мембранного биореактора (мбр)

ОЧИСТКА ПРОМЫШЛЕННЫХ И БЫТОВЫХ
СТОЧНЫХ ВОД ПО ТЕХНОЛОГИИ
МЕМБРАННОГО БИОРЕАКТОРА
(МБР)
Николай Ноев
Директор по развитию бизнеса
GE
Технологии Воды и
Процессов
Как работает мембрана УФ?
Молекулы воды и
растворимых солей свободно
проникают через поры
мембран
Примеси, бактерии, вирусы не
могут проходить через
мембраны
Поры
0,04 мкм
Мембранная «стена», имеющая
селективную пропускную
способность
Почему применять
мембранную технологию?
Мембранная установка
Традиционная установка
Современная, постоянно
развивающаяся
Технология
Чрезвычайно компактно
Потребность в месте
Совершенно работающая
физическая сепарация
Процесс полностью
автоматизирован, минимальная
потребность в химикатах
Сепарационный
процесс
Эксплуатация
Разработана в XIX-ом веке
Потребность в площадях
Менее эффективное удаление
частиц
Большие трудозатраты
потребность в химикатах
Полые волокна – оптимальный
вариант мембран для УФ
Полые волокна имеют поверхность с
миллиардами микроскопических пор
Размер пор - одно тысячная часть
диаметра человеческого волоса
Поры, как физический барьер
препятствуют проникновению
примесей, одновременно они
пропускают молекулы чистой воды
Чистая вода проходит
во внутрь полого волокна
под действием слабого
вакуума
2m
1m
Мембранно
е волокно
Электро-микроскопическое
изображение поверхности
мембраны
Мембранны
й модуль
Конфигурации полых волокон
Изнутри - наружу
Снаружи - вовнутрь
Чистая вода (фильтрат)
Грязный
сток
Чистая
вода
(фильтрат)
Грязный
сток
Необходима предочистка
Более частая очистка элементов
Более грубая очистка для
поддержания чистой внутренней
поверхности волокон
Требуется минимальная
предочистка
Нечастая периодическая очистка
элементов
Умеренная очистка наружной
поверхности мембран
Конфигурации полых волокон
Под давлением
Элементы расположены в дорогих
напорных корпусах
Из закрытых корпусов труднее
удалить твердые осадки, т.к.
волокна упакованы плотно
При закупорке требуется
повышенное давление
Погружные
Свободно размещенные в
открытом баке волокна, легко
удаляются твердые осадки
Низкое рабочее давление,
работа на слабом вакууме
Модульное исполнение, легко
построить большие системы
Материал мембран
PS / PES
PVDF
Более хрупкий материал –
склонность к разрыву волокон
Прочность – ниже риск
разрыва волокон
Меньшая гибкость/пластичность –
сложная механическая очистка
Гибкость при механической
очистки (применения
аэрации)
Низкая толерантность к закупорке
Толерантность к закупорке
Мембраны ZeeWeed® (англ. - водоросли)
Решение для применения в промышленности
Погружные
Полое волокно
Снаружи - вовнутрь
Ультрафильтрационные
(UF)
PVDF (стойкая к хлору и
другим окислителям)
Система ZeeWeed® - Обзор
Ряд погружных мембран ZeeWeed®
Серия ZeeWeed® 500
Серия ZeeWeed® 1000
Армированная мембрана
Промышленный „стандарт”
Неармированная мембрана
Эффективная фильтрация для
питьевой воды
o ZeeWeed® мембранный
биореактор (MBR)
o Фильтрация воды с
высоким содержанием
взвешенных веществ
o Поверхностные/скважинные
воды хорошего качества
o Доочистка стоков с низким
содержанием взвешенных
веществ
Система ZeeWeed®
технологическая
линия
мембранный
модуль
мембранное
волокно
кассета
Армированное мембранное
волокно ZeeWeed®
мембрана
Мембранную структуру
армирующее
волокно
можно разделить на
подача
три главные части:
•мембранный слой
•армирующее волокно
•полость (lumen)
отток
полость (lumen)
армированное
мембранное
волокно
Отличимые характеристики
ZeeWeed® 500
• Самый надёжный продукт на рынке с самыми
прочными мембранными волокнами
– одно волокно выдерживает на разрыв в 55
кг
– большинство мембран Zenon,
произведенных в самом начале
производства продукта, работают ещё и
сегодня (первая мембранная установка
была пушена в эксплуатацию в 1993 году)
• Наивысшая толерантность к содержанию
взвешенных веществ и наиболее эффективная
обратная промывка
– способны работать в средах при
содержании взвешенных веществ (от < 1.0
мг/л до >50,000 мг/л)
• Нет необходимости в первичных отстойниках
• Система способна работать при залповых
поступлениях стоков
• Консервативная концепция проектирования
кегельный шар с
весом 7,5 кг
мембранное
волокно
ZeeWeed®
Кассета
ZeeWeed®
500
верхний
коллектор
пермеата
Одна кассета содержит от 4 до
64 модулей ZeeWeed®
Пермеат отсасывается через
верхний и нижний коллектор
Аэрационные элементы
встроены в раме кассеты, а не
в самих модулях
Свободные модули ZW 500
привязаны к раме кассеты
нижний
коллектор
пермеата
Кассета ZeeWeed® 500
Центральный коллектор
пермеата
Периферийные коллекторы
пермеата
Подводящие
аэрационные трубы
Перфорированные
аэрационные элементы
Система ZeeWeed® 500
главный
распределительный
аэрационный коллектор
Airсборный
Header коллектор
пермеата
панель
управления
мембранные
® Membrane
®
ZeeWeed
кассеты
ZeeWeed
Permeate
Cassettes
насос Pump
Air Blower
пермеата
воздуходувк
а
Преимущества ZeeWeed® 500
Мембраны загружены
прямо в бак сырой воды
Первая „оригинальная” погружная
мембрана, технология защищена
более чем 50 патентами
Особенная конфигурация,
позволяющая использовать для
очистки воды любого типа, а также
для сточных вод
Хорошее решение для увеличения
мощности или повышения
эффективности
фильтрации/очистки на
существующих сооружениях
Сотни объектов по всему миру, в том
числе самые большие
Мощное собственное производство
мембран с низкой себестоимостью
Признанная в мире передовая
мембранная технология
Сводная таблица ZeeWeed® 500
Свойства
Преимущества
Надёжность и стойкость
Минимальное техническое обслуживание
Погружные мембраны
Ниже расход электроэнергии
Фильтрация снаружи - вовнутрь
Меньше расходы на замену и на очистку
мембран
Химический состав,
толерантный кальматации
Меньше расходы на очистку мембран
Размер пор характерен для
процесса ультрафильтрации
(UF)
Меньше расходы на очистку мембран;
меньше затраты, чем при замене RO
мембран
Ответственный расчёт
удельной производительности
Меньше затраты на замену и на очистку
мембран
Работа системы ZeeWeed®
Трансмембранное давление (ТМД)
• Перепад давления на мембране
(мбар, кПа или psi)
• Указывает на относительную меру
закупорки мембран
Проницаемость
• Удельная производительность
пермеата на единицу давления
(л/(м2ч*бар) или gfd/psi)
• Указывает необходимую площадь
мембран
Проницаемость
Основная мембранная
терминология
Время
Средства очистки ZeeWeed®
Мероприятия, при которых непрерывно обеспечивается
высокая проницаемость мембран ZeeWeed®:
Ежедневно:
– аэрация (непрерывная/периодическая)
– обратная промывка/вымачивание
Периодические средне- и долгосрочные очистки:
– профилактическая очистка
– восстанавливающая очистка
Аэрация ZeeWeed®
Пузырьки воздуха,
двигающиеся вверх
механически очищают
поверхность мембран
Ненатянутые мембранные
волокна под воздействием
двигающихся вверх
пузырьков двигаются,
стряхивая при этом с
поверхности мембран
отложившиеся загрязнения
Обратная промывка ZeeWeed®
• Направление потока пермеата периодически направляется
обратно к мембране, удаляя при этом загрязнения с поверхности
мембран
•
Обратная промывка производится либо чистой водой, либо с
добавлением химикатов
насос
пермеата
очищенная
вода
(пермеат)
исходная
вода
промывочны
й поток
промывочный
бак
(бак пермеата)
воздух
дренаж
концентрата
Очистка мембран ZeeWeed®
Профилактическая очистка
Мембраны очищаются раствором (10 мг/л) гипохлорита
натрия (NaOCl) или органической кислоты при pH 2.2-2.5
Частота очистки: от ежедневной до еженедельной
Время: около 15 минут (контролируется PLC)
Восстанавливающая очистка
Интенсивная химическая очистка (500 мг/л NaOCl или 2
г/л органическая кислота) полностью восстанавливает
первоначальную эффективность мембран
Производится, если мембрана достигает максимально
допустимого ТМД (характерно 69 кПа или 10 psig)
Типичная периодичность: 1-6 месяцев
Типичная продолжительность: 2-5 часов
Срок службы мембран ZeeWeed® 500
Типичный срок службы мембран 10 – 12 лет
Пример: Rothesay, NB
2300 м3/сутки,
вход в эксплуатацию: 1996,
работают ещё оригинальные мембраны ZW 150
Биологическая очистка
Система с активным илом
биологический реактор
(селекторы)
вторичный отстойник
сток
AN
DN
N
аэрация
очищенная
вода
внутренняя рециркуляция ила
(4 – 5 x Qсток)
рециркуляция ила (0.75 x Qсток)
отвод ила
AN: анаэробная зона DN: аноксическая зона N: аэробная зона
Био-P удаление
NO3 -> N2
NH4 –>NO3
удаление органических вещ. ->
CO2
Мембранный биореактор (MBR)
Мембранный биореактор (MBR)
Процесс с
активным
илом
Стабильный процесс
биологической очистки
MBR
Мембранная
фильтрация
Абсолютная сепарация
взвешенных веществ
Обычный процесс с активным илом
vs. Мембранный биоректор (MBR)
Обычный АИ процесс
Процесс ZeeWeed® MBR
первичный
отстойник
биологический
реактор
биологический
реактор
вторичный
отстойник
песчаный
фильтр
мембраны
ZeeWeed®
сгущение
ила
обезвоживание
ила
обезвоживание
ила
Система ZeeWeed® MBR
распределительный
аэрационный
коллектор
собирающий
пермеатный
коллектор
панель
управления
биологически
й реактор
мембранные
кассеты ZeeWeed®
насос
пермеата
воздуходувка
ZeeWeed® MBR
типичная технологическая схема
насос
пермеата и
обратной промывки
грубая
решетка
биологические селекторы
тонкая аноксический аэробный
решетка
очищенна
я
вода
сток
песко-/жироловка
мембранный бассейн
ZW500d
«биологическая» воздуходувка
NaOCl
MC1
бак
обратной
промывки
рециркуляционный
насос
отбор ила
«мембранная» воздуходувка
Основные параметры ZeeWeed®
MBR
HRT: 4-8 час
SRT: 15-365 дней
MLSS: 10-15,000 mg/l
(концентрация ила в
3-5 раз больше, чем в
обычных процессах с
активным илом!!!)
Рыночные «двигатели»
Требование к повторному
использованию (уже сейчас
или в ближайшем будущем)
или же необходимость
непосредственного сброса в
водоём
Во избежание штрафа
из-за превышения ПДК
Нехватка места
Прочие характеристики MBR
Надёжная эксплуатация –
– не зависит от осаждаемости ила
– легче регулировать биологический процесс
– 100%-ое удаление взвешенных
– возможность круглогодичной нитрификации – даже
в условиях холодного климата
– быстро адаптирующаяся, высокая степень
удаления общего азота и фосфора (BNR/Bio-P)
Высоко аэробный процесс – отсутствие запаха
Наилучшая доступная технология для повторного
использования воды
Компактная: малые объёмы биореактора, отсутствие
отстойников и песчаных фильтров
Идеально для последующего расширения
Легко адаптировать к имеющимся гидросооружениям
(позволяет свести к минимуму строительные работы)
Сводная таблица ZeeWeed® MBR
Свойства
Преимущества
Малая потребность в
необходимых площадях (1/3 – 1/5я часть обычной системы с АИ)
Низкие расходы на землеотвод, а также
на капитальные затраты (строительные
работы, и т.п.)
Возможность реконструкции
Меньше объём строительных работ
Постоянно высокое качество
получаемой чистой воды
Соответствие ПДК; возможность
избежать штрафы и другие
соответствующие платежи
Совершенное полное разложение
комплексных органических веществ и
сложных соединений
Доводит до минимума остановы
сооружений даже при экстремальных
условиях
При те же затратах - возможность
достичь более высокой степени
очистки, выше эффективность,
надёжнее эксплуатация
Может работать без постоянного
надзора
Совершенный биологический
контроль
Низкая чувствительность к
изменению качества исходного
стока
Сравнимые с другими
технологиями капвложения
Автоматическая работа
Существенное уменьшение
потребности в площадке
сооружение с мембранным
биореактором
сооружение на
основе обычного
процесса с активным
илом
Непрерывно высокое качество
очищенной воды
Типичные результаты
Удаление ХПК
> 95%
Удаление БПК
> 98%
Удаление
Взвешенных
Удаление
TKN/Аммоний
Удаление
фосфора
> 99%
> 90%
> 90%*
* с химикатом
Один шаг для возврата стоков в
оборот
Биореактрр ZeeWeed® всегда
производит стабильное
качество фильтрата в
независимости от качеста
исходных стоков
Обеспечивает идеальную
предочистку для установок
обратного осмоса
Сооружения ZENON MBR *
Применение
Число сооружений
Коммунальные (Сев. Америка)
30
Коммунальные (другие страны)
31
Северная Америка - развитие
124
Другие страны - развитие
5
Промышленные (Сев. Америка)
30
Промышленные (другие страны)
86
Морские/военные
9
Все MBR сооружения
315
* данные за 2005г.
Другие технологии GE
•Обратный осмос и нанофильтрация
•Электродеионизация
•Электродиализ реверсивный
•Реагенты для мембранных систем и водоподготовки
•Реагентные программы обработки охлаждающей
воды
•Реагенты для нефтепереработки и нефтехимии
•Реагентные программы защиты котлов
•Реагенты для металлургии
•Реагенты для энергетики
Спасибо за внимание !