Plaque à membrane plate

Les modules de membrane plate en carbure de silicium que nous concevons et produisons sont des unités de filtration modulaires et extensibles composées d'une coque en plastique renforcé de fibre de verre et de plaques à membrane plate.

Le module membranaire intègre en interne des canaux de production d’eau et peut résister à des pressions élevées. Nos modules membranaires ont subi des simulations de mécanique des fluides CFD et des tests réels pour obtenir les meilleures performances des membranes céramiques plates. Chaque module à membrane standard contient 2 canaux de production d'eau, avec une capacité de production d'eau maximale allant jusqu'à 1 200 LMH (9 m³/h). Aucun des composants et de la coque ne contient de substance mentale, il peut donc être utilisé dans les applications les plus difficiles tout en prolongeant sa durée de vie. De plus, il n'est pas nécessaire de prévoir des cadres environnants ou des raccords de tuyaux entre les modules à membrane.

La plaque à membrane plate est fabriquée en frittant de la poudre de carbure de silicium de haute pureté à haute température et est actuellement le matériau de membrane présentant la meilleure hydrophilie et la meilleure capacité anti-pollution.

● La surface de la membrane avec une charge négative élevée peut assurer une excellente résistance à la pollution sur une large plage de pH ;

● Conditions de fonctionnement idéales : lorsque l'ajout de PAC rend le pH inférieur à 6, la surface de la membrane peut maintenir une charge négative de -25~-30 millivolts, ce qui rend difficile l'infiltration du carbone organique soluble et des particules d'exopolymère transparentes. adhérer à la surface de la membrane ;

● Il est facile d'éliminer les substances chargées négativement dans l'eau de la surface de la membrane, telles que les bactéries, les algues, les MLSS, les particules d'exopolymère transparentes et les substances pétrolières.

★ Le carbure de silicium, matériau de base, présente une bonne hydrophilie, une porosité plus élevée, une excellente capacité de récupération par nettoyage et aucune crainte de pollution par les hydrocarbures ;

★ Le fonctionnement à haut débit nécessite moins de surface de filtration et permet d'économiser des coûts importants ;

★Il a de bonnes performances anti-pollution, résiste aux fluctuations d'entrée d'eau et a un flux de fonctionnement stable à long terme ;

★Il a une bonne stabilité chimique, une résistance aux acides et aux alcalis, une forte résistance aux oxydants, une résistance aux températures élevées, une résistance à la dissolution organique, une bonne lavabilité et une récupération facile du flux après le nettoyage ;

★ Convient à l'eau de mer et à d'autres applications difficiles sans aucun risque de corrosion ;

★ La modularité totale permet de modifier à tout moment le nombre de modules membranaires par tour membranaire pour optimiser les coûts du projet ou augmenter la capacité de traitement future ;

★ La conception la plus compacte - pas besoin d'installer des canalisations de production d'eau indépendantes, le système à membrane est hautement intégré ;

★ Coût d'investissement compétitif et excellent cycle de vie.

• Bioréacteur à membrane
• Prétraitement du dessalement de l'eau de mer
• Purification de l'eau potable de haut niveau
• Séparation solide-liquide de particules inorganiques
• Concentration des boues

La méthode de bioréacteur à membrane MBR pour traiter les eaux usées organiques urbaines et industrielles a été largement utilisée dans l'ingénierie de traitement des eaux usées et d'utilisation des ressources en raison de son rendement élevé, de ses économies d'énergie, de l'absence de changement de phase, de l'absence de pollution secondaire, de la bonne qualité de l'eau, de son faible encombrement et de son degré élevé. d'automatisation. Il a montré de larges perspectives de développement.

MBR est l'abréviation de Membrane Bio Reactor, qui fait référence à un nouveau dispositif de traitement des eaux usées qui combine la technologie de séparation par membrane d'ultrafiltration et de microfiltration avec des bioréacteurs dans le traitement des eaux usées. Ce réacteur combine les avantages de la technologie de traitement membranaire et de la technologie de traitement biologique. En tant qu'unité de séparation des boues et des eaux, les composants de la membrane d'ultrafiltration peuvent remplacer complètement les bassins de décantation secondaires. Remplacement de la technologie de traitement biologique traditionnelle par des modules à membrane dans le bassin de décantation secondaire terminal, maintien d'une concentration élevée de boues activées dans le bioréacteur, augmentation de la charge organique du traitement biologique, réduisant ainsi l'empreinte des installations de traitement des eaux usées et réduisant la quantité de boues restantes en maintenant une faible charge de boues. Utilisant principalement un équipement de séparation par membrane pour intercepter les boues activées et la matière organique moléculaire de grande taille dans l'eau. La concentration de boues activées (MLSS) dans le système de bioréacteur à membrane peut être augmentée jusqu'à 8000-10000 mg/L, voire plus ; L'âge des boues (SRT) peut être prolongé jusqu'à plus de 30 jours.

Le bioréacteur à membrane, grâce à son effet d'interception efficace, peut retenir les micro-organismes avec des cycles de génération plus longs, permettant ainsi une purification en profondeur des eaux usées. Dans le même temps, les bactéries nitrifiantes peuvent se reproduire pleinement dans le système et leur effet de nitrification est significatif, offrant des possibilités d'élimination en profondeur du phosphore et de l'azote.

• Types de membranes MBR

1. Membrane de séparation solide-liquide

Le bioréacteur à membrane de séparation solide-liquide est le type de bioréacteur à membrane le plus largement et le plus étudié dans le domaine du traitement de l’eau. Il s'agit d'une technologie de traitement de l'eau qui utilise un processus de séparation par membrane pour remplacer le bassin de décantation secondaire dans le processus traditionnel à boues activées.

Il reflue les matières organiques solides dans le réacteur à travers des modules membranaires puis rejette l'eau organique traitée. Les types de bioréacteurs à séparation membranaire peuvent être classés en fonction de la position des composants membranaires et des bioréacteurs, y compris les bioréacteurs à membrane intégrés, les bioréacteurs à membrane séparée et les bioréacteurs à membrane composite.

Dans la technologie traditionnelle de traitement biologique des eaux usées, la séparation des boues et de l'eau dans le bassin de décantation secondaire est réalisée par gravité et son efficacité de séparation dépend des performances de décantation des boues activées. Plus les performances de décantation sont bonnes, plus l’efficacité de séparation des boues et des eaux est élevée.

La propriété de décantation des boues dépend des conditions de fonctionnement du bassin d'aération, et l'amélioration de la propriété de décantation des boues nécessite un contrôle strict des conditions de fonctionnement du bassin d'aération, ce qui limite l'applicabilité de cette méthode.

En raison de l'exigence de séparation solide-liquide dans le bassin de décantation secondaire, les boues dans le bassin d'aération ne peuvent pas maintenir une concentration élevée, généralement autour de 1.5-3,5 g/L, ce qui limite la vitesse de réaction biochimique.

Le temps de rétention hydraulique (HRT) et l'âge des boues (SRT) sont interdépendants, et l'augmentation de la charge volumétrique et la réduction de la charge des boues créent souvent une contradiction. Le système génère également une grande quantité de boues résiduelles pendant son fonctionnement, et son coût d'élimination représente 25 à 40 % du coût d'exploitation de la station d'épuration.

Concernant les problèmes ci-dessus :

MBR combine la technologie de séparation par membrane dans l'ingénierie de séparation avec la technologie traditionnelle de traitement biologique des eaux usées, améliorant considérablement l'efficacité de la séparation solide-liquide ;

Et grâce à l'augmentation de la concentration des boues activées dans le bassin d'aération et à l'émergence de bactéries spécifiques (notamment des groupes bactériens dominants) dans les boues, la vitesse de réaction biochimique a été améliorée ;

Dans le même temps, en réduisant le rapport F/M pour réduire la quantité de boues excédentaires générées (même à zéro), de nombreux problèmes importants existant dans les procédés traditionnels à boues activées ont été fondamentalement résolus.

2. Membrane d'aération

Le bioréacteur à membrane d'aération (AMBR) utilise des membranes denses et respirantes (telles que des membranes en caoutchouc de silicone) ou des membranes microporeuses (telles que des membranes polymères hydrophobes), avec des composants en plaques ou en fibres creuses, pour obtenir une aération sans bulles dans le bioréacteur tout en maintenant la pression partielle du gaz en dessous de la point de bulle.

La caractéristique de ce procédé est d'améliorer le temps de contact et l'efficacité du transfert d'oxygène, ce qui favorise le contrôle du processus d'aération et n'est pas affecté par les facteurs de taille des bulles et de temps de séjour dans l'aération traditionnelle.

3. Membrane d'extraction

Bioréacteur à membrane d'extraction, également appelé EMBR (Extractive Membrane Bioreactor).

En raison de leur acidité élevée ou de la présence de substances toxiques pour les organismes, certaines eaux usées industrielles ne doivent pas être traitées par contact direct avec des micro-organismes ;

Lorsque des substances toxiques volatiles sont présentes dans les eaux usées, si des procédés de traitement biologique aérobie traditionnels sont utilisés, les polluants ont tendance à s'évaporer avec le flux d'air d'aération, ce qui entraîne une extraction des gaz. Cela conduit non seulement à des effets de traitement instables, mais entraîne également une pollution de l'air.

Pour relever ces défis techniques, l’universitaire britannique Livingston a étudié et développé l’EMB. Les eaux usées et les boues activées sont séparées par une membrane, et les eaux usées s'écoulent à l'intérieur de la membrane, tandis que les boues activées contenant certaines bactéries spécialisées s'écoulent à l'extérieur de la membrane. Les eaux usées n'entrent pas directement en contact avec les micro-organismes et les polluants organiques peuvent être sélectivement dégradés par les micro-organismes de l'autre côté à travers la membrane.

En raison du caractère indépendant des unités de bioréacteur et des unités de circulation des eaux usées de part et d’autre de la membrane d’extraction, les débits d’eau de chaque unité ont peu d’influence les uns sur les autres. Les nutriments et les conditions de vie microbiennes dans le bioréacteur ne sont pas affectés par la qualité des eaux usées, ce qui permet une efficacité stable du traitement de l'eau.

• Méthode combinée de membrane MBR

Selon la combinaison de composants membranaires et de bioréacteurs, les bioréacteurs membranaires peuvent être divisés en trois types de base : séparés, intégrés et composites. (Les discussions suivantes concernent toutes les bioréacteurs à membrane de séparation solide-liquide)

1. Type divisé

Séparez le module membranaire du bioréacteur.

Le liquide mélangé dans le bioréacteur est pressurisé par la pompe de circulation et envoyé vers l’extrémité filtration du module membranaire. Sous pression, le liquide contenu dans le liquide mélangé traverse la membrane et devient l'eau traitée du système ; Les substances solides, les substances à gros poids moléculaire, etc. sont piégées par la membrane et refluent vers le bioréacteur avec la solution concentrée.

2. Type intégré

Placez le module membranaire à l’intérieur du bioréacteur. L'eau entrante pénètre dans le bioréacteur à membrane, où la plupart des polluants sont éliminés par les boues activées dans la solution mixte, puis filtrés par la membrane sous pression externe.

Cette forme de bioréacteur à membrane élimine le besoin d'un système de circulation de liquide mixte et repose sur l'aspiration d'eau, ce qui entraîne une consommation d'énergie relativement faible ; Il occupe plus d'espace et est plus compact qu'un type séparé et a fait l'objet d'une attention particulière dans le domaine du traitement de l'eau ces dernières années.

Cependant, le flux de la membrane est généralement relativement faible, ce qui la rend sujette à l'encrassement de la membrane et difficile à nettoyer et à remplacer après un encrassement.

3. Type composite

Formellement, il appartient également à un bioréacteur à membrane intégré, la différence étant l'ajout de charges à l'intérieur du bioréacteur pour former un bioréacteur à membrane composite, ce qui modifie certaines caractéristiques du réacteur.

4. Processus de combinaison

Afin d'obtenir un meilleur effet de purification des eaux usées, le processus biochimique et le processus MBR sont souvent combinés dans un nouveau système.

Par rapport à de nombreux procédés biologiques traditionnels de traitement de l’eau, le MBR présente les principaux avantages suivants :

1. Qualité de l'eau des effluents de haute qualité et stable

En raison de l'effet de séparation efficace de la membrane, l'efficacité de séparation est bien meilleure que celle des bassins de décantation traditionnels. L'effluent traité est extrêmement clair, avec des matières en suspension et une turbidité proche de zéro. Les bactéries et les virus sont grandement éliminés et la qualité des effluents est meilleure que la norme de qualité des eaux domestiques diverses émise par le ministère de la Construction (CJ25.189). Elle peut être directement réutilisée comme eau diverse municipale non potable.

Dans le même temps, la séparation membranaire intercepte également complètement les micro-organismes dans le bioréacteur, permettant ainsi au système de maintenir une concentration élevée de micro-organismes. Cela améliore non seulement l'efficacité globale d'élimination des polluants par le dispositif de réaction, mais garantit également une bonne qualité des effluents. Dans le même temps, le réacteur a une bonne adaptabilité à divers changements de charge d'entrée (qualité et quantité d'eau), résiste aux charges de choc et peut obtenir de manière stable une qualité d'effluent de haute qualité.

2. Faible production de boues excédentaires

Ce procédé peut fonctionner sous une charge de volume élevée et une faible charge de boues, avec une faible production de boues résiduelles (atteignant théoriquement un rejet de boues nul), réduisant ainsi les coûts de traitement des boues.

3. Faible encombrement, non limité par l'emplacement de réglage

Le bioréacteur peut maintenir une concentration élevée de biomasse microbienne, avec une charge volumétrique élevée sur le dispositif de traitement et un encombrement important, ce qui entraîne des économies de coûts significatives ; Ce processus est simple, de structure compacte et occupe une petite surface. Il n'est pas limité par le lieu d'installation et convient à toutes les occasions. Il peut être transformé en types souterrains, semi-souterrains et souterrains.

4. Peut éliminer l'azote ammoniacal et la matière organique difficile à dégrader

En raison de l'interception complète des micro-organismes dans le bioréacteur, cela facilite la rétention et la croissance de micro-organismes à prolifération lente tels que les bactéries nitrifiantes, améliorant ainsi l'efficacité de nitrification du système. Dans le même temps, cela peut augmenter le temps de rétention hydraulique de certains composés organiques récalcitrants dans le système, ce qui est bénéfique pour améliorer l’efficacité de dégradation des composés organiques récalcitrants.

5. Fonctionnement et gestion pratiques, contrôle automatique facile à réaliser

Ce processus permet une séparation complète du temps de rétention hydraulique (HRT) et du temps de rétention des boues (SRT), rendant le contrôle des opérations plus flexible et plus stable. Il s'agit d'une nouvelle technologie facile à mettre en œuvre dans le traitement des eaux usées et pouvant réaliser un contrôle automatique par micro-ordinateur, rendant la gestion des opérations plus pratique.

6. Facile à transformer à partir de l'artisanat traditionnel

Ce procédé peut servir d'unité de traitement en profondeur pour les processus traditionnels de traitement des eaux usées et présente de larges perspectives d'application dans des domaines tels que le traitement en profondeur des effluents des stations d'épuration secondaires urbaines (réalisant ainsi une réutilisation à grande échelle des eaux usées urbaines).

Les bioréacteurs à membrane présentent également certains inconvénients. Se manifeste principalement dans les aspects suivants :

(1) Coût élevé des membranes : cela se traduit par un investissement en infrastructure plus élevé pour les bioréacteurs à membrane par rapport aux processus traditionnels de traitement des eaux usées.

(2) La membrane est sujette à la contamination : causant des désagréments au fonctionnement et à la gestion.

(3) Consommation d'énergie élevée

Premièrement, le processus de séparation des eaux des boues MBR doit maintenir une certaine pression d’entraînement de la membrane ; Deuxièmement, la concentration de MLSS dans le réservoir MBR est très élevée, et afin de maintenir un taux de transfert d'oxygène suffisant, il est nécessaire d'augmenter l'intensité de l'aération ; Afin d'augmenter le flux membranaire et de réduire l'encrassement de la membrane, il est nécessaire d'augmenter le débit et de rincer la surface de la membrane, ce qui entraîne une consommation d'énergie plus élevée du MBR par rapport aux processus de traitement biologique traditionnels.

La membrane peut être préparée à partir de divers matériaux, notamment en phase liquide, en phase solide et même en phase gazeuse. La grande majorité des membranes de séparation actuellement utilisées sont des membranes en phase solide. Selon différentes tailles de pores, il peut être divisé en membranes de microfiltration, membranes d'ultrafiltration, membranes de nanofiltration et membranes d'osmose inverse ; Selon différents matériaux, il peut être divisé en membranes inorganiques et membranes organiques. Les membranes inorganiques sont principalement des membranes de qualité microfiltration. La membrane peut être homogène ou hétérogène, et peut être chargée ou électriquement neutre. Les membranes largement utilisées dans le traitement des eaux usées sont principalement des membranes asymétriques à l'état solide préparées à partir de matériaux polymères organiques.

1. Critères de classification et classification des membranes

1) Matériau de la membrane

① Matériaux de film organique polymère : polyoléfine, polyéthylène, polyacrylonitrile, polysulfone, polyamide aromatique, fluoropolymère, etc.

Les membranes organiques ont des coûts relativement faibles, sont peu coûteuses, ont des processus de fabrication matures, des tailles et des formes de pores diverses et sont largement utilisées. Cependant, ils sont sujets à la pollution pendant le fonctionnement, ont une faible résistance et une courte durée de vie.

② Membrane inorganique : il s'agit d'un type de membrane à l'état solide qui est une membrane semi-perméable composée de matériaux inorganiques tels que des métaux, des oxydes métalliques, des céramiques, du verre poreux, des zéolites, des matériaux polymères inorganiques, etc. Les membranes inorganiques actuellement utilisées dans le MBR sont pour la plupart des membranes en céramique.

2) Taille des pores de la membrane

Les membranes couramment utilisées dans le processus MBR sont les membranes de microfiltration (MF) et d'ultrafiltration (UF), principalement avec une taille de pores de 0.1-0,4 μm, ce qui est suffisant pour le type de séparation solide-liquide. réacteurs à membrane. Les matériaux polymères couramment utilisés pour les membranes de microfiltration comprennent le polycarbonate, l'ester de cellulose, le fluorure de polyvinylidène, le polysulfone, le polytétrafluoroéthylène, le chlorure de polyvinyle, le polyétherimide, le polypropylène, le polyétheréthercétone, le polyamide, etc.

L'ultrafiltration utilise couramment du polyéthersulfone polymère (PES), du polyamide, du polyacrylonitrile (PAN), du fluorure de polyvinylidène, de l'ester de cellulose, du polyimide, du polyétheramide, etc.

In order to facilitate industrial production and installation, improve membrane efficiency, and achieve maximum membrane area per unit volume, membrane modules are usually assembled in a basic unit equipment in some form, and under a certain driving force, complete the separation of various components in the mixed liquid. This type of device is called a membrane module. There are five commonly used forms of membrane modules in industry: plate frame type, spiral coil type, circular tube type, hollow fiber type, and capillary tube type. The first two use flat film, while the latter three use tubular film. Circular tube membrane diameter>10 mm ; Type capillaire 0,5 ~ 10,0 mm.

2. Formes courantes de modules membranaires dans le processus MBR

1) Type de cadre en plaque

Le processus MBR est la première application d’une forme de module à membrane, qui ressemble à un filtre-presse à plaques et cadres ordinaire.

Avantages : fabrication et montage simples, opération facile, entretien et nettoyage faciles. Inconvénients : étanchéité complexe, perte de charge élevée et faible densité de compactage.

2) Type de tube rond

Composé d'une membrane et d'un support de membrane, il dispose de deux modes de fonctionnement : type pression interne et type pression externe. Dans la pratique, le type à pression interne est souvent utilisé, où l'eau d'entrée entre de l'intérieur du tuyau et le perméat s'écoule de l'extérieur du tuyau. Le diamètre de la membrane est compris entre 6-24 mm.

Avantages : le matériau liquide peut contrôler l'écoulement turbulent, n'est pas facilement bloqué, facile à nettoyer et présente une faible perte de pression.

Inconvénient : Faible densité d’emballage.

3) Type de fibre creuse

Le diamètre extérieur est généralement de 40-250 um et le diamètre intérieur est de 25-42 μm. Dans le MBR, les composants sont souvent placés directement dans le réacteur sans avoir recours à des récipients sous pression, formant ainsi un bioréacteur à membrane immergée. Généralement, il s’agit d’un composant de membrane à pression externe.

4) Membrane cylindrique à fibres creuses

Avantages : Haute résistance à la compression, ne se déforme pas facilement, pas besoin de matériaux de support ; Densité d'emballage élevée ; Coût relativement faible ; Des membranes à fibres creuses en nylon à longue durée de vie avec des propriétés physiques et chimiques stables et une faible adaptabilité à l'eau peuvent être utilisées.

Inconvénients : Sensible au colmatage, la pollution et la polarisation des concentrations ont un impact significatif sur les performances de séparation de la membrane.

5) Type de bobine en spirale

Le type à rouleau en spirale, abrégé en type à rouleau, est principalement composé d'un matériau de support poreux, avec des membranes des deux côtés et scellées sur trois côtés. Le bord ouvert est relié de manière étanche à un tuyau central poreux de collecte d'eau produite. Une couche de matériau d'espacement de type maillage est placée du côté de l'eau brute à l'extérieur du sac à membrane. Le sac à membrane et l'espaceur sont empilés en séquence et enroulés étroitement autour du tuyau central de collecte d'eau pour former un rouleau de membrane. Il est ensuite chargé dans un récipient sous pression cylindrique pour produire un composant de membrane en rouleau en spirale. Les avantages du composant de membrane de type rouleau en spirale sont une densité élevée de compactage de la membrane ; La structure de support de membrane est simple ; Polarisation à faible concentration ; Facile à ajuster l’état d’écoulement de la surface de la membrane.

Inconvénients : Le tuyau central est sujet aux fuites ; La zone de liaison entre la membrane et le matériau de support est sujette à la rupture et aux fuites de la membrane ; Difficulté à installer et à remplacer les membranes.

1. Fournir un support mécanique suffisant à la membrane, assurer des canaux d'écoulement fluides et éliminer les coins morts et les zones d'eau stagnante ;

2. Faible consommation d'énergie, minimisant la polarisation de concentration, améliorant l'efficacité de la séparation et réduisant l'encrassement de la membrane ;

3. Densité d'emballage la plus élevée possible, installation, nettoyage et remplacement faciles ;

4. Possède une résistance mécanique, une stabilité chimique et thermique suffisantes.

La sélection des composants de la membrane doit tenir compte de manière exhaustive de leur coût, de leur densité d'emballage, des scénarios d'application, des processus du système, de l'encrassement et du nettoyage de la membrane et de leur durée de vie.

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