فراب زیست فراز | انواع سیستم‌ها و تجهیزات تصفیه آب و فاضلاب صنعتی
تصفیه فاضلاب به روش MBBR با ترجمه فارسی راکتور بیوفیلم با بستر متحرک (Moving Bed Biofilm Reactor) یکی از فناوری‌های نسبتا مدرن تصفیه فاضلاب است. یکی از مزایای اصلی این فرآیند، کاهش فضای اشغال شده توسط تجهیزات است که در شرایط محدودیت فضا، یک مزیت قابل توجه محسوب میشود.
پیش از بررسی جزئیات فرآیند MBBR، درک کلی از دسته‌بندی‌هایی که این روش تصفیه فاضلاب در آن قرار می‌گیرد، مفید خواهد بود. MBBR یک فرآیند بیولوژیکی است، در مقابل فرآیندهای شیمیایی یا مکانیکی.
تصفیه فاضلاب بیولوژیکی چیست؟
ویژگی‌های منحصربه‌فرد تصفیه بیولوژیکی فاضلاب به شرح زیر است:
فرآیند تصفیه بیولوژیکی فاضلاب از موجودات زنده کوچک مانند باکتری‌ها و نماتودها برای تجزیه آلاینده‌ها استفاده می‌کند. این روش تمام مواد آلی موجود در فاضلاب را تجزیه کرده و از فرآیندهای طبیعی سلولی برای از بین بردن آلاینده‌ها بهره می‌برد.
با افزودن برخی میکروارگانیسم‌های خاص به فاضلاب، این موجودات زنده شروع به تجزیه و مصرف آلاینده‌های موجود کرده و اجازه می‌دهند طبیعت مسیر خود را طی کند. در مواردی که آلاینده‌های پیچیده‌ای در آب وجود داشته باشند، میکروارگانیسم‌ها آنها را به ترکیبات ساده‌تر تبدیل کرده و فرآیند تصفیه را برای مراحل بعدی، مانند فیلتراسیون، فراهم می‌کنند.
تصفیه بیولوژیکی فاضلاب معمولاً به عنوان گام بعدی پس از پیش تصفیه برای حذف برخی آلاینده‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. حتی پس از فرآیند تصفیه بیولوژیکی، ممکن است مراحل دیگری برای تکمیل تصفیه آب لازم باشد. فرآیندهای تصفیه بیولوژیکی به دلیل اثربخشی بالا، سازگاری با محیط زیست و مقرون‌به‌صرفه بودن، چه به صورت مستقل و چه به عنوان بخشی از یک فرآیند جامع تصفیه آب، بسیار پرکاربرد هستند.
اکنون که با اصول اولیه تصفیه بیولوژیکی آشنا شدیم، می‌توانیم به بررسی یکی از روشهای خاص این فرآیند، یعنی راکتورهای بیوفیلمی با بستر متحرک (MBBR) بپردازیم.
تصفیه فاضلاب به روش MBBR چیست و چگونه کار می‌کند؟
تکنولوژی MBBR در اواخر دهه ۱۹۸۰ و اوایل دهه ۱۹۹۰ توسط محققان نروژی توسعه یافت. هدف از طراحی این سیستم، رفع مشکلاتی بود که در سایر روشهای تصفیه بیولوژیکی فاضلاب مشاهده می‌شد. MBBR نقاط قوت فرآیندهای بیولوژیکی، به‌ویژه فرآیند لجن فعال و سیستم‌های بیوفیلم، را ترکیب کرده و نقص‌های رایج در روشهای سنتی تصفیه بیولوژیکی را به حداقل می‌رساند.
تصفیه پساب با روش MBBR ترکیبی از سیستم لجن فعال متداول و فرآیندهای رشد چسبیده است که مشکلاتی مانند ایجاد کانال‌های جریان، انسداد و توزیع نامناسب جریان ورودی را برطرف می‌کند. در این فرآیند، مدیاهای پشتیبان رشد بیو فیلم در داخل راکتور به کمک هوادهی یا اختلاط (بسته به نوع کاربرد) در حالت معلق نگه داشته می‌شوند. زیست توده روی این مدیاها مستقر شده و تا حدی از تأثیرات محیطی محافظت میشود، که این امر باعث افزایش انعطاف‌پذیری سیستم در مواجهه با تغییرات شرایط ورودی مانند pH، دما و آلودگی‌های سمی میشود.
مدیاهای مورد استفاده در سیستم MBBR معمولاً از جنس پلاستیک با چگالی پایین (کمی کمتر از چگالی آب، حدود ۹۵۰ کیلوگرم بر مترمکعب) هستند و در راکتورهای بدون هوادهی چگالی آنها اندکی بالاتر است. میزان پر شدن راکتور با مدیا معمولاً بین ۵۰ تا ۶۵ درصد است. این مدیاها باید به‌طور یکنواخت در راکتور توزیع شوند و معمولاً از دیفیوزرهای حباب متوسط برای هوادهی استفاده میشود. میزان اکسیژن محلول (DO) بسته به نیاز عملکردی تصفیه‌خانه، بین ۲ تا ۳ میلی‌گرم در لیتر حفظ میشود. در خروجی راکتورهای MBBR، نصب توری‌ها یا صفحات مشبک ضروری است تا از خروج مدیاها از سیستم جلوگیری شود.
فناوری MBBR دارای انعطاف‌پذیری بالایی در کاربردهای مختلف تصفیه فاضلاب است و می‌توان از آن به عنوان فرآیند اصلی تصفیه، پیش تصفیه برای سیستم لجن فعال، فرآیند ترکیبی IFAS یا به عنوان مرحله پسا تصفیه در کنار سایر فرآیندهای زیستی استفاده کرد.
به دلیل مزایای متعدد، تصفیه فاضلاب با فرآیند MBBR امروزه به یکی از محبوب‌ترین روشهای تصفیه بیولوژیکی فاضلاب تبدیل شده است. این فرآیند از حامل‌های پلاستیکی پوشیده از بیوفیلم برای تجزیه آلاینده‌ها استفاده می‌کند. علاوه بر کارایی بالای این روش در حذف مواد آلی، MBBR در فرآیندهای نیترات‌زدایی و نیتریفیکاسیون نیز کاربرد دارد.
دلایل استفاده ار فناوری MBBR برای تصفیه فاضلاب
تصفیه فاضلاب به روش لجن فعال متداول (CAS) رایج‌ترین و پرکاربردترین سیستم تصفیه فاضلاب است. این موفقیت را می‌توان به انعطاف پذیری طراحی، کیفیت مناسب پساب خروجی، سهولت در بهره‌برداری، پایداری بالا و هزینه‌های پایین این سیستم نسبت داد. با این حال، یکی از چالش‌های این سیستم نیاز به حجم بیشتر راکتور به دلیل محدودیت غلظت زیست توده در آن است.
در راستای کاهش فضای مورد نیاز سیستم لجن فعال سنتی، بسیاری از فرآیندهای زیستی توسعه یافته‌اند که هدف آنها افزایش غلظت زیست توده در راکتور است. فناوری MBBR یکی از روشهای موفق در بهبود کیفیت پساب خروجی و کاهش قابل توجه فضای مورد نیاز تصفیه خانه‌های فاضلاب است. این فناوری با کاهش حجم راکتور و حذف نیاز به حوض ته نشینی نهایی، بهره‌وری سیستم را افزایش می‌دهد. با این حال، برخی عوامل مانند هزینه بالای سرمایه‌گذاری و بهره‌برداری، گرفتگی غشا، نیاز به مواد شیمیایی برای تمیزکاری غشا و لزوم حضور اپراتور ماهر، از مواردی هستند که هنگام استفاده از این سیستم باید مدنظر قرار گیرند. این روش به ویژه در مواردی که فضای محدود و یا استانداردهای سختگیرانه برای پساب خروجی وجود دارد، گزینه‌ای بسیار مناسب محسوب میشود.
یکی دیگر از روشهای کاهش حجم راکتور، استفاده از بیوفیلم برای حمایت از رشد زیست توده است. فرآیندهای رشد چسبیده متعددی مانند فیلترهای چکنده، دیسک‌های چرخان زیستی (RBC)، مدیا ثابت غوطه‌ور و راکتورهای بستر سیال وجود دارند. با این حال، این روش‌ها معایبی از جمله انسداد بستر فیلتر، ایجاد کانال‌های جریان، بوی نامطبوع، خرابی مکانیکی و ناپایداری را به همراه دارند. از این‌رو، استفاده از فناوری MBBR موجب رفع این مشکلات خواهد بود.
مکانیزم عملکرد تصفیه پساب با فرآیند MBBR
برای درک بهتر این فرآیند، لازم است با اجزای اصلی طراحی MBBR که در کنار یکدیگر کار می‌کنند، آشنا شویم:
۱. حوضچه تصفیه (Reactor Basin):
فرآیند MBBR در یک حوضچه انجام میشود که به آن راکتور یا مخزن هوادهی نیز گفته میشود. اندازه این مخزن به میزان نیازهای تصفیه تأسیسات بستگی دارد. در برخی سیستم‌ها، فاضلاب ابتدا وارد یک حوضچه شده و سپس برای مراحل بعدی تصفیه به یک حوضچه دیگر هدایت میشود. مخزن هوادهی MBBR دارای یک دهانه باز است که امکان تماس آب با هوا را برای فرآیند تصفیه هوازی فراهم می‌کند.
۲. مدیا یا حامل‌های پلاستیکی (Media/Carriers):
داخل مخزن هزاران قطعه پلاستیکی کوچک به نام پکینگ مدیا شناور یا حامل‌ها قرار دارد. این مدیاها تا ۵۰ تا ۷۰ درصد حجم مخزن را اشغال کرده و سطح وسیعی برای رشد بیوفیلم فراهم می‌کنند. ازآنجاکه تراکم این مدیاها مشابه آب است، به‌جای غوطه‌ور شدن یا شناور ماندن، به‌طور یکنواخت در مایع مخلوط می‌شوند.
۳. دریچه هوادهی (Ventilation Grill):
برای حرکت مؤثر مدیاها درون مخزن، یک دریچه هوادهی در کف مخزن قرار دارد. این تجهیز که عملکردی شبیه به یک فن دارد، ضمن حرکت دادن مدیاها، به افزایش تماس آنها با آلاینده‌های موجود در آب کمک کرده و همچنین میزان اکسیژن محلول در مخزن را افزایش می‌دهد.
۴. توری یا صافی (Sieve):
توری‌ها یا صافی‌های مخصوص، ضمن اجازه عبور آب، از خروج مدیاهای پلاستیکی از مخزن جلوگیری می‌کنند. میکروارگانیسم‌هایی که به سطح مدیاها متصل شده‌اند، آلاینده‌های موجود در فاضلاب را مصرف کرده و در نهایت آب را برای استفاده مجدد یا تخلیه ایمن‌تر می‌کنند. نوع میکروارگانیسم‌هایی که در مخزن مورد استفاده قرار می‌گیرند، بستگی به نوع آلاینده‌های موجود در فاضلاب دارد.
نیتریفیکاسیون و نیترات‌زدایی در MBBR
همان‌طور که گفته شد، MBBR فقط برای تجزیه آلاینده‌های عمومی فاضلاب استفاده نمی‌شود، بلکه در فرآیندهای نیتریفیکاسیون و نیترات‌زدایی نیز نقش مهمی دارد.
- نیتریفیکاسیون فرآیندی است که طی آن آمونیاک به نیترات تبدیل میشود.
- نیترات‌زدایی زمانی رخ می‌دهد که اکسیژن مصرف شده و نیترات به گاز نیتروژن تبدیل میشود.
هر دوی این فرآیندها بیولوژیکی هستند، بنابراین MBBR روش مؤثری برای اجرای آنها به شمار می‌آید. نوع میکروارگانیسم‌های مورد استفاده در MBBR نیز بستگی به هدف فرآیند دارد. به عنوان مثال، برای نیترات‌زدایی، استفاده از باکتری‌های نیترات‌زدا مانند Pseudomonas، Paracoccus و Alcaligenes مناسب‌تر است.
عملکرد راکتور بیوفیلم بستر متحرک
همان‌طور که پیش‌تر اشاره شد، این فرایند یک سیستم لجن فعال است که در آن از یک ماده شناور پلی‌اتیلنی برای حمایت از رشد زیست توده بر روی سطح آن استفاده میشود. این ماده شناور، سطح مؤثری را برای رشد بیوفیلم فراهم کرده و غلظت حجمی مؤثر زیست توده را افزایش می‌دهد.
این نوع رشد اجباری زیست توده بر روی یک عنصر شناور دارای ویژگی‌های خاصی است:
- غلظت MLSS (غلظت زیست توده در داخل راکتور) می‌تواند 1.5 تا 2 برابر مقدار به دست آمده در سیستم‌های متداول لجن فعال باشد و به محدوده 4000 تا 8000 میلی‌گرم بر لیتر برسد.
- زمان ماند مؤثر سلولی افزایش می‌یابد.
- ظرفیت تصفیه سیستم در همان حجم افزایش پیدا می‌کند.
از آنجا که افزایش MLSS ناشی از رشد چسبیده به حامل‌ها است، غلظت لجن ورودی به زلال‌ساز ثانویه افزایش نمی‌یابد، بلکه کاهش پیدا می‌کند. به همین دلیل، ابعاد این زلال‌ساز در مقایسه با سیستم‌های متداول کوچک‌تر خواهد بود.
راکتور MBBR ما از دو محفظه هوازی (با تزریق اکسیژن) تشکیل شده است که در هر یک از آنها دو نوع مختلف از حامل‌ها وارد می‌شوند. این محفظه‌ها توسط یک کانال به یکدیگر متصل شده‌اند که در آن، توری‌هایی برای نگه‌داشتن حامل‌های هر محفظه نصب شده است.
مراحل تصفیه فاضلاب به روش MBBR
فرآیند کلی تصفیه فاضلاب به روش MBBR شامل چهار مرحله اصلی است: هوادهی، ته نشینی، فیلتراسیون و گندزدایی.
۱. هوادهی
در ابتدا، هوا به مخزن MBBR تزریق میشود تا محیطی با تنش برشی پایین ایجاد کرده و اکسیژن کافی برای رشد باکتری‌ها فراهم شود. در این مرحله، مدیای MBBR به مخزن اضافه شده و سطحی ایده‌آل برای چسبیدن باکتری‌ها و تشکیل بیوفیلم ایجاد می‌کند. این مدیا علاوه بر فراهم کردن محیط رشد، باعث ایجاد اختلاط مناسب در مخزن شده و تجزیه مؤثر مواد آلی را امکان‌پذیر می‌کند.
۲. ته نشینی
پس از ورود مواد آلی به راکتور MBBR، باکتری‌ها در سیستم شروع به تجزیه این مواد می‌کنند. در ادامه، فرآیند ته‌نشینی انجام میشود که طی آن، ذرات جامد از آب جدا می‌شوند. در این مرحله، مدیای MBBR به جداسازی و حذف ذرات معلق از فاضلاب کمک می‌کند.
۳. فیلتراسیون
پس از ته نشینی، مرحله فیلتراسیون برای حذف ذرات معلق باقی‌مانده در راکتور MBBR انجام میشود. این فرآیند، میزان کدورت آب را کاهش داده و تضمین می‌کند که مواد جامد به طور مؤثر از فاضلاب حذف شوند.
۴. گندزدایی
در نهایت، مرحله گندزدایی به‌منظور کاهش خطر انتقال بیماری انجام میشود. برای این منظور، معمولاً از کلر یا ازن به عنوان ماده گندزدا در راکتور MBBR استفاده میشود. همچنین، در بسیاری از راکتورهای MBBR یک مرحله اکسیداسیون نیز در نظر گرفته میشود که به تجزیه مواد آلی باقی‌مانده و سایر آلاینده‌ها کمک می‌کند.
مزایای راکتور بیوفیلم متحرک (MBBR)
- نیاز کم به نگهداری: فرآیند MBBR به نگهداری حداقلی نیاز دارد، بدون نیاز به شستشوی معکوس و با حداقل دفع لجن.
- ابعاد کوچک: به دلیل سطح ویژه بالای محیط رشد بیوفیلم در MBBR، این سیستم می‌تواند همان میزان آب را در مقایسه با مخازن بزرگ‌تر در روشهای سنتی تصفیه کند. بنابراین، گزینه‌ای ایده‌آل برای مکان‌هایی با فضای محدود محسوب میشود.
- بهره‌وری بالا: سرعت عملکرد MBBR در مقایسه با روشهای سنتی تصفیه آب بیشتر است و زمان ماند هیدرولیکی (HRT) برای حذف BOD و نیتروژن در این سیستم حدود ۳ تا ۴ ساعت است.
- انعطاف‌پذیری: MBBR به‌طور طبیعی توانایی تطبیق با تغییرات بار آلودگی و نوسانات ورودی را دارد. این سیستم در برابر بارهای ناگهانی و تغییرات شدید pH مقاوم است.
- مقرون‌به‌صرفه: افزودن یا به‌روزرسانی MBBR در تصفیه خانه‌های موجود که با مشکل اضافه بار یا افزایش جمعیت مواجه هستند، یک راهکار اقتصادی و کارآمد برای بهبود عملکرد سیستم محسوب میشود. این روش جایگزین مناسبی برای ساخت یک تصفیه‌خانه جدید است.
- سهولت در بهره‌برداری: به دلیل ماهیت فرآیند و نیاز کم به نگهداری، MBBR به سادگی قابل راه‌اندازی و بهره‌برداری است. این سیستم به صورت خودکار تغییرات را تنظیم کرده و معمولاً نیاز به مداخله اپراتور ندارد.
کاربردهای تصفیه پساب با روش MBBR
MBBR به عنوان یک روش تصفیه فاضلاب بسیار کارآمد در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. برخی از کاربردهای این فناوری عبارتند از:
- تصفیه آب‌های شهری
- کمپ‌های نظامی
- هتل‌ها و استراحتگاه‌ها
- ساختمان‌ها، از جمله بیمارستان‌ها، مراکز خرید و سایر اماکن مشابه
- صنعت نساجی: فاضلاب این صنعت حاوی آلاینده‌هایی مانند رنگ‌ها و عوامل تر کننده است. معمولاً تصفیه فاضلاب نساجی شامل یک مرحله شیمیایی و سپس یک مرحله بیولوژیکی است. MBBR به‌عنوان یک روش بیولوژیکی بسیار مؤثر در این صنعت شناخته میشود و به دلیل ساختار فشرده خود، گزینه‌ای مناسب برای کارخانجات نساجی کوچک به شمار می‌آید.
- صنایع غذایی و فرآوری لبنیات: این صنایع حجم بالایی از فاضلاب حاوی BOD تولید می‌کنند. به دلیل بهره‌وری بالای MBBR، این سیستم توانایی مدیریت حجم زیاد پساب را دارد.
- سایر صنایع: MBBR همچنین در تصفیه فاضلاب صنایع تولید کاغذ و خمیر کاغذ، تولید مواد شیمیایی و صنایع نوشیدنی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
شرکت مهندسی فراب زیست فراز یکی از تولید کنندگان برتر سیستم تصفیه فاضلاب mbbr در ایران میباشد که تجربه بالایی بعد از سالها فعالیت در این حوزه در خصوص تولید این دستگاه ها میباشد.
مقایسه با روشهای سنتی تصفیه فاضلاب
در مقایسه با روشهای سنتی تصفیه فاضلاب، MBBR چندین مزیت دارد، از جمله:
- کاهش هزینه‌های عملیاتی
- بازدهی بالاتر و عملکرد بهتر
- مصرف انرژی کمتر نسبت به روشهای متداول
- قابلیت اطمینان بیشتر نسبت به سیستم‌های لجن فعال
- اشغال فضای کمتر و نیاز کمتر به مواد شیمیایی در فرآیند تصفیه
این ویژگی‌ها باعث شده‌اند که MBBR به یکی از روشهای کارآمد و مقرون به صرفه در تصفیه فاضلاب تبدیل شود.
نتیجه گیری
تکنولوژی MBBR به دلیل ویژگی‌های منحصربه‌فرد خود، یکی از ابزارهای ارزشمند در تصفیه بیولوژیکی فاضلاب محسوب میشود. این فناوری نه‌تنها در حذف مواد آلی از فاضلاب مؤثر است، بلکه در انجام فرآیندهای پیشرفته‌ای مانند نیتریفیکاسیون و نیترات‌زدایی نیز کاربرد دارد. انعطاف‌پذیری بالا، راندمان مطلوب و سازگاری با محیط‌زیست از جمله مزایایی هستند که MBBR را به یک گزینه ایده‌آل برای بهبود کیفیت فاضلاب و استفاده مجدد از آب تبدیل کرده‌اند.
