این فرآیند شامل یک رئاکتور بیولوژیکی شبیه فرآیند لجن فعال است با این تفاوت که عملیات جداسازی لجن از آب توسط یک سیستم میکروفیلتراسیون به انجام میرسد. سیستم میکروفیلتراسیون را میتوان هم در مخزن هوادهی و هم در خارج آن تعبیه نمود. این سیستم توانایی حذف ذرات با قطر بیشتر از محدوده 4/0-1/0 میکرومتر را دارد. از این فرآیند هم در تصفیه فاضلابهای بهداشتی و هم در تصفیه فاضلابهای صنعتی که قابلیت تجزیه بیولوژیکی را داشته باشند، میتوان استفاده نمود.
تاریخچه
اگرچه بحث استفاده از میکروفیلتراسیون از دهه 1960 میلادی مطرح شد، اما این فرآیند از اوایل دهه 1990 میلادی پیشرفت گستردهای در تکنولوژی و کاربرد آن داشت. سیستمهای MBR در دهه های 1960 و 1970 میلادی بر پایه انجام فیلتراسیون در خارج از مخزن واکنش و هوادهی قرارداشت اما در اوایل دهه 1990 میلادی دولت ژاپن یک پروژه مطالعاتی 6 ساله را بر روی سیستمهای غشایی مستغرق هدایت کرد که عملیات فیلتراسیون آنها در درون مخزن هوادهی به انجام میرسید.
این مطالعات در نهایت منجر به پیشرفت های چشمگیری در کاهش هزینه اولیه ساخت و بهره برداری از سیستم به جهت کمتر شدن تجهیزات و انرژی مصرفی گردید. اولین مدل آزمایشگاهی سیستم مستغرق در اروپا در سال 1996 برای تصفیه فاضلاب شهری راه اندازی و به فاصله کمی در سال 1998 میلادی یک تصفیه خانه فاضلاب برای پوشش 3800 نفر در انگلستان ساخته شد. چند سال بعد و در سال 2004 میلادی بزرگترین واحد تصفیه MBR در آن زمان در آلمان برای پوشش 80000 نفر ساخته و به بهره برداری رسید.
مطالعات تکمیلی و تجربیات عملی نشان داده است که استفاده از این سیستم به خصوص برای تصفیه فاضلابهای صنعتی مقرون به صرفه تر بوده و به همین سبب در سالهای اخیر بیشترین استفاده از این سیستم به تصفیه فاضلابهای صنعتی اختصاص یافته است.
شکل 1: فرآیند MBR با غشاء مستغرق
شکل 2: فرآیند MBR با غشاء خارجی
شرح فرآیند
همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است، مشابه فرآیند لجن فعال از سه بخش اصلی واکنش/هوادهی، جداسازی لجن و سیستم برگشت لجن تشکیل شده است. در این فرآیند ابتدا فاضلاب به مخزن واکنش/هوادهی وارد شده و در این مخزن عملیات جذب و تجزیه بیولوژیکی مواد به انجام میرسد. سپس مخلوط فاضلاب و توده بیولوژیکی میکروارگانیسمها و باکتریها برای جداسازی وارد یک واحد فیلتراسیون میشود. یک پمپ نیز معمولاً انرژی لازم را برای عبوردادن آب از غشاء فیلتر تأمین میکند. در صورتیکه واحد فیلتراسیون در خارج از مخزن هوادهی قرار داشته باشد به آن ((غشاء مستغرق)) میگویند.
البته این امکان وجود دارد که سیستم فیلتراسیون را در خارج از مخزن هوادهی قرارداد که در این صورت نوع دیگری از فرآیند MBR بنام ((غشاء خارجی)) ایجاد خواهد شد. این فرآیند در شکل 2 نمایش داده شده است. اگرچه این نوع از فرآیند MBR ابتدا مورد استفاده قرارگرفت، اما مطالعات انجام شده و پیشرفتهای حاصله باعث شده که نوع ((غشاء مستغرق)) مورد استقبال بیشتری واقع شود.
جدول1: موارد کاربرد فرآیند MBR |
||||||||
ردیف | موارد کاربرد | علت کاربرد | ||||||
1 | – فاضلابهای بهداشتی – انسانی | – راندمان بسیار بالا در جداسازی لجن از آب – عدم نگرانی نسبت به خروج لجن از سیستم تصفیه |
||||||
2 | – بیمارستانها و مراکز درمانی | – راندمان تصفیه بالا حتی در صورت رشد میکروارگانیسمهای رشته ای |
MBRجدول2 : موارد کاربرد انواع فرآیند لجن فعال در تصفیه فاضلابها |
||||||||
علت کاربرد | موارد کاربرد | نوع فرآیند لجن فعال | ردیف | |||||
هزینه کمتر برای ساخت مخازن هوادهی به علت زمان ماند کمتر صرفه اقتصادی جهت تهیه و نصب تجهیزات |
شهرها | متعارفی (CAS) |
1 | |||||
شهرکها و مجتمعهای بزرگ مسکونی با جمعیت بیش از 1000 نفر |
||||||||
شهرکهای صنعتی | ||||||||
صنایع بزرگ غذایی و لبنی با ظرفیت بیش از 1000 مترمکعب در شبانه روز |
||||||||
راندمان بسیار بالا در تصفیه فاضلاب مقاومت بالا در برابر نوسانات در کیفیت ومقدار فاضلاب ورودی تولید لجن بسیار کمتر از نوع متعارفی حساسیت کمتر نسبت به کیفیت بهرهبرداری در مقایسه با فرآیند لجن فعال متعارفی تولید لجن تثبیت شده |
پکیجهای تصفیه فاضلاب بهداشتی در مجتمعهای مسکونی، اقامتی، تفریحی |
هوادهی گسترده (EAAS) |
2 | |||||
بیمارستانها و مراکز درمانی | ||||||||
تصفیه فاضلاب بهداشتی کارخانهها و کارگاههای صنعتی | ||||||||
تصفیه فاضلاب بهداشتی کمپهای کارگری در پروژه های ساختمانی و عمرانی |
||||||||
ساختمانهای اداری | ||||||||
صنایع لبنی | ||||||||
صنایع غذایی | ||||||||
صنایع تولید کاغذ و مقوا | ||||||||
هزینه کمتر نسبت به دیگر انواع لجن فعال | پکیجهای تصفیه فاضلاب بهداشتی با ظرفیت کمتر از 10 مترمکعب در شبانه روز |
رئاکتور ناپیوسته متوالی (SBR) |
3 | |||||
تولید فاضلاب در مدت محدودی از شبانه روز | کشتارگاهها | |||||||
جلوگیری از رشد میکروارگانیسمها و به خصوص باکتریهای رشته ای |
بیمارستانها و مراکز درمانی | |||||||
جلوگیری از رشد میکروارگانیسمها و به خصوص باکتریهای رشته ای |
بیمارستانها و مراکز درمانی | تثبیت تماسی (CSAS) |
4 | |||||
راندمان بسیار بالا در جداسازی لجن از آب عدم نگرانی نسبت به خروج لجن از سیستم تصفیه |
فاضلابهای بهداشتی – انسانی | بیورئاکتور غشایی (MBR) |
5 | |||||
راندمان تصفیه بالا حتی در صورت رشد میکروارگانیسمهای رشته ای |
بیمارستانها و مراکز درمانی |
در جدول 1 موارد کاربرد فرآیند MBR به همراه علت کاربرد آن را آمده است.
عمده ترین مزایای فرآیند MBR عبارتند از:
1- جداسازی کامل توده بیولوژیکی (لجن) از آب
2- راندمان تصفیه بالا به سبب جلوگیری کامل از خروج لجن
3- حذف مخزن ته نشینی
4- امکان کوچکتر کردن مخزن هوادهی به سبب امکان استفاده از غلظت MLSS بالاتر
5- اشغال فضای کمتر نسبت به دیگر فرآیندهای لجن فعال
درمقابل مهمترین معایب فرآیند MBR عبارتند از:
1- عدم تولید غشاءهای فیلتراسیون در داخل کشور و محدودیت دسترسی به آنها
2- قیمت بالای تهیه غشاءهای فیلتراسیون و افزایش هزینه کل سیستم تصفیه
3- مشکلات بهرهبرداری ناشی از گرفتگی غشاء فیلتراسیون
4- نیاز به بهره بردار با تخصص و مهارت بیشتر
معایب بیشتر فرآیند MBR نسبت به مزایای آن باعث شده که در حال حاضر از این فرآیند در کشور ما به ندرت استفاده شود. به خصوص اینکه تحریمهای سالهای اخیر واردات غشاءهای فیلتراسیون را بیش از پیش با سختتر شده به طوری که حتی برخی از واحدهای تصفیه موجود برای تعویض غشاء و راه اندازی مجدد سیستم با مشکل جدی مواجه شده اند.
موارد کاربرد
<
p style=”text-align: justify;”> ویژگیها و مزایای روش لجن فعال باعث شده است که امروزه فرآیند لجن فعال پرکاربردترین فرآیند بیولوژیکی تصفیه انواع فاضلابها باشد. بطورکلی در مواردی که نسبت BOD5 به COD بیش از 0/5 باشد از این فرآیند برای تصفیه فاضلاب میتوان بطور مؤثری استفاده نمود. البته اگر غلظت BOD5 فاضلاب بیش از 1000 میلیگرم در لیتر باشد، از نظر اقتصادی بهتر است که ابتدا به کمک دیگر روشها غلظت BOD5 فاضلاب به کمتر از این مقدار کاهش یابد.
در جدول2 کاربرد انواع فرآیندهای لجن فعال در تصفیه فاضلابهای مختلف نشان داده شده است.