بیوراکتور غشایی

[caption id="attachment_3910" align="aligncenter" width="480"] بیوراکتور غشایی MBR[/caption]

بیوراکتور غشایی MBR

با توجه به رشد جمعیت انسانی در سطح جهان، صنایع مختلف نیز رشد کرده اند. نیاز به تامین آب و ایجاد فناوری های تصفیه مناسب و با کیفیت یک نیاز است.این دو نیاز حیاتی را می توان با کمک بیوراکتور غشایی (MBR) که در حذف مواد آلی و معدنی به عنوان یک واحد بیولوژیکی برای تصفیه فاضلاب مؤثر است، به دست آورد.

MBR به طور گسترده برای تصفیه فاضلاب شهری و صنعتی استفاده می شود.

یکی از روش هایی که بر اساس لجن فعال و برای رفع مشکلات این روش به ویژه کاهش مراحل فرایند تصفیه (حذف ته نشینی و گند زدایی) و نیز به دست آوردن راندمان بسیار بالا در کاهش مواد آلاینده آلی ابداع و توسعه پیدا کرد ، روش بیوراکتور غشایی است.

این فرایند شامل یک راکتور  بیولوژیکی شبیه فرایند لجن فعال است، با این تفاوت که عملیات جداسازی لجن از آب توسط یک سیستم میکروفیلتراسیون (غشا) انجام می شود.

این سیستم شامل ورق های مسطح با فیلتراسیون صفحه ای است و در معرض فشار بالا با مقدار 5/3 بار در ورودی عمل می کرد و دارای نرخ پایین جریان و بازده متوسط نفوذپذیری بود.

محققانپیشرفت فنی در زمینه تصفیه فاضلاب شهری را که شامل حذف بارهای آلودگی فرساینده بوده را در چند سال گذشته به طور قابل توجهی گسترش دادند و جریان فرآیند تصفیه خانه های فاضلاب را بهبود بخشیدند .

پساب تصفیه خانه فاضلاب فیلتراسیون میکرو و فوق العاده، همراه بافرآیند لجن فعال را در سال های اخیر روشی مناسب برای به حداقل رساندن میکروبها می دانند.

بنابراین می توان استانداردهای تخلیه را برای پساب های تصفیه فاضلاب بدون نیاز به مخازن معمولی هوادهی و شفاف سازی ثانویه یا کارخانه های تصفیه و ضد عفونی تشدید کرد

فواید جایگرینی فن آوری بیوراکتور غشایی  با تصفیه مرسوم فاضلاب شهری (فناوری2004 هوبر):

• اکثر الزامات نظارتی فعلی توسط مرحله جداسازی غشاء برآورده خواهد شد

• فناوری بیوراکتور غشایی یک تکنیک صرفه جویی در فضا است. طراحی مبتنی بر ماژول آن اجازه می دهد تا ظرفیت به راحتی در صورت نیاز افزایش یابد.

• کاهش قیمت ممبران در سال های آینده ادامه خواهد داشت.

• تصفیه بیولوژیکی را با مرحله جداسازی غشایی ترکیب می کند.

 

این ترکیب، مزایای متعددی نسبت به تصفیه معمولی لجن فعال و به دنبال آن مخزن ته نشینی دارد:

• مخزن ته نشینی به دلیل جدا شدن غشاء غیر ضروری است.

بیوراکتورهای غشایی غوطه ور می توانند تا 5 برابر کوچکتر از یکگیاه لجن فعال معمولی باشند

• بیورآکتورهای غشایی را می توان در جامدات معلق مشروب تا 20000 میلی گرم در لیتر مخلوط کرد.

• غلظت زیست توده می تواند بیشتر از سیستم های معمولی باشد کهحجم راکتور را کاهش می دهد.

• غشاء می تواند مواد محلول با وزن مولکولی بالا را حفظ کند،

و منجر به بهبود تجزیه زیستی آن در بیوراکتورشود.

• کیفیت پساب خوب.

• قابلیت ضد عفونی خوب، با کاهش قابل توجه باکتری ها و ویروس هابا استفاده از غشاهایUFوMFقابل دستیابی است.

[caption id="attachment_3911" align="aligncenter" width="423"] MBR[/caption]

آشنایی با فرآیند MBR در تصفیه فاضلاب

[caption id="attachment_3919" align="aligncenter" width="500"] MBR[/caption]

1-مقدمه

فرآیند MBR یک سیستم تصفیه فاضلاب یکپارچه است که از ترکیب فرآیند تصفیه بیولوژیکی (لجن فعال) با یک سیسـتم ممبرانی مستغرق تشکیل شده است. این فرآیند با ادغام واحدهای ته نشـینی (زلال سـازی)، هـوادهی و فیلتراسـیون در یـک 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 واحـد تـه نشـینی ثقلی با سیستم جداکننده ممبرانی، منافع زیادی از قبیل افزایش پایداری در بهره برداری، کاهش تولید لجـن مـازاد و کیفیـت بسیار بالاتر پساب خروجی بدست می آید.

بنابراین این سیستم، فرآیند مناسبی است که می توانـد در محـدوده وسـیعی بـرای 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 ممبرانـی (معمـولا از نـوع ممبـران هـای رشـته ای توخالی (fiber Hollow (یا نوع لوله ای (Tubular ( (ادغام شده است. در این فرآیند ، سیستم ممبرانی نقش واحـد تـه نشینی (زلال سازی) در جداسازی جامدات معلق در سیستم لجن فعال متعارف را بر عهده دارد.

این موضـوع در شـکل شـماره یک به خوبی نشان داده شده است.

[caption id="attachment_3920" align="aligncenter" width="517"] فرآیند لجن فعال[/caption]

در فرآیند MBR معمولا ممبران ها بصورت مستغرق در واحد هوادهی قرار داشـته و بصـورت مسـتقیم بـا فاضـلاب و مـایع مخلوط (liquor Mixed (در تماس می باشند. در این فرآیند با استفاده از پمپ مکش، با صرف انرژی کمـی، خـلا بوجـود 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 نشـدهتوسط ممبران ها را از سطح ممبران ها کنار زده و جابجا نماید. لجن مازاد در این فرآیند نیز معمولا بصورت مسـتقیم از واحـد هوادهی به خارج پمپ می شود.

 

۳ -آشنایی با ممبران/مدول (Module/Membrane )
۳-۱ -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 گیـرد)، بـا
امکان فیلتراسیون ذرات میکرو و ویروس ها و باکتریها، ساختار متخلخلی را بوجود می آورده که امکان بدست آوردن پساب بـا
کیفیت بسیار بالاتر را فراهم نموده و می تواند برای تصفیه فاضلاب سیستم بسیار مناسبی باشد.

[caption id="attachment_3921" align="aligncenter" width="627"] شکل 2[/caption]

۳-۲ -مقاومت مکانیکی بسیار بالای ممبران ها

هرچند امکان تخریب سطح ممبران ها در اثر تاثیرات فیزیکی و اصطکاک بین رشته های ممبران هـا در اثـر هـوادهی وجـود دارد، اما تقویت ممبران ها و محکم نمودن از شکست آنها تحت شرایط هوادهی زیاد جلوگیری می کنـد. لازم بـه ذکـر اسـت 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

٤ ساختار اسفنجی با تخلخل زیاد لایه های رشته ای ممبران ها، با قدرت انتخابگری بالا در عبـور ذرات بسـیار ریـز، تراوائـی و قابلیت نفوذ بسیار خوبی برای ممبران ها فراهم می کند که منافع زیادی را به دنبال دارد.

۳-۴ -خصوصیات مدول های ممبرانی

هر مدول از ممبران شامل ساختاری از چند رشته توخالی ممبران است که جهت فیلتراسیون در آنها از خارج بـه داخـل اسـت.
علاوه بر این هر مدول از این ممبران ها شامل گروهی از رشته های توخالی است که درون یک فریم (قـاب) مسـتطیلی قـرار گرفته است (مانند شکل شماره ۳ .

(دو انتهای هر یک ار فیبرهای رشته ای ممبرانـی بـه بـالا و پـایین هـدرها (Headers) متصل است. هر هدر شامل یک لایه رزین متخلخل است که رشته ها بمنظور اینکه محتویاتشان بـه کانـال هـای جمـع آوری آبهای نفوذی اتصال پیدا کند، در آنجا به هم می رسند.

[caption id="attachment_3922" align="aligncenter" width="566"] مدول های ممبرانی[/caption]

هر مدول ممبرانی شامل صدها رشته ممبران یک اندازه که بطور عمودی بین دو هدر و تیرحائل قرار می گیرد. چنـد مدول ممبران اسمبل  با هدر مشترک در فریم های مختلف درون واحد هوادهی در فرآیند MBR نصب است.

[caption id="attachment_3927" align="aligncenter" width="443"] جدول 1[/caption]

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 هـوادهی قـرار گرفتـه و در نتیجـه مقـادیر بـالای غلظت مایع مخلوط یا MLSS به میزان متوسط ۸۰۰۰ تا ۱۲۰۰۰ میلیگرم در لیتر در حین بکارگیری و بهره بـرداری از ایـن سیستم در مخزن هوادهی حاصل می شود. به این ترتیب و با توجه به حذف واحدهای ته نشینی، ضـدعفونی و فیلتراسـیون از
سیستم متعارف تصفیه، فضای مورد نیاز جهت اشغال توسط فرآیند لجن فعال ممبرانی یا MBR به مراتب کوچکتر (حـدود 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 بـه سیسـتم لجـن فعـال ممبرانـی بـا 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 توسـعه است.
د- کاهش تولید لجن مازاد در این فرآیند بدلیل زمان ماندگاری بالای لجن، تولید لجن مازاد تا ۷۰ درصد کاهش پیدا می کند.
ه- کنترل کارآمد گرفتگی ها هوای تمیز کننده که از کف مدول های ممبرانی به واحد هوادهی وارد می شود و شستشوی معکوس و اتوماتیک ممبـران هـا، 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
  
• این تصفیه فاضلابهای با غلظت بالای آمونیوم نظیر شیرابه ها
  
• و تصفیه فاضلابهای بهداشتی بخصوص در مناطقی که بلحاظ فضای تصفیه خانه محدودیت وجود دارد.
  
• استفاده مجدد و بازگردش پساب تصفیه شده تصفیه خانه های فاضلاب
  

شکل شماره ۴ دو کاربرد از کاربردهای فرآیند MBR را نشان می دهد.

[caption id="attachment_3924" align="aligncenter" width="500"] شکل شماره 4[/caption][caption id="attachment_3925" align="aligncenter" width="612"] جدول 2[/caption]

برخی پارامترهای بهره برداری و راندمان حذف و کیفیت پساب خروجی از فرآیند MBR در جداول شـماره ۳ و ۴ ارائـه شـده
است.

[caption id="attachment_3926" align="aligncenter" width="614"] جدول 3[/caption]

بیوراکتور غشایی

تفاوت اصلی بین بیوراکتور غشایی و کارخانه های تصفیه سنتی فاضلاب که از لجن فعال برای گام نهایی تصفیه استفاده می کردند، استفاده از غشا برای جداسازی جامدات و تصفیه فاضلاب می باشد. بیوراکتورهای غشایی می توانند در هر دو نوع رشد متصل و معلق توسعه پیدا کنند.

بیوراکتورهای غشایی از دو بخش عمده بیولوژیکی و مدول غشایی تشکیل می شود. در واحد بیولوژیکی تشکیل شده در بیوراکتور، میکروارگانیزم های قرار داده شده تجزیه ی بیولوژیکی ترکیبات را به عهده دارند و در مدول غشایی عمل جداسازی فیزیکی ترکیبات از آب انجاممی شود.

سیستم های بیوراکتور های غشایی جایگزین مناسبی برای لجن فعال متعارف می باشد و از این طریق باعث بهبودی جداسازی لجن و پساب خروجی می شوند. غشا موجود درMBR  از خروج جامدات بیولوژیکی و جامدات محلول با وزن ملکولی بالا، از بیوراکتور جلوگیری می کند و تقریبا تمام مواد آلی در داخلMBR  به آب و دی اکسید کربن تبدیل می شود.

در سیستم هایMBR  هیچ گونه وسیله ی متحرکی وجود ندارد و هوادهی سیستم با استفاده از هوادهی دیفیوزری انجام می شود.

 

روند تصفیه و اصول اساسی طراحی رآکتور MBR

بیوراکتورهای غشایی فرایندهای تصفیه بیولوژیکی معمولی به عنوان مثال لجن فعال (Activated Sludge) را با فیلتراسیون غشایی ترکیب می کنند تا سطح پیشرفته ای از مواد جامد آلی و معلق را فراهم کنند. وقتی بر اساس آن طراحی شوند، این سیستم ها می توانند سطح پیشرفته ای از مواد مغذی را نیز حذف کنند.

در یک سیستم بیوراکتور غشایی (MBR) ، غشاها در یک راکتور بیولوژیکی هوادهی غوطه ور می شوند. تخلخل غشاها از 0.035 میکرون تا 0.4 میکرون است (بستگی به سازنده دارد) که بین میکروفیلتراسیون (Micro Filtration) و اولترافیلتراسیون (Ultra Filtration)می باشد.

این سطح از فیلتراسیون اجازه می دهد تا پساب با کیفیت بالا از غشا گرفته شود و فرآیندهای ته نشینی (sedimentation) و فیلتراسیون را که معمولاً برای تصفیه فاضلاب استفاده می شود، حذف کند. از آنجا که نیاز به رسوبگذاری برطرف می شود، فرایند بیولوژیکی می تواند با غلظت مایع مخلوط (mixed liquor) بسیار بالاتر کار کند.

لذا مخزن مورد نیاز فرآیند را به طور چشمگیری کاهش می دهد و اجازه می دهد بسیاری از تصفیه خانه های موجود بدون افزودن مخازن جدید به روز شوند. برای تأمین هوادهی مطلوب و آب شستشو در اطراف غشاها، مایع مخلوط مخلوط معمولاً در محدوده جامدات 1.0-1.2 درصد نگهداری می شود، یعنی 4 برابر تصفیه خانه های معمولی.

 

[caption id="attachment_3913" align="alignnone" width="500"] MBR[/caption]

غشا (Membrane)

در طول تصفیه فاضلاب به روش MBR، جداسازی جامد و مایع توسط غشاهای میکروفیلتراسیون (MF) یا اولترافیلتراسیون (UF) حاصل می شود.

غشا یا ممبران به سادگی یک ماده دو بعدی است که برای جداسازی اجزای مایعات معمولاً بر اساس اندازه نسبی یا بار الکتریکی استفاده می شود. قابلیت غشایی که اجازه انتقال فقط ترکیبات خاص را بدهد، نیمه نفوذپذیر (semi-permeability) نام دارد.

این یک روند فیزیکی است، جایی که اجزای جدا شده از نظر شیمیایی بدون تغییر باقی می مانند.

 

انواع غشاهای مورد استفاده در MBR

• مارپیچی
• صفحه و قاب
• فیبر توخالی
• لوله‌ای
• دیسک دوار

[caption id="" align="alignnone" width="700"] انواع غشاهای مورد استفاده در بیوراکتور[/caption]

بهره برداری و نگهداری

سامانه های بیوراکتور غشایی به طور هفتگی از تمیز کردن نگهدارنده شیمیایی استفاده می کنند که 30 تا 60 دقیقه به طول می انجامد.

 هنگامی که فیلتراسیون دوام بیشتری ندارد، یک یا دو بار در سال اتفاق می افتد که تمیز کردن را انجام می دهد.

“رسوب غیرقابل جبران” (irrecoverable fouling) گرفتگی ای است که با روشهای تمیز کردن موجود قابل جبران نیست .

گرفتگی یا فولینگ (Fouling)

سیستم های مدرن MBR با مواد شیمیایی نگهداری می شوند، بنابراین خارج کردن غشاها از مخزن غشا ضروری نیست. رسوب و گرفتگی مواد آلی (Organic) را می توان با هیپوکلریت سدیم و رسوب معدنی با اسید اگزالیک (oxalic acid) تمیز کرد.

[caption id="" align="alignnone" width="1024"] گرفتگی یا فولینگ (Fouling)[/caption]

فولینگ به عنوان یک نتیجه از فعل و انفعالات بین غشا و مایع مخلوط رخ می دهد که یکی از اصلی ترین محدودیت های فرآیند MBR است.

دلایل اصلی رسوب و گرفتگی غشا عبارتند از:

• جذب ماکرومولکولی

• رشد بیوفیلم ها در سطح غشا

• رسوب مواد معدنی

• بالا رفتن طول عمر غشا

 کار و نگهداری سیستم های MBR معمولاً توسط کارگران ماهر انجام می شود .

انها باید لجن سیستم بیولوژیکی را آبگیری کرده (به عنوان مثال آبگیری (dewatering) مکانیکی یا بستر خشک کردن (drying bed)) و با خاکستر ذخیره در یک محل دفن زباله کنترل کرده و بسوزانند.

سیستم های بیورآکتور غشایی به طور گسترده ای در تصفیه خانه های فاضلاب شهری و صنعتی استفاده می شود. علاوه بر این، MBR ها نیز برای تصفیه شیرابه دفن زباله (landfill leachate) مناسب هستند. این یک سیستم پیشرفته است که به طراحی متخصص و اپراتورهای حرفه ای نیاز دارد

مزایای استفاده از سیستمMBRموارد ذیل می باشد:

1. تامین اکسیژن محلول به منظور تجزیه کامل مواد آلی،

2. ایجاد نیروی حرکتی به منظور حرکت مارپیچی فاضلاب در نتیجه افزایش زمان تماس و افزایش تجزیه میکروبی،

3. حذف جامدات موجود در سیستم بدون شستشوی معکوس و حذف لجن،

4. عدم تولید بوهای نامطلوب با جایگزینی جداسازی جامدات به وسیله ته نشینی ثقلی در حوضچه ته نشینی ثانویه با جداسازی غشایی

تماس با ما: