Kalvobioreaktorien hyödyntäminen teollisuuden jätevesien puhdistuksessa

Tiivistelmä. Kalvobioreaktoreissa yhdistyvät tavanomainen biologinen vedenkäsittely ja veden mekaaninen suodattaminen. Bioreaktorissa tapahtuu biologinen vedenpuhdistus ja membraanisuodattimen avulla puhdistettavasta vedestä poistetaan kiintoaineet. Tutkielman tarkoituksena on perehtyä kalvobioreaktoreihin ja niiden käyttöön teollisuuden jätevesien puhdistuksessa. Lisäksi kalvobioreaktoreita verrattiin kahteen muuhun vedenpuhdistusprosessiin. Membraanikalvo voi olla upotettuna samaan altaaseen bioreaktorin kanssa tai se voi olla sivuvirtaan kytkettynä. Sivuvirtaisen kalvobioreaktorissa vaadittava paine on korkeampi kuin upotetussa kalvobioreaktorissa, jolloin sivuvirtaisen kalvobioreaktorin energiankulutus on pienempi kuin upotetun. Toisaalta sivuvirtaisen kalvobioreaktorin virtaama on suurempi eli sillä saadaan puhdistettua enemmän vettä tietyssä aikayksikössä. Kalvobioreaktoreissa vaihtelevat myös muun muassa membraanien huokoskoko, membraanimateriaali, sekä membraanien muoto. Tyypillisiä membraanimateriaaleja ovat erilaiset polymeerit ja keraamiset materiaalit, joilla huokoskoot vaihtelevat kymmenestä mikrometristä muutamiin nanometreihin. Kalvomembraanit voivat olla tasomaisia kalvoja, onttokuitukalvoja, putkimaisia kalvoja ja spiraalimaisia kalvoja. Teollisuuden jätevesien puhdistuksessa käytetään tyypillisesti tasomaisia kalvoja ja onttokuitukalvoja. Kalvobioreaktorien vahvuuksia ovat esimerkiksi pieni fyysinen pintaala ja erittäin hyvä puhdistuskyky. Membraanisuodatuksen avulla kalvobioreaktoreilla saadaan tuotettua erittäin puhdasta vettä, joka ei sisällä pääasiassa ollenkaan kiintoainetta. Membraanikalvojen likaantuminen ja korkea energiankulutus ovat kalvobioreaktoreiden haasteita. Membraanikalvojen likaantuminen johtuu esimerkiksi jäteveden sisältämästä kiintoaineesta ja niiden hajoamistuotteista sekä kuolleista bakteereista. Korkea energiankulutus johtuu erilaisista pumpuista ja ilmastimista, joita vaaditaan ylläpitämään tarvittavaa liukoisen hapen määrää ja ehkäisemään membraanien likaantumista. Membraanien likaantumista voidaan ehkäistä myös vastavirtahuuhtelulla, relaksaatiolla sekä emäs- ja happopesuilla. Kalvobioreaktorilaitokset ovat tyypilliseen aktiivilieteprosessiin ja liikkuva peti bioreaktorilaitokseen verrattuna pienempiä fyysiseltä kooltaan. Kuitenkin näihin laitoksiin verrattuna kalvobioreaktorilaitoksen energiankulutus on huomattavasti korkeampi, johtuen kalvobioreaktorien membraanien kaasuttamisesta, joka ehkäisee membraanien likaantumista. Aktiivilieteprosessi, liikkuva peti bioreaktori ja kalvobioreaktori kukin tuottavat korkealaatuista vettä, mutta kalvobioreaktorien erinomaisuus piilee niiden kyvyssä poistaa lähes kaikki kiintoaines jätevedestä.