MBR مقابل MBBR: "مفارقة MLSS" وتأثيرها على بصمة محطة المعالجة

في قطاع معالجة مياه الصرف الصحي المتقدم، تعد المفاعلات الحيوية الغشائية (MBR) ومفاعلات الأغشية الحيوية ذات الطبقة المتحركة (MBBR) من أبرز التقنيات. ومع ذلك، عندما يقارن المهندسون والمصممون معاييرهم الأساسية، على وجه التحديد المواد الصلبة العالقة المختلطة (MLSS) - غالبًا ما يواجهون "مفارقة" غير بديهية.

تعمل أنظمة MBR عادةً بتركيزات عالية جدًا من MLSS (8000-12000 ملجم/لتر)، بينما يبدو أن أنظمة MBBR تعمل بتركيزات أقل بكثير في الطور السائل.

تشرح هذه المقالة سبب وجود هذا الاختلاف، وتستكشف التحول الأساسي من النمو المعلق إلى النمو المرتبط، وتستخدم 500 م ³ دراسة حالة يومية لتوضيح كيف تؤثر هذه الاختلافات البيولوجية بشكل مباشر على البصمة المادية وتخطيط محطة المعالجة.

الجزء الأول: فك رموز الاختلاف البيولوجي ("مفارقة MLSS")

يكمن السبب الجذري للتباين في MLSS في الطريقة الأساسية التي تضم بها هاتان التقنيتان القوى العاملة الميكروبية.

1. إم بي آر: MLSS عالي من خلال الاحتفاظ المادي

المبدأ الأساسي: "فقط الماء يخرج، والحمأة تبقى."

تستخدم أنظمة MBR أغشية ذات أحجام مسام صغيرة جدًا (عادةً حوالي 0.04 μ م) لفصل المواد الصلبة والسائلة. يعمل الغشاء كحاجز مثالي. تتخلل المياه النظيفة، ولكن يتم الاحتفاظ بالبكتيريا وتكتلات الحمأة بالكامل داخل المفاعل الحيوي.

ونظرًا لعدم قدرة الحمأة على الهروب، يمكن للمشغلين "زراعة" تركيزات عالية للغاية من الحمأة المنشطة.

• القياس: فكر في دبابة MBR باعتبارها دبابة ساحة مزدحمة . للتعامل مع عبء عمل أعلى (الملوثات)، يقوم المهندسون بحشر عدد من العمال (البكتيريا) بقوة يتراوح بين 3 إلى 4 أضعاف ما يمكن أن يستوعبه النظام التقليدي.

2. مببر: MLSS منخفض السيولة من خلال النمو المرفق

المبدأ الأساسي: القوى العاملة تكون في «البيوت» (الإعلام)، وليس في الشارع (المياه).

تعتمد تقنية MBBR على عملية النمو المرفقة . عوامل المعالجة الأولية هي الكائنات الحية الدقيقة التي تلتصق بالأسطح المحمية للحوامل البلاستيكية المعلقة (الوسائط)، وتشكل مادة قوية بيوفيلم .

إذا قمت بقياس المواد الصلبة العالقة في الطور السائل لخزان MBBR، فإن MLSS يكون عادةً منخفضًا (2000-4000 ملجم/لتر)، على غرار الحمأة المنشطة التقليدية. ومع ذلك، هذا مضلل. تكمن قوة العلاج الحقيقية للنظام في الكتلة الحيوية المرتبطة بالوسائط. عندما يتم حساب هذا الغشاء الحيوي، فإن "الكتلة الحيوية المكافئة" من MBBR مرتفع جدًا، وغالبًا ما يمكن مقارنته بـ MBR.

• القياس: MBBR يدور حول بناء عالي الكثافة الإسكان للبكتيريا. والمياه في «الشوارع» صافية نسبياً لأن معظم السكان يعملون داخل «منازلهم».

ملخص الاختلافات البيولوجية

تملي هذه الأساليب المتميزة تركيزات تشغيلية مختلفة:

الجزء الثاني: من علم الأحياء إلى البصمة (أ 500 م ³ دراسة الحالة)

كيف تترجم هذه الاختلافات البيولوجية إلى واقع مادي؟ النتائج غالبا ما تكون مفاجئة.

لتوضيح ذلك، قمنا بمحاكاة تصميم مقارن لمحطة معالجة مياه الصرف الصحي البلدية بسعة 500 طن / يوم (500 م ³ /د) .

1. نتائج مقارنة الحساب

كما هو مبين في الجدول أدناه، يختلف إجمالي الحجم المدني المطلوب للنظامين بشكل كبير، ويرجع ذلك في المقام الأول إلى متطلبات التوضيح.

2. تحليل اختلافات التخطيط

إم بي آر: وضع النبات في "صندوق"

يحقق MBR الاكتناز الشديد من خلال دمج الفصل في الخزان البيولوجي.

• لا يوجد توضيح ثانوي: تحتل المصفيات التقليدية مساحة كبيرة من الأرض. تقوم MBR بشكل أساسي "بقطع" خطوة العملية بأكملها باستخدام الأغشية.
• المقايضة: في حين يتم تقليل الأعمال المدنية، فإن MBR يتطلب استثمارات كبيرة في المعدات الكهروميكانيكية، بما في ذلك ألواح الأغشية، ومضخات الغسيل العكسي المعقدة، وأنظمة التنظيف الكيميائي (CIP)، وضواغط الهواء عالية الطاقة الموجودة في غرفة معدات كبيرة.

مببر: "قلب" قوي مع "أطراف" تقليدية

يستخدم MBBR مفاعلًا بيولوجيًا عالي الكفاءة يتبعه فصل تقليدي.

• مفاعل فعال: نظرًا لأن الأغشية الحيوية الموجودة على الوسائط تحتوي على كمية كبيرة من الكتلة الحيوية النشطة، فإن كفاءة إزالة BOD عالية جدًا، مما يؤدي إلى مفاعل حيوي مدمج (60 فقط م ³ في هذا المثال).
• ضرورة التسوية: MBBR هي عملية مستمرة حيث يقوم الأغشية الحيوية القديمة بشكل طبيعي "بإزاحة" الوسائط إلى الماء. ولذلك فإن النفايات السائلة مust المرور عبر مُنقي عالي الكفاءة (مثل Tube Settler أو DAF) لفصل هذه المواد الصلبة؛ وبخلاف ذلك، فإن النفايات السائلة النهائية لن تفي بمعايير التفريغ للمواد الصلبة العالقة.

دليل الاستنتاج والاختيار

إن الاختيار بين MBR وMBBR لا يتعلق بالتكنولوجيا "الأفضل"، بل بأي مجموعة من المقايضات تناسب قيود المشروع المحددة.

اختر MBR عندما:

• الفضاء هو العائق الأساسي: مثالية للمحطات الحضرية تحت الأرض أو أقبية الفنادق أو المستشفيات حيث تكون أسعار الأراضي باهظة.
• مطلوب إعادة استخدام عالية الجودة: تتم تصفية النفايات السائلة بشكل فائق، مع SS بالقرب من الصفر، مما يجعلها مناسبة لإعادة الاستخدام المباشر غير الصالح للشرب.

اختر MBBR عندما:

• البساطة التشغيلية أمر بالغ الأهمية: يفضل العميل نظامًا متينًا لا يتطلب مراقبة يومية لضغط الغشاء أو أنظمة تنظيف الغشاء.
• وهو مشروع تحديثي: يمكن في كثير من الأحيان إضافة الوسائط ببساطة إلى خزانات التهوية الموجودة لزيادة السعة دون الحاجة إلى أعمال مدنية كبرى.
• تتقلب جودة التأثير: يجعل هيكل الأغشية الحيوية MBBR شديد المقاومة لأحمال الصدمات، وهو أمر شائع في التطبيقات الصناعية.

الأسئلة المتداولة: اختيار وتشغيل MBR مقابل MBBR

1. الاقتصاد: ما هو النظام الأكثر فعالية من حيث التكلفة؟

يعتمد ذلك على كيفية قياس التكلفة (رأس المال مقابل التشغيل):

• النفقات الرأسمالية (التكلفة الأولية): MBBR أرخص بشكل عام. أغشية MBR هي منتجات دقيقة باهظة الثمن. ومع ذلك، إذا كانت أسعار الأراضي مرتفعة للغاية، فإن وفورات العمل المدني التي توفرها MBR قد تعوض تكلفة المعدات.
• النفقات التشغيلية (تكلفة التشغيل): MBBR أرخص بكثير. يتطلب MBR استهلاكًا عاليًا للطاقة لتجفيف الهواء (للحفاظ على نظافة الأغشية) وعوامل التنظيف الكيميائية المنتظمة. تتميز MBBR بمتطلبات طاقة أقل ولا توجد تكاليف كيميائية للمرحلة البيولوجية.

2. العمر الافتراضي: كم مرة أحتاج إلى استبدال المكونات الأساسية؟

• أغشية إم بي آر: عادة من 5 إلى 8 سنوات اعتمادا على العلامة التجارية ونوعية المياه. استبدال الأغشية هو نفقة رأسمالية كبيرة.
• وسائل الإعلام مببر: عادة 15 إلى 20 سنة . تتميز الوسائط البلاستيكية HDPE بأنها متينة للغاية ونادرًا ما تحتاج إلى الاستبدال، ولا تحتاج إلا إلى "عمليات إضافية" من حين لآخر في حالة فقدان بعضها.

3. الصيانة: أيهما أصعب في التشغيل؟

• MBR: يتطلب عملية ماهرة . يجب على المشغلين مراقبة ضغط الغشاء (TMP)، وإدارة الغسيل العكسي التلقائي، وإجراء التنظيف الكيميائي الموضعي (CIP) باستخدام الأحماض/الكلور. إذا انسداد الغشاء، يتوقف النبات.
• MBBR: يتطلب صيانة منخفضة . إنها عملية التنظيم الذاتي. تتضمن الصيانة الرئيسية فحص شبكات الاحتفاظ (لضمان عدم هروب الوسائط) ونظام التهوية. إنه أكثر تسامحًا مع خطأ المشغل.

4. المعالجة المسبقة: هل أحتاج إلى شاشات جيدة؟

• MBR: نعم حرجة. أنت بحاجة إلى مصافي دقيقة جدًا (أسطوانات بحجم 1 مم - 2 مم) لمنع الشعر والحطام من إتلاف الأغشية أو انسدادها. سوء المعالجة المسبقة يقتل MBRs.
• MBBR: قياسي. عادةً ما تكون الحواجز الخشنة أو المتوسطة القياسية (3 مم - 6 مم) كافية، وذلك بشكل أساسي لمنع انسداد شبكات الاحتفاظ.

5. التعديل التحديثي: هل يمكنني ترقية خزانتي الحالية؟

• MBBR: مرشح ممتاز. يمكنك غالبًا تفريغ الوسائط في خزان تهوية موجود (نسبة تعبئة تصل إلى 60-70%) لزيادة قدرة المعالجة دون بناء خزانات جديدة.
• MBR: صعب. عادةً ما يتطلب تحويل الخزان القياسي إلى MBR تعديلًا مدنيًا كبيرًا لتركيب ألواح غشائية وبناء غرفة جديدة للمضخات والمنافيخ.

6. إزالة النيتروجين: أيهما أفضل؟

كلاهما يمكن أن يحقق إزالة عالية للنيتروجين، ولكن MBBR غالبًا ما يتم تفضيله لنزع النتروجين المتخصص. يسمح هيكل الغشاء الحيوي بوجود "طبقات نقص الأكسجين" في عمق الغشاء الحيوي حتى في خزان هوائي (النترجة ونزع النتروجين المتزامنين - SND)، والذي يمكن أن يكون فعالًا للغاية.

7. المناخ البارد: كيف يكون أداؤهم في الشتاء؟

• MBBR يميل إلى أن يكون أكثر مرونة في الماء البارد. يوفر الغشاء الحيوي "موطنًا وقائيًا" للبكتيريا، مما يجعلها أقل عرضة لانخفاض درجات الحرارة مقارنة بالحمأة العالقة.