سامانه های MBR

مقدمه‌ای بر روش‌های تصفیه بیولوژیکی فاضلاب MBR

تصفیه بیولوژیکی فاضلاب یکی از پرکاربردترین روشها براي حذف آلاینده هاي آلی و جامدات معلق از فاضلاب هاي شهري و صنعتی است. در این میان، دو فرآیند برجسته، یعنی بیوراکتور غشایی (MBR)و سیستم لجن فعال معمولی با ته نشینی و کلریفایر، به دلیل کارایی و انعطاف پذیري در پروژههاي تصفیه فاضلاب مورد توجه قرار گرفته اند. سیستم لجن فعال معمولی، که از دهه ها پیش به عنوان یک روش استاندارد شناخته میشود، از فرآیندهاي هوادهی و ته نشینی ثقلی براي جداسازي جامدات استفاده میکند. در مقابل، MBR با بهره گیري از غشاهاي فیلتراسیون، تصفیه زیستی و جداسازي جامدات را در یک واحد ادغام کرده و کیفیت پساب بالاتري ارائه می دهد. انتخاب بین این دو سیستم به عوامل متعددي از جمله کیفیت مورد نیاز پساب، محدودیتهاي فضا، هزینه هاي عملیاتی و مصرف انرژي بستگی دارد. هدف این مقاله، ارائه یک مقایسه تحلیلی و عددي بین این دو روش است تا با استفاده از داده هاي کمی و نمودارهاي گرافیکی، مزایا و معایب هر یک بهصورت شفاف مشخص شود. این تحلیل براي مهندسان مشاور، مدیران تصفیه خانه ها و پژوهشگران محیطزیست طراحی شده است تا در تصمیم گیري براي پروژههاي تصفیه فاضلاب بهینه عمل کنند.

معرفی سامانه تصفیه فاضلاب MBR

سامانه MBR یکی از روش‌های پیشرفته و مؤثر در تصفیه فاضلاب است که از ترکیب فناوری فیلتراسیون و فرایند تصفیه بیولوژیکی استفاده می کنند. در این سامانه ها، فاضلاب و پساب به صورت اولیه توسط فرآیند اولیه تصفیه شده و سپس به محفظه اصلی سامانه منتقل می‌شود. در اینجا، با استفاده از فناوری غشایی ، باکتری‌ها و سایر ذرات جامد و مواد آلی از آب جدا شده و فاضلاب تصفیه شده خروجی گرفته می‌شود.

از مزایای استفاده از سامانه MBR می‌توان به عملکرد بهینه و مؤثر در تصفیه فاضلاب، کاهش مصرف انرژی و مواد شیمیایی، تولید کمتر رسوب و فضای کمتر مورد نیاز برای نصب آن اشاره کرد. همچنین، در مقایسه با روش‌های سنتی تصفیه فاضلاب، سامانه MBR دارای کیفیت خروجی بهتر و پایداری بالاتری است. به طور کلی، استفاده از سامانه MBR به عنوان یکی از روش‌های پیشرفته تصفیه فاضلاب، می‌تواند برای شهرداری‌ها، کارخانجات و سایر ارگان‌هایی که نیاز به تصفیه فاضلاب دارند، به دلیل کارآیی، موثریت و کاهش هزینه‌ها مزیت ویژه‌ای داشته باشد.

سامانه تصفیه آب MBR (مخفف Membrane Bioreactor) یکی از پیشرفته‌ترین فناوری‌های تصفیه فاضلاب است که تصفیه بیولوژیکی را با فیلتراسیون غشایی ترکیب می‌کند. در ادامه به طور خلاصه و دقیق نحوه کارکرد این سامانه را توضیح می‌دهم:

اجزای اصلی سامانه MBR

1. راکتور بیولوژیکی (Bioreactor): جایی که تجزیه بیولوژیکی مواد آلی با استفاده از میکروارگانیسم‌ها انجام می‌شود.
2. غشاء (Membrane): معمولاً از نوع میکروفیلتراسیون (MF) یا اولترافیلتراسیون (UF) برای جداسازی لجن و میکروارگانیسم‌ها از آب تصفیه‌شده.

نحوه عملکرد سامانه MBR

1. ورود فاضلاب:
   • فاضلاب خام ابتدا وارد راکتور بیولوژیکی می‌شود.
2. فرایند بیولوژیکی:
   • میکروارگانیسم‌ها مواد آلی، آمونیاک و سایر آلاینده‌ها را تجزیه می‌کنند.
   • این فرآیند مشابه لجن فعال است، اما با غلظت لجن بالاتر.
3. فیلتراسیون غشایی:
   • پس از تجزیه، مخلوط فاضلاب تصفیه‌شده و لجن به واحد غشایی هدایت می‌شود.
   • غشاها به‌صورت فیزیکی ذرات جامد، میکروارگانیسم‌ها و باکتری‌ها را از آب جدا می‌کنند.
   • فقط آب تصفیه‌شده و مولکول‌های کوچک از غشاء عبور می‌کنند.
4. خروج پساب تصفیه‌شده:
   • آبی با کیفیت بالا و شفافیت زیاد از سامانه خارج می‌شود که می‌تواند برای آبیاری، مصارف صنعتی یا حتی بازچرخانی مورد استفاده قرار گیرد.

مزایای سیستم MBR

• کیفیت بسیار بالای پساب خروجی
• حجم لجن تولیدی کمتر
• اشغال فضای کمتر نسبت به سیستم‌های سنتی
• حذف مؤثر باکتری‌ها و ویروس‌ها بدون نیاز به کلرزنی
• مناسب برای بازچرخانی آب

شرح فرآیند دو سیستم (MBR و لجن فعال معمولی)

MBR ترکیبی از فرآیند لجن فعال و فیلتراسیون غشایی است. در این سیستم، فاضلاب ابتدا وارد یک مخزن هوادهی میشود که در آن میکرو ارگانیسمها آلاینده هاي آلی (COD و BOD) را تجزیه میکنند.  سپس، به جاي استفاده از کلریفایر براي جداسازي جامدات، از غشاهاي میکروفیلتراسیون یا اولترافیلتراسیون (با اندازه منافذ 1.0 تا 4.0 میکرومتر) استفاده می شود. این غشاها جامدات معلق (TSS) باکتريها و حتی برخی ویروسها را حذف کرده و پسابی با کیفیت بسیار بالا تولید میکنند. فرآیند بکواش (شستشوي معکوس) و شستشوي شیمیایی دورهاي نیز براي جلوگیري از گرفتگی غشا انجام میشود.

لجن فعال معمولی با ته نشینی در سیستم لجن فعال معمولی، فاضلاب پس از هوادهی در مخزن بیولوژیکی وارد کلریفایر (واحد تهنشینی ثانویه) میشود. در این مرحله، جامدات معلق تحت تأثیر نیروي گرانش ته نشین شده و پساب تصفیه شده از بالا خارج میشود.  لجن ته نشین شده به صورت لجن برگشتی (RAS) به مخزن هوادهی بازمی گردد و بخشی از آن به عنوان لجن مازاد دفع می شود. نرخ ته نشینی به عواملی مانند غلظت MLSS) معمولاً L/mg 2000-4000 و شاخص حجم لجن (SVI) بستگی دارد که باید بین g/mL 80-150 باشد تا جداسازي مؤثر انجام شود.

تحلیل کیفیت پساب در دو سیستم

تحلیل کیفیت پساب کیفیت پساب MBR به دلیل حذف کامل TSS و کاهش قابل توجه COD و BOD ،براي استفاده مجدد (Reuse) یا تخلیه در محیط هاي حساس مناسب تر است. در مقابل، سیستم معمولی به دلیل وابستگی به ته نشینی، در شرایط بارگذاري بالا یا لجن حجیم (Bulking) ممکن است کیفیت پساب را از دست بدهد.