En ny eduktorbaserad luftningsutrustning i MBR för renin

Effekten av ett nyutvecklat luftningssystem baserat på en eduktor utvärderades för en MBR med plattmembran med avseende på igensättning av membranen, syreöverföring och omblandning samt prestanda.

Av: Bengt Andersson

Användning av membranbioreaktorer (MBR) för rening av kommunala avloppsvatten har ökat kraftigt på grund av många fördelar jämfört med konventionella reningsprocesser. Det finns dock även nackdelar, där den kanske största är problematiken med igensättning av membranen. Olika teknik för att förhindra igensättning har utvecklats, där den mest effektiva metoden är en kraftig luftning längs membranen för att förhindra att biomassa fastnar på ytan.

Tidigare studier med venturimunstycken för luftning av MBR har gett förbättringar av prestanda och kontroll av igensättning av membranen. I refererad studie används en nyutvecklad utrustning för luftning, som kombinerar mekanismerna för en venturiluftare med en flödesförstärkande effekt av en eduktor. Eduktorn har modifierats genom att ett rör för luftinförsel dragits in i eduktorn. Den fungerar enligt venturiprincipen men den skiljer sig genom att den inte bara drar in luft från atmosfären utan även omgivande vätska till punkten för luftinjektionen. Detta resulterar i en kraftig jetblandning av vätska och luft, vilket ger en kraftig omrörning och blandning av vätska, biomassa och luft samtidigt som en hög hastighet av vätska och luft erhålls längs membranen.    

Syften med studien var att utvärdera den nya utrustningen i en MBR med membran av plattor och att jämföra den med en konventionell finblåsig diffusor.

Genomförande

Försöken genomfördes i stor laboratorieskala med tillförsel av försedimenterat avloppsvatten från avloppsreningsverket i Yeroham, Israel. Plattmembran monterade i en färdig standardmodul (0,34 m² yta med porstorlek 0,04 mm) sänktes ned i reaktorn, som fylldes med aktivtslam från reningsverket. En acklimatiseringsperiod av en månad föregick försöken. 

Upplägget var en jämförande studie, där en inbyggd diffusorluftare i membranmodulen testades först och där samma membranmodul därefter testades med en eduktor istället. Eduktorn mynnade i ett perforerat rör under membranen som utformats så att ett jämnt fördelat utflöde längs röret erhölls.

Studien omfattade olika test, som utfördes för båda installationerna. Testen omfattade bestämning av luftnings- och syreöverföringseffektivitet, igensättning av membranen, prestanda för MBR och energiförbrukning. Test av syresättningseffektiviteten utfördes både i renvatten och i avloppsvatten. Vid igenomsättningstesten mättes transmembrantrycket (TMP) och tiden för ökningen av TMP till 400 mbar.

Resultat

Mätning av syreöverföringen visade att K_La-värdet var högre för eduktorn än för diffusorn. Med ett luftflöde av 5 l/min var värdet för diffusorn resp. eduktorn 5,6 resp. 18,5 h^-1 för renvatten och 4,2 resp. 16,8 h^-1 för avloppsvatten. Anledningen till det högre värdet för eduktorn förklarades av den intensiva blandningszonen i eduktorn, där ett högt vätskeflöde blandades med ett högt luftflöde, vilket inte var fallet för diffusorn. Om luftflödet ökades till 12,5 l/min ökade K_La-värdet för diffusorn till 13,8 h^-1 och till 50 h^-1 för eduktorn testat i renvatten. a-värdet bestämdes till 0,75 resp. 0,91 för diffusorn resp. eduktorn. Mätningar av syrehalten i olika delar av reaktorn visade att halten i de övre och mellersta delarna var högre och jämnare med eduktorn än med diffusorn.

Membranens igensättning testades vid flödesbelastningar mellan 21,5 och 43 l/m²*h. Då gränsvärdet 400 mbar för TMP uppnåddes togs membranen ut för tvättning med hypoklorit och citronsyra före nästa försök. Tiden för att uppnå gränsvärdet var kortare för diffusorluftaren än för eduktorn vid samtliga belastningar, vilket innebar att systemet med eduktor bättre kunde kontrollera igensättningen. Vid de lägre belastningarna hade TMP för eduktorn inte ens uppnått gränsen efter 240 timmar, då försöket avbröts. Kompletterande försök för att utröna orsaken till den bättre rengöringen av membranen med eduktorn visade att det perforerade röret efter eduktorn skapade större bubblor än diffusorn med högre stighastighet och skjuvkraft på membranen.

Försök utfördes även med en mycket hög belastning (65 l/m²*h) och hög slamhalt (cirka 10 g/l i stället för cirka 5 g/l). Tiden för att uppnå gränsvärdet för TMP blev väsentligt kortare för båda luftarna och det var ingen skillnad mellan luftningssystemen vid ett luftflöde av 5 l/min. Med ett ökat luftflöde till 10 l/min ökade däremot tiden med 12 % för eduktorn medan den inte förändrades för diffusorn.

Avskiljningen av COD och ammonium studerades vid olika hydraulisk uppehållstid (mellan 6 och 12 timmar). COD-avskiljningen var högre för systemet med eduktorn (mellan 93 och 96 %) jämfört med systemet med diffusorn (mellan 83 och 91 %). Avskiljningen av ammonium var i stort sett den samma för båda systemen (mellan 65 och 75 %).

Energiförbrukningen för ett luftflöde av 5 l/min uppgick till 18 W för eduktorn och omkring 5 W för diffusorn. Med eduktorn skapades samtidigt ett högre recirkulationsflöde av 13 l/min, vilket inte uppnåddes med diffusorn. Den specifika syresättningseffektiviteten uppgick till 0,5 kg O₂/kWh för eduktorn och 0,75 kg/kWh för diffusorn. Vid en högre luftmängd (12,5 l/min) erhölls samma effektivitet för diffusorn medan den ökade för eduktorn till 0,65 kg O₂/kWh.

Slutsatser

Effekten av en eduktorbaserad luftningsutrustning i en MBR med plattmembran jämfördes med en standardutrustning med finblåsig luftning och det framkom att

Källa: S. Mitra, N.C. Daltrphe, J. Gilron. A novel educator-based MBR for the treatment of domestic wastewater. Water Research 100 (2016), pp 65 – 79.

Hela artikeln från Water Research finns att köpa här.