آشنایی با فرآیند MBR در تصفیه فاضلاب
۱- مقدمه
فرآیند MBR یک سیستم تصفیه فاضلاب یکپارچه است که از ترکیب فرآیند تصفیه بیولوژیکی (لجن فعال) با یک سیستم ممبرانی مستغرق تشکیل شده است. این فرآیند با ادغام واحدهای ته نشینی (زلال سازی)، هوادهی و فیلتراسیون در یک راکتور، جایگزین فرآیند های تصفیه متعارف (لجن فعال متعارف) شده و یک سیستم ساده و موثر را تشکیل می دهد که هزینه های سرمایه گذاری اولیه و هزینه های بهره برداری سیستم را کاهش می دهد. در این فرآیند با جایگزینی واحد ته نشینی ثقلی با سیستم جداکننده ممبرانی، منافع زیادی از قبیل افزایش پایداری در بهره برداری، کاهش تولید لجن مازاد و کیفیت بسیار بالاتر پساب خروجی بدست می آید. بنابراین این سیستم، فرآیند مناسبی است که می تواند در محدوده وسیعی برای سیستمهای استفاده مجدد از پساب تصفیه شده در تصفیه فاضلابهای شهری و صنعتی بکار گرفته شود.
۲- فرآیند لجن فعال بدون استفاده از مخزن ته نشینی (با استفاده از ممبران به روش MBR)
فرآیند MBR یک فرآیند لجن فعال رشد معلق است که با یک سیستم ممبرانی (معمولا از نوع ممبران های رشته ای توخالی (Hollow Fiber) یا نوع لوله ای (Tubular) ) ادغام شده است. در این فرآیند ، سیستم ممبرانی نقش واحد ته نشینی (زلال سازی) در جداسازی جامدات معلق در سیستم لجن فعال متعارف را بر عهده دارد. این موضوع در شکل شماره یک به خوبی نشان داده شده است.
شکل شماره ۱ – مقایسه فرآیند لجن فعال متعارف با فرآیند لجن فعال ممبرانی مستغرق (MBR)
در فرآیند MBR معمولا ممبران ها بصورت مستغرق در واحد هوادهی قرار داشته و بصورت مستقیم با فاضلاب و مایع مخلوط (Mixed Liquor) در تماس می باشند. در این فرآیند با استفاده از پمپ مکش، با صرف انرژی کمی، خلا بوجود می آید که استخراج پساب تصفیه شده از درون ممبران ها به بیرون را به دنبال دارد. علاوه بر این در این فرایند، مقداری هوا نیز از کف واحد هوادهی به این واحد وارد می شود تا سطح خارجی رشته های ممبرانی را تمیز نموده و جامدات پذیرش نشده توسط ممبران ها را از سطح ممبران ها کنار زده و جابجا نماید. لجن مازاد در این فرآیند نیز معمولا بصورت مستقیم از واحد هوادهی به خارج پمپ می شود.
۳- آشنایی با ممبران / مدول (Membrane / Module)
۱-۳- رشته خالی تقویت شده (محکم شده)
یک رشته (میکرو تیوب) شکل داده شده ممبرانی (مانند شکل شماره ۲) (که بصورت مستغرق در فاضلاب قرار می گیرد)، با امکان فیلتراسیون ذرات میکرو و ویروس ها و باکتریها، ساختار متخلخلی را بوجود می آورده که امکان بدست آوردن پساب با کیفیت بسیار بالاتر را فراهم نموده و می تواند برای تصفیه فاضلاب سیستم بسیار مناسبی باشد.
شکل شماه ۲- شمایی از ساختمان ممبران رشته ای توخالی (Hollow Fiber)
۲-۳- مقاومت مکانیکی بسیار بالای ممبران ها
هرچند امکان تخریب سطح ممبران ها در اثر تاثیرات فیزیکی و اصطکاک بین رشته های ممبران ها در اثر هوادهی وجود دارد، اما تقویت ممبران ها و محکم نمودن از شکست آنها تحت شرایط هوادهی زیاد جلوگیری می کند. لازم به ذکر است تقویت ممبران ها با محکم نمودن ممبران های رشته ای از دو طرف و ساخت مدول های ممبرانی حاصل می شود.
۳-۳- تراوائی (قابلیت نفوذ) بسیار خوب ممبران ها
ساختار اسفنجی با تخلخل زیاد لایه های رشته ای ممبران ها، با قدرت انتخابگری بالا در عبور ذرات بسیار ریز، تراوائی و قابلیت نفوذ بسیار خوبی برای ممبران ها فراهم می کند که منافع زیادی را به دنبال دارد.
۴-۳- خصوصیات مدول های ممبرانی
هر مدول از ممبران شامل ساختاری از چند رشته توخالی ممبران است که جهت فیلتراسیون در آنها از خارج به داخل است. علاوه بر این هر مدول از این ممبران ها شامل گروهی از رشته های توخالی است که درون یک فریم (قاب) مستطیلی قرار گرفته است (مانند شکل شماره ۳). دو انتهای هر یک ار فیبرهای رشته ای ممبرانی به بالا و پایین هدرها (Headers) متصل شده است. هر هدر شامل یک لایه رزین متخلخل است که رشته ها بمنظور اینکه محتویاتشان به کانال های جمع آوری آبهای نفوذی متصل شود، در آنجا با هم روبرو می شوند.
شکل شماره ۳- شمایی از مدول های ممبرانی مختلف در قاب های مستطیلی
هر مدول ممبرانی شامل صدها رشته ممبران هم اندازه است که بطور عمودی بین دو هدر و تیر حائل قرار گرفته است. چند مدول ممبران اسمبل شده با هدر مشترک در فریم های مختلف درون واحد هوادهی در فرآیند MBR نصب می شوند. در جدول یک برخی خصوصیات بعضی از انواع ممبران های رشته ای توخالی ارائه شده است.
جدول شماره ۱ – خصوصیات برخی انواع ممبران های رشته ای توخالی
۴- فوائد بکارگیری فرآیند لجن فعال ممبرانی یا MBR
الف – اشغال فضای کم
در این فرآیند معمولا ممبران ها بصورت مستقیم و مستغرق در یک مخزن هوادهی قرار گرفته و در نتیجه مقادیر بالای غلظت مایع مخلوط یا MLSS به میزان متوسط ۸۰۰۰ تا ۱۲۰۰۰ میلیگرم در لیتر در حین بکارگیری و بهره برداری از این سیستم در مخزن هوادهی حاصل می شود. به این ترتیب و با توجه به حذف واحدهای ته نشینی، ضدعفونی و فیلتراسیون از سیستم متعارف تصفیه، فضای مورد نیاز جهت اشغال توسط فرآیند لجن فعال ممبرانی یا MBR به مراتب کوچکتر (حدود ۴ برابر کمتر از فرآیند لجن فعال متعارف) از فضای اشغال شده سیستم های لجن فعال متعارف می باشد.
ب – امکان تغییر آسان فرآیندهای لجن فعال متعارف به لجن فعال ممبرانی
واحدهای تصفیه موجود به راحتی با استغراق ممبران ها در واحدهای هوادهی می توانند به سیستم لجن فعال ممبرانی با راندمان بسیار بالاتر تغییر پیدا نمایند.
ج- مدولار و به آسانی قابل توسعه
سیستم مدولار ممبرانی با افزودن مدول های دیگری از ممبران ها به آسانی برای رسیدن به ظرفیت های بالاتر قابل توسعه است.
د- کاهش تولید لجن مازاد
در این فرآیند بدلیل زمان ماندگاری بالای لجن، تولید لجن مازاد تا ۷۰ درصد کاهش پیدا می کند.
هـ- کنترل کارآمد گرفتگی ها
هوای تمیز کننده که از کف مدول های ممبرانی به واحد هوادهی وارد می شود و شستشوی معکوس و اتوماتیک ممبران ها، سیستم کارآمدی را بوجود آورده و از گرفتگی آنها جلوگیری می کند.
۵- کاربردهای فرآیند ممبران بیورآکتور یا MBR
فرآیند ممبران بیوراکتور یا MBR برای کاربری های زیر مناسب است:
– برای ارتقاء ظرفیت تصفیه خانه های فاضلاب در حال بهره برداری
– تصفیه فاضلابهای با غلظت بالا نظیر فاضلاب صنایع غذایی و داروسازی
– تصفیه فاضلابهای با غلظت بالای آمونیوم نظیر شیرابه ها
– تصفیه فاضلابهای بهداشتی بخصوص در مناطقی که به لحاظ فضای تصفیه خانه محدودیت وجود دارد.
– استفاده مجدد و بازگردش پساب تصفیه شده تصفیه خانه های فاضلاب
در شکل شماره ۴ دو کاربرد از کاربردهای فرآیند MBR نشان داده شده است.
شکل شماره ۴- دو نوع از کاربردهای فرآیند MBR
در جدول شماره ۲ مشخصات تعدادی از تصفیه خانه های فاضلاب احداث شده با فرآیند MBR در کشور کره جنوبی ارائه شده است.
جدول شماره ۲- مشخصات تعدادی از تصفیه خانه های فاضلاب احداث شده با فرآیند MBR در کشور کره جنوبی
برخی پارامترهای بهره برداری و راندمان حذف و کیفیت پساب خروجی از فرآیند MBR در جداول شماره ۳ و ۴ ارائه شده است.
جدول شماره ۳- پارامترهای بهره برداری از فرآیند MBR
جدول شماره ۴- راندمان حذف و کیفیت پساب خروجی از فرآیند MBR