تصفیه آب صنعتی
تصفیه فاضلاب به روش بیوراکتور غشایی
اسفند
در دهه‌های اخیر، با افزایش جمعیت و توسعه صنعتی، نیاز به روش‌های موثر تصفیه فاضلاب نیز افزایش یافته است. یکی از روش‌های مورد توجه در این زمینه، بیوراکتور غشایی است که به عنوان یک روش پیشرفته و کارآمد شناخته می‌شود. در این مقاله، به بررسی مفاهیم، انواع بیوراکتور غشایی، مراحل، مزایا و کاربردهای تصفیه آب صنعتی و فاضلاب به روش بیوراکتور غشایی پرداخته خواهد شد.
بیوراکتور غشایی چیست؟
بیوراکتور غشایی (MBR) یک فناوری کارآمد برای تصفیه بیولوژیکی فاضلاب است که یک فرایند غشایی مانند میکروفیلتراسیون (MF) یا اولترافیلتراسیون (UF) را با یک بیوراکتور رشد معلق ترکیب می‌کند و به طور گسترده برای تصفیه فاضلاب‌های شهری و صنعتی استفاده می‌شود.
همچنین ببینید: تصفیه آب به روش میکروفیلتراسیون MF
بیوراکتور
در فرآیند تصفیه فاضلاب، بیوراکتور محفظه‌ای است که به طور خاص برای ایجاد یک محیط فعال زیستی طراحی شده است که در آن باکتری‌ها و تک یاخته‌ها (به اصطلاح زیست توده) می‌توانند رشد کنند و برخی یا تمام مواد موجود در فاضلاب خام را مصرف کنند.
بسته به حضور یا عدم حضور اکسیژن و نیترات، می‌توان بیوراکتورها را به سه نوع هوازی (برای حذف مواد آلی و اکسیداسیون آمونیاک به نیترات)، انوکسیک (برای حذف نیتروژن از نیترات به گاز نیتروژن) یا بی‌هوازی (برای حذف مواد آلی) تقسیم بندی کرد. به طور معمول، ممبران تصفیه آب صنعتی پس از بیوراکتورهای هوازی یا بی‌هوازی (به ترتیب، فرآیندهای MBR و An MBR) نصب می‌شود.
سه نوع بیوراکتور وجود دارد:
- بیوراکتورهای رشد معلق، جایی که زیست توده به لخته (فلوک‌ها) تبدیل می‌شود.
- بیوراکتورهای رشد متصل (یا بیوفیلم)، که در آن زیست توده متصل به حامل‌ها رشد می‌کند.
- بیوراکتورهای هیبریدی که ترکیبی از بیوراکتورهای رشد معلق و بیوفیلم است.
به طور معمول، بیوراکتورهای رشد معلق آن‌هایی هستند که برای فرآیندهای MBR استفاده می‌شوند. در صورت طراحی مناسب، بیوراکتورهای هیبریدی نیز می‌توانند مورد استفاده قرار گیرند.
ممبران‌ها
در فرآیند MBR، ممبران‌ها به عنوان یک دستگاه جداسازی جامد از مایع عمل می‌کنند و قبل از تخلیه پساب تصفیه‌شده به طبیعت، زیست توده را در بیوراکتور نگه می‌دارند. در واقع، آنها جایگزین کلاریفایر‌های مورد استفاده در فرآیند لجن فعال معمولی هستند.
ممبران‌های میکروفیلتراسیون (MF) و اولترافیلتراسیون (UF) در فرایند‌های MBR استفاده می‌شوند. به طور معمول، ممبران‌های UF به دلیل ویژگی‌های جداسازی برتر آنها (توانایی حذف برخی از کلوئیدها و ویروس‌ها) و تمایل کمتر آنها به فولینگ (به دلیل ابعاد کوچکتر منافذ، خطر کمتری برای مسدود شدن منافذ دارند) ترجیح داده می‌شوند.
همچنین ببینید: سیستم تصفیه آب اولترافیلتر UF
سه نوع هندسه غشایی برای MBR ها استفاده می‌شود:
- الیاف توخالی (Hollow fibre)؛
- صفحه تخت؛
- لوله ای (tubular) (یا چند لوله ای).
پیکربندی‌های دیگر، مانند اسپایرال (spiral wound)، برای کاربردهای MBR به دلیل حساسیت آنها به محتویات جامدات معلق مناسب نیستند.
انواع بیوراکتور غشایی
سیستم‌های MBR را می‌توان به دو دسته کلی تقسیم‌بندی کرد:
بیوراکتورهای غشایی داخلی یا غوطه‌ور
این بیوراکتورها به گونه‌ای پیکربندی شده‌اند که المان فیلتراسیون در بیوراکتور اصلی یا در یک مخزن جداگانه اما متصل نصب شده باشد. ممبران‌ها می‌توانند صفحه تخت، لوله ای یا ترکیبی باشند. ممبران‌ها می‌توانند از یک سیستم شستشوی معکوس استفاده کنند که پرمیت را به داخل ممبران پمپ می‌کند تا فولینگ را کاهش دهد. بیوراکتورهای غشایی غوطه ور انرژی کمتری نسبت به بیوراکتورهای جریان جانبی مصرف می‌کنند.
بیوراکتورهای غشایی خارجی یا جریان جانبی
این بیوراکتورها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که المان فیلتراسیون در خارج بیوراکتور نصب می‌شود، معمولاً در اتاق مجزا. تمیز کردن و خیساندن ممبران‌ها را می توان با استفاده از یک سیستم تمیزکننده نصب شده انجام داد.
مراحل تصفیه آب به روش بیوراکتور غشایی
فرآیند بیوراکتور غشایی یک روش نوآورانه برای تصفیه فاضلاب است که ترکیبی از فرآیند سنتی لجن فعال و فیلتراسیون غشایی پیشرفته را در خود جای داده است. در ابتدا، فرآیند زیستی با سیستم لجن فعال آغاز می‌شود که در آن میکروارگانیسم‌ها مواد آلی موجود در فاضلاب را تجزیه می‌کنند. سپس، مرحله فیلتراسیون غشایی به کار گرفته می‌شود که در آن غشاهای با منافذ فوق‌العاده ریز، آب تصفیه شده را فیلتر می‌کنند و به‌طور موثر هر نوع جامدات، باکتری‌ها و ویروس‌های باقی‌مانده را به دام می‌اندازند. نتیجه این فرآیند، آب تصفیه شده با کیفیت بالاست که استانداردهای زیست‌محیطی سخت‌گیرانه را برآورده می‌کند. سیستم‌های MBR به خاطر کارایی، طراحی فشرده و قابلیت تطبیق، شناخته شده‌اند و به عنوان گزینه‌ای برتر برای هر دو مورد تصفیه فاضلاب و آب آشامیدنی محسوب می‌شوند.
ترکیبات قابل حذف با روش بیوراکتور غشایی
بیوراکتور غشایی قادر است ترکیبات آلی و غیرآلی موجود در فاضلاب از جمله مواد آلی، نیتروژن، فسفر و مواد آلاینده دیگر را حذف کند. ممبران‌ها در این فرایند به عنوان فیلترهای موثر عمل می‌کنند که ترکیبات آلاینده را جذب و جداسازی می‌کنند.
مزایای تصفیه آب به روش بیوراکتور غشایی
- تولید پساب صنعتی با کیفیت بسیار بالا (پساب تصفیه شده برای تغذیه مستقیم به فرآیند اسمز معکوس (RO) از کیفیت بالایی برخوردار است.)
- کاهش نیاز به فضای بزرگ،
- کارایی بالا در حذف ترکیبات آلی و غیرآلی،
- کاهش مصرف انرژی و مواد شیمیایی،
- کنترل مستقل زمان ماند هیدرولیکی (HRT) و زمان ماند لجن (SRT)،
- قابلیت اجرای آسان و کنترل پذیری بالا.
کاربردهای تصفیه آب به روش بیوراکتور غشایی
در حال حاضر، فناوری MBR به طور گسترده برای تصفیه انواع مختلف جریان‌های فاضلاب مانند تصفیه فاضلاب شهری، تصفیه فاضلاب صنعتی و شیرابه زباله استفاده می‌شود.
تصفیه فاضلاب شهری
سیستم‌های MBR ابتدا برای کاربردهای تصفیه فاضلاب شهری با تمرکز بر روی استفاده مجدد و بازیافت آب توسعه یافتند. MBR به دلیل اندازه کوچک، توانایی تولید آب قابل استفاده مجدد و عملکرد بدون مشکل آن، فرایندی ایده‌آل برای بازیافت فاضلاب شهری در مکان‌ها با فضای محدود می‌باشد.
تصفیه فاضلاب صنعتی
جریان‌های پسماند صنعتی ممکن است شامل بار آلی بالا و مواد شیمیایی باشند که پردازش یا تجزیه آنها بسیار دشوار است، بنابراین استفاده از روش‌های جایگزین مانند MBR را مطلوب‌تر می‌کند.
در واقع، MBR ها به طور کامل زیست توده را حفظ می‌کنند و این امر باعث افزایش تنوع زیستی جمعیت باکتری‌ها و پروتوزوآها می‌شود که به تجزیه بیولوژیکی مواد مقاوم (مانند علف‌کش‌ها، حشره‌کش‌ها و غیره) کمک می‌کند.
تصفیه شیرابه زباله
علاوه بر تصفیه فاضلاب‌های شهری و صنعتی، MBRها در حوزه‌های مختلف دیگری نیز مورد استفاده قرار گرفته‌اند. یکی از این موارد، تصفیه شیرابه‌های زباله است. شیرابه‌های زباله معمولاً حاوی غلظت‌های بالایی از ترکیبات آلی و غیرآلی هستند. سیستم‌های MBR با استفاده از مراحل تصفیه اضافی برای حذف ترکیبات غیرآلی و فلزات سنگین، مانند فرآیندهای نانوفیلتراسیون و اسمز معکوس، با موفقیت مورد استفاده قرار می‌گیرند.
