència de la tecnologia MABR, el contingut d'oxigen a la membrana de fibra és impulsat per la diferència entre el contingut d'oxigen interior i exterior després de l'inici de l'aireació. El material de la membrana es dissol i difon l'oxigen com una sola molècula perquè es pugui difondre a través de la membrana. En comparació amb els mètodes d'aireació convencionals, MABR té diversos avantatges:
Tanmateix, l'oxigen es pot lliurar directament al biofilm, la qual cosa pot disminuir considerablement la resistència a la transferència d'oxigen mitjançant la fase líquida i cobreix una utilització d'oxigen de més del 100%. Mitjançant mètodes tradicionals, l'eficiència de transferència d'oxigen només arriba als 1,5 kg/(kW·h), mentre que pot arribar als 6 kg/(kW·h).
◎ És un entorn estable per al creixement i reproducció microbiana. La intensitat d'aireació del MABR és lleu, i gairebé no produeix danys als microorganismes units a les fibres de la membrana, que van estabilitzar el creixement microbià.
◎ Aquesta aireació és lliure de bombolles, evitant que els components volàtils es transportin a l'aire normalment a través de bombolles per evitar la contaminació secundària. A més, suprimeix la generació d'escuma del metabolisme microbià.
◎ Ajustant fàcilment el subministrament d'oxigen, s'eviten els residus de gas derivats de la demanda mínima d'oxigen per a la reacció.
2. Des d'una perspectiva d'ampliació de capacitat:
La capacitat de processament original de la planta de Hespeler era de 6.600 m3/dia. Després de l'actualització, la capacitat de tractament va augmentar fins als 9.320 m3/dia, un 40% més.
L'equip MABR és compacte, ocupa poc espai i es pot instal·lar directament en dipòsits existents. L'oxigen es transmet selectivament a través de la membrana per a una aireació sense bombolles, amb una alta eficiència de transferència d'oxigen. L'oxigen proporcionat és totalment utilitzat pel biofilm, donant lloc a una gran utilització d'oxigen i augmentant considerablement la biomassa del sistema, aconseguint l'expansió de la capacitat de la planta sense expansió física.
Les actualitzacions de MABR poden augmentar la càrrega de les plantes de tractament d'aigües residuals existents en un 20 %-40%, o fins i tot més.
La direcció de transferència d'oxigen en MABR és a contracorrent a la direcció de transferència del nitrogen amoníac i la matèria orgànica. Els bacteris nitrificants formen un creixement dominant a prop de la superfície de la membrana i estan protegits pel biofilm exterior, que no només augmenta la taxa de nitrificació, sinó que també garanteix l'estabilitat de la nitrificació. Aquest avantatge és especialment evident sota càrregues de xoc o durant els mesos freds d'hivern.
Abans de l'actualització, el nitrogen d'amoníac de l'efluent d'hivern (amb una temperatura mínima de l'aigua de 10 graus) va superar l'estàndard de descàrrega de 5 mg/L; després de l'actualització, l'efluent va complir la norma (límit de descàrrega hivernal < 5 mg/L, límit d'estiu < 2 mg/L).
A més, la instal·lació de reactors MABR en tancs anaeròbics o anòxics permet la nitrificació i desnitrificació simultània. En les mateixes condicions de nitrogen total de l'efluent, en comparació amb altres processos d'eliminació de nitrogen com A2O, redueix les relacions de recirculació interna, millorant l'eficiència de la desnitrificació alhora que estalvia fonts de carboni i energia.
Tres factors clau que influeixen en el reactor de biofilm airejat per membrana (MABR)
1. Pressió d'aireació
Com que la pressió de funcionament a MABR s'ha de mantenir per sota del punt de bombolla de la membrana, obtenim aireació sense bombolles.
◎ A una pressió massa baixa, no hi haurà prou oxigen dissolt al biofilm interior i, per tant, patirà l'activitat dels bacteris nitrificants aeròbics i heteròtrofs.
◎ A pressió molt alta, tot el biofilm serà aeròbic, afavorint que els bacteris desnitrificants anaeròbics i altres anaeròbis no creixin i afectin negativament el procés de desnitrificació.
De fet, l'efecte del tractament s'ha d'aconseguir a la pràctica amb una intensitat de qualitat de l'aigua adequada segons la qualitat específica de l'aigua.
2. Velocitat del flux d'aigua
En l'etapa d'adhesió microbiana, la velocitat de flux excessiva dificultarà el creixement i l'adhesió microbiana, per tant, el cabal no és massa alt en aquesta etapa.
Un cop format el biofilm, un augment de la velocitat del flux d'aigua disminueix el gruix de la capa límit líquida. A mesura que el gruix del biofilm s'estabilitza durant un funcionament estable, l'augment de la velocitat del flux redueix el gruix de la capa límit de la fase líquida i afavoreix la renovació del biofilm, que redueix excessivament el gruix del biofilm, augmentant l'eficiència de transferència d'oxigen i contaminants.
La velocitat del flux de l'efluent és un dels factors que afecten el creixement microbià i el gruix del biofilm, segons la investigació.
◎ Com més prima sigui la capa límit és deguda a la major velocitat de flux i al gruix de biofilm estable corresponent.
◎ L'augment de la taxa de degradació dels contaminants requereix una velocitat de flux decreixent, un biofilm estable més gruixut i un biofilm estable més gruixut a una velocitat de flux més baixa.
3. Proporció de carboni, nitrogen i fòsfor a les aigües residuals
Una relació C:N:P adequada afavoreix el creixement microbià en el biofilm MABR, facilitant la nitrificació i la desnitrificació simultànies al reactor.
◎ En casos de relació C:N baixa, la concentració de carboni orgànic és insuficient per satisfer la demanda de la font de carboni de desnitrificació, afectant l'eficiència total d'eliminació de nitrogen.
◎ Quan la relació C:N és massa alta, els bacteris heteròtrofs aeròbics proliferaran i consumiran una gran quantitat d'oxigen, reduint la concentració d'oxigen dissolt i dificultant la nitrificació.
Quatre escenaris d'aplicació comuns per al reactor de biofilm airejat per membrana (MABR)
- Tractament d'aigües residuals amb alt nivell d'amoníac i nitrogen
- Dispositius integrats per al tractament d'aigües residuals domèstiques rurals
- Restauració biològica de les aigües fluvials urbanes
- Millorar les plantes de tractament d'aigües residuals per a un millor rendiment
De fet, en els darrers anys, el MABR s'ha aplicat cada cop més a les depuradores d'aigües residuals d'arreu del món.
Per exemple, a la planta de tractament d'aigües residuals YBSD d'Illinois, EUA, es van actualitzar 10 bioreactors aeròbics originals a 2 tancs anaeròbics, 2 tancs anòxics MABR i 6 tancs aeròbics, amb 12 mòduls MABR instal·lats als tancs anòxics. Això va convertir el procés aeròbic anterior en un procés d'eliminació de nitrogen i fòsfor, aconseguint l'objectiu d'augmentar la capacitat de tractament alhora que millorava l'eliminació biològica de nitrogen i fòsfor.
El període d'aclimatació del biofilm del sistema MABR va ser de només 3 setmanes, i després que el sistema de tractament d'aigües residuals va estar completament operatiu, la càrrega de DBO5 influent va augmentar a 0,60 kg/(m3·dia), un 47% d'augment en comparació amb la pre- nivells d'actualització.
L'efluent final de la planta va complir totes les expectatives de disseny, amb la DBO de l'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.
L'anàlisi de la població microbiana del biofilm va mostrar que els bacteris oxidants d'amoníac (AOB) i els bacteris oxidants de nitrits (NOB) representaven el 40% de la població microbiana, més de quatre vegades més que en els processos de fangs activats convencionals.
A més, en comparació amb el procés CAS d'una planta de la mateixa escala (amb un cost d'inversió de 25 milions de dòlars i un temps de construcció de 2,5 anys), el procés MABR tenia un cost d'inversió de només 5 milions de dòlars i un temps de construcció d'1 any. reduint significativament els costos i el temps de construcció.