تصفیه فاضلاب به روش MBBR

فرآیند رشد بیولوژیکی با بستر رشد معلق یا (MBBR (Moving Bed Biological Reactor نوعی از فرآیندهای بیولوژیکی هوازی محسوب می‌شوند. این فرایند از زیر شاخه‌های لجن فعال می‌باشد که با اضافه کردن مدیاهای معلق پلاستیکی از جنس پلی اتیلن و یا پلی پروپیلن باعث افزایش کارایی و بازدهی سیستم شده است. در واقع فرآیند MBBR یک فرآیند تصفیه بیولوژیکی بسیار موثر بر پایه ترکیب لجن فعال معمولی و محیط بیوفیلم است.
مهم ترین کاربرد فرآیند MBBR، استفاده از آن برای حذف BOD، نیتریفیکاسیون و دینیتریفیکاسیون است. در این فرایند از مدیاهای شناور در حوض هوادهی استفاده می‌شود. بیوفیلم یا توده میکروبی بر روی این مدیاهای غوطه‌ور رشد کرده و به این ترتیب بیوفیلم ‌ها عمل تجزیه مواد آلی را انجام می‌دهند.
در بین روش‌ های معمول تصفیه بیولوژیکی، روش ‌MBBR یک روش موثر در تصفیه فاضلاب است. استفاده از این روش برای حذف مواد آلی در فاضلاب دارای سرعت و کارایی بالایی می‌باشد.
وجود معایب و محدودیت ‌ها در روش‌ های متفاوت تصفیه بیولوژیکی پساب ‌ها، سبب طرح شدن ایده راکتور بستر سیال در اواخر دهه هشتم قرن نوزدهم شد که در اروپا به شدت مورد توجه قرار گرفت و باعث دستیابی به فناوری MBBR در نروژ شد. راکتورهای MBBR نزدیک به دو دهه قبل برای اولین بار مورد استفاده قرار گرفت و در اواخر دهه 1980 و اوایل دهه 1990 در کشور نروژ گسترش یافت و در آمریکا و اروپا به ثبت رسید. عملا آغاز توسعه فرآیند MBBR در سال 1988 با پیشنهاد سازمان کنترل آلودگی نروژ برای طراحی تاسیسات کوچک تصفیه فاضلاب شکل گرفت. شرکت نروژی Kaldness نیز برای اولین بار به طراحی و توسعه این فرآیند برای ساخت تاسیسات کوچک تصفیه فاضلاب اقدام کرد.
برخلاف بیشتر راکتورهای بیوفیلمی، این سیستم از بیشتر حجم تانک هوادهی برای رشد بیومس استفاده می‌کند و گاهی تا 70 درصد حجم تانک را بیوفیلم‌ ها پر می‌کنند.
تامین اکسیژن مورد نیاز در فرآیند MBBR از دیفیوزرهای موجود در کف حوض هوادهی است که عاملی برای معلق ماندن مدیاها نیز هستند.

واحدهای اصلی سیستم MBBR
واحدهای اصلی سیستم MBBR شامل تصفیه مقدماتی، حوض هوادهی (واحد اختلاط، حامل‌های بیوفیلم و شبکه توری)، حوض ته‌ نشینی و واحد گندزدایی است.

مزایای سیستمMBBR
1. نسبت به سایر فرایندها تولید لجن کمتری دارد و همچنین قابلیت ته‌نشینی و فشردگی بیشتر دارد و غلیظ‌تر است
2. راندمان بسیار بالا در حذف مواد آلی 
3. این سیستم کارکردی ساده دارد، نیاز به بازگشت لجن نیست و مشکلات ناشی از گرفتگی مدیا در آن کم می‌باشد بنابراین بهره برداری از سیستم آسان و تجهیزات سیستم نیاز به نگهداری کمتر دارند
4. طراحی قابل انعطاف سیستم و قابلیت افزایش ظرفیت تصفیه 
5. در ظرفیت‌های پایین سیستم عملکرد بهتری دارد در واقع هرچه سیستم کوچک‌تر باشد، کارایی و راندمان آن بالاتر می‌باشد
6. کاهش فضای بدون استفاده در تانک
7. نداشتن محدودیت در انتخاب شکل مقطع سیستم
8. بعضی از میکروارگانیسم ‌هایی که در تصفیه خانه های فاضلاب‌ های بهداشتی دارای اهمیت می‌باشد در این روش امکان رشد و تکثیر بیشتری پیدا می‌کنند
9. در برابر شوک ‌های بار سمی تحمل بالایی دارد
10. ایجاد پدیده بالکینگ در حوض ‌های ته نشینی ثانویه وجود ندارد
11. هزینه ‌های اجرایی و نگهداری آن کم و لذا مقرون به صرفه می‌باشد
12. MLVSS در این سیستم تصفیه بالاست
13. به دلیل زمان ماند کمتر حوضچه‌های هوادهی، انرژی لازم برای این فرایند کمتر می‌باشد و همچنین کاهش اندازه تانک هوادهی و زمین مورد نیاز برای تصفیه خانه را نیز شاهد هستیم
14. عدم نیاز به شستشوی معکوس (Backwash) در این سیستم
15. حذف کامل جامدات
16. افزایش ثبات فرایند

معایب سیستم MBBR
1. استفاده از حباب‌های ریز در فرایند، ایجاد گرفتگی بیشتری  می‌کند
2. انرژی مورد نیاز بیشتر نسبت به فرایندهای دیگر
3. ضعیف ‌تر بودن خاصیت ته‌نشینی در فاضلاب خروجی نسبت به فرایند لجن فعال 
4. هزینه‌های تهیه مدیاهای معلق بالاست
5. معلق بودن مدیاها، ته نشین شدن آنها و مشکلات عملیاتی ممکن است باعث کاهش بازدهی سیستم شود
این روش در تصفیه فاضلاب های بهداشتی، بیمارستانی و صنعتی ازقبیل صنایع غذایی و لبنی، صنایع فولاد، پالایشگاه نفت، پتروشیمی، صنایع شیمیایی و.... کاربرد دارد.
از مهمترین اجزای روش MBBR می‌توان به مدیا، سیستم هوادهی و اختلاط و شبکه سیمی اشاره کرد.

مدیا
در این روش در مخزن هوادهی برای افزایش سطح نسبت به حجم از مدیا استفاده می‌کنند. میکروارگانیسم‌ های موجود به سطح چسبیده و مواد آلی موجود در فاضلاب را تجزیه می‌کنند. این افزایش سطح سبب افزایش سطح تماس فاضلاب و میکروارگانیسم ‌ها می‌شود که باعث تصفیه بهتر و کارامد تر فاضلاب می گردد و همچنین ابعاد مخزن هوادهی نیز کاهش می‌یابد.
سطح مخصوص مدیاها متفاوت می‌باشد و معمولا این سطح مخصوص بین 350 تا 1200 متر مربع بر متر مکعب (m2/m3) هستند. هرچه سطح ویژه مدیا بیشتر، کیفیت فاضلاب تصفیه شده بهتر ولی هزینه ‌آن بیشتر و گران تر خواهد بود. استفاده از مدیا باعث بهبود شاخص حجمی لجن(SVI) می‌شود.
مدیاهای استفاده شده ممکن است از گرانول‌های کربن فعال، ذرات سیلیس و مواد پلیمری تشکیل شده باشد. معمولا مدیاها از جنس HDPE، پلی اتیلن یا پلی پروپیلن با وزن مخصوص تقریبا 0.97 می‌باشد.
مدیاهای موجود در تانک، توسط هوادهی با دیفیوزر و یا اختلاط با میکسر به صورت معلق خواهند بود. حجم مدیای استفاده شده در تانک 50 تا 70 درصد تانک می‌باشد. مهم ترین موارد و مشخصات فنی در انتخاب مدیاهای پرکننده شامل جنس بستر، شکل هندسی، ابعاد و دانسیته‌ بستر، مساحت سطح ویژه و هزینه تولید آنهاست. یکی از مزایای این سیستم امکان تغییر ظرفیت سیستم با تغییر حجم مدیا نسبت به راکتور است.

عوامل موثر بر انتخاب نوع مدیا
1. میزان سطح مخصوص مورد نیاز
2. حجم راکتور
3. نوع ترکیب فاضلاب
4. دمای‌ بهره برداری
5. شکل راکتور
6. درصد پرشدگی راکتور
7. زمان ماند
8. نوع جریان و اختلاط در راکتور

سیستم هوادهی و  اختلاط 
برای معلق نگه داشتن مدیا در حوض هوادهی از روش‌های مختلفی استفاده می‌شود. سیستم هوادهی با استفاده از دیفیوزر با تولید حباب ‌های هوا باعث معلق نگه داشتن مدیا که وزن مخصوص آن نزدیک به آب است می‌شود. همچنین در صورتیکه بخواهیم شرایط بی‌هوازی یا آنوکسیک در تانک حاکم باشد می‌توان با استفاده از میکسر ایجاد اختلاط کرد و یا با استفاده از پمپ کردن جریان مایع با سرعت بالا داخل راکتور می‌توان سبب آشفتگی جریان و معلق ماندن مدیاها شد.

شبکه سیمی
با معلق ماندن مدیاها و خروج جریان از راکتور امکان خروج مدیا همراه با جریان از راکتور بالا می‌رود به همین جهت برای جلوگیری از خروج مدیا از تانک از صفحات مشبکی با سوراخ‌ هایی معمولا به ابعاد 5 در 25 میلی متر استفاده می‌شود. در سیستم‌ های MBBR از دو نوع توری استوانه‌ای و تخت براساس نوع فرایند استفاده می‌شود.