Spiegazione del funzionamento e della manutenzione dell'MBR

Coloro che si occupano di gestione e manutenzione delle acque reflue hanno senza dubbio sentito parlare del processo MBR (Membrane Bioreactor). In poche parole, la sua logica di base è molto semplice: MBR=reazione biochimica + separazione della membrana. La sua funzione principale è quella di sostituire il serbatoio di sedimentazione secondaria nei processi tradizionali, ottenendo una separazione più efficiente dei fanghi-dell'acqua. Sia per le acque reflue domestiche che per il trattamento delle acque reflue industriali, sempre più progetti scelgono l'MBR perché risolve molti punti critici dei fanghi dei serbatoi di sedimentazione secondaria-negli effluenti, scarso effetto di sedimentazione e grande ingombro.

Molti nuovi arrivati ​​​​all'MBR potrebbero trovarlo "difficile da utilizzare e mantenere, incline all'intasamento della membrana". Tuttavia, una volta compresa la logica combinata di "reazione biochimica + separazione a membrana" e compresi i vantaggi principali nella sostituzione dei serbatoi di sedimentazione secondaria, il funzionamento e la manutenzione quotidiana diventano piuttosto semplici. Sulla base dell'esperienza di funzionamento e manutenzione in prima linea, oggi spiegheremo in modo approfondito l'MBR, coprendo i suoi principi fondamentali, i vantaggi nella sostituzione dei serbatoi di sedimentazione secondaria, i punti chiave del-funzionamento e manutenzione in loco, problemi e soluzioni comuni-tutte informazioni pratiche e concise, consentendo ai principianti di iniziare rapidamente e agli operatori esperti di colmare eventuali lacune nelle loro conoscenze.

Innanzitutto, evidenziamo i punti chiave: MBR (Membrane Bioreactor) non è un "processo completamente nuovo", ma piuttosto una sostituzione della vasca di sedimentazione secondaria con moduli a membrana basati sui processi biologici tradizionali (aerobici e anaerobici). I suoi principali vantaggi sono una separazione più accurata dei fanghi-dell'acqua e una qualità degli effluenti più stabile. La chiave del funzionamento e della manutenzione risiede nel "mantenimento della membrana + trattamento biologico stabile", poiché entrambi lavorano insieme per massimizzare l'efficacia dell'MBR.

Nei processi tradizionali di trattamento delle acque reflue, dopo che il serbatoio di trattamento biologico ha degradato il COD e l'azoto ammoniacale, è necessario un serbatoio di sedimentazione secondaria per separare i fanghi e l'acqua, consentendo la sedimentazione dei fanghi attivi e lo scarico del surnatante come effluente. Tuttavia, l'efficienza di separazione del serbatoio di sedimentazione secondaria è fortemente influenzata dalle prestazioni di sedimentazione dei fanghi. Se si verifica un rigonfiamento o una deflocculazione dei fanghi, ciò porterà alla formazione di fanghi nell'effluente e ad un eccesso di solidi sospesi (SS). Inoltre, i serbatoi di sedimentazione secondaria hanno un ingombro elevato e un’efficienza di separazione limitata.

Il miglioramento principale del processo MBR è la sostituzione della sedimentazione secondaria con la separazione a membrana. Il processo complessivo può essere semplicemente inteso come: Acque reflue → Pretrattamento (griglia, camera di dissabbiatura) → Vasca di trattamento biologico (aerobico/anaerobico, degradazione microbica degli inquinanti) → Modulo a membrana (separazione a membrana, ritenzione dei fanghi attivi) → Effluenti conformi agli standard.

Il "trattamento biologico" qui è del tutto coerente con la vasca di trattamento biologico nei processi tradizionali. Il nucleo fa ancora affidamento sui microrganismi presenti nei fanghi attivi per degradare gli inquinanti come COD, azoto ammoniacale e fosforo totale nelle acque reflue. La logica metabolica e le esigenze nutrizionali di questi microrganismi non sono diverse dai tradizionali processi di trattamento biologico. La "separazione della membrana" è il nucleo dell'MBR. Sostituisce sostanzialmente la "sedimentazione per gravità" della vasca di sedimentazione secondaria con la "ritenzione fisica" della membrana. Indipendentemente dalle prestazioni di sedimentazione dei fanghi, la membrana può trattenere saldamente i fanghi attivi e le particelle in sospensione, consentendo il passaggio solo dell'acqua pulita.

In breve, l’MBR (Mechanical Bioreactor) sostituisce i serbatoi di sedimentazione secondaria sostituendo essenzialmente la decantazione per gravità con l’intercettazione fisica. Ciò risolve il problema principale dei serbatoi di sedimentazione secondaria, che fanno molto affidamento sulle prestazioni di sedimentazione dei fanghi, migliorando allo stesso tempo l'efficienza di separazione dell'acqua dei fanghi-e riducendo l'impronta. Questa è la ragione principale della sua diffusa applicazione.

Caratteristiche chiave dell'MBR nell'identificazione in-sito: ha un sistema di aerazione simile ai tradizionali serbatoi di trattamento biologico ed è dotato di moduli a membrana (membrane a foglio piatto, membrane a fibra cava, ecc.), senza un grande serbatoio di sedimentazione secondaria; l'effluente è limpido, con solidi sospesi (SS) quasi nulli; durante il funzionamento è necessaria una pulizia regolare della membrana per prevenirne l'intasamento.

Molti progetti abbandonano le vasche di sedimentazione secondaria e scelgono l'MBR, non seguendo ciecamente le tendenze, ma perché i suoi vantaggi sono reali e possono risolvere molti problemi di funzionamento e manutenzione in loco. È particolarmente adatto per scenari con elevati requisiti di effluenti e ingombri ridotti. I vantaggi specifici possono essere riassunti in 5 punti, tutti sperimentabili personalmente nelle operazioni in prima linea:

1. Separazione più accurata dei fanghi-dell'acqua e qualità degli effluenti più stabile: questo è il vantaggio più importante. I serbatoi di sedimentazione secondaria si basano sulla sedimentazione per gravità dei fanghi. Se i fanghi si deflocculano e si espandono, l'effluente conterrà fanghi e supererà gli standard dei solidi sospesi (SS). Al contrario, i moduli a membrana MBR hanno una precisione di ritenzione estremamente elevata, in grado di trattenere quasi tutti i fanghi attivi, le particelle sospese e persino alcune sostanze colloidali. L'SS effluente può essere costantemente inferiore a 10 mg/l e anche i livelli di COD e azoto ammoniacale sono più stabili, soddisfacendo facilmente gli standard di scarico di Classe A e superiori.

2. Ingombro significativamente ridotto, con risparmio sui costi del sito: i tradizionali serbatoi di sedimentazione secondaria occupano una vasta area, pari al 30%-40% della superficie totale dell'impianto di trattamento delle acque reflue. I moduli a membrana MBR sono di piccole dimensioni e hanno un'elevata efficienza di separazione e non richiedono grandi spazi di sedimentazione. L'impronta è solo il 50%–70% di quella dei processi tradizionali (vasche biologiche + sedimentazione secondaria), rendendoli particolarmente adatti a progetti con spazio limitato (come impianti di trattamento delle acque reflue urbane e trattamento delle acque reflue nelle officine industriali).

3. Maggiore concentrazione di fanghi e migliore efficienza biochimica: i serbatoi di sedimentazione secondaria sono limitati dalle prestazioni di sedimentazione dei fanghi, con MLSS (concentrazione dei fanghi) controllata solo a 2000-4000 mg/l. I moduli a membrana MBR, tuttavia, trattengono efficacemente i fanghi, aumentando l'MLSS a 8.000-12.000 mg/L. Ciò si traduce in una conta microbica totale più elevata e una degradazione più efficiente degli inquinanti, rendendolo particolarmente adatto per il trattamento di acque reflue recalcitranti e ad alta concentrazione, migliorando significativamente i tassi di rimozione del COD e dell'azoto ammoniacale.

4. Previene la perdita di fanghi e riduce lo shock del sistema: i tradizionali serbatoi di sedimentazione secondaria sono soggetti alla perdita di fanghi (ad esempio, scarico improprio dei fanghi, shock idraulico), con conseguente conteggio microbico totale insufficiente e diminuzione dell'efficienza del trattamento. I moduli a membrana MBR trattengono efficacemente i fanghi, prevenendone la perdita anche in caso di leggera deflocculazione dei fanghi. Ciò migliora significativamente la stabilità del sistema e riduce la complessità della manutenzione.

5. Processo semplificato e manutenzione ridotta: dopo che l'MBR ha sostituito il serbatoio di sedimentazione secondaria, non è più necessario controllare lo spessore dello strato di fango e il volume di scarico, riducendo le fasi di manutenzione (come la raschiatura dei fanghi e le regolazioni dello scarico). La manutenzione è ora concentrata sulla vasca di trattamento biologico e sui moduli a membrana. Anche se viene aggiunta la pulizia della membrana, la difficoltà complessiva di manutenzione non è aumentata; in effetti, è più facile da gestire.

Un avvertimento: l’MBR presenta anche degli svantaggi, come costi più elevati dei moduli a membrana, la necessità di una pulizia regolare e un consumo energetico leggermente superiore rispetto ai processi tradizionali. Tuttavia, per progetti con elevati requisiti di qualità degli effluenti e spazio limitato, questi inconvenienti superano di gran lunga i vantaggi.

Il fulcro del funzionamento e della manutenzione dell'MBR è "stabilizzare il sistema biochimico + mantenere il modulo della membrana". Entrambi lavorano insieme per funzionare in modo efficace-il sistema biochimico è responsabile della degradazione degli inquinanti e il modulo a membrana è responsabile della separazione dei fanghi-dell'acqua. Se uno dei due non funziona correttamente, ciò porterà a problemi come un'eccessiva qualità dell'effluente e l'intasamento della membrana. I punti specifici di funzionamento e manutenzione sono divisi in due parti, direttamente applicabili sul-sito:

(I) Funzionamento e manutenzione del sistema biochimico (coerentemente con i processi tradizionali, concentrandosi sull'attività stabilizzante)

La logica di funzionamento e manutenzione della vasca biochimica MBR è esattamente la stessa delle tradizionali vasche aerobiche e anaerobiche. L’obiettivo principale è stabilizzare l’attività microbica e garantire un’efficace degradazione degli inquinanti. Tre punti chiave sono cruciali:

1. Controllo del rapporto dei nutrienti: integrare le fonti di azoto e fosforo secondo un rapporto C:N:P di 100:5:1 per evitare uno squilibrio dei nutrienti che porta a una diminuzione dell'attività microbica. Soprattutto poiché la concentrazione dei fanghi MBR è elevata, il consumo di nutrienti è più rapido, richiedendo un monitoraggio regolare della qualità dell’acqua e un rifornimento tempestivo.

2. Stabilizzare la concentrazione di DO: nella fase aerobica, il DO deve essere controllato a 2,0~3,0 mg/L per garantire un metabolismo microbico sufficiente e prevenire la degradazione incompleta del COD e dell'azoto ammoniacale dovuta a DO insufficiente. Allo stesso tempo, evitare un'aerazione eccessiva-per evitare la rottura dei fiocchi di fango e un aumento del rischio di intasamento della membrana.

3. Controllo dell'età dei fanghi (SRT): l'SRT dell'MBR può essere controllato a 10~20 giorni, più a lungo rispetto ai processi tradizionali. Non è necessario lo scarico frequente dei fanghi; Lo scarico periodico di piccoli-volumi dei fanghi è sufficiente per prevenire l'invecchiamento dei fanghi e l'intasamento delle membrane. La velocità di scarico dei fanghi deve essere regolata in base al MLSS (mantenuto a 8.000~12.000 mg/l).

(II) Funzionamento e manutenzione del modulo a membrana

Il modulo a membrana è il "cuore" dell'MBR. Una volta intasato, ciò comporta una diminuzione del flusso degli effluenti, un aumento del consumo di energia e persino danni al modulo della membrana. La chiave per il funzionamento e la manutenzione è "prevenire gli intasamenti e pulire frequentemente", concentrandosi specificamente su quattro punti:

1. Pulizia online regolare (il monitoraggio del TMP è fondamentale): la pulizia online comprende il lavaggio dell’aria e il lavaggio dell’acqua. Il lavaggio ad aria utilizza principalmente l'aerazione per eliminare i fanghi dalla superficie della membrana, prevenendo l'adesione dei fanghi. Il lavaggio con acqua utilizza il controlavaggio per risciacquare i pori della membrana con acqua pulita, rimuovendo le impurità fini. Durante il funzionamento e la manutenzione di routine, è necessario monitorare la differenza di pressione transmembrana (TMP). Quando il TMP supera 0,1 MPa, la frequenza della pulizia deve essere aumentata tempestivamente.

2. Pulizia offline regolare: la pulizia online non può rimuovere completamente i contaminanti ostinati (come materia organica e colloidi) dalla superficie della membrana. La pulizia offline deve essere eseguita ogni 3-6 mesi, utilizzando agenti chimici (come ipoclorito di sodio o acido citrico) per impregnare il modulo a membrana, rimuovendo i contaminanti ostinati e ripristinando il flusso della membrana.

3. Controllare la qualità dell'acqua affluente per evitare che le impurità ostruiscano i pori della membrana: rafforzare il pretrattamento per garantire il normale funzionamento del vaglio e della camera di sabbiatura, rimuovendo sabbia, solidi sospesi di grandi dimensioni, capelli e altre impurità trasportate dall'affluente. Evita che queste impurità entrino nel modulo della membrana e ostruiscano i pori. Per le acque reflue industriali, rimuovere preventivamente la materia organica recalcitrante e il grasso per ridurre l'incrostazione della membrana.

4. Prevenire l'essiccazione e il danneggiamento del modulo a membrana: il modulo a membrana deve essere sempre immerso nell'acqua; L'essiccazione è severamente vietata perché i pori della membrana si restringono e si danneggiano. Inoltre, evitare che oggetti appuntiti colpiscano la superficie della membrana per evitare danni alla membrana. Se si riscontra un danno alla membrana, sostituirla immediatamente per evitare che i fanghi entrino nell'effluente causando una qualità eccessiva dell'effluente.

Nel-funzionamento e manutenzione in loco, i problemi dell'MBR si concentrano principalmente sull'"intasamento della membrana" e sul "flusso eccessivo di effluenti". Ciò è dovuto essenzialmente all'instabilità del sistema di trattamento biologico o alla manutenzione inadeguata del modulo membrana. Ecco quattro dei problemi più comuni e soluzioni specifiche, che anche i principianti possono gestire facilmente:

1. Problema 1: intasamento del modulo membrana, flusso di effluente ridotto (più comune)

Soluzione:
① Aumentare immediatamente la frequenza della pulizia in linea (lavaggio ad aria + lavaggio ad acqua) per eliminare i fanghi dalla superficie della membrana;
② Se il TMP continua ad aumentare, eseguire la pulizia chimica offline per rimuovere i contaminanti ostinati;
③ Analizzare la qualità dell'acqua affluente, rafforzare il pretrattamento e rimuovere le impurità;
④ Ispezionare il sistema di trattamento biologico per prevenire l'invecchiamento e la deflocculazione dei fanghi, riducendo l'adesione dei fanghi alla superficie della membrana.

2. Problema 2: COD eccessivo e azoto ammoniacale negli effluenti (sistema biologico instabile)

Soluzione: ① Controllare la concentrazione di DO, assicurandosi che nella sezione aerobica sia maggiore o uguale a 2,0 mg/l e regolare la velocità di aerazione; ② Integrare le fonti di azoto e fosforo per garantire l'equilibrio dei nutrienti; ③ Controllare il carico influente per evitare l'impatto delle acque reflue ad alta-concentrazione e ridurre la portata dell'affluente, se necessario; ④ Controllare le proprietà dei fanghi. Se i fanghi sono invecchiati, aumentare opportunamente lo scarico dei fanghi e reintegrare con fanghi freschi.

3. Problema 3: modulo membrana danneggiato, SS eccessivo nell'effluente

Soluzione: ① Provare l'effluente SS. Se SS aumenta improvvisamente, verificare se il modulo membrana è danneggiato; ② Individuare il modulo membrana danneggiato e sostituirlo tempestivamente; ③ Controllare il pretrattamento per evitare che impurità taglienti entrino e danneggino il modulo a membrana; ④ Regolare l'intensità dell'aerazione per evitare che un'aerazione eccessiva abbia un impatto sulla superficie della membrana.

4. Problema 4: i fanghi si accumulano troppo rapidamente sulla superficie della membrana (incrostazione accelerata della membrana)

Soluzioni:
① Aumentare la frequenza e l'intensità del lavaggio dell'aria per migliorare il lavaggio della superficie della membrana;
② Ottimizzare il sistema biologico per controllare le proprietà dei fanghi e prevenirne la deflocculazione e l'ispessimento;
③ Aumentare opportunamente lo scarico dei fanghi per ridurre la concentrazione di MLSS e il volume totale dei fanghi;
④ Aggiungere una piccola quantità di coagulante per favorire la flocculazione del fango e ridurne l'adesione.

La logica fondamentale dell'MBR: trattamento biologico + separazione a membrana, in sostituzione del serbatoio di sedimentazione secondaria. In sostanza, utilizza la ritenzione fisica della membrana per risolvere il problema della separazione incompleta dell'acqua dei fanghi-nel serbatoio di sedimentazione secondaria. I suoi vantaggi sono effluente stabile, ingombro ridotto e alta efficienza. Il fulcro del funzionamento e della manutenzione è "stabilizzare il sistema biologico e mantenere i componenti della membrana". Il sistema biologico stabilizza l'attività microbica e i componenti della membrana vengono puliti e impediscono l'intasamento. La combinazione di questi due garantisce un funzionamento stabile dell'MBR e consente di ottenere facilmente uno scarico conforme.