membran bio reaktorler

Membran Bio-Reaktrler

Matthias Kraume

Berlin University of TechnologyDepartment of Chemical Engineering

Srdrlebilir Kalknma iin Atksu Ynetimi Eitimi

Sustainable concepts towards a zero outflow municipality-Zer0-m

1. Giri

2. Membran temelleri

3. Membran Biyoreaktrlerde atk su artm

4. Prosesler

- Artma performans

- amurun olumas

- amur zellikleri

5. Membran biyoreaktr performans

6. Ticari membran biyoreaktr prosesleri

7. Sonular

Membran Biyoreaktrler 1

Contents

Biyoktleyi korumak iin biyolojik bir reaktr ile bir membran prosesinin birleimidir.

- biyolojik reaktr ierisinde biyoktleyi korur (reaktr performans)

- Mekanik dezenfeksiyon (atn hijyenik kalitesi)

Membran BiyoreaktrMembran Biyoreaktr

biyolojik reaktr

membranprosesi


Membran Biyoreaktr nedir?

Membran seimi

Membranlar;

Mikro veya ultrafiltrasyon

Hidrolik malzeme

Tipik gzenek bykl

0,02-0,4 m

letim

Membran yzeyine paralel bir ak

Partikllerin uzaklatrlabilmesi iin kar akm uygulanmasgereklidir



Membran proseslerinin alma aral

st katman 0,5 - 1 m

dar gzenekler

geni gzenekler

10 m


Nanofiltrasyon membran

dar gzenekler

geni gzenekler


Ultrafisyon membran

Bir membran iin optimum geometri veya konfigrasyon zellikleri:

byk membran alan / gzenekler de dahil olmak zere toplam modl hacmi oran;

besleme tarafnda ktle transferi destei iin yksek trblans derecesi;

birim rn su hacmi bana dk enerji maliyeti;

birim membran alan bana dk maliyet;

temizliin kolay yaplabilmesine olanak veren bir tasarm;

modlerizasyon salayan tasarm.


Membran geometrisi/konfigrasyonu

Ak: birim zamanda birim membran alan ierisinden geen madde miktardr

Bir membran prosesinin temel elemanlar, u parametrelerin genel permeat ak zerindeki etkileridir:

membran direnci;

birim membran alan bana uygulanan itici kuvvet;

membrandaki hidrodinamik koullar: sv arayzeyi;

membran yzeyinin kirlenmesi ve akabinde temizlenmesi.


Permeat (saf su) ak

Klasik aktif amur yntemi yi bilinen ve yerleik bir uygulamadr

Skntlarktrme blgesi ierisinde biyoktlenin yer ekimi kuvvetiyle ayrtrlmas (ata bal hijyenik problemler)


Klasik atk su artma tesisi

Bir membran ile biyoktlenin ayrtrlmas


Membran biyoreaktr atk su artma tesisi

Avantajlar

Yksek hijyen standartlar ile birlikte ideal k suyu kalitesi

Yksek olas biyoktle konsantrasyonu (10-25 g MLSS/L)

Reaktr hacminin ve kaplad alann dk olmas

Net amur retiminin azaltlm olmas

Dezavantajlar

Membran modllerinin yksek yatrm maliyetleri

Membran btnl (hata tespit, yaam sresi)

Yksek iletme maliyetleri (enerji sarfiyat)


MBRlerin avantajlar ve dezavantajlar

MBRlerin amalar ve uygulamalar

biyolojik olarak paralanabilir bileenlerin mikroplarn bulankln, partikllerin yzey aktif maddelerin azaltlmas

Amalar Snr koullar

k suyu satandartlar(hijyen, bulanklk kriterleri)

snrl alan mevcut tesislerin

geniletilmesi veya iyiletirilmesi

Aktif amur yntemi kullanan Membran Biyoreaktrler

Aktif amur yntemi kullanan Membran Biyoreaktrler

Membran Biyoreaktrler 12Kaynak: http://www.gtz.de/ecosan/english/index.html

feedeffluent

feed

effluent

Harici dng sistemli yan akl MBR

daldrlm membran modll MBR


MBR konfigrasyonlar

Yan akl MBR konfigrasyonu

Transmembran basn dm : 0.5 - 5 barapraz ak hz: 2 - 5 m/sPermeat ak: 40 - 120 L/(m s)Yksek enerji ihtiyac (2 - 10 kWs/m permeat)

Ana uygulamalar:Endstriyel atk su artm

feedpermeate

excesssludge

Membran Biyoreaktrler 14Kaynak: Stephenson v.d 2000

Yan akl modller

Yuval modllerBoru ap: 5-15 mmMembran malzemesi PVDF, PE, PES, PAN

Yass tabaka tip modller Rochem

Boru tipli modller Koch

Boru tipli modller X-Flow


Membran alan ve permeat ak

energy demand [kWh/m3]

spec

ific

mem

bran

ear

ea[m

2 /m

3 ]

permeate

flux

perm

eate

flux

J W[L

/(m2 h

)]

membrane surface area

immersed modules side stream modules


Daldrlm membran modll MBR konfigrasyonu

Transmembran basn dm: 50 - 500 mbar (pompa (a) veya yerekimi akl (b))

apraz ak, modln alt tarafndaki zel havalandrma ile salanyorPermeat ak: 10 - 60 L/(m s)Dk enerji ihtiyac: 0.2 0.8 kWh/m permeatGerekli olan byk membran alan

Ana uygulamalar:evsel atk suyu artm

feed permeate

excess sludge

a)

b)


Daldrlm membranlar -dahili/harici

dahili montaj yksek biyoktlekonsantrasyonu

devridaim yok

basit mimari

harici montaj bakm ve onarm almalar

iin daha fazla esneklik

kestirme yollar yok

feed

permeate

excess sludge

aeration zone filtrationchamber

recirculation

feed

permeate

excess sludge

aeration zone immersedmembrane


Daldrlm membran modlleri

Plaka ve ereve tipli modl Kubota

destek polimerikmembran

Delikli elyaf tipli modl Zenon Membran Biyoreaktrler 19

membran plakas

permeatpermeatkolektr

ykseltici

hava

havalandrc

KO giderme etkinlii

85

90

95

100

0 5 10 15 20 25 30 35TS-Gehalt [mg/L]

CSB

- Elim

inat

ion

[%]

PilotanlageKA Rdingen

ASP

amur ykleme oran:0.09-0.13 kgKO (kgMLSS d)-1

C

O

D

-

MLSS-Konsantrasyonu [g L-1]

pilot MBR tesisi TU Berlinwwtp Rdingen (MBR)pilot MBR tesisi BeverwijkMBR


Nitrifikasyon oranlar

Nitrificationactivity:

MBR twicethat of ASP

enrichmentof nitrifiers

evsel atk su(Harremoesve Sinkjaer, 1995)

belediye a.suyu(Fan v.d.., 2000)

belediye a.suyu(kendi verileri)

belediye a.suyu(Zhang v.d., 1997)

0

0,5

1

1,5

2

2,5

N

i

t

r

i

f

i

c

a

t

i

o

n

R

a

t

e

[

m

g

N

(

h

g

V

S

S

)

-

1

]

MBR ASPMBR ASP


Atksu Artma tesisi

Reactor Hacmi (MF dahil)

[m]

Kii edeeri

Ykleme hz

[kgBO5/(m.gn)]

Rdingen 480 3000 0,38

Markranstdt 1780 12000 0,4

Monheim 1660 9700 0,35

Simmerath 136 750 0,33

Bchel 190 1000 0,32

Knautnaundorf 68 900 0,79

Ykleme oranlar

Ykleme hz, klasik bir ASPnin %50-100 stnde dalm gstermektedir.


Proses koullar ve giderim dereceleri

Birim Konvensiyonel ASP

MBR I MBR II

ZenoGem Milton (USA)

6 German 750-12,000 EP plants

SRT d 10 - 25 < 30 30 > 15 25-28 HRT h 4 - 8 > 6 8 3 < 10 MLSS kg m-3 5 12-16 15-20 8-16 BOD5 Ykleme hz Giderim k

kg m-3 d-1

% mg L-1

0.25

85 - 95 15

0.4 - 0.798 - 99

2.5

> 99 < 2

0.32 - 0.79

98 < 5

COD Giderim k

%

mg L-1

94.5

< 30

99

96.1 < 25

NH4+ giderimi % 98.9 99.2


Gerekli membran alanpermeat ak

Wastewater treatment plant (Germanny)

modulesystem

area

[m2]

max. feeding

rate [m/h]

max. net flux

[L/(m2h)]

average net flux

[L/(mh)]

capacity

[m/d] Rdingen Zenon 4416 135 25,5 12,7 450

Markranstdt Zenon 8800 180 20,5 2124

Monheim Zenon 12300 288 23,4 13,2 1820

Simmerath Puron 940 26,1 27,8 15,2

Bchel Kubota 960 50 630

Knautnaundorf VRM 756 - 24,3 17,6 112,5


amur eldesi

amur Ya [d]

a

m

u

r

K

a

z

a

n

m

[

k

g

M

L

S

S

(

k

g

C

O

D

)

-

1

]

0.01

0.1

1

1 10 100 1,000

%50 hidrolizpartiklat maddenin toplam hidrolizi

MBR, MLSS0/COD = 0.36 (Rosenberger 2003)MBR (Stephenson v.d. 2000)ASP (Stephenson v.d. 2000)ATV 2000, COD/BOD5 = 2 iken


amur viskozitesi

MLSS konsantrasyonu [g/L]

G

r

n

r

V

i

s

k

o

z

i

t

e

[

m

P

a

s

]

0 10 20 30 40

42 1/s

900 1/s

dwx/dy

101

100

102

103

9 MBR

viskozitenin bal olduu etkenler : kopma oran, kat konsantrasyonu, atk su yksek viskozite karm/oksijen transferini azaltr


Havalandrma

Amalar

aerobik mikrobiyal aktivite iin oksijen temini

aktif amurun hidrodinamik karm

daldrlm membran yzeylerinde sv aknn oluturulmas

Oksijen transfer hz (OTR)

yksek biyoktle konsantrasyonlarndan tr snrlamalar (OTRamur/OTRsu

Oksijen transfer hz

0 5 10 15 20 25 30 35 40

MLSS-Concentration [g L-1]

-val

ue

0

0.25

0.5

0.75

1wwtp Markranstdt

wwtp Rdingen

data (ATV 2000)

pilot plants

cross-flow MBR

eq. (Gnder 1999)

N

i

s

p

i

O

k

s

i

j

e

n

T

r

a

n

s

f

e

r

H

z


Enerji ihtiyac


s

p

e

s

i

f

i

k

e

n

e

r

j

i

i

h

t

i

y

a

c

Kirlenmeye bal olarak aktaki d

time t00

reversible fouling

flux

J P

irreversible fouling

JP? 0

JP? 0

constant flux

p = const.

feed

permeate


Zamana bal geri ykama ak

perm

eate

flux

J W

flux improvementby backflushing

dependent on:- raw water quality- transmembrane pressure difference- backflush proceedure

irreversible fouling

reversible fouling

filtration intervall

flux decreasewithout backflushing

intervall between two chemical cleanings

time t


filtration interval

interval between two chemical cleanings

Kirlenme kontrol

membrann havalandrlmas- yzeyde kopma oranlarna ulamak iin gaz/sv ak

- belli aralklarla ksmi olarak ve filtrasyondaki kesintilere bal olarak

geri ykama (mmknse)- periyodik olarak saf su ile (yaklak her 3-10 dakika aras, 15-60

saniye boyunca).

filtraj kesintileri- periyodik filtraj kesintileri (yaklak her 10 dakikada bir, 1 dakika

boyunca).


Kimyasal olarak membran temizlii

yerinde- temizlik maddeleri ile devridaim - havalandrlm tanka ilave

havada- temizleme maddesinin seyreltilmemi durumda uygulanmas

harici temizleme- modllerin sklmesi, temizleme tanknn ayrlmas

cleaningagent

cleaningagent

cleaningagent


n artma

dk kaba/dokuma madde konsantrasyonlar (min. 3 mmlik n eleme) yal maddelerin dk kons. (havalandrmal kum tutucu ve ya tutucu

verimli olmayan zgaraverimli zgara

Membran Biyoreaktrler 34Kaynak: Zenon Environmental

Nordkanal (Almanya) 80000 PElik Atk Su Artma Tesisi

Kapasite

- 80,000 PE

- atk su girdisi 16,000 m3/gn

- KO 9,600 kg/gn

- BO5 5250 kg/gn

- askda katlar 5,600 kg/gn

Tasarm

- toplam hacim 9,200 m3

- membran yzey alan 88,000 m2


Nordkanal (Almanya) 80000 PElik Atk Su Artma Tesisi


Evsel atk su artm

Ufak lekli tesis BioMIR:

4 8 kii

2 - 3 m reaktr hacmi

2,4 - 4,8 m membran alan

kl lekli yerel tesisler


Sonular

Membran biyoreaktrler klasik yntemlere gre eitli avantajlar modern ve son derece verimli proses artma maliyetleri hemen hemen rekabeti

Dezavantajlar yksek enerji sarfiyat youn kirlenmeden tr youn temizlik almalar daha yksek MLSS konsantrasyonlar sebebiyle dk

oksijen transferi oranlar

Grevler ve hedefler temizleme olmakszn daha uzun alma sreleri havalandrma iin gerekli enerji ihtiyacnn azaltlmas artan hidrolik yklerin ynetimi

optimum MLSS konsantrasyonu


Charley R.C.; Hooper, D.G. and McLee, A.G. (1980). Nitrification kinetics in activated sludge at various temperature and dissolved oxygen concentrations. Wat. Res., 14, 1387-1396.

Cicek, N.; Franco, J.P.; Suidan, M.T.; Urbain, V.; Manem, J. (1999). Characterization and Comparison of a Membrane Bioreactor and a Conventional Activated Sludge System in the Treatment of Wastewater Containing High-Molecular-Weight Compounds. Wat. Environ. Res., 71, 64-70.

de Haas, D.; Turl, P.; Hertle, C. (2004). Magnetic Island Water Reclamation Plant Membrane Bioreactor Nutrient Removal Technology One Year On. Enviro 04 Conference and Exhibition. http://www.ghd.com.au/aptrixpublishing.nsf/AttachmentsByTitle/PP+MagneticIsWater+PDF/$FILE/e4182.pdf.

Fan, X.F.; Urbain, V.; Qian, Y.; Manem, J.; Ng, W.J.; Ong, S.L. (2000). Nitrification in a membrane bioreactor (MBR) for wastewater treatment. Wat. Sci. Tech., 42(3-4) 289-294.

Harremoes, P.; Sinkjaer, O. (1995). Kinetic Interpretation of Nitrogen Removal in Pilot Scale Experiments. Wat. Res., 29, 899-905.Kraume, M.; Bracklow, U. (2003). Das Membranbelebungsverfahren in der kommunalen Abwasserbehandlung

Betriebserfahrungen und Bemessungsanstze in Deutschland. In: Membrantechnik in der Wasseraufbereitung und Abwasserbehandlung (Hrsg.: T. Melin, M. Dohmann), 5. Aachener Tagung Siedlungswasserwirtschaft und Verfahrenstechnik.

Muller, E.B. (1994) Bacterial Energetics in Aerobic Wastewater Treatment, Ph.D. Thesis, Vrije Universiteit, The NetherlandsRosenberger, S.; Kubin, K.; Kraume, M. (2002). Rheology of Activated Sludge in Membrane Bioreactors. Eng. Life Sci., 2(9), 269-

274. Rosenberger, S.; Schreiner, A.; Wiesmann, U.; Kraume, M. (2001). Impact of different sludge ages on the performance of

membrane bioreactors. In: Proceedings IWA 2001 Berlin World Water CongressStephenson, T.; Judd, S.; Brindle, K. (2000). Membran Biyoreaktrlerfor Wastewater Treatment. IWA Publishing London.Wisniewski, C.; Leon Cruz, A.; Grasmick, A. (1999). Kinetics of organic carbon removal by a mixed culture in a membrane

bioreactor. Biochem. Eng. J., 3, 61-69. Res. 71, 64-70.Zhang, B.; Yamamoto, K.; Ohgaki, S. and Kamiko, N. (1997). Floc size distribution and bacterial activities in membrane separation activated sludge process for small-scale wastewater treatment/reclamation. Wat. Sci. Technol., 35(6), 37-44.

Referanslar

membran bio reaktorler

Documents