1. Warum MBR verwenden?
Mängel und Probleme traditioneller Verfahren (Belebtschlammverfahren):
Bei der herkömmlichen Abwasserbehandlung wird in erster Linie Belebtschlamm (eine gallertartige Masse, die aus Mikroorganismen und den organischen und anorganischen Substanzen, an denen sie haften) gebildet wird, um Schadstoffe zu zersetzen. Anschließend wird die Mischung in ein Sedimentationsbecken geleitet, wo sich der Schlamm auf natürliche Weise absetzt, während klares Wasser von oben abfließt. Diese Methode wird seit Jahrhunderten angewendet, steht jedoch vor mehreren anhaltenden Herausforderungen:
Große Fläche erforderlich: Damit sich der Schlamm langsam absetzen kann, ist ein großes Sedimentationsbecken erforderlich.
Schlamm neigt zum „Aufquellen“: Wenn sich der Schlamm nicht richtig absetzt, fließt er wahrscheinlich mit dem Wasser ab, was zu einer schlechten Abwasserqualität führt.
Übermäßiger Überschussschlamm: Es entsteht eine große Menge Überschussschlamm, wobei die Behandlungskosten mehr als 25 % der Betriebskosten ausmachen.
Die Schlammkonzentration im Reaktionstank kann nicht erhöht werden: Sie kann nur bei 1,5 bis 3,5 Gramm pro Liter gehalten werden, was die Reaktionseffizienz begrenzt.
Das Aufkommen von MBR hat eine Lösung für die oben genannten Probleme bereitgestellt!
Der MBR ersetzt das Nachklärbecken durch Membranmodule und erreicht so eine gründlichere Trennung von Schlamm und Wasser. Mikroorganismen werden von der Membran abgefangen und können so im System verbleiben, während Wasser durch die Membran abgeleitet wird!
Dadurch kann die Schlammkonzentration auf 8 bis 15 Gramm pro Liter erhöht werden, was 3 bis 5 Mal höher ist als bei herkömmlichen Methoden.
Machen Sie sich keine Sorgen mehr über Probleme mit der Schlammbildung. Beim Screening der Membranporengröße fängt die Membran den gesamten Schlamm direkt ein, unabhängig davon, ob die Schlammflocken locker sind oder nicht, oder ob sie schwimmen oder nicht. Unabhängig davon, wie groß der Schlamm ist oder wie schlecht seine Sedimentation ist, kann er nicht durch die Membranporen gelangen und geht nicht mit dem Abwasser verloren, wodurch eine stabile Abwasserqualität gewährleistet ist.
Die Qualität des Abwassers ist ausgezeichnet, die Schwebstoffe liegen bei nahezu Null und die Trübung liegt unter 1 NTU.
2. Grundprinzipien von MBR
Zusammensetzung des MBR
MBR entspricht einem Bioreaktor plus Membranmodul. Im Bioreaktor arbeiten Bakterien, während das Membranmodul als Sieb zur Abtrennung von schlammigem Wasser dient.
Klassifizierung nach Membranmodulposition
Eintauchtyp (integrierter Typ): Die Membran wird direkt in den biologischen Tank eingetaucht und das Wasser wird durch Unterdruckabsaugung abgesaugt. Der Vorteil dieser Methode ist der geringe Energieverbrauch und der geringe Platzbedarf, der Nachteil ist jedoch der relativ geringe Membranfluss.
Externer (separater) Typ: Die Membran wird separat eingestellt, und die gemischte Flüssigkeit wird von einer Pumpe unter Druck gesetzt und strömt dann durch die Membran. Der Vorteil ist ein stabiler Betrieb und eine einfache Reinigung, allerdings ist der Energieverbrauch höher.
Derzeit ist der eingetauchte MBR auf dem Markt weit verbreitet und eignet sich insbesondere für die Behandlung von häuslichem Abwasser.
Klassifizierung nach Membranmodulform
Hohlfasertyp: hohe Packungsdichte, kleiner Platzbedarf, aber anfällig für Drahtbrüche und -verstopfungen und schwer zu reinigen.
Flache Ausführung: einfach herzustellen, leicht zu warten und zu reinigen, jedoch mit geringerer Packungsdichte.
Rohrtyp: nicht verstopfungsanfällig, resistent gegen Verschmutzung, leicht zu reinigen, aber mit der niedrigsten Packungsdichte und höherem Preis.
Wie funktioniert die „Filtration“ im MBR?
Der Kern von MBR liegt in der Membranfiltration. Abhängig von der Betriebsart kann die Membranfiltration in zwei Arten eingeteilt werden:
Konstantdruckfiltration: Es ist, als würde man ein Sieb mit einer festen Kraft schieben. Klares Wasser fließt zunächst schnell, aber wenn sich die Oberfläche des Siebs mit Schlamm verstopft, verlangsamt sich der Fluss. Die Wasserproduktionsrate nimmt mit der Zeit kontinuierlich ab!
Konstantflussfiltration: Ziel ist eine „konstante Wasserausstoßrate“. Um dies zu erreichen, erhöht das System automatisch die Saugkraft (die Druckdifferenz zwischen der Membran nimmt zu), wenn die Membran verschmutzt wird und der Widerstand zunimmt, um die gleiche Wasserleistung aufrechtzuerhalten. Gleichzeitig werden durch regelmäßiges Belüften oder Rückspülen Schadstoffe auf der Membranoberfläche abgeblasen und weggespült, sodass die Membran „aufatmen“ kann. Dieser Ansatz kontrolliert nicht nur wirksam die Membranverschmutzung, verlängert den Reinigungszyklus, sondern sorgt auch für eine hohe Wasserproduktionseffizienz, sodass das System über einen langen Zeitraum stabil arbeiten kann.
Wie „fressen“ Mikroorganismen Schadstoffe?
Die biologische Behandlung in MBR ist im Wesentlichen ein Prozess der Zersetzung organischer Stoffe durch Mikroorganismen unter aeroben Bedingungen. Nach der Aufnahme organischer Stoffe tun Mikroorganismen hauptsächlich zwei Dinge:
Anabolismus: Ein Teil der organischen Substanz wird zum Aufbau des eigenen Körpers verwendet, was zu einer Zunahme der Anzahl von Mikroorganismen führt.
Abbaustoffwechsel: Ein anderer Teil der organischen Substanz wird vollständig in stabile und harmlose Substanzen wie Kohlendioxid und Wasser zersetzt, wobei Energie für die Lebenserhaltung von Mikroorganismen freigesetzt wird. (Sein Wesen ähnelt Belebtschlamm)
3. Vor- und Nachteile von MBR
Die Kernvorteile von MBR
Die Abwasserqualität ist ausgezeichnet: Die Schwebstoffe im MBR-Abwasser sind nahezu Null, die Trübung liegt unter 1 NTU, und Indikatoren wie CSB und Ammoniakstickstoff sind denen herkömmlicher Verfahren weit überlegen. Es kann direkt für die Toilettenspülung, Begrünung, Autowäsche, Landschaftswasserauffüllung usw. wiederverwendet werden.
Geringer Platzbedarf: Da kein Nachklärbecken erforderlich ist, ist der Prozess kurz und kann als unterirdischer Typ konzipiert werden, wodurch er sich besonders für Städte oder Wohngebiete mit begrenzter Landfläche eignet.
Geringe überschüssige Schlammproduktion: MBR kann unter Bedingungen mit langer Schlammalterung betrieben werden, sodass sich der Schlamm selbst vergären kann, was zu einem Schlammproduktionsvolumen führt, das nur ein-Drittel bis-die Hälfte des Volumens herkömmlicher Methoden beträgt, was die Kosten für die Schlammentsorgung erheblich senkt.
Hohe Widerstandsfähigkeit gegen Stoßbelastungen: Es hat keine Angst vor einer Schlammaufblähung, da hochkonzentrierter Schlamm eine starke Pufferkapazität bietet.
Hoher Automatisierungsgrad: Die hydraulische Verweilzeit und das Schlammalter sind vollständig getrennt, wodurch eine vollautomatische Steuerung sowie eine komfortable Bedienung und Verwaltung problemlos möglich sind.
Die Mängel und Herausforderungen von MBR
Hohe Investition: Die Kosten für Membrankomponenten sind hoch und die Projektinvestition ist 30 bis 50 % höher als bei herkömmlichen Methoden.
Hoher Energieverbrauch: Prozesse wie Membranbelüftung und -absaugung verbrauchen viel Strom!
Membranverschmutzung: Die Membran kann verstopfen und muss regelmäßig gereinigt werden. Die Membranverschmutzung wird in drei Phasen unterteilt - anfängliche Verschmutzung (Adsorption innerhalb weniger Stunden), langsame Verschmutzung (Kolloidansammlung innerhalb weniger Wochen) und schnelle Verschmutzung (Transmembrandruckabfall steigt innerhalb weniger Tage an), was unterschiedliche Reinigungsmaßnahmen erfordert.
Hohe Kosten für den Austausch der Membran: Die Lebensdauer einer Membran beträgt im Allgemeinen etwa fünf Jahre und sie muss nach Ablauf ihrer Lebensdauer ausgetauscht werden, was für den langfristigen Betrieb einen erheblichen Kostenfaktor darstellt.
Die Anforderungen an die Vorbehandlung sind streng: Es müssen ultrafeine Gitter (1 bis 2 Millimeter) eingebaut werden, sonst verfangen sich Haare und Fasern in den Membranfasern, was zu starker Verschmutzung und sogar Membranschäden führen kann. Gleichzeitig ist es auch sehr empfindlich gegenüber öligen Substanzen.