MBR našumas esant organinei smūgio apkrovai: kaip membraniniai bioreaktoriai valdo staigius COD šuolių antrinio nuotekų valymo metu

Membraniniai bioreaktoriai tiekia išskirtinę nuotekų kokybę -, bet kas atsitiks, kai staiga padidės nuotėkis? Partijos išleidimas iš prieš srovę vykstančio proceso, kritulių -sukeltas antplūdis arba gamybos linijos sutrikimas gali per kelias minutes sukelti chsdų koncentraciją. Biologinė bendruomenė stengiasi prisitaikyti. Tačiau membranos pajunta poveikį beveik iš karto. Šiame kontroliuojamame tyrime tiksliai įvertinama, kaip MBR sistemos reaguoja į organinę smūginę apkrovą: kurie parametrai sugenda pirmiausia, kas skatina greitesnį užsiteršimą ir kaip eksploataciniai pasirinkimai -, ypač dumblo sulaikymo laikas -, nulemia, ar sistema atsimuša per kelias valandas, ar kovoja kelias dienas.

Kodėl organinė smūginė apkrova yra svarbi MBR operacijai

Organinės smūginės apkrovos - staigus įtekančio COD arba BDS koncentracijos padidėjimas - nėra retas atvejis. Tai pasikartojanti pramoninių nuotekų valymo realybė, kai gamybos grafikai, valymo ciklai ir partijų išleidimai sukuria kintančius tiekimo srautus. Netgi komunalinės įmonės patiria smūgines apkrovas drėgnų-orų metu, kai dėl įtekėjimo viršįtampių susidaro didesnė teršalų koncentracija dėl bendro kanalizacijos perpildymo arba pirmojo{5}}nuleidimo.

Įprasto aktyviojo dumblo atveju pagrindinis susirūpinimas smūgio apkrovos metu yra biologinis - ar mikrobų bendruomenė gali pakankamai greitai oksiduoti gaunamą BDS? MBR sistemų susirūpinimas yra dvejopas: biologinis skilimasirmembraninis filtravimas. Membrana yra fizinis barjeras, kurį tiesiogiai veikia dumblo charakteristikų pokyčiai, o šios charakteristikos smarkiai pasikeičia smūgio sąlygomis. Šio dvigubo pažeidžiamumo - ir dominuojančio veiksnio - supratimas yra raktas kuriant MBR sistemas, kurios išlieka stabilios, kai apkrovos svyruoja.

Eksperimentinė sąranka: tikrų{0}}pasaulio šoko įvykių modeliavimas

Komunalinėse nuotekose griežtai kontroliuojamomis sąlygomis buvo eksploatuojama panardinta MBR sistema su tuščiavidurio pluošto membranomis. Smūginės apkrovos įvykiai buvo modeliuojami greitai didėjant įtekamajai COD koncentracijai -, kintant smūgio intensyvumui (kiek padidėjo COD), ir jo trukmei (kiek ilgai išliko padidėjusi apkrova).

Pagrindiniai veiklos rodikliai, stebimi per kiekvieną šoko įvykį ir atsigavimo laikotarpį, apima:

Transmembraninis slėgis (TMP)- tiesioginis užteršimo progresavimo indikatorius. Kadangi nešvarumai kaupiasi ant membranos paviršiaus, norint išlaikyti tą patį srautą, reikia didesnio slėgio.Membranos pralaidumas- atvirkštinis ryšys, rodantis, kiek vandens praeina slėgio vienetas.COD šalinimo efektyvumas- biologinio apdorojimo efektyvumas.Sumaišytos skystos suspenduotos kietosios medžiagos (MLSS)irdumblo tūrio indeksas (SVI)- biomasės koncentracijos ir nusistovėjimo rodikliai.Tirpūs mikrobų produktai (SMP)irekstraląstelinės polimerinės medžiagos (EPS)- pagrindiniai teršalai, skatinantys membranos atsparumą.

Rezultatai: biologija atsigauna, membranos atsimena

Tyrimas atskleidė aiškią sistemos atsako asimetriją: biologinis COD pašalinimas nežymiai pablogėjo šoko apkrovos metu ir atsistatė.24-48 valandosgrįžus stabilioms sąlygoms. Priešingai, membranos užsiteršimas smarkiai paspartėjo ir spontaniškai nepanaikino - sukauptos žalos.

Biologinis atsakas: laikinas kritimas, greitas atsigavimas

Didelio{0}}intensyvumo šoko įvykių metu staigus deguonies poreikio padidėjimas sukėlė laikiną įtampą mikrobų bendruomenei. CHD pašalinimo efektyvumas sumažėjo didžiausio krūvio metu, bet pasirodė atsparus: heterotrofinės bakterijos greitai sureguliavo savo metabolinį aktyvumą, o per vieną ar dvi dienas nuo stabilaus veikimo pašalinimo efektyvumas grįžo į prieš-šoko lygį. Biologinės sistemos gebėjimas savarankiškai-koreguotis yra gerai žinomas, - esant pakankamai deguonies ir laiko, mikrobų konsorciumas prisitaiko.

Membranos atsakas: užsiteršimas greitėja ir išlieka

Membrana papasakojo kitokią istoriją. Esant smūginei apkrovai, SMP ir EPS koncentracijos mišriame skystyje žymiai padidėjo - tai yra lipnūs, didelės{2}}molekulinės-svorės mikrobiniai šalutiniai produktai, kurie ant membranos paviršių sudaro gelį{4}}panašų pyrago sluoksnį. Rezultatas: transmembraninis slėgis padidėjo pastebimai greičiau esant didelio-intensyvumo smūgiams, palyginti su stabiliu veikimu, o tai rodo pagreitintą ir nuolatinį nešvarumų vystymąsi.

Kritinė antrinė išvada: dumblo floko struktūra tapo pastebimai mažiau stabili smūgio sąlygomis. Disperguoti flokai prisidėjo prie didesnio nusėdimo greičio ant membranų paviršių, padidindami užsiteršimo problemą, nei galėtų numatyti vien SMP / EPS padidėjimas.

SRT pranašumas: kodėl dumblo amžius lemia atsigavimo greitį

Vienas eksploatacinis parametras išsiskyrė kaip stipriausias atsparumo smūgiams svirtis:dumblo sulaikymo laikas (SRT). Sistemos, veikiančios aukštesniame SRT diapazone (30 dienų), parodė žymiai geresnes atkūrimo charakteristikas, palyginti su 15 dienų.

Mechanizmas gerai-suprantamas: ilgesnis SRT palaiko didesnę, įvairesnę mikrobų populiaciją su didesniu metaboliniu pertekliumi. Kai smūginė apkrova apkrauna sistemą, didelė -SRT biomasė turi daugiau „buferinės talpos“ - daugiau organizmų, kurie gali suaktyvėti, kad oksiduotų gaunamą organinę apkrovą. Be to, ilgesnis SRT skatina lėčiau augančių organizmų, kurie prisideda prie floko stabilumo, augimą ir padeda išlaikyti dumblo struktūrą net ir esant stresui. Rezultatas – greitesnis abiejų biologinio aktyvumo atkūrimasirmembranos pralaidumas po šoko įvykių.

Praktinės smūgiams skirtos strategijos{0}}Atsparus MBR dizainas

1. Įtakos išlyginimas yra jūsų pirmoji gynybos linija

Tinkamo dydžio išlyginimo bakas prieš MBR yra vienintelė veiksmingiausia priemonė nuo smūginės apkrovos. Vidutiniškai apskaičiuojant koncentracijos smailes, kol jos pasiekia biologinį procesą, išlyginimas apsaugo ir mikrobus, ir membranas. Tyrimas patvirtina, kad didžiausi užsiteršimo įvykiai koreliuoja su stačiausiu ir greičiausiu COD padidėjimu - būtent tai, ką susilpnina išlyginimas.

2. Ilgesnio SRT dizainas

30-dienų SRT būklė viršijo 15-dienų sąlygą pagal kiekvieną atkūrimo metriką. Pramoniniams tikslams, kur nuspėjama smūginė apkrova (maistui ir gėrimams, cheminiam apdorojimui, tekstilės dažymui), reaktoriaus tūrio nurodymas 25–30 dienų SRT suteikia reikšmingą atsparumo ribą. Didesnio bioreaktoriaus kapitalo sąnaudas dažnai kompensuoja sumažėjęs cheminio valymo dažnis ir ilgesnis membranos tarnavimo laikas.

3. Stebėkite SMP, ne tik TMP

Transmembraninis slėgis yra vėlavimo indikatorius - tuo metu, kai TMP pakyla, užsiteršimas jau įvyko. SMP ir EPS koncentracijos mišriame skystyje yra pagrindiniai rodikliai, signalizuojantys užteršimo potencialą prieš jam pasireiškiant kaip slėgio padidėjimas. Įrenginiai su kintamu nuotėkiu turėtų apsvarstyti įprastą SMP stebėjimą kaip savo veikimo prietaisų skydelio dalį, leidžiantį aktyviai koreguoti (laikiną srauto mažinimą, padidintą aeraciją arba cheminio atgalinio plovimo planavimą), kol užteršimas tampa kritiniu.

4. Aeracijos optimizavimas siekiant dvigubos naudos

Panardintose MBR sistemose šiurkščiavilnių burbuliukų aeracija atlieka du tikslus: tiekia deguonį biologiniam apdorojimui ir valo membranos paviršių, kad būtų išvengta užsiteršimo. Šoko įvykių metu didesnis aeracijos intensyvumas gali iš dalies kompensuoti padidėjusį užsiteršimo greitį padidindamas fizinį membranos paviršiaus šlytį. Tačiau per didelis aeravimas eikvoja energiją -, tyrimas rodo, kad žinomais smūgio laikotarpiais aeracija padidėtų tikslingai, o ne nuolatinis per didelis dydis.

MBR prieš įprastą aktyvuotąjį dumblą po smūgio

Tyrimas daro svarbų skirtumą: palyginti su įprastu aktyviuoju dumblu, MBR sistemos suteikiageresnis nuotekų stabilumasšoko įvykių metu. Fizinis membranos barjeras sulaiko biomasę ir kietąsias daleles, kurios kitu atveju išsiplautų iš įprasto skaidrintuvo. Tačiau šis pranašumas ateina su kompromisu: reikia MBR sistemomsgriežtesnė organinės apkrovos svyravimų kontrolėišlaikyti membranos veikimą. Įprastoje gamykloje smūgio įvykis gali sukelti laikiną nuotekų šuolį. Naudojant MBR, tas pats įvykis pagreitina užsiteršimą, kuris išlieka ilgai po to, kai nuotekų kokybė atkuria - paslėptas išlaidas, kurias turi planuoti dirbantys darbuotojai.

Praktinės pasekmės yra aiškios: MBR yra puikus pasirinkimas toms programoms, kurioms reikalinga nuolat aukšta nuotekų kokybė esant kintamajai apkrovai -, tačiau tik tuo atveju, jei sistema sukurta su tinkamu išlyginimu, konservatyvia SRT ir aktyvia membranų valdymo strategija. Jei atsižvelgsite į bet kurį iš šių trijų veiksnių, MBR užteršimo jautrumas paverčiamas iš valdomo eksploatavimo svarstymo į pasikartojančią priežiūros krizę.

Išvada

Šis tyrimas patvirtina, kad organinė smūginė apkrova yra pagrindinis MBR sistemų veikimo rizikos veiksnys antriniame nuotekų valyme - ne todėl, kad nepavyksta biologinio valymo, o todėl, kad membranos užsiteršimas pagreitėja savaime nepataisomais būdais. Biologinė sistema atsimuša; membranos kaupia žalą.

Trys veikimo svirtys yra būtinos smūgiams{0}}atspariam MBR dizainui:(1) įtakos išlyginimassusilpninti koncentracijos smailes, kol jos pasiekia bioreaktorių,(2) konservatyvus SRT dizainas(25–30 dienų), kad būtų padidintas biomasės buferio pajėgumas ir floko stabilumas, ir(3) aktyvi DĮR/EPS stebėsenakaip pagrindinį užsiteršimo rizikos rodiklį, o ne pasikliauti vien atsiliekančiais TMP matavimais. Įrenginiams, kuriems būdingos kintamos pramoninės nuotekos, šios priemonės paverčia MBR užteršimą iš pasikartojančios avarinės situacijos valdomu veikimo parametru.