MBR راکتور بیولوژیکی غشایی

راکتور بیولوژیکی ممبرانی یا MBR ترکیبی از یک فرآیند غشایی مانند میکروفیلتراسیون MF یاالترافیلتراسیون UF با یک راکتور رشد معلق بوده که امروزه به طور گسترده ای در تصفیه پساب های صنعتی و شهری مورد استفاده می گیرد. MBRها دارای ابعاد متفاوتی بوده و حتی می توانند فرآیند تصفیه فاضلاب را برای جمیعت معادل 80000 نفر(48 میلیون لیتر در روز) انجام دهند.

تصفیه فاضلاب های شهری توسط فرآیندهای MBR منجر به تولید خروجی با کیفیت بالا شده که می توان آن را در آب های سطحی، ساحلی یا آبراه های شور تخلیه کرده و یا در آبیاری فضای سبز استفاده نمود. از دیگر مزایای MBRها نسبت به فرآیندهای سنتی می توان به نیاز به فضای کمتر، تصفیه با کیفیت تر و به روز رسانی تصفیه خانه های قدیمی توسط آن اشاره نمود.

نسبت به سیستم های جداسازی با ته نشینی سنتی فرآیندهای MBR می توانند پساب های دارای ذرات جامد معلق(MLSS) با غلظت بالاتر را تصفیه نمایند که اینامر باعث کاهش حجم راکتور در بارگذاری مشابه می گردد.

MBRها به دو نوع اصلی تقسیم می گردند: داخلی/مستغرق که در آن ممبران ها در داخل سیستم غوطه ور بوده و جزئی از خود راکتور می باشند و خارجی/جانبیکه در آن ممبران ها واحد فرآیندی مستقل بوده و نیازمند مرحله پمپاژ می باشد.

دستیابی به ابداعات و نوآوری های اخیر و کاهش چشمگیر قیمت ممبران سبب تبدیل MBRها به یکی از انتخاب های رایج در تصفیه فاضلاب گشته است، بنابراین بکار گیری فرآیند MBR جهت تصفیه و استفاده مجدد از فاضلاب شهری و صنعتی بسیار مورد توجه قرار گرفته است که افزایش روز افزون در تعداد و حجم MBRها نیز تصدیقی بر این موضوع می باشد. از MBRها می توان در جهت کاهش فضای مورد نیاز یک سیستم تصفیه فاضلاب لجن فعال با حذف برخی ترکیبات جامد از مخلوط فاضلاب استفاده نمود و سپس فاضلاب تغلیظ شده حاصل را با استفاده از فرآیند لجن فعال تصفیه کرد.

مدل های طراحی MBR

داخلی/مستغرق

در این نوع طراحی بخش فیلترکننده می تواند در داخل مخزن راکتور یا یک تانک مجزا قرار می گیرد. ممبران ها می توانند صفحاتی صاف، لوله ای و یاترکیبی از هر دو باشند و می تواند دارای یک سیستم بک واش آنلاین نیز باشد که این عمل با استفاده از پمپ کردن آب تصفیه شده به صورت معکوس به درون ممبران صورت می پذیرد و باعث کاهش گرفتگی( فولینگ) روی سطح ممبران می گردد.

در سیستم هایی که ممبران در یک تانک جدا از راکتور بیولوژیکی قرار دارند دسته ای از ممبران ها را جهت انجام عملیات شستشو و تمیز سازی توسط کمپرس غشا جدا می نمایند، در هر صورت به منظور بالا بردن مقدار MLSS می بایست بیومس به طور پیوسته به راکتور اصلی برگشت داده شود. همچنین برای سیستم های MBR به منظور کاهش گرفتگی باید هوادهی اضافه در نظر گرفته شود. در مواردیکه ممبران ها در راکتور اصلی نصب گردد، ماژول ممبران بجای نصب بر لوله به مخزن ته نشینی جداگانه ای انتقال می یابد.

خارجی/جانبی

در این روش طراحی MBR بخش فیلترکننده خارج از راکتور نصب می شود. بیومس نیز به طور مستقیم از درون تعدادی ممبران پشت سر هم عبور داده می‌شود و به راکتور بیولوژیکی برگشت داده می شود، یا اینکه بیومس به مجموعه ای از ماژول ها پمپ شده که در آنجا یک پمپ ثانویه بیومس را در ماژول هایی پشت سر هم به چرخش در می آورد. تمیز شدن و مستغرق کردن ممبران ها بوسیله تانک پاک سازی، پمپ و لوله کشی ها در محل انجام می پذیرد.

شرکت مهندسی تصفیه هوشمند آویسا با توجه به نیاز و خواست مشتری این سیستم تصفیه را با قابلیت هایی همچون انعطاف پذیری در آرایش قرارگیری اجزای تصفیه خانه، نصب آسان در موقعیت های مکانی مختلف، هزینه ی پایین بهره برداری و نگه داری، کنترل اتوماتیک و سیستم فرمان هوشمند ارائه می‌دهد.

گرفتگی یا فولینگ و کنترل آن

کارآیی فیلتراسیون MBR به ناچار با گذشت زمان کاهش می یابد. این امر ناشی از وجود ذرات ریز و محلول، درون و روی ممبران بوده که در فعل و انفعالات میان ممبران و اجزای لجن فعال حمل می گردند. این مانع و محدودیت موجود در فرآیند از زمان ابتدایی ترین MBRها وجود داشته و همواره تحقیقات در جهت رفع آن تا به امروز وجود دارد و هنوز نیز یکی از مسائل چالش برانگیز پیش رو در مورد ارتقا MBR می باشد.

با توجه به مطالعات اخیر در خصوص کارکرد ممبران ها در راکتور بیولوژیکی مشخص شده است که همانند سایر فرآیندهای جداسازی ممبرانی، گرفتگی ممبرانجدی ترین معضلی می باشد که بر روی عملکرد سیستم تاثیر گذار است. گرفتگی منجر به افزایش شدید مقاومت هیدرولیکی شده که با کاهش نفوذ جریان نمود پیداکرده و یا فشار گذرنده(TMP) هنگامی که فرآیند به ترتیب تحت شرایط TMP ثابت یا جریان ثابت باشد، افزایش می یابد.

در سیستم هایی که جریان باافزایش TMP تاٌمین می گردد انرژی مورد نیاز جهت انجام فیلتراسیون افزایش می یابد. بنابر آنچه ذکر شد شستشو و تمیز کردن متناوب و دوره ای ممبران لازمبوده که با توجه به نیاز به واحد تمیزکاری و از مدار خارج شدن واحد افزایش چشمگیری در هزینه ها ایجاد می گردد، هم چنین تعویض های دوره ای بیشتری نیز برای ممبران ها مورد نیاز می باشد.

گرفتگی ممبران حاصل تعاملات میان ممبران و مواد موجود در مخلوط فاضلاب و لجن فعال بوده که شامل فلوک های بیولوژیکی تشکیل شده توسط تعداد بیشماری از میکروارگانسیم های زنده یا مرده همراه با ترکیب های محلول و کلوئیدی می باشد. بیومس معلق هیچ گونه ترکیب ثابتی نداشته و هم با توجه به ترکیبات ورودی و هم با شرایط کارکرد MBR متغیر می باشد.

بنابراین هر چند مطالعات گسترده ای در زمینه گرفتگی ممبران صورت گرفته است اما به دلیل تنوع بالای موجود در شرایط کارکرد و المان های ورودی، متفاوت بودن روش های تحلیلی و محدود بودن اطلاعات ثبت شده در مورد ترکیب بیومس معلق در اغلب مطالعات، وضع قانونی کلی در مورد رفتار مربوط به گرفتگی ممبران ها به خصوص در مورد MBRها را امری بسیار مشکل ساخته است.

جریان هوای بوجود آمده در MBR مستغرق توانایی از بین بردن و یا حداقل کاهش چشمگیر گرفتگی در سطح ممبران را دارا می باشد. بازبینی های اخیر در مورد عملیات هوادهی در ممبران مستغرق حاکی از افزایش کارآیی توسط ایجاد حباب های گاز می باشد. هم چنین افزایشبیش از حد هوادهی تاثیری بر روی از بین بردن گرفتگی نداشته و انتخاب درست میزان هوادهی نکته ای کلیدی در طراحی MBR می باشد.

روش های متنوع دیگری نیز جهت مقابله و جلوگیری از ایجاد گرفتگی در MBRها وجود دارد که به عنوان نمونه می توان به موارد زیر اشاره کرد:

1 – وقفه متناوب که در آن فیلتراسیون در زمانی معمول و با فاصله برای چند دقیقه قبل از ادامه فرآیند متوقف می شود. فلوک های ایجاد شده در سطح ممبرانتمایل به بازگشت درون راکتور را داشته که این پدیده با هوادهی منظم و متوالی در طول این وقفه این عمل تسریع می گردد.

2 – بک واش ممبران که در آن آب تصفیه شده(عبور کرده از ممبران) توسط پمپ برگشت داده می شود و جریان عبوری از منافذ ممبران گرفتگی هایداخلی و خارجی را از بین می برد.

3 – بک واش هوا که در این روش هوایی پرفشار در سمت منافذ ممبران ایجاد می گردد و فشار بسیار زیادی را در مدت زمانی بسیار کوتاهرها می کند. بنابراین ماژول های ممبران نیاز دارند تا در مسیری پر فشار که به یک ونت(خروجی) متصل شده است قرار گیرند. هوا معمولاٌ از ممبران عبور نمی کنداما در صورت عبور موجب به خشک شدن ممبران شده و دوباره مرطوب سازی آن توسط پر فشار کردن قسمت تغذیه ضروری می باشد.

4 – استفاده از مواد باز دارنده و از بین برنده ی گرفتگی

علاوه بر موارد فوق انواع مختلفی از شویندهای شیمیایی نیز در بعضی موارد توصیه می گردد:

– بک واش شیمیایی(روزانه)

– شستشو و نگهداری توسط مواد شیمیایی غلیظ تر(هفتگی)

– شستشو با شویندهای بسیار قوی(سالانه)

شستشوی فشرده در مواقعی که عمل فیلتراسیون به دلیل وجود فشار گذرنده(TMP) بالا قابل انجام نمی باشد نیز بسیار کارآمد می باشد. شرکت هایتامین کننده ی MBR فرمول های مخصوصی برای مواد شیمیایی پاک کننده خود را دارا هستند که غالباٌ در غلظت و نحوه به کار گیری از هم متفاوت می باشند.در شرایط عادی شوینده های شایع شامل NaOCl و اسید سیتریک می باشند.

به دلیل وجود میکروارگانیسم های فراوان در MBRها نرخ جذب آلاینده ها را می توان افزایش داد که این عمل باعث کاهش مدت زمان و یا کوچکتر شدن حجم راکتور می گردد. در مقایسه با فرآیندهای لجن فعال متعارف(ASP) که معمولاٌ 95 درصد از COD را از بین می برد، MBRها می توانند این عدد را به 96 الی 99 درصد نیز برسانند. حذف COD و BOD5 با تغلیظ MLSS افزایش می یابد. حذف COD بالاتر از g/L 15 تقریباٌ مستقل از غلظت بیومس در راندمان بالای 96 درصد می باشد.

غلظت های بالای MLSS به صورت دلخواه مورد استفاده قرار نگرفته اند با این حال انتقال اکسیژن به دلیل وجود سیال غیر نیوتونی و با ویسکوزیتهبالا با مشکل روبرو گشته است. در روش ASP اندازه ی فلوک ها ممکن است تا چند صد میکرومتر نیز برسد. این بدان معناست که زیر لایه ها تنها از طریق پخش شدن می توانند به قسمت های فعال دست یابند که این امر منجر به ایجاد مقاومتی مازاد گشته و میزان کلی واکنش را محدود سازد. تنش هیدرودینامیکیدر MBRها باعث کاهش اندازه ی فلوک ها(تا مقدار 5/3 میکرومتر در MBRهای جانبی) شده و در نتیجه باعث افزایش میزان واکنش ها می‌گردد.