Lukáš Dvořák

Vedoucí/Supervisor

Prof. Ing. Jiří Wanner, DrSc.

Jazyk/Language

Czech

Abstrakt

Správné provozování membránového biologického reaktoru je zcela zásadní k dosažení požadované kvality odtoku. Je tudíž nutné znát a porozumět faktorům, které se na provozu podílejí. Pozornost předložené práce je soustředěna na provozní i jiné faktory a na jejich vliv na celkový výkon tří membránových bioreaktorů (MBR).

Literární část práce je věnována komplexním a aktuálním teoretickým poznatkům membránové technologie. Je zde stručně pojednáno o historii, principu, výhodách, nevýhodách i klasifikaci. Dále jsou v této části zmiňovány složky a významné faktory ovlivňující proces zanášení membránového povrchu, včetně způsobů a možností čištění i potenciálních alternativ membránové technologie.

Cílem práce bylo jednak sledování provozu MBR s odlišnými typy membránových modulů (deskový modul versus modul z dutých vláken) a jednak identifikace, včetně kvantifikace, nejdůležitějších provozních parametrů ovlivňující proces zanášení. Dalším cílem bylo sledování postupné adaptace mikroorganismů aktivovaného kalu na zvyšující se obsah průmyslové odpadní vody pocházející z produkce chemických a farmaceutických přípravků. Velký důraz byl ve všech případech kladen také na kvalitu odtoku – permeátu.

Nejdůležitější závěry plynoucí z této disertační práce jsou:

•sledované MBR mohly být provozovány více jak půl roku bez nutnosti čištění membránového povrchu; stupeň předčištění surové odpadní vody měl větší vliv na rychlost zanášení membránového povrchu u modulu z dutých vláken, vyšší míra předčištění ’ nižší rychlost zanášení;

•bylo dosahováno vysoké kvality permeátu: účinnost odstranění CHSKCr ~ 95 % (okolo 20 mg•l-1), amoniakálního dusíku ~ 88 % (okolo 8 mg•l-1);

•během experimentů s dávkováním síranu železitého byl zaznamenán pokles koncentrací fosforečnanového fosforu pod 1 mg•l-1 (účinnost: 40 % ’ 78 %);

•pokles stáří aktivovaného kalu zapříčinil vzrůst koncentrací sum jednotlivých složek ECP a naopak;

•dominantní složku vázaných a rozpuštěných ECP i ECP v permeátu tvořily huminové látky;

•proteiny byly z kvantitativního hlediska zjištěny jako dominantní složka ECP zadržovaná membránovým povrchem;

•inhibiční efekt průmyslové odpadní vody na AUR se před zahájením adaptace mikroorganismů aktivovaného kalu pohyboval okolo 95 %. Po 247 dnech nebyl již inhibiční efekt pozorován;

•v případě testů s referenčním aktivovaným kalem byl zjištěn inhibiční efekt průmyslové odpadní vody na AUR v rozmezí 70-92 %;

•docházelo k postupnému zvyšování koncentrací CHSKCr v permeátu. Účinnost odstranění byla však relativně stabilní a její průměrná hodnota činila 80 %;

•bylo dosaženo průměrné koncentrace amoniakálního dusíku v permeátu 2,5 mg•l-1(průměrná účinnost odstranění 93 %);

•metabolická aktivita nitritačních mikroorganismů byla inhibována až od 50 % obsahu průmyslové odpadní vody v přítoku;

•vyšší podíl průmyslové odpadní vody ve směsi s aktivovaným kalem měl výrazně negativní vliv na filtrovatelnost aktivovaného kalu.

Abstract

Precise operation of a membrane bioreactor (MBR) is essential to achieve the required effluent quality. Therefore, it is necessary to know and understand the factors that contribute to the operation of MBR.

Literary part of this PhD thesis is devoted to comprehensive and current theoretical knowledge in the field of membrane technology. It is briefly discussed the history, principles, advantages, disadvantages and classification of membrane technology. The major factors affecting the membrane fouling as well as the methods and possibilities of membrane cleaning and potential alternatives of membrane technology are also discussed in this part.

The aim of submitted PhD thesis was focused on the detailed monitoring of MBR operation with different membrane modules (flat sheet vs. hollow fibers). Identification and quantification of the most important operating parameters influencing the membrane fouling was also monitored. Another goal was monitoring of gradual adaptation of activated sludge microorganisms to the increasing content of industrial wastewater originating from production of chemical and pharmaceutical products. In all cases, emphasis was also concentrated to the quality of effluent – permeate.

The most important conclusions are:

•Observed MBRs could be operated more than six months without membrane cleaning; the degree of raw wastewater pretreatment had greater influence on membrane fouling in the case of hollow fibers: higher degree of pretreatment ’ lower membrane fouling;

•It was achieved high permeate quality: COD removal efficiency ~ 95 % (about 20 mg•L-1), ammonia nitrogen ~ 88 % (about 8 mg•L-1);

•Drop of phosphate phosphorus concentration below 1 mg•L-1 was observed during the experiments with dosing of ferric sulphate (efficiency: 40 % ’ 78 %);

•Sludge retention time decrease caused increase of EPS concentration and vice versa;

•Humic substances were identified as a dominant compound of EPS and SMP in the permeate;

•proteins were identified as the most retained compound of EPS by membrane surface;

•Inhibitory effect of industrial wastewater to AUR before the start-up of adaptation of activated sludge microorganisms was about 95 %. After 247 days of adaptation, the inhibitory effect was not observed any more;

•Strong inhibitory effect of industrial wastewater to AUR ranging from 70 to 92 % was observed in the case of reference activated sludge;

•COD concentration in the permeate was gradually increasing during the operation. However, the COD removal efficiency was relatively stable – on average 80 %;

•It was achieved average concentration of ammonia nitrogen in the permeate 2.5 mg•L-1 (average removal efficiency 93 %);

•Metabolic activity of nitrification microorganisms was inhibited by 50 % content of industrial wastewater in the influent into the MBR;

•Higher share of industrial wastewater had a significantly negative influence on filterability of activated sludge.