A „Kis méretű szennyvíztisztító és víz új h újrahasznosító ító berendezés b d é fejlesztése” f jl té ” TéT 08 RC SHEN kutatási projekt eredményei és jövőbeli alkalmazási lk l á i llehetőségei h tő é i Szakmai – tudományos konferencia Miskolc, 2011. 02. 14.
Membrántisztítási továbbfejlesztések a Shenzen projekt keretén belül Doc. Dr. Takács János, Nagy Sándor tanszéki mérnök Miskolci Egyetem gy MFK Ny. K. Eljárástechnikai Intézete
TARTALOM
• • • • • • •
Fázisszétválasztás Szilárd szennyezők Membránszűrés (eljárások, modulok) Eltömődés, tisztítás Üzemi berendezés felépítése Kísérleti berendezések, eredmények Javaslattétel
Fázisszétválasztás A szennyvíztisztításban az egyik legfontosabb feladat a fázisszétválasztás, a szilárd anyag leválasztása, mérettől é ttől fü függetlenül. tl ül
A kommunális szennyvíz szilárd szennyezői 1. Eredeti szilárd szennyezők szerves szervetlen Eltávolítás: rács rács, homokfogó homokfogó, előülepítő 2. Szennyvíztisztítás közben jelentkező szilárd anyagok: lebontott mikroorganizmusok (baktériumok, vírusok) Eltávolításuk: hagyományos út: utóülepítés újabban: membránszűrés
Membránszűrés I. A biológiai tisztítást követően: a baktériumokat,, vírusokat lehető legnagyobb g gy hatásfokkal válasszuk le; a víz ne legyen fertőző, baktérium és vírusmentes legyen
MEMBRÁNSZŰRÉS
Membránszűrés II. A membránszűrés, egy jól megválasztott porózus lap, membrán segítségével a feladott szuszpenzióból, szennyvízből a kívánt méretű részecskék, nagymolekulák, sók, vegyszeres kezelés és lepényképződés nélküli, nyomáskülönbség segítségével történő leválasztása. F l d t a d<3 µm anyagok Feladata k leválasztása, l ál tá llepényképződés é ké ődé nélkül. élkül A membránszűrés általános modellje:
Eljárások I. – Dead- end üzemmód Működés: Szűrendő médium átáramlik a szűrőn (kávéfilter) (kávéfilter), a kiszűrt részecskék a membránon rakódnak le, a lerakódás időben növő áramlási ellenállást okoz, amit időnként (szűrési intervallum) öblít i kell. öblíteni k ll •Szakaszos üzemeltetés (öblítés, nyomáskülönbség kompenzáció). •Csekély fajlagos energiafelhasználás (0,1…0,5 kWh/m3ppermeátum). •Nagyon kis szilárdanyag tartalom a feladásban.
Dead – end üzem sematikus ábrája
Eljárások II. – Keresztáramú üzem Működés: Ebben az üzemben a membránnal párhuzamos áramlás valósul meg. •A keresztáram kontrollálni tudja a lerakódások képződését a membránon. •Magas energiaigény, ami a membrán túláramhoz szükséges.
Keresztáramú üzem sematikus ábrája
Eljárások III. – Bemerülő membrán Működés: a membránokat direkt a szűrendő médiumot tartalmazó medencébe helyezik és permeátum oldali depressziót alkalmaznak. •A lerakódások szabályozása levegő bevezetésével történik; •Nagy szilárdanyag tartalmú vizekre; •Energiaigény kb. 0,3…0,7 kWh/m3 , kis permeátumáram (10..30 l/m2h)
Bemerülő membrán üzemmódjai
Membránmodulok I. – Tömlőmembrános modulok
•
C ő d l Csőmodul
•
Kapilláris modulok
Membránmodulok II. – Lemezmodul • • •
A lemezmodulok fordított ozmózis, ultraszűrés és pervaporációnál alkalmazzák. Nagy flexibilitás a különböző membránanyagok tekintetében. Nagyszámú tömítés mellett a nagy belső nyomásveszteség
Lapmembrán
Membránmodulok III.
• Párna modul
• Csigamodul
Eltömődés – Tisztítási módok •Adott Adott intervallumonkénti lerakódás leválasztásra a permeátum visszaöblítés (permeátum oldali nyomásnöveléssel folyásirány változtatás). •Rövid idejű keresztáramú öblítéssel öblítéssel. •Kétfázisú (víz és levegő) túláramoltatással (nagy falmenti húzófeszültség) távolítják el a lerakódásokat. •Időnként Idő ké t ké kémiai i i titisztítás títá válik álik szükségessé. ük é é
Szűrési ciklusok dead – end üzemben
JDL – MBR elölnézete és elrendezési rajza Membrán modul feladata: a lebontó mikroorganizmusok leválasztása a vízből. Feladat: üzemeltetési paraméterek meghatározása, javaslattétel a jobbításra. • Anox/anaerob tér ((tisztítás denitrifikációs folyamata). y ) • Aerob tér (szerves anyag biokémiai lebontása, és az ammónia nitrifikálódása, a tisztított víz leválasztása). • Tisztavíz tér
Membránszálak az üzemi berendezésben Az üzemeltetés során nem volt előülepítés előülepítés, a szennyeződés jelentős
Szennyeződések
2000× nagyítás
15000× nagyítás
Mikroszkópfelvétel: A membráncső felületének elszennyeződése, és összetétele
Membránszűrő állomás 150 140 130
90 perc alatt leszûrt víz mennyisége [ml ]
120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0
A laboratóriumi membránszűrő állomás
20
40
60
80 100 120 140 Nyomáskülönbség [mbar]
160
180
200
220
Lapmembrán kísérleti kör
0,3
Telje esítmény (m3/m2 2h)
0,25
02 0,2
0,15
0,1
0,05
0 1
2
3
Nyomáskülönbség (1=50; 2=22,5; 3=12 mbar)
A 0,2 µm-es lapmembrán alkalmazásával elérhető teljesítmények, illetve a szükséges szűrőfelület az 50 m3/d, illetve 100 m3d teljesítmény igény esetén. Az alap berendezésben az 50m3/d teljesítményt 105 m2 szűrőfelület biztosítja. A szűrési nyomáskülönbség: 0,03-0,3 MPa.
∆p vákuum mbar
Fajlagos teljesítmény m3/m2h
Szükséges szűrőfelület m2 Q= 50 m3/d Q= 100 m3/d
50
0 26 0,26
81 8,1
16
22,5
0,123
17
34
12
0,038
55
110
A membrán tisztítási eljárás vizsgálata 1. Mechanikai kezelés: • A membrán szűrő szálak között szennyvíz oldali levegő beáramlás ( h l lleválasztás). (pehely ál tá ) E Esetleg tl szűrlet ű l t oldali ld li llevegő/folyadék ő/f l dék bevezetés (pillanatszerűen megakasztja a szűrési mechanizmust). • A koaguláló-flokkuláló g és ülepítő p rendszert úgy gy terveztük,, hogy gy a membránszűrésre veszélyesebb szálas-fonalas szennyeződések ne jussanak a biológiai fokozatra, és ez által a membránokra. • Szennyvíz oldali levegővel optimális levegő bevezetés (pehely kiválás ellen; az aerob térben szükséges oxigén bevezetése). • Vegyszeres nátrium-hypokloritos kezelés 2. Kémai kezelés: • A szennyvízből í ből oldott ld tt anyagok k kicsapódása ki ódá következhet kö tk h t be b • Kémia kezelés hatására a kicsapódott vegyületeket visszaoldódnak, ((leállás szétszerelés melletti lúgos-savas g áztatásos oldás))
Javaslattételek
A jelenlegi kapilláris membrán helyett lapmembrán alkalmazása; Vegyszeres ill. permeátummal történő tisztítás helyett rövid idejű sűrített levegős tisztítás alkalmazása; Időközönként leállás, membrán felületének vegyszeres tisztítása (sók, letapadt szennyezők eltávolítására); Ciklusidők Cikl idők meghatározása h tá á h hosszabb bb időt vesz igénybe i é b (1 hónap alatt nem jelentkezett a leállás igénye)
KÖSZÖNÖM A FIGYELMET!
