Iintroduzione
Con standard ambientali sempre più rigorosi e una domanda in continua crescita per il riutilizzo dell’acqua, i bioreattori a membrana (MBR) sono diventati la tecnologia principale per il trattamento avanzato delle acque reflue e l’utilizzo delle risorse. I materiali della membrana, in quanto componente principale degli MBR, determinano direttamente la stabilità operativa del sistema, l'efficienza del trattamento e il costo totale del ciclo di vita. Le membrane organiche tradizionali soffrono di inconvenienti quali la suscettibilità alle incrostazioni, la breve durata e la scarsa resistenza alla corrosione, che le rendono inadatte a condizioni dell'acqua complesse e difficili. Le membrane piatte in carburo di silicio-, con le loro proprietà superiori di ultra-resistenza alla corrosione, elevato flusso, lunga durata e forti capacità anti-incrostazioni, forniscono una soluzione solida per gli aggiornamenti del processo MBR e sono ampiamente utilizzate nelle acque reflue municipali, nelle acque reflue industriali e nel trattamento della salamoia concentrata.
I. Introduzione alla tecnologia MBR
1. Principio del processo
MBR (Membrane Bioreactor) è un processo di trattamento delle acque reflue che integra profondamente le tecnologie di biodegradazione e separazione a membrana. Sostituisce il serbatoio di sedimentazione secondaria nel tradizionale processo a fanghi attivi con un modulo a membrana di ultrafiltrazione, ottenendo un'efficiente separazione dei fanghi e dell'acqua. Dopo che le acque reflue sono entrate nel bioreattore, i microrganismi decompongono gli inquinanti come COD, azoto ammoniacale e fosforo totale; la membrana di ultrafiltrazione (dimensione dei pori 0,02–0,1μm) intrappola con precisione fanghi attivi, colloidi, batteri e particelle sospese, ottenendo un effluente limpido e sterile, risolvendo completamente i problemi di perdita di fanghi e effluenti torbidi nei processi tradizionali.
2. Caratteristiche principali del processo
(1) Forte capacità di trattamento e buona qualità degli effluenti
Il processo MBR ha un carico elevato e un'efficienza di trattamento più elevata rispetto ai reattori di trattamento biologico generale. La qualità dell'effluente è simile nell'aspetto all'acqua del rubinetto e può soddisfare pienamente i requisiti dell'acqua depurata. Attualmente è la tecnologia con la migliore qualità degli effluenti tra tutti i processi di trattamento delle acque reflue.
(2) Forte resistenza ai carichi d'urto
L'elevata concentrazione dei fanghi conferisce all'MBR una forte resistenza ai carichi d'urto e ha anche un'età dei fanghi estremamente lunga, con conseguente qualità dell'effluente molto stabile.
(3) Buon effetto di rimozione dell'azoto ammoniacale
Con un'elevata concentrazione di fanghi, una lunga età dei fanghi e un basso carico di fanghi, è particolarmente adatto alla nitrificazione per rimuovere l'azoto ammoniacale e può rimuovere fino a 1500 mg/L di azoto ammoniacale.
(4) Meno fanghi residui
I fanghi MBR hanno una lunga età, i microrganismi sono nella fase di respirazione endogena, la produzione di fanghi in eccesso è bassa e l'inquinamento secondario è minimo.
(5) Risparmia terreno
Non necessita di vasca di sedimentazione secondaria o altri dispositivi di filtrazione e depurazione. Il processo è semplice e occupa una piccola area, solo circa 1/3 della superficie richiesta dai processi di trattamento convenzionali, rendendolo molto adatto per l'uso in luoghi con terreno limitato.
(3) Controllo automatico, facile da equipaggiare
L'MBR elimina i problemi legati all'accumulo e alla perdita dei fanghi, produce bassi livelli di fanghi residui e può ottenere un controllo completamente automatizzato, semplificando il funzionamento e la gestione.
II. Vantaggi delle membrane piane in carburo di silicio nei processi MBR
1. Estremamente resistente alla corrosione, adatto a condizioni di lavoro estreme
Realizzato in polvere di carburo di silicio di elevata-purezza ricristallizzata e sinterizzata a 2400 gradi, è resistente agli acidi e agli alcali nell'intervallo di pH compreso tra 0 e 14 e può resistere alla corrosione di acidi forti, alcali forti, ossidanti ad alta-concentrazione e solventi organici. Può funzionare in modo stabile e senza invecchiamento in condizioni di acqua difficili come salamoia concentrata, acque reflue chimiche e percolato di discarica per lungo tempo.
2. Operazione con throughput elevato-, con conseguente maggiore efficienza di elaborazione.
La superficie della membrana ha un angolo di contatto con l'acqua di soli 10,3 gradi, rendendola estremamente idrofila. Il suo flusso operativo è stabile a 60–100 LMH, ovvero 3–4 volte quello delle membrane organiche. A parità di scala di trattamento, richiede una superficie di membrana inferiore e il serbatoio a membrana occupa meno spazio, riducendo significativamente i costi di ingegneria civile.
3. Forte resistenza alle macchie, facile da pulire e ripristinare
La superficie della membrana è fortemente caricata negativamente e respinge elettrostaticamente fanghi, colloidi e olio, garantendo eccellenti capacità antivegetative. L'aerazione e il lavaggio ritardano la formazione di incrostazioni e, dopo l'incrostazione, la pulizia con acidi, alcali e ossidanti ad alta concentrazione può ripristinare il 100% del flusso. Il ciclo di pulizia è lungo e la manutenzione è semplice.
4. Durata ultra-lunga e costo totale ridotto.
Ha un'elevata resistenza meccanica, resistenza all'usura, nessun rischio di rottura delle fibre e una durata di servizio maggiore o uguale a 10 anni, ovvero 3-4 volte quella delle membrane organiche; il volume di aerazione è solo la metà di quello delle membrane organiche, con conseguente basso consumo energetico; non richiede frequenti sostituzioni della membrana, riducendo significativamente i costi dei materiali di consumo e i tempi di fermo, e presenta eccezionali vantaggi economici durante l'intero ciclo di vita.
5. Altamente compatibile e facile da aggiornare e modificare.
È pienamente compatibile con i sistemi MBR organici esistenti e può sostituire le membrane organiche in situ senza importanti modifiche alle apparecchiature; è adatto per qualità dell'acqua complesse come un'elevata concentrazione di fanghi, un elevato contenuto di olio e un'elevata salinità ed è facile da aggiornare e mostra rapidamente i risultati.
III. Casi applicativi tipici
Caso 1: Un progetto di trattamento delle acque reflue in un determinato comune
Capacità di lavorazione: 3000 m³/d
Schema di processo: La membrana piana in carburo di silicio MBR viene utilizzata in sostituzione del tradizionale serbatoio di sedimentazione secondaria.
Risultati dell'applicazione: effluente stabile e conforme, funzionamento e manutenzione semplici, risoluzione efficace del problema dello scarico delle acque reflue nelle aree rurali.
Caso 2: Progetto di potenziamento delle acque reflue saline concentrate da un impianto chimico a carbone
Capacità di lavorazione: 76 m³/h
Informazioni sull'aggiornamento: la membrana organica originale aveva una durata di vita breve, richiedeva frequenti sostituzioni ed era costosa.
Risultati dell'applicazione: Dopo la sostituzione con una membrana piana in carburo di silicio, la stabilità operativa è stata notevolmente migliorata, la durata della membrana è stata notevolmente estesa e i costi di manutenzione sono stati notevolmente ridotti.
Caso 3: Progetto di trattamento delle acque reflue in un'area di servizio
Capacità di lavorazione: 120 m³/d
Soluzione di processo: attrezzatura MBR integrata con membrana piana in carburo di silicio
Risultati dell'applicazione: ingombro compatto, funzionamento automatizzato, trattamento stabile delle acque reflue domestiche decentralizzate e gli effluenti soddisfano gli standard per il riutilizzo.
Caso 4: Progetto di un sistema MBR per acque reflue industriali a Singapore
Capacità di lavorazione: 150 m³/d
Effetto applicativo: Sostituendo le tradizionali membrane organiche con membrane ceramiche al carburo di silicio, è possibile ottenere un trattamento profondo delle acque reflue industriali in uno spazio limitato.
