Tämä maailmanlaajuisesti suurin MABR-järjestelmä muuttaa käsityksesi ilmastusprosessista!
Tällä hetkellä useimmissa perinteisissä jätevedenpuhdistamoissa ilmastusprosessin energiankulutus on yli 50 % laitoksen kokonaisenergiankäytöstä, mikä jättää suuret mahdollisuudet energiansäästöön. Biologisena kalvojätevedenkäsittelyteknologiana, joka käyttää selektiivistä hapensiirtoa kalvojen läpi hapen toimittamiseen ja toimii biokalvon kantajana, MABR-tekniikka voi tehokkaasti vähentää jätevedenkäsittelyn energiankulutusta, lisätä laitoksen kuormitusta ja tehostaa typen ja fosforin ravinteiden poistumista. Sillä on merkittäviä teknisiä etuja runsaasti happea vaativan jäteveden, haihtuvien orgaanisten yhdisteiden jäteveden ja korkean ammoniakkityppipitoisen jäteveden käsittelyssä.
Hespelerin jätevesilaitos: Maailman suurin kalvopinta-ala MABR-järjestelmä
Cambridgessa, Ontariossa, Kanadassa sijaitseva Hespeler Wastewater Treatment Plant on yksi kolmestatoista laitoksesta, jotka palvelevat Waterloon alueen yli 600,{1}} asukasta.
Alun perin vuonna 1973 rakennettu laitos kunnostettiin vuosina 1988 ja 1992, mutta nämä parannukset eivät riittäneet vastaamaan kasvavaan väestön kysyntään ja nouseviin jätevedenpuhdistuksen tehokkuusvaatimuksiin. Siksi Waterloon aluehallitus päätti uudistaa Hespelerin tehtaan jälkikäsittelyprosessin.
Hespelerin jätevedenpuhdistamo
Vuosina 2017 ja 2018 aluehallitus tutki MABR-teknologian suunnittelusuunnitelmaa, pitkän aikavälin suorituskykyä ja taloudellista toteutettavuutta ja päätti lopulta päivittää sen aerobisen aktiivilietejärjestelmän MABR/AO (anoxic-oxic) -yhdistelmäprosessijärjestelmäksi. Kun projekti otettiin käyttöön vuonna 2021, siitä tuli maailman suurin MABR-järjestelmä kalvopinta-alalla mitattuna.
Päätös valita MABR-teknologia Hespelerin tehtaalle on osoittautunut erittäin hyödylliseksi.
1. Energiansäästön näkökulmasta:
Mitä tulee Hespelerin alkuperäiseen aerobiseen aktiivilietemenetelmään, tämä osa kulutti 60 % kokonaisenergiasta, koska happea tarvittiin mikrokuplailmastuksesta. Päivityksen aikana laitoksen biokemiallinen energiankulutus pieneni 40 %.
Tyypillisessä jätevedenpuhdistamossa perinteisessä ilmastusmenetelmässä käytetään puhallin- tai mekaanista ilmastusta, jossa jäteveteen pakotetaan mekaanisesti ilmaa tai puhdasta happea. Vaikka nämä menetelmät ovat tehokkaita ja helppoja hallita, niillä on monia haittoja: Suuri kuplien ilmastus tuottaa suuren energiankulutuksen, käyttökustannukset ja alhaisen hapensiirtotehokkuuden.
Toisin kuin MABR-teknologiassa, kuitukalvon happipitoisuutta ohjaa sisä- ja ulkohappipitoisuuden ero ilmastuksen alkamisen jälkeen. Kalvomateriaali liuottaa ja diffundoi happea yhtenä molekyylinä, jotta se voi diffundoitua kalvon läpi. Perinteisiin ilmastusmenetelmiin verrattuna MABR:llä on useita etuja:
Happi voidaan kuitenkin toimittaa suoraan biofilmiin, mikä voi merkittävästi vähentää hapen siirtovastusta nestefaasin kautta ja kattaa yli 100 %:n hapen käytön. Perinteisillä menetelmillä hapensiirtoteho on vain 1,5 kg/(kW·h), kun se voi nousta jopa 6 kg/(kW·h).
◎ Se on vakaa ympäristö mikrobien kasvulle ja lisääntymiselle. MABR-ilmastuksen intensiteetti on lievä, eikä se aiheuta lähes mitään vaurioita kalvokuituihin kiinnittyneille mikro-organismeille, mikä stabiloi mikrobien kasvua.
◎ Tämä ilmastus on kuplaton, mikä estää haihtuvien komponenttien kulkeutumisen ilmaan yleensä kuplien kautta toissijaisen saastumisen välttämiseksi. Lisäksi se estää mikrobien aineenvaihdunnan aiheuttaman vaahdon muodostumisen.
◎ Säätämällä hapen syöttöä helposti vältetään kaasuhävikki, joka syntyy reaktion vähimmäishapentarpeesta.
2. Kapasiteetin laajentamisen näkökulmasta:
Hespelerin tehtaan alkuperäinen käsittelykapasiteetti oli 6 600 m3/vrk. Päivityksen jälkeen käsittelykapasiteetti nousi 9 320 m3/vrk, kasvua 40 %.
MABR-laitteet ovat kompakteja, vievät vähän tilaa, ja ne voidaan asentaa suoraan olemassa oleviin säiliöihin. Happi siirtyy selektiivisesti kalvon läpi kuplatonta ilmastusta varten korkealla hapensiirtoteholla. Biofilmi hyödyntää täysin tarjotun hapen, mikä johtaa korkeaan hapenkäyttöön ja lisää merkittävästi järjestelmän biomassaa, jolloin laitoksen kapasiteetti kasvaa ilman fyysistä laajenemista.
MABR-päivitykset voivat lisätä olemassa olevien jätevedenpuhdistamoiden kuormitusta 20 %-40 % tai jopa enemmän.
MABR:n hapen siirtosuunta on vastavirta ammoniakkitypen ja orgaanisen aineen siirtosuuntaan nähden. Nitrifioivat bakteerit muodostavat hallitsevan kasvun kalvon pinnan lähellä ja niitä suojaa ulompi biokalvo, joka ei ainoastaan lisää nitrifikaationopeutta, vaan myös varmistaa nitrifikaation stabiilisuuden. Tämä etu on erityisen ilmeinen iskukuormituksessa tai kylminä talvikuukausina.
Ennen parannusta talven jätevesien ammoniakkityppi (minimiveden lämpötila 10 astetta) ylitti 5 mg/L poistostandardin; parannuksen jälkeen jätevesi täytti normin (talven virtausraja < 5 mg/L, kesäraja < 2 mg/L).
Lisäksi MABR-reaktorien asentaminen anaerobisiin tai hapettomiin säiliöihin mahdollistaa samanaikaisen nitrifikaation ja denitrifikaation. Samoissa jäteveden kokonaistyppiolosuhteissa verrattuna muihin typenpoistoprosesseihin, kuten A2O, se vähentää sisäisiä kierrätyssuhteita, parantaa denitrifikaatiotehokkuutta ja säästää hiililähteitä ja energiaa.
Kolme avaintekijää, jotka vaikuttavat kalvoilmastettuun biofilmireaktoriin (MABR)
1. Ilmastuspaine
Koska MABR:n käyttöpaineen on pysyttävä kalvon kuplapisteen alapuolella, saamme kuplatonta ilmastusta.
◎ Liian alhaisessa paineessa sisäisessä biokalvossa ei ole riittävästi liuennutta happea, jolloin aerobisesti nitrifioituvien ja heterotrofisten bakteerien toiminta kärsii.
◎ Erittäin korkeassa paineessa koko biofilmi on aerobinen, mikä rohkaisee anaerobisia denitrifioivia bakteereja ja muita anaerobeja olemaan kasvamatta ja vaikuttamaan haitallisesti denitrifikaatioprosessiin.
Itse asiassa käsittelyvaikutus tulisi saavuttaa käytännössä sopivalla vedenlaadun intensiteetillä tietyn veden laadun mukaan.
2. Veden virtausnopeus
Mikrobien kiinnittymisvaiheessa liiallinen virtausnopeus estää mikrobien kasvua ja adheesiota, joten virtausnopeus ei ole liian suuri tässä vaiheessa.
Kun biokalvo on muodostunut, veden virtausnopeuden lisääntyminen pienentää nesteen rajakerroksen paksuutta. Kun biokalvon paksuus stabiloituu vakaan toiminnan aikana, virtausnopeuden lisääminen vähentää nestefaasin rajakerroksen paksuutta ja edistää biokalvon uusiutumista, mikä vähentää biokalvon paksuutta liikaa, mikä lisää hapen ja epäpuhtauksien siirtotehoa.
Jäteveden virtausnopeus on tutkimuksen mukaan yksi mikrobien kasvuun ja biokalvon paksuuteen vaikuttavista tekijöistä.
◎ Mitä ohuempi rajakerros on, johtuu suuremmasta virtausnopeudesta ja vastaavasta vakaasta biokalvon paksuudesta.
◎ Saastuttavien aineiden hajoamisnopeuden lisääminen vaatii alenevaa virtausnopeutta, paksumpaa stabiilia biokalvoa ja paksumpaa stabiilia biofilmiä pienemmällä virtausnopeudella.
3. Hiilen, typen ja fosforin suhde jätevesissä
Sopiva C:N:P-suhde edistää mikrobien kasvua MABR-biofilmissä, mikä helpottaa samanaikaista nitrifikaatiota ja denitrifikaatiota reaktorissa.
◎ Jos C:N-suhde on alhainen, orgaanisen hiilen pitoisuus ei riitä tyydyttämään denitrifikaation hiilen lähteen tarvetta, mikä vaikuttaa typen kokonaispoistotehokkuuteen.
◎ Kun C:N-suhde on liian korkea, aerobiset heterotrofiset bakteerit lisääntyvät ja kuluttavat suuren määrän happea, mikä alentaa liuenneen hapen pitoisuutta ja estää nitrifikaatiota.
Neljä yleistä sovellusskenaariota kalvoilmastetulle biofilmireaktorille (MABR)
- Korkean ammoniakkityppipitoisen jäteveden käsittely
- Integroidut laitteet maaseudun kotitalouksien jäteveden käsittelyyn
- Kaupunkien jokivesien biologinen ennallistaminen
- Jätevedenpuhdistamoiden päivittäminen tehokkuuden parantamiseksi
Itse asiassa viime vuosina MABR:ää on käytetty yhä enemmän jätevedenpuhdistamoissa maailmanlaajuisesti.
Esimerkiksi YBSD Wastewater Treatment Plantissa Illinoisissa, USA:ssa, 10 alkuperäistä aerobista bioreaktoria päivitettiin 2 anaerobiseksi säiliöksi, 2 MABR:n hapettomaksi säiliöksi ja 6 aerobiseksi säiliöksi, joihin oli asennettu 12 MABR-moduulia. Tämä muutti aiemman aerobisen prosessin typen ja fosforin poistoprosessiksi, mikä saavutti tavoitteen lisätä käsittelykapasiteettia ja tehostaa samalla biologista typen ja fosforin poistoa.
MABR-järjestelmän biofilmin sopeutumisaika oli vain 3 viikkoa, ja kun jätevedenkäsittelyjärjestelmä oli täysin toimintakuntoinen, sisäänvirtaava BOD5-kuorma nousi arvoon 0,60 kg/(m3·vrk), mikä on 47 % kasvua edeltävään verrattuna. päivitystasot.
Laitoksen lopullinen jätevesi täytti suunnittelun odotukset jäteveden BOD-arvolla5<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.
Biofilmin mikrobipopulaatioanalyysi osoitti, että ammoniakkia hapettavat bakteerit (AOB) ja nitriittiä hapettavat bakteerit (NOB) muodostivat 40 % mikrobipopulaatiosta, yli neljä kertaa enemmän kuin tavanomaisissa aktiivilieteprosesseissa.
Lisäksi verrattuna saman mittakaavan laitoksen CAS-prosessiin (investointikustannukset 25 miljoonaa dollaria ja rakennusaika 2,5 vuotta), MABR-prosessin investointikustannukset olivat vain 5 miljoonaa dollaria ja rakennusaika 1 vuosi. vähentää merkittävästi kustannuksia ja rakentamisaikaa.