Operación y mantenimiento de MBR explicados

Quienes se dedican a la operación y mantenimiento de aguas residuales sin duda han oído hablar del proceso MBR (biorreactor de membrana). En pocas palabras, su lógica central es muy simple: MBR=reacción bioquímica + separación de membrana. Su función principal es sustituir el tanque de sedimentación secundario en los procesos tradicionales, logrando una separación más eficiente de lodos-agua. Ya sea para el tratamiento de aguas residuales domésticas o industriales, cada vez más proyectos eligen MBR porque resuelve muchos puntos débiles de los tanques de sedimentación secundaria-lodos en efluentes, un efecto de sedimentación deficiente y una gran huella.

Muchos recién llegados al MBR pueden encontrarlo "difícil de operar y mantener, propenso a obstruir la membrana". Sin embargo, una vez que se comprende la lógica combinada de "reacción bioquímica + separación por membrana" y se comprenden sus principales ventajas al reemplazar los tanques de sedimentación secundarios, la operación y el mantenimiento diarios se vuelven bastante simples. Basado en la experiencia de primera línea en operación y mantenimiento, hoy explicaremos detalladamente MBR, cubriendo sus principios básicos, ventajas en el reemplazo de tanques de sedimentación secundarios, puntos clave de-operación y mantenimiento en el sitio, problemas y soluciones comunes-toda información práctica y concisa, que permitirá a los principiantes comenzar rápidamente y a los operadores experimentados llenar cualquier vacío en su conocimiento.

Primero, resalte los puntos clave: MBR (Membrane Bioreactor) no es un "proceso completamente nuevo", sino más bien una sustitución del tanque de sedimentación secundario por módulos de membranas basados ​​en procesos biológicos tradicionales (aeróbicos y anaeróbicos). Sus principales ventajas son una separación más completa del agua-lodo y una calidad del efluente más estable. La clave para la operación y el mantenimiento radica en el "mantenimiento de la membrana + tratamiento biológico estable", ya que ambos trabajan juntos para maximizar la eficacia del MBR.

En los procesos tradicionales de tratamiento de aguas residuales, después de que el tanque de tratamiento biológico degrada la DQO y el nitrógeno amoniacal, se necesita un tanque de sedimentación secundario para separar el lodo y el agua, permitiendo que el lodo activado se asiente y el sobrenadante se descargue como efluente. Sin embargo, la eficiencia de separación del tanque de sedimentación secundario se ve muy afectada por el rendimiento de la sedimentación de lodos. Si se produce acumulación de lodos o defloculación, se producirán lodos en el efluente y un exceso de sólidos en suspensión (SS). Además, los tanques de sedimentación secundaria ocupan un espacio grande y tienen una eficiencia de separación limitada.

La principal mejora del proceso MBR es la sustitución de la sedimentación secundaria por la separación por membrana. El proceso general puede entenderse simplemente como: Aguas residuales → Pretratamiento (tamiz de arena, cámara de arena) → Tanque de tratamiento biológico (aeróbico/anaeróbico, degradación microbiana de contaminantes) → Módulo de membrana (separación de membrana, retención de lodos activados) → Efluente que cumple con los estándares.

El "tratamiento biológico" aquí es totalmente coherente con el tanque de tratamiento biológico en los procesos tradicionales. El núcleo todavía depende de los microorganismos del lodo activado para degradar contaminantes como la DQO, el nitrógeno amoniacal y el fósforo total en las aguas residuales. La lógica metabólica y los requerimientos nutricionales de estos microorganismos no difieren de los procesos de tratamiento biológico tradicionales. La "separación de membranas" es el núcleo de MBR. Básicamente, reemplaza la "sedimentación por gravedad" del tanque de sedimentación secundario con la "retención física" de la membrana. Independientemente del rendimiento de sedimentación del lodo, la membrana puede retener firmemente el lodo activado y las partículas suspendidas, permitiendo que solo pase agua limpia.

En resumen, MBR (biorreactor mecánico) reemplaza los tanques de sedimentación secundaria esencialmente reemplazando la sedimentación por gravedad con la interceptación física. Esto resuelve el problema central de los tanques de sedimentación secundaria, que dependen en gran medida del rendimiento de la sedimentación de lodos, al mismo tiempo que mejora la eficiencia de separación de agua de lodos-y reduce la huella. Ésta es la razón principal de su amplia aplicación.

Características clave del MBR en la identificación in-sitio: Tiene un sistema de aireación similar a los tanques de tratamiento biológico tradicionales, y está equipado con módulos de membranas (membranas de lámina plana, membranas de fibra hueca, etc.), sin un gran tanque de sedimentación secundario; el efluente es claro, con casi cero sólidos en suspensión (SS); Durante el funcionamiento, se requiere una limpieza regular de la membrana para evitar su obstrucción.

Muchos proyectos abandonan los tanques de sedimentación secundaria y eligen MBR, no siguiendo ciegamente las tendencias, sino porque sus ventajas son reales y pueden resolver muchos-problemas de operación y mantenimiento in situ. Es especialmente adecuado para escenarios con altos requisitos de efluentes y huellas pequeñas. Las ventajas específicas se pueden resumir en 5 puntos, todos los cuales se pueden experimentar personalmente en operaciones de primera línea:

1. Separación más completa del lodo-agua y una calidad del efluente más estable: esta es la ventaja más importante. Los tanques de sedimentación secundaria dependen de la sedimentación de lodos por gravedad. Si el lodo se deflocula y se expande, el efluente contendrá lodo y excederá los estándares de sólidos suspendidos (SS). Por el contrario, los módulos de membrana MBR tienen una precisión de retención extremadamente alta, capaces de retener casi todos los lodos activados, partículas en suspensión e incluso algunas sustancias coloidales. Los SS del efluente pueden estar constantemente por debajo de 10 mg/L, y los niveles de DQO y nitrógeno amoniacal también son más estables, cumpliendo fácilmente con los estándares de descarga de Clase A y superiores.

2. Huella significativamente reducida, ahorro de costos del sitio: los tanques de sedimentación secundaria tradicionales ocupan un área grande y representan entre el 30% y el 40% del área total de la planta de tratamiento de aguas residuales. Los módulos de membrana MBR son de tamaño pequeño y tienen una alta eficiencia de separación, por lo que no requieren un gran espacio de sedimentación. La huella es solo del 50% al 70% de la de los procesos tradicionales (biológicos + tanques de sedimentación secundaria), lo que los hace particularmente adecuados para proyectos con espacio limitado (como plantas de tratamiento de aguas residuales urbanas y tratamiento de aguas residuales en talleres industriales).

3. Mayor concentración de lodos y eficiencia bioquímica mejorada: los tanques de sedimentación secundarios están limitados por el rendimiento de sedimentación de los lodos, con MLSS (concentración de lodos) controlado solo a 2000-4000 mg/L. Sin embargo, los módulos de membrana MBR retienen eficazmente los lodos, aumentando el MLSS a 8000-12000 mg/L. Esto da como resultado un recuento microbiano total más alto y una degradación de contaminantes más eficiente, lo que lo hace particularmente adecuado para el tratamiento de aguas residuales recalcitrantes y de alta concentración, mejorando significativamente las tasas de eliminación de DQO y nitrógeno amoniacal.

4. Previene la pérdida de lodos y reduce el impacto del sistema: Los tanques de sedimentación secundaria tradicionales son propensos a la pérdida de lodos (p. ej., descarga inadecuada de lodos, choque hidráulico), lo que genera un recuento microbiano total insuficiente y una menor eficiencia del tratamiento. Los módulos de membrana MBR retienen eficazmente los lodos, evitando su pérdida incluso en casos de ligera defloculación de los mismos. Esto mejora significativamente la estabilidad del sistema y reduce la complejidad del mantenimiento.

5. Proceso simplificado y mantenimiento reducido: después de que MBR reemplaza el tanque de sedimentación secundario, ya no hay necesidad de controlar el espesor de la capa de lodo y el volumen de descarga, lo que reduce los pasos de mantenimiento (como el raspado de lodo y los ajustes de descarga). El mantenimiento ahora se centra en el tanque de tratamiento biológico y los módulos de membranas. Si bien se agrega la limpieza de las membranas, la dificultad general de mantenimiento no ha aumentado; de hecho, es más fácil de gestionar.

Una advertencia: MBR también tiene desventajas, como mayores costos de los módulos de membrana, la necesidad de una limpieza regular y un consumo de energía ligeramente mayor que los procesos tradicionales. Sin embargo, para proyectos con altos requisitos de calidad de efluentes y espacio limitado, estos inconvenientes superan con creces sus ventajas.

El núcleo de la operación y mantenimiento de MBR es "estabilizar el sistema bioquímico + mantener el módulo de membrana". Ambos trabajan juntos para funcionar de manera efectiva-el sistema bioquímico es responsable de degradar los contaminantes y el módulo de membrana es responsable de la separación de lodos-agua. Si alguno de ellos funciona mal, se producirán problemas como una calidad excesiva del efluente y obstrucción de la membrana. Los puntos específicos de operación y mantenimiento se dividen en dos partes, directamente aplicables en-sitio:

(I) Operación y Mantenimiento del Sistema Bioquímico (Consistente con los procesos tradicionales, enfocado a la actividad estabilizadora)

La lógica de operación y mantenimiento del tanque bioquímico MBR es exactamente la misma que la de los tanques aeróbicos y anaeróbicos tradicionales. El objetivo principal es estabilizar la actividad microbiana y garantizar una degradación eficaz de los contaminantes. Tres puntos clave son cruciales:

1. Controlar la proporción de nutrientes: complementar las fuentes de nitrógeno y fósforo de acuerdo con una proporción C:N:P de 100:5:1 para evitar el desequilibrio de nutrientes que conduce a una disminución de la actividad microbiana. Especialmente porque la concentración de lodos de MBR es alta, el consumo de nutrientes es más rápido, lo que requiere un control regular de la calidad del agua y una reposición oportuna.

2. Estabilizar la concentración de OD: en la etapa aeróbica, el OD debe controlarse a 2,0 ~ 3,0 mg/L para garantizar un metabolismo microbiano suficiente y evitar la degradación incompleta de la DQO y del nitrógeno amoniacal debido a una insuficiencia de OD. Al mismo tiempo, evite la excesiva-aireación para evitar la rotura de los flóculos de lodo y un mayor riesgo de obstrucción de la membrana.

3. Controlar la edad de los lodos (SRT): La SRT de MBR se puede controlar entre 10 y 20 días, más tiempo que los procesos tradicionales. No es necesaria la descarga frecuente de lodos; La descarga periódica de lodos de pequeño volumen-es suficiente para evitar el envejecimiento de los lodos y la obstrucción de las membranas. La tasa de descarga de lodos debe ajustarse según el MLSS (mantenido entre 8000 y 12 000 mg/l).

(II) Operación y mantenimiento del módulo de membrana

El módulo de membrana es el "corazón" del MBR. Una vez obstruido, provoca una disminución del flujo de efluentes, un mayor consumo de energía e incluso daños en el módulo de membrana. La clave de la operación y el mantenimiento es "prevenir obstrucciones y limpiar con frecuencia", centrándose específicamente en cuatro puntos:

1. Limpieza regular en línea (el monitoreo de TMP es crucial): la limpieza en línea incluye lavado con aire y lavado con agua. El lavado con aire utiliza principalmente aireación para eliminar el lodo de la superficie de la membrana, evitando la adhesión del lodo. El lavado con agua utiliza un retrolavado para enjuagar los poros de la membrana con agua limpia, eliminando las impurezas finas. Durante la operación y el mantenimiento de rutina, se debe monitorear la diferencia de presión transmembrana (TMP). Cuando el TMP excede 0,1 MPa, la frecuencia de limpieza debe aumentarse rápidamente.

2. Limpieza regular fuera de línea: la limpieza en línea no puede eliminar por completo los contaminantes persistentes (como materia orgánica y coloides) de la superficie de la membrana. La limpieza fuera de línea se debe realizar cada 3 a 6 meses, utilizando agentes químicos (como hipoclorito de sodio o ácido cítrico) para remojar el módulo de membrana, eliminar los contaminantes rebeldes y restaurar el flujo de la membrana.

3. Controlar la calidad del agua afluente para evitar que las impurezas obstruyan los poros de la membrana: fortalecer el pretratamiento para garantizar el funcionamiento normal de la rejilla y la cámara de arena, eliminando arena, sólidos suspendidos grandes, cabello y otras impurezas transportadas por el afluente. Evite que estas impurezas entren en el módulo de membrana y obstruyan los poros. Para aguas residuales industriales, elimine la materia orgánica recalcitrante y la grasa con anticipación para reducir la contaminación de la membrana.

4. Evite que el módulo de membrana se seque y se dañe: El módulo de membrana siempre debe estar sumergido en agua; El secado está estrictamente prohibido, ya que provocará que los poros de la membrana se encojan y se dañen. Además, evite que objetos afilados golpeen la superficie de la membrana para evitar daños a la misma. Si encuentra daños en la membrana, reemplácela inmediatamente para evitar que entre lodo en el efluente y provoque una calidad excesiva del efluente.

En-la operación y el mantenimiento in situ, los problemas de MBR se centran principalmente en la "obstrucción de la membrana" y el "flujo excesivo de efluentes". Básicamente, estos se deben a la inestabilidad del sistema de tratamiento biológico o al mantenimiento inadecuado del módulo de membrana. A continuación se detallan cuatro de los problemas más comunes y sus soluciones específicas, que incluso los principiantes pueden manejar fácilmente:

1. Problema 1: obstrucción del módulo de membrana, flujo de efluente reducido (el más común)

Solución:
① Aumente inmediatamente la frecuencia de limpieza en línea (lavado con aire + lavado con agua) para eliminar el lodo de la superficie de la membrana;
② Si el TMP continúa aumentando, realice una limpieza química fuera de línea para eliminar los contaminantes rebeldes;
③ Investigar la calidad del agua afluente, fortalecer el pretratamiento y eliminar impurezas;
④ Inspeccione el sistema de tratamiento biológico para evitar el envejecimiento y la defloculación de los lodos, reduciendo la adhesión de los lodos a la superficie de la membrana.

2. Problema 2: Exceso de DQO y nitrógeno amoniacal en el efluente (sistema biológico inestable)

Solución: ① Verifique la concentración de OD, asegurándose de que el OD en la sección aeróbica sea mayor o igual a 2,0 mg/L y ajuste la tasa de aireación; ② Complementar las fuentes de nitrógeno y fósforo para garantizar el equilibrio de nutrientes; ③ Controlar la carga del afluente para evitar el impacto de las aguas residuales de alta-concentración y reducir el caudal del afluente si es necesario; ④ Verificar las propiedades del lodo. Si el lodo está envejecido, aumente adecuadamente la descarga de lodo y rellénelo con lodo fresco.

3. Problema 3: Módulo de membrana dañado, exceso de SS en el efluente

Solución: ① Pruebe el SS del efluente. Si SS aumenta repentinamente, verifique si el módulo de membrana está dañado; ② Localice el módulo de membrana dañado y reemplácelo rápidamente; ③ Verifique el pretratamiento para evitar que entren impurezas afiladas y dañen el módulo de membrana; ④ Ajuste la intensidad de la aireación para evitar que la aireación excesiva afecte la superficie de la membrana.

4. Problema 4: El lodo se acumula demasiado rápido en la superficie de la membrana (incrustación acelerada de la membrana)

Soluciones:
① Aumentar la frecuencia y la intensidad del lavado con aire para mejorar el lavado de la superficie de la membrana;
② Optimizar el sistema biológico para controlar las propiedades de los lodos y evitar su defloculación y espesamiento;
③ Aumentar adecuadamente la descarga de lodos para reducir la concentración de MLSS y el volumen total de lodos;
④ Agregue una pequeña cantidad de coagulante para promover la floculación del lodo y reducir la adhesión del lodo.

La lógica central de MBR: tratamiento biológico + separación por membranas, reemplazando el tanque de sedimentación secundario. Básicamente, utiliza la retención física de la membrana para resolver el problema de la separación incompleta del lodo-agua en el tanque de sedimentación secundario. Sus ventajas son efluentes estables, tamaño reducido y alta eficiencia. El núcleo de la operación y mantenimiento es "estabilizar el sistema biológico y mantener los componentes de la membrana". El sistema biológico estabiliza la actividad microbiana y los componentes de la membrana se limpian y evitan que se obstruyan. La combinación de estos dos garantiza un funcionamiento estable del MBR y logra fácilmente una descarga compatible.