첫째, MBR 프로세스 구성
막생물반응기는 주로 막분리부품과 생물반응기로 구성되어 있다. 일반적으로 말하는 막생물반응기는 사실 세 가지 종류의 반응기의 총칭이다: 1 기폭기막생물반응기 (AMBR); ② 추출 막 생물 반응기 (embr); ③ 고체/액체 분리막 생물 반응기 (SLS MBR).
둘. 폭기막 생물 반응기
Cote 는 먼저 폭기막 생물반응기를 보도했다. P 는 1988 에 있습니다. 통기성 고밀막 (예: 실리콘 고무막) 이나 마이크로공막 (예: 소수성 폴리머막 이 공예는 접촉 시간과 산소 전달 효율을 높여 폭기 과정을 조절하는 데 도움이 되며, 기존 폭기의 기포 크기와 체류 시간 요인에 영향을 받지 않는 것이 특징이다. 그림 [1].
그림 [1]
셋. 추출막 생물 반응기
추출막 생물반응기는 EMBR (추출막 생물반응기) 이라고도 불린다. 일부 산업 폐수는 pH 값이 높거나 유기체에 독성이 있는 물질이 존재하기 때문에 미생물과 직접 접촉하여 처리해서는 안 된다. 폐수에 휘발성 독성 물질이 들어 있을 때 전통적인 호기성 생물학적 처리 공정을 채택하면 오염물이 폭기 흐름에 따라 쉽게 휘발하여 벗겨지는 현상이 생겨 처리 효과가 불안정할 뿐만 아니라 공기 오염도 초래할 수 있다. (데이비드 아셀, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 폐수명언) 이러한 기술적 문제를 해결하기 위해 영국 학자 리빙스턴 연구는 EMB 를 개발했다. 프로세스는 그림 2 에 나와 있습니다. 폐수는 막을 통해 활성 진흙에서 분리되고, 폐수는 막 안에서 흐르고, 특정 세균을 함유한 활성 진흙은 막 밖에서 흐른다. 폐수는 미생물과 직접 접촉하지 않으며, 유기오염물은 막을 통해 다른 쪽의 미생물에 의해 선택적으로 분해될 수 있다. 추출막 양쪽의 생물반응기와 폐수순환단위는 독립적이기 때문에 각 단위의 물흐름은 상호 영향이 적고, 생물반응기의 영양물질과 미생물의 생존조건은 폐수 수질의 영향을 받지 않아 물 처리 효과가 안정적이다. 유압 체류 시간 및 SRT 와 같은 시스템의 작동 조건은 오염 물질의 최대 분해율을 유지하기 위해 최적의 범위 내에서 제어할 수 있습니다.
넷째, 고체-액체 분리막 생물 반응기
고액분리막 생물반응기는 물 처리 분야에서 가장 광범위하게 연구되는 막생물반응기로, 기존의 활성 오폐법 중 이침지 대신 막분리공예를 사용하는 물 처리 기술이다. 전통적인 폐수 생물학적 처리 기술에서는 진흙과 물의 분리가 2 차 침전조에서 중력으로 이루어지며, 분리 효율은 활성 슬러지의 침하 성능에 따라 달라집니다. 침전이 좋을수록 흙탕물 분리 효율이 높아진다. 그러나 진흙의 침강은 폭기조의 운행에 달려 있으며, 노출기의 운행 조건을 엄격하게 제어하여 진흙의 침강을 높여야 한다. 이는 이 방법의 적용 범위를 제한한다. 2 차 침전조의 고체 분리 요구로 인해 노출조의 진흙은 높은 농도를 유지할 수 없으며, 일반적으로 1.5~3.5g/L 정도에서 생화학 반응률을 제한한다. 수력체류 시간 (HRT) 과 진흙 나이 (SRT) 는 상호 의존적이며, 용적 부하를 늘리고 진흙 부하를 줄이는 것은 종종 모순된다. 시스템 운영 과정에서 대량의 잉여 진흙이 발생하는데, 그 처분비용은 오수 처리장 운영비의 25 ~ 40% 를 차지한다. 전통적인 활성 슬러지 처리 시스템도 슬러지 팽창이 발생하기 쉬우며, 유출 물에는 부유물이 함유되어 있어 유출 수질을 악화시킨다. 앞서 언급한 문제에 대해 MBR 은 분리공사의 막 분리 기술과 기존의 폐수 생물학적 처리 기술을 유기적으로 결합함으로써 고액 분리 효율을 크게 높였으며, 폭기조의 활성 슬러지 농도 증가와 슬러지 내 특수 세균 (특히 우세균군) 의 출현으로 생화학 반응률을 높였다. 동시에 F/M 비율을 낮춰 남은 진흙의 생산량 (심지어 0) 을 줄임으로써 전통적인 활성 진흙법의 많은 두드러진 문제를 기본적으로 해결했다.
동사 (verb 의 약어) MBR 프로세스 유형
다음은 고체-액체 분리막 생물 반응기입니다. 멤브레인 어셈블리와 생물 반응기의 조합에 따라 멤브레인 생물 반응기는 분리, 통합 및 복합성의 세 가지 기본 유형으로 나눌 수 있습니다. 분리 및 통합 MBR 은 그림 3 을 참조하십시오.
그림 3 과 같이 분리식 멤브레인 생물 반응기는 멤브레인 어셈블리를 생물 반응기에서 분리합니다. 생물반응기의 혼합액은 순환펌프에 의해 압력을 가한 후 막 어셈블리의 필터단에 펌프되고, 혼합액의 액체는 압력을 받아 막을 통해 시스템 처리수가 된다. 고체, 고분자 등. 막에 의해 가로막혀 농축액과 함께 생물반응기로 돌아간다. 분리식 멤브레인 생물 반응기는 안정적이고 신뢰할 수 있으며 쉽게 청소, 교체 및 추가할 수 있습니다. 그리고 막 플럭스는 일반적으로 매우 큽니다. 그러나 일반적으로, 멤브레인 표면 오염 물질의 침착을 줄이기 위해, 멤브레인 청소 주기를 연장 하기 위해, 순환 펌프를 사용 하 여 멤브레인 표면에 높은 교차 흐름 속도를 제공 해야 합니다, 물 순환, 높은 동적 비용 (Yamamoto, 1989), 펌프 고속 회전으로 인 한 전단력은 일부 미생물 세포를 불 활성화 (
일체형 멤브레인 생물 반응기는 그림 4 와 같이 멤브레인 구성 요소를 생물 반응기에 넣는 것입니다. 물이 막 생물반응기에 들어가면 혼합액 중의 활성 진흙이 대부분의 오염물을 제거하고, 물이 외압에서 막여과를 한다. 이 유형의 멤브레인 생물 반응기는 혼합액 순환 시스템과 펌프 유출 물을 제거하므로 에너지 소비가 상대적으로 낮습니다. 부지면적이 분리식보다 더 촘촘하여 최근 몇 년 동안 물 처리 분야에서 특별한 관심을 받았다. 그러나 보통 막유속은 비교적 낮아 막오염이 발생하기 쉬우며 막오염 후에는 세척이 쉽지 않다.
복합막생물반응기는 형식상으로도 일체형막생물반응기에 속하지만, 생물반응기에 충전재를 넣어 복합막생물반응기를 형성하고, 그림 5 와 같이 반응기의 일부 특성을 바꾸었다.
MBR 프로세스 기능
MBR 은 많은 전통적인 바이오수처리 공정에 비해 다음과 같은 주요 특징을 가지고 있습니다.
첫째, 수질이 높고 안정적이다.
막의 효율적인 분리작용으로 분리효과는 전통적인 침전지보다 훨씬 좋다. 처리된 물은 매우 맑고, 부유물과 탁도는 0 에 가깝고, 세균과 바이러스는 크게 제거되고, 출수질은 건설부가 공포한' 생활잡수수질기준' (CJ25. 1-89) 보다 우수하며, 비식수도시 잡수물로 직접 재사용할 수 있다.
한편, 막분리는 미생물을 생물반응기에 완전히 차단하여 시스템을 높은 미생물 농도로 유지함으로써 반응장치가 오염물의 전반적인 제거 효율을 높이고 좋은 수질을 보장했다. 한편 반응기는 유입 부하 (수질과 물) 의 다양한 변화에 대해 적응성이 뛰어나 충격 부하에 저항하여 고품질의 수질을 안정적으로 얻을 수 있다.
둘째, 잉여 슬러지 생산량이 낮다.
이 공정은 고용적 부하와 저진흙 부하에서 작동할 수 있으며, 남은 진흙 생산량이 낮고 (이론적으로 진흙 제로 배출을 실현할 수 있음) 슬러지 처리 비용이 절감됩니다.
셋째, 설치 장소의 제한없이 작은 면적을 차지합니다.
생물반응기는 고농도의 미생물량을 유지하고 처리 장치의 용적 부하가 높아 점유 면적을 크게 절약할 수 있다. 프로세스는 간단하고, 컴팩트하며, 설치 장소에 관계없이 설치 공간을 절약합니다. 어떤 상황에서도 지상, 반지하, 지하로 만들 수 있습니다.
넷째, 암모니아 질소와 내화성 유기물을 제거할 수 있다.
미생물이 생물반응기에서 완전히 차단되어 질산화 세균 등 성장이 느린 미생물의 차단과 성장에 도움이 되면서 시스템의 질산화 효율이 높아졌다. 동시에 일부 내화성 유기물의 시스템 내 수력 체류 시간을 증가시켜 내화성 유기물의 분해 효율을 높이는 데 도움이 된다.
5. 운영관리가 편리하고 자동제어가 용이합니다.
이 공정은 수력체류 시간 (HRT) 과 진흙 체류 시간 (SRT) 의 완전한 분리를 실현하여 운행 제어가 더욱 유연하고 안정적입니다. 오수 처리에서 장비를 쉽게 장착할 수 있는 신기술로 마이크로컴퓨터를 자동으로 제어하여 운영 관리를 용이하게 합니다.
여섯째, 전통적인 공예에서 쉽게 변화할 수 있다.
이 공정은 전통적인 하수 처리 공정의 깊이 처리 단위로 사용될 수 있으며, 도시 2 급 오수 처리장 유출 물의 깊이 처리 (도시 하수의 대량 재사용 실현) 등 분야에서 광범위하게 응용할 수 있는 전망을 가지고 있다.
멤브레인 생물 반응기에도 몇 가지 단점이 있습니다. 주로 다음과 같은 측면에서 나타납니다.
O 막 비용이 높아 막생물반응기의 기초 투자가 전통적인 하수 처리 공정보다 높다.
O 막 오염이 발생하기 쉽고 운영 및 관리에 불편을 겪습니다.
O 고 에너지 소비: 우선 MBR 의 흙탕물 분리 과정에서 일정한 막 구동 압력을 유지해야 합니다. 둘째, MBR 풀의 MLSS 농도는 매우 높기 때문에 충분한 산소 전송 속도를 유지하려면 폭기 강도를 높여야 합니다. 또한 막유속을 늘리고 막오염을 줄이기 위해서는 유속과 세척막 표면을 증가시켜 MBR 이 기존 바이오메트릭 처리보다 에너지 소비가 더 많아지도록 해야 한다.
MBR 공정 필름
막은 여러 가지 재료로 만들 수 있으며 액체, 고체, 심지어 기체가 될 수 있다. 현재 사용되는 대부분의 분리막은 고상막이다. 구멍 지름의 크기에 따라 미세 여과막, 한외 여과막, 나노 여과막, 반투막으로 나눌 수 있습니다. 소재에 따라 무기막과 유기막으로 나눌 수 있는데, 무기막은 주로 마이크로필터입니다. 이 막은 동질성이나 이질적일 수 있으며, 전기 또는 전기 중성일 수 있다. 폐수 처리에 널리 사용되는 막은 주로 유기 고분자 재료로 만든 고체상 비대칭막이다.
막 분류는 다음과 같습니다.
첫째, MBR 막 재료
1. 고분자 유기막 재료: 폴리올레핀, 폴리에틸렌, 폴리 아크릴로 니트릴, 폴리 설폰, 방향족 폴리 아미드, 불소 함유 중합체 등.
유기막의 비용은 상대적으로 낮고, 제조 비용이 저렴하며, 막의 제조 공정이 성숙하고, 막의 구멍 지름과 형태도 다양하며, 광범위하게 적용되지만, 운행 과정에서 쉽게 오염되고 강도가 낮고, 수명이 짧다.
2. 무기막: 일종의 고체막으로, 무기재료로 만든 반투막으로 금속, 금속산화물, 도자기, 다공성 유리, 비석, 무기고분자 재료 등이다.
현재 MBR 에 사용되는 무기막은 대부분 세라믹 멤브레인으로, pH = 0 ~ 14, 압력 P 가 가능하다는 장점이 있다.
둘째, MBR 필름 조리개
MBR 공정에 사용되는 막은 일반적으로 마이크로필터 (MF) 와 한외 여과막 (UF) 으로, 대부분 0. 1 ~ 0.4 미크론의 막 구멍 지름을 사용하며, 고체 분리 막반응기에 충분하다.
미세 여과막에 일반적으로 사용되는 고분자 재료로는 폴리카보네이트, 섬유소 에스테르, 폴리비닐, 폴리설폰, 폴리비닐, 폴리염화 비닐, 폴리메틸아민, 폴리아크릴, 폴리우레탄 등이 있습니다.
한외 여과에 일반적으로 사용되는 고분자 재료로는 폴리 설폰, 폴리 에테르 술폰, 폴리 아미드, 폴리 아크릴로 니트릴 (팬), 폴리 불화 비닐 리덴, 셀룰로오스 에스테르, 폴리 에테르 에테르 에테르 케톤, 폴리이 미드, 폴리 에테르 아미드 등이 있습니다.
셋. MBR 필름 어셈블리
공업화 생산과 설치를 용이하게 하기 위해, 막의 생산성을 높이고, 단위 부피의 막 면적을 최대로 하고, 보통 막을 어떤 형태로 기본 단위 장치에 조립하고, 일정한 구동력 하에 혼합 용액 중의 성분을 분리한다. 이런 장치를 막 부품이라고 한다.
업계에서 일반적으로 사용되는 필름 어셈블리에는 다섯 가지 유형이 있습니다.
판자 어셈블리, 나선형 감기 어셈블리, 튜브 어셈블리, 속이 빈 섬유 어셈블리 및 모세관 어셈블리 처음 두 개는 태블릿을 사용하고, 마지막 세 개는 튜브막을 사용한다. 튜브 필름 지름 >:10mm; 모세관형-0.5 ~10.0mm 중공 섬유형
표: 다양한 멤브레인 어셈블리의 특성
이름/프로젝트 중공 사막 모세관 나선형 코일 플랫 튜브 유형
가격 (위안/입방미터) 40 ~150150 ~ 800 250 ~ 800 800 ~ 2500 400 ~1500
채우기 밀도가 높음, 중간 낮음, 중간 낮음.
청결은 어렵고 쉽지만, 청결은 쉽다.
압력 강하는 높음, 중간, 낮음이 있다.
고압 하에서 작동할 수 있습니까? 더 어려워질 수 있을까?
막 형태에 제한이 없다.
MBR 공정에서 일반적으로 사용되는 막 어셈블리로는 판자, 튜브, 중공 섬유가 있습니다.
슬래브 및 프레임 유형:
이는 MBR 공정에서 가장 먼저 사용된 막 어셈블리 형태이며 일반 판자 필터 프레스와 모양이 비슷합니다. 제조 및 조립이 간단하고, 조작이 쉽고, 유지 관리, 청소 및 교체가 쉽다는 장점이 있습니다. 단점은 밀봉이 복잡하고 압력 손실이 크며 누적 밀도가 낮다는 것이다.
튜브 유형:
그것은 내압식과 외압식 두 가지 작동 방식을 가진 막과 막 받침대로 구성되어 있다. 실제로 내압식, 즉 물이 파이프에서 유입되고 침투액이 외부에서 유출되는 경우가 많다. 막의 지름은 6-24mm 사이이며, 관막의 장점은 재료의 난류를 조절할 수 있고, 막히기 쉬우며, 청소하기 쉬우며, 압력 손실이 적다는 것이다. 단점은 누적 밀도가 낮다는 것이다.
속 빈 섬유 유형:
표준횡단은 다음 그림과 같이 표시됩니다.
[그림]
일반 외경은 40 ~ 250μ m, 내경은 25 ~ 42μ m .. 장점: 압축 강도가 높고 변형이 쉽지 않습니다. MBR 에서 구성요소는 일반적으로 리액터에 직접 배치되며, 압력 용기가 없어 침수막 생물반응기를 형성합니다. 일반적으로 외압막 부품입니다. 장점은 누적 밀도가 높다는 것입니다. 비용은 상대적으로 낮습니다. 수명이 더 길어서 이화 성능이 안정적이고 투수성이 낮은 나일론 중공섬유막을 사용할 수 있습니다. 이 막은 내압성이 우수하며 지지 재질이 필요하지 않습니다. 단점은 막힘에 민감하고 오염과 농도 극화가 막의 분리 성능에 큰 영향을 미친다는 것이다.
MBR 멤브레인 모듈 설계의 일반 요구 사항:
O 는 막에 충분한 기계적 지지를 제공하고, 러너는 원활하고, 사각과 사수가 없다.
O 낮은 에너지 소비, 농도 극화 최소화, 분리 효율 향상, 막 오염 감소
O 설치, 청소 및 교체를 용이하게하기 위해 포장 밀도가 가능한 한 높습니다.
O 충분한 기계적 강도, 화학 및 열 안정성.
멤브레인 어셈블리의 선택은 비용, 충전 밀도, 적용 사례, 시스템 프로세스, 멤브레인 오염, 청소 및 수명 등의 요소를 종합적으로 고려해야합니다.
MBR 의 응용 분야
1990 년대 중후반, 막생물반응기는 외국에서 이미 실제 응용 단계에 들어섰다. 캐나다 제논은 먼저 한외 여과관막 생물반응기를 도입하여 도시 하수 처리에 적용했다. 에너지를 절약하기 위해 회사는 침수형 중공섬유막 부품도 개발했다. 개발된 막생물반응기는 미국, 독일, 프랑스, 이집트 등 10 여 곳에서 380m 3 /d 에서 7600m 3 /d 까지 다양한 규모로 적용되었고, 일본 미쓰비시리양은 세계적으로 유명한 침수형 중공섬유막 공급업체로 MBR 응용 분야에서 다년간의 경험을 쌓았다. 일본 구보다사는 막생물반응기가 실제로 응용하는 또 다른 경쟁회사로, 생산된 태블릿은 유통량이 크고 오염방지, 공예가 간단하다는 특징을 가지고 있다. 국내 일부 연구원과 기업들도 MBR 을 실용화하기 위해 노력하고 있다.
현재 멤브레인 생물 반응기는 다음 분야에 적용되었습니다.
첫째, 도시 하수 처리 및 건물 물 재사용
1967 년 미국 Dorr-Oliver 는 MBR 공정을 채택한 최초의 하수 처리장을 건설해 폐수 14m 3 /d 를 처리했다. 1977 기간 동안 일본의 한 고층 건물은 오수 재사용 시스템을 채택했다. 1980 년 일본은 각각 65438+ 100m3/d 와 50m 3 /d 의 처리 능력을 갖춘 두 개의 MBR 처리 공장을 건설했습니다. 90 년대 중반에 일본에는 39 개의 이런 공장이 가동되고 있으며, 최대 처리 능력은 500m 3 /d 로 65,438+000 개 이상의 고층 건물이 MBR 을 사용하여 하수를 처리하고 중수로에서 재사용했다. 1997 년 영국 웨섹스는 영국 폴록에 당시 세계 최대의 MBR 시스템, 일일 처리 능력 2,000 m3 을 설립했다. 1999 년에는 도싯군 Swanage[ 14] 에도13,000M3/D 의 MBR 공장을 건설했다.
1998 년 5 월 칭화대 통합막 생물반응기 파일럿 시스템이 국가 검증을 통과했다. 2000 년 초 칭화대는 해정진병원에 실용적인 MBR 시스템을 설치해 병원 폐수를 처리했다. 이 프로젝트는 2000 년 6 월에 완공되어 가동되어 현재 정상적으로 운영되고 있다. 2000 년 9 월, 천진대 양조언 교수와 연구팀이 천진신기술산업단지 진보빌딩에 MBR 시범공사를 건립했다. 이 시스템은 매일 오수 25 톤을 처리하고, 처리된 오수는 모두 화장실 세척과 녹지 관개에 쓰이며, 점유 면적 10 평방미터, 톤당 오수 처리의 에너지 소비량은 0.7 kW·h 이다.
둘. 공업폐수 처리
1990 년대 이후 MBR 의 처리 대상은 계속 확대되고 있다. 중수재사용과 배설물 오수 처리 외에도 MBR 은 식품공업폐수, 수산물 가공폐수, 수산양식 폐수, 화장품 생산폐수, 염료 폐수, 석화폐수 등 공업폐수 처리에 널리 관심을 받고 있다. 1990 년대 초, 미국은 오하이오에 모 자동차 공장 공업 폐수를 처리하는 MBR 시스템을 건설하여 15 1m 3 /d, 시스템 유기부하가 6.3KG COD/M3 D, COD 제거율에 달했다. 네덜란드의 한 기름 추출 가공 공장은 전통적인 산화 도랑 하수 처리 기술을 이용하여 그 생산 폐수를 처리한다. 생산 규모가 확대되어 진흙이 팽창하여 분리하기 어렵다. 마지막으로 침전조 대신 Zenon 막 부품을 사용하여 효과가 좋습니다.
셋. 미세 오염 식수의 정화
질소 비료와 농약이 농업에 광범위하게 적용됨에 따라 식수는 다양한 수준의 오염을 받았다. 1990 년대 중반에 LyonnaisedesEaux 는 생물학적 질소 제거, 농약 흡착 및 탁도 제거 기능을 갖춘 MBR 공정을 개발했다. 1995 년, Lyonnaise de Seaux 는 프랑스 Douchy 에 일일 식수 용량이 400m 3 인 공장을 건설했다. 폐수 중 질소의 농도는 0. 1.02 마이크로그램/리터보다 낮고 농약의 농도는 0.02 마이크로그램/리터보다 낮다 .....
넷. 배설물 오수 처리
배설물 오수 중 유기물 함량이 높고, 전통적인 탈질소 방법은 높은 진흙 농도가 필요하고, 고액 분리가 불안정하여 3 급 처리 효과에 영향을 미친다. MBR 의 출현으로 이 문제가 잘 해결되어 배설물 오수가 희석되지 않고 직접 처리될 수 있게 되었다.
일본은 NS 시스템이라는 배설물 처리 기술을 개발했는데, 그 핵심은 태블릿과 산소 고농도 활성 슬러지 생물 반응기를 결합한 시스템이다. NS 시스템은 1985 년 일본 사이타옥현 월곡시에 건설돼 10kL/d, 1989 년 나가사키 현과 웅본현에 배설물 처리시설을 신설했다. NS 시스템에서는 각 플랫 필름 그룹당 약 0.4m 2, 수십 개의 병렬 설치를 통해 자동으로 열리고 자동으로 현상할 수 있는 프레임 장치가 됩니다. 막 재료는 분자량이 20,000 인 폴리 설폰 한외 여과막을 차단하는 것이다. 리액터 내 슬러지 농도는 15000 ~ 18000 mg/L 범위 내에서 1994 년까지 일본은 이미1을 초과했다.