โดย: เคท
Email:kate@aquasust.com
วันที่: 4 ธันวาคม 2024
1. ภาพรวมของกระบวนการ MBR
MBR (เครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพเมมเบรน)เป็นเทคโนโลยีการบำบัดทางชีวภาพแบบเมมเบรนที่ใช้ในการบำบัดน้ำ เป็นระบบที่ผสมผสานเทคโนโลยีการแยกเมมเบรนและเทคโนโลยีการบำบัดน้ำเสียทางชีวภาพ ได้รับการยอมรับว่าเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีการบำบัดน้ำเสียและการกู้คืนทรัพยากรที่ทันสมัยและมีประสิทธิภาพมากที่สุดในโลกปัจจุบัน
เทคโนโลยี MBR ใช้ฟังก์ชันการแยกเมมเบรน โดยแทนที่ถังตกตะกอนรอง ตัวกรองทราย หน่วยฆ่าเชื้อ และส่วนประกอบอื่นๆ ของกระบวนการแอคติเวเต็ดแบบดั้งเดิมแบบดั้งเดิมด้วยอุปกรณ์แยกเมมเบรน ใช้เมมเบรนกรองไมโครฟิลเตรชัน/อัลตราฟิลเตรชัน (MF/UF) เพื่อกรองน้ำทิ้งจากถังเติมอากาศโดยตรง ของแข็งแขวนลอยในส่วนผสมของตะกอนเร่งจะถูกเก็บรักษาไว้อย่างสมบูรณ์และหมุนเวียนกลับเข้าไปในเครื่องปฏิกรณ์ เป็นผลให้อายุตะกอนสามารถขยายได้ ความเข้มข้นของตะกอนเพิ่มขึ้น และภาระของตะกอนลดลง สิ่งนี้จะช่วยเร่งการย่อยสลายของจุลินทรีย์ในมลพิษ ปรับปรุงประสิทธิภาพการบำบัดน้ำเสียอย่างมีนัยสำคัญ และทำให้มั่นใจได้ว่าคุณภาพน้ำทิ้งไม่เพียงแต่มีเสถียรภาพและเชื่อถือได้ แต่ยังเป็นไปตามมาตรฐานน้ำรีเคลมคุณภาพสูงอีกด้วย เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการยกระดับโรงบำบัดน้ำเสียในประเทศจีนให้เป็นไปตามมาตรฐานการปล่อยทิ้งใหม่ที่กำหนดไว้ในปี 2554 รวมถึงการนำน้ำเสียทางอุตสาหกรรมกลับมาใช้ใหม่
ไมโครฟิลเตรชัน/อัลตราฟิลเตรชัน (MF/UF)เมมเบรนมีขนาดรูพรุนและช่วงการตัดน้ำหนักโมเลกุล โดยทั่วไป ขนาดรูพรุนของเยื่อกรองแบบอัลตราฟิลเตรชันอยู่ระหว่าง 0.01 ถึง 0.1 μm โดยมีช่วงการตัดน้ำหนักโมเลกุล (MWCO) อยู่ที่ 5,000 ถึง 500,{{ 9}} ดาลตัน MWCO ที่ระบุของเมมเบรนกรองระดับไมโครซึ่งโดยทั่วไปใช้ในการบำบัดน้ำเสียมีช่วงตั้งแต่ 30,000 ถึง 800,000 ดาลตัน
2. ข้อดีของเมมเบรน MBR
MBR มีข้อได้เปรียบที่สำคัญซึ่งกระบวนการทางชีวภาพแบบสแตนด์อโลนอื่นๆ ไม่สามารถเทียบได้:
1.คุณภาพน้ำทิ้งที่ดีเยี่ยมและมีเสถียรภาพ
สิ่งนี้แสดงให้เห็นในประสิทธิภาพสูงของการแยกของแข็งและของเหลว ของแข็งแขวนลอยของน้ำทิ้งสามารถรักษาให้ใกล้กับศูนย์ได้เกือบตลอดเวลา และไม่ได้รับผลกระทบจากปัจจัยต่างๆ เช่น การสลายตัวของตะกอนหรือการรวมตัวของตะกอนในระยะสั้น
2.การออกแบบเครื่องปฏิกรณ์ขนาดกะทัดรัด
เครื่องปฏิกรณ์มีขนาดกะทัดรัดมากขึ้นเนื่องจากสามารถทำงานได้ตามปกติที่ความเข้มข้นของตะกอนสูง ส่งผลให้มีประสิทธิภาพในการกำจัดสารอินทรีย์สูงในขณะที่ประหยัดพื้นที่ ไม่จำเป็นต้องมีระบบถังตกตะกอนรอง
3.เหมาะสำหรับการเพาะเลี้ยงแบคทีเรียไนตริไฟอิงแบบแอโรบิก
ระบบช่วยเพิ่มความสามารถในการไนตริฟิเคชั่นของโซนแอโรบิก สิ่งนี้สะท้อนให้เห็นในประสิทธิภาพสูงในการกำจัดแอมโมเนียไนโตรเจน ซึ่งยังคงความเสถียรในระยะเวลานาน
4.การแยกเวลากักเก็บไฮดรอลิกและเวลากักเก็บตะกอนอย่างสมบูรณ์
การแยกเวลากักเก็บไฮดรอลิก (HRT) ของเครื่องปฏิกรณ์และเวลากักเก็บตะกอน (SRT) ออกจากกันโดยสิ้นเชิง ช่วยให้ควบคุมการทำงานได้อย่างยืดหยุ่นมากขึ้น
5.ความเข้มข้นของจุลินทรีย์สูงและทนต่อแรงกระแทกได้ดี
ความเข้มข้นของจุลินทรีย์ในเครื่องปฏิกรณ์อยู่ในระดับสูง และมีความทนทานต่อแรงกระแทกได้ดี ด้วยอายุตะกอนที่ยาวนาน การแยกเมมเบรนช่วยให้แน่ใจว่าโมเลกุลขนาดใหญ่และย่อยสลายยากในน้ำเสียมีเวลากักเก็บเพียงพอภายในปริมาตรเครื่องปฏิกรณ์ที่มีขีดจำกัดทางชีวภาพ สิ่งนี้ช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการย่อยสลายของสารอินทรีย์ที่ดื้อรั้นได้อย่างมาก เครื่องปฏิกรณ์ทำงานภายใต้ปริมาณปริมาตรสูง ปริมาณตะกอนต่ำ และอายุตะกอนที่ยาวนาน ซึ่งช่วยลดการปล่อยตะกอนได้อย่างมีประสิทธิภาพ
3. แนวโน้มการพัฒนาในอนาคตของเมมเบรน MBR
1.บทบาทสำคัญของเทคโนโลยี MBR ในการบำบัดน้ำเสีย
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ประสบการณ์ได้แสดงให้เห็นว่าเทคโนโลยี MBR เติบโตเต็มที่ และประสบความสำเร็จในการออกแบบและการดำเนินงาน สามารถใช้บำบัดได้ทั้งน้ำเสียชุมชนและน้ำเสียอุตสาหกรรม ดังนั้น เนื่องจากเทคโนโลยี MBR ยังคงพัฒนาและเติบโตอย่างต่อเนื่อง จึงคาดว่าจะมีการใช้กันอย่างแพร่หลายทั่วโลกในฐานะเทคโนโลยีที่มีประสิทธิภาพเชิงเศรษฐกิจและใช้งานได้จริง
2.อนาคตสำหรับการสมัคร MBR
การใช้งานหลักสำหรับ MBR ควรเป็นการบำบัดน้ำเสียของชุมชน โดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากเมืองต่างๆ ต้องการพื้นที่ขนาดเล็กสำหรับการบำบัดน้ำเสีย น้ำทิ้งคุณภาพสูงสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้หรือทำหน้าที่เป็นการบำบัดเบื้องต้นสำหรับการกรองระดับนาโนและรีเวิร์สออสโมซิส และต้องเป็นไปตามมาตรฐานการปล่อยทิ้งที่เข้มงวด
เทคโนโลยี MBR ยังมีประสิทธิภาพในการบำบัดน้ำเสียทางอุตสาหกรรม เช่น น้ำเสียจากการแปรรูปอาหาร น้ำเสียจากโรงฆ่าสัตว์ และน้ำชะขยะจากหลุมฝังกลบ โดยได้แสดงให้เห็นประสิทธิภาพในการกำจัดสารรบกวนต่อมไร้ท่อ (EDS) ในน้ำชะขยะจากหลุมฝังกลบได้อย่างดีเยี่ยม และสามารถกำจัดไนเตรตในน้ำดื่มได้ (ด้วยอัตราการกำจัดสูงถึง 98.5%)
3.การควบคุมการเปรอะเปื้อนของเมมเบรน
จำเป็นต้องมีการวิจัยเพิ่มเติมเกี่ยวกับกลไกของการเปรอะเปื้อนของเมมเบรน โดยเฉพาะอย่างยิ่งการศึกษาการเปรอะเปื้อนทางชีวภาพ เมมเบรนมีประสิทธิภาพ ควบคุมได้ และลดขนาดให้เหลือน้อยที่สุด ควรพัฒนาวิธีแก้ปัญหาการเปรอะเปื้อน ควรใช้คอมพิวเตอร์และเทคโนโลยีเซ็นเซอร์เพื่อควบคุมการเปรอะเปื้อนของเมมเบรนแบบออนไลน์อย่างเต็มที่ ในการปรับปรุงวิธีการทำความสะอาด ควรให้ความสนใจเป็นพิเศษกับการใช้สารเคมีที่ปลอดภัย
4.การเลือกโครงสร้างเมมเบรนและวัสดุตามประเภทของน้ำเสีย
ควรเลือกโครงสร้างและวัสดุเมมเบรนให้ถูกต้องตามประเภทของน้ำเสีย ควรใช้วัสดุเมมเบรนและส่วนประกอบโมดูลใหม่ที่ประหยัดพลังงานและมีประสิทธิภาพสูง ควรส่งเสริมการบูรณาการระบบ MBR แบบแอโรบิกและแบบไม่ใช้ออกซิเจน นอกจากนี้ แบบจำลองทางคณิตศาสตร์และเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ควรใช้อย่างเต็มที่เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพพารามิเตอร์การทำงานเพื่อให้ได้คุณภาพน้ำทิ้งที่ดีขึ้น ทำให้กระบวนการประหยัดและมีประสิทธิภาพมากขึ้น
4. หลักการทำงานของเมมเบรน MBR
ในการใช้งานทางวิศวกรรมภาคปฏิบัติ กระบวนการ MBR (เครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพแบบเมมเบรน) แบบจุ่มนั้นถูกนำมาใช้กันทั่วไปมากกว่า และประสบการณ์ทางอุตสาหกรรมเกี่ยวกับระบบประเภทนี้ก็ค่อนข้างจะสมบูรณ์ ดังนั้นเราจะใช้ MBR ประเภทนี้เป็นตัวอย่างในการวิเคราะห์ หลักการทั่วไปมีดังนี้:
น้ำดิบจะเข้าสู่เครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพ ซึ่งอินทรียวัตถุจะถูกออกซิไดซ์และสลายตัวโดยตะกอนเร่งที่มีความเข้มข้นสูง ด้านล่างโมดูลเมมเบรนมีระบบเติมอากาศ ซึ่งไม่เพียงแต่ให้ออกซิเจนละลาย (DO) ที่เพียงพอสำหรับจุลินทรีย์ในสุราผสมเท่านั้น แต่ยังส่งเสริมการผสมอย่างละเอียดอีกด้วย ความปั่นป่วนที่เกิดจากฟองอากาศพร้อมกับกระแสการไหลเวียนที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวเมมเบรน มีผลกระทบต่อการกำจัดสิ่งสกปรกและแรงเฉือนบนพื้นผิวเมมเบรน ป้องกันการสะสมของสารมลพิษบนพื้นผิวเมมเบรนอย่างถาวรภายใต้สภาวะที่ไม่ประดิษฐ์ น้ำที่ผ่านการบำบัดแล้วจะถูกดูดผ่านปั๊ม self-priming และแยกออกจากกันด้วยเมมเบรน โดยที่เฟสของเหลวจะไหลผ่านเมมเบรนและถูกระบายออกจากระบบ
โดยทั่วไป กระบวนการ MBR มีพารามิเตอร์การดำเนินงานที่สำคัญหลายประการ รวมถึงฟลักซ์ของเมมเบรน สัมประสิทธิ์การซึมผ่าน อัตราการเก็บรักษา และโพลาไรเซชันของความเข้มข้น
1.เมมเบรนฟลักซ์
ฟลักซ์เมมเบรน (J) หมายถึงปริมาณของวัสดุที่ผ่านพื้นที่หน่วยของเมมเบรนต่อหน่วยเวลา โดยทั่วไปจะแสดงเป็นหน่วย SI เป็น [m³/(m²·s)] หรือลดรูปเป็น m/s ในการคำนวณทางวิศวกรรมเชิงปฏิบัติ หน่วยที่ไม่ใช่ SI มักใช้ในการวัดฟลักซ์ เช่น LMH (ลิตรต่อตารางเมตรต่อชั่วโมง) โดยมีหน่วยเป็น [L/(m²·h)] เมมเบรน MBR ทั่วไปที่ตรงตามข้อกำหนดการบำบัดน้ำเสียทั่วไปมี LMH อย่างน้อย 10 ลิตร/(m²·h)
ปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อฟลักซ์ของเมมเบรน ได้แก่ แรงผลักดันในการถ่ายโอนมวล ความต้านทานของเมมเบรน สภาพการไหลของสารละลายป้อนที่ด้านเมมเบรน (เทียบเท่ากับความต้านทานของชั้นขอบเขต) และขอบเขตของการเปรอะเปื้อนของเมมเบรน
2.ค่าสัมประสิทธิ์การซึมผ่าน
ค่าสัมประสิทธิ์การซึมผ่าน (Lp) ของเมมเบรนแสดงถึงปริมาณของวัสดุที่ผ่านเมมเบรนต่อหน่วยเวลา และพื้นที่ต่อหน่วยภายใต้ความดันหนึ่งหน่วย โดยจะแสดงเป็นฟลักซ์ของเมมเบรนภายใต้สภาวะความดันต่อหน่วย ค่าสัมประสิทธิ์การซึมผ่านเป็นหนึ่งในพารามิเตอร์หลักสำหรับการประเมินประสิทธิภาพปัจจุบันของเมมเบรน
3.อัตราการเก็บรักษา
ในกระบวนการแยกเมมเบรน ของเหลวที่ผ่านเมมเบรนเรียกว่าเพอมิเอต และของเหลวที่เมมเบรนกักเก็บไว้เรียกว่ารีเทนเทต อัตราการเก็บรักษาใช้เพื่อระบุคุณลักษณะประสิทธิภาพการแยกสารของเมมเบรน รวมถึงอัตราการกักเก็บที่สังเกต/รายงาน (Robs) และอัตราการกักเก็บที่เกิดขึ้นจริง/จากภายใน (Ract) คำจำกัดความของมันมีดังนี้:
โดยที่ Cp และ Cb แสดงถึงความเข้มข้นของตัวถูกละลายในสารละลายเพอมีเอตและสารละลายป้อนตามลำดับ ซึ่งสามารถวัดได้โดยตรง อย่างไรก็ตาม เนื่องจากตัวถูกละลายยังคงอยู่และเกาะติดกับพื้นผิวเมมเบรน ความเข้มข้นของตัวถูกละลาย (Cm) บนพื้นผิวเมมเบรนจึงสูงกว่าความเข้มข้นเฉลี่ยของสารละลายป้อน ดังนั้น อัตราการเก็บรักษาที่แท้จริงคือ:
โดยทั่วไปค่าของ Cm ไม่สามารถวัดได้โดยตรง และจำเป็นต้องประมาณโดยใช้แบบจำลองการคำนวณ
4.โพลาไรซ์ความเข้มข้น
ในระหว่างกระบวนการที่ขับเคลื่อนด้วยแรงดันจริง ฟลักซ์ของเมมเบรนมักจะลดลงเมื่อเวลาผ่านไป และอัตราการกักเก็บตัวถูกละลายก็จะเปลี่ยนแปลงไปด้วย สาเหตุหลักของปรากฏการณ์นี้คือโพลาไรเซชันของความเข้มข้นและความเปรอะเปื้อนของเมมเบรน
โพลาไรซ์ความเข้มข้นหมายถึงปรากฏการณ์ที่ตัวทำละลายในสารละลายป้อนผ่านอย่างอิสระผ่านเมมเบรน ภายใต้สภาวะที่ขับเคลื่อนด้วยแรงดัน ในขณะที่เมมเบรนจะกักตัวละลายไว้ การไหลของตัวทำละลายจะพาตัวถูกละลายไปยังพื้นผิวเมมเบรนอย่างต่อเนื่อง ทำให้เกิดการสะสมตัวถูกละลายบนเมมเบรน เป็นผลให้ความเข้มข้นของตัวถูกละลาย (Cm) บนพื้นผิวเมมเบรนค่อยๆ เพิ่มขึ้น ซึ่งนำไปสู่การไล่ระดับความเข้มข้นที่ทำให้เกิดการแพร่กระจายแบบย้อนกลับจากพื้นผิวเมมเบรนไปยังสารละลายป้อน หลังจากการรักษาเสถียรภาพเป็นระยะเวลาหนึ่ง เมื่อการไหลของสารละลายป้อนไปยังพื้นผิวเมมเบรนเท่ากับการแพร่กระจายแบบย้อนกลับ ชั้นขอบเขตโพลาไรเซชันของความเข้มข้นที่เสถียรจะถูกสร้างขึ้น เงื่อนไขของการเก็บรักษาโดยสมบูรณ์แสดงโดยสมการต่อไปนี้:
อัตราส่วน Cm/Cb เรียกว่าอัตราส่วนโพลาไรเซชันความเข้มข้น ยิ่งอัตราส่วนสูงเท่าไรก็ยิ่งเป็นผลเสียต่อการแยกเมมเบรนมากขึ้นเท่านั้น
ฟลักซ์เมมเบรน (J) นั้นวัดได้ง่ายกว่า แต่ k คืออัตราส่วนของสัมประสิทธิ์การแพร่ต่อความหนาของชั้นขอบเขต ค่า k สัมพันธ์กับสภาวะการไหลบนพื้นผิวเมมเบรน และสามารถคำนวณได้โดยใช้ความสัมพันธ์ของจำนวนไร้มิติการถ่ายเทมวลหรือพิจารณาจากการทดลอง วิธีการหาค่า k มีอยู่ในบทความของ Zeman และ Zydney (1996)
