11:23 Неправильный выбор мембранной технологии может привести к ухудшению качества воды, быстрому загрязнению, высокому энергопотреблению или созданию переразмерной установки. Проблема заключается в том, что системы MBR и RO часто рассматриваются как конкурирующие друг с другом. На практике они выполняют разные задачи — и зачастую наиболее эффективно работают в сочетании друг с другом.
Основное отличие между MBR и RO заключается в том, что MBR сочетает в себе биологические Очистка с помощью мембранной фильтрации для удаления органических веществ, биомассы и взвешенных твердых частиц из сточных вод. При обратном осмосе (RO) с помощью давления и полупроницаемой мембраны удаляются растворенные соли, ионы и многие мелкие загрязняющие вещества. Система MBR обеспечивает биологическую очистку сточных вод; система RO дополнительно очищает воду для повторного использования или применения в целях, требующих высокой степени очистки.
МБР против обратного осмоса: в чём заключается разница в очистке сточных вод?
MBR, или мембранный биореактор, представляет собой технологию очистки сточных вод, сочетающую в себе биологический реактор с активным илом и физический мембранный барьер. Микроорганизмы разлагают биоразлагаемые загрязняющие вещества, а мембрана MBR отделяет очищенную воду от активного ила, бактерий и взвешенных твердых частиц.
Обратный осмос (RO) — это мембранный процесс, основанный на действии давления. При этом вода проходит через плотную полупроницаемую мембрану, а большая часть растворённых солей, ионов, металлов и других мелких загрязнений задерживается. RO используется в производстве очищенной воды, опреснении, системах технологической воды, подготовке питательной воды для котлов, производстве электроники и передовых технологиях повторного использования сточных вод.
Таким образом, эти две технологии очистки позволяют решать разные проблемы, связанные с качеством воды:
| Технологии | Основная функция лечения |
|---|---|
| MBR | Биологическое разложение в сочетании с разделением твердой и жидкой фаз |
| RO | Удаление растворённых солей и мелких растворённых примесей |
| MBR + обратный осмос | Усовершенствованная очистка сточных вод и повторное использование воды высокого качества |
Агентство по охране окружающей среды США (EPA) описывает системы MBR как системы, сочетающие в себе биологический реактор с взвешенным ростом микроорганизмов и удаление твердых частиц посредством мембранной фильтрации. EPA также отмечает, что системы MBR способны обеспечивать высокую степень удаления биохимической потребности в кислороде, взвешенных твердых частиц, бактерий, а при правильном проектировании — и питательных веществ.
Типичная система MBR принимает отфильтрованные сточные воды в биологический резервуар. В него подается воздух для поддержания жизнедеятельности микроорганизмов, расщепляющих органические загрязнители. В зависимости от целей очистки станция может включать анаэробные, аноксические и аэробные зоны для контроля содержания азота и фосфора.
Затем смешанная жидкость поступает в мембранный модуль с полыми волокнами или плоскими мембранами. Вода проходит через поры мембраны, а активный ил и взвешенные твердые частицы остаются в биологическом резервуаре. Собранный пермеат становится стоком системы MBR.
Упрощённый процесс MBR выглядит следующим образом:
Неочищенные сточные воды
↓
Грохочение и выравнивание уровня
↓
Резервуар биологической очистки
↓
Аэрация и мембранное разделение
↓
Дезинфекция или дополнительная очистка
↓
Очищенная вода или повторное использование воды
Физическая мембрана заменяет вторичный отстойник, используемый в традиционной системе с активным илом. Это позволяет технологии MBR удерживать биомассу независимо от расхода очищенной воды и зачастую работать с более высокой концентрацией смешанной жидкости.
В результате получается компактная конструкция, обеспечивающая стабильное разделение твердых и жидких фракций. Однако для процесса биологической очистки по-прежнему необходимы правильная нагрузка, аэрация, срок выдержки осадка, температура, уровень pH, баланс питательных веществ и предварительная очистка.
Система MBR — это не просто резервуар с фильтром. Это система контролируемой биологической очистки, в которой используется мембранная фильтрация.
При обратном осмосе с помощью насоса создается давление на стороне подачи воды в Обратноосмотическая мембрана. Молекулы воды проходят через полупроницаемую мембрану, тогда как большая часть растворенных веществ остается в концентрированном отходе.
В ходе этого процесса формируются два потока:
Агентство по охране окружающей среды (EPA) поясняет, что давление при обратном осмосе проталкивает воду через мембрану, которая задерживает загрязняющие вещества, пропуская при этом очищенную воду. В отличие от обычной фильтрации, в ходе этого процесса также образуется концентрированный поток отходов, который необходимо утилизировать.
Типичная система обратного осмоса может включать:
Обратная осмоса не основана на использовании микроорганизмов. Это процесс физического разделения. Кроме того, она, как правило, не используется в качестве первого этапа очистки сырых сточных вод или сильно загрязнённых промышленных сточных вод.
Взвешенные частицы, масло, биологические твердые вещества и высокая органическая нагрузка могут быстро привести к загрязнению мембраны обратного осмоса. По этой причине для системы обратного осмоса обычно требуется тщательная предварительная очистка.
МБР против обратного осмоса: в чём заключается разница в очистке сточных вод?
Основное различие между MBR и RO заключается в том, что удаляет каждый из этих процессов и каким образом.
An MBR сочетает в себе биологическую очистку с помощью мембранной фильтрации. Микроорганизмы расщепляют биоразлагаемые органические загрязнения, а физическая мембрана задерживает биомассу и твердые частицы.
Обратный осмос не приводит к биологическому разложению загрязняющих веществ. Вместо этого вода под давлением проходит через плотную мембрану, которая задерживает многие растворенные вещества.
| Точка сравнения | MBR | RO |
|---|---|---|
| Полное имя | Мембранный биореактор | Обратный осмос |
| Основная цель | Биологическая очистка сточных вод | Очистка и обессоливание воды |
| Приводной механизм | Биологическая активность в сочетании с фильтрацией или отсасыванием | Мембранное разделение под высоким давлением |
| Типичный рацион | Коммунальные или промышленные сточные воды | Предварительно очищенная вода или стоки из системы MBR |
| Удаляет взвешенные твердые частицы | Очень эффективно | В корме уже должно быть очень мало |
| Удаляет биоразлагаемые органические вещества | Да, посредством биологической очистки | Некоторые отходы отбраковываются, но не подвергаются биологической очистке |
| Удаляет растворенные соли | Ограниченный | Да |
| Удаляет ионы, вызывающие жесткость воды | Ограниченный | Да |
| Обеспечивает образование биологического ила | Да | Отсутствие биологического ила |
| Производит концентрат | Как правило, это не концентрат физиологического раствора | Да |
| Распространенный тип мембраны | Микрофильтрация или ультрафильтрация | Плотная мембрана обратного осмоса |
| Рабочее давление | Относительно низкий | Выше |
| Общая позиция | Основной этап очистки сточных вод | Этап финитной полировки |
| Основной риск загрязнения | Биомасса и отложение органических веществ | Накипь, органические вещества, коллоиды и биологическое загрязнение |
Таким образом, эти системы не являются прямыми заменителями друг друга. Спрашивать, что “лучше” — MBR или RO, — все равно что спрашивать, что лучше: биологический реактор или установка опреснения воды. Правильный ответ зависит от характеристик поступающей воды и требуемого качества воды на выходе.
Система MBR чрезвычайно эффективна для удаления взвешенных твердых частиц, биомассы, мутности и биоразлагаемых органических веществ. При правильной биологической конфигурации она также способна удалять азот и фосфор.
Мембранный барьер препятствует выходу активированного ила и многих микроорганизмов вместе с очищенной водой. Как правило, это обеспечивает стокам из системы MBR более низкую мутность и более стабильные показатели содержания взвешенных веществ по сравнению со стоками из традиционного вторичного отстойника.
Однако мембрана MBR не способна эффективно удалять все растворенные соли. В воде могут оставаться натрий, хлорид, электропроводность, жесткость и многие мелкие растворенные вещества.
Технология обратного осмоса (RO) ориентирована именно на эти мелкие растворенные загрязнители.
| Параметр качества воды | Производительность MBR | Производительность RO |
|---|---|---|
| Взвешенные твердые частицы | Очень мощное удаление | Необходимо свести к минимуму перед RO |
| Мутность | Очень значительное снижение | Дополнительная полировка |
| Биоразлагаемые органические вещества | Биологическая очистка | Частичное отклонение оставшихся соединений |
| Бактерии | Надежная физическая фиксация | Дополнительный барьер |
| Растворенные соли | Ограниченное удаление | Полное удаление |
| Проводимость | Как правило, снижение незначительное | Значительное сокращение |
| Твёрдость | Ограниченный | Значительное сокращение |
| Ионы тяжелых металлов | Зависит от формы и предварительной обработки | Часто выражается резким неприятием |
| Питательные вещества | Биологическая очистка при правильном проектировании | Дальнейшее удаление растворённых ионов |
| Цвет | Переменная | Часто наблюдается улучшение после предварительной обработки |
| Масла и смазки | Должно контролироваться | Вредно для мембраны обратного осмоса |
В информационном бюллетене Агентства по охране окружающей среды США (EPA) по технологии MBR отмечается, что мембраны эффективно задерживают твердые частицы, однако растворенные компоненты сточных вод могут потребовать дополнительных этапов очистки. Это является основной причиной установки системы обратного осмоса (RO) после MBR в усовершенствованных системах повторного использования воды.
В традиционной технологии с использованием активного ила применяется биологический реактор, за которым следует вторичный отстойник. Работа отстойника зависит от того, насколько хорошо осаждаются флокулы, образующиеся в иле.
В системе MBR используется мембрана, а не только гравитационное осаждение. Поэтому плохая осаждаемость ила оказывает меньшее прямое влияние на содержание взвешенных веществ в стоках.
К основным преимуществам мембранных биореакторов можно отнести:
Благодаря этим преимуществам решение на основе MBR подходит для гостиниц, промышленных парков, муниципальных объектов, пищевых и фармацевтических предприятий, сельскохозяйственных ферм, контейнерных установок, а также для проектов с ограниченной площадью земельного участка.
Тем не менее, традиционная очистка с использованием активного ила может по-прежнему оставаться подходящим вариантом, если имеются земельные участки, требования к сбросу сточных вод не слишком строгие, операторы обладают необходимым опытом, а бюджет проекта ограничен.
MBR также влечет за собой дополнительные обязанности:
Агентство по охране окружающей среды (EPA) отмечает, что системы MBR требуют предварительной очистки, мер по предотвращению загрязнения, очистки мембран, промывки воздухом и, в конечном итоге, замены мембран. Кроме того, оно рекомендует тщательно проектировать системы с учетом пиковых гидравлических расходов.
МБР против обратного осмоса: в чём заключается разница в очистке сточных вод?
Систему MBR и RO часто выбирают в тех случаях, когда в рамках проекта необходимо преобразовывать сточные воды в воду, пригодную для повторного использования в технологических процессах.
Сначала система MBR удаляет биоразлагаемые загрязнения, биомассу и взвешенные вещества. Затем система обратного осмоса (RO) удаляет растворенные соли и другие оставшиеся растворенные загрязнения. Вместе они образуют многоступенчатый процесс очистки.
Типичная установка по повторному использованию может работать по следующей схеме:
Неочищенные сточные воды
↓
Грохотовая очистка и выравнивание уровня
↓
Предварительная очистка от масла, жира или химических веществ
↓
Биологическая очистка по технологии MBR
↓
Резервуар пермеата MBR
↓
Предварительная очистка с помощью обратного осмоса и дозирование химикатов
↓
Обратный осмос
↓
УФ-очистка, EDI или окончательная доочистка
↓
Повторное использование в промышленности или получение воды высокой чистоты
Системы MBR и RO можно комбинировать для:
Не следует устанавливать систему обратного осмоса только потому, что “более качественная вода” звучит заманчиво. Инженеры должны сначала определить показатели проводимости, общего содержания растворенных веществ, жесткости, содержания кремнезема, бора, органических веществ, патогенных микроорганизмов, а также конечный стандарт повторного использования.
Если конечным назначением является полив зеленых насаждений или смыв туалетов, то, возможно, достаточно будет высококачественной очищенной воды из MBR-установки с последующей дезинфекцией. Если же вода будет использоваться для питания котлов, в сфере высокоточного производства или в модуле EDI, может потребоваться обратный осмос (RO).
Обе системы могут загрязняться, но механизмы загрязнения различаются.
В MBR, загрязнение мембраны часто образуется за счёт биомассы, внеклеточных полимерных веществ, коллоидов, волокон, жиров, масла, неорганических отложений и твердых частиц, прилипших к поверхности мембраны или застрявших в её порах.
К общим мерам по предотвращению загрязнения МБР относятся:
В погружной системе MBR обычно используется подача воздуха под мембранный модуль. Поднимающиеся пузырьки способствуют очистке поверхности мембраны и уменьшают накопление твердых частиц. Такая аэрация также влияет на энергопотребление системы MBR.
К факторам, вызывающим загрязнение системы обратного осмоса, могут относиться:
Для обеспечения защиты системы обратного осмоса может потребоваться регулировка pH, дозирование антискаланта, картриджная фильтрация, фильтрация через активированный уголь, ультрафильтрация, умягчение, дехлорирование или другие виды предварительной очистки.
Один из ключевых уроков инженерии заключается в следующем:
Очистка мембран должна способствовать эффективности системы, а не компенсировать неэффективную предварительную очистку.
Частая очистка может привести к увеличению времени производства, росту расхода химикатов, сокращению срока службы мембран и повышению эксплуатационных расходов. Анализ подаваемой воды и пилотные испытания зачастую оказываются весьма полезными при работе со сложными потоками сточных вод.
Энергопотребление системы MBR в основном связано с биологической аэрацией, промывкой мембран воздухом, внутренней рециркуляцией, откачкой пермеата, обработкой осадка и перекачкой.
Потребление энергии в системах обратного осмоса (ОО) в основном связано с давлением, необходимым для проталкивания воды через мембрану. Требуемое давление увеличивается в зависимости от солености подаваемой воды, целевого коэффициента извлечения, состояния мембраны и конструкции системы.
Ниже приведено простое сравнение:
| Фактор затрат | MBR | RO |
|---|---|---|
| Биологическая аэрация | Основные затраты | Не применимо |
| Мембранная воздушная промывка | Важно | Обычно не используется |
| Насосная система высокого давления | Низкий или умеренный | Основные затраты |
| Чистящие химикаты | Обязательно | Обязательно |
| Утилизация биологического осадка | Обязательно | Не производится самой компанией RO |
| Утилизация концентрата | Ограничения при стандартной работе с MBR | Важные моменты, которые необходимо учитывать |
| Замена мембраны | Требуется периодически | Требуется периодически |
| Предварительная обработка | Скрининг и обработка с учетом особенностей технологического процесса | Необходима высококачественная предварительная обработка |
| Квалификация оператора | Знания в области биологии и мембран | Знания в области химии и мембран |
Ни одна из этих систем не имеет единой универсальной стоимости эксплуатации. Стоимость зависит от размера установки, качества поступающей воды, колебаний расхода, требуемых характеристик сточных вод, цены на электроэнергию, стоимости химикатов, коэффициента извлечения, площади мембран, уровня автоматизации и способа утилизации концентрата.
Инженерам следует сравнивать затраты на весь срок эксплуатации, а не только стоимость самого оборудования. Более дешевая система, которая выходит из строя каждую неделю, может очень быстро обойтись дорого.
Правильный процесс очистки воды начинается с лабораторных данных и четко определённого конечного показателя качества воды на выходе.
Как минимум, инженеры должны проверить:
Практичный подход к выбору заключается в следующем:
Полезный запрос на предоставление ценового предложения должен содержать не только информацию о требуемом расходе.
| Информация о проекте | Пример |
|---|---|
| Источник сточных вод | Фабрика по окрашиванию текстиля |
| Средний расход | 1 000 м³/сутки |
| Пиковая скорость потока | 60 м³/час |
| ХДК в поступающей воде | Требуются лабораторные данные |
| Взвешенные твердые частицы | Требуются лабораторные данные |
| Проводимость | Требуются лабораторные данные |
| Необходимая розетка | Повторное использование технологической воды |
| График работы | 24 часа в сутки |
| Доступная площадь размещения | Длина × ширина × высота |
| Тип установки | Стационарные, установленные на салазках или в контейнерах |
| Автоматизация | ПЛК и SCADA |
| Источник питания | Напряжение, фаза и частота |
| Климат | Температура окружающей среды и воды |
| Предельные значения выбросов | Требования местных регулирующих органов |
| Документация | PFD, P&ID, общий чертеж, руководства и сертификаты |
| Услуги | Руководство по установке и вводу в эксплуатацию |
В случае сложных промышленных очистных сооружений одной пробы воды обычно бывает недостаточно. Качество сточных вод может меняться в зависимости от смены, производственной партии, сезона или цикла очистки.
Мы часто рекомендуем ознакомиться со следующим:
Являясь производителем систем очистки воды и сточных вод с акцентом на инженерные решения, мы поставляем MBR-мембраны с полыми волокнами, УФ-мембраны с полыми волокнами, плоские MBR-мембраны, мембраны обратного осмоса, модули EDI, компактные установки обратного осмоса, установки по производству чистой воды, установки по очистке сточных вод, а также интегрированные системы мембранной фильтрации.
Мы также предлагаем индивидуальные решения по очистке на условиях EPC, контейнерные установки, оборудование на раме, системы автоматизации на базе ПЛК и SCADA, техническую документацию, ввод в эксплуатацию, запасные части и долгосрочные поставки мембран.
Рассмотрим производственное предприятие, которое стремится сократить потребление пресной воды. Имеющаяся на нем традиционная система очистки позволяет получать воду, соответствующую базовым требованиям к сбросу, однако в сточных водах по-прежнему наблюдается нестабильная мутность, присутствуют растворенные соли и изменяется содержание органических веществ.
Подача этой воды непосредственно на обратный осмос приводит к частому загрязнению мембраны. Картриджные фильтры быстро забиваются. Чистка становится более частым явлением, а производительность системы обратного осмоса снижается.
Более эффективный подход к лечению может включать:
Система MBR обеспечивает подачу стабильной питательной воды с низким уровнем мутности. Затем система обратного осмоса (RO) снижает содержание растворенных солей. Установка может повторно использовать конечную воду для промывки, охлаждения, обеспечения производственных нужд или других разрешенных целей.
Из этого можно извлечь важный урок: обратная осмоса (ОО) демонстрирует наилучшую эффективность, когда система предварительной очистки обеспечивает ей надлежащую защиту. Система MBR может служить эффективным биологическим и физическим барьером, однако при разработке комплексной схемы необходимо учитывать такие факторы, как образование накипи, остаточные органические вещества, содержание кремнезема, жесткость воды и утилизация концентрата.
Неэффективно. Система MBR удаляет биоразлагаемые органические вещества, взвешенные твердые частицы, биомассу и многие микроорганизмы. Большая часть растворенных солей проходит через мембрану MBR. Если необходимо снизить проводимость или содержание общего количества растворенных веществ (TDS), требуется применение обратного осмоса (RO) или другого метода обессоливания.
Как правило, его не следует применять непосредственно к неочищенным сточным водам. Взвешенные твердые частицы, масло, органические вещества, микроорганизмы и мусор могут быстро привести к загрязнению мембраны обратного осмоса. Неочищенные сточные воды сначала необходимо подвергнуть соответствующей физической, химической и биологической очистке.
Это может стать отличной отправной точкой, поскольку такая вода, как правило, отличается очень низким содержанием взвешенных веществ и мутности. Тем не менее инженеры должны обязательно проверить содержание растворенных органических веществ, жесткость, содержание кремнезема, металлов, температуру, pH, склонность к образованию накипи и биологическую активность.
Затраты на оборудование и энергию при использовании технологии MBR могут быть выше, однако данный процесс позволяет сократить площадь, необходимую под сооружения, отказаться от вторичных отстойников, улучшить качество сточных вод и упростить их повторное использование. Оптимальный выбор зависит от затрат на весь жизненный цикл и целей проекта.
Да. Эксплуатация MBR включает в себя промывку воздухом, релаксацию, обратную промывку (при необходимости), профилактическую очистку и периодическую восстановительную очистку. Частота очистки зависит от качества сточных вод, расхода, предварительной очистки и режима эксплуатации.
Концентрат необходимо сбрасывать, очищать, выпаривать, рециркулировать или утилизировать в соответствии с местными нормативными требованиями и условиями на объекте. Вопросы утилизации концентрата следует учитывать на этапе первоначального проектирования, а не после установки установки обратного осмоса.
Планируете проект по повторному использованию сточных вод с применением технологий MBR, RO или интегрированных систем? Пришлите нам результаты анализа поступающих стоков, расчетный расход, пиковый расход, требуемое качество очищенной воды, доступную площадь для размещения оборудования, стандарты сброса или повторного использования, данные об энергоснабжении и местоположение проекта. Наша команда инженеров поможет разработать индивидуальное решение по мембранной очистке, конфигурацию оборудования, технологическую схему и техническое предложение.
Ознакомьтесь с зоной предотгрузочного контроля мембран UF компании Banott, включая соединения модулей, системы мониторинга расхода, манометры и заводские проверки качества.
Ознакомьтесь с готовыми модулями ультрафильтрационных мембран с полыми волокнами компании Banott, включая цилиндрические корпуса, конструкции торцевых крышек, защитную оболочку и подробную информацию о заводском производстве.