Szabó Anita Egyetemi adjunktus BME Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék



Hasonló dokumentumok
A veresegyházi szennyvíztisztító telep fejlesztése membrántechnológia alkalmazásával. Prókai Péter

Fordított ozmózis. Az ozmózis. A fordított ozmózis. Idézet a Wikipédiából, a szabad lexikonból:

MEMBRÁNTECHNOLÓGIAI SZAKMAI NAP MASZESZ - Budapest

Ivóvíz arzéntartalmának eltávolítása membrántechnológiával

MASZESZ. Vízipari újdonságok, fejlesztések, innovációk. ReWater konténeres ivóvíztisztító rendszer. Lajosmizse,

A Kis méretű szennyvíztisztító és víz. Shenzen projekt keretén belül

Magyar-szerb határon átnyúló szakmai együttműködés az arzénmentes ivóvízért (IPA projekt)

Kis szennyvíztisztítók technológiái - példák

Norit Filtrix LineGuard

A szennyvíztisztítás üzemeltetési költségeinek csökkentése - oxigén beviteli hatékonyság értékelésének módszere

Vízminőségi problémák megoldása felszíni vízműben ÉRV ZRt - Lázbérc Kulcsár László Divízióvezető

IPARI ÉS KOMMUNÁLIS SZENNYVIZEK TISZTÍTÁSA

Olajipari szennyvizek tisztításának és újrahasznosításának tendenciái OROSZORSZÁGI OLAJFINOMÍTÓK FEJLESZTÉSEI

Milyen biológiai okai vannak a biológiai fölösiszap csökkentésnek? Horváth Gábor Szennyvíztechnológus

A tisztítandó szennyvíz jellemző paraméterei

Biofizika szeminárium. Diffúzió, ozmózis

Környezetvédelmi műveletek és technológiák 4. EA. Víz fertőtlenítése Bodáné Kendrovics Rita Óbudai Egyetem RKK KMI 2010

2. Junior szimpózium december 9. Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem. A pápai szennyvíztisztító telep szabályozásának sajátosságai

Víztisztítás ozmózissal

ELEVENISZAPOS BIOLÓGIAI RENDSZEREK MŰKÖDÉSE, HATÉKONY MŰKÖDTETÉSÜK, FEJLESZTÉSI LEHETŐSÉGEIK

Környezetmérnöki alapok (AJNB_KMTM013) 7. A vízvédelem alapjai. A vízkezelés technológiai alapfolyamatai.

MMK Szakmai továbbk SZERVESANYAG ELTÁVOLÍTÁS

MEMBRÁNMŰVELETEK. Pécs Miklós: Biotermékek izolálása. BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 1

Szűrés. Gyógyszertechnológiai alapműveletek. Pécsi Tudományegyetem Gyógyszertechnológia és Biofarmáciai Intézet

VÍZISZÁRNYAS FELDOLGOZÓ ÜZEMBŐL SZÁRMAZÓ IPARI SZENNYVÍZ TISZTÍTÁSA. MASZESZ Ipari szennyvíztisztítás Szakmai nap. Előadó: Muhi Szandra

MARKETINFO MARKETINFO MARKETINFO MARKETINFO MARKETINFO MARKETINFO MARKETINFOM

Membrántechnológiai kihívások a felszíni vizek kezelésében, Lázbércen Molnár Attila Műszaki igazgató

Kis szennyvíztisztítók technológiái - példák

Szennyvíztisztítás III.

Korszerű eleveniszapos szennyvízkezelési eljárások, a nitrifikáció hatékonyságának kémiai, mikrobiológiai vizsgálata

Vegyipari és Biomérnöki Műveletek. Szennyvíztisztítási biotechnológia

Biológiai szennyvíztisztítás

VÍZGAZDÁLKODÁS ÉS SZENNYVIZEK

MMK Szakmai továbbk SZENNYVÍZTISZT TELEPEK INTENZIFIKÁLÁSA

Nitrogén és foszfor eltávolítás folyamatának optimalizálása az Észak-pesti Szennyvíztisztító Telepen

Az Ivóvízminőség-javító program technológiai vonatkozásai. Licskó István Laky Dóra és László Balázs BME VKKT

Szennyvíztisztítás III.

Szennyvíztisztítás. Harmadlagos tisztítás

Kassai Zsófia üzemeltetési csoportvezető Fővárosi Csatornázási Művek Zrt április 19.

Membránműveletek (Környezetbarát eljárások)

Ipari vizek tisztítási lehetőségei rövid összefoglalás. Székely Edit BME Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék

Készítette: Bíró Gábor környezettan alapszakos hallgató Témavezető: Hideg Miklós okl. vegyész Belső konzulens: Dr. Barkács Katalin adjunktus

SZENNYVÍZ ISZAP KELETKEZÉSE,

BIM környezetmérnök M.Sc. Biológiai szennyvíztisztítás

Biológiai nitrogén- és foszforeltávolítás az Észak-pesti Szennyvíztisztító Telepen

PANNON Egyetem. A szennyvíztisztítás fajlagos térfogati teljesítményének növelése. Dr. Kárpáti Árpád március 28.

HUMANCORP LABORATÓRIUMI TISZTÍTOTT VÍZ ELÕÁLLÍTÁS. rendszerek A ZENEER RO

Agrár-környezetvédelmi Modul Talajvédelem-talajremediáció. KÖRNYEZETGAZDÁLKODÁSI MÉRNÖKI MSc TERMÉSZETVÉDELMI MÉRNÖKI MSc

az Észak-pesti Szennyvíztisztító Telepen Telek Fanni környezetvédelmi előadó

A kommunális hulladéklerakók csurgalékvizének tisztítása fordított ozmózis elvén működő víztisztító rendszerekkel

Oldatok - elegyek. Elegyek: komponensek mennyisége azonos nagyságrendű

Biológia, biotechnológia Környezetvédelem, szennyvíztisztítás altémakörök

A hazai szennyvíztisztító kapacitás reális felmérésének problémái

Szolár technológia alkalmazása a szennyvíziszap kezelésben. Szilágyi Zsolt szennyvízágazati üzemvezető Kiskunhalas, 2018.December 07.

Hol tisztul a víz? Tények tőmondatokban:

MEMBRÁNKONTAKTOR ALKALMAZÁSA AMMÓNIA IPARI SZENNYVÍZBŐL VALÓ KINYERÉSÉRE

Zn-tartalmú szennyvíz membránszűrése. Dr. Cséfalvay Edit, egyetemi tanársegéd BME Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék

VÍZTISZTÍTÁS, ÜZEMELTETÉS

Hazai lépések a szennyvíztisztításban a fenntartható jövőnkért (Hozzászólás Dr. Varga Pál előadásához)

BIOFIZIKA I OZMÓZIS Bugyi Beáta (PTE ÁOK Biofizikai Intézet) OZMÓZIS

8.13. Szőrési gyakorlat laboratóriumi membránszőrı berendezésen I. Ultraszőrés (ultrafiltration, UF)

Környezettechnológia. Dr. Kardos Levente adjunktus Budapesti Corvinus Egyetem Talajtan és Vízgazdálkodás Tanszék

Biológiai ivóvíz-tisztítási kísérlet a Balatonszéplaki Felszíni Vízműben. XXI. MHT Ifjúsági Napok Mosonmagyaróvár, szeptember

MEGOLDÁSOK ÉS ÜZEMELTETÉSI TAPASZTALATOK

BME Vízi Közmő és Környezetmérnöki Tanszék. Szabó Anita. Foszfor eltávolítás és a biológiai szennyvíztisztítás intenzifikálása kémiai előkezeléssel

Nagyhatékonyságú oxidációs eljárás alkalmazása a szennyvízkezelésben

Környezetvédelmi műveletek és technológiák 5. Előadás

Technológiai szennyvizek kezelése

kilúgozott anyag kezelése eleveniszapos, membrános tisztítórendszerrel

Biológiai membránok fizikája, diffúzió, ozmózis Dr. Nagy László

Oxigéndúsítási eljárás alkalmazása a Fejérvíz ZRt. szennyvíztisztító telepein

AQUAFILTER EXCITO-B ÁSVÁNYI ANYAGOT MEGTARTÓ VÍZTISZTÍTÓ HELYEZÉSI SEGÉDLET V2. 1.oldal

Pécsi Tudományegyetem Pollack Mihály Műszaki Kar Környezetmérnöki Tanszék

Úszó fedlapok hatásának vizsgálata nem levegőztetett eleveniszapos medencék működésére nagyüzemi helyszíni mérésekkel és matematikai szimulációval

Elméleti összefoglalás a membrán-szeparációs műveletekhez

A DEMON technológia hatása a Budapesti Központi Szennyvíztisztító Telepen ammónium-nitrogén mérlegére

Folyadékmembránok. Simándi Béla BME Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék /65

Biológiai membránok fizikája, diffúzió, ozmózis Dr. Nagy László

Orvosi Fizika 10. Biológiai membránok fizikája, diffúzió, ozmózis Dr. Nagy László

KÖRNYZETVÉDELMI MŰVELETEK ÉS TECHNOLÓGIÁK I. 7. Előadás. Szennyvíztisztítási technológiák 2. Bodáné Kendrovics Rita ÓE RKK KMI 2010

Hulladékfogadás, együttes rothasztás, biogáz hasznosítás hatékonyságának növelése a DÉL-PESTI SZENNYVÍZTISZTÍTÓ TELEPEN

MMK Szakmai továbbképzés Szennyvíztisztító telepek intenzifikálása SZENNYVÍZTISZTÍTÓ TELEPEK INTENZIFIKÁLÁSA

2015. év. Ivóvíz 1/2 o. ivóvíz, forrásvíz, technológiai víz, felszín alatti víz (karszt-, réteg-, talajvíz)

OZMÓZIS. BIOFIZIKA I Október 25. Bugyi Beáta PTE ÁOK Biofizikai Intézet

Adatgyűjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb műszerei

Szilvásvárad Szalajka vízmű, PALL membrán tisztítás kérdései üzemeltetési szempontból Pintér János

Ferrát-technológia alkalmazása biológiailag tisztított szennyvizek kezelésére

Előadó: Spissich Ákos Pannon-Víz Zrt. Nyúli üzemmérnökség szennyvízágazat vezető

Biofizika I. OZMÓZIS. Dr. Szabó-Meleg Edina PTE ÁOK Biofizikai Intézet

Ivóvíz év ivóvíz, forrásvíz, technológiai víz, felszín alatti víz (karszt-, réteg-, talajvíz)

HUNTRACO- ORM biológiai szennyvíztisztító berendezés-család

Fölösiszap mennyiségének csökkentése ózonnal

a NAT /2006 számú akkreditálási ügyirathoz

Szennyvíztisztítás. oldott anyagok + finom lebegő szilárd anyagok + mikroorganizmusok + szerves anyagok lebontása, eltávolítása

2017. év. Ivóvíz 1/2 o. ivóvíz, forrásvíz, technológiai víz, felszín alatti víz (karszt-, réteg-, talajvíz)

Oldatok - elegyek. Többkomponensű homogén (egyfázisú) rendszerek. Elegyek: komponensek mennyisége azonos nagyságrendű

Szennyvíztisztítás (szakmérnöki kurzus)

Mélységi víz tisztítására alkalmas komplex technológia kidolgozása biológiai ammónium- mentesítés alkalmazásával

Hydro BG. green. Bioszféra Montreál/Kanada. Fenntarthatóság a tökéletességben. Szűrőágyas vízelvezető rendszer.

A szennyvíztisztítás üzemeltetési költségének csökkentése

Átírás:

Szabó Anita Egyetemi adjunktus BME Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék Eleveniszapos szennyvíztisztítás A szennyezőanyag eltávolítási hatékonyság az utóülepítőben kialakuló hidrodinamikai viszonyoktól és az eleveniszap ülepedési tulajdonságaitól függ A fázisszétválasztás hatékonysága, az utóülepítők mérete, kialakítása a teljes tisztítótelep hidraulikai vagy biológiai teljesítményét meghatározza Iszapfelúszás gyakori probléma Fázisszétválasztás hatékonyságának növelése: Az utóülepítő medence szerkezeti átalakítása Flokkulálószerek adagolása Utótisztítás A gravitációs ülepítés helyettesítése (flotálás, szűrés v. más MBR) 1

Membrántechnológia fejlődése 1960-as évek: Utóülepítők kiegészítésére/kiváltására ultraszűrés (2-50 nm pórusátmérőjű membránon) - membránszűrés mint harmadik fokozatú tisztítás Biológiai módszerek és a membrán technológia kombinációja - membrán bioreaktorok (MBR) kifejlesztése Dorr-Oliver MST System (From Bemberis et.al. 1971) Membrán bioreaktorok Membránok célja Szilárd szennyezőanyagok visszatartása Aerob reaktortér levegőztetése Szervesanyagok leválasztása Leggyakrabban az utóülepítők feladatát veszik át = biomassza víztől történő elválasztása 2

Membrántechnológia fejlődése 1970-es évek Észak-Amerika Thetford Systems (ZENON) On-Site alkalmazás, CycleLet 1980-as évek Japán, Dél-Afrika Bemerülő membránok (immersed systems) Kubota Corporation Mitsubishi Rayon Corporation 1990-es évek - Európa Első kereskedelmi MBR 1997-ben épült Ontario, Canada Membrántechnológia fejlődése Belemerülő rendszer (Immersed Systems) Alacsonyabb nyomást igényel 1990-es évek második felében alkalmazták ipari célokra Internal Membrane Configuration, Envirogen, Inc. A fejlődés kereskedelemben is kapható MBR berendezések gyártásához vezetett Ma már több száz kommunális MBR telep 3

Szűréselmélet Szűrés = fázisszétválasztási folyamat, melyben szilárd halmazállapotú anyagokat (lebegőanyag, vagy kolloid anyag) választunk el folyadéktól A szennyvíztisztításban a szilárd-folyadék fázisszétválasztás az egyik leggyakrabban alkalmazott folyamat (inert anyagok (homok), szervesanyagok, növényi tápanyagokat tartalmazó anyagok elválasztása) Membrán féligáteresztő anyag, amelyen bizonyos anyagok könnyebben átjutnak, mint mások szelektív gát, melynek feladata bizonyos anyagok átengedése mellett más anyagok visszatartása (különböző anyagok szétválasztása) Szűréselmélet A szűrés során a közeg áramlásának biztosításához hajtóerőre van szükség Gravitáció Nyomás különbség (fordított ozmózis, nanoszűrés, mikroszűrés, ultraszűrés) Koncentráció különbség (dialízis) Elektromos térerő (elektrodialízis) 4

Transzport Konvekció (nyomáskülönbség) folyadék mozgásának eredménye A nagyobb vízhozamok általában nagyobb anyagtranszportot eredményeznek koncentrátum oldali turbulencia! Diffúzió (koncentráció különbség) Az anyagtranszport a koncentráció gradienssel ésa diffúziós együtthatóval egyenesen arányos Diffúziós együttható a molekula (ion, atom) csökkenő méretével nő Szűrési fluxus (J) Egységnyi membránfelületen, egységnyi idő alatt áthaladó anyagmennyiség (m 3 /m 2 /s, L/m 2 /h) A hajtóerő és a membrán és határfelülete ellenállásának függvénye A membrán ellenállása konstans, ha a pórusok nem tömődnek el A határfelület ellenállása a nyersvíz összetételétől és a szűrési fluxustól is függ A visszatartott anyagok a fluxus nagyságától függő mértékben dúsulnak fel a határfelületi zónában (eltömődés) A szűrési folyamat addig működőképes, amíg a hajtóerő nagyobb, mint az ellentétes erők 5

Anyagáramok Nyersvíz: tisztítandó szennyvíz Koncentrátum: visszatartott anyag Szűrlet (permeátum): tisztított szennyvíz Ha nincs visszatartott anyagáram: vég-szűrés (dead-end) Vég-szűrés (dead-end) Nyersvíz áramlási iránya megegyezik a szűrési iránnyal csak alacsony lebegőanyag tartalmú nyersvizek esetén, vagy nagyon gyakori visszamosatással kombinálva alkalmazható (MF, UF) Nagyon kis pórusméretű membránoknál nem (NF, RO) - a koncentrátum hidraulikai ellenállása nagy 6

Keresztirányú szűrés (crossflow) A nyersvíz a membrán felületével párhuzamosan áramlik, és a membrán felületén akkumulálódó anyagokat magával sodorja Van koncentrátum anyagáram Membrántechnológiák osztályozása A membrán anyaga A membrán kialakítása A hajtóerő típusa A szétválasztás mechanizmusa Az elválasztott (visszatartott) anyagok mérete szerint 7

Membrántechnológiák osztályozása Membrán technológia Hajtóerő Mechanizmus Szerkezet (pórusméret) Visszatartott anyag mérete (µm) Szűrlet Eltávolítható szennyezőanyagok Mikroszűrés (MF) Hidrosztatikus nyomáskülönbség (20-200 kpa) Szűrés Makróporusok (>50 nm) 0,05-2,0 Víz, oldott anyagok Lebegőanyagok, zavarosság, egyes baktériumok és vírusok Ultraszűrés (UF) Hidrosztatikus nyomáskülönbség (50-1000 kpa) Szűrés Mezopórusok (2-50 nm) 0,005-0,2 Víz, kis molekulák Makromolekuláris kolloidok, a legtöbb baktérium, egyes fehérjék Nanoszűrés (NF) Hidrosztatikus nyomáskülönbség (600-10 4 kpa), oldékonysági különbség, töltéskülönbség Szűrés, Diffúzió, Mikropórusok (<2 nm) 0,001-0,01 Víz, nagyon kis molekulák, sóoldatok Kisméretű molekulák, vírusok Fordított ozmózis (RO) Hidrosztatikus nyomáskülönbség, oldékonyságikülönbség Diffúzió Tömör (<2 nm) 0,0001-0,001 Víz, nagyon kis molekulák, sóoldatok Nagyon kis molekulák, szín, keménység, szulfátok, nitrát, nátrium, egyéb ionok Dialízis (D) Koncentráció különbség Diffúzió Mezopórusok (2-50 nm) - Víz, kis molekulák Makromolekulák, kolloidok, a legtöbb baktérium, egyes vírusok, fehérjék Elektrodialízis (ED) Elektromos erő, ionméret-, töltés-, töltés-sűrűségbeli különbség Ioncsere szelektív membránnal Mikropórusok (<2 nm) - Víz, sóoldatok Só ionok Szűrési spektrum 8

Szűrések (Mikroszűrés - MF) Mikroszűréssel azokat a részecskéket távolíthatjuk el, melyek méretei hozzávetőlegesen 0,05 1 µm közé esnek. Általában szuszpendált részecskéket, nagyobb kolloidokat lehet visszatartani, míg a makromolekulák és az oldott anyagok áthaladnak az MF membránokon. Alkalmazásukkal eltávolíthatók a baktériumok, flokkulált anyagok, valamint a TSS. A transzmembrán nyomás általában 0,7 bar körüli. MBR-ben a lebegőanyagok, elsősorban a mikroorganizmusok visszatartására Szűrések (Ultraszűrés - UF) Az ultraszűrés makromolekulák szeparálására alkalmas eljárás, 20 1000 Å (A=0,0001µm) mérethatárok között. Az összes anyag és kisméretű molekula áthalad a membránon. Visszamaradnak a membránon a kolloidok, fehérjék, mikrobiológiai szennyeződések, valamint a nagyméretű szerves molekulák. A legtöbb UF-membrán éles molekulasúly szerinti elválasztó képességgel rendelkezik, 1000 és 100 000 Dalton értékek között. Az ultraszűrés transzmembrán nyomása általában 1-7 bar körüli. 9

Szűrések (Nanoszűrés) Nanoszűrésnek azt a membrántechnikai műveletet nevezzük, ahol a visszatartott részecskék mérete jellemzően 1 nanométer (10 Å) körüli. A nanoszűrés tulajdonságait tekintve az ultraszűrés és a reverzozmózis között helyezkedik el. Visszatartja azokat a molekulákat, melyek molekulasúlya nagyobb 200 400 Daltonnál. Visszatartja az oldott sók egy részét is, 20 98%-os mértékben. Azoknál a sóknál, ahol az anion egyértékű (NaCl, CaCl 2 ), a visszatartás mértéke 20 80%, míg kétértékű anionnal rendelkező sók esetében (pl. MgSO 4 ) a visszatartás mértéke magasabb, 90 98%-os. Szűrések (Nanoszűrés) Az NF jellemző alkalmazási területe a felszíni vizekben lévő színezőanyagok eltávolítása, a TOC csökkentése, keménység vagy rádium eltávolítása kútvizekből, általában a TDS csökkentése, valamint szerves és szervetlen komponensek elválasztása az élelmiszeriparban és a hulladékvizek kezelésénél. A transzmembrán nyomás jellemzően 3,5 16 bar közötti. 10

Szűrések (Fordított ozmózis) Szűrések (Fordított ozmózis) Ozmózis akkor jön létre, amikor elválasztunk két különböző koncentrációjú oldatot. Minél nagyobb az anyagok koncentrációkülönbsége, annál nagyobb az ozmotikus nyomás. Ha zárt rendszerben nyomást gyakorolunk az oldatra, akkor az oldószer, vagyis a tiszta víz fog átlépni a hártyán a hígabb oldat felé, míg a nagyobb koncentrációjú szennyezett folyadék eltávozik. Ezzel az eljárással lehet sótalanítani a tengervizet. 11

Szűrések (Fordított ozmózis) Az RO-technika ultratiszta víz előállítására is alkalmas, például a félvezetők gyártásánál, az erőműiparban (kazántápvíz előállítására), orvosi és laboratóriumi célokra. Ha az RO-egységet ioncserélők előtt használjuk, az a kezelési költségek és a regenerálások gyakoriságának drámai csökkenését eredményezi. Az RO berendezések transzmembrán nyomása a brakkvizek esetén szokásos 14 bar-tól a tengervíznél használt 70 bar-ig terjedhet. Szűrések (Fordított ozmózis) Az RO eljárással a következő anyagokat tudjuk a vízből kiváló eredménnyel eltávolítani: Arzén Kadmium Kálium Szulfátok Keménység(Ca) Nitrátok Kloridok Szervesanyagok Fekália bacilusok Vírusok Protozoa ciszták Trihalometánok, Trihaloetilén Mérgek Szín és íz Azbeszt 12

Membránok kialakítása - követelmények Magas szűrési felület / térfogat arány A nyersvíz oldalon nagy turbulencia Termelt vízmennyiségre vetített alacsony energiaigény Egységnyi felületre vetített alacsony költség Tisztítás lehetősége Modularitás Egyszerre nem teljesülhet mind! (Pl. turbulencia - energia) A szennyvíztisztításban alkalmazott membránok általában egy vékony, 0,2-0,25 µm vastagságú fedőrétegből és egy jóval porózusabb, körülbelül 100 µm vastagságú támasztórétegből állnak. A fázisszétválasztást a fedőréteg végzi. Membránok kialakítási lehetőségei Lemezes vázas v. Sík membrán (lap-membrán) (Plate & frame) Párhuzamos sík-membrán Spirál membrán (Spiral) Párna formájú membrán (pillow-shaped) Csöves membrán (Tubular) Finom kapilláris membrán (Capillary) 13

Sík membrán aszimmetrikus kiképzésűek, a fedőréteg és a támasztóréteg sokszor különböző anyagból készül (kompozit membrán). Sík membrán Párna formájú membrán (pillow-shaped) 14

Párhuzamos sík membrán Sík membránlapok és támasztó (távtartó) lemezek sorozata A tisztítandó víz két szomszédos membrán lap között halad (keresztirányú áramlás), miközben a szűrlet a membránon átszűrve, a membránlapra merőleges irányban távozik. A porózus támasztó lemezek a membrán megtámasztását szolgálják, valamint biztosítják a szűrlet összegyűjtését ED, MF, RO Spirál membrán spirális membránmodulok: feltekercselt zsákszerű membránokból áll. 2 membrán lap között flexibilis, porózus, szűrlet-elvezető távtartó lemez. A nyersvíz a tekercs tengelyével párhuzamosan (a szűrési irányra merőlegesen) áramlik, míg a szűrlet spirálisan áramolva a tekercs közepén elhelyezkedő perforált csőben gyűlik össze. Nem javítható. NF és RO 15

Sík membránok Előnye az egyszerű felépítés és a nagy felület/térfogat arány Fordított ozmózis és nanoszűrés esetén gyakran alkalmazzák. A spirál membránok tisztíthatósága korlátozott, alkalmazásuk nagy lebegőanyag tartalmú nyersvizek esetén nem ajánlott. Membrán bioreaktorokban ezt a kialakítást nem alkalmazzák. Csöves membrán (Tubular) belméret 12-25 mm, belső és külső merevítésűek, 6-20 cső egy modulban, egyszerű tisztítás, nagy helyigény, viszonylag drága tipikus áramlás bentről kifelé A membrán réteget egy támasztó cső belső oldalára viszik fel (belső szűrőfelület) A nyersvíz, nyomás alatt a cső belsejében áramlik, a tiszta rész (szűrlet) a membránon átszűrődve a cső külső felülete mentén (általában egy porózus távtartó rétegben) kerül összegyűjtésre, míg a koncentrátum a cső ellentétes oldalán gyűlik össze Nagy lebegőanyag koncentrációjú szennyvíz tisztítására Élelmiszeriparban (pl. gyümölcslé koncentrálás, sajtgyártás), valamint ipari és kommunális szennyvizek tisztításában 16

Üreges-szálas szálas (kapilláris) membr mbrán (Hollow fiber) Átmérő használattól függően változik Üreges-szál (hollow fiber) membránok belméret 0,5-1,5 mm, üzemi nyomás korlátozott, több száz szál egy modulban Üreges-szálas szálas (kapilláris) membr mbrán A nyersvíz a csövecskék belsejében nyomás alatt (belülről kifelé szűrve belső szűrőfelület), vagy azok külső részén, vákuum hatására (kintről befelé szűrve külső szűrőfelület) áramlik. Önhordóak legnagyobb felület/térfogat arány Mmbrán bioreaktorokban gyakran alkalmazzák. 17

Üreges-szálas szálas (kapilláris) membr mbrán Külső szűrőfelületű (bemerített) membránokban a csövecskék belső része csak tiszta, szűrt vízzel érintkezik. A szilárdanyag szemcsék és a mikroorganizmusok a membránon kívül maradnak és soha nem is jutnak be a membránba, hogy eltömődést okozzanak. Membrán típusok Rotary Flat (Disk) Spirál membrán Monolith Hollow fibre membrane Színterelt membránok Cilinder membrán Tubular membrane 18

Milyen anyagokat használnak a membránok előállításához? Membránok előállítása Alapanyagok: regenerált cellulóz polimerek (teflon, poliszulfonát, poliakrilnitril, PVC, poliészter, polietilén, polipropilén) kerámia fémek Tendencia: egyre ellenállóbb, magasabb hőmérsékleten és extrém ph értékeken is használható membránok. 19

Membránok előállítása Módszerek: vizes kicsapás (lap, cső-, és üregesszál membránok előállítására) illékony oldószerben oldott polimerek esetében a felületről elpárolgó oldószerből filmréteg marad vissza kicsapás hűtéssel szintereléssel (porkohászati úton) (kerámia, fémek, teflon) extrudálással ill. húzással Membránok előállítása Pórusok utólagos létrehozásának eszközei: nyújtás (a pórusok közel azonos méretűek, de nem kör keresztmetszetűek) lézersugaras perforálás bombázás elemi részecskékkel (a besugárzás következtében létrejött szerkezeti hibákat maratófürdőben tágítják pórusokká) 20

Membrán eltömődés i ii iii iv (i) Nincs eltömődés; (ii) koncentráció polarizáció; (iii) Szűrőlepény kialakulása; (iv) adszorpciós eltömődés Membrán eltömődés Reverzibilis: az eltömődés megszüntethető visszamosatással, vegyszeres tisztítással stb. fluxus visszaállítható Irreverzibilis: fluxus csökkenés J Irreverzibilis eltömődés t 21

Folyamat bemutatása Eleveniszapos rendszerek Membrán szűrő egység Mikroszűrés és Ultraszűrés Spagetti szálas membrán Átlagos pórus méter ~ 0,01-0,4 µm A kettő kombinációja lehetővé teszi a szuszpendált részecskék feldúsulását a reaktorban Hollow Fiber Membranes (nagyítás 10,000x) Membrán Bioreaktorok 22

Membrán Bioreaktorok DN N Process Basics UÜ Elfolyó Hagyományos technológia Membrán technológia Elfolyó Iszap DN N Iszap Folyamat alapjai Eleven iszap Víz Oldott anyag Baktérium Vírus Membrán Szivattyúzás 23

MBR rendszer Nyers víz Membrán Permeátum (Visszamosatás) Back pulse Tisztító vegyszer Levegı Membrán levegıztetés BP tartály elfolyó Re-circulation Iszap Rendszer kialakítása Integrált MBR Kombináljuk a biológiai lépcsőt az utóülepítővel Jellemző elrendezés Eleveniszapos reaktor Membrán a reaktorba merül Mikroszűrő/Utraszűrő membrán Vákumszűrés Biomassza visszatartás, magasabb iszapkor a reaktorban 24

Integrált (Submerged) MBR rendszer Üzemeltetési jellemzők (Integrated System) 25

Következtetések A tápanyag-mikroorganizmus arány (F-M) a tervezésnél általánosan alkalmazott paraméter. Számítása a következő: F/M = Q d C / (V MLVSS 1000) = C / (t* MLVSS 1,000) [d -1 ] (1) Az F/M arány (a biomassza szárazanyag tartalmára -MLSS- vonatkoztatva) az iszap relatív BOI 5 terhelése. A szerves anyagok eltávolításának hatásfoka tehát meghatározóan az F/M aránytól (mikroorganizmusok relatív tápanyag-ellátottsága) függ a szennyvíz típusa, összetétele és különösen a mikroorganizmusokra toxikus hatása is fontos tényező Következtetések Jelenleg az eleveniszapos tisztítók tervezésénél az iszapkort vagy a lebegőanyag átlagos tartózkodási idejét (SRT) használják legáltalánosabban. SRT = (V MLSS) / M exe [d-1] (2) Az (1) és (2) egyenletek összevonásából adódik: F/M = Q d C / (SRT M exe 1,000) [d-1] (3) 26

Következtetések Q d - m 3 /d napi szennyvízhozam C - mg/l a szennyvíz tápanyag koncentrációja (BOI 5, KOI vagy TOC) V - m 3 reaktor (medence) térfogat MLVSS - kg/m 3 eleveniszapos medence lebegő szerves anyagának a koncentrációja (izzítási veszteség) MLSS - kg/m 3 az eleveniszapos medence lebegőanyag koncentrációja (105 ºC-on szárított tömeg) t* - d tartózkodási idő (t* = V/Q d, a szennyvíz hidraulikus tartózkodási ideje a reaktortérben) M exe kg/d a fölösiszap napi tömege Következtetések Mivel a napi fölösiszaphozam a lebontott szerves tápanyagmennyiség eredményeként (M exe, C) a szervesanyag terhelés (QC) függvénye, a tápanyagellátottság (F/M) a csökkenő iszapkorral (SRT) nő. A nagy tápanyagarány megfelelően nagy oxigénfelvételt jelent, illetőleg oxigénellátást, oxigénátvitelt igényel, amely a korábbi időszakban a nagy terhelésű kialakítások szűk paraméterét jelentette. 27

Következtetések Ha növeljük az MLVSS/MLSS (iszapkoncentráció) a reaktorban, akkor kisebb reaktortérfogat esetén ugyanazt a SRT (iszapkort) lehet beállítani. Ha növeljük az iszapkoncentrációt a reaktorban MLVSS/MLSS akkor kisebb reaktortérfogat esetén ugyanolyan F/M arányokat lehet beállítani. Csökkenthető a reaktor térfogata F/M arány és az oldott oxigén F:M arány (kg eltávolított KOI -1 kg VSS d -1 ) 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Fonalasodás előfordult Fonalasodás nem fordult elő Biztonságos üzemelési görbe (F:M= 0,2*DO+0,1) 0 1 2 3 4 Oldott oxigén a levegőztető medencében (mgo 2 L -1 ) 28

Iszapszerkezet A számos környezeti tényező hatással van az iszap szerkezetére Az optimális iszapszerkezet kialakulásához fontos optimálisan beállítani az üzemeltetési paramétereket Rendszer kialakítása Recirkulációs külső (External) MBR A Membrán egység a reaktoron kívül helyezkedik el Szivattyúzási költség növekszik 29

Rendszer előnyei Kis ökológiai lábnyom Teljes eltávolítása a szuszpendált részecskéknek és részleges visszatartása az oldott komponenseknek Lehetséges a baktériumok és vírusok visszatartása Jól szabályozható iszapkor (SRT) és hidraulikus tartózkodási idő (HRT) A lassan szaporodó baktérium kultúrák elszaporodása is lehetséges (Nitrifikációért felelős baktériumok) Az ülepítéssel kapcsolatos problémák tárgytalanná válnak Magas iszapkoncentráció a reaktorban Jól szabályozható üzemeltetési paraméterek Rendszer előnyei Teljesen automatizált vezérlés Kezelési lehetőség interneten keresztül Online szondák a rendszer optimális működésének ellenőrzésére Keletkező fölösiszap mennyisége kevesebb 20-50%-al mint bármelyik másik biológiai rendszer esetében 30

Rendszer előnyei Jó elfolyó vízminőség Kémiai foszfor eltávolítás integrálható 31

32

33

Rendszer hátrányai Magas beruházási költség Magas üzemeltetési költség Időnként a membrán tisztítása karbantartása szükséges Nyomás és a ph pontos beállítását igényli Rendszer hátrányai Membrán előállításának magas költségei A fölösiszap kezelhetősége 34

Jelenlegi alkalmazás Több mint 1000 üzembe helyezett MBR van jelenleg Ázsiában, Európában és Észak- Amerikában Oroszlány, Karcag Tipikus alkalmazása az alacsony hidraulikus terhelésű helyeken Németországi példa 80,000 Leé (legnagyobb MBR telep a világon) 4 párhuzamos biológiai reaktor: Anoxikus zóna Változó zóna Aerob zóna bemerülő membránnal SRT = 25 nap MLSS = 10-15 g/l 192 Membrán egység (8 párhuzamos rész) Teljes szűrőfelület = 84,480 m 2 35

Németországi példa Komponens SS (mg/l) Elfolyó ND COD (mg/l) 15-20 BOD 5 (mg/l) <3 NH 4 + -N (mg/l) <1 TN (mg/l) 5-10 TP (mg/l) 0.7 Total Coliforms / 100 ml <100 Fecal Coliforms /2000 ml <500 Salmonella /1000 ml 0 Befogadó: eutrofizációra érzékeny folyó Olaszországi példa 3 párhuzamos rendszer van A & C egység: Hagyományos rendszer B egység: Átépített hagyományos egység. Integrált MBR renszer 380,000 leé A B szakasz átépítésével a terhelhetősége megnőtt 12,200 m 3 /d-ról 42,000 m 3 /d-ra ugyanakkora reaktortérfogattal MLSS = 6.5-10 g/l SRT > 20 d 36

Olaszországi példa Komponens MBR elfolyó mg/l (%) Hagyományos elfolyó mg/l (%) SS (mg/l) <2 (99) 25 (73.2) BOD 5 (mg/l) 4 (95.8) 19 (82.3) COD (mg/l) 27 (88.5) 66 (77.2) TN (mg/l) 9.2 (73.7) 15.9 (54.5) TP (mg/l) 2.4 (36.1) 3.4 (8.6) Mi várható a jövőben? Nagy lehetőségek a víztisztítás minden területén Alkalmazásai tovább terjednek a jövőben USA és Kanada: 750 millió USD (2003) 1.3 milliárd USD (2010) Európa: Kb. 43 millió USD(2002) 37

A membránok jövőbeni alkalmazási lehetőségei Mikroszennyező anyagok eltávolítása Ipari szennyvizek kezelése Korházi szennyvizek kezelése Gyógyszertári szennyvizek kezelése Ivóvíz előállítás Hulladéklerakók csúrgalékvizeinek kezelése Kis helyigényű szennyvíztisztítók építése (Szingapúr, Japán) 38