توسط: کیت
Email:kate@aquasust.com
تاریخ: 4 دسامبر 2024
1. مروری بر فرآیند MBR
MBR (ممبران بیو راکتور)یک فناوری تصفیه بیولوژیکی غشایی است که در تصفیه آب استفاده می شود. این سیستمی است که فناوری جداسازی غشایی و فناوری تصفیه بیولوژیکی فاضلاب را ترکیب می کند. امروزه به عنوان یکی از پیشرفته ترین و کارآمدترین فناوری های تصفیه و بازیابی منابع فاضلاب در جهان شناخته می شود.
فناوری MBR از عملکرد جداسازی غشاها استفاده می‌کند و مخازن رسوب ثانویه فرآیندهای لجن فعال سنتی، فیلترهای شنی، واحدهای ضدعفونی و سایر اجزا را با دستگاه‌های جداسازی غشایی جایگزین می‌کند. از غشاهای میکروفیلتراسیون/اولترافیلتراسیون (MF/UF) برای فیلتر کردن مستقیم پساب از مخزن هوادهی استفاده می کند. جامدات معلق در مخلوط لجن فعال به طور کامل حفظ شده و دوباره به راکتور بازگردانده می شوند. در نتیجه می توان سن لجن را افزایش داد، غلظت لجن را افزایش داد و بار لجن را کاهش داد. این امر تخریب میکروبی آلاینده ها را تسریع می کند، راندمان تصفیه فاضلاب را به طور قابل توجهی بهبود می بخشد و تضمین می کند که کیفیت پساب نه تنها پایدار و قابل اعتماد است، بلکه استانداردهای آب بازیافتی با کیفیت بالا را نیز رعایت می کند. این به ویژه برای ارتقاء کارخانه های تصفیه فاضلاب در چین برای مطابقت با استانداردهای تخلیه جدید تعیین شده در سال 2011 و همچنین برای استفاده مجدد از فاضلاب صنعتی مناسب است.
میکروفیلتراسیون/ اولترافیلتراسیون (MF/UF)غشاها دارای اندازه منافذ و محدوده کاهش وزن مولکولی هستند. به طور کلی، اندازه منافذ غشاهای اولترافیلتراسیون بین 0 است. 9}} دالتون. MWCO اسمی غشاهای میکروفیلتراسیون که معمولاً در تصفیه فاضلاب استفاده می‌شود از 30،{11}} تا 800،000 دالتون متغیر است.
2. مزایای غشاء MBR
MBR مزایای قابل توجهی را ارائه می دهد که سایر فرآیندهای بیولوژیکی مستقل نمی توانند با آنها مطابقت داشته باشند:
1.کیفیت عالی و پایدار پساب
این در راندمان بالای جداسازی جامد از مایع آشکار می شود. جامدات معلق پساب را تقریباً همیشه می توان نزدیک به صفر نگه داشت و به راحتی تحت تأثیر عواملی مانند تجزیه لجن یا حجیم شدن لجن در کوتاه مدت قرار نمی گیرد.
2.طراحی راکتور فشرده
راکتور فشرده‌تر است زیرا می‌تواند به طور معمول در غلظت‌های لجن بالا کار کند و در نتیجه راندمان حذف آلی بالا و در عین حال صرفه‌جویی در فضا را به همراه دارد. نیازی به سیستم مخزن ته نشینی ثانویه نیست.
3.مناسب برای کشت باکتری های نیتریفیک کننده هوازی
این سیستم ظرفیت نیتریفیکاسیون ناحیه هوازی را افزایش می دهد. این امر در راندمان بالای حذف نیتروژن آمونیاکی منعکس می شود که در مدت طولانی پایدار می ماند.
4.جداسازی کامل زمان ماند هیدرولیک و زمان ماند لجن
جداسازی کامل زمان نگهداری هیدرولیک راکتور (HRT) و زمان نگهداری لجن (SRT) امکان کنترل عملکرد انعطاف پذیرتر را فراهم می کند.
5.غلظت میکروبی بالا و مقاومت در برابر ضربه قوی
غلظت میکروبی در راکتور بالا است و مقاومت بالایی در برابر بارهای شوک دارد. با یک سن طولانی لجن، جداسازی غشایی تضمین می کند که مولکول های بزرگ و به سختی تجزیه می شوند در فاضلاب، زمان ماند کافی را در حجم محدود راکتور بیولوژیکی دارند. این امر راندمان تخریب مواد آلی مقاوم را تا حد زیادی بهبود می بخشد. راکتور تحت بارهای حجمی بالا، بارهای لجن کم و سن طولانی لجن کار می کند که به کاهش تخلیه لجن کمک می کند.
3. روند توسعه آینده غشاهای MBR
1.نقش مهم فناوری MBR در تصفیه فاضلاب
در سال های اخیر، تجربه نشان داده است که فناوری MBR بالغ شده است و طراحی و عملیات موفق قابل دستیابی است. می توان از آن برای تصفیه فاضلاب شهری و صنعتی استفاده کرد. بنابراین، از آنجایی که فناوری MBR به توسعه و بلوغ خود ادامه می دهد، انتظار می رود که به طور گسترده در سطح جهانی به عنوان یک فناوری کارآمد و کاربردی از نظر اقتصادی استفاده شود.
2.چشم انداز برنامه MBR
کاربرد اصلی MBR باید تصفیه فاضلاب شهری باشد، به ویژه به این دلیل که شهرها به زمین های کوچکی برای تصفیه فاضلاب نیاز دارند. پساب با کیفیت بالا می تواند مورد استفاده مجدد قرار گیرد یا به عنوان پیش تصفیه برای نانوفیلتراسیون و اسمز معکوس استفاده شود و استانداردهای تخلیه دقیق باید رعایت شود.
فناوری MBR همچنین در تصفیه فاضلاب صنعتی مانند فاضلاب صنایع غذایی، فاضلاب کشتارگاه و شیرابه های دفن زباله موثر است. راندمان حذف عالی برای مواد مختل کننده غدد درون ریز (EDS) در شیرابه های دفن زباله را نشان داده است و می تواند نیترات ها را در آب آشامیدنی (با میزان حذف تا 98.5٪) حذف کند.
3.کنترل رسوب غشایی
تحقیقات بیشتر در مورد مکانیسم های رسوب غشایی، به ویژه مطالعه رسوب بیولوژیکی مورد نیاز است. غشا موثرتر، قابل کنترل و به حداقل می رسد راه حل های رسوب باید ایجاد شود. استفاده از کامپیوتر و فناوری حسگر برای کنترل رسوب غشایی آنلاین باید به طور کامل بررسی شود. در بهبود روش های نظافت باید توجه ویژه ای به استفاده از مواد شیمیایی ایمن شود.
4.انتخاب ساختار غشا و مواد بر اساس نوع فاضلاب
ساختار و مواد غشایی باید بر اساس نوع فاضلاب به درستی انتخاب شوند. مواد غشایی با کارایی بالا و مجموعه‌های ماژول جدید باید به کار گرفته شوند. ادغام سیستم های MBR هوازی و بی هوازی باید ترویج شود. علاوه بر این، مدل‌های ریاضی و فن‌آوری رایانه‌ای باید به طور کامل برای بهینه‌سازی پارامترهای عملیاتی برای دستیابی به کیفیت پساب بهتر مورد استفاده قرار گیرند و این فرآیند را اقتصادی‌تر و کارآمدتر می‌کند.
4. اصل عملکرد غشاء MBR
در کاربردهای مهندسی عملی، فرآیند غوطه ور MBR (ممبران بیو راکتور) بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد و تجربه صنعت با این نوع سیستم نسبتاً بالغ است. بنابراین از این نوع MBR به عنوان مثال برای تحلیل استفاده خواهیم کرد. اصل کلی به شرح زیر است:
آب خام وارد بیوراکتور می شود، جایی که ماده آلی توسط لجن فعال مخلوط با غلظت بالا اکسید شده و تجزیه می شود. در زیر ماژول غشایی یک سیستم هوادهی وجود دارد که نه تنها اکسیژن محلول کافی (DO) را برای میکروارگانیسم‌های موجود در مشروب مخلوط فراهم می‌کند، بلکه باعث اختلاط کامل نیز می‌شود. هم زدن ناشی از حباب ها، همراه با جریان گردشی تشکیل شده بر روی سطح غشاء، اثر شست و شوی و برشی بر روی سطح غشا دارد و به طور موثری از رسوب برگشت ناپذیر آلاینده ها بر روی سطح غشا در شرایط غیر مصنوعی جلوگیری می کند. سپس آب تصفیه شده از طریق یک پمپ خود پرایمینگ کشیده می شود و توسط غشا جدا می شود و فاز مایع از غشا عبور می کند و از سیستم تخلیه می شود.
به طور معمول، فرآیند MBR دارای چندین پارامتر عملیاتی کلیدی است، از جمله شار غشایی، ضریب نفوذپذیری، نرخ نگهداری و قطبش غلظت.
1.شار غشایی
شار غشایی (J) به مقدار ماده ای اطلاق می شود که در واحد زمان از یک واحد سطح غشا عبور می کند. معمولاً در واحدهای SI به صورت [m³/(m²·s)] یا به m/s ساده شده بیان می شود. در محاسبات مهندسی عملی، واحدهای غیر SI اغلب برای اندازه گیری شار، مانند LMH (لیتر بر متر مربع در ساعت)، با واحدهای [L/(m²·h)] استفاده می شود. یک غشای MBR معمولی که نیازهای عمومی تصفیه فاضلاب را برآورده می کند دارای LMH حداقل 10 L/(m²·h) است.
عوامل موثر بر شار غشا عبارتند از نیروی محرکه برای انتقال جرم، مقاومت غشا، وضعیت جریان محلول خوراک در سمت غشاء (معادل مقاومت لایه مرزی)، و میزان رسوب غشاء.
2.ضریب نفوذپذیری
ضریب نفوذپذیری (Lp) یک غشا نشان دهنده مقدار ماده عبوری از غشا در واحد زمان و واحد سطح تحت فشار واحد است. این به سادگی به عنوان شار غشایی تحت شرایط فشار واحد بیان می شود. ضریب نفوذپذیری یکی از پارامترهای اصلی برای ارزیابی عملکرد جریان غشا است.
3. نرخ حفظ
در فرآیند جداسازی غشا، مایعی که از غشا عبور می‌کند، تراونده و مایعی که توسط غشا باقی می‌ماند، احتباس نامیده می‌شود. نرخ ماندگاری برای مشخص کردن عملکرد جداسازی غشاء، از جمله نرخ احتباس مشاهده شده/گزارش‌شده (Robs) و نرخ ماندگاری واقعی/ذاتی (Ract) استفاده می‌شود. تعریف آن به شرح زیر است:
جایی که Cp و Cb به ترتیب نشان دهنده غلظت املاح در محلول نفوذی و خوراک هستند که می تواند مستقیماً اندازه گیری شود. با این حال، به دلیل باقی ماندن و چسبیدن املاح به سطح غشاء، غلظت املاح (Cm) در سطح غشا بالاتر از میانگین غلظت محلول خوراک است. بنابراین، نرخ نگهداری واقعی عبارت است از:
مقدار Cm عموماً مستقیماً قابل اندازه‌گیری نیست و باید با استفاده از یک مدل محاسباتی تخمین زده شود.
4.قطبش تمرکز
در طی فرآیندهای واقعی تحت فشار، شار غشاء اغلب در طول زمان کاهش می‌یابد و میزان نگهداری املاح نیز تغییر می‌کند. علت اصلی این پدیده پلاریزه شدن غلظت و رسوب غشاء است.
قطبش غلظت به پدیده ای اشاره دارد که در آن، در شرایط تحت فشار، حلال موجود در محلول خوراک آزادانه از غشا عبور می کند، در حالی که املاح توسط غشاء حفظ می شود. جریان حلال به طور مداوم املاح را به سطح غشاء می برد و باعث تجمع املاح روی غشا می شود. در نتیجه، غلظت املاح (Cm) در سطح غشا به تدریج افزایش می‌یابد که منجر به یک گرادیان غلظت می‌شود که باعث انتشار معکوس از سطح غشا به محلول خوراک می‌شود. پس از یک دوره تثبیت، زمانی که جریان محلول خوراک به سطح غشاء برابر با انتشار معکوس باشد، یک لایه مرزی قطبش غلظت پایدار تشکیل می‌شود. شرط حفظ کامل با رابطه زیر بیان می شود:
نسبت Cm/Cb را نسبت قطبش غلظت می گویند. هر چه این نسبت بیشتر باشد، برای جداسازی غشا نامطلوب تر است.
اندازه گیری شار غشایی (J) آسان تر است، اما k نسبت ضریب انتشار به ضخامت لایه مرزی است. مقدار k به شرایط جریان در سطح غشاء مربوط می شود و می تواند با استفاده از همبستگی عددی بدون بعد انتقال جرم محاسبه شود یا به صورت تجربی تعیین شود. روش‌هایی برای تعیین مقادیر k را می‌توان در مقاله Zeman و Zydney (1996) یافت.
