تصفیه فاضلاب به روش MBR یا بیو راکتور غشایی چیست و چه مزایایی دارد؟

فناوری تصفیه فاضلاب به روش MBR یا بیو راکتور غشایی به عنوان یک فناوری انتخابی برای تصفیه فاضلاب نسبت به فرآیند لجن فعال (ASP)، که فناوری مرسوم فاضلاب شهری در قرن گذشته بوده است، ظهور کرده است. این فناوری در واقع یکی از مهم ترین نوآوری ها در تصفیه فاضلاب است زیرا بر معایب ASP معمولی، از جمله نیاز به فضای زیاد برای شفاف کننده های ثانویه، مسائل جداسازی مایع- جامد، تولید لجن اضافی و محدودیت حذف مواد مقاوم غلبه کرده است. MBRها برای تصفیه و احیای فاضلاب شهری و صنعتی استفاده می شوند و ترکیبی از یک سیستم تصفیه بیولوژیکی معمولی و جداسازی فیزیکی مایع- جامد با استفاده از فیلتراسیون غشایی در یک سیستم هستند. در ادامه همراه ما باشید تا بیشتر با تصفیه فاضلاب به روش MBR آشنا شوید.

مزایا و معایب تصفیه فاضلاب به روش بیوراکتور غشایی

مزایای استفاده از فناوری MBR

با کیفیت بالا، نرخ بارگذاری حجمی بالاتر، زمان نگهداری هیدرولیکی کوتاه تر (HRT)، زمان ماند جامد طولانی تر (SRT)، تولید لجن کمتر، و پتانسیل نیتریفیکاسیون / نیترات زدایی همزمان در SRT های طولانی. و همچنین گنجاندن غشاها در سیستم، نیاز به شفاف کننده های ثانویه را از بین می برد.

معایب استفاده از فناوری MBR

 از جمله هزینه های انرژی بالاتر، نیاز به کنترل مشکلات رسوب غشایی، و هزینه های بالقوه بالای جایگزینی دوره ای غشا. رسوب غشایی همچنان یکی از اشکالات اصلی MBR  است، زیرا عملکرد غشا و طول عمر غشا را به طور قابل توجهی کاهش می دهد و منجر به افزایش هزینه های نگهداری و عملیات می شود. رسوب غشایی در MBR ها به ذرات معلق (میکرو ارگانیسم ها و بقایای سلولی)، کلوئیدها، املاح، و لخته های لجن نسبت داده می شود. این مواد روی سطح غشا و منافذ غشا رسوب می‌کنند، منافذ را مسدود می‌کنند و منجر به کاهش نفوذپذیری غشا می‌شوند.

ماهیت ناهمگن جامدات معلق و میکروارگانیسم‌های فعال در (MLSS) رسوب غشایی را به چالشی اجتناب‌ناپذیر تبدیل می‌کند که کنترل آن در برنامه‌های طولانی‌مدت MBR دشوار است. کاهش رسوب غشایی در MBR ها یکی از حوزه های کلیدی تحقیقات گسترده به منظور افزایش کاربرد گسترده تر فناوری MBR در مهندسی فاضلاب بوده است.

این نوشته  بر اساس انتشارات اخیر و مرتبط در مورد رسوب غشایی، مروری بر اصول رسوب غشایی و پیشرفت‌ها در استراتژی‌های کاهش رسوب در MBRs ارائه می‌کند.

می‌توانید برای کسب اطلاعات راجع به سایر روش‌های تصفیه فاضلاب، بلاگ ” تفاوت بین تصفیه خانه های فاضلاب SBR ، MBR و MBBR ” را مطالعه نمایید

رسوب غشایی در MBR

با توجه به گروه کاری اتحادیه بین‌المللی شیمی محض و کاربردی (IUPAC) در نام‌گذاری غشاء، رسوب غشایی فرآیندی است که منجر به از دست دادن عملکرد یک غشا به دلیل رسوب مواد معلق یا محلول بر روی سطوح خارجی آن، در منافذ آن می‌شود. این رسوب ها می توانند ذرات معلق (میکرو ارگانیسم ها و بقایای سلولی)، کلوئیدها و املاح باشند. فعل و انفعالات فیزیکی-شیمیایی که بین رسوب‌کننده‌ها و مواد غشایی انجام می‌شود منجر به رسوب غشایی می‌شود. عدم کنترل مناسب رسوب غشایی در MBR ها ممکن است در برخی موارد منجر به شکست در تصفیه جریان های طراحی مورد نیاز شود.

رسوب در MBR ها به اشکال مختلفی از جمله باریک شدن منافذ، گرفتگی منافذ و تشکیل کیک رخ می دهد. گرفتگی منافذ به مسدود شدن ریز منافذ غشا توسط رسوبات اشاره دارد. گرفتگی منافذ تا حد زیادی به اندازه ذره و اندازه منافذ غشا بستگی دارد. از سوی دیگر، تشکیل کیک از تجمع مداوم خوشه‌های باکتری، پلیمرهای زیستی و مواد معدنی ناشی می‌شود که یک لایه (بیوکیک) روی غشاء تشکیل می‌دهند. لایه کیک مقاومت در برابر فیلتراسیون غشا را افزایش می دهد. مکانیسم های رسوب غشایی در MBR ها به صورت شماتیک در شکل 1 نشان داده شده است.

لازم به ذکر است که اگر نیاز به مشورت و تحقیق راجع به هرگونه پکیج تصفیه فاضلاب داشتید، می‌توانید با برقرار تماس با مشاورین تیم مهندسی پاک پساب اقلیم، نیاز خود را رفع کنید.

[ux_image_box img=”1762″ image_width=”82″]

مکانیسم های رسوب غشایی در بیوراکتورهای غشایی 

[/ux_image_box]

  در شرایط عملیاتی، رسوب غشایی، تراوش تراوا را زمانی که MBR در فشار گذرنده (TMP) ثابت کار می‌کند، کاهش می‌دهد و هنگامی که MBR در فشار نفوذ ثابت کار می‌کند، منجر به افزایش TMP می‌شود. در عملیات تراوش ثابت، افزایش شدید TMP نشان دهنده رسوب شدید غشاء است. این افزایش ناگهانی TMP “پرش TMP” نامیده می شود. پرش TMP به عنوان یک فرآیند سه مرحله ای توصیف شده است: مرحله 1 – رسوب اولیه “تهویه”، که توسط مسدود کردن منافذ اولیه و جذب املاح ایجاد می شود.

مرحله 2 – افزایش تدریجی خطی یا ضعیف نمایی در TMP به دلیل تشکیل بیوفیلم و مسدود شدن بیشتر منافذ غشایی. و مرحله 3 – افزایش سریع ناگهانی در نرخ افزایش TMP (dTMP/dt). تصور می‌شود که مرحله 3 نتیجه رسوب شدید غشاء است و اعتقاد بر این است که به دلیل بسته شدن متوالی منافذ و تغییرات درتراوش موضعی ناشی از رسوب‌گیری است که باعث می‌شود تراوشهای موضعی از مقدار بحرانی فراتر برود و در نتیجه، رسوب ذرات را تسریع کند. باکتری‌های موجود در بیوفیلم‌های داخلی به دلیل محدودیت‌های اکسیژن می‌میرند و در نتیجه EPS بیشتری آزاد می‌کنند.

هنگامی که مرحله 3 رخ می دهد، تمیز کردن غشا لازم است. مفهوم عملی این امر این است که تاخیر در مرحله 3 باعث کاهش فرکانس تمیز کردن غشا می شود که در نهایت منجر به صرفه جویی در هزینه عملیاتی MBR می شود. بنابراین، یکی از اهداف کلیدی کنترل رسوب، به تاخیر انداختن پرش TMP از طریق اصلاح ویژگی‌های لجن (MLSS، اندازه لخته، محتوای EPS و ویسکوزیته ظاهری) یا کاهش تراوش عملیاتی است.

توصیه می‌شود قبل از تهیه پکیج تصفیه فاضلاب، آنچه باید درباره تصفیه خانه فاضلاب بدانید را مطالعه نمایید.

طبقه بندی مواد رسوب کننده

رسوب های غشایی در MBR را می توان بر اساس ویژگی های بیولوژیکی و شیمیایی به سه دسته رسوب های زیستی، رسوب های آلی و رسوب های معدنی دسته بندی کرد.

• رسوب‌های زیستی

 رسوب‌های زیستی به باکتری‌ها یا لخته‌هایی اطلاق می‌شود که رشد و متابولیسم آنها بر روی غشاء منجر به رسوب می‌شود. برای شروع، یک سلول باکتری ممکن است به سطح غشاء یا داخل منافذ آن بچسبد و پس از مدتی، سلول به خوشه‌ای از سلول‌ها تکثیر می‌شود که منجر به تشکیل کیک زیستی و در نتیجه کاهش نفوذپذیری می‌شود. باکتری ها (بیوفولنت ها) و محصولات متابولیکی آنها به رسوب گیری کمک می کنند. اساساً رسوب زیستی غشایی یک فرآیند دو مرحله‌ای است که با اتصال اولیه باکتری شروع می‌شود و به دنبال آن تکثیر باکتری‌ها در سطح غشا انجام می‌شود. رسوب زیستی غشایی یکی از مهمترین مشکلات عملیاتی در سیستم های مبتنی بر غشاء است.

• رسوبات آلی

رسوبات آلی موجود در MBRها به پلیمرهای زیستی، به عنوان مثال، پلی ساکاریدها و پروتئین ها اطلاق می شود که رسوب آنها بر روی غشاء منجر به کاهش نفوذپذیری غشا می شود. این رسوب ها در محصولات متابولیکی باکتری ها یافت می شوند که در مجموع EPS نامیده می شوند. در مقایسه با ذرات بزرگ مانند لجن، رسوب رسوبات آلی بر روی سطح غشاء دشوارتر است. در آزمایشی برای بررسی رسوب غشایی تحت شرایط عملیاتی مختلف با استفاده از یک MBR غوطه‌ور در مقیاس آزمایشگاهی با یک ماژول غشای فیبر توخالی، تحقیقات نشان داده  که پلیمرهای زیستی رسوب‌کننده‌های مهمی هستند و تأثیر قابل‌توجهی بر رسوب‌زدگی غشا دارند. یافته های آزمایش ها بیشتر نشان داد که میزان رسوب غشاء در راکتور با غلظت زیست پلیمر در سوسپانسیون لجن تحت شرایط مختلف ارتباط دارد.

علاوه بر EPS، تحقیقات نشان داده است که لجن MBR همچنین حاوی مجموعه ای از املاح آلی آزاد با اندازه بزرگ به نام خوشه های پلیمری زیستی (BPC) است . BPCها از خوشه‌بندی EPS شل و محصولات میکروبی محلول (SMPs) در کیک لجن ایجاد می‌شوند. BPCها بسیار بزرگتر از SMPها هستند و عمدتاً از پلیمرهای زیستی و با میکروارگانیسم های کمی تشکیل شده اند. با توجه به اندازه بزرگتر BPCها، آنها توسط غشاء در MBR ها حفظ می شوند و بنابراین در پساب MBR یافت نمی شوند. سطح غشای بزرگ در MBR یک محیط مساعد برای تشکیل و رشد BPC فراهم می کند. و تشکیل و تجمع BPCها در MBR باعث رسوب جدی غشاء می شود.تحقیقاتی برای یافتن راه‌هایی برای کاهش رسوب غشایی به دلیل BPCها انجام شده است. گزارش شده است که ازن زنی BPCها می تواند نقش منفی BPCها را در رسوب غشایی کاهش دهد.

همچنین گزارش شد که ازن زنی خواص سطحی BPCها را تغییر داده و منجر به افزایش کسر قابل فیلتر و کاهش ویسکوزیته مشروب مخلوط شده است. این موردی است که در بیشتر انواع پکیج تصفیه فاضلاب به کار گرفته می‌شود.

• رسوبات معدنی

 رسوبات معدنی گروهی از مواد معدنی هستند که بر روی سطح غشا یا منافذ غشا رسوب می کنند و در نتیجه رسوب غشاء ایجاد می کنند. نمونه‌هایی از این مواد شامل

کاتیون‌ها و آنیون‌ها مانند Ca2+، Mg2+، Fe3+، Al3+، SO42-، PO43-، CO32-، OH-، و غیره است. این گونه ها به دلیل هیدرولیز بر روی سطح غشاء رسوب می کنند که منجر به تغییر pH و اکسیداسیون می شود. اساسا رسوب معدنی از رسوب شیمیایی گونه های معدنی و/یا رسوب بیولوژیکی مجتمع های معدنی-آلی تولید می شود. در حالی که مقادیر متوسط ​​یون‌های فلزی مانند Ca2+ (تا 280 میلی‌گرم در لیتر)، می‌تواند در کنترل و بهبود رسوب زیستی به دلیل اتصال و پل زدن EPS (بنابراین، افزایش بیوفلوکولاسیون) مفید باشد، در غلظت‌های بالا (بالاتر از 800 میلی‌گرم در لیتر) نشان داده شده است که رسوب معدنی را به طور قابل توجهی افزایش می دهد.

رسوب غیر آلی را “مقیاس معدنی” نیز می نامند تا آن را از رسوب زیستی و رسوب آلی متمایز کند. کریستالیزاسیون و رسوب ذرات دو مکانیسم کلیدی هستند که نقش مهمی را در هنگام رسوب غشای معدنی در MBR ایفا می کنند. برای حذف رسوب معدنی از سطح غشاء، تمیز کردن شیمیایی معمولاً روش اتخاذ شده است، زیرا مؤثرتر از تمیز کردن فیزیکی است.

نتیجه گیری

تصفیه فاضلاب به روش MBR در این بلاگ مورد بررسی قرار گرفت. در کل روش ها و سیستم های جدید در تصفیه فاضلاب سرعت و کییفت تصفیه فاضلاب را افزایش داده اگرچه برای عملکرد بهتر آنها و جلوگیری از مشکلات احتمالی ادامه تحقیقات لازم به نظر میرسد. به این ترتیب هر روز در مسیر رشد و ارتقای این سیستم ها حرکت خواهیم کرد.

ازین که تا پایان همراه ما بودید از شما سپاسگزاریم. همچنین در صورتی که سوالی در این زمنیه داشتید، در قسمت نظرها آن را برای ما به ثبت برسانید.