تصفیه فاضلاب به روش بیوراکتور غشایی MBR

روش تصفیه پساب در دستگاه تصفیه فاضلاب صنعتی MBR یکی از روشهای رایج برای بهبود کیفیت پساب ها میباشد. به طور کلی در این سیستم از روش های تصفیه فیزیکی، بیولوژیکی و فیلتراسیون استفاده شده است. به کمک روش های ذکر شده ، این دستگاه قادر به تصفیه پساب های صنایع با کیفیت بالا است. در این مقاله یکی از دستگاه تصفیه فاضلاب  به نام MBR یا همان بیوراکتور غشایی را مورد برسی قرار میدهیم. برای معرفی بهتر این دستگاه ها و نحوه تصفیه فاضلاب به روش بیوراکتور غشایی MBR در ادامه توضیحی در این خصوص داده شده است.

بیوراکتور غشایی (MBR) چیست؟

بیوراکتور غشایی (Membrane Bioreactor) یا به اختصار MBR، یک فناوری هیبریدی است که فرآیند لجن فعال را با جداسازی جامد-مایع توسط غشا ترکیب می‌کند. در سیستم‌های تصفیه فاضلاب سنتی، جداسازی جامدات معلق (لجن بیولوژیکی) از پساب تصفیه شده معمولاً در حوضچه‌های ته‌نشینی ثانویه صورت می‌گیرد. اما در سیستم MBR، این مرحله توسط ماژول‌های غشایی با حفره‌های بسیار ریز انجام می‌شود.

انواع بیوراکتور غشایی

بیوراکتورهای غشایی (MBR) را می‌توان بر اساس نحوه قرارگیری غشاها در سیستم تصفیه فاضلاب به انواع مختلفی طبقه‌بندی کرد. درک این تفاوت‌ها به انتخاب مناسب‌ترین نوع MBR برای کاربردهای خاص کمک می‌کند.

۱. MBR غوطه‌ور (iMBR)

در این نوع MBR، ماژول‌های غشایی به طور کامل در داخل مخزن هوادهی بیوراکتور یا یک مخزن جداگانه اما مجاور و مرتبط با آن، غوطه‌ور غرق در آب هستند. این نوع بسیار رایج و محبوب میباشد، به خصوص برای تصفیه فاضلاب‌های شهری.
در سیستم MBR غوطه‌ور، آب تصفیه‌شده (پرمییت) معمولاً با اعمال مکش از طریق پمپ یا نیروی گرانش از داخل غشاها عبور می‌کند و خارج می‌شود، در حالی که لجن فعال و سایر ذرات معلق در اطراف غشاها باقی می‌مانند. مزیت اصلی MBR غوطه‌ور، سادگی طراحی، مصرف انرژی نسبتاً پایین (به دلیل عدم نیاز به پمپ‌های سیرکولاسیون با فشار بالا) و نیاز به فضای کمتر است.

۲. MBR جریان جانبی (SMBR)

در این نوع MBR، ماژول‌های غشایی در خارج از راکتور بیولوژیکی قرار می‌گیرند و لجن فعال از راکتور به سمت واحد غشایی پمپ می‌شود. در این حالت، جریان لجن از روی سطح غشاها با سرعت بالا و به صورت مماس عبور می‌کند (جریان عرضی) که به کاهش تجمع مواد روی سطح غشا و کنترل گرفتگی کمک می‌کند. پساب تصفیه شده از طریق غشا خارج شده و جریان غلیظ تر لجن به راکتور بازگردانده می‌شود. MBR جریان جانبی معمولاً برای فاضلاب‌های صنعتی با غلظت بالای جامدات معلق و یا فاضلاب‌هایی که پتانسیل گرفتگی غشا در آن‌ها بالاست، کاربرد دارد. اگرچه این روش می‌تواند گرفتگی را به خوبی کنترل کند، اما به دلیل نیاز به پمپ‌های با فشار بالاتر برای ایجاد جریان مماس، مصرف انرژی بیشتری دارند.

همچنین، بیوراکتورها غشایی را می‌توان بر اساس نوع غشای استفاده شده نیز طبقه‌بندی کرد: میکروفیلتراسیون (MF)، اولترافیلتراسیون (UF)، و در برخی موارد خاص، نانوفیلتراسیون (NF) یا اسمز معکوس (RO) برای حذف آلاینده‌های بسیار ریز یا خاص. انتخاب نوع مناسب MBR بستگی به نیاز کیفی پساب، شرایط عملیاتی و بودجه پروژه دارد.

تصفیه فاضلاب به روش MBR

همانطور که گفته شد، تصفیه فاضلاب به روش MBR یکی از مدرنترین روش های تصفیه فاضلاب به شمار می آید که این روش تصفیه فاضلاب ترکیبی از روش های تصفیه بیولوژیکی فاضلاب و فیلتراسیون غشایی می باشد. این نوع از روش تصفیه فیلتراسیون غشایی جایگزین فرایندهای ته نشینی و فیلتر شنی به کار گرفته شده در روشهای مرسوم شده است . از روش تصفیه فاضلاب MBR جهت طراحی پکیج تصفیه فاضلاب صنعتی و خانگی استفاده می گردد که در حذف آلاینده های آلی و معدنی بسیار موثر می باشد. عملکرد این روش به این صورت میباشد که ، ابتدا عوامل فیزیکی در مراحل اولیه گرفته شده و سپس برای کیفیت بهتر از فیلتراسیون عبور میکند. در نهایت با کمک فرآیند های شیمیایی و موارد مشابه عوامل میکروارگانیسم ها را از آب حذف میکنند. در این روش کیفیت فاضلاب نهایی تا حد بسیار زیادی افزایش پیدا کرده است.

نحوه عملکرد بیوراکتور غشایی MBR

فرایند تصفیه فاضلاب به روش بیوراکتور غشایی – MBR به این صورت میباشد که، فاضلاب ابتدا وارد یک حوض هوادهی می‌شود که در آن میکروارگانیسم‌ها (باکتری‌ها) در حضور اکسیژن، مواد آلی موجود در فاضلاب را تجزیه می‌کنند. تفاوت اصلی MBR با روش‌های سنتی این است که به جای استفاده از حوضچه‌های ته‌نشینی برای جداسازی لجن از آب، از ماژول های غشایی استفاده می‌شود. این غشاها دارای منافذ بسیار ریز هستند که به آب تصفیه شده اجازه عبور می‌دهند، اما جامدات معلق، باکتری ها، ویروس‌ها را به طور کامل جدا می‌کنند. فرآیند تصفیه فیزیکی فاضلاب توسط غشا MBR، منجر به تولید پسابی با کیفیت بسیار بالا می‌شود که می‌تواند مستقیماً برای مصارف غیرشرب یا به عنوان پیش‌تصفیه برای سیستم‌های اسمز معکوس (RO) استفاده شود. برای جلوگیری از گرفتگی غشاها، سیستم‌های MBR مجهز به مکانیسم‌های شستشوی معکوس فیزیکی و شیمیایی هستند که به حفظ کارایی و طول عمر غشا کمک می‌کند.

ممبران ها در سیستم تصفیه فاضلاب MBR

در پکیج تصفیه فاضلاب با فرآیند بیوراکتور غشایی MBR معمولا ممبران ها بصورت مستغرق در واحد هوادهی قرار داشته و بصورت مستقيم با فاضلاب و مايع مخلوط در تماس می باشند. در اين فرآيند با استفاده از پمپ مكش، با صرف انرژی كمی، خلا بوجود می آيد که باعث خارج شده پساب تصفیه شده از ممبران ها و انتقال آن به بیرون از سیستم می شود. علاوه بر اين در اين فرايند، مقداری هوا از واحد هوادهی به سطح خارجی ممبران ها دمیده می شود تا سطح خارجی رشته هاي ممبرانی را تميز نموده و جامداتی که وارد ممبران ها نشده را از سطح ممبران ها كنار زده و جابجا نمايد. لجن مازاد در اين فرآيند نيز معمولا بصورت مستقيم از واحد هوادهی به خارج پمپ می شود. این موارد کاربرد زیادی را به روش های تصفیه فاضلاب MBR اضافه کرده است.

کاربرد های بیور اکتور غشایی MBR در تصفیه فاضلاب

فناوری MBR به دلیل مزایای منحصر به فرد خود، در طیف وسیعی از کاربردها مورد استفاده قرار می‌گیرد:

• تصفیه فاضلاب خانگی (شهری) برای حذف آلاینده‌های آلی، نیتروژن، فسفر و میکروارگانیسم‌ها
• تصفیه فاضلاب صنایع غذایی، نساجی، دارویی، نفت و پتروشیمی
• بازیافت و بازاستفاده از آب
• بیمارستان‌ها و مراکز درمانی
• فرودگاه‌ها و ایستگاه‌های حمل‌ونقل
• پایگاه‌های نظامی و اردوگاه‌ها و مکان های دورافتاده یا موقت.
• تصفیه فاضلاب  هتل ها، مراکز خرید و مجتمع‌های مسکونی:

کاربرد سیستم MBR در تصفیه فاضلاب صنعت

• برای ارتقاء ظرفیت تصفیه خانه های فاضلاب در حال بهره برداری.
• تصفیه فاضلاب های با غلظت بالا نظیر فاضلاب صنایع غذایی و داروسازی.
• تصفیه فاضلاب های با غلظت بالای آمونیوم نظیر شیرابه ها.
• تصفیه فاضلاب بهداشتی بخصوص در مناطقی که به لحاظ فضای تصفیه خانه محدودیت وجود دارد.
• استفاده مجدد و باز گردش پساب تصفیه شده تصفیه خانه های فاضلاب.
• و…

مزایای تصفیه فاضلاب به روش بیوراکتور غشایی MBR

• اشغال فضای كم
• راندمان بسیار بالای تصفیه
• امكان تغيير آسان فرآيندهای لجن فعال متعارف به لجن فعال ممبرانی
• مدولار و سهولت افزایش ظرفیت
• كاهش توليد لجن مازاد
• كنترل كارآمد گرفتگي ها
• کیفیت بسیار بالای پساب خروجی
• مناسب برای استفاده مجدد در کشاورزی، صنعت، یا حتی آب خاکستری
• حذف مؤثر باکتری‌ها، ویروس‌ها و جامدات معلق
• بدون نیاز به کلرزنی یا ضدعفونی‌کننده‌های اضافی
• حذف نیاز به حوضچه ته‌نشینی ثانویه و فیلترهای شنی
• پایداری عملکرد در نوسانات بار آلودگی یا دبی فاضلاب
• کاهش تولید لجن مازاد به دلیل غلظت بالای میکروارگانیسم‌ها در سیستم
• امکان بهره‌برداری اتوماتیک و کنترل پیشرفته
• انعطاف‌پذیری بالا در طراحی و ساخت

معایب تصفیه فاضلاب به روش بیوراکتور غشایی

با وجود مزایای فراوانی سیستم‌های MBR  دارند با این حال با چالش هایی نیز روبرو هستند که باید در طراحی و بهره برداری از آن‌ها مد نظر قرار گیرند:

• گرفتگی غشا که بزرگترین مشکل در بهره برداری از سیستم‌های MBR است
• هزینه‌های اولیه بالاتر نسبت به تصفیه فاضلاب سنتی
• مصرف انرژی
• نیاز به اپراتور ماهر برای نظارت بر عملکرد، انجام عملیات شستشو و تشخیص و رفع مشکلات احتمالی

برای غلبه بر این معایب، تحقیقات و توسعه مداوم در زمینه مواد غشایی جدید، روش های کنترل گرفتگی و بهینه سازی فرآیندهای MBR در حال انجام است.

نتیجه گیری

تصفیه فاضلاب به روش بیوراکتور غشایی MBR برای فاضلاب های صنعتی بسیار کاربرد دارد. کیفیت خروجی آب های صنایع مخلتلف گاهی برای محیط زیر بسیار زیان بار است. در برخی از فاضلاب های صنایع مختلف ماده های سمی بسیاری در ان ها موجد است. از طرفی به دلیل استفاده از سه روش تصفیه فیزیکی شیمیایی و فیلتراسیون فاضلاب ها ، سیستم MBR یکی از مناسب ترین روش ها در تصفیه فاضلاب صنعتی میباشد. در این مقاله به معرفی و برسی این روش پرداختیم.