1. Por que usar MBR?
Deficiências e problemas dos métodos tradicionais (processo de lamas ativadas):
O tratamento tradicional de águas residuais depende principalmente de lodo ativado (uma massa gelatinosa formada por microrganismos e pelas substâncias orgânicas e inorgânicas às quais eles aderem) para decompor os poluentes. Posteriormente, a mistura é direcionada para um tanque de sedimentação onde o lodo se deposita naturalmente, enquanto a água limpa escoa pelo topo. Este método tem sido empregado há séculos, mas enfrenta vários desafios persistentes:
Grande área necessária: É necessário um grande tanque de sedimentação para permitir que a lama assente lentamente.
O lodo tem tendência a “inchar”: se não assentar adequadamente, é provável que flua junto com a água, resultando em efluentes de baixa qualidade.
Excesso de lodo excessivo: É produzida uma grande quantidade de lodo excedente, sendo o custo do tratamento responsável por mais de 25% do custo operacional.
A concentração de lamas no tanque de reação não pode ser aumentada: só pode ser mantida entre 1,5 e 3,5 gramas por litro, limitando a eficiência da reação.
O surgimento do MBR proporcionou uma solução para os problemas mencionados!
O MBR substitui o tanque de sedimentação secundário por módulos de membrana, conseguindo uma separação mais completa do lodo e da água. Os microrganismos são interceptados pela membrana, permitindo-lhes permanecer no sistema enquanto a água é descarregada através da membrana!
Como resultado, a concentração de lodo pode ser aumentada para 8 a 15 gramas por litro, o que é 3 a 5 vezes maior que a dos métodos tradicionais.
Não se preocupe mais com problemas de acúmulo de lodo. Com a triagem do tamanho dos poros da membrana, independentemente de os flocos de lodo estarem soltos ou não, ou flutuarem ou não, a membrana retém diretamente todo o lodo. Não importa o volume do lodo ou quão pobre seja sua sedimentação, ele não consegue passar pelos poros da membrana e não será perdido com o efluente, garantindo uma qualidade estável do efluente.
A qualidade da água do efluente é excelente, com sólidos em suspensão quase nulos e turbidez abaixo de 1 NTU.
2. Princípios Fundamentais do MBR
Composição de MBR
MBR é equivalente a um biorreator mais um módulo de membrana. O biorreator é onde as bactérias atuam, enquanto o módulo de membrana serve como peneira para separar a água lamacenta.
Classificação por posição do módulo de membrana
Tipo de imersão (tipo integrado): A membrana é imersa diretamente no tanque biológico e a água é extraída por sucção com pressão negativa. A vantagem deste método é o baixo consumo de energia e a pequena área ocupada, mas a desvantagem é o fluxo de membrana relativamente baixo.
Tipo externo (separado): A membrana é colocada separadamente e o líquido misturado é pressurizado por uma bomba e depois passa através da membrana. A vantagem é a operação estável e a limpeza fácil, mas o consumo de energia é maior.
Atualmente, o MBR imerso é amplamente utilizado no mercado, especialmente indicado para tratamento de esgoto doméstico.
Classificação por formato do módulo de membrana
Tipo de fibra oca: alta densidade de embalagem, pegada pequena, mas propensa a quebra e bloqueio de fios e difícil de limpar.
Tipo plano: simples de fabricar, fácil manutenção e fácil limpeza, porém com menor densidade de embalagem.
Tipo de tubo: não sujeito a entupimento, resistente à contaminação, fácil de limpar, mas com menor densidade de embalagem e maior preço.
Como funciona a “filtragem” no MBR?
O núcleo do MBR está na filtração por membrana. Dependendo do modo operacional, a filtração por membrana pode ser categorizada em dois tipos:
Filtragem de pressão constante: É como empurrar uma peneira com uma força fixa. No início, a água limpa flui rapidamente, mas à medida que a superfície da peneira fica obstruída com lodo, o fluxo diminui. A taxa de produção de água diminui continuamente ao longo do tempo!
Filtragem de fluxo constante: Visa uma "taxa de saída de água constante". Para conseguir isso, quando a membrana fica poluída e a resistência aumenta, o sistema aumentará automaticamente a força de sucção (aumenta a diferença de pressão transmembrana) para manter a mesma saída de água. Ao mesmo tempo, por meio de limpeza com aeração regular ou lavagem reversa, os poluentes na superfície da membrana são expelidos e lavados, permitindo que a membrana "respire fundo". Esta abordagem não só controla eficazmente a poluição da membrana, prolonga o ciclo de limpeza, mas também mantém uma elevada eficiência na produção de água, permitindo que o sistema opere de forma estável durante um longo período de tempo.
Como os microrganismos “comem” poluentes?
O tratamento biológico no MBR é essencialmente um processo de decomposição da matéria orgânica por microrganismos em condições aeróbias. Depois de ingerir matéria orgânica, os microrganismos fazem principalmente duas coisas:
Anabolismo: Uma porção de matéria orgânica é utilizada para construir o próprio corpo, levando ao aumento do número de microrganismos.
Metabolismo de decomposição: Outra parte da matéria orgânica é completamente decomposta em substâncias estáveis e inofensivas, como dióxido de carbono e água, enquanto libera energia para os microrganismos sustentarem a vida. (Sua essência é semelhante à lama ativada)
3. Vantagens e desvantagens do MBR
As principais vantagens do MBR
A qualidade do efluente é excelente: os sólidos suspensos no efluente MBR são quase nulos, com turbidez abaixo de 1 NTU, e indicadores como DQO e nitrogênio amoniacal são muito superiores aos dos processos tradicionais. Pode ser reutilizado diretamente para descarga de vasos sanitários, ecologização, lavagem de carros, reposição de água paisagística, etc.
Pequena área ocupada: Eliminando a necessidade de um tanque de sedimentação secundário, o processo é curto e pode ser concebido como um tipo subterrâneo, tornando-o particularmente adequado para cidades ou áreas residenciais com terrenos limitados.
Baixo excesso de produção de lodo: o MBR pode operar em condições de longa idade de lodo, permitindo que o lodo se digira sozinho, resultando em um volume de produção de lodo que é apenas um{0}}terço a-metade do dos métodos tradicionais, reduzindo significativamente o custo de descarte de lodo.
Forte resistência a cargas de choque: não tem medo do acúmulo de lodo, pois o lodo de alta{0}concentração fornece uma forte capacidade de armazenamento.
Alto grau de automação: O tempo de retenção hidráulica e a idade do lodo são completamente separados, facilitando o controle totalmente automático e a operação e gerenciamento convenientes.
As deficiências e desafios do MBR
Alto investimento: O custo dos componentes da membrana é alto e o investimento do projeto é 30% a 50% superior ao dos métodos tradicionais.
Alto consumo de energia: processos como aeração e sucção por membrana consomem uma quantidade significativa de eletricidade!
Incrustação da membrana: A membrana pode ficar obstruída e requer limpeza regular. A incrustação da membrana é dividida em três estágios - incrustação inicial (adsorção dentro de algumas horas), incrustação lenta (acúmulo de colóide dentro de algumas semanas) e incrustação rápida (a queda de pressão transmembrana aumenta dentro de alguns dias), necessitando de diferentes níveis de medidas de limpeza.
Alto custo de substituição da membrana: a vida útil de uma membrana geralmente é de cerca de 5 anos e ela precisa ser substituída quando expirar, o que é uma despesa significativa para operação-de longo prazo.
Os requisitos de pré-tratamento são rigorosos: grades ultra{0}}finas (1 a 2 milímetros) devem ser instaladas, caso contrário, cabelos e fibras ficarão emaranhados nas fibras da membrana, causando poluição grave e até mesmo danos à membrana. Ao mesmo tempo, também é altamente sensível a substâncias oleosas.