מודול ממברנה MBR בעמודה

מודול ה-MBR העמודי (Membrane Bioreactor) (מכלול ביו-ריאקטור קרום עמודים חיצוני/שקוע) הוא ציוד ליבה לטיפול במים המשלב הפרדת ממברנות-בדיוק גבוה ותגובה ביוכימית יעילה. הוא מורכב בעיקר מצרורות ממברנות סיבים חלולים המוקפים במבנה עמודי, המחולקים לשני סוגים עיקריים: מונע בלחץ- חיצוני ואקום שקוע-. בשימוש נרחב בטיפול בשפכים תעשייתיים מתקדמים, טיפול מקדים בהכנת מים טהורים ופרויקטים של שימוש חוזר במים-מתקדמים, הציוד כולל צפיפות אריזה גבוהה של מודול ממברנה, יכולת אנטי- חזקה לזיהום ויציבות תפעולית מעולה. הוא יכול להשיג יירוט עמוק של מוצקים מרחפים, מיקרואורגניזמים ומזהמים עקשן בביוב, עם איכות שפכים עדיפה על זו של MBR-שטוחים. כציוד מועדף לתרחישי טיפול במים-מתקדמים, הוא מתאים לפרויקטים גדולים ובינוניים של טיפול במים מרכזיים-וצורכי טיהור מיוחדים של איכות מים.

בהתבסס על העיקרון השיתופי של "התפרקות ביולוגית + הפרדת ממברנה", מודול MBR העמודים שונה באופן משמעותי מ-MBR של גיליון שטוח- במבנה ובמצב הפעולה של מודול הממברנה. הוא מממש הפרדת נוזלים- יעילה באמצעות ממברנות סיבים חלולים המוקפים בצורה עמודית. עיקרון הליבה מורכב משלושה שלבים, האיזון בין יעילות הפירוק ובקרת התכלות של הממברנות:
1. פירוק ביולוגי
מודול ה-MBR העמודי החיצוני דורש ביו-ריאקטור עצמאי, שבו המשקאות המעורבים נשאבים לתוך עמודת הממברנה. מודול ה-MBR העמודים השקוע ממוקם ישירות בכור, שם קהילות מיקרוביאליות (חיידקים אירוביים, חיידקים מחנקים, חיידקים דניטריפיים וכו') בבוצה הפעילה מפרקות מזהמים אורגניים, חנקן אמוניה וחומרים מזיקים אחרים. המבנה העמודי מייעל את דפוס הזרימה ההידראולית בכור, ומאפשר מגע מלא בין המשקאות המעורבים למיקרואורגניזמים, מאריך את זמן התגובה ומגביר את השפעת השפלה של מזהמים עקשן. זמן החזקת הבוצה (SRT) יכול להישמר ב-40-80 ימים, גבוה מזה של MBR שטוח.

2. הפרדת ממברנה ויירוט
מודול MBR העמודים החיצוני משתמש במשאבת דחף כדי לספק כוח, המאפשר למשקאות המעורבים לעבור דרך דופן קרום הסיבים החלולים (גודל נקבוביות הממברנה: 0.01-0.2 מיקרומטר) בלחץ. המים המטופלים נאספים בחלל הפנימי של סיבי הממברנה ונפלטים, בעוד הבוצה היורטה זורמת חזרה לכור. מודול MBR העמודים השקוע מייצר מים באמצעות יניקה ואקום. עיצוב המעטפת הקומפקטי של עמודת הממברנה מבטיח סידור אחיד של סיבי הממברנה ויעילות יירוט גבוהה יותר, תוך שמירה יעילה של קבוצות בוצה פעילה, חיידקים, וירוסים וכמה חומרים אורגניים בעלי מולקולות קטנות. קולחין SS (Spended Solids) הוא פחות או שווה ל-3mg/L, וריכוז MLSS (Mixed Liquor Suspended Solids) בכור נשמר על 10,000-20,000mg/L, מה שמשפר עוד יותר את היעילות הביוכימית.

3. פונקציית עזר נגד-התכלות
מודול MBR העמודים החיצוני מצויד במערכת שטיפה לאחור המשתמשת בקביעות במים מופקים כדי לשטוף מזהמים על פני הממברנה, בשילוב עם מחזורי ניקוי כימיים להארכת חיי הממברנה. מודול ה-MBR העמודים השקוע מצויד במערכת אוורור תחתית, שבה זרימת האוויר מניעה את ההפרעה של המשקאות המעורבים כדי לשטוף בוצה על פני עמודת הממברנה ולספק חמצן למיקרואורגניזמים. חלק מהדגמים-מתקדמים מצוידים במודול ניקוי מקוון שיכול-לפקח בזמן אמת על מצב התכלות של הממברנה, להתאים באופן דינמי את תדירות השטיפה לאחור, ולדחות משמעותית את קצב הלכלוך של הממברנה.

1. הרכב מבנה הציוד
מודול MBR העמודים מאמץ עיצוב עטיפה-גבוה, המורכב בעיקר ממודול ממברנה עמודה, מערכת תמיכה וקיבוע, מערכת חשמל (בוסטר/משאבת יניקה), מערכת שטיפה ומודול בקרה. המבנה שלו קומפקטי ועמיד יותר-מפגע מזה של MBR-של גיליון שטוח:

• מודול ממברנה עמודה:הליבה היא חבילות ממברנות סיבים חלולים, העשויות בעיקר מ-PVDF (פוליוינילידן פלואוריד), עם כמה דגמים-יוקרתיים המשתמשים ב-PTFE (פוליטטראפלואורואתילן). הקוטר הפנימי של סיבי הממברנה הוא 0.5-1.0 מ"מ, והקוטר החיצוני הוא 1.0-2.0 מ"מ. שני קצוות המעטפת מכוסים במעטפת גלילית מצוידים בכניסות מים, יציאות ויציאות מים של המוצר. צפיפות אריזת צרור הממברנה מגיעה ל-3,000-5,000 מ"ר/מ"ר, גבוהה בהרבה מזו של ממברנות שטוחות.
• מערכת תמיכה וקיבוע:כולל סוגריים של עמודי ממברנה, בסיסים ומחברים. הסוגריים עשויים מפלדת אל חלד 304/316, ולבסיס יש פונקציית בלימת זעזועים, שיכולה לתקן ביעילות את עמוד הממברנה, למנוע נזק לסיבי הממברנה הנגרמים על ידי לחץ או הפרעה בזרימת האוויר במהלך הפעולה, ולהתאים את עצמם לסביבת ההפעלה-בלחץ הגבוה של דגמים חיצוניים.
• מערכת כוח ושטיפה:דגמים חיצוניים מצוידים במשאבות להגברת לחץ גבוה-, משאבות שטיפה לאחור ומיכלי ניקוי כימיים; דגמים שקועים מצוידים במשאבות יניקה, מפוחי אוורור וראשי אוורור. לחץ משאבת השטיפה לאחור יכול להגיע ל-0.2-0.4MPa, מה שיכול לקלף במהירות חומרים מזהמים על פני הממברנה, ואפקט השטיפה טוב יותר מניקוי אוורור יחיד של ממברנות שטוחות.
• מודול בקרה:שילוב של מערכת בקרת PLC, חיישן לחץ ומנטר זרימה,-מנטר בזמן אמת פרמטרים כגון לחץ טרנסממברני (TMP), נפח ייצור מים ואיכות מים משפיעים, מפעיל אוטומטית הליכי שטיפה לאחור וניקוי כימי, תומך בניטור מרחוק והתאמת פרמטרים, ויש לו רמה גבוהה יותר של אוטומציה תפעולית.
• רכיבי עזר:כולל שסתומי סימון, מסננים והתקני מינון כימיקלים. המסנן יכול להסיר זיהומים חלקיקים גדולים-במשקאות המעורבים כדי למנוע סתימת סיבי הממברנה. מכשיר המינון הכימי משמש להוספת חומצות, אלקליות וחומרי חמצון במהלך ניקוי כימי כדי להבטיח אפקט ניקוי.

2. סוגי מוצרי ליבה
בהתאם לשיטות ההתקנה, חומרי הממברנה ותרחישי היישום, מודולי MBR עמודים רגילים מחולקים לשלוש קטגוריות, תוך התמקדות בצרכי טיפול במים-מתקדמים שונים:

• מודול MBR עמודות PVDF חיצוני:אימוץ ממברנות סיבים חלולים של PVDF-גבוהה עם גודל נקבוביות הממברנה של 0.05-0.2μm, שטף ממברנה של 15-30L/(m²·h), לחץ פעולה של 0.1-0.3MPa וטווח עמידות של בסיס חומצה-2. מתאים לטיפול בשפכים תעשייתיים בריכוז גבוה ובטיפול בשטיפה במזבלה, יש לו חיי שירות של 4-6 שנים ועמידות הטובה ביותר נגד זיהום ופגיעה.
• מודול PVDF Columnar MBR שקוע:מאזן קומפקטיות ויעילות אנרגטית, יש לו גודל נקבוביות ממברנה של 0.1-0.3μm, שטף ממברנה של 12-25L/(m²·h), אין צורך במשאבות בלחץ גבוה- וצריכת אנרגיה נמוכה יותר בהשוואה לדגמים חיצוניים. עם טווח עמידות לחומצה-בסיס של pH 2-11, הוא מתאים לטיפול מתקדם בביוב עירוני ופרויקטים של שימוש חוזר במים מוחזרים ברמה גבוהה, עם יחס עלות-ביצועים מאוזן.
• מודול MBR Columnar PTFE:באמצעות סיבי ממברנה PTFE, יש לו טמפרטורה טובה יותר ועמידות בפני קורוזיה, גודל נקבוביות ממברנה של 0.01-0.1μm, שטף ממברנה של 10-20L/(m²·h), טווח עמידות חומצה-בסיס של pH 1-13, והוא יכול לעמוד בטמפרטורות גבוהות או גבוהות של מים (פחות מ-80 מעלות צלזיוס). מתאים לשפכים תעשייתיים מתקדמים כגון אלקטרוניקה ותרופות, כמו גם תרחישים מיוחדים לטיפול במים, יש לו חיי שירות של 5-8 שנים.

הבחירה צריכה לשקול את איכות המים המשפיעה, יכולת הטיפול, תקני הקולחים, שטח ההתקנה ולחץ ההפעלה. פרמטרי הבחירה הליבה הם כדלקמן, המדגישים את-יכולת ההסתגלות הגבוהה ללחץ ומאפיינים נגד-זיהום של מודולי ממברנה עמודים:

בהתמקדות בתרחישי טיפול במים-מתקדמים, מודול MBR העמודים נמצא בשימוש נרחב בתחומי טיפול במים תעשייתיים, עירוניים ומיוחדים, בשל יכולתו החזקה נגד-זיהום ואיכות שפכים מצוינת, מתאים לפרויקטים-גדולים ובינוניים ולתרחישי ביקוש- גבוהים:

1. יתרונות טיפול הליבה

איכות קולחים מעולה: עם גודל נקבוביות ממברנה עדין יותר ויעילות יירוט גבוהה יותר מ-MBR-של גיליון שטוח, הקולחים SS פחות או שווה ל-3mg/L ועכירות פחות או שווה ל-0.3NTU. זה יכול להסיר ביעילות חומרים אורגניים-מולקולות קטנות ויוני מתכות כבדות, עם איכות מים יציבה העומדת בתקנים Class 1A+ ומעלה, וניתן להשתמש בו ישירות בתרחישי שימוש חוזר-מתקדמים.

קיבולת חזקה נגד-זיהום: המעטפת העמודית מבטיחה לחץ אחיד על סיבי הממברנה, ומפחיתה את הסיכון לשבירת סיבים. בשילוב עם המערכת הכפולה של שטיפה לאחור וניקוי כימי, שיעור הלכלוך הממברנה מופחת ב-40%-60%, ומחזור הפעולה ארוך יותר, מתאים במיוחד לזיהום- גבוה ולמי שפכים בעלי צמיגות גבוהה.

טיפול יעיל בבוצה: זה יכול לשמור על ריכוז MLSS גבוה יותר (10,000-20,000 מ"ג/ליטר) וזמן אחזקת בוצה ארוך יותר. ייצור הבוצה העודף נמוך ב-20%-30% מזה של MBR עם יריעות שטוחות, מה שמפחית עוד יותר את עלויות סילוק הבוצה.

2. יתרונות מבניים ותפעוליים

מבנה יציב ועמיד: סיבי הממברנה עטופים היטב עם חוזק מכני גבוה. דגמים חיצוניים יכולים לעמוד בלחץ גבוה- ואינם ניזוקים בקלות. לדגמי חומרי PTFE יש חיי שירות של 5-8 שנים, הרבה יותר מזה של MBR שטוחים.

יכולת שליטה תפעולית גבוהה: מצויד במערכת שטיפה וניטור מלאה, יש לו רמה גבוהה של אוטומציה, יכול-לתאים בזמן אמת פרמטרים תפעוליים כדי להסתגל לתנודות באיכות המים המשפיעים, בעל שיעור תקלות נמוך ומחזור תחזוקה ארוך (רק 1-2 בדיקות שגרתיות בחודש).

הרחבה מודולרית גמישה: כל עמודה פועלת באופן עצמאי, וניתן להגדיל או להקטין את מספר עמודות הממברנה בהתאם ליכולת הטיפול. פרויקטים גדולים יכולים לאמץ תכנון מקביל של עמודי ממברנה מרובים, להקל על התקנה והרחבה והתאמה לצרכי בנייה מדורגים.