În întregul univers, există o moleculă pe care o persoană o caută cu nerăbdare pe suprafața unei planete îndepărtate sau în atmosfera ei și a cărei detectare ar ajuta la realizarea fanteziei nebune a omenirii: a găsi viață în afara planetei noastre.
Această moleculă poate fi reprezentată sub forma unui triunghi isoscel cu un unghi interatomic caracteristic de 105 # 730; Formula acestei molecule poate fi scrisă foarte simplu: H2O, adică această moleculă este formată prin fuziunea unui atom de oxigen și a doi atomi de hidrogen - aceasta este apa.
Apa este cea mai obișnuită substanță minerală de pe suprafața Pământului. Formează o hidrosferă. Volumul său este de 1385 km x 10 6 3 97,4% dintre ele se află în oceane care constituie 71% din suprafața pământului, 2% - sub formă de gheață, și doar 0,6% (acest lucru este de 8 x 10 6 km 3) - sub formă de apă dulce continentală
Pe suprafața pământului, cantitatea de apă proaspătă disponibilă este de aproximativ 350.000 km 3, volumul de gheață glaciară la stâlpi, care este și apă proaspătă, este de 25 × 10 6 km 3.
Apa este necesară pentru viața biologică. Aceasta este componenta principală a materiei vii - în medie, apa este de 80%. La organismele mai mari, procentul de conținut de apă variază între 60 și 70%.
Nu există nici o îndoială că nu se oprește nevoia tot mai mare a omenirii în apa care implică necesitatea urgentă de a conserva apa si purifica-l pentru a fi utilizate, în scopuri industriale specifice, precum și pentru a limita evacuarea contaminanților în mediul înconjurător.
Scopuri și metode de purificare
Stăpânirea de către noi a unor noi teritorii duce la reducerea rezervelor naturale de apă și la creșterea cantității de deșeuri. Natura în jurul unor megacities mari nu poate face față păstrării echilibrului natural. Depozitarea deșeurilor, scurgerea canalizării în bazinele de apă într-o cantitate mai mare decât este necesară pentru auto-curățare duce la poluarea apei. În acest sens, în această etapă, problema urgentă este tratarea apelor reziduale și menținerea echilibrului hidrologic.
Tratarea apei reziduale - epurarea apelor reziduale în scopul distrugerii sau îndepărtării substanțelor dăunătoare din acestea. Eliberarea apei uzate din poluare este o producție complexă. În ea, ca și în orice altă producție, există materii prime (canalizare) și produse finite (apă purificată)
Metodele de tratare a apelor reziduale pot fi împărțite în mecanică, chimică, fizico-chimică și biologică, atunci când sunt aplicate împreună, metoda de curățare și neutralizare a apelor reziduale se numește combinate. Aplicarea acestei sau acelei metode în fiecare caz este determinată de natura contaminării și de gradul de pericol al impurităților.
De regulă, tratamentul complex este utilizat în instalațiile de tratare, deoarece în majoritatea cazurilor, apele uzate au o natură diferită de poluare.
În Rusia, există unele dintre cele mai stricte cerințe din lume pentru calitatea tratării apelor reziduale. În același timp, majoritatea stațiilor de tratare a apelor reziduale existente au fost construite în anii 1970 și 1980 conform proiectelor standard și numai 15% din apele uzate îndeplinesc cerințele pentru evacuarea în recipientele de apă.
Până în prezent, tratarea separată izolată a apelor uzate cu membrane. Este cel mai productiv și este un complex de membrane semipermeabile speciale care separă filtratul de suspensia purificată. Partea lichidă a substanței contaminate trece prin sept și particulele mecanice sunt reținute de filtrul cu membrană.
Sistemele de tratare a apelor uzate pot include următoarele procese:
§ osmoza inversa (bazata pe principiul membranelor semipermeabile);
§ microfiltrarea (separarea solidelor suspendate, amestecurile coloidale sub presiune);
§ ultrafiltrarea (datorită diferenței de mase moleculare și a dimensiunilor moleculare);
Dializă (utilizează un gradient de concentrație);
§ Electrodializa (efectuată datorită influenței curentului electric asupra ionilor amestecurilor dizolvate).
Trebuie de asemenea remarcat faptul că materialul membranar, adică materialul membranar, joacă un rol important în purificarea membranei apei. decât formarea fazei membranei în sine. Acest semn este principalul motiv pentru o mare varietate de membrane. Următoarele grupuri se disting în purificarea apei membrane:
§ materiale de origine biologică (pereți ai organelor interne, membrane celulare);
§ polimeri de origine vegetală (celuloză, produse de prelucrare);
§ metale (pure și aliaje);
Materiale de carbon (grafit, funingine);
Materiale ceramice (oxizi, carburi, nitruri și alți compuși metalici);
§ lichide insolubile în apă (hidrocarburi, lipide, cu aditivi de complexoni, surfactanți etc.);
Membrane Bioreactors (ICBMs)
Istoria dezvoltării ICBM
Ideea de bioreactoare membrana a fost implementată la sfârșitul anilor 1960, de îndată ce o membrană de ultrafiltrare (UF) și microfiltrarea (MF) au devenit disponibile nu numai pentru cercetare, ci și pentru uz comercial. Procesul inițial a fost introdus de Dorr-Olivier Corporation - au folosit o combinație de filtrare activă a nămolului și membranei. Placile cu membrană plană utilizate în acest procedeu au fost polimerice, valoarea porilor fiind de la 0,003 până la 0,01 pm. Deși ideea de înlocuire a nămolului convențional decantor activat a fost atractiv, a fost dificil să justifice utilizarea unui astfel de proces complex de purificare a apelor reziduale din cauza a trei factori: costul ridicat de membrană, cost economic redus al mărfurilor (ape uzate gri) și pierderea rapidă a performanțelor membranei datorită contaminării porii ei. Datorită randamentul scăzut pentru toate MBR-ul din prima generație, acestea au fost folosite doar pentru o proporție foarte mică de instalații de tratare cu nevoi speciale, de exemplu, pentru a separa stațiunile de schi.
Un progres în dezvoltarea bioreactoarelor membranare a avut loc în 1989, când Yamamoto Corporation a decis să scufunde membranele direct în bioreactor. Până atunci, toate bioreactoarele cu membrană au fost proiectate cu separarea dispozitivelor, iar principiul funcționării lor sa bazat pe crearea unei presiuni transmembranare ridicate pentru a menține filtrarea, ceea ce a necesitat menținerea unui debit mare de canalizare.
Sistemele de curățare cu o membrană imersată într-un bioreactor funcționează la un consum redus de apă reziduală și consumă mult mai puțină energie (consumul de energie poate fi cu două ordine de mărime mai mic decât pentru sistemele separate). În configurația cu o membrană submersibilă, un parametru important care afectează procesul de purificare a apei este aerarea. Aerarea menține solidele într-o stare de suspensie, curăță suprafața membranei și asigură oxigenul pentru biomasă, conducând la o mai bună biodegradare și sinteză celulară.
Cu toate acestea, în ciuda utilizării spălării spate, capacitatea de filtrare a bioreactorului membranei scade în mod inevitabil în timpul funcționării. Aceasta se datorează depunerii particulelor solubile și solide pe și în membrană, care se datorează interacțiunii dintre nămolul activ și componentele membranei. Acest dezavantaj major rămâne una dintre cele mai dificile probleme cu care se confruntă dezvoltarea viitoare a bioreactoarelor cu membrană.
Orice filtrare cu membrană necesită curățarea periodică a membranei pentru a-și restabili caracteristicile originale și pentru a îndepărta eventualele depuneri organice și minerale. Unitatea de membrană este spălată cu o pompă de circulație, care asigură o spălare uniformă a membranelor de-a lungul întregii lor lungimi, ceea ce garantează o curățare egală a suprafeței în orice punct. Spălarea unității de membrană este complet automatizată. Aceasta durează câteva ore și se efectuează de mai multe ori pe an ca măsură preventivă în modul automat.
Bioreactorul membranei combină tratamentul biologic cu nămolul activat cu filtrare cu membrană mecanică. Modulul de membrană este utilizat pentru a separa amestecul de nămol și este o alternativă la metoda utilizată pe scară largă de precipitare a nămolului activat în tancurile de sedimentare secundare utilizate în sistemele convenționale de tratare biologică din aerotanks.
Când curățarea bioreactoare cu membrană a apelor uzate menajere poate produce o apă „gri“ de o calitate suficientă pentru a se asigura că acestea pot fi evacuate în corpurile naturale de apă sau de a folosi într-un sistem de irigare pentru irigarea plantațiilor verzi urbane. Alte avantaje care diferențiază sistemele de curățare de bioreactoarele membranare: o dimensiune compactă, astfel încât acestea să poată fi utilizate cu ușurință în modernizarea vechilor instalații de tratare; posibilitatea de a lucra sisteme bioreactoare cu membrană la o concentrație mai mare a nămolului activat, precum și datorită filtrării particularităților folosind membrane exclude îndepărtarea nămolului activat în apă purificată a dus la scăderea volumului bioreactor fără a reduce performanța.
Există două tipuri de bioreactoare:
- cu dispunerea internă a membranei: membranele scufundate în apa care este purificată sunt parte integrantă a reactorului biologic;
- dispunerea externă a membranelor: membranele sunt separate de vasele de proces și necesită instalarea pompelor de transfer intermediar.
În Fig. 1 prezintă schema tradițională de tratare a apelor uzate și o schemă de purificare utilizând un bioreactor cu membrană. Schema de tratament prezentă cu un bioreactor este capabilă să filtreze substanțele solide, microorganismele patogene și virușii din canalizare.
Inovațiile tehnice recente și o reducere semnificativă a costului membranelor au condus la o creștere a popularității bioreactoarelor membranare. Acestea sunt utilizate pentru tratarea și refolosirea apei uzate menajere și industriale. Aplicarea cu succes a acestei tehnologii este evidențiată de faptul că noi dimensiuni ale reactoarelor cu membrană apar pe piață, iar capacitatea acestor dispozitive crește și ea.
De asemenea, distribuția acestor sisteme se datorează creșterii cererii pentru clădirile cu certificare LEED. Reciclarea apei contribuie în mod semnificativ la obiectivul de a construi clădiri ecologice care să nu dăuneze mediului înconjurător. Acest aviz este împărtășit de Consiliul pentru clădiri verzi, care administrează programul LEED în Statele Unite.
Într-adevăr, enorm energia și resursele sunt cheltuite pentru construcții este de a transporta apele uzate la stația de epurare, apele uzate tratate este apoi deversate în râuri, râuri de apă este luată din nou, re-curățat în sistemele de tratare a apei, apoi transportat la consumator, prin intermediul sistemelor de pompare mari consumatoare de energie. Se pare că facem o mulțime de efort și irosirea resurselor doar pentru a distileze cantități mari de apă pe distanțe lungi, în loc de la fața locului pentru a curăța și de a folosi.
Principiul funcționării ICBM
Bioreactorul se bazează pe sinteza biotehnologiei și pe tehnologia de separare a suspensiilor apoase pe membranele polimerice de ultrafiltrare.
Sistemul de bioreactori cu membrană este format dintr-un sistem de aerosoli și un modul de membrană echipat cu ultrafiltrare cu fibre goale sau cu membrane de microfiltrare. Apa uzată preluată intră în rezervorul de aerare. Amestecul de nămol din rezervorul de aerare circulă prin modulul membranar. Membranele de ultrafiltrare servesc la creșterea concentrației de nămol activat în rezervorul de aerare și la purificarea profundă a apelor reziduale tratate. Aerotank în sistemul bioreactorului cu membrană funcționează cu o concentrație ridicată de nămol activat, prin urmare dimensiunile sale sunt de 2-3 ori mai mici decât dimensiunile unui rezervor clasic de aerare.
Modulul membranar este alcătuit din 10 - 20 de casete cu membrane. În fiecare casetă sunt plasate între 5 și 15 fascicule de fibre membranare. Membrana cu fibre goale este un filament gol, cu un diametru exterior de aproximativ 2 mm și o lungime de până la 2 m. Suprafața filamentului este o membrană de ultrafiltrare cu o dimensiune a porilor de 0,03-0,1 μm.
Fiecare fascicul este format din fibre membranare de 100-1000 și este echipat cu o conductă comună de ramificație pentru atingerea filtrului. O astfel de dimensiune mică a porilor este o barieră fizică pentru penetrarea organismelor cu nămol activat având o dimensiune mai mare de 0,5 microni, ceea ce permite să se separe complet nămolul activat din apa reziduală și pentru a reduce concentrația de solide în suspensie în apă purificată până la 1 mg / l sau mai puțin.
Filtrarea are loc sub acțiunea unui vacuum creat pe suprafața interioară a fibrei membranei printr-o pompă de filtrare autonivelantă. Pentru organizarea filtrării între cavitatea interioară a membranelor și spațiul unității de membrană, o diferență de presiune (0,01
0,06 MPa). Amestecul de ape reziduale și nămolul activ este filtrat prin suprafața membranelor din exterior spre interior. Drept rezultat, separarea particulelor solide și coloidale de membrane cu fibre goale în interior pe concentrația nămolului activat în unitatea de membrană și în bioreactor rezervor de aerare este crescută, care promovează tratarea biologică profundă a efluenților și volumul rezervorului de aerare asigură un factor de reducere de 2-3.
Apa purificată este furnizată prin conductele de presiune de decontaminare, iar nămolul activat rămâne în rezervor cu membrană și menținute în suspensie prin sistemul de aerare încorporat în modulul de membrană.
Aerarea se realizează prin aer comprimat cu ajutorul sistemelor de aerare (suflante). În funcție de capacitatea necesară, modulele membranare sunt combinate într-o unitate de membrană. Numărul de module de membrană dintr-un bloc poate fi mărit dacă este necesară creșterea performanțelor sistemului.
Filtrarea tangențială a amestecului de nămol utilizat în sistemele bioreactorului cu membrană îl împiedică să se înfunde, adică E. acumularea de depozite (bacterii). Această mișcare a amestecului de nămol este asigurată de o pompă de circulație cu o capacitate semnificativ mai mare decât debitul de apă reziduală care urmează a fi tratată. Posibilitatea de reglare a debitului și presiunii în circuitul de circulație permite stabilirea unui control complet al procesului de filtrare cu membrană la eficiența maximă. În plus, implementarea regimului de filtrare tangențială are consecințe pozitive pentru biologia întregului sistem. Spălarea permanentă a membranelor dispersează bacteriile de curățare, care nu mai formează flocculi dense și prin urmare posibilitatea contactului lor direct cu contaminanții și oxigenul crește semnificativ. Rezultă că raportul dintre bacteriile active și contaminanții oxidați este mai mare în sistemul ICBM decât se găsește de obicei în sistemul clasic cu nămol activ.
Microorganismele de nămol activ nu sunt îndepărtate din sistemul ICBM, deci bioreactorul operează în condiții de concentrație ridicată a biomasei de vârstă considerabilă. În plus, circulația constantă conduce la un efect mecanic asupra membranelor bacteriene. De aceea, principalele bacterii consumate de energie nu este folosită pentru reproducere (ca în biotehnologia clasică) și consumate pentru a sustine viata, ceea ce duce la scăderea creșterii în exces a biomasei active.
Refuzul de la metoda gravitațională de separare a amestecului de silice face posibilă creșterea concentrației nămolului activat în bioreactor la 10-20 g / l (într-un rezervor de aerare convențional - până la 3 g / l).
În tranziția de la metoda gravitațională de separare a amestecului de silice la filtrarea cu membrană, se observă schimbări profunde în structura biocenozei lutului activ. Vârsta de silice într-un ICBM este de obicei de 25-30 de zile. de multe ori peste 60-70 de zile. În acest caz, partea principală a nămolului activat este reprezentată de o microfloră cu creștere lentă, care descompune cele mai eficiente materii organice dificil de oxidat în apa de canalizare. Predominanța microflorei cu creștere lentă permite reducerea semnificativă a creșterii nămolului activ și, prin urmare, a capacităților necesare pentru deshidratarea excesului de nămol activ.
Dimensiunea fulgilor de nămol activ în ICBMs este de 5-10 ori mai mică decât în cazul proiectelor pe scară largă ale aerotancurilor. O astfel de dispersie a nămolului activ crește microorganismele din zona de contact din apele uzate, creșterea eficienței substanțelor inerte sorbție de nămol activ, metale grele, urme de contaminanți.
Datorită faptului că porii membranelor sunt mai mici decât dimensiunea celulelor microorganisme, în special bacteriile, în ICBM are loc o dezinfecție parțială a apei. Eficacitatea eliminării bacteriilor este de 99,999%, iar virusurile - 99,9%. Imediat după ICBM, apa purificată poate fi imediat utilizată din nou pentru a nu consuma alcool.
Dozele mari de praf pot reduce timpul de rezidență al apei reziduale în structură. Ca urmare, suprafața ocupată de ICBM este de 2-4 ori mai mică decât suprafața ocupată de instalațiile tradiționale de tratare biologică.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: