تصفیه فاضلاب به روش MBR

فرآیندهای بیوراکتور غشایی یا MBR (Membrane Bioreactor)، یکی از جدیدترین تکنولوژی های تصفیه فاضلاب است که این سیستم در واقع همان فرآیند لجن فعال رشد معلق است که جداسازی فاز مایع و جامد فاضلاب به وسیله فیلتر غشایی انجام می‌شود. در واقع این فرایند با ترکیب واحدهای هوادهی، ته نشینی ثانویه (زلالسازی) و فیلتراسیون در یک راکتور بیولوژیکی (بیوراکتور) خود را جایگزین فرآیند لجن فعال متعارف نموده است.

در فرآیند MBR، سیستم ممبران، جایگزین واحد ته نشینی (زلال سازی) برای جداسازی جامدات معلق شده است. غشاهای مورد استفاده در سیستم MBR در محدوده میکروفیلتراسیون و اولترافیلتراسیون قرار گرفته اند، بنابراین در تصفیه فاضلاب به روش MBR قادر خواهیم بود ذرات با قطر بیشتر از 0.04 میکرومتر (MWCO:150 kDalton) را حذف کنیم. این روش در تصفیه انواع فاضلاب های بهداشتی و صنعتی به کار برده می‌شود.
در این فرآیند با ترکیب دو سیستم ته نشینی ثقلی و سیستم جدا کننده ممبرانی با همدیگر باعث افزایش پایداری در بهره برداری از سیستم، کاهش تولید لجن مازاد و بالا بردن کیفیت پساب خروجی می‌شویم.
هر چند عرضه اولین محصولات MBR به اواخر دهه 1960 بر می‌گردد، اما فن آوری راکتورهای زیست غشایی MBR هنوز مراحل ابتدایی توسعه فنی خود را می گذراند؛ زیرا ورود غشاهای مستغرق به بازار و ایجاد تحول در فروش آن ها از دهه 1990 آغاز شده است.
مطالعه در خصوص این روش نشان دهنده مقرون به صرفه بودن این روش در تصفیه فاضلاب صنعتی به منظور بازگردانی پساب تصفیه شده به چرخه استفاده مجدد می باشد و به همین دلیل در سال های اخیر بیشتر مورد توجه قرار گرفته است.
برای حذف و جداسازی جرم سلولی از فاضلاب می توانیم از بیوراکتورهای غشایی در سیستم رشد معلق هوازی و بی هوازی استفاده کنیم که البته در فرایند MBR ممبران ها به صورت مستغرق در واحد هوادهی قرار می گیرند.
در این روش فاضلاب وارد بیوراکتور می شود، همچنین مقداری هوا نیز توسط دیفیوزرهای هوادهی از کف وارد بیوراکتور می شوند و در این واحد تجزیه بیولوژیکی مواد موجود در فاضلاب انجام می شود، سپس توده بیولوژیکی وارد غشا ممبرانی جهت جداسازی و فیلتراسیون می شود و برای تامین نیروی لازم برای عبور آب از غشا از یک پمپ مکش استفاده می شود، همچنین لجن مازاد تولید شده در این فرایند توسط یک پمپ به صورت مستقیم از واحد هوادهی خارج می شود. 
هوادهی در این تانک به چند منظور صورت می گیرد:
• تامین اکسیژن محلول به منظور تجزیه کامل مواد آلی 
• ایجاد نیروی حرکتی به منظور حرکت مارپیچی فاضلاب و در نتیجه افزایش زمان تماس و افزایش تجزیه میکروبی
• هوادهی باعث ایجاد جریان آشفته و تلاطم شده بنابراین از تولید لایه کیک لجن بر روی غشا جلوگیری می کند
• عدم تولید بوهای نامطلوب
سیستم های MBR دارای دو چیدمان اصلی هستند:

1. سیستم یکپارچه با نام "غشا مستغرق" 
• غالبا از غشاهای با الیاف تو خالی و یا غشاهای صفحه ای استفاده می شود
• مناسب فاضلاب های با جریان متوسط و زیاد
• نیروی محرکه لازم برای فرایند جداسازی در غشا، گرادیان فشار در دو سمت بیرونی و درونی غشا می باشد

2. سیستم جداگانه با نام "غشا خارجی"
• غالبا از غشاهای تخت یا هالوفایبر استفاده می شود
• مناسب فاضلاب های با جریان کم و بار آلودگی زیاد
• نیرو محرکه غشا، فشاری است که به واسطه سرعت حرکت سریع جریان به طور هم جهت با غشا در طول سطح آن ایجاد می شود

انواع غشا
غالبا غشاها دارای پنج شکل زیر هستند:
1. صفحه و قاب 
2. مارپیچی
3. فیبر توخالی
4. لوله ای
5. دیسک دوار و استوانه ای
اما عمدتا در سیستم های MBR از غشاهای صفحه ای (Flat Sheet)، لوله ای (Tubular) و فیبر تو خالی (Hollow Fiber) استفاده می شود.

مزایای سیستم MBR
1. طراحی مناسب و اشغال فضای کم
2. حذف مخزن ته نشینی
3. کیفیت بسیار خوب پساب خروجی و حذف خوب کدورت، TSS، BOD و جداسازی کامل توده بیولوژیک از آب 
4. امکان تغییر فرآیندهای لجن فعال متعارف به لجن فعال ممبرانی 
5. امکان کوچکتر کردن مخزن هوادهی به علت استفاده از غلظت بالای MLSS
6. کاهش تولید لجن
7. انعطاف پذیری برای فاضلاب های مختلف
8. با کاهش نرخ تولید لجن، زمان ماند سلولی (SRT) افزایش می یابد
9. کاهش زمان ماند هیدرولیکی (HRT)
10. کنترل مستقل HRT و SRT
11. شروع به کار سریع سیستم
12. افزایش ظرفیت تصفیه خانه های موجود
13. تعداد مراحل کمتر برای دستیابی به کیفیت بهتر در خروجی 
14. سیستم های مدولار با افزودن مدول های دیگر به راحتی قابل توسعه هستند
15. بارگذاری عالی بیشتر نسبت به راکتورهای مرسوم
16. سرعت بالای تجزیه و تولید بسیار کم لجن
17. کنترل بو 

معایب سیستم MBR 
1. قیمت بالای ممبران های فیلتراسیون و در نتیجه افزایش قیمت تمام شده سیستم تصفیه 
2. مشکلات مربوط به بهره برداری ناشی از گرفتگی غشاها، طول عمر غشاها و تناوب زمانی تمیز کردن آنها
3. عدم تولید غشاهای فیلتراسیون با کیفیت عالی در داخل کشور
4. نیاز به نیروی متخصص و با مهارت 
5. افزایش هزینه های ناشی از مصرف انرژی بالاتر
6. هزینه های بالای بهره برداری
7. حساسیت غشا به برخی مواد شیمیایی

پارامترهای مهم در انتخاب و طراحی سیستم MBR
• زمان ماند هیدرولیکی (HRT)
• زمان ماند لجن (SRT)
• شار یا فلاکس عبوری از غشا
• شرایط لجن فعال مورد استفاده مانند غلظت ذرات معلق، سن لجن، فعالیت میکروارگانیسم ها و pH
• نسبت غذا به میکروارگانیسم ها (F/M)
• دمای عملیاتی
• خصوصیات غشا مانند اندازه منافذ، تخلخل، آبگریزی و بار سطحی و...

روش های جلوگیری و کنترل گرفتگی در راکتورهای زیست غشایی (MBR)
1. انتخاب غشای مناسب
2. پیش تصفیه سیال ورودی به غشا
3. بهبود شرایط عملیاتی
4. شستشوی دوره ای (بکواش) و شیمیایی به موقع

عوامل موثر بر توسعه فن آوری MBR 
1. مقررات سخت گیرانه و جدید وضع شده برای تخلیه پساب و تصفیه فاضلاب 
2. کم آبی در نقاط مختلف
3. ارائه مشوق هایی از طرف کشورها برای اختراع های عرضه فناوری آب به ویژه بازیافت آن
4. کاهش هزینه های سرمایه گذاری اولیه فن آوری MBR
5. افزایش اطمینان به کارایی راکتور MBR