فرآیند تصفیه فاضلاب بیوراکتور غشایی (MBR)
بیوراکتور غشایی (MBR)
از جمله فرآیندهای تصفیه پیشرفته میتوان به فرآیند تصفیه فاضلاب بیوراکتورهای غشایی (Membrane Bioreactor) اشاره کرد که غشای انتخابی یا نیمه تراوا را با یک فرآیند بیولوژیکی ادغام می کند. این ترکیبی از یک فرآیند غشایی مانند میکروفیلتراسیون یا اولترافیلتراسیون با بیوراکتور رشد معلق (suspended growth bioreactor) است.
اکنون به طور گسترده ای برای تصفیه فاضلاب شهری و صنعتی با اندازه های تصفیه خانه ای معادل جمعیت 80000 نفر استفاده می شود. با توجه به اینکه یک راه حل کاملاً فنی است؛ اما نیاز به طراحی متخصص و کارگران ماهر دارد. بعلاوه این یک فناوری تصفیه پرهزینه اما کارآمد است. با این روش امکان به روزرسانی تصفیه خانه های فاضلاب قدیمی نیز وجود دارد.
روند تصفیه و اصول اساسی طراحی رآکتور MBR
بیوراکتورهای غشایی فرایندهای تصفیه بیولوژیکی معمولی به عنوان مثال لجن فعال (Activated Sludge) را با فیلتراسیون غشایی ترکیب می کنند تا سطح پیشرفته ای از مواد جامد آلی و معلق را فراهم کنند. وقتی بر اساس آن طراحی شوند، این سیستم ها می توانند سطح پیشرفته ای از مواد مغذی را نیز حذف کنند.
در یک سیستم بیوراکتور غشایی (MBR) ، غشاها در یک راکتور بیولوژیکی هوادهی غوطه ور می شوند. تخلخل غشاها از 0.035 میکرون تا 0.4 میکرون است (بستگی به سازنده دارد) که بین میکروفیلتراسیون (Micro Filtration) و اولترافیلتراسیون (Ultra Filtration) در نظر گرفته می شود.
این سطح از فیلتراسیون اجازه می دهد تا پساب با کیفیت بالا از غشا گرفته شود و فرآیندهای ته نشینی (sedimentation) و فیلتراسیون را که معمولاً برای تصفیه فاضلاب استفاده می شود، حذف کند. از آنجا که نیاز به رسوبگذاری برطرف می شود، فرایند بیولوژیکی می تواند با غلظت مایع مخلوط (mixed liquor) بسیار بالاتر کار کند.
لذا مخزن مورد نیاز فرآیند را به طور چشمگیری کاهش می دهد و اجازه می دهد بسیاری از تصفیه خانه های موجود بدون افزودن مخازن جدید به روز شوند. برای تأمین هوادهی مطلوب و آب شستشو در اطراف غشاها، مایع مخلوط مخلوط معمولاً در محدوده جامدات 1.0-1.2 درصد نگهداری می شود، یعنی 4 برابر تصفیه خانه های معمولی.
غشا (Membrane)
در طول تصفیه فاضلاب به روش MBR، جداسازی جامد و مایع توسط غشاهای میکروفیلتراسیون (MF) یا اولترافیلتراسیون (UF) حاصل می شود. غشا یا ممبران به سادگی یک ماده دو بعدی است که برای جداسازی اجزای مایعات معمولاً بر اساس اندازه نسبی یا بار الکتریکی استفاده می شود. به قابلیت غشایی که اجازه انتقال فقط ترکیبات خاص را بدهد، نیمه نفوذپذیری (semi-permeability) گفته می شود (گاهی اوقات نیز انتخابی است).
این یک روند فیزیکی است، جایی که اجزای جدا شده از نظر شیمیایی بدون تغییر باقی می مانند. اجزایی که از منافذ غشایی عبور می کنند پرمیت (permeate) یا محصول به عنوان پساب تصفیه شده خروجی نامیده می شوند، در حالی که اجزای رد شده کنسانتره (concentrate) یا غلیظ شده به عنوان لجن بافیمانده نامیده می شوند.
پنج نوع غشا مختلف وجود دارد که در حال حاضر در حال کار هستند:
- الیاف توخالی یا هالوفایبر (Hollow Fiber-HF)
- مارپیچ یا اسپیرال وند (Spiral-wound)
- قاب و صفحه یا ورق مسطح (Flat Sheet-FS)
- کارتریج فیلتر پلیسه یا پلیتد (Pleated filter cartridge)
- لوله ای (Tubular)
فلودیاگرام بیو رآکتور غشایی هوازی (Aerobic MBR)
فلودیاگرام بیو رآکتور غشایی بی هوازی (Anaerobic MBR)
پیش تصفیه (Pre-treatment)
برای جلوگیری از مواد جامد ناخواسته در جریان فاضلاب، که وارد مخزن غشا می شود، آشغالگیری ریز (fine screening) یک مرحله ضروری قبل از تصفیه است. این تجمع مواد جامد را به حداقل می رساند و از غشا در برابر آسیب رساندن به ذرات و ذرات محافظت می کند، عمر غشا را افزایش می دهد، هزینه های عملیاتی را کاهش می دهد و کیفیت لجن بالاتر و همچنین عملکرد بدون مشکل را تضمین می کند.
ملاحظات هزینه تصفیه فاضلاب
اگرچه سرمایه گذاری MBR و هزینه های عملیاتی (غشاها، استفاده از اکسیژن، طراحی متخصص و غیره) از هزینه های فرآیند مرسوم فراتر است، اما به نظر می رسد که ارتقا فرآیند معمولی حتی در مواردی که تصفیه متعارف به خوبی کار می کند، اتفاق می افتد. این می تواند مربوط به افزایش قیمت آب و نیاز به استفاده مجدد از آب و همچنین مقررات دقیق تر در مورد کیفیت پساب باشد.
بهره برداری و نگهداری
سامانه های بیوراکتور غشایی به طور هفتگی از تمیز کردن نگهدارنده شیمیایی استفاده می کنند که 30 تا 60 دقیقه به طول می انجامد و هنگامی که فیلتراسیون دوام بیشتری ندارد، یک یا دو بار در سال اتفاق می افتد که تمیز کردن را انجام می دهد. گرفتگی ای که با روش های تمیز کردن موجود قابل حذف نیست، “رسوب غیرقابل جبران” (irrecoverable fouling) نامیده می شود. این رسوب دهی در طول سالها افزایش یافته و در نهایت عمر غشا را تعیین می کند و باید توسط کارگران ماهر انجام شود.
گرفتگی یا فولینگ (Fouling)
سیستم های مدرن MBR با مواد شیمیایی نگهداری می شوند، بنابراین خارج کردن غشاها از مخزن غشا ضروری نیست. رسوب و گرفتگی مواد آلی (Organic) را می توان با هیپوکلریت سدیم و رسوب معدنی با اسید اگزالیک (oxalic acid) تمیز کرد.
فولینگ به عنوان یک نتیجه از فعل و انفعالات بین غشا و مایع مخلوط رخ می دهد که یکی از اصلی ترین محدودیت های فرآیند MBR است. گرفتگی غشاها در MBR پدیده ای بسیار پیچیده است که از بین دلایل متقابل آن ارتباط متفاوتی دارد و تعریف رسوب غشایی بسیار دشوار است.
دلایل اصلی رسوب و گرفتگی غشا عبارتند از:
- جذب ماکرومولکولی
- رشد بیوفیلم ها در سطح غشا
- رسوب مواد معدنی
- بالا رفتن طول عمر غشا
کار و نگهداری سیستم های MBR معمولاً توسط کارگران ماهر انجام می شود که باید در مورد هر گونه خطرات سلامتی به اندازه کافی آموزش ببینند. لجن سیستم بیولوژیکی باید آبگیری شود (به عنوان مثال آبگیری (dewatering) مکانیکی یا بستر خشک کردن (drying bed)) و با خاکستر ذخیره شده در یک محل دفن زباله کنترل شده سوزانده شود.
سیستم های بیورآکتور غشایی به طور گسترده ای در تصفیه خانه های فاضلاب شهری و صنعتی استفاده می شود. علاوه بر این، MBR ها نیز برای تصفیه شیرابه دفن زباله (landfill leachate) مناسب هستند. این یک سیستم پیشرفته است که به طراحی متخصص و اپراتورهای حرفه ای نیاز دارد.
مزایای MBR
- زلالساز های ثانویه (Secondary clarifiers) و فرآیند های تصفیه سوم حذف می شوند که در نتیجه فضای مور نیاز تصفیه خانه کاهش می یابد. در موارد خاص، می توان زمین مورد نیاز را بیشتر کاهش داد زیرا سایر واحدهای فرآیند مانند هضم کننده ها (digesters) یا ضد عفونی کننده (disinfection) UV نیز می توانند حذف شوند یا به حداقل برسند .
- می تواند برای طولانی شدن سن لجن و تولید لجن کمتر طراحی شوند.
- کیفیت پساب خروجی بسیار بالا
- قابلیت بارگذاری بالای تصفیه
معایب MBR
- هزینه های بالای بهره برداری و غشا (membrane)
- پیچیدگی و رسوب (fouling) غشایی
- مصرف انرژی بیشتر
- قابل اجرا بودن
جهت دریافت اطلاعات بیشتر به منظور سفارش پکیج تصفیه فاضلاب و استعلام قیمت سیستم درخواستی با مهندسین آب و فاضلاب تهران (رابین کو) تماس بگیرید.
منبع:
