8.20 Membránszűrés vagy biol. szűrés ?

8.20. MEMBRÁN- VAGY BIOLÓGIAI SZŰRÉS ?

Amikor membránszűrésről beszélünk akkor annak ultraszűréses változatát a következő magyarázó ábrával szokás szemléltetni (lásd a 8.20-1. ábrát).

8.20‑1. ábra A membránszűrés magyarázata (mechanikus kép)

A membránt egy olyan „szitaszövetnek” képzeljük, amelynek apró, 0,01 μm-es pórusain keresztül csak a víz és más kismolekulák jutnak át, a mikrobák és a víz szennyezését okozó nagymolekulák valamint a lebegőanyagok nem. Ez a kép a fázis-szétválasztásos elképzelésünket teljes mértékben lefedi. Az azonban nyilvánvaló kell legyen, hogy a membrán által visszatartott, a külső felületén megtapadó szennyezés a pórusokat nagyon gyorsan eltömítené. Következésképp a csak pusztán mechanikai szűrésre alapozott kép nem lehet helytálló.

Másrészről a vízmolekula mérete (H2O , 2*1+16=18), az ammóniumé ugyancsak (NH4, 14+4*1=18), azaz az ultraszűrő nem tartja vissza az eleveniszapos fokozatban esetlegesen nem lebomlott ammóniát sem. Az élővízbe bocsátott víz paraméterei ennek ellenére határérték alattiak.

Nem kap kellő hangsúlyozást, de a membrán szálak közé levegő kerül befúvására, amely ebben a fázis-szétválasztó reaktorban oxikus viszonyokat teremt, a mérhető redoxpotenciál pozitív lesz és ha akarjuk, ha nem a víztérbe lógó membrán szálakon biofilm tapad meg. Az ultraszűrés tulajdonságait szemléltető 8.20-2. ábrán a mikrobák zöld aláfestésűek, méretük nagyobb a pórusméretnél.

A tápanyaglebontás hatékonysága a Pe-számtól fordított arányban függ. A biológia kialakulásának szükségszerűségének megítéléséhez tudnunk kell a Pe-szám legalább hozzávetőleges nagyságát. Az alkalmazott membrán mérete és geometriája ismert, miáltal könnyen kiszámolható az adott víztérben a felület nagysága és vele az egyenértékű szemcseátmérő. (Egyenértékű szemcseátmérő alatt egy olyan szemcse átmérőjét értjük, amely szemcsék sokasága ugyanakkora térben ugyanakkora felületet mutat fel.)

Induljunk ki valódi adatokból:

A ZW100 membrán modulok

felülete, F = 46 m2/modul

térfogata, V = 0,05 m3/modul

fajlagos felülete: av = F/ V = 46 / 0,05 m2/m3

egyenértékű szemcse átmérője, de = 6/av = 6 / 920 = 0,0065 m = 6,5 mm

Hasonlóképpen egyszerűen és jól becsülhető módon számítható ki a konvektív sebesség is, amely azonos a hengeres membránfalon a radiális irányú átlépő sebességgel azonos.

8.20‑2. ábra A membránszűrés további jellemzői

A 8.20-2. ábrán sematikusan ezt a szürke nyíl jelzi. Ez a sebességérték meglehetősen alacsony érték, hozzávetőlegesen w=1,04 E-5 m/s. Pesszimista felfogásban számoljunk még nagy molekulákkal a fázisszétválasztó térben, amelyeknek a diffúziós tényezője 5E-10 m2/s. Helyettesítve ezen számokat a Pe-szám képletébe:

Pe = 1,05E-5 * 0,0065 / 5E-10 = 135 közötti értéket kapunk.

Ez a számérték ugyan elmarad a partiszűrésre jellemző Pe= 10-20 értéktől, a hatékony biológiai aktivitás előfeltétele mégis adott. Ezt támasztja alá az üzemeltetés eddigi tapasztalata, miszerint a membránköteg lemosó karbantartására a vártnál ritkábban van szükség.

A tulajdonképpeni biológia lebontásra szánt eleveniszapos fokozat esetében a Pe-szám kiszámítása nem könnyű feladat. Nehézségekbe ütközik még nagyságának becslése is. Annyit azonban lehet tudni, hogy a relatíve nagy konvektív sebesség miatt az eleveniszapos reaktortérben uralkodó Pe-szám értéke átlagosan nem alacsony. Hogy ebben a térrészben egyáltalán valami elfogadható mértékű lebontási hatás létrejöhessen, a tartózkodási időt vagy ami ezzel analóg az iszapkort empírikus megfontolásokra hagyatkozva több nap időtartamra kell beállítani.

Maradva a szemléletes mechanikai hasonlat mellett, a biológia szűrőt egy olyan kerítésnek képzelhetjük, amelynek a „szél nekihordja az újságpapírt és az ott rögtön el is ég, folyamatosan szabaddá téve szállító közeg áthaladását”.

8.20‑3. ábra A membránszűrés (biológiai kép)

A biológiai szűrés is hasonlóan képzelhető el. Ehelyütt is van „égéstermék”: oxikus viszonyok mellett a szerves molekulák lebontásával széndioxid és víz keletkezik. A keletkező víz nem idegen anyag a vízben, és átfér a pórusokon. A széndioxid pedig - amelynek relatív tömege (CO2, 12+2*16=44) némiképp nagyobb - könnyebb fajsúlyánál fogva felszáll a felszínre és környezetszennyezést (!) okozva kilép a légtérbe. (Csak a teljesség kedvéért jegyezzük meg, anoxikus viszonyok mellett főként metán és széndioxid keletkezik. Minkettő üvegházhatást okozó gáz.)

Ha a szennyezés javarésze jó hatékonyság mellett a membrán felületén bomlik le, akkor fel kell tegyük a kérdést mit is tart vissza klasszikus értelemben a membrán? A szintén keletkező sejttömeget csupán? Leszögezhetjük, a membrán inkább biofilmhordozó szerepet játszik, de egyben a relatíve alacsony vízsebesség kialakulásáért is felelős. A létrejövő alacsony vízsebesség miatt lesz alacsony a Pe-szám és ennek hatására bomlik le a kismolekulájú ammónia is.

A gyártó véleménye szerint is a membránok sérülékeny elemek, emellett a bekerülési és üzemeltetési költségek alakulása sem hagyható figyelmen kívül. Röviden szólva, drága berendezéssel van dolgunk. Ha költségek optimalizálására is törekszünk úgy biofilmhordozó szerepre sokkal olcsóbb megoldás is létezik.

Vissza