yazan: Kate
Email:kate@aquasust.com
Tarih: 4 Aralık 2024
1. MBR Sürecine Genel Bakış
MBR (Membran Biyo-Reaktör)su arıtımında kullanılan membran biyolojik arıtma teknolojisidir. Membran ayırma teknolojisi ile atık su biyolojik arıtma teknolojisini birleştiren bir sistemdir. Bugün dünyadaki en gelişmiş ve verimli atık su arıtma ve kaynak geri kazanım teknolojilerinden biri olarak kabul edilmektedir.
MBR teknolojisi, geleneksel aktif çamur süreçlerinin ikincil çökeltme tanklarını, kum filtrelerini, dezenfeksiyon ünitelerini ve diğer bileşenlerini membran ayırma cihazlarıyla değiştirerek membranların ayırma işlevini kullanır. Atık suyu havalandırma tankından doğrudan filtrelemek için mikrofiltrasyon/ultrafiltrasyon (MF/UF) membranları kullanır. Aktif çamur karışımındaki askıda katı maddeler tamamen tutulur ve reaktöre geri devri daim yaptırılır. Sonuç olarak çamur yaşı uzatılabilir, çamur konsantrasyonu arttırılabilir ve çamur yükü azaltılabilir. Bu, kirletici maddelerin mikrobiyal bozunmasını hızlandırır, atık su arıtma verimliliğini önemli ölçüde artırır ve atık su kalitesinin yalnızca istikrarlı ve güvenilir olmasını sağlamakla kalmaz, aynı zamanda yüksek kaliteli geri kazanılmış su standartlarını da karşılamasını sağlar. Özellikle Çin'deki atık su arıtma tesislerinin 2011'de belirlenen yeni deşarj standartlarını karşılayacak şekilde iyileştirilmesi ve endüstriyel atık suyun yeniden kullanımı için uygundur.
Mikrofiltrasyon/Ultrafiltrasyon (MF/UF)membranların gözenek boyutları ve moleküler ağırlık kesme aralıkları vardır. Genel olarak, ultrafiltrasyon membranlarının gözenek boyutu 0.01 ila 0,1 μm arasındadır ve moleküler ağırlık kesme (MWCO) aralığı 5,000 ila 500,{{ 9}} Dalton. Tipik olarak atık su arıtımında kullanılan mikrofiltrasyon membranlarının nominal MWCO'su 30,000 ila 800,000 Dalton arasında değişir.
2. MBR Membranların Avantajları
MBR, diğer bağımsız biyolojik süreçlerin karşılayamayacağı önemli avantajlar sunar:
1.Mükemmel ve İstikrarlı Atık Su Kalitesi
Bu, katı-sıvı ayrımının yüksek verimliliğinde kendini gösterir. Atık suyun askıda katı maddeleri neredeyse her zaman sıfıra yakın tutulabilir ve kısa vadede çamurun ayrışması veya çamurun kabarması gibi faktörlerden kolayca etkilenmez.
2.Kompakt Reaktör Tasarımı
Reaktör daha kompakttır çünkü yüksek çamur konsantrasyonlarında normal şekilde çalışabilir, bu da yerden tasarruf sağlarken yüksek organik giderme verimliliği sağlar. İkincil çökeltme tankı sistemine gerek yoktur.
3.Aerobik Nitrifikasyon Bakteri Yetiştiriciliğine Uygun
Sistem aerobik bölgenin nitrifikasyon kapasitesini arttırır. Bu, uzun süre stabil kalan amonyak nitrojen gideriminin yüksek verimliliğine yansır.
4.Hidrolik Tutma Süresi ile Çamur Tutma Süresinin Tamamen Ayrılması
Reaktörün hidrolik tutma süresinin (HRT) ve çamur tutma süresinin (SRT) tamamen ayrılması, daha esnek çalışma kontrolüne olanak tanır.
5.Yüksek Mikrobiyal Konsantrasyon ve Güçlü Şok Yük Direnci
Reaktördeki mikrobiyal konsantrasyon yüksektir ve şok yüklere karşı güçlü bir dirence sahiptir. Uzun çamur yaşı ile membran ayırma, atık sudaki büyük, bozunması zor moleküllerin biyolojik olarak sınırlı reaktör hacmi içinde yeterli alıkonma süresine sahip olmasını sağlar. Bu, dirençli organik maddenin bozunma verimliliğini büyük ölçüde artırır. Reaktör yüksek hacimsel yükler, düşük çamur yükleri ve uzun çamur yaşları altında çalışır ve bu da çamur deşarjının etkili bir şekilde azaltılmasına yardımcı olur.
3. MBR Membranlarının Gelecekteki Gelişim Eğilimleri
1.MBR Teknolojisinin Atık Su Arıtımında Önemli Rolü
Son yıllardaki deneyimler, MBR teknolojisinin olgunlaştığını ve başarılı tasarım ve işletimin mümkün olduğunu göstermiştir. Hem evsel atık suyun hem de endüstriyel atık suyun arıtılmasında kullanılabilir. Bu nedenle, MBR teknolojisi gelişmeye ve olgunlaşmaya devam ettikçe, ekonomik açıdan verimli ve pratik bir teknoloji olarak dünya çapında yaygın olarak uygulanması beklenmektedir.
2.MBR Uygulaması Beklentileri
MBR'nin birincil uygulaması belediye atıksu arıtımı olmalıdır, çünkü özellikle şehirler atık su arıtımı için küçük arazi alanlarına ihtiyaç duyar. Yüksek kaliteli atık su yeniden kullanılabilir veya nanofiltrasyon ve ters ozmoz için ön arıtma olarak kullanılabilir ve sıkı deşarj standartlarının karşılanması gerekir.
MBR teknolojisi aynı zamanda gıda işleme atık suyu, mezbaha atık suyu ve depolama sahası sızıntı suyu gibi endüstriyel atık suyun arıtılmasında da etkilidir. Depolama sahası sızıntı suyundaki endokrin bozucu maddeler (EDS) için mükemmel bir giderme verimliliği sergilemiştir ve içme suyundaki nitratları (%98,5'e varan bir giderme oranıyla) giderebilmektedir.
3.Membran Kirlenme Kontrolü
Membran kirlenmesinin mekanizmaları, özellikle de biyolojik kirlenmenin incelenmesi konusunda daha fazla araştırmaya ihtiyaç vardır. Daha etkili, kontrol edilebilir ve minimuma indirilmiş membran kirlenmeye karşı çözümler geliştirilmelidir. Çevrimiçi membran kirlenmesinin kontrolü için bilgisayar ve sensör teknolojisinin kullanımı tam olarak araştırılmalıdır. Temizleme yöntemlerinin geliştirilmesinde güvenli kimyasalların kullanımına özellikle dikkat edilmelidir.
4.Atıksu Cinsine Göre Membran Yapısı ve Malzeme Seçimi
Membran yapısı ve malzemeleri atık suyun cinsine göre doğru seçilmelidir. Yeni enerji tasarruflu, yüksek performanslı membran malzemeleri ve modül düzenekleri benimsenmelidir. Aerobik ve anaerobik MBR sistemlerinin entegrasyonu teşvik edilmelidir. Ayrıca, daha iyi atık su kalitesi elde etmek ve prosesi daha ekonomik ve verimli hale getirmek amacıyla işletim parametrelerini optimize etmek için matematiksel modeller ve bilgisayar teknolojisinden tam olarak yararlanılmalıdır.
4. MBR Membranlarının Çalışma Prensibi
Pratik mühendislik uygulamalarında, daldırılmış MBR (Membran Biyo-Reaktör) işlemi daha yaygın olarak kullanılmaktadır ve bu tür sistemlerle ilgili endüstri deneyimi nispeten olgunlaşmıştır. Bu nedenle analiz için bu tür MBR'yi örnek olarak kullanacağız. Genel prensip aşağıdaki gibidir:
Ham su, organik maddenin yüksek konsantrasyonlu karışık aktif çamur tarafından oksitlendiği ve ayrıştırıldığı biyoreaktöre girer. Membran modülünün altında, yalnızca karışık sıvıdaki mikroorganizmalar için yeterli miktarda çözünmüş oksijen (DO) sağlamakla kalmayıp aynı zamanda iyice karışmayı da destekleyen bir havalandırma sistemi bulunur. Kabarcıkların neden olduğu çalkalama, membran yüzeyinde oluşan sirkülasyon akışıyla birlikte, membran yüzeyinde bir ovalama ve kesme etkisine sahip olup, kirleticilerin yapay olmayan koşullar altında membran yüzeyinde geri dönüşü olmayan birikmesini etkili bir şekilde önler. Arıtılmış su daha sonra kendinden emişli bir pompadan çekilir ve membran tarafından ayrılır, sıvı faz membrandan geçerek sistemden boşaltılır.
Tipik olarak MBR prosesi, membran akısı, geçirgenlik katsayısı, tutma oranı ve konsantrasyon polarizasyonu dahil olmak üzere birçok temel operasyonel parametreye sahiptir.
1.Membran Akısı
Membran akısı (J), birim zamanda membranın birim alanından geçen malzeme miktarını ifade eder. Tipik olarak SI birimlerinde [m³/(m²·s)] olarak ifade edilir veya m/s olarak basitleştirilir. Pratik mühendislik hesaplamalarında, akıyı ölçmek için sıklıkla SI olmayan birimler kullanılır; örneğin LMH (saatte metrekare başına litre), [L/(m²·h)] birimleriyle. Genel atık su arıtma gereksinimlerini karşılayan tipik bir MBR membranının LMH'si en az 10 L/(m²·saat)'tir.
Membran akışını etkileyen faktörler arasında kütle transferi için itici güç, membran direnci, besleme çözeltisinin membran tarafındaki akış durumu (sınır tabakası direncine eşdeğer) ve membran kirlenmesinin boyutu yer alır.
2.Geçirgenlik Katsayısı
Bir membranın geçirgenlik katsayısı (Lp), birim basınç altında birim zaman ve birim alan başına membrandan geçen malzeme miktarını temsil eder. Basitçe birim basınç koşullarında membran akısı olarak ifade edilir. Geçirgenlik katsayısı, membranın mevcut performansını değerlendirmek için ana parametrelerden biridir.
3.Saklama Oranı
Membran ayırma işleminde, membrandan geçen sıvıya süzüntü, membran tarafından tutulan sıvıya ise tutulan sıvı denir. Tutma oranı, gözlemlenen/raporlanan tutma oranı (Robs) ve gerçek/içsel tutma oranı (Ract) dahil olmak üzere membranın ayırma performansını karakterize etmek için kullanılır. Tanımı aşağıdaki gibidir:
Burada Cp ve Cb sırasıyla süzüntü ve besleme çözeltisindeki doğrudan ölçülebilen çözünen madde konsantrasyonlarını temsil eder. Ancak çözünen maddelerin tutulması ve membran yüzeyine yapışması nedeniyle membran yüzeyindeki çözünen konsantrasyonu (Cm), besleme çözeltisinin ortalama konsantrasyonundan daha yüksektir. Bu nedenle, gerçek elde tutma oranı:
Cm'nin değeri genellikle doğrudan ölçülemez ve hesaplamalı bir model kullanılarak tahmin edilmesi gerekir.
4.Konsantrasyon Polarizasyonu
Gerçek basınçla yürütülen işlemler sırasında, membran akışı genellikle zamanla azalır ve çözünen madde tutma oranı da değişir. Bu olgunun ana nedeni konsantrasyon polarizasyonu ve membran kirlenmesidir.
Konsantrasyon polarizasyonu, basınçla tahrik edilen koşullar altında, besleme çözeltisindeki çözücünün membrandan serbestçe geçtiği, çözünen maddelerin ise membran tarafından tutulduğu olguyu ifade eder. Çözücü akışı, çözünen maddeleri sürekli olarak membran yüzeyine taşıyarak, çözünen maddelerin membran üzerinde birikmesine neden olur. Sonuç olarak, membran yüzeyindeki çözünen konsantrasyonu (Cm) kademeli olarak artar ve bu da membran yüzeyinden besleme çözeltisine ters difüzyona neden olan bir konsantrasyon gradyanına yol açar. Bir stabilizasyon periyodundan sonra, besleme solüsyonunun membran yüzeyine akışı ters difüzyona eşit olduğunda, stabil bir konsantrasyon polarizasyon sınır tabakası oluşur. Tam tutma durumu aşağıdaki denklemle ifade edilir:
Cm/Cb oranına konsantrasyon polarizasyon oranı denir. Oran ne kadar yüksek olursa membran ayrımı o kadar elverişsiz olur.
Membran akışının (J) ölçülmesi daha kolaydır, ancak k, difüzyon katsayısının sınır tabakası kalınlığına oranıdır. K değeri, membran yüzeyindeki akış koşullarıyla ilgilidir ve kütle aktarımı boyutsuz sayı korelasyonu kullanılarak hesaplanabilir veya deneysel olarak belirlenebilir. k değerlerini belirlemeye yönelik yöntemler Zeman ve Zydney (1996) tarafından yazılan makalede bulunabilir.
