Ενόργανες αναλυτικές τεχνικές για τον έλεγχο και την αποτελεσματικότητα συστήματος επεξεργασίας υγρών αποβλήτων με χρήση μεμβρανών

Abstract

The main advantages of membrane bio reactors (MBR) over the conventional biological treatment systems, are the small needing of space, the effluent’s stable quality and the high removal of organic and microbial load. The most disadvantage of MBR systems, is the membrane fouling, which reduces the efficiency of the system. Another disadvantage is the lack of reference in wastewater treatment, which have very high concentrations of hazardous compounds such as cyanide (mainly in gold mining industry waste) through MBR systems. For the above reasons, a pilot-scale bioreactor membrane system was designed and manufactured, the operation of which simulates the corresponding real-scale MBR systems. A lot of physicochemical parameters have been thoroughly tested for the first time for the evaluation of the effectiveness of the MBR unit in the application of cleaning of simulated urban waste. The results showed almost total solid matter depletion, very high organic load> 97% in COD terms and> 96% in BOD terms, as well as large total phosphorus> 99% and nitrogen> 55% depletion. Then, the combination of MBR-RO units, improve the above decreases. Specifically, the organic load removal in BOD terms was almost 98% and COD terms was 99%. Based on the above excellent operation of the unit, innovative techniques were used to clean the membranes in order to control and deal with their blockage such as: application of backwashing with water with increased temperatures and different washing periods. The above technique led to a satisfactory reduction in transmembrane pressure by up to 30% compared to transmembrane pressure values before the cleaning process. Also, the application of backwash with various chemical agents showed corresponding reduction rates by 11-35% in relation to the values of the transmembrane pressure with respect to transmembrane pressure before the cleaning process. Finally, the treatment of simulated urban waste loaded with cyanide of three concentrations of 1-3-10 mg / l showed max removal of cyanides> 90% which are evaluated as very satisfactory, in relation to existing literature (45-90%).

Τα βασικότερο πλεονεκτήματα της τεχνολογίας συστήματος μεμβρανών (MBR) σε σχέση με τα συμβατικά συστήματα βιολογικών καθαρισμών, είναι η εξοικονόμηση χώρου της εγκατάστασης, η σταθερή ποιότητα εκροής του επεξεργασμένου αποβλήτου και η υψηλή απομάκρυνσης οργανικού και μικροβιακού φορτίου. Το μεγαλύτερο μειονέκτημα των συστημάτων MBR το οποίο παρουσιάζεται και στην πράξη είναι η σταδιακή έμφραξή των μεμβρανών τους λόγω της σταδιακής ρύπανσής των, που μειώνει την αποτελεσματικότητα του συστήματος. Υπάρχει γενικότερη τεχνολογική αδυναμία παρόλο που γίνονται συνεχείς προσπάθειες στον έλεγχο και κυρίως στην αντιμετώπιση της έμφραξης των μεμβρανών. Ένα ακόμα μειονέκτημα είναι η ελλιπής βιβλιογραφία σε πειραματικά δεδομένα του καθαρισμού αποβλήτων, που έχουν πολύ υψηλές συγκεντρώσεις επικίνδυνων ενώσεων όπως το κυάνιο (κυρίως σε απόβλητα βιομηχανίας εξόρυξης χρυσού) μέσω συστημάτων MBR. Για τους ανωτέρω λόγους, σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε ένα μικρής κλίμακας πιλοτικό σύστημα βιοαντιδραστήρα μεμβρανών, του οποίου η λειτουργία προσομοιάζει την αντίστοιχη συστημάτων MBR πραγματικής κλίμακας. Ελέγχθηκαν για πρώτη φορά διεξοδικά πλήθος φυσικοχημικών παραμέτρων για την κατ’ αρχήν αξιολόγηση της αποτελεσματικότητας της μονάδας MBR σε εφαρμογή καθαρισμού προσομοιωμένου αστικού απόβλητου. Τα αποτελέσματα έδειξαν σχεδόν ολική απομείωση στερεών ουσιών, πολύ μεγάλη οργανικού φορτίου >97% σε όρους COD και >96% σε όρους BOD, καθώς και μεγάλη απομείωση ολικού φωσφόρου >91% και αζώτου >55%. Στην συνέχεια ελέγχθηκε ο συνδυασμός μονάδων MBR-RO που έδωσε επί πλέον βελτίωση των παραπάνω απομειώσεων. Συγκεκριμένα η απομάκρυνση οργανικού φορτίου σε όρους BOD ήταν σχεδόν 98% και σε όρους COD 99%. Με βάση την ανωτέρω εξαιρετική λειτουργία της μονάδας σε προκαταρκτικό επίπεδο, εφαρμόστηκαν καινοτόμες τεχνικές για τον καθαρισμού μεμβρανών με στόχο τον έλεγχο και την αντιμετώπιση της έμφραξης αυτών όπως : εφαρμογή αντίστροφης πλύσης με νερό αυξημένων θερμοκρασιών και διαφορετικών περιόδων πλύσης. Η παραπάνω τεχνική οδήγησε σε ικανοποιητική μείωση της διαμεμβρανικής πίεσης σε ποσοστά ώς και 30% σε σχέση με τις τιμές της διαμεμβρανικής πίεσης πριν από την διαδικασία καθαρισμού. Επίσης η εφαρμογή αντίστροφης πλύσης των στοιχείων διήθησης με διάφορα χημικά μέσα παρουσίασε αντίστοιχα ποσοστά μείωσης κατά 11-35% σχέση με τις τιμές της διαμεμβρανικής πίεσης πριν από την διαδικασία της πλύσης . Τέλος η επεξεργασία προσομοιωμένου αστικού αποβλήτου επιβαρυμένο με κυάνιο τριών συγκεντρώσεων 1-3-10 mg/l έδειξε max απομακρύνσεις των κυανιόντων >90% οι οποίες αξιολογούνται πολύ ικανοποιητικές, σε σχέση με την υπάρχουσα βιβλιογραφία (45-90%).