كلينيك تصفيه آب ايران

[caption id="attachment_3910" align="aligncenter" width="480"] بيوراكتور غشايي MBR[/caption]

بيوراكتور غشايي MBR

با توجه به رشد جمعيت انساني در سطح جهان، صنايع مختلف نيز رشد كرده اند. نياز به تامين آب و ايجاد فناوري هاي تصفيه مناسب و با كيفيت يك نياز است. اين دو نياز حياتي را مي توان با كمك بيوراكتور غشايي (MBR) كه در حذف مواد آلي و معدني به عنوان يك واحد بيولوژيكي براي تصفيه فاضلاب مؤثر است، به دست آورد.

MBR به طور گسترده براي تصفيه فاضلاب شهري و صنعتي استفاده مي شود.

يكي از روش هايي كه بر اساس لجن فعال و براي رفع مشكلات اين روش به ويژه كاهش مراحل فرايند تصفيه (حذف ته نشيني و گند زدايي) و نيز به دست آوردن راندمان بسيار بالا در كاهش مواد آلاينده آلي ابداع و توسعه پيدا كرد ، روش بيوراكتور غشايي است.

اين فرايند شامل يك راكتور  بيولوژيكي شبيه فرايند لجن فعال است، با اين تفاوت كه عمليات جداسازي لجن از آب توسط يك سيستم ميكروفيلتراسيون (غشا) انجام مي شود.

اين سيستم شامل ورق هاي مسطح با فيلتراسيون صفحه اي است و در معرض فشار بالا با مقدار 5/3 بار در ورودي عمل مي كرد و داراي نرخ پايين جريان و بازده متوسط نفوذپذيري بود.

محققان پيشرفت فني در زمينه تصفيه فاضلاب شهري را كه شامل حذف بارهاي آلودگي فرساينده بوده را در چند سال گذشته به طور قابل توجهي گسترش دادند و جريان فرآيند تصفيه خانه هاي فاضلاب را بهبود بخشيدند .

پساب تصفيه خانه فاضلاب فيلتراسيون ميكرو و فوق العاده، همراه با فرآيند لجن فعال را در سال هاي اخير روشي مناسب براي به حداقل رساندن ميكروبها مي دانند.

بنابراين مي توان استانداردهاي تخليه را براي پساب هاي تصفيه فاضلاب بدون نياز به مخازن معمولي هوادهي و شفاف سازي ثانويه يا كارخانه هاي تصفيه و ضد عفوني تشديد كرد

فوايد جايگريني فن آوري بيوراكتور غشايي  با تصفيه مرسوم فاضلاب شهري (فناوري 2004 هوبر):

• اكثر الزامات نظارتي فعلي توسط مرحله جداسازي غشاء برآورده خواهد شد

• فناوري بيوراكتور غشايي يك تكنيك صرفه جويي در فضا است. طراحي مبتني بر ماژول آن اجازه مي دهد تا ظرفيت به راحتي در صورت نياز افزايش يابد.

• كاهش قيمت ممبران در سال هاي آينده ادامه خواهد داشت.

• تصفيه بيولوژيكي را با مرحله جداسازي غشايي تركيب مي كند.

اين تركيب، مزاياي متعددي نسبت به تصفيه معمولي لجن فعال و به دنبال آن مخزن ته نشيني دارد:

• مخزن ته نشيني به دليل جدا شدن غشاء غير ضروري است.

بيوراكتورهاي غشايي غوطه ور مي توانند تا 5 برابر كوچكتر از يك گياه لجن فعال معمولي باشند

• بيورآكتورهاي غشايي را مي توان در جامدات معلق مشروب تا 20000 ميلي گرم در ليتر مخلوط كرد.

• غلظت زيست توده مي تواند بيشتر از سيستم هاي معمولي باشد كه حجم راكتور را كاهش مي دهد.

• غشاء مي تواند مواد محلول با وزن مولكولي بالا را حفظ كند،

و منجر به بهبود تجزيه زيستي آن در بيوراكتورشود.

• كيفيت پساب خوب.

• قابليت ضد عفوني خوب، با كاهش قابل توجه باكتري ها و ويروس ها با استفاده از غشاهاي UF و MF قابل دستيابي است.

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

آشنايي با فرآيند MBR در تصفيه فاضلاب

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

1-مقدمه

فرآيند MBR يك سيستم تصفيه فاضلاب يكپارچه است كه از تركيب فرآيند تصفيه بيولوژيكي (لجن فعال) با يك سيسـتم ممبراني مستغرق تشكيل شده است. اين فرآيند با ادغام واحدهاي ته نشـيني (زلال سـازي)، هـوادهي و فيلتراسـيون در يـك راكتور، جايگزين فرآيند هاي تصفيه متعارف (لجن فعال متعارف) شده و يك سيستم ساده و موثر را تشكيل مي دهد كه هزينه هاي سرمايه گذاري اوليه و هزينه هاي بهره برداري سيستم را كاهش مي دهد.

در اين فرآيند با جايگزيني واحـد تـه نشـيني ثقلي با سيستم جداكننده ممبراني، منافع زيادي از قبيل افزايش پايداري در بهره برداري، كاهش توليد لجـن مـازاد و كيفيـت بسيار بالاتر پساب خروجي بدست مي آيد.

بنابراين اين سيستم، فرآيند مناسبي است كه مي توانـد در محـدوده وسـيعي بـراي سيستمهاي استفاده مجدد از پساب تصفيه شده در تصفيه فاضلابهاي شهري و صنعتي بكار گرفته شود.

۲ -فرآيند لجن فعال بدون استفاده از مخزن ته نشيني (با استفاده از ممبران به روش MBR )

فرآيند MBR يك فرآيند لجن فعال رشد معلق است كه با يك سيستم ممبرانـي (معمـولا از نـوع ممبـران هـاي رشـته اي توخالي (fiber Hollow (يا نوع لوله اي (Tubular ( (ادغام شده است. در اين فرآيند ، سيستم ممبراني نقش واحـد تـه نشيني (زلال سازي) در جداسازي جامدات معلق در سيستم لجن فعال متعارف را بر عهده دارد.

اين موضـوع در شـكل شـماره يك به خوبي نشان داده شده است.

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

در فرآيند MBR معمولا ممبران ها بصورت مستغرق در واحد هوادهي قرار داشـته و بصـورت مسـتقيم بـا فاضـلاب و مـايع مخلوط (liquor Mixed (در تماس مي باشند. در اين فرآيند با استفاده از پمپ مكش، با صرف انرژي كمـي، خـلا بوجـود مي آيد كه استخراج پساب تصفيه شده از درون ممبران ها به بيرون را به دنبال دارد.

علاوه بر اين در اين فرايند، مقداري هوا نيز از كف واحد هوادهي به اين واحد وارد مي شود تا سطح خارجي رشته هاي ممبراني را تميز نموده و جامدات پذيرش نشـدهتوسط ممبران ها را از سطح ممبران ها كنار زده و جابجا نمايد. لجن مازاد در اين فرآيند نيز معمولا بصورت مسـتقيم از واحـد هوادهي به خارج پمپ مي شود.

۳ -آشنايي با ممبران/مدول (Module/Membrane )
۳-۱ -رشته خالي تقويت شده (محكم شده)

يك رشته (ميكرو تيوب) شكل داده شده ممبراني (مانند شكل شماره ۲) (كه بصورت مستغرق در فاضلاب قرار مي گيـرد)، بـا
امكان فيلتراسيون ذرات ميكرو و ويروس ها و باكتريها، ساختار متخلخلي را بوجود مي آورده كه امكان بدست آوردن پساب بـا
كيفيت بسيار بالاتر را فراهم نموده و مي تواند براي تصفيه فاضلاب سيستم بسيار مناسبي باشد.

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

۳-۲ -مقاومت مكانيكي بسيار بالاي ممبران ها

هرچند امكان تخريب سطح ممبران ها در اثر تاثيرات فيزيكي و اصطكاك بين رشته هاي ممبران هـا در اثـر هـوادهي وجـود دارد، اما تقويت ممبران ها و محكم نمودن از شكست آنها تحت شرايط هوادهي زياد جلوگيري مي كنـد. لازم بـه ذكـر اسـت تقويت ممبران ها با محكم نمودن ممبران هاي رشته اي از دو طرف و ساخت مدول هاي ممبراني حاصل مي شود.

۳-۳ -تراوائي (قابليت نفوذ) بسيار خوب ممبران ها

٤ ساختار اسفنجي با تخلخل زياد لايه هاي رشته اي ممبران ها، با قدرت انتخابگري بالا در عبـور ذرات بسـيار ريـز، تراوائـي و قابليت نفوذ بسيار خوبي براي ممبران ها فراهم مي كند كه منافع زيادي را به دنبال دارد.

۳-۴ -خصوصيات مدول هاي ممبراني

هر مدول از ممبران شامل ساختاري از چند رشته توخالي ممبران است كه جهت فيلتراسيون در آنها از خارج بـه داخـل اسـت.
علاوه بر اين هر مدول از اين ممبران ها شامل گروهي از رشته هاي توخالي است كه درون يك فريم (قـاب) مسـتطيلي قـرار گرفته است (مانند شكل شماره ۳ .

(دو انتهاي هر يك ار فيبرهاي رشته اي ممبرانـي بـه بـالا و پـايين هـدرها (Headers) متصل است. هر هدر شامل يك لايه رزين متخلخل است كه رشته ها بمنظور اينكه محتوياتشان بـه كانـال هـاي جمـع آوري آبهاي نفوذي اتصال پيدا كند، در آنجا به هم مي رسند.

[caption id="attachment_3922" align="aligncenter" width="566"] مدول هاي ممبراني[/caption]

هر مدول ممبراني شامل صدها رشته ممبران يك اندازه كه بطور عمودي بين دو هدر و تيرحائل قرار مي گيرد. چنـد مدول ممبران اسمبل  با هدر مشترك در فريم هاي مختلف درون واحد هوادهي در فرآيند MBR نصب است.

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

۴ -فوائد بكارگيري فرآيند لجن فعال ممبراني يا MBR

الف – اشغال فضاي كم در اين فرآيند معمولا ممبران ها بصورت مستقيم و مستغرق در يك مخزن هـوادهي قـرار گرفتـه و در نتيجـه مقـادير بـالاي غلظت مايع مخلوط يا MLSS به ميزان متوسط ۸۰۰۰ تا ۱۲۰۰۰ ميليگرم در ليتر در حين بكارگيري و بهره بـرداري از ايـن سيستم در مخزن هوادهي حاصل مي شود. به اين ترتيب و با توجه به حذف واحدهاي ته نشيني، ضـدعفوني و فيلتراسـيون از
سيستم متعارف تصفيه، فضاي مورد نياز جهت اشغال توسط فرآيند لجن فعال ممبراني يا MBR به مراتب كوچكتر (حـدود ۴ برابر كمتر از فرآيند لجن فعال متعارف) از فضاي اشغال شده سيستم هاي لجن فعال متعارف مي باشد.
ب – امكان تغيير آسان فرآيندهاي لجن فعال متعارف به لجن فعال ممبراني
واحدهاي تصفيه موجود به راحتي با استغراق ممبران ها در واحدهاي هوادهي مي توانند بـه سيسـتم لجـن فعـال ممبرانـي بـا راندمان بسيار بالاتر تغيير پيدا نمايند.
ج- مدولار و به آساني قابل توسعه سيستم مدولار ممبراني با افزودن مدول هاي ديگري از ممبران ها به آساني براي رسيدن به ظرفيت هاي بالاتر قابل توسـعه است.
د- كاهش توليد لجن مازاد در اين فرآيند بدليل زمان ماندگاري بالاي لجن، توليد لجن مازاد تا ۷۰ درصد كاهش پيدا مي كند.
ه- كنترل كارآمد گرفتگي ها هواي تميز كننده كه از كف مدول هاي ممبراني به واحد هوادهي وارد مي شود و شستشوي معكوس و اتوماتيك ممبـران هـا، سيستم كارآمدي را بوجود آورده و از گرفتگي آنها جلوگيري مي كند.

۵ -كاربردهاي فرآيند ممبران بيورآكتور يا MBR

فرآيند ممبران بيوراكتور يا MBR براي كاربري هاي زير مناسب است:

• براي ارتقاء ظرفيت تصفيه خانه هاي فاضلاب در حال بهره برداري
•  تصفيه فاضلابهاي با غلظت بالا نظير فاضلاب صنايع غذايي و داروسازي
  
• اين تصفيه فاضلابهاي با غلظت بالاي آمونيوم نظير شيرابه ها
  
• و تصفيه فاضلابهاي بهداشتي بخصوص در مناطقي كه بلحاظ فضاي تصفيه خانه محدوديت وجود دارد.
  
• استفاده مجدد و بازگردش پساب تصفيه شده تصفيه خانه هاي فاضلاب
  

شكل شماره ۴ دو كاربرد از كاربردهاي فرآيند MBR را نشان مي دهد.

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

برخي پارامترهاي بهره برداري و راندمان حذف و كيفيت پساب خروجي از فرآيند MBR در جداول شـماره ۳ و ۴ ارائـه شـده
است.

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

بيوراكتور غشايي

تفاوت اصلي بين بيوراكتور غشايي و كارخانه هاي تصفيه سنتي فاضلاب كه از لجن فعال براي گام نهايي تصفيه استفاده مي كردند، استفاده از غشا براي جداسازي جامدات و تصفيه فاضلاب مي باشد. بيوراكتورهاي غشايي مي توانند در هر دو نوع رشد متصل و معلق توسعه پيدا كنند.

بيوراكتورهاي غشايي از دو بخش عمده بيولوژيكي و مدول غشايي تشكيل مي شود. در واحد بيولوژيكي تشكيل شده در بيوراكتور، ميكروارگانيزم هاي قرار داده شده تجزيه ي بيولوژيكي تركيبات را به عهده دارند و در مدول غشايي عمل جداسازي فيزيكي تركيبات از آب انجام مي شود.

سيستم هاي بيوراكتور هاي غشايي جايگزين مناسبي براي لجن فعال متعارف مي باشد و از اين طريق باعث بهبودي جداسازي لجن و پساب خروجي مي شوند. غشا موجود در MBR  از خروج جامدات بيولوژيكي و جامدات محلول با وزن ملكولي بالا، از بيوراكتور جلوگيري مي كند و تقريبا تمام مواد آلي در داخل MBR  به آب و دي اكسيد كربن تبديل مي شود.

در سيستم هاي MBR  هيچ گونه وسيله ي متحركي وجود ندارد و هوادهي سيستم با استفاده از هوادهي ديفيوزري انجام مي شود.

 

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

غشا (Membrane)

در طول تصفيه فاضلاب به روش MBR، جداسازي جامد و مايع توسط غشاهاي ميكروفيلتراسيون (MF) يا اولترافيلتراسيون (UF) حاصل مي شود.

غشا يا ممبران به سادگي يك ماده دو بعدي است كه براي جداسازي اجزاي مايعات معمولاً بر اساس اندازه نسبي يا بار الكتريكي استفاده مي شود. قابليت غشايي كه اجازه انتقال فقط تركيبات خاص را بدهد، نيمه نفوذپذير (semi-permeability) نام دارد.

اين يك روند فيزيكي است، جايي كه اجزاي جدا شده از نظر شيميايي بدون تغيير باقي مي مانند.

انواع غشاهاي مورد استفاده در MBR

• مارپيچي
• صفحه و قاب
• فيبر توخالي
• لوله‌اي
• ديسك دوار

[caption id="" align="alignnone" width="700"] انواع غشاهاي مورد استفاده در بيوراكتور[/caption]

بهره برداري و نگهداري

[caption id="" align="alignnone" width="1024"] گرفتگي يا فولينگ (Fouling)[/caption]

مزاياي استفاده از سيستم MBR موارد ذيل مي باشد:

1. تامين اكسيژن محلول به منظور تجزيه كامل مواد آلي،

2. ايجاد نيروي حركتي به منظور حركت مارپيچي فاضلاب در نتيجه افزايش زمان تماس و افزايش تجزيه ميكروبي،

3. حذف جامدات موجود در سيستم بدون شستشوي معكوس و حذف لجن،

4. عدم توليد بوهاي نامطلوب با جايگزيني جداسازي جامدات به وسيله ته نشيني ثقلي در حوضچه ته نشيني ثانويه با جداسازي غشايي

تماس با ما: