Biomembránové reaktory: Když se spojí membránové procesy a biologické čištění
Kombinace membránového a biologického čištění umožňuje zvýšit kapacitu čistíren odpadních vod bez stavebních úprav. Jak tento proces funguje a co obnáší?
Jak už napovídá název, biomembránové reaktory (MBR) jsou zařízení, které kombinují membránové a biologické čištění odpadních vod. Biologické čištění je katalyzováno enzymy (tzv. biokatalyzátory) obsaženými v aktivovaném kalu. Biologický kal je poté filtrován pomocí membrány. Membránová filtrace tak vlastně nahrazuje dočišťování v dosazovacích nádržích. Toto uspořádání zaručuje lepší kvalitu vyčištěné vody, zejména je to účinnější v případě odstranění nerozpuštěných látek a při tzv hygienizaci.
Použitý membránový modul k čištění odpadních vod
Konstrukce
Podle použité konstrukce je lze rozdělit na dva základní typy, a to na ty, které mají membránové moduly ponořené do reakční suspenze a na ty, které mají membránové moduly mimo bioreaktor. Ponorné moduly jsou buď deskově uspořádané nebo se využívají dutá vlákna. Deskový modul tvoří desky, které jsou vodorovně uspořádané a uchycené na nosné konstrukci. Filtrace probíhá směrem z povrchu membránu do dutého prostoru uvnitř membránu a permeát (tedy vyčištěná voda) je odváděn pomocí trubky do kolektoru. Modul z dutých vláken je tvořen svazkem dutých vláken upevněným aspoň na jedno konci ke kolektoru permeátu. V tomto případě pak filtrace vody probíhá směrem z povrchu vlákna do dutého prostoru uvnitř.
Schéma trubkového modulu
Ve druhém typu bioreaktoru je pak enzym přítomen buď jen v membránovém modulu anebo v celém objemu bioreaktoru. První uspořádání je ale výhodnější, protože membránové moduly ponořené přímo do reakční suspenze jsou schopné pracovat s vyšší koncentrací biomasy, zdržení suspenze se tak prodlužuje a tím pádem je dosaženo i vyšší konverze vstupních látek.
Schéma deskového modulu
Membrány jsou většinou vyrobeny z polymerních materiálů například polyethylen (PE) a polypropylen (PP), polyethersulfon (PES) či polysulfon (PS). Méně často se využívají i anorganické membrány (keramické či kovové). Ty jsou sice dražší než polymerní membrány, ale vyznačují se chemickou, mechanickou a tepelnou odolností.
Anaerobní membránový bio-reaktor
Samotné anaerobní biologické čištění odpadních vod je v současnosti méně běžnější než klasické aerobní biologické čištění. Slovo anaerobní naznačuje, že proces probíhá bez přítomnosti kyslíku. Organické látky jsou při tomto procesu rozkládány na methan (CH4) a oxid uhličitý (CO2) – jejich směs se označuje jako bioplyn. Bioplyn je možno dále využít zejména k výrobě elektrické energie či k ohřevu vody. Jeho výhřevnost závisí na obsahu methanu, který je zase dán složením biomasy.
Pod anaerobními procesy se tedy neskrývá nic jiného než obyčejné hnití (označení hnití se používá pokus jsou rozkládané látky dusíkaté povahy např. bílkoviny, v případě, že jsou substrátem sacharidy se proces označuje jako kvašení). Kromě bioplynu je dalším produktem tohoto procesu tzv. digestát, což jsou vlastně vyhnilé organické látky. Ten obsahuje rychle využitelné amonný dusík a lze ho tak použít v zemědělství jako organické hnojivo.
Spojení anaerobního biologického čištění a membránové technologie přináší řadu výhod. Systém nepotřebuje žádný kyslík, zabírá malou plochu, požadavky na živinu jsou nízké a přebytečného kalu je produkováno málo. Biomasa je v systému zadržována ve vyšší koncentraci, čímž se vyrovnávají fluktuace v nátoku. V porovnání s aerobními reaktory mají tyto systémy také nižší energetické nároky.
Nevýhody
MBR je třeba v provozu často čistit, protož usazeny snižují jejich propustnost. Z anorganických usazenin je to hlavně uhličitan vápenatý a dále železité soli. Výhodou je, že je lze odstranit pomocí anorganických kyselin (octová, mravenčí, citronová), které lze vrátit do aktivace, kde jsou biologicky odstraněny. Na odstranění organických usazenin se nejčastěji používají oxidační činidla jako například peroxid vodíku (H2O2) nebo chlornan sodný (NaClO). Chlornan sodný je sice velmi účinný, nevýhodou této metody čištění je, že vznikají AOX tedy adsorbovatelné anorganicky vázané halogeny (z anglické Adsorbable Organically Bound Hallogens), což jsou látky škodlivé pro životní prostředí. V současnosti je proto snaha vyvinout metody odstraňování usazenin založené na mechanickém čištění polymerního granulátu přidaném do aktivovaného kalu. Další výraznou nevýhodou MBR je také energetická náročnost.
Schéma běžného čištění odpadní vody pomocí aktivovaného kalu vs. ČOV za pomocí membránových bio-reaktorů.
Výhody
Pokud se zkombinuje membránové a biologické čištění, zvýší se tím koncentrace bakterií a aktivaci je tak možno efektivně zvýšit kapacitu ČOV bez stavebních úprav. Jak už bylo zmíněno dosazovací nádrže v tomto uspořádání vlastně nahrazuje fyzická bariéra tvořená membránou, a tak je možno nové ČOV plánovat s menším stavebními nároky oproti konvenčním ČOV, využívajícím technologie, které dosazovací nádrže vyžadují. Nespornou výhodou je ale zejména to, vyčištěná voda, které z MBR systému odtéká se dá opět využít jako užitková voda například pro zavlažování či kropení silnic.
Úprava vody a problémy spojené s úpravou a filtrací vody. EuroClean se specializuje na projekce, výrobu a dodávky technologických celků řešících nestandardní problémy investorů s vodou a vodním hospodářstvím.