Der Unterschied in Funktion und Anwendung zwischen Membranbioreaktor (MBR) und untergetauchter Ultrafiltration. Was sollte in welcher Situation verwendet werden?
MBR wird in einem Belüftungstank oder einem sekundären Absetzbecken mit einer großen Menge Belebtschlamm im Zulauf platziert. Die Immersions-Ultrafiltration ist relativ zur Druck-Ultrafiltration, die in einem Membrantank platziert wird und ein breiteres Spektrum an Zulaufanforderungen und stärkere Schutzfunktionen erfordert. Im Allgemeinen wird MBR verwendet, wenn die Ultrafiltrationsfiltration direkt ohne weitere Behandlung nach biochemischen Methoden verwendet wird. Wenn eine weitere Behandlung erforderlich ist (hauptsächlich zur Entfernung von COD), wird im letzten Schritt die Immersions-Ultrafiltration verwendet.
Vorteile: Der MBR-Prozess ist einfach, die Investition ist gering, die Unterwasser-Ultrafiltration hat einen großen Betriebsfluss, eine hohe Rückgewinnungsrate und eine gute Wasserqualität
Nachteile: MBR hat einen niedrigen Betriebsfluss und erfordert mehr Membranen für die gleiche Wasserproduktionsmenge; der Immersions-Ultrafiltrationsprozess ist komplex und erfordert mehrere periphere Unterstützungsgeräte.
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MBR-Verfahren
Im Bereich der Abwasserbehandlung und Wiederverwendung von Wasserressourcen ist MBR (auch Membranbioreaktor genannt) eine neue Wasseraufbereitungstechnologie, die das Belebtschlammverfahren und die Membrantrenntechnologie kombiniert.
kurze Einleitung
Im Bereich der Abwasserbehandlung und Wiederverwendung von Wasserressourcen ist MBR, auch bekannt als Membranbioreaktor, eine neue Wasseraufbereitungstechnologie, die den Belebtschlammprozess mit der Membrantrenntechnologie kombiniert. Es gibt verschiedene Arten von Membranen, die nach ihren Trennmechanismen klassifiziert werden, darunter Reaktionsmembranen, Ionenaustauschmembranen, durchlässige Membranen usw.; Nach den Eigenschaften der Membranen gibt es natürliche Membranen (Biofilme) und synthetische Membranen (organische und anorganische Membranen); Nach den Strukturtypen der Membranen gibt es Flachplatten-, Röhren-, Spiral- und Hohlfasermembranen.
Prozesszusammensetzung
Der Membranbioreaktor besteht hauptsächlich aus Membrantrennkomponenten und einem Bioreaktor. Der häufig erwähnte Membranbioreaktor ist eigentlich ein allgemeiner Begriff für drei Reaktortypen: ① Belüftungsmembranbioreaktor (AMBR); ② Extraktiver Membranbioreaktor (EMBR); ③ Fest-/Flüssigtrennmembranbioreaktor (SLSMBR).
Belüftungsmembran
Belüftungsmembran-Bioreaktoren wurden erstmals 1988 von Cote P et al. beschrieben. Sie berichteten, dass die Verwendung atmungsaktiver dichter Membranen (wie Silikonkautschukmembranen) oder mikroporöser Membranen (wie hydrophobe Polymermembranen) in Platten- oder Hohlfasermodulen eine blasenfreie Belüftung in Bioreaktoren erreichen kann, während der Gaspartialdruck unter dem Blasenpunkt gehalten wird. Das Merkmal dieses Prozesses ist die Verbesserung der Kontaktzeit und der Sauerstoffübertragungseffizienz, was der Kontrolle des Belüftungsprozesses förderlich ist und nicht von den Faktoren Blasengröße und Verweilzeit bei herkömmlicher Belüftung beeinflusst wird. Wie in Abbildung [1] dargestellt.
Extraktionsmembran
Der Extraktionsmembranbioreaktor, auch bekannt als EMBR (Extractive Membrane Bioreactor). Aufgrund des hohen Säuregehalts oder des Vorhandenseins von für Organismen giftigen Substanzen sollten einige Industrieabwässer nicht durch direkten Kontakt mit Mikroorganismen behandelt werden; wenn flüchtige giftige Substanzen im Abwasser vorhanden sind, neigen Schadstoffe bei Verwendung traditioneller aerober biologischer Behandlungsverfahren dazu, mit dem Belüftungsluftstrom zu verdunsten, was zu einer Gasabtrennung führt. Dies führt nicht nur zu instabilen Behandlungsergebnissen, sondern verursacht auch Luftverschmutzung. Um diese technischen Herausforderungen zu bewältigen, erforschte und entwickelte der britische Gelehrte Livingston den EMB. Abwasser und Belebtschlamm werden durch eine Membran getrennt, und Abwasser fließt innerhalb der Membran, während Belebtschlamm, der bestimmte spezialisierte Bakterien enthält, außerhalb der Membran fließt. Abwasser kommt nicht direkt mit Mikroorganismen in Kontakt, und organische Schadstoffe können selektiv durch die Membran gelangen und auf der anderen Seite von Mikroorganismen abgebaut werden. Aufgrund der unabhängigen Natur der Bioreaktoreinheiten und Abwasserzirkulationseinheiten auf beiden Seiten der Extraktionsmembran hat der Wasserfluss jeder Einheit wenig Einfluss aufeinander.Nährstoffe und mikrobielle Lebensbedingungen im Bioreaktor werden durch die Qualität des Abwassers nicht beeinflusst, was zu einer stabilen Wasseraufbereitungseffizienz führt. Die Betriebsbedingungen des Systems, wie HRT und SRT, können im optimalen Bereich gesteuert werden, um die maximale Schadstoffabbaurate aufrechtzuerhalten.
Fest-Flüssig-Trennmembran
Der Membranbioreaktor zur Fest-Flüssig-Trennung ist der am häufigsten und gründlichsten untersuchte Membranbioreaktortyp im Bereich der Wasseraufbereitung. Es handelt sich um eine Wasseraufbereitungstechnologie, bei der ein Membrantrennverfahren verwendet wird, um den Nachklärbehälter im herkömmlichen Belebtschlammverfahren zu ersetzen. Bei der herkömmlichen biologischen Abwasseraufbereitungstechnologie wird die Schlamm-Wasser-Trennung im Nachklärbehälter durch die Schwerkraft durchgeführt, und ihre Trennleistung hängt von der Absetzleistung des Belebtschlamms ab. Je besser die Absetzleistung, desto höher ist die Schlamm-Wasser-Trennleistung. Die Absetzeigenschaft des Schlamms hängt von den Betriebsbedingungen des Belüftungsbehälters ab, und die Verbesserung der Absetzeigenschaft des Schlamms erfordert eine strenge Kontrolle der Betriebsbedingungen des Belüftungsbehälters, was die Anwendbarkeit dieser Methode einschränkt. Aufgrund der erforderlichen Fest-Flüssig-Trennung im Nachklärbehälter kann der Schlamm im Belüftungsbehälter keine hohe Konzentration von im Allgemeinen etwa 1,5–3,5 mg/l aufrechterhalten, was die biochemische Reaktionsrate begrenzt.
Die hydraulische Verweilzeit (HRT) und das Schlammalter (SRT) sind voneinander abhängig, und eine Erhöhung der Volumenbelastung und eine Verringerung der Schlammbelastung stellen häufig einen Widerspruch dar. Das System erzeugt während des Betriebs auch eine große Menge an Restschlamm, und die Entsorgungskosten machen 25 bis 40 % der Betriebskosten der Kläranlage aus. Herkömmliche Belebtschlammbehandlungssysteme neigen außerdem zur Schlammausdehnung, was zu Schwebstoffen im Abwasser und einer Verschlechterung der Wasserqualität führt.
Als Antwort auf die oben genannten Probleme kombiniert MBR die Membrantrennungstechnologie mit traditioneller biologischer Behandlungstechnologie. MBR erreicht die Trennung von Schlammverweilzeit und hydraulischer Verweilzeit und verbessert so die Effizienz der Fest-Flüssig-Trennung erheblich. Darüber hinaus wird aufgrund der Erhöhung der Belebtschlammkonzentration im Belüftungsbecken und der Entstehung spezifischer Bakterien (insbesondere dominanter Bakteriengruppen) im Schlamm die biochemische Reaktionsrate erhöht. Gleichzeitig wurden durch die Reduzierung des F/M-Verhältnisses zur Verringerung der Menge des erzeugten Überschussschlamms (sogar auf Null) viele wichtige Probleme traditioneller Belebtschlammverfahren grundsätzlich gelöst.
Der Belebtschlamm wird entfernt und dann unter äußerem Druck durch eine Membran herausgefiltert. Diese Form des Membranbioreaktors macht ein gemischtes Flüssigkeitszirkulationssystem überflüssig und basiert auf Wasserabsaugung, was zu einem relativ geringen Energieverbrauch führt. Er nimmt mehr Platz ein und ist kompakter als ein separater Typ und hat in den letzten Jahren im Bereich der Wasseraufbereitung besondere Aufmerksamkeit erhalten. Der Membranfluss ist jedoch im Allgemeinen relativ gering, was ihn anfällig für Membranverschmutzung macht und es schwierig macht, ihn nach Verschmutzung zu reinigen und auszutauschen.
Der Verbundmembranbioreaktor gehört seiner Form nach ebenfalls zu den integrierten Membranbioreaktoren, der Unterschied liegt jedoch in der Zugabe von Füllstoffen im Inneren des Bioreaktors zur Bildung eines Verbundmembranbioreaktors, wodurch sich bestimmte Eigenschaften des Reaktors ändern.
Prozessmerkmale
Im Vergleich zu vielen herkömmlichen biologischen Wasseraufbereitungsverfahren weist MBR die folgenden Hauptmerkmale auf:
1. Hohe Qualität und stabile Abwasserqualität
Aufgrund der effizienten Trennwirkung der Membran ist die Trennleistung viel besser als bei herkömmlichen Absetzbecken. Das behandelte Abwasser ist extrem klar, mit Schwebstoffen und einer Trübung nahe Null. Bakterien und Viren werden weitgehend entfernt und die Abwasserqualität ist besser als der vom Bauministerium herausgegebene Qualitätsstandard für häusliches sonstiges Wasser (CJ25.1-89). Es kann direkt als nicht trinkbares kommunales sonstiges Wasser wiederverwendet werden.
Gleichzeitig fängt die Membrantrennung Mikroorganismen im Bioreaktor vollständig ab, sodass das System eine hohe Konzentration an Mikroorganismen aufrechterhalten kann. Dies verbessert nicht nur die Gesamteffizienz der Schadstoffentfernung durch das Reaktionsgerät, sondern gewährleistet auch eine gute Abwasserqualität. Gleichzeitig ist der Reaktor gut an verschiedene Änderungen der Zulauflast (Wasserqualität und -menge) anpassbar, widerstandsfähig gegen Stoßbelastungen und kann stabil eine hochwertige Abwasserqualität erzielen.
2. Geringe Produktion von überschüssigem Schlamm
Dieses Verfahren kann bei hoher Volumenbelastung und geringer Schlammbelastung sowie geringer Restschlammproduktion durchgeführt werden (theoretisch wird ein Schlammausstoß von null erreicht), was die Kosten der Schlammbehandlung senkt.
3. Kleiner Platzbedarf, nicht durch den Aufstellungsort begrenzt
Der Bioreaktor kann eine hohe Konzentration mikrobieller Biomasse aufrechterhalten, mit einer hohen Volumenbelastung des Behandlungsgeräts und einem großen Platzbedarf, was zu erheblichen Kosteneinsparungen führt. Dieser Prozess ist einfach, kompakt aufgebaut und nimmt nur wenig Platz ein. Er ist nicht durch den Installationsort begrenzt und für jeden Anlass geeignet. Er kann oberirdisch, halbunterirdisch und unterirdische gebaut werden.
4. Kann Ammoniakstickstoff und schwer abbaubare organische Stoffe entfernen
Durch das vollständige Abfangen von Mikroorganismen im Bioreaktor werden die Retention und das Wachstum langsam proliferierender Mikroorganismen wie nitrifizierender Bakterien erleichtert, wodurch die Nitrifikationseffizienz des Systems verbessert wird. Gleichzeitig kann die hydraulische Retentionszeit einiger widerspenstiger organischer Verbindungen im System erhöht werden, was sich positiv auf die Abbaueffizienz widerspenstiger organischer Verbindungen auswirkt.
5. Bequeme Bedienung und Verwaltung, einfache automatische Steuerung
Mit diesem Verfahren wird eine vollständige Trennung der hydraulischen Verweilzeit (HRT) und der Schlammverweilzeit (SRT) erreicht, wodurch die Betriebssteuerung flexibler und stabiler wird. Es handelt sich um eine neue Technologie, die sich leicht in die Abwasserbehandlung einführen lässt und eine automatische Mikrocomputersteuerung ermöglicht, wodurch das Betriebsmanagement komfortabler wird.
6. Einfache Umwandlung von traditioneller Handwerkskunst
Dieses Verfahren kann als Tiefenbehandlungseinheit für herkömmliche Abwasserbehandlungsverfahren dienen und bietet breite Anwendungsmöglichkeiten in Bereichen wie der Tiefenbehandlung von Abwässern aus städtischen Sekundärkläranlagen (wodurch eine großflächige Wiederverwendung von städtischen Abwässern erreicht wird).
Membranbioreaktoren weisen auch einige Nachteile auf. Diese äußern sich hauptsächlich in den folgenden Aspekten:
Die hohen Kosten der Membranen führen zu höheren Infrastrukturinvestitionen für Membranbioreaktoren im Vergleich zu herkömmlichen Abwasserbehandlungsverfahren.
Es kann leicht zu Membranverschmutzungen kommen, die den Betrieb und die Verwaltung beeinträchtigen.
Hoher Energieverbrauch: Erstens muss der MBR-Schlammwassertrennungsprozess einen bestimmten Membranantriebsdruck aufrechterhalten. Zweitens ist die MLSS-Konzentration im MBR-Tank sehr hoch. Um eine ausreichende Sauerstoffübertragungsrate aufrechtzuerhalten, muss die Belüftungsintensität erhöht werden. Um den Membranfluss zu erhöhen und die Membranverschmutzung zu verringern, muss die Durchflussrate erhöht und die Membranoberfläche gespült werden, was zu einem höheren Energieverbrauch von MBR im Vergleich zu herkömmlichen biologischen Behandlungsprozessen führt.
Prozessfilm
Membranen können aus verschiedenen Materialien hergestellt werden, darunter Flüssigphasen-, Festphasen- und sogar Gasphasenmembranen. Die überwiegende Mehrheit der derzeit verwendeten Trennmembranen sind Festphasenmembranen. Je nach Porengröße können sie in Mikrofiltrationsmembranen, Ultrafiltrationsmembranen, Nanofiltrationsmembranen und Umkehrosmosemembranen unterteilt werden; je nach Material können sie in anorganische und organische Membranen unterteilt werden. Anorganische Membranen sind hauptsächlich Mikrofiltrationsmembranen. Die Membran kann homogen oder heterogen und geladen oder elektrisch neutral sein. Die in der Abwasserbehandlung weit verbreiteten Membranen sind hauptsächlich asymmetrische Festkörpermembranen, die aus organischen Polymermaterialien hergestellt werden.
Klassifizierungskriterien und Klassifizierung von Membranen:
1. MBR-Membranmaterial
1. Polymerorganische Filmmaterialien: Polyolefin, Polyethylen, Polyacrylnitril, Polysulfon, aromatisches Polyamid, Fluorpolymer usw.
Organische Membranen sind relativ kostengünstig, verfügen über ausgereifte Herstellungsverfahren, unterschiedliche Porengrößen und -formen und werden häufig verwendet. Allerdings neigen sie während des Betriebs zur Verschmutzung, haben eine geringe Festigkeit und eine kurze Lebensdauer.
2. Anorganische Membran: Dies ist eine Art Feststoffmembran, d. h. eine halbdurchlässige Membran aus anorganischen Materialien wie Metallen, Metalloxiden, Keramik, porösem Glas, Zeolithen, anorganischen Polymermaterialien usw.
Die derzeit in MBR verwendeten anorganischen Membranen sind meist Keramikmembranen, die den Vorteil haben, in Umgebungen mit einem pH-Wert von 0–14, einem Druck von P < 10 MPa und einer Temperatur von < 350 °C eingesetzt werden zu können. Sie haben einen hohen Durchfluss und einen relativ geringen Energieverbrauch, was sie bei der Behandlung von hochkonzentriertem Industrieabwasser äußerst wettbewerbsfähig macht. Die Nachteile sind: hohe Kosten, Alkalibeständigkeit, geringe Elastizität und Schwierigkeiten bei der Verarbeitung und Herstellung des Films.
2. Porengröße der MBR-Membran
Die in der MBR-Technologie üblicherweise verwendeten Membranen sind Mikrofiltrationsmembranen (MF) und Ultrafiltrationsmembranen (UF), meist mit einer Porengröße von 0,1–0,4 μm, die für Membranreaktoren vom Typ Fest-Flüssig-Trennung ausreichend ist.
Zu den üblicherweise für Mikrofiltrationsmembranen verwendeten Polymermaterialien gehören Polycarbonat, Celluloseester, Polyvinylidenfluorid, Polysulfon, Polytetrafluorethylen, Polyvinylchlorid, Polyetherimid, Polypropylen, Polyetheretherketon, Polyamid usw.
Zu den üblichen Polymermaterialien für die Ultrafiltration gehören Polysulfon, Polyethersulfon, Polyamid, Polyacrylnitril (PAN), Polyvinylidenfluorid, Celluloseester, Polyetheretherketon, Polyimid, Polyetheramid usw.
3. MBR-Membranmodul
Um die industrielle Produktion und Installation zu erleichtern, die Membraneffizienz zu verbessern und eine maximale Membranfläche pro Volumeneinheit zu erreichen, wird die Membran normalerweise in irgendeiner Form in einer Grundeinheit zusammengebaut und unter einer bestimmten Antriebskraft wird die Trennung verschiedener Komponenten in der Mischflüssigkeit abgeschlossen. Diese Art von Gerät wird als Membranmodul bezeichnet.
In der Industrie werden häufig fünf Formen von Membrankomponenten verwendet:
Platten- und Rahmenmodul, Spiralwickelmodul, Rohrmodul, Hohlfasermodul und Kapillarmodul. Die ersten beiden verwenden Flachfolie, während die letzten drei Rohrfolie verwenden. Durchmesser der runden Rohrmembran > 10 mm; Kapillartyp -0,5 bis 10,0 mm; Hohlfasertyp < 0,5 mm>.
Tabelle: Eigenschaften verschiedener Membrankomponenten
Zu den im MBR-Prozess häufig verwendeten Membranmodulformen gehören Plattenrahmentyp, Rundrohrtyp und Hohlfasertyp. Platten- und Rahmentyp:
Es handelt sich um eine der frühesten Membranmodulformen, die in der MBR-Technologie verwendet wurden, und sieht ähnlich aus wie eine herkömmliche Platten- und Rahmenfilterpresse. Die Vorteile sind: einfache Herstellung und Montage, bequeme Bedienung, einfache Wartung, Reinigung und Austausch. Die Nachteile sind: komplexe Abdichtung, hoher Druckverlust und geringe Packungsdichte.
Rundrohrtyp:
Es besteht aus einer Membran und einem Membranträger und verfügt über zwei Betriebsarten: Innendrucktyp und Außendrucktyp. In der Praxis wird häufig der Innendrucktyp verwendet, bei dem das Zulaufwasser von innen in das Rohr einströmt und das Permeat von außen aus dem Rohr ausströmt. Der Membrandurchmesser beträgt zwischen 6 und 24 mm. Die Vorteile einer runden Rohrmembran sind: Die Zulaufflüssigkeit kann turbulente Strömungen kontrollieren, ist nicht leicht zu verstopfen, leicht zu reinigen und hat einen geringen Druckverlust. Der Nachteil ist die geringe Packungsdichte.
Hohlfasertyp:
Der Außendurchmesser beträgt im Allgemeinen 40–250 μm und der Innendurchmesser 25–42 μm. Die Vorteile sind eine hohe Druckfestigkeit und Verformungsbeständigkeit. Bei MBR werden Komponenten häufig direkt in den Reaktor gegeben, ohne dass Druckbehälter erforderlich sind, wodurch ein eingetauchter Membranbioreaktor entsteht. Im Allgemeinen handelt es sich um eine Membrankomponente mit externem Druck. Die Vorteile sind: hohe Packungsdichte; relativ niedrige Kosten; lange Lebensdauer, es können Nylon-Hohlfasermembranen mit stabilen physikalischen und chemischen Eigenschaften und geringer Durchlässigkeit verwendet werden; die Membran hat eine gute Druckfestigkeit und erfordert keine Stützmaterialien. Der Nachteil besteht darin, dass sie anfällig für Verstopfungen ist und Verschmutzung und Konzentrationspolarisation die Trennleistung der Membran erheblich beeinträchtigen.
Allgemeine Anforderungen an das Design von MBR-Membranmodulen:
Sorgen Sie für ausreichende mechanische Unterstützung der Membran, stellen Sie glatte Strömungskanäle sicher und vermeiden Sie tote Ecken und Bereiche mit stehendem Wasser.
Niedriger Energieverbrauch, minimierte Konzentrationspolarisation, verbesserte Trennleistung und reduzierte Membranverschmutzung;
Höchstmögliche Packungsdichte, einfache Installation, Reinigung und Austausch;
O Verfügt über ausreichende mechanische Festigkeit, chemische und thermische Stabilität.
Bei der Auswahl der Membrankomponenten sollten deren Kosten, Packungsdichte, Anwendungsszenarien, Systemprozesse, Membranverschmutzung und -reinigung, Lebensdauer usw. umfassend berücksichtigt werden.
Anwendungsbereich
Mitte bis Ende der 1990er Jahre wurden Membranbioreaktoren im Ausland erstmals in der Praxis eingesetzt. Zenon, ein kanadisches Unternehmen, brachte als erstes Unternehmen einen Ultrafiltrations-Röhrenmembranbioreaktor auf den Markt und setzte ihn zur Abwasserbehandlung in Städten ein. Um Energie zu sparen, entwickelte das Unternehmen auch getauchte Hohlfasermembranmodule. Der von dem Unternehmen entwickelte Membranbioreaktor wurde an mehr als zehn Orten eingesetzt, darunter in den USA, Deutschland, Frankreich und Ägypten, mit einer Kapazität von 380 m3/d bis 7600 m3/d. Mitsubishi Rayon ist auch ein weltweit bekannter Anbieter getauchter Hohlfasermembranen und verfügt über langjährige Erfahrung in der Anwendung von MBR. Das Unternehmen hat in Japan und anderen Ländern mehrere MBR-Projekte realisiert. Die Kubota Corporation in Japan ist ein weiteres wettbewerbsfähiges Unternehmen in der praktischen Anwendung von Membranbioreaktoren und stellt Plattenmembranen mit Eigenschaften wie hoher Durchflussrate, Verschmutzungsresistenz und einfacher Verarbeitung her. Einige inländische Forscher und Unternehmen versuchen sich ebenfalls an der praktischen Anwendung von MBR.
Heutzutage werden Membranbioreaktoren in folgenden Bereichen eingesetzt:
1. Städtische Abwasserbehandlung und Wiederverwendung von Gebäudewasser
Die erste Abwasseraufbereitungsanlage mit MBR-Technologie wurde 1967 von der amerikanischen Firma Dorr Oliver gebaut und behandelte 14 m³ Abwasser pro Tag. 1977 wurde in einem Hochhaus in Japan ein Abwasserwiederverwendungssystem in Betrieb genommen. 1980 baute Japan zwei MBR-Aufbereitungsanlagen mit Verarbeitungskapazitäten von 10 m³/Tag bzw. 50 m³/Tag. Anfang der 1990er Jahre waren in Japan 39 derartige Anlagen mit einer maximalen Verarbeitungskapazität von 500 m³/Tag in Betrieb, und mehr als 100 Hochhäuser nutzten MBR, um Abwasser zu behandeln und es in Zwischengewässern wiederzuverwenden. 1997 errichtete Wessex im britischen Porlock das weltweit größte MBR-System mit einer täglichen Verarbeitungskapazität von 2.000 m³. 1999 baute Wessex außerdem in Swanage, Dorset, eine MBR-Anlage mit einer Kapazität von 13.000 m³/Tag.
Im Mai 1998 erhielt das von der Universität Tsinghua entwickelte integrierte Membranbioreaktor-Pilotsystem die nationale Zertifizierung. Anfang 2000 baute die Universität Tsinghua im Haidian Township Hospital in Peking ein praktisches MBR-System zur Behandlung von Krankenhausabwasser. Das Projekt wurde im Juni 2000 fertiggestellt und in Betrieb genommen und läuft derzeit normal. Im September 2000 schlossen Professor Yang Zaoyan und ihr Forschungsteam von der Universität Tianjin ein MBR-Demonstrationsprojekt im Puchen-Gebäude im Tianjin New Technology Industrial Park ab. Das System behandelt 25 Tonnen Abwasser pro Tag, die vollständig zum Spülen von Toiletten und Bewässern von Grünflächen verwendet werden. Das System deckt eine Fläche von 10 Quadratmetern ab und verbraucht 0,7 kWh Energie pro Tonne Abwasser.
2. Industrielle Abwasserbehandlung
Seit den 1990er Jahren wurden die Behandlungsziele der MBR kontinuierlich erweitert. Neben der Wiederverwendung von aufbereitetem Wasser und der Behandlung von fäkalem Abwasser hat MBR auch große Beachtung in der Behandlung von industriellem Abwasser gefunden, beispielsweise bei der Behandlung von Abwasser aus der Lebensmittelindustrie, der Wasserverarbeitung, der Aquakultur, der Kosmetikproduktion, der Farbstoffproduktion und dem petrochemischen Abwasser, und alle diese Verfahren haben gute Behandlungsergebnisse erzielt. Anfang der 1990er Jahre wurde in den USA in Ohio ein MBR-System zur Behandlung von Industrieabwasser aus einem bestimmten Automobilwerk gebaut. Die Behandlungskapazität betrug 151 m3/d und die organische Belastung des Systems erreichte 6,3 kg COD/m3·d. Die COD-Entfernungsrate betrug 94 %, und der größte Teil von Öl und Fett wurde abgebaut. In den Niederlanden verwendet eine Fettextraktions- und -verarbeitungsanlage die traditionelle Oxidationsgraben-Abwasserbehandlungstechnologie zur Behandlung ihres Produktionsabwassers. Aufgrund der Ausweitung des Produktionsmaßstabs quillt der Schlamm auf und ist schwer zu trennen.Schließlich werden anstelle von Absetzbecken Zenon-Membranmodule verwendet, und die Betriebswirkung ist gut.
3. Reinigung von mikroverschmutztem Trinkwasser
Durch den weit verbreiteten Einsatz von Stickstoffdüngern und Insektiziden in der Landwirtschaft wurde auch das Trinkwasser in unterschiedlichem Ausmaß verschmutzt. Lyonnaise des Eaux entwickelte Mitte der 1990er Jahre das MBR-Verfahren, das die Funktionen der biologischen Denitrifikation, der Insektizidadsorption und der Trübungsentfernung bietet. 1995 baute das Unternehmen in Douchy, Frankreich, eine Fabrik mit einer täglichen Produktionskapazität von 400 m3 Trinkwasser. Die Stickstoffkonzentration im Abwasser liegt unter 0,1 mg/l NO2 und die Insektizidkonzentration unter 0,02 μg/l.
4. Behandlung von fäkalem Abwasser
Der Gehalt an organischen Stoffen in fäkalem Abwasser ist hoch und herkömmliche Denitrifikationsbehandlungsmethoden erfordern eine hohe Schlammkonzentration. Die Fest-Flüssig-Trennung ist instabil, was die Wirksamkeit der tertiären Behandlung beeinträchtigt. Das Aufkommen von MBR hat dieses Problem effektiv gelöst und es ermöglicht, fäkales Abwasser direkt und ohne Verdünnung zu behandeln.
Japan hat eine Technologie zur Behandlung von Fäkalien und Urin entwickelt, die als NS-System bekannt ist. Die Kernkomponente ist eine Kombination aus einem Flachmembrangerät und einem aeroben Belebtschlamm-Bioreaktor mit hoher Konzentration. Das NS-System wurde 1985 in Echigo City in der japanischen Präfektur Saitama mit einer Produktionskapazität von 10 kL/Tag gebaut. 1989 wurden in den Präfekturen Nagasaki und Kumamoto neue Kläranlagen gebaut. Die Flachfolie im NS-System wird parallel in Dutzenden von Gruppen installiert, jede mit einer Fläche von etwa 0,4 m2, um ein Rahmengerät zu schaffen, das sich automatisch öffnen und spülen kann. Das Membranmaterial ist eine Polysulfon-Ultrafiltrationsmembran mit einem Grenzmolekulargewicht von 20.000. Die Schlammkonzentration im Reaktor wird im Bereich von 15.000–18.000 mg/l gehalten.Bis 1994 gab es in Japan über 1.200 MBR-Systeme zur Behandlung des fäkalen Abwassers von mehr als 40 Millionen Menschen.
5. Behandlung von Sickerwasser aus Deponien/Komposten
Deponie-/Kompostsickerwasser enthält hohe Konzentrationen von Schadstoffen, und seine Wasserqualität und -quantität schwankt je nach Klima und Betriebsbedingungen. Vor 1994 wurde die MBR-Technologie von mehreren Kläranlagen zur Behandlung dieser Art von Abwasser eingesetzt. Durch die Kombination von MBR- und RO-Technologie können nicht nur SS, organische Stoffe und Stickstoff, sondern auch Salze und Schwermetalle wirksam entfernt werden. Vor kurzem hat die Envirogen Corporation in den USA eine MBR zur Behandlung von Sickerwasser aus Mülldeponien entwickelt und in New Jersey eine Anlage mit einer täglichen Verarbeitungskapazität von 400.000 Gallonen (ungefähr 1.500 m3/d) gebaut, die Ende 2000 in Betrieb genommen wurde. Diese MBR verwendet eine natürlich vorkommende Mischbakterie, um Kohlenwasserstoffe und chlorierte Verbindungen im Sickerwasser zu zersetzen, und die Konzentration der behandelten Schadstoffe ist 50-100-mal so hoch wie bei herkömmlichen Abwasserbehandlungsanlagen.Der Grund für diesen Behandlungseffekt liegt darin, dass MBR effiziente Bakterien zurückhalten und eine Bakterienkonzentration von 50.000 mg/l erreichen kann. Im Pilotversuch vor Ort lag der COD-Wert des Zulaufs zwischen mehreren Hundert und 40.000, und die Schadstoffentfernungsrate erreichte über 90 %.
Hauptanwendungsgebiete und entsprechende Einsatzanteile von MBR im In- und Ausland:
Anteil der Abwasserarten (%)
Industrielles Abwasser 27 Kommunales Abwasser 12
Bauabwasser 24 Müll 9
Haushaltsabwasser 27
