University of Wollongong Research O

University of Wollongong Research Online Faculty of Science - Papers (Archive) Faculty of Science, Medicine and Health 2011 Membrane Biological Reactors F I. Hai University of Wollongong, [e-mail] K Yamamoto University Of Tokyo Research Online is the open access institutional repository for the University of Wollongong. For further information contact the UOW Library: [e-mail] Publication Details Hai, F. I. & Yamamoto, K. (2011). Membrane Biological Reactors. In P. Wilderer (Eds.), Treatise on Water Science (pp. 571-613). UK: Elsevier. Membrane Biological Reactors Abstract Membrane biological reactors combine the use of biological processes and membrane technology to treat wastewater. The use of biological treatment can be traced back to the late nineteenth century. It became a standard method of wastewater treatment by the 1930s (Rittmann, 1987). Both aerobic and anaerobic biological treatment methods have been extensively used to treat domestic and industrial wastewater (Visvanathan et al., 2000). After removal of the soluble biodegradable matter in the biological process, any biomass formed needs to be separated from the liquid stream to produce the required effluent quality. In the conventional process, a secondary settling tank is used for such solid/liquid separation and this clarification is often the limiting factor in effluent quality (Benefield and Randall, 1980). Keywords reactors, biological, membrane Disciplines Life Sciences | Physical Sciences and Mathematics | Social and Behavioral Sciences Publication Details Hai, F. I. & Yamamoto, K. (2011). Membrane Biological Reactors. In P. Wilderer (Eds.), Treatise on Water Science (pp. 571-613). UK: Elsevier. This book chapter is available at Research Online: http://ro.uow.edu.au/scipapers/1130 4.16 Membrane Biological Reactors FI Hai, University of Wollongong, Wollongong, NSW, Australia K Yamamoto, University of Tokyo, Tokyo, Japan & 2011 Elsevier B.V. All rights reserved. 4.16.1 Introduction 571 4.16.2 Aeration and Extractive Membrane Biological Reactors 572 4.16.2.1 Aeration Membrane Biological Reactor 572 4.16.2.2 Extractive Membrane Biological Reactor 574 4.16.3 History and Fundamentals of Biosolid Separation MBR 574 4.16.3.1 Historical Development 574 4.16.3.2 Process Comparison with Conventional Activated Sludge Process 576 4.16.3.2.1 Treatment efficiency/removal capacity 576 4.16.3.2.2 Sludge properties and composition 576 4.16.3.2.3 Sludge production and treatment 577 4.16.3.2.4 Space requirements 577 4.16.3.2.5 Wastewater treatment cost 578 4.16.3.2.6 Comparative energy usage 579 4.16.3.3 Relative Advantages of MBR 580 4.16.3.4 Factors Influencing Performance/Design Considerations 581 4.16.3.4.1 Pretreatment 581 4.16.3.4.2 Membrane selection and applied flux 581 4.16.3.4.3 Sludge retention time 581 4.16.3.4.4 Mixed liquor suspended solids concentration 581 4.16.3.4.5 Oxygen transfer 581 4.16.4 Worldwide Research and Development Challenges 582 4.16.4.1 Importance of Water Reuse and the Role of MBR 582 4.16.4.2 Worldwide Research Trend 583 4.16.4.3 Modeling Studies on MBR 583 4.16.4.4 Innovative Modifications to MBR Design 584 4.16.4.4.1 Inclined plate MBR 585 4.16.4.4.2 Integrated anoxic–aerobic MBR 585 4.16.4.4.3 Jet-loop-type MBR 585 4.16.4.4.4 Biofilm MBR 585 4.16.4.4.5 Nanofiltration MBR 585 4.16.4.4.6 Forward osmosis MBR 586 4.16.4.4.7 Membrane distillation bioreactor 586 4.16.4.5 Technology Benefits: Operators’ Perspective 586 4.16.4.6 Technology Bottlenecks 587 4.16.4.7 Membrane Fouling – the Achilles’ Heel of MBR Technology 588 4.16.4.7.1 Fouling development 588 4.16.4.7.2 Types of membrane fouling 588 4.16.4.7.3 Parameters influencing MBR fouling 589 4.16.4.7.4 Fouling mitigation 593 4.16.5 Worldwide Commercial Application 596 4.16.5.1 Installations Worldwide 596 4.16.5.1.1 Location-specific drivers for MBR applications 596 4.16.5.1.2 Plant size 596 4.16.5.1.3 Development trend and the current status in different regions 596 4.16.5.1.4 Decentralized MBR plants: Where and why? 598 4.16.5.2 Commercialized MBR Formats 600 4.16.5.3 Case-Specific Suitability of Different Formats 600 4.16.5.4 MBR Providers 601 4.16.5.4.1 Market share of the providers 601 4.16.5.4.2 Design considerations 601 4.16.5.4.3 Performance comparison of different providers 602 4.16.5.5 Standardization of Design and Performance-Evaluation Method 604 4.16.5.5.1 Standardization of MBR filtration systems 604 571 4.16.5.5.2 Standardization of MBR characterization methods 605 4.16.6 Future Vision 605 4.16.7 Conclusion 605 References 605 4.16.1 Introduction Membrane biological reactors combine the use of biological processes and membrane technology to treat wastewater. The use of biological treatment can be traced back to the late nineteenth century. It became a standard method of wastewater treatment by the 1930s (Rittmann, 1987). Both aerobic and anaerobic biological treatment methods have been extensively used to treat domestic and industrial wastewater (Visvanathan et al., 2000). After removal of the soluble biodegradable matter in the biological process, any biomass formed needs to be separated from the liquid stream to produce the required effluent quality. In the conventional process, a secondary settling tank is used for such solid/liquid separation and this clarification is often the limiting factor in effluent quality (Benefield and Randall, 1980). Membrane filtration, on the other hand, denotes the separation process in which a membrane acts as a barrier between two phases. In water treatment, the membrane consists of a finely porous medium facilitating the transport of water and solutes through it (Ho and Sirkar, 1992). The separation spectrum for membranes, illustrated in Figure 1, ranges from reverse osmosis (RO) and nanofiltration (NF) for the removal of solutes, to ultrafiltration (UF) and microfiltration (MF) for the removal of fine particulates. MF and UF membranes are predominantly used in conjunction with biological reactors (Pearce, 2007). UF can remove the finest particles found in water supply, with the removal rating dependent upon the 0.001 1.0 10 100 1000 200 20k 200k 500k Giardia cyst Yeast and fungi Humic acids Bacteria Viruses Protein/enzymes Algae Metal ions Colloidal silica Human hair Acid Pesticide Herbicide Starch Crypt ospor idium Natural organic matter Reverse osmosis Ultrafiltration Microfiltration Nano filtration Endocrine disruptors • Reverse osmosis (RO): salts, pesticides, herbicides, metal ions, endocrine disruptors, disinfection by-products • Nanofiltration (NF): divalents salts, pesticides, herbicides, divalent metal ions • Ultrafiltration (UF): virus, bacteria, endotoxin • Microfiltration (MF): bacteria, (virus) Endotoxin Apprx. molecular weight µm Size Target of separation Membrane 0.01 0.1 Figure 1 The separation spectrum for membranes. 572 Membrane Biological Reactors pore size of the active layer of the membrane. The complete pore-size range for UF is approximately 0.001–0.02 mm, with a typical removal capability of UF for water and wastewater treatment of 0.01–0.02 mm. MF typically operates at a particle size that is up to an order of magnitude coarser than this. In water treatment, the modern trend is to use a relatively tight MF with a pore size of approximately 0.04–0.1 mm, whereas wastewater normally uses a slightly more open MF with a pore size of 0.1–0.4 mm (though wastewater can be treated using UF membranes, or MF membranes used for water applications). The market drivers for membranes in wastewater are illustrated in Figure 2. However, as in any separation process, in membrane technology too, the management and disposal of concentrate is a significant issue. Environment-friendly management and disposal of the resulting concentrates at an affordable cost is a significant challenge to water and wastewater utilities and industry. To eradicate the respective disadvantages of the individual technologies, the biological process can be integrated with membrane technology. Although some recent studies have demonstrated case-specific feasibility of direct UF of raw sewage (Janssen et al., 2008), membranes by themselves are seldom used to filter untreated wastewater, since fouling prevents the establishment of steady-state conditions and because water recovery is very low (Schrader et al., 2005; Fuchs et al., 2005; Judd and Jefferson, 2003). However, membrane filtration can be efficiently used in combination with a biological process. The biological process converts dissolved organic matter into suspended biomass, reducing membrane fouling and allowing increase in recovery. On the other hand, in the membrane filtration process, the membranes introduced into the bioreactors not only replace the settling unit for solid–liquid separation but also form an absolute barrier to solids and bacteria and retain them in the process tank. As our understanding of membrane technology grows, we learn that membrane technology is now being applied to a wider range of industrial applications and is used in many new forms for wastewater treatment. Combining membrane technology with biological reactors for the treatment of municipal and industrial wastewaters has led to the development of three generic membrane processes within bioreactors (Figure 3): for separation and recycle of solids (Visvanathan et al., 2000); for bubble-less aeration of the bioreactor (Brindle and Stephenson, 1996); and for extraction of priority organic pollutants from hostile industrial wastewaters (Stephenson et al., 2000). There are other forms of membrane biological reactors such as enzymatic membrane bioreactor (Charcosset, 2006) for production of drugs, vitamins, etc., or membrane biological reactors for waste-gas treatment (Reij et al., 1998), a discussion about which is beyond the scope of this chapter. Solid–liquid membrane-separation bioreactors employ UF or MF modules for the retention of biomass to be recycled into the bio

Kết quả (Việt) 1:

Đại học Wollongong nghiên cứu trực tuyến khoa học khoa học - giấy tờ (lưu trữ) Khoa Khoa học, y học và y tế 2011 màng sinh học lò phản ứng F I. Hải University of Wollongong, [e-mail] K Yamamoto University Of Tokyo nghiên cứu trực tuyến là kho lưu trữ thể chế truy cập mở cho đại học Wollongong. Để biết thêm thông tin liên hệ với thư viện UOW: [e-mail] Ấn phẩm chi tiết Hải, F. I. & Yamamoto, K. (2011). Lò phản ứng sinh học màng. Ở P. Wilderer (chủ biên), luận khoa học nước (tr. 571-613). Vương Quốc Anh: Elsevier. Lò phản ứng sinh học sinh học lò phản ứng trừu tượng màng màng kết hợp việc sử dụng các quá trình sinh học và công nghệ màng để xử lý nước thải. Việc sử dụng xử lý sinh học có thể được ngược trở lại vào cuối thế kỷ 19. Nó đã trở thành một phương pháp tiêu chuẩn của thải của những năm 1930 (Rittmann, 1987). Cả hai phương pháp điều trị sinh học hiếu khí và kỵ khí đã được sử dụng rộng rãi để xử lý nước thải trong nước và công nghiệp (Visvanathan và ctv., 2000). Sau khi loại bỏ vấn đề phân hủy hòa tan trong quá trình sinh học, nhiên liệu sinh học bất kỳ thành lập cần phải được tách ra từ các dòng chất lỏng để sản xuất chất thải cần thiết. Trong quá trình thông thường, một chiếc xe tăng settling thứ cấp được sử dụng như tách rắn/chất lỏng và rõ ràng này thường là yếu tố hạn chế trong chất lượng thải (Benefield và Randall, 1980). Từ khóa lò phản ứng, màng sinh học, ngành khoa học đời sống | Khoa học vật lý và toán học | Khoa học xã hội và hành vi công bố chi tiết Hải, F. I. & Yamamoto, K. (2011). Lò phản ứng sinh học màng. Ở P. Wilderer (chủ biên), luận khoa học nước (tr. 571-613). Vương Quốc Anh: Elsevier. Chương cuốn sách này là có sẵn tại Online nghiên cứu: http://ro.uow.edu.au/scipapers/1130 4,16 màng sinh học lò phản ứng FI Hải, đại học Wollongong, Wollongong, NSW, Úc K Yamamoto, đại học Tokyo, Tokyo, Nhật bản và 2011 Elsevier B.V Tất cả các quyền. 4.16.1 giới thiệu 571 4.16.2 thoáng và khai khoáng phản ứng sinh học màng 572 4.16.2.1 thoáng màng sinh học lò phản ứng 572 4.16.2.2 khai khoáng màng sinh học lò 574 4.16.3 lịch sử và nguyên tắc cơ bản của Biosolid tách MBR 574 4.16.3.1 lịch sử phát triển 574 4.16.3.2 quá trình so sánh với thông thường kích hoạt quá trình bùn 576 4.16.3.2.1 điều trị hiệu quả/loại bỏ khả năng 576 4.16.3.2.2 bùn thuộc tính và thành phần 576 4.16.3.2.3 bùn sản xuất và điều trị 577 4.16.3.2.4 Space yêu cầu 577 4.16.3.2.5 xử lý nước thải chi phí 578 4.16.3.2.6 điều trị năng lượng so sánh lợi thế tương đối sử dụng 579 4.16.3.3 của MBR 580 4.16.3.4 yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất/thiết kế cân nhắc 581 4.16.3.4.1 Pretreatment 581 4.16.3.4.2 màng lựa chọn và áp dụng thông lượng 581 4.16.3.4.3 bùn lưu giữ thời gian 581 4.16.3.4.4 hỗn hợp chất rắn bị đình chỉ rượu nồng độ 581 4.16.3.4.5 oxy chuyển 581 4.16.4 nghiên cứu trên toàn thế giới và những thách thức phát triển 582 4.16.4.1 tầm quan trọng của nước tái sử dụng và vai trò MBR 582 4.16.4.2 trên toàn thế giới nghiên cứu xu hướng 583 4.16.4.3 mô hình nghiên cứu về MBR 583 4.16.4.4 sửa đổi sáng tạo thiết kế MBR 584 4.16.4.4.1 nghiêng tấm MBR 585 4.16.4.4.2 tích hợp thiếu ôxy- hiếu khí MBR 585 4.16.4.4.3 máy bay phản lực-vòng lặp – loại MBR 585 4.16.4.4.4 Biofilm MBR 585 4.16.4.4.5 Nanofiltration MBR 585 4.16.4.4.6 phía trước thẩm thấu MBR 586 4.16.4.4.7 màng chưng cất bioreactor 586 4.16.4.5 công nghệ lợi ích: nhà khai thác quan điểm 586 4.16.4.6 công nghệ tắc nghẽn 587 4.16.4.7 màng bẩn-trường đại học Achilles' gót chân của MBR nghệ 588 4.16.4.7.1 bẩn phát triển 588 4.16.4.7.2 loại màng bẩn 588 4.16.4.7.3 tham số gây ảnh hưởng tới MBR bẩn 589 4.16.4.7.4 bẩn giảm nhẹ 593 4.16.5 ứng dụng thương mại trên toàn thế giới 596 4.16.5.1 cài đặt trên toàn thế giới dành riêng cho vị trí 596 4.16.5.1.1 trình điều khiển cho các ứng dụng MBR Xu hướng phát triển kích thước 596 4.16.5.1.3 596 4.16.5.1.2 thực vật và tình trạng hiện tại trong các khu vực khác nhau 596 4.16.5.1.4 phân cấp MBR nhà máy: ở đâu và tại sao? 598 4.16.5.2 thương mại hóa MBR định dạng 600 4.16.5.3 dành riêng cho trường hợp thích hợp của khác nhau định dạng 600 4.16.5.4 MBR nhà cung cấp 601 4.16.5.4.1 thị phần so sánh hiệu suất cân nhắc 601 4.16.5.4.3 nhà cung cấp 601 4.16.5.4.2 thiết kế của nhà cung cấp khác nhau 602 4.16.5.5 tiêu chuẩn thiết kế và phương pháp đánh giá hiệu suất hệ thống lọc tiêu chuẩn hóa MBR 604 4.16.5.5.1 604 571 4.16.5.5.2 tiêu chuẩn hóa MBR đặc tính phương pháp 605 4.16.6 tầm nhìn tương lai 605 4.16.7 kết luận 605 tham khảo 605 4.16.1 giới thiệu màng sinh học lò phản ứng kết hợp việc sử dụng các quá trình sinh học và màng công nghệ để xử lý nước thải. Việc sử dụng xử lý sinh học có thể được ngược trở lại vào cuối thế kỷ 19. Nó đã trở thành một phương pháp tiêu chuẩn của thải của những năm 1930 (Rittmann, 1987). Cả hai phương pháp điều trị sinh học hiếu khí và kỵ khí đã được sử dụng rộng rãi để xử lý nước thải trong nước và công nghiệp (Visvanathan và ctv., 2000). Sau khi loại bỏ vấn đề phân hủy hòa tan trong quá trình sinh học, nhiên liệu sinh học bất kỳ thành lập cần phải được tách ra từ các dòng chất lỏng để sản xuất chất thải cần thiết. Trong quá trình thông thường, một chiếc xe tăng settling thứ cấp được sử dụng như tách rắn/chất lỏng và rõ ràng này thường là yếu tố hạn chế trong chất lượng thải (Benefield và Randall, 1980). Màng lọc, mặt khác, là bắt trình tách trong đó một màng hoạt động như một rào chắn giữa hai giai đoạn. Trong xử lý nước, các màng tế bào bao gồm một phương tiện mịn xốp tạo thuận lợi cho việc vận chuyển nước và solutes qua nó (hồ và Sirkar, 1992). Quang phổ phân chia cho màng, minh họa trong hình 1, dao động từ đảo ngược thẩm thấu (RO) và nanofiltration (NF) cho việc loại bỏ solutes, siêu lọc (UF) và microfiltration (MF) cho việc loại bỏ các hạt tốt. MF và UF màng chủ yếu được sử dụng kết hợp với lò phản ứng sinh học (Pearce, 2007). UF có thể loại bỏ các hạt tốt nhất tìm thấy trong nguồn cung cấp nước, với việc loại bỏ đánh giá phụ thuộc vào 1.0 0,001 10 100 1000 200 20 k 200 k 500k Giardia nang nấm men và nấm axít Humic kim loại tảo Protein/enzyme vi khuẩn virus các ion chất keo silica của con người tóc axit thuốc trừ dịch hại thuốc diệt cỏ tinh bột Crypt ospor idium chất hữu cơ tự nhiên thẩm thấu ngược siêu lọc Microfiltration Nano lọc nội tiết disruptors • thẩm thấu ngược (RO) : muối, thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, ion kim loại, disruptors nội tiết, khử trùng sản phẩm phụ • Nanofiltration (NF): divalents muối, thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, tương kim loại các ion • siêu lọc (UF): virus, vi khuẩn, endotoxin • Microfiltration (MF): vi khuẩn, (virus) Endotoxin Apprx. trọng lượng phân tử μm kích thước mục tiêu của tách màng 0,01 0.1 con số 1 phổ tách cho màng. 572 lò phản ứng sinh học màng lỗ chân lông các kích thước của lớp màng tế bào, hoạt động. Phạm vi kích thước lỗ đầy đủ nhất UF là khoảng 0,001-0,02 mm, với một khả năng loại bỏ tiêu biểu của UF cho điều trị nước và nước thải của 0,01-0,02 mm. MF thường hoạt động ở một kích thước hạt là lên đến một thứ tự cường độ thô hơn này. Trong xử lý nước, xu hướng hiện đại là sử dụng một MF chặt chẽ tương đối với kích thước lỗ khoảng 0,04-0,1 mm, trong khi nước thải thông thường sử dụng một MF thêm một chút mở với kích thước lỗ chân lông 0.1-0.4 mm (mặc dù nước thải có thể được điều trị bằng cách sử dụng UF màng, hoặc MF màng được sử dụng cho các ứng dụng nước). Các trình điều khiển thị trường cho màng trong xử lý nước thải được minh hoạ trong hình 2. Tuy nhiên, như trong bất kỳ quá trình tách, trong công nghệ màng quá, quản lý và xử lý tập trung là một vấn đề quan trọng. Thân thiện với môi trường quản lý và xử lý tập trung kết quả tại một chi phí phải chăng là một thách thức đáng kể để tiện ích nước và nước thải và ngành công nghiệp. Để diệt trừ những khó khăn tương ứng của các công nghệ cá nhân, quá trình sinh học có thể được tích hợp với công nghệ màng. Mặc dù một số nghiên cứu gần đây đã chứng minh tính khả thi dành riêng cho trường hợp của UF trực tiếp của nước thải thô (Janssen và ctv., 2008), màng của mình hiếm khi được sử dụng để lọc nước thải không được điều trị, kể từ khi sửa ngăn chặn sự thành lập của trạng thái ổn định điều kiện và vì nước phục hồi là rất thấp (Schrader et al., 2005; Fuchs et al., 2005; Judd và Jefferson, 2003). Tuy nhiên, màng lọc có thể được hiệu quả sử dụng kết hợp với một quá trình sinh học. Chuyển đổi quá trình sinh học giải thể các vật chất hữu cơ vào nhiên liệu sinh học bị đình chỉ, giảm màng bẩn và cho phép sự gia tăng trong việc phục hồi. Mặt khác, trong quá trình lọc màng, màng giới thiệu vào các bioreactors không chỉ thay thế các đơn vị settling rắn-chất lỏng tách nhưng cũng tạo thành một rào cản đối tuyệt đối với chất rắn và vi khuẩn và giữ lại chúng trong quá trình tăng. Khi chúng tôi hiểu biết về công nghệ màng phát triển, chúng tôi tìm hiểu rằng công nghệ màng bây giờ được áp dụng cho một phạm vi rộng hơn của ứng dụng công nghiệp và được sử dụng trong nhiều hình thức mới cho điều trị nước thải. Kết hợp công nghệ màng với lò phản ứng sinh học cho điều trị đô thị và công nghiệp wastewaters đã dẫn đến sự phát triển của ba quy trình chung màng trong bioreactors (hình 3): cho ly thân và tái chế chất rắn (Visvanathan et al., 2000); cho bong bóng-ít thoáng của bioreactor (Brindle và Stephenson, 1996); và cho khai thác các chất ô nhiễm hữu cơ ưu tiên từ thù địch công nghiệp wastewaters (Stephenson và ctv., 2000). Không có các hình thức khác của lò phản ứng sinh học màng chẳng hạn như enzym màng bioreactor (Charcosset, 2006) để sản xuất thuốc, vitamin, vv, hoặc lò phản ứng sinh học màng cho xử lý chất thải-khí (Reij et al., 1998), một cuộc thảo luận về mà là vượt ra ngoài phạm vi của chương này. Rắn-chất lỏng màng-tách bioreactors sử dụng mô-đun UF hoặc MF cho việc lưu giữ của nhiên liệu sinh học để được tái chế vào sinh học

Kết quả (Việt) 2:

Đại học Nghiên cứu Wollongong Trực tuyến Khoa Khoa học - Giấy tờ (Archive) Khoa Khoa học, Y học và Y tế năm 2011 màng sinh học Lò phản ứng F I. Hai trường Đại học Wollongong, [e-mail] Đại học K Yamamoto Of Tokyo Nghiên cứu trực tuyến là truy cập mở kho chế cho các trường Đại học Wollongong. Để biết thêm thông tin liên lạc với Thư viện UOW: [e-mail] Publication Details Hải, FI & Yamamoto, K. (2011). Lò phản ứng màng sinh học. Trong P. Wilderer (Eds.), Chuyên luận về khoa học nước (pp. 571-613). Vương quốc Anh: Elsevier. Lò phản ứng màng sinh học Tóm tắt lò phản ứng sinh học màng kết hợp việc sử dụng các quá trình sinh học và công nghệ màng lọc để xử lý nước thải. Việc sử dụng xử lý sinh học có thể được truy trở lại vào cuối thế kỷ XIX. Nó đã trở thành một phương pháp tiêu chuẩn xử lý nước thải của năm 1930 (Rittmann, 1987). Cả hai phương pháp xử lý sinh học hiếu khí và kỵ khí đã được sử dụng rộng rãi để xử lý nước thải công nghiệp và đời (Visvanathan et al., 2000). Sau khi loại bỏ các vấn đề phân hủy sinh học hòa tan trong các quá trình sinh học, bất kỳ sinh khối hình thành cần phải được tách ra từ các dòng chất lỏng để sản xuất các yêu cầu chất lượng nước thải. Trong quá trình thông thường, một bể lắng thứ cấp được sử dụng cho ví dụ rắn / lỏng tách và làm rõ điều này thường là yếu tố hạn chế trong chất lượng nước thải (Benefield và Randall, 1980). Từ khóa lò phản ứng, sinh học, tắc màng Khoa học Đời sống | Khoa học Vật lý và Toán học | Xã hội và khoa học hành vi bản chi tiết Hải, FI & Yamamoto, K. (2011). Lò phản ứng màng sinh học. Trong P. Wilderer (Eds.), Chuyên luận về khoa học nước (pp. 571-613). Vương quốc Anh: Elsevier. Chương sách này hiện có sẵn tại Viện nghiên cứu trực tuyến: http://ro.uow.edu.au/scipapers/1130 4.16 Membrane lò phản ứng sinh học FI Hải, Đại học Wollongong, Wollongong, NSW, Australia K Yamamoto, Đại học Tokyo, Tokyo, Nhật Bản & 2011 Elsevier BV Tất cả quyền được bảo lưu. 4.16.1 Giới thiệu 571 4.16.2 sục khí và khai khoáng màng sinh học Lò phản ứng 572 4.16.2.1 Sục khí màng sinh học Reactor 572 4.16.2.2 Khai khoáng màng sinh học Reactor 574 4.16.3 Lịch sử và nguyên tắc cơ bản của Separation Biosolid MBR 574 4.16.3.1 Lịch sử phát triển 574 4.16. 3.2 Quá trình so sánh với quá trình bùn hoạt tính thông thường 576 hiệu quả điều trị 4.16.3.2.1 / công suất loại bỏ 576 4.16.3.2.2 tính bùn và thành phần 576 4.16.3.2.3 sản xuất bùn và xử lý 577 4.16.3.2.4 yêu cầu Space 577 4.16. 3.2.5 Xử lý nước thải chi phí 578 4.16.3.2.6 sử dụng năng lượng so sánh 579 4.16.3.3 Ưu điểm tương đối của MBR 580 4.16.3.4 yếu tố ảnh hưởng hiệu suất / cân nhắc thiết kế 581 4.16.3.4.1 Tiền xử lý 581 lựa chọn 4.16.3.4.2 màng và áp dụng tuôn 581 4.16.3.4.3 bùn thời gian lưu giữ tập trung 581 4.16.3.4.4 rượu rắn lơ lửng Mixed 581 4.16.3.4.5 Oxygen chuyển 581 4.16.4 Worldwide Nghiên cứu và Phát triển Thách thức 582 4.16.4.1 Tầm quan trọng của nước tái sử dụng và vai trò của MBR 582 4.16.4.2 nghiên cứu trên toàn thế giới Trend 583 4.16.4.3 Các nghiên cứu mô hình hóa trên MBR 583 4.16.4.4 Modifications Innovative để MBR Design 584 4.16.4.4.1 tấm nghiêng MBR 585 4.16.4.4.2 hợp thiếu oxy-aerobic MBR 585 4.16.4.4. 3 Jet-loop kiểu MBR 585 4.16.4.4.4 màng sinh học MBR 585 4.16.4.4.5 lọc nano MBR 585 4.16.4.4.6 Chuyển tiếp thẩm thấu MBR 586 4.16.4.4.7 Membrane bioreactor chưng cất 586 4.16.4.5 Lợi ích Công nghệ: khai thác ' Perspective 586 4.16.4.6 Công nghệ Tắc nghẽn 587 4.16.4.7 màng Fouling - những 'gót chân Achilles của MBR Công nghệ 588 4.16.4.7.1 tắc nghẽn phát triển 588 4.16.4.7.2 Các loại màng hà 588 4.16.4.7.3 Các thông số ảnh hưởng đến MBR hà 589 4.16.4.7.4 tắc nghẽn giảm nhẹ Application 593 4.16.5 Worldwide thương mại 596 4.16.5.1 Installations Worldwide 596 4.16.5.1.1 trình điều khiển vị trí cụ thể cho các ứng dụng MBR 596 4.16.5.1.2 Nhà máy kích thước 596 xu 4.16.5.1.3 và Phát triển tình trạng hiện nay ở các vùng khác nhau 596 4.16.5.1.4 cây phân cấp MBR: ở đâu và tại sao? 598 4.16.5.2 định dạng MBR được thương mại 600 phù hợp 4.16.5.3 Case-cụ thể các định dạng khác nhau cung cấp 600 4.16.5.4 MBR 601 cổ 4.16.5.4.1 thị trường của các nhà cung cấp 601 4.16.5.4.2 Thiết kế cân nhắc 601 4.16.5.4.3 Performance so sánh các nhà cung cấp khác nhau 602 4.16.5.5 Tiêu chuẩn thiết kế và Performance-đánh giá Phương pháp 604 4.16.5.5.1 Tiêu chuẩn của hệ thống lọc MBR 604 571 4.16.5.5.2 Tiêu chuẩn của MBR phương pháp đặc 605 4.16.6 Tầm nhìn tương lai 605 4.16.7 Kết luận 605 Tài liệu tham khảo 605 4.16.1 Giới thiệu Membrane lò phản ứng sinh học kết hợp việc sử dụng các quá trình sinh học và công nghệ màng lọc để xử lý nước thải. Việc sử dụng xử lý sinh học có thể được truy trở lại vào cuối thế kỷ XIX. Nó đã trở thành một phương pháp tiêu chuẩn xử lý nước thải của năm 1930 (Rittmann, 1987). Cả hai phương pháp xử lý sinh học hiếu khí và kỵ khí đã được sử dụng rộng rãi để xử lý nước thải công nghiệp và đời (Visvanathan et al., 2000). Sau khi loại bỏ các vấn đề phân hủy sinh học hòa tan trong các quá trình sinh học, bất kỳ sinh khối hình thành cần phải được tách ra từ các dòng chất lỏng để sản xuất các yêu cầu chất lượng nước thải. Trong quá trình thông thường, một bể lắng thứ cấp được sử dụng cho ví dụ rắn / lỏng tách và làm rõ điều này thường là yếu tố hạn chế trong chất lượng nước thải (Benefield và Randall, 1980). Lọc màng, mặt khác, biểu thị quá trình tách trong đó một màng hoạt động như một rào cản giữa hai giai đoạn. Trong xử lý nước, màng bao gồm một trung mịn xốp tạo thuận lợi cho việc vận chuyển nước và chất tan qua nó (Ho và Sirkar, 1992). Phổ tách cho màng, được minh họa trong hình 1, khoảng từ thẩm thấu ngược (RO) và lọc nano (NF) để loại bỏ các chất hoà tan, để siêu lọc (UF) và vi lọc (MF) để loại bỏ các hạt bụi mịn. MF và UF màng được sử dụng chủ yếu kết hợp với các lò phản ứng sinh học (Pearce, 2007). UF có thể loại bỏ các hạt tốt nhất được tìm thấy trong nguồn nước, với những đánh giá loại bỏ phụ thuộc vào 0.001 1.0 10 100 1000 200 20k 200k 500k Giardia nang men và nấm Humic axit vi khuẩn virus Protein / enzyme Tảo kim loại ion silic keo tóc Nhân Acid thuốc trừ sâu diệt cỏ Starch Crypt ospor idium chất hữu cơ tự nhiên gây rối loạn Thẩm thấu ngược siêu lọc vi lọc Nano lọc nội tiết • Thẩm thấu ngược (RO): muối, thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, các ion kim loại, rối loạn nội tiết, khử trùng các sản phẩm • lọc nano (NF): divalents muối, thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, ion hóa trị hai kim loại • siêu lọc (UF): virus, vi khuẩn, nội độc tố • vi lọc (MF): vi khuẩn, (virus) nội độc tố apprx. trọng lượng phân tử micron Kích Target tách màng 0.01 0.1 Hình 1 Phổ tách cho màng. 572 Màng sinh học Lò phản ứng kích thước lỗ chân lông của lớp hoạt động của màng tế bào. Phạm vi lỗ chân lông, kích thước đầy đủ cho UF khoảng 0,001-0,02 mm, với một khả năng loại bỏ tiêu biểu của UF cho nước và xử lý nước thải của 0,01-0,02 mm. MF thường hoạt động ở một kích thước hạt đó là đến một thứ tự cường độ thô hơn so với điều này. Trong xử lý nước, xu hướng hiện đại là sử dụng một MF tương đối chặt chẽ với kích thước lỗ khoảng 0,04-0,1 mm, trong khi nước thải thông thường sử dụng một MF hơi mở hơn với kích thước lỗ 0,1-0,4 mm (mặc dù nước thải có thể được điều trị bằng UF màng, hoặc màng MF sử dụng cho các ứng dụng nước). Các trình điều khiển thị trường cho màng trong nước thải được minh họa trong hình 2. Tuy nhiên, như trong bất kỳ quá trình phân tách, trong công nghệ màng quá, việc quản lý và xử lý tập trung là một vấn đề quan trọng. Quản lý môi trường thân thiện và thanh lý các chất cô quả với chi phí phải chăng là một thách thức lớn cho ngành cung cấp nước và xử lý nước thải và công nghiệp. Để diệt trừ những bất lợi tương ứng của các nghệ nhân, các quá trình sinh học có thể được tích hợp với công nghệ màng. Mặc dù một số nghiên cứu gần đây đã chứng minh trường hợp cụ thể về tính khả thi của UF trực tiếp của nước thải thô (Janssen et al., 2008), màng bởi chính họ là hiếm khi được sử dụng để lọc nước thải chưa qua xử lý, vì tắc nghẽn ngăn cản việc thành lập các điều kiện trạng thái ổn định và vì thu hồi nước là rất thấp (Schrader et al, 2005;. Fuchs et al 2005,;. Judd và Jefferson, 2003). Tuy nhiên, màng lọc có thể được sử dụng hiệu quả trong sự kết hợp với một quá trình sinh học. Các quá trình sinh học chuyển đổi hòa tan chất hữu cơ thành sinh khối lơ lửng, giảm tắc nghẽn màng và cho phép tăng trong phục hồi. Mặt khác, trong quá trình lọc màng, màng giới thiệu vào các phản ứng sinh học không chỉ thay thế các đơn vị giải quyết cho tách rắn-lỏng, nhưng cũng tạo thành một rào cản tuyệt đối đến chất rắn và vi khuẩn và giữ chúng trong bể quá trình. Theo sự hiểu biết của chúng ta về công nghệ màng phát triển, chúng ta biết rằng công nghệ màng lọc hiện đang được áp dụng cho một phạm vi rộng lớn hơn của các ứng dụng công nghiệp và được sử dụng dưới nhiều hình thức mới cho xử lý nước thải. Kết hợp công nghệ lò phản ứng sinh học với màng cho việc điều trị các loại nước thải đô thị và công nghiệp đã dẫn đến sự phát triển của ba quá trình màng generic trong phản ứng sinh học (hình 3): tách và tái chế các chất rắn; (Visvanathan et al., 2000) cho bong bóng ít khí của bioreactor (Brindle và Stephenson, 1996); và để khai thác các ưu tiên các chất ô nhiễm hữu cơ từ nước thải công nghiệp nguy hiểm (Stephenson et al., 2000). Có nhiều hình thức khác của màng các lò phản ứng sinh học như enzym màng bioreactor (Charcosset, 2006) để sản xuất các loại thuốc, vitamin, vv, hoặc màng lò phản ứng sinh học để xử lý chất thải khí (Reij et al., 1998), một cuộc thảo luận về những là vượt ra ngoài phạm vi của chương này. Chất rắn phản ứng sinh học màng tách dụng UF hoặc MF module cho việc lưu giữ sinh khối để được tái chế thành những sinh học