فراب زیست فراز | انواع سیستمها و تجهیزات تصفیه آب و فاضلاب صنعتی
بیورآکتور غشایی (Membrane BioReactor) که به طور مختصر به آن MBR گفته میشود، یک فناوری پیشرفته و نوآورانه است که تحولی اساسی در تصفیه آب و فاضلاب ایجاد کرده است. این فرآیند مدرن، تصفیه بیولوژیکی متداول را با فیلتراسیون غشایی پیشرفته ترکیب می‌کند و سیستمی فشرده و کارآمد را برای تولید آب تصفیه‌شده باکیفیت بالا ارائه می‌دهد.
با توجه به افزایش نگرانی‌ها درباره کمبود منابع آبی و مقررات زیست‌محیطی سخت‌گیرانه، تصفیه فاضلاب به روش mbr به عنوان یک راهکار پایدار پیشرو در حوزه تصفیه فاضلاب مطرح شده است. این فناوری در کاربردهای مختلف شهری، صنعتی و تخصصی مزایای قابل توجهی دارد.
در این مقاله، اصول عملکرد، کاربردهای متنوع و مزایای کلیدی بیورآکتور غشایی در تصفیه پساب بررسی میشود و نشان داده میشود که این فناوری چگونه چالش‌های مهم مدیریت آب را برطرف کرده و به آینده‌ای پایدارتر در حوزه آب کمک می‌کند.
تصفیه فاضلاب به روش mbr چیست؟
فناوری راکتور بیولوژیکی غشایی (MBR) یک روش ترکیبی کارآمد از تصفیه زیستی سنتی فاضلاب و فرآیندهای مدرن غشایی است که در تصفیه فاضلاب شهری و صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. مشابه فرآیندهای قدیمی لجن فعال، این فناوری از میکروارگانیسم‌ها برای تجزیه آلاینده‌های آلی استفاده می‌کند. با این حال، به جای استفاده از ته نشین‌کننده‌های حجیم، از غشاهای پیشرفته برای جداسازی مواد جامد معلق بهره می‌برد.
فناوری MBR در بخش‌های مختلف از جمله تصفیه خانه‌های فاضلاب شهری، واحدهای صنعتی و سیستم‌های تصفیه غیرمتمرکز به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد. انعطاف‌پذیری این روش، آن را برای پروژه‌هایی با مقیاس‌های مختلف، از کوچک تا بزرگ، مناسب ساخته است.
در ویدئوی زیر تصفیه پساب با فرآیند MBR توضیح داده شده است:
راکتور بیولوژیکی غشایی چیست؟
راکتور بیولوژیکی غشایی (MBR) فرآیندی است که در آن یک واحد غشایی میکروفیلتراسیون یا اولترافیلتراسیون با یک راکتور زیستی با رشد معلق ترکیب میشود. این فناوری امروزه در تصفیه خانه‌های فاضلاب شهری و صنعتی به طور گسترده به کار می‌رود.
تصفیه پساب با روش MBR بر دو اصل اساسی استوار است: تجزیه زیستی و فیلتراسیون غشایی.
۱) راکتور زیستی:
در فرآیند تصفیه فاضلاب، راکتور زیستی یک محفظه طراحی شده مخصوص است که یک محیط زیستی فعال را پشتیبانی می‌کند. در این محیط، باکتری‌ها و تک یاخته‌ها (که به‌عنوان زیست توده شناخته می‌شوند) رشد کرده و بخشی یا تمام مواد موجود در فاضلاب خام را مصرف می‌کنند.
بسته به وجود یا عدم وجود اکسیژن و نیترات‌ها، راکتورهای زیستی به سه نوع تقسیم می‌شوند:
- هوازی: برای حذف مواد آلی و اکسیداسیون آمونیاک به نیترات
- بی‌هوازی: برای حذف مواد آلی
- بی‌اکسیژن: برای تبدیل نیترات‌ها به گاز نیتروژن
معمولاً غشاها پس از راکتورهای زیستی هوازی یا بی‌هوازی نصب می‌شوند.
انواع راکتورهای زیستی شامل موارد زیر هستند:
- راکتورهای با رشد معلق: که در آن زیست توده به صورت توده‌های معلق (فلاک‌ها) رشد می‌کند.
- راکتورهای با رشد چسبیده (یا بیوفیلمی): که در آن زیست توده به حامل‌هایی متصل میشود.
- راکتورهای ترکیبی: که هر دو روش رشد معلق و چسبیده را در بر می‌گیرد.
معمولاً، راکتورهای با رشد معلق در فرآیند MBR مورد استفاده قرار می‌گیرند، اما در صورت طراحی مناسب، راکتورهای ترکیبی نیز می‌توانند کاربرد داشته باشند.
عملکرد فرآیند تجزیه زیستی
در این فرآیند، فاضلاب وارد یک بیوراکتور میشود و با مجموعه‌ای از میکروارگانیسم‌ها، که تحت عنوان لجن فعال شناخته می‌شوند، ترکیب می‌گردد. این میکروارگانیسم‌ها مواد آلی موجود در فاضلاب را مصرف کرده و آن‌ها را به آب، دی‌اکسید کربن و توده زیستی اضافی تبدیل می‌کنند. این فرایند به طور مؤثر میزان اکسیژن موردنیاز زیستی (BOD) و اکسیژن موردنیاز شیمیایی (COD) را که از شاخص‌های کلیدی میزان مواد آلی در فاضلاب هستند، کاهش می‌دهد.
عوامل مؤثر بر تجزیه زیستی
کارایی این فرآیند تا حد زیادی به سلامت و تنوع جامعه میکروبی وابسته است. عواملی مانند دما، pH و دسترسی به مواد مغذی می‌توانند تأثیر قابل توجهی بر عملکرد میکروارگانیسم‌ها داشته باشند. بنابراین، حفظ شرایط بهینه در بیوراکتور برای عملکرد مؤثر MBR ضروری است.
۲) غشاها (ممبران ها):
در فرآیند MBR، غشاها نقش جداسازی جامد-مایع را ایفا می‌کنند و زیست‌توده را در داخل راکتور نگه می‌دارند تا پساب تصفیه‌شده را به محیط تخلیه کنند. به‌عبارت‌دیگر، غشاها جایگزین ته‌نشین‌کننده‌های سنتی در فرآیند لجن فعال متداول (CAS) می‌شوند.
در تصفیه فاضلاب به روش MBR، هم غشاهای میکروفیلتراسیون (MF) و هم غشاهای اولترافیلتراسیون (UF) استفاده می‌شوند. معمولاً غشاهای UF ترجیح داده می‌شوند زیرا عملکرد جداسازی بهتری دارند، قابلیت حذف برخی از کلوئیدها و ویروس‌ها را دارند و به دلیل اندازه منافذ کوچکتر، کمتر مستعد گرفتگی هستند.
سه نوع پیکربندی غشایی که در فرآیند MBR استفاده می‌شوند عبارتند از:
- الیاف توخالی (Hollow Fibre – HF)
- ورق تخت (Flat Sheet – FS)
- لوله‌ای (Tubular یا Multi-Tubular – MT)
سایر پیکربندی‌ها مانند غشاهای مارپیچی (Spiral-Wound – SW) برای کاربردهای MBR مناسب نیستند، زیرا نسبت به میزان جامدات معلق حساسیت بالایی دارند.
راکتور غشایی بیولوژیکی (MBR) چگونه در فرآیندهای تصفیه فاضلاب کار می‌کند؟
فرآیند راکتور غشایی بیولوژیکی (MBR) با یک مرحله پیش‌تصفیه آغاز میشود تا از گرفتگی غشا جلوگیری شود. سپس، میکروارگانیسم‌های هوازی مواد آلی را در مخزن MBR تجزیه می‌کنند. یک سیستم هوادهی با تأمین حباب‌های هوا، باکتری‌ها را فعال نگه می‌دارد تا آلاینده‌های آلی را به طور مؤثر تجزیه کنند.
یک سیستم پمپاژ، آب را در مخزن بیوراکتور مخلوط کرده و آن را از طریق یک ماژول غشایی عبور می‌دهد. در این مرحله، غشاهای نیمه‌تراوا، مواد جامد معلق و میکروارگانیسم‌ها را فیلتر می‌کنند. غشاهای MBR معمولاً از الیاف یا صفحات مسطحی از جنس پلی‌اتیلن یا پلی‌وینیلیدن فلوراید (PVDF) ساخته می‌شوند.
برای جلوگیری از رسوب‌گذاری بیوفیلم روی غشا، از سیستم‌های شستشوی شیمیایی یا شستشوی معکوس استفاده میشود که عملکرد و عمر غشا را افزایش می‌دهد. همچنین، یک سیستم بازیابی پساب شستشو می‌تواند برای صرفه‌جویی در مصرف آب مورد استفاده قرار گیرد.
حسگرها و دستگاه‌های مانیتورینگ، پارامترهای پساب خروجی را در زمان واقعی بررسی کرده و یک سیستم کنترلی به طور هم‌زمان تنظیمات عملیاتی را برای بهینه‌سازی فرآیند تصفیه تنظیم می‌کند.
تصفیه فاضلاب با روش MBR منجر به تولید لجن مازاد به عنوان محصول جانبی تصفیه بیولوژیکی میشود. یک سیستم مدیریت لجن، لجن اضافی را جداسازی و مدیریت کرده که می‌تواند تحت فرآیندهای تکمیلی قرار گیرد یا آب‌گیری شود تا به صورت بهینه دفع گردد. در نهایت، پساب تصفیه شده (پرمیت) پس از عبور از غشا جمع‌آوری میشود.
نقش اساسی غشاها در این فرآیند، جداسازی جامدات از مایع است. در تأسیسات لجن فعال، این جداسازی معمولاً با استفاده از زلال‌سازهای ثانویه انجام میشود.
دو پیکربندی فرآیندی برای سیستم‌های MBR وجود دارد:
- MBR غوطه‌ور: در این روش از غشاهای مکشی (خلأ محور) استفاده میشود.
- MBR جانبی (یا خارجی): در این روش از غشاهای فشاری استفاده میشود.
معمولاً غشاهای فشاری برای تأسیسات کوچکتر و فاضلاب‌های صنعتی با سختی بالا به کار می‌روند، در حالی که غشاهای غوطه‌ور برای تأسیسات متوسط و بزرگ مناسب‌تر هستند.
کاربردهای راکتور غشایی بیولوژیکی (MBR)
در حال حاضر، فناوری MBR برای تصفیه انواع مختلف فاضلاب، از جمله فاضلاب شهری، فاضلاب صنعتی و شیرابه زباله‌دان‌ها به طور گسترده استفاده میشود.
۱) تصفیه فاضلاب شهری
سیستم‌های MBR در ابتدا برای تصفیه فاضلاب شهری با هدف بازیافت و استفاده مجدد از آب توسعه یافتند. به دلیل ابعاد فشرده، توانایی تولید آب قابل استفاده مجدد و عملکرد بدون مشکل، این روش برای تصفیه و بازیافت فاضلاب شهری در مناطق با محدودیت فضا و منابع آبی ایده‌آل است.
۲) تصفیه فاضلاب صنعتی
فاضلاب‌های صنعتی معمولاً دارای بار آلی بالا و مواد شیمیایی پیچیده هستند که تجزیه و تصفیه آن‌ها دشوار است. از این رو، استفاده از روش MBR به عنوان یک جایگزین مؤثرتر، گزینه‌ای مطلوب برای تصفیه فاضلاب صنعتی محسوب میشود.
در واقع، سیستم‌های MBR به دلیل نگهداری کامل زیست‌توده (بیومس)، امکان افزایش تنوع زیستی باکتری‌ها و پروتوزوآها را فراهم کرده و در نتیجه، تجزیه زیستی مواد مقاوم (مانند علف‌کش‌ها، آفت‌کش‌ها و غیره) را بهبود می‌بخشند. در همین زمینه شرکت مهندسی فراب زیست فراز تولید کننده پکیج تصفیه فاضلاب با روش MBR میباشد که برای انواع پساب صنعتی میتولند مورد استفاده قرار بگیرد.
۳) تصفیه شیرابه زباله‌دان‌ها
علاوه بر تصفیه فاضلاب‌های شهری و صنعتی، سیستم‌های MBR برای تصفیه شیرابه زباله‌دان‌ها نیز مورد استفاده قرار گرفته‌اند. شیرابه‌های حاصل از دفن زباله معمولاً حاوی غلظت‌های بالای ترکیبات آلی و معدنی هستند. سیستم‌های MBR به همراه مراحل تصفیه تکمیلی مانند نانو فیلتراسیون (NF) و اسمز معکوس (RO) برای حذف فلزات سنگین و سایر آلاینده‌های غیرآلی به کار می‌روند.
مراحل فرآیند تصفیه فاضلاب به روش MBR
روش تصفیه فاضلاب با استفاده از راکتور غشایی بیولوژیکی (MBR) شامل یک مرحله تصفیه بیولوژیکی و سپس فیلتراسیون غشایی است. در این فرآیند، میکروارگانیسم‌ها آلاینده‌ها را تجزیه کرده و غشاها مواد جامد و آلاینده‌های باقی‌مانده را حذف می‌کنند، در نتیجه پساب با کیفیت بالا تولید میشود.
1. پیش‌تصفیه (اختیاری)
- غربالگری: حذف ذرات بزرگ و اجسامی که ممکن است به تجهیزات آسیب برسانند.
- حذف شن و ماسه: جداسازی مواد معدنی مانند شن و ماسه برای جلوگیری از رسوب‌گذاری و آسیب به تجهیزات.
- ته‌نشینی اولیه: جداسازی مواد جامد سنگین‌تر که منجر به کاهش بار آلودگی در مراحل بعدی تصفیه میشود.
2. تصفیه بیولوژیکی (راکتور بیولوژیکی MBR)
- مناطق هوازی یا بی‌هوازی/هوازی: فاضلاب وارد راکتور بیولوژیکی شده و در آنجا میکروارگانیسم‌ها (لجن فعال) آلاینده‌های آلی را در حضور یا عدم حضور اکسیژن مصرف می‌کنند.
- هوادهی: ورود هوا به سیستم برای حفظ فعالیت میکروارگانیسم‌ها و تسریع تجزیه آلاینده‌ها.
- مایع مخلوط: ترکیب فاضلاب و میکروارگانیسم‌ها که به آن مایع مخلوط (Mixed Liquor) گفته میشود.
3. فیلتراسیون غشایی
- ماژول‌های غشایی: مایع مخلوط از میان ماژول‌های حاوی غشاهای نیمه‌تراوا (میکروفیلتراسیون یا اولترافیلتراسیون) عبور داده میشود.
- جداسازی جامد-مایع: غشاها مواد جامد معلق و میکروارگانیسم‌ها را جدا کرده و تنها آب و مواد محلول را به عنوان تراوش (Permeate) عبور می‌دهند.
- انواع غشاها: رایج‌ترین انواع غشا شامل الیاف توخالی، صفحه‌ای و لوله‌ای هستند.
- شست‌وشوی معکوس: برای جلوگیری از گرفتگی غشاها، به‌صورت دوره‌ای با شست‌وشوی معکوس یا تمیزکاری شیمیایی پاک‌سازی می‌شوند.
4. مدیریت لجن
- تولید لجن: فرآیند تصفیه بیولوژیکی منجر به تولید لجن میشود که نیاز به مدیریت دارد.
- تغلیظ و آب‌گیری: لجن تغلیظ و آب‌گیری شده تا حجم آن کاهش یابد و دفع یا پردازش آن آسان‌تر شود.
- تثبیت لجن: فرآیندهای تثبیت لجن باعث کاهش بو، فسادپذیری و تعداد میکروارگانیسم‌های بیماری‌زا می‌شوند.
- هضم بی‌هوازی: لجن می‌تواند تحت فرآیند هضم بی‌هوازی قرار گیرد که منجر به تولید بیوگاز (حاوی متان) میشود و می‌توان از آن برای تولید انرژی استفاده کرد.
5. جمع‌آوری و گندزدایی پساب
- جمع‌آوری تراوش: پساب تصفیه‌شده پس از عبور از غشاها جمع‌آوری میشود.
- گندزدایی (اختیاری): ممکن است پساب نهایی پیش از تخلیه، با استفاده از کلر یا اشعه فرابنفش (UV) گندزدایی شود.
- تخلیه یا استفاده مجدد: پساب تصفیه‌شده می‌تواند به محیط زیست تخلیه شود یا برای مصارف غیرشرب مورد استفاده مجدد قرار گیرد.
مزایای فرآیند MBR برای تصفیه پساب
- کاهش فضای موردنیاز در تصفیه‌خانه‌های جدید یا افزایش ظرفیت هیدرولیکی تصفیه‌خانه‌های موجود
در این سیستم، دیگر نیازی به زلال‌سازهای بزرگ نیست. یک محفظه کوچکتر، که اغلب مستطیلی شکل است و شامل کاست‌های غشایی میشود، جایگزین زلال‌سازهای ثانویه‌ای میشود که اندازه آن‌ها وابسته به بار هیدرولیکی و جامدات است. علاوه بر این، به دلیل غلظت بالاتر زیست توده در بیو راکتور، همان مقدار جامدات در یک مخزن کوچکتر ذخیره میشود، که می‌تواند باعث کاهش فضای موردنیاز تا ۵۰٪ شود.
- تولید پساب با کیفیت بالا، عاری از باکتری‌ها و عوامل بیماری‌زا
در مقایسه با فرآیند لجن فعال متداول (CAS)، پساب خروجی این سیستم فاقد مواد جامد معلق است و میزان باکتری‌ها و ویروس‌های آن کاهش می‌یابد. بنابراین، نیاز به ضدعفونی سازی به حداقل می‌رسد.
به همین دلیل، پساب تصفیه‌شده توسط سیستم MBR را می‌توان مستقیماً به محیط‌های حساس تخلیه کرد یا برای مصارفی مانند آبیاری شهری، تأسیسات صنعتی و فلاشینگ توالت‌ها مورد استفاده قرار داد. همچنین، کیفیت بالای این پساب آن را برای ورود مستقیم به فرآیند اسمز معکوس (RO) مناسب می‌سازد. با توجه به سخت‌گیرانه‌تر شدن الزامات قانونی مرتبط با کیفیت پساب در سال‌های اخیر و آینده نزدیک، این ویژگی اهمیت بیشتری پیدا کرده است.
- قابلیت اتوماسیون بالا
سیستم MBR می‌تواند به‌طور کامل خودکار شود، که نیاز به دخالت اپراتورها را به حداقل می‌رساند، درحالی‌که در تصفیه‌خانه‌های معمولی، مداخلات اپراتوری بیشتری موردنیاز است. این ویژگی باعث میشود که فرآیند MBR به‌راحتی در مکان‌های غیرمتمرکز نیز پیاده‌سازی شود.
نتیجه گیری
راکتور بیولوژیکی غشایی (MBR) یک فناوری نوآورانه است که تحول چشمگیری در حوزه تصفیه فاضلاب ایجاد کرده است. این فناوری با ترکیب فرآیند تجزیه بیولوژیکی و فیلتراسیون غشایی، پساب باکیفیتی تولید می‌کند که می‌توان از آن در کاربردهای متنوعی استفاده کرد. علاوه بر این، طراحی فشرده و مقیاس‌پذیر آن، MBR را به یک راهکار انعطاف‌پذیر برای طیف گسترده‌ای از نیازهای تصفیه فاضلاب تبدیل کرده است.
چه در تصفیه فاضلاب شهری و صنعتی و چه در ارائه راهکارهای غیرمتمرکز تصفیه فاضلاب، فناوری MBR رویکردی پایدار و کارآمد برای مدیریت منابع آبی فراهم می‌کند. با توجه به چالش‌های ناشی از رشد جمعیت، شهرنشینی و تغییرات اقلیمی، فناوری‌هایی مانند MBR نقش اساسی در تضمین آینده‌ای پایدار برای کره زمین ایفا خواهند کرد.
