Membranteknologi og aktuelle prosesser for primærrensning, separasjon av bioslam og etterpolering

Transkript

1 1 Fagtreff , Oslo: Innovative metoder for å fjerne partikler fra avløpsvann Membranteknologi og aktuelle prosesser for primærrensning, separasjon av bioslam og etterpolering

2 2 Hva er membranteknologi? membran Fase 1: Fase 2: Føde Permeat Drivkraft; C, P, T, E Definisjon: En membran er en permselektiv barriere eller grensesnitt mellom to faser der en separasjonsprosess foregår på grunn av en spesifikk drivkraft som transporterer et stoff gjennom membranen fra den ene fasen til den andre Massetransport: 1. Gjennom fase 1 2. Over membranen 3. Gjennom fase 2 Klassifisering: RO NF UF MF Conventional filtration Angstroms Microns Ionic range Macromolecular range Micron particle Fine particle

3 3 Membrantyper og karakteristikk:

4 4 Separasjon av partikler: Illustrasjon av partikkel separasjon: Rene membraner Membraner = fouling! Startfasen i prosessen kakedannelse

5 5 Partikkel fouling: Klassisk partikkel fouling Mest aktuell for UF/MF Fouling kan være med partikler mindre enn nominell porestørrelser Complete (pore plugging) Standard blocking Intermediate Cake filtration Når kolloider og store makromolekyler er fleksible kan de ha interaksjoner med membranen og dermed redusere den effektive porestørrelsen

6 6 Membran fouling er mer enn partikler: Måles i form av økt motstand fluks reduksjon/økt TMP 1. Membran motstand: R M Adsorpsjon / utfelling: R F - reversible / irreversible 3. Pore tetting / plugging: R P Kake dannelse: R C - dead-end drift, lav tverrstrøm v 5. Konsentrasjon polarisasjon: R G - formasjon av et gel-lag 6. Biofouling biofilm/eps: R B R Rm RF RC RG R R R ' m m F... Intrinsic membrane resistance: J R ' m P P

7 7 Primærrensing: Utfordring clogging Gjentetting Energikrevende (lufting) Krav til god forbehandling Alternative teknologier

8 8 Separasjon av bioslam: Historisk trend: Slutten av 1960 årenes: - UF: for kommunalt avløpsvann, slamseparasjon i AS (1969) 1970 og 1980 årene: - MF/UF av industri avløpsvann (f.ex. tekstile industri, oljeholdig avløpsvann, separasjon av metaller, organiske stoffer) - Separasjon i anaerobe råtning 1990 årene: - Introduksjon av membran bioreaktor konsepter

9 9 MBR teknologi: Conventional wastewater treatment plant MBR plant typiske installasjoner av kommersielle løsninger MBR - plant Schilde, Aquafin

10 DESIGN 10 Elements of the MBR process EPS free bound reversible Feed characteristics Biomass characteristics Fouling Floc characteristics size structure irreversible Bulk characteristics viscosity/rheology hydrophobicity Clogging membrane channels aerator ports OPERATION Retention time Hydraulic Solids Hydraulics flux TMP Cleaning physical chemical Utfordringer: fouling membranmodul design prosess konfigurasjon optimal drift av prosessen energiforbruk (lufting) Membrane module characteristics Pore Surface characteristics size porosity shape charge/hydrophobicity Configuration geometry dimensions Aeration design (port size) mean flow rate pulse rate

11 11 BF-MBR foulants polysaccharides proteins colloids filterability karakterisering av fouling analyse av fouling relasjoner Diff. Number % High vs Low rate - Membrane reactor 10 Diff. Volume% High rate Low rate Series3 Series ,01 0, Particle size (micrometer)

12 12 Signifikans av partikler: (a C) of solids, colloids and solutes

13 13 Implementation of MBR technology: Early 90ies Japan: concept of submerged membranes Mid-90ies Japan: first demonstration in buildings (grey water reuse) 1998 Porlock (UK) 3,800 pe 1999 Büchel (G) 1,000 pe Rödingen (G) 3,000 pe Perthes-en-G. (F) 4,500 pe 2000 BUSSE (domestic MBR) 4-50 pe 2003 Schilde (B) 23,000 pe 2004 Monheim (G) 9,700 pe Seelscheidt (G) 11,000 pe Nordkanal (G) 80,000 pe 2006 Heenvliet (N) 10,600 pe Under construction: China 60,000 m 3 /d Korea 70,000 m 3 /d USA - 144,000 m 3 /d (2010) Global MBR growth AAGR 10.9% BCC Research US$ million

14 14 Example Nordkanal, Germany: (Ervtferband)

15 E, kwh/m³ Specific cost, EUR per PE 15 Fremtidens løsning? Investment cost, new and retrofitted WWTPs CAS CAS with tertiary treatment Kostnader ,50 2,00 1, Treatment Capacity, MLD 1,00 MBR Cost function (all WWTPs) Average specific energy consumption CAS CAS with tertiary treatment MBR Average function Average, CAS with tertiary treatment Energi / drift 0,50 0, Yearly amount of wastewater treated, m³/a

16 16 Etterpolering: Aktuelle applikasjoner: - Tertiær behandling av avløpsvann - Gjenbruk og resirkulering av avløpsvann Tertiær behandling Gjenbruk/ resirkulering

17 17 Sammendrag: Primærrensing: Krever meget god forbehandling Lite egnet som konkurransedyktig teknologi Separasjon av bioslam: Krav om tertiær rensing / gjenbruk og resirkulering Membran bioreaktor (MBR) regnes for å være BAT Utfordringer: fouling kontroll energi (lufting) Etterpolering: Aktuelt for siste trinn ved tertiærrensing Krav ved gjenbruk og resirkulering Åpner mulighet for kontroll av prioritetsparametre Konkurransedyktig mht kost og drift (capex/opex)