Влияние скорости загрузки органических веществ на производительность мембранного биореактора с точки зрения очистки сточных вод, загрязнения и экономических затрат.

Том 13 научных отчетов, номер статьи: 15601 (2023) Цитировать эту статью

296 Доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Хотя биореактор с погружной мембраной (MBR) широко используется для очистки городских сточных вод и восстановления потенциальных ресурсов, рабочие параметры мембраны и контроль ее загрязнения остаются дискуссионными вопросами. В этом исследовании очистка городских сточных вод с помощью MBR на осадке с высоким содержанием биомассы (MLSS (г/л) в диапазоне от 5,4 г/л до 16,1 г/л) оценивалась при нормах содержания органических веществ (OLR) в диапазоне от 0,86 до 3,7. кг ХПК/м3сут. В этом исследовании была тщательно изучена корреляция между трансмембранным давлением и общей устойчивостью к загрязнению. Согласно полученным результатам, более высокие значения OLR от 0,86 до 3,7 кг ХПК/м3 в сутки приводили к снижению эффективности удаления ХПК, БПК и NH4–N, а более высокие значения OLR от 3,7 кг ХПК/м3 в сутки приводили к более высокому увеличению общей устойчивости к загрязнению (Rt ). Экономическое обоснование использования системы МБР показало, что при расчетном расходе 20 м3/сут срок окупаемости использования очищенных сточных вод составит 7,98 года, что подтверждает экономическую выгоду использования данной МБР для очистки городских сточных вод. В целом, понимание проблем, с которыми сталкивается эффективность MBR, позволит улучшить его производительность и, следовательно, устойчивость рекультивации сточных вод.

Проблема нехватки воды в Египте побудила большое количество ученых искать альтернативные решения, чтобы отсрочить катастрофические последствия этого бедствия для жизни людей и экономики страны1,2. Одним из возможных решений является использование очищенных сточных вод. Тем не менее, здесь существует множество проблем, в том числе увеличение сложности и пагубного воздействия сточных вод, образующихся на предприятиях и сбрасываемых в канализационную систему без предварительной очистки, что привело к ужесточению политики в области водных ресурсов. Большинство этих проблем можно решить, используя методы биологической очистки сточных вод, в том числе традиционный метод активного ила (CAS). Тем не менее, эти процессы характеризуются низкой селективностью по отношению к большому количеству загрязняющих веществ, таких как микробы и некоторые органические загрязнители3,4. Многие проблемы, связанные с CAS, можно решить с помощью мембранного биореактора (MBR), альтернативного подхода к очистке, занимающего меньшую площадь, более высокого качества сточных вод и меньшего образования осадка. Следовательно, MBR используются чаще, чем процессы CAS. Основными факторами, обуславливающими получение высококачественной оборотной воды с помощью МБР, является практически полное удержание высокомолекулярных веществ, бактерий и взвешенных частиц за счет мембранной фильтрации. Таким образом, в качестве последней стадии очистки он отделяет твердые частицы от жидкостей гораздо эффективнее, чем вторичный отстойник в процессе CAS5.

Однако мембранная фильтрация не может так эффективно помочь в удалении фосфора и азота, поскольку биологические процессы в первую очередь ответственны за уменьшение количества питательных веществ (фосфора и азота). Фактически, интенсивная аэрация и длительное время удерживания твердых веществ в обычной системе MBR могут сделать удаление питательных веществ менее эффективным6,7. Тем не менее, трудности с загрязнением мембран во время обработки активного ила задержали разработку MBR. Таким образом, недавние исследования систем очистки бытовых сточных вод на основе MBR были сосредоточены на способах борьбы с загрязнением мембран8. Среди них модификация поверхности мембран, использование высокой скорости поперечного потока, оптимизация химических или эксплуатационных условий и гидродинамическая очистка9,10.

Однако стоит отметить, что широкое коммерческое использование MBR ограничено из-за загрязнения мембраны. Явления загрязнения на поверхности мембраны и внутри пор снижают долговременную стабильность флюса, что требует очистки мембраны, что увеличивает общую стоимость. Кроме того, если очистка неэффективна для восстановления достаточного количества флюса, можно также заменить мембрану11,12. Из-за сложности явления мембранного загрязнения ученым, работающим в этой области, до сих пор сложно прогнозировать поведение загрязнения13. Следовательно, растущие затраты на техническое обслуживание из-за загрязнения являются одним из наиболее существенных недостатков MBR, что ограничивает его широкое внедрение14.