Che cos'è un bioreattore a membrana (MBR)?

ABioreattore a membrana (MBR)è una tecnologia avanzata di integrazione dei processi che combina il trattamento biologico convenzionale delle acque reflue (il "bioreattore") con la filtrazione selettiva a membrana.A differenza dei processi tradizionali di fanghi attivi che si basano su chiarificatori di gravità secondaria per separare l'acqua pulita dalla biomassa, un MBR utilizza precise barriere fisicheultrafiltrazione (UF)omicrofiltrazione (MF)membrane per ottenere la separazione assoluta tra solido e liquido.

Sostituendo il chiarificatore gravitazionale con una barriera impermeabile a membrana, i MBR consentono la completa ritenzione dei microrganismi all'interno del bioreattore, indipendentemente dalle caratteristiche di insediamento.Ciò si traduce in una concentrazione eccezionalmente elevata di solidi in sospensione in liquore misto (MLSS), riducendo significativamente l'impronta del reattore e la qualità degli effluenti adatti al riutilizzo di acqua industriale di alta qualità.

Gli ingegneri specificano i sistemi MBR in base al posizionamento dei moduli a membrana rispetto al reattore biologico:

I moduli a membrana sono collocati direttamente all'interno del serbatoio biologico aerobico (o in un serbatoio a membrana dedicato).

• Meccanismo:L'aspirazione a vuoto trascina l'acqua trattata (permea) attraverso le membrane mentre i solidi biologici (l'acqua sporca) rimangono nel serbatoio.

• Vantaggio di ingegneria:Consumo energetico inferiore grazie all'utilizzo di aerazione a bolle grossolane sia per ossigenare la biomassa che per la pulizia delle superfici della membrana (scouring).

I moduli a membrana sono situati all'esterno del bioreattore.

• Meccanismo:Una pompa fa circolare il liquido misto dal reattore biologico attraverso unità a membrana a pressione esterna.

• Vantaggio di ingegneria:Alti flussi di membrana e accesso più facile alla manutenzione, poiché i moduli di membrana non sono fisicamente limitati dal serbatoio di aerazione.che porta a una domanda di energia significativamente maggiore.

Il principale vincolo operativo nell'ingegneria MBR èinquinamento della membrana, in cui solidi biologici, sostanze polimeriche extracellulari (EPS) e colloidi si accumulano sui pori della membrana o all'interno di essi, riducendo il flusso di permeazione ($J$, espresso in $text{L/m}^2cdottext{h}$).

Gli ingegneri riducono l'inquinamento:

• Pulizia dell'aria:L'aerazione a bolle grossolane ad alto volume crea lo stress di taglio sulla superficie della membrana per allontanare i solidi accumulati.

• Impulso di ritorno:Invertendo periodicamente il flusso di permeabilità attraverso la membrana per spingere fuori le particelle intrappolate dai pori.

• Pulizia chimica (CIP):Lavaggio programmato con cloro o acido citrico per dissolvere strati di impasto organici e inorganici irreversibili (scalando).

• Riutilizzo dell'acqua ad alta purezza:Trasformazione delle acque reflue municipali o industriali in acque di processo di alta qualità per caldaie, torri di raffreddamento o irrigazione, riducendo significativamente i costi di estrazione dell'acqua dolce.

• Acque reflue industriali ad alta resistenza:Trattamento efficiente di acque reflue industriali complesse e ad alto COD provenienti dalle industrie alimentari, delle bevande e tessili, dove il sedimento convenzionale è inibito da microrganismi a crescita lenta o filamentosi.

• Sistemi decentralizzati compatti:Fornire un trattamento ad alte prestazioni per strutture remote, resort o siti industriali in cui la disponibilità di immobili per la costruzione è severamente limitata.

I sistemi MBR richiedono materiali robusti e ingegneria di precisione per sopravvivere a ambienti duri e corrosivi:

• Medi di membrana:Comunemente fabbricati da polimeri ad alta resistenza alla trazione comePVDF (fluoruro di polivinilidene)oPES (polietersulfone), progettato per la resistenza chimica durante i cicli di retroimpulso e di CIP.

• Materiali per navi:Per gli impianti industriali di MBR su larga scala,Fuso vetro-acciaio (GFS)I serbatoi GFS combinano l'immensa resistenza alla trazione strutturale dei pannelli di acciaio avvitato con una resistenza alla trazionerivestimento inerte in vetro-silica resistente alle sostanze chimiche aggressiveCiò crea un sistema altamente resistente, adatto a decenni di funzionamento continuo.

• Rispetto della normativa:I progetti di progettazione devono rispettare rigorosamente le norme municipali e industriali internazionali per lo scarico degli effluenti (ad esempio, la direttiva quadro UE sulle acque o le linee guida EPA degli Stati Uniti),che richiedono strumentazione precisa per la turbidità, TOC e monitoraggio dei nutrienti.

Si tratta di una misurazione di un sistema MBR per un nuovo progetto di riutilizzo dell'acqua o si ha bisogno di assistenza per calcolare la superficie della membrana e i flussi necessari per un carico specifico di effluenti?