ملخص لمعرفة غشاء MBR

الفرق بين المفاعل الحيوي الغشائي والترشيح الفائق المغمور في الوظيفة والاستخدام. ما الذي يجب استخدامه في أي موقف؟

يتم وضع MBR في خزان تهوية أو خزان ترسيب ثانوي، مع وجود كمية كبيرة من الحمأة المنشطة في التدفق الداخل. الترشيح الفائق بالغمر نسبي للترشيح الفائق بالضغط، والذي يتم وضعه في خزان غشائي ويتطلب مجموعة أوسع من متطلبات التدفق الداخل وقدرات أقوى لمكافحة التلوث. بشكل عام، إذا تم استخدام الترشيح الفائق مباشرة دون مزيد من المعالجة بعد الطرق الكيميائية الحيوية، يتم استخدام MBR. إذا كانت هناك حاجة إلى مزيد من المعالجة (بشكل أساسي لإزالة COD)، يتم استخدام الترشيح الفائق بالغمر في الخطوة الأخيرة.

المزايا: عملية MBR بسيطة، والاستثمار منخفض، والترشيح الفائق المغمور له تدفق تشغيلي كبير، ومعدل استرداد مرتفع، وجودة مياه جيدة

العيوب: تتمتع تقنية MBR بتدفق تشغيل منخفض وتتطلب المزيد من الأغشية لنفس كمية إنتاج المياه؛ عملية الترشيح الفائق بالغمر معقدة وتتطلب العديد من المعدات الداعمة الطرفية.

صورة
صورة

عملية MBR

في مجال معالجة مياه الصرف الصحي وإعادة استخدام موارد المياه، يعد MBR، المعروف أيضًا باسم المفاعل الحيوي الغشائي، تقنية جديدة لمعالجة المياه تجمع بين عملية الحمأة المنشطة وتقنية فصل الغشاء.

مقدمة مختصرة

في مجال معالجة مياه الصرف الصحي وإعادة استخدام موارد المياه، فإن MBR، والمعروفة أيضًا باسم مفاعل الغشاء الحيوي، هي تقنية جديدة لمعالجة المياه تجمع بين عملية الحمأة المنشطة وتقنية فصل الغشاء. هناك أنواع مختلفة من الأغشية، مصنفة وفقًا لآليات فصلها، بما في ذلك أغشية التفاعل وأغشية التبادل الأيوني والأغشية النفاذة وما إلى ذلك؛ وفقًا لخصائص الأغشية، توجد أغشية طبيعية (أغشية حيوية) وأغشية صناعية (أغشية عضوية وغير عضوية)؛ وفقًا للأنواع الهيكلية للأغشية، توجد نوع اللوحة المسطحة ونوع الأنبوب ونوع الحلزون ونوع الألياف المجوفة.

تكوين العملية

يتكون المفاعل الحيوي الغشائي بشكل أساسي من مكونات فصل الغشاء ومفاعل حيوي. المفاعل الحيوي الغشائي المذكور بشكل شائع هو في الواقع مصطلح عام لثلاثة أنواع من المفاعلات: ① المفاعل الحيوي الغشائي للتهوية (AMBR)؛ ② المفاعل الحيوي الغشائي الاستخلاصي (EMBR)؛ ③ المفاعل الحيوي الغشائي لفصل المواد الصلبة/السائلة (SLSMBR).

غشاء التهوية

تم رصد المفاعل الحيوي بغشاء التهوية لأول مرة في عام 1988، حيث أفاد Cote P وآخرون أن استخدام الأغشية الكثيفة القابلة للتنفس (مثل أغشية المطاط السيليكوني) أو الأغشية الدقيقة المسامية (مثل أغشية البوليمر الكارهة للماء) في وحدات الألواح أو الألياف المجوفة يمكن أن يحقق تهوية خالية من الفقاعات في المفاعلات الحيوية مع الحفاظ على الضغط الجزئي للغاز أقل من نقطة الفقاعة. تتمثل سمة هذه العملية في تحسين وقت التلامس وكفاءة نقل الأكسجين، مما يساعد على التحكم في عملية التهوية ولا يتأثر بعوامل حجم الفقاعة ووقت الإقامة في التهوية التقليدية. كما هو موضح في الشكل [1].

غشاء الاستخلاص

المفاعل الحيوي بغشاء الاستخلاص، والمعروف أيضًا باسم EMBR (المفاعل الحيوي بغشاء الاستخلاص). نظرًا لارتفاع الحموضة أو وجود مواد سامة للكائنات الحية، لا ينبغي معالجة بعض مياه الصرف الصناعي عن طريق الاتصال المباشر بالكائنات الحية الدقيقة؛ فعندما توجد مواد سامة متطايرة في مياه الصرف الصحي، إذا تم استخدام عمليات المعالجة البيولوجية الهوائية التقليدية، فإن الملوثات تكون عرضة للتبخر مع تدفق الهواء التهوية، مما يؤدي إلى تجريد الغاز. وهذا لا يؤدي فقط إلى تأثيرات معالجة غير مستقرة ولكنه يسبب أيضًا تلوث الهواء. لمعالجة هذه التحديات التقنية، قام العالم البريطاني ليفينجستون بالبحث وتطوير EMB. يتم فصل مياه الصرف الصحي والحمأة المنشطة بواسطة غشاء، وتتدفق مياه الصرف الصحي داخل الغشاء، بينما تتدفق الحمأة المنشطة التي تحتوي على بعض البكتيريا المتخصصة خارج الغشاء. لا تتلامس مياه الصرف الصحي بشكل مباشر مع الكائنات الحية الدقيقة، ويمكن للملوثات العضوية أن تمر بشكل انتقائي عبر الغشاء وتتحلل بواسطة الكائنات الحية الدقيقة على الجانب الآخر.نظرًا للطبيعة المستقلة لوحدات المفاعل الحيوي ووحدات تدوير مياه الصرف الصحي على جانبي غشاء الاستخلاص، فإن تدفق المياه لكل وحدة له تأثير ضئيل على بعضها البعض. لا تتأثر العناصر الغذائية وظروف المعيشة الميكروبية في المفاعل الحيوي بجودة مياه الصرف الصحي، مما يؤدي إلى كفاءة معالجة مياه مستقرة. يمكن التحكم في ظروف تشغيل النظام، مثل HRT وSRT، ضمن النطاق الأمثل للحفاظ على أقصى معدل لتحلل الملوثات.

غشاء فصل المواد الصلبة والسائلة

مفاعل الغشاء الحيوي لفصل السائل الصلب هو النوع الأكثر دراسة على نطاق واسع وعميق من مفاعلات الغشاء الحيوي في مجال معالجة المياه. إنها تقنية معالجة المياه التي تستخدم عملية فصل الغشاء لتحل محل خزان الترسيب الثانوي في عملية الحمأة المنشطة التقليدية. في تقنية المعالجة البيولوجية التقليدية لمياه الصرف الصحي، يتم إكمال فصل مياه الحمأة بالجاذبية في خزان الترسيب الثانوي، وتعتمد كفاءة فصلها على أداء ترسيب الحمأة المنشطة. كلما كان أداء الترسيب أفضل، زادت كفاءة فصل مياه الحمأة. تعتمد خاصية ترسيب الحمأة على ظروف تشغيل خزان التهوية، وتحسين خاصية ترسيب الحمأة يتطلب التحكم الصارم في ظروف تشغيل خزان التهوية، مما يحد من قابلية تطبيق هذه الطريقة. نظرًا لمتطلبات فصل السائل الصلب في خزان الترسيب الثانوي، لا يمكن للحمأة في خزان التهوية الحفاظ على تركيز عالٍ، وعادةً ما يكون حوالي 1.5-3.5 مجم / لتر، مما يحد من معدل التفاعل الكيميائي الحيوي.

إن زمن الاحتفاظ الهيدروليكي (HRT) وعمر الحمأة (SRT) مترابطان، وغالبًا ما يؤدي زيادة الحمل الحجمي وتقليل حمل الحمأة إلى تناقض. كما يولد النظام أيضًا كمية كبيرة من الحمأة المتبقية أثناء التشغيل، وتمثل تكلفة التخلص منها ما بين 25% إلى 40% من تكلفة تشغيل محطة معالجة مياه الصرف الصحي. كما أن أنظمة معالجة الحمأة المنشطة التقليدية معرضة أيضًا لتمدد الحمأة، مما يؤدي إلى وجود مواد صلبة معلقة في النفايات وتدهور جودة المياه.

استجابة للقضايا المذكورة أعلاه، تجمع تقنية MBR بين تقنية فصل الغشاء وتقنية المعالجة البيولوجية التقليدية. تحقق تقنية MBR فصل وقت الاحتفاظ بالحمأة ووقت الاحتفاظ الهيدروليكي، مما يحسن بشكل كبير من كفاءة فصل المواد الصلبة والسائلة. علاوة على ذلك، بسبب زيادة تركيز الحمأة المنشطة في خزان التهوية وظهور بكتيريا معينة (وخاصة المجموعات البكتيرية المهيمنة) في الحمأة، يزداد معدل التفاعل الكيميائي الحيوي. في الوقت نفسه، من خلال تقليل نسبة F/M لتقليل كمية الحمأة الزائدة المتولدة (حتى الصفر)، تم حل العديد من المشاكل البارزة الموجودة في عمليات الحمأة المنشطة التقليدية بشكل أساسي.

يتم إزالة الحمأة المنشطة ثم ترشيحها من خلال غشاء تحت ضغط خارجي. هذا الشكل من المفاعل الحيوي الغشائي يلغي الحاجة إلى نظام تداول سائل مختلط ويعتمد على شفط المياه، مما يؤدي إلى استهلاك طاقة منخفض نسبيًا؛ فهو يشغل مساحة أكبر وهو أكثر إحكاما من النوع المنفصل، وقد تلقى اهتمامًا خاصًا في مجال معالجة المياه في السنوات الأخيرة. ومع ذلك، فإن تدفق الغشاء منخفض نسبيًا بشكل عام، مما يجعله عرضة لاتساخ الغشاء ويصعب تنظيفه واستبداله بعد الاتساخ.

ينتمي المفاعل الحيوي الغشائي المركب أيضًا إلى المفاعل الحيوي الغشائي المتكامل من حيث الشكل، مع اختلاف يتمثل في إضافة مواد مالئة داخل المفاعل الحيوي لتشكيل مفاعل حيوي غشائي مركب، مما يؤدي إلى تغيير بعض خصائص المفاعل.

خصائص العملية

بالمقارنة مع العديد من عمليات معالجة المياه البيولوجية التقليدية، فإن MBR لديه الخصائص الرئيسية التالية:

1. جودة عالية ومستقرة لمياه الصرف الصحي

بفضل تأثير الفصل الفعال للغشاء، فإن كفاءة الفصل أفضل بكثير من خزانات الترسيب التقليدية. المياه المعالجة صافية للغاية، مع وجود مواد صلبة عالقة وعكارة قريبة من الصفر. تتم إزالة البكتيريا والفيروسات بشكل كبير، وتكون جودة المياه المعالجة أفضل من معيار جودة المياه المتنوعة المنزلية الصادر عن وزارة البناء (CJ25.1-89). يمكن إعادة استخدامها مباشرة كمياه متنوعة بلدية غير صالحة للشرب.

في الوقت نفسه، يعترض فصل الغشاء أيضًا الكائنات الحية الدقيقة تمامًا في المفاعل الحيوي، مما يسمح للنظام بالحفاظ على تركيز عالٍ من الكائنات الحية الدقيقة. وهذا لا يحسن فقط كفاءة إزالة الملوثات بشكل عام بواسطة جهاز التفاعل، بل يضمن أيضًا جودة جيدة للنفايات. في الوقت نفسه، يتمتع المفاعل بقدرة جيدة على التكيف مع التغييرات المختلفة في حمولة المدخل (جودة المياه وكميتها)، وهو مقاوم لأحمال الصدمات، ويمكنه الحصول بشكل مستقر على جودة عالية للنفايات.

2. انخفاض إنتاج الحمأة الزائدة

يمكن أن تعمل هذه العملية تحت حمولة عالية الحجم وحمولة منخفضة من الحمأة، مع إنتاج منخفض من الحمأة المتبقية (تحقيق تصريف صفري للحمأة نظريًا)، مما يقلل من تكاليف معالجة الحمأة.

3. مساحة صغيرة، غير محدودة بموقع الإعداد

يمكن للمفاعل الحيوي الحفاظ على تركيز عالٍ من الكتلة الحيوية الميكروبية، مع وجود حمولة حجمية عالية على جهاز المعالجة وبصمة كبيرة، مما يؤدي إلى توفير كبير في التكلفة؛ هذه العملية بسيطة ومضغوطة في البنية وتشغل مساحة صغيرة. لا تقتصر على موقع التثبيت ومناسبة لأي مناسبة. يمكن تصنيعها في أنواع أرضية وشبه أرضية وتحت الأرض.

4. يمكن إزالة النيتروجين والأمونيا والمواد العضوية التي يصعب تحللها

بفضل اعتراض الكائنات الحية الدقيقة بالكامل في المفاعل الحيوي، فإنه يسهل الاحتفاظ بالكائنات الحية الدقيقة البطيئة الانتشار مثل البكتيريا النترتية ونموها، وبالتالي تحسين كفاءة النترتة للنظام. في الوقت نفسه، يمكن أن يزيد من وقت الاحتفاظ الهيدروليكي لبعض المركبات العضوية المقاومة في النظام، وهو أمر مفيد لتحسين كفاءة تحلل المركبات العضوية المقاومة.

5. تشغيل وإدارة مريحة، من السهل تحقيق التحكم التلقائي

تحقق هذه العملية فصلًا كاملاً بين وقت الاحتفاظ الهيدروليكي (HRT) ووقت الاحتفاظ بالطين (SRT)، مما يجعل التحكم في التشغيل أكثر مرونة واستقرارًا. إنها تقنية جديدة يسهل تنفيذها في معالجة مياه الصرف الصحي ويمكنها تحقيق التحكم التلقائي بالكمبيوتر الدقيق، مما يجعل إدارة التشغيل أكثر ملاءمة.

6. من السهل التحول من الحرف اليدوية التقليدية

يمكن أن تعمل هذه العملية كوحدة معالجة عميقة لعمليات معالجة مياه الصرف الصحي التقليدية، ولديها آفاق تطبيق واسعة في مجالات مثل المعالجة العميقة لمياه الصرف الصحي من محطات معالجة مياه الصرف الصحي الثانوية في المناطق الحضرية (وبالتالي تحقيق إعادة استخدام مياه الصرف الصحي في المناطق الحضرية على نطاق واسع).

كما تعاني المفاعلات الحيوية الغشائية من بعض العيوب، والتي تتجلى بشكل رئيسي في الجوانب التالية:

تؤدي التكلفة العالية للأغشية إلى زيادة الاستثمار في البنية التحتية للمفاعلات الحيوية الغشائية مقارنة بعمليات معالجة مياه الصرف الصحي التقليدية؛

من المحتمل أن يحدث تلوث الغشاء، مما يسبب إزعاجًا للتشغيل والإدارة؛

استهلاك طاقة مرتفع: أولاً، يجب أن تحافظ عملية فصل مياه حمأة MBR على ضغط معين لقيادة الغشاء. ثانيًا، تركيز MLSS في خزان MBR مرتفع جدًا. للحفاظ على معدل نقل الأكسجين الكافي، من الضروري زيادة كثافة التهوية. من أجل زيادة تدفق الغشاء وتقليل تلوث الغشاء، من الضروري زيادة معدل التدفق وتنظيف سطح الغشاء، مما يؤدي إلى زيادة استهلاك الطاقة في MBR مقارنة بعمليات المعالجة البيولوجية التقليدية.

فيلم العملية

يمكن تحضير الغشاء من مواد مختلفة، بما في ذلك الطور السائل، والطور الصلب، وحتى الطور الغازي. الغالبية العظمى من أغشية الفصل المستخدمة حاليًا هي أغشية الطور الصلب. وفقًا لأحجام المسام المختلفة، يمكن تقسيمها إلى أغشية الترشيح الدقيق، وأغشية الترشيح الفائق، وأغشية الترشيح النانوي، وأغشية التناضح العكسي؛ وفقًا للمواد المختلفة، يمكن تقسيمها إلى أغشية غير عضوية وأغشية عضوية. الأغشية غير العضوية هي في الأساس أغشية من فئة الترشيح الدقيق. يمكن أن يكون الغشاء متجانسًا أو غير متجانس، ويمكن أن يكون مشحونًا أو محايدًا كهربائيًا. الأغشية المستخدمة على نطاق واسع في معالجة مياه الصرف الصحي هي في الأساس أغشية غير متماثلة ذات حالة صلبة يتم تحضيرها من مواد بوليمرية عضوية.

معايير التصنيف وتصنيف الأغشية:

1. مادة غشاء MBR

1. مواد الفيلم العضوية البوليمرية: البولي أوليفين، البولي إيثيلين، بولي أكريلونيتريل، بولي سلفون، بولي أميد عطري، فلورو بوليمر، إلخ.

تتميز الأغشية العضوية بتكاليف منخفضة نسبيًا، وهي غير مكلفة، وتتمتع بعمليات تصنيع ناضجة، وأحجام وأشكال مسام متنوعة، وتستخدم على نطاق واسع. ومع ذلك، فهي عرضة للتلوث أثناء التشغيل، ولديها قوة منخفضة، وعمر خدمة قصير.

2. الغشاء غير العضوي: هو نوع من الأغشية ذات الحالة الصلبة وهو غشاء شبه منفذ مصنوع من مواد غير عضوية مثل المعادن وأكاسيد المعادن والسيراميك والزجاج المسامي والزيوليت ومواد البوليمر غير العضوية وغيرها.

الأغشية غير العضوية المستخدمة حاليًا في MBR هي في الغالب أغشية سيراميكية، والتي تتمتع بمزايا إمكانية استخدامها في بيئات ذات درجة حموضة = 0-14، وضغط P <10MPa، ودرجة حرارة <350 درجة مئوية. لديها تدفق عالي واستهلاك منخفض نسبيًا للطاقة، مما يجعلها تنافسية للغاية في معالجة مياه الصرف الصناعي عالية التركيز؛ العيوب هي: التكلفة العالية، ومقاومة القلويات، والمرونة المنخفضة، وصعوبة معالجة الفيلم وإعداده.

2. حجم مسام غشاء MBR

الأغشية المستخدمة بشكل شائع في تقنية MBR هي أغشية الترشيح الدقيق (MF) وأغشية الترشيح الفائق (UF)، ومعظمها بحجم مسام يتراوح بين 0.1-0.4 ميكرومتر، وهو ما يكفي لمفاعلات الأغشية من نوع الفصل الصلب عن السائل.

تشتمل المواد البوليمرية المستخدمة بشكل شائع في أغشية الترشيح الدقيق على البولي كربونات، وإستر السليلوز، وفلوريد البولي فينيلدين، والبولي سلفون، وبولي تترافلورو إيثيلين، وكلوريد البولي فينيل، والبولي إيثيريميد، والبولي بروبيلين، والبولي إيثير إيثيركيتون، والبولي أميد، وما إلى ذلك.

تشمل المواد البوليمرية الشائعة المستخدمة في الترشيح الفائق بولي سلفون، وبولي إيثر سلفون، وبولي أميد، وبولي أكريلونيتريل (PAN)، وفلوريد البولي فينيلدين، وإستر السليلوز، وبولي إيثير إيثير كيتون، وبولي إيميد، وبولي إيثر أميد، وما إلى ذلك.

3. وحدة غشاء MBR

من أجل تسهيل الإنتاج الصناعي والتركيب، وتحسين كفاءة الغشاء، وتحقيق أقصى مساحة غشاء لكل وحدة حجم، يتم تجميع الغشاء عادة في معدات الوحدة الأساسية في شكل ما، وتحت قوة دافعة معينة، يتم إكمال فصل المكونات المختلفة في السائل المختلط. يسمى هذا النوع من الأجهزة وحدة الغشاء.

هناك خمسة أشكال شائعة الاستخدام لمكونات الغشاء في الصناعة:

وحدة اللوحة والإطار، ووحدة اللف الحلزوني، ووحدة الأنبوب، ووحدة الألياف المجوفة، ووحدة الشعيرات الدموية. تستخدم أول وحدتين غشاءً مسطحًا، بينما تستخدم الوحدات الثلاث الأخيرة غشاءً أنبوبيًا. قطر غشاء الأنبوب الدائري> 10 مم؛ النوع الشعري -0.5~10.0 مم؛ نوع الألياف المجوفة<0.5 مم>.

الجدول: خصائص مكونات الغشاء المختلفة

تشمل أشكال وحدات الغشاء المستخدمة بشكل شائع في عملية MBR نوع إطار اللوحة ونوع الأنبوب الدائري ونوع الألياف المجوفة. نوع اللوحة والإطار:

إنها واحدة من أقدم أشكال وحدات الغشاء المستخدمة في تقنية MBR، بمظهر مشابه لمرشحات الصفائح والإطارات العادية. المزايا هي: التصنيع والتجميع البسيط، التشغيل المريح، الصيانة السهلة، التنظيف، والاستبدال. العيوب هي: الختم المعقد، فقدان الضغط العالي، وكثافة التعبئة المنخفضة.

نوع الأنبوب المستدير:

يتكون من غشاء ودعامة غشاء، وله وضعان للتشغيل: نوع الضغط الداخلي ونوع الضغط الخارجي. في الممارسة العملية، غالبًا ما يتم استخدام نوع الضغط الداخلي، حيث يتدفق الماء الداخل من داخل الأنبوب ويتدفق النفاذ من خارج الأنبوب. قطر الغشاء بين 6-24 مم. مزايا غشاء الأنبوب الدائري هي: يمكن للسائل المغذي التحكم في التدفق المضطرب، وليس من السهل حجبه، وسهل التنظيف، وله فقدان ضغط منخفض. العيب هو أن كثافة التعبئة منخفضة.

نوع الألياف المجوفة:

القطر الخارجي هو عمومًا 40-250 ميكرومتر، والقطر الداخلي 25-42 ميكرومتر. المزايا هي قوة ضغط عالية ومقاومة للتشوه. في MBR، غالبًا ما يتم وضع المكونات مباشرة في المفاعل دون الحاجة إلى أوعية ضغط، لتشكيل مفاعل حيوي غشائي مغمور. بشكل عام، هو مكون غشاء ضغط خارجي. المزايا هي: كثافة تعبئة عالية؛ تكلفة منخفضة نسبيًا؛ عمر طويل، يمكن استخدام أغشية ألياف النايلون المجوفة ذات الخصائص الفيزيائية والكيميائية المستقرة والنفاذية المنخفضة؛ يتمتع الغشاء بمقاومة جيدة للضغط ولا يتطلب مواد داعمة. العيب هو أنه حساس للانسداد، والتلوث واستقطاب التركيز لهما تأثير كبير على أداء فصل الغشاء.

المتطلبات العامة لتصميم وحدة غشاء MBR:

توفير الدعم الميكانيكي الكافي للغشاء، وضمان قنوات تدفق سلسة، والقضاء على الزوايا الميتة ومناطق المياه الراكدة؛

انخفاض استهلاك الطاقة، والتقليل من استقطاب التركيز، وتحسين كفاءة الفصل، والحد من تلوث الغشاء؛

أعلى كثافة تعبئة ممكنة، وسهولة التركيب والتنظيف والاستبدال؛

- يتمتع بقوة ميكانيكية كافية، واستقرار كيميائي وحراري.

ينبغي أن يأخذ اختيار مكونات الغشاء بعين الاعتبار بشكل شامل تكلفتها، وكثافة التعبئة، وسيناريوهات التطبيق، وعمليات النظام، وأوساخ الغشاء وتنظيفه، وعمر الخدمة، وما إلى ذلك.

منطقة التطبيق
في منتصف إلى أواخر تسعينيات القرن العشرين، دخلت المفاعلات الحيوية الغشائية مرحلة التطبيق العملي في الخارج. وكانت شركة Zenon الكندية هي أول من أطلق مفاعلًا حيويًا غشائيًا أنبوبيًا فائق الترشيح وطبقته على معالجة مياه الصرف الصحي في المناطق الحضرية. ومن أجل توفير استهلاك الطاقة، طورت الشركة أيضًا وحدات غشاء الألياف المجوفة المغمورة. وقد تم تطبيق المفاعل الحيوي الغشائي الذي طورته الشركة في أكثر من عشرة أماكن بما في ذلك الولايات المتحدة وألمانيا وفرنسا ومصر، بمقياس يتراوح من 380 مترًا مكعبًا في اليوم إلى 7600 مترًا مكعبًا في اليوم. كما تعد شركة Mitsubishi Rayon موردًا معروفًا لأغشية الألياف المجوفة المغمورة في العالم، وقد تراكمت لديها سنوات من الخبرة في تطبيق المفاعل الحيوي الغشائي. وقد بنت العديد من مشاريع المفاعل الحيوي الغشائي الفعلية في اليابان ودول أخرى. تعد شركة Kubota Corporation في اليابان شركة أخرى تنافسية في التطبيق العملي للمفاعلات الحيوية الغشائية، حيث تنتج أغشية لوحية ذات خصائص مثل معدل التدفق العالي ومقاومة التلوث والعملية البسيطة. كما يحاول بعض الباحثين والشركات المحلية أيضًا التطبيق العملي للمفاعل الحيوي الغشائي.

في الوقت الحاضر، يتم تطبيق المفاعلات الحيوية الغشائية في المجالات التالية:
1. معالجة مياه الصرف الصحي في المناطق الحضرية وإعادة استخدام مياه البناء

تم بناء أول محطة لمعالجة مياه الصرف الصحي باستخدام تقنية مفاعلات غشاء الأغشية الحيوية من قبل شركة Dorr Oliver الأمريكية في عام 1967، والتي عالجت 14 مترًا مكعبًا يوميًا من مياه الصرف الصحي. في عام 1977، تم وضع نظام إعادة استخدام مياه الصرف الصحي للاستخدام العملي في مبنى شاهق في اليابان. في عام 1980، قامت اليابان ببناء محطتين لمعالجة مفاعلات غشاء الأغشية الحيوية بقدرة معالجة 10 أمتار مكعبة يوميًا و50 مترًا مكعبًا يوميًا على التوالي. في أوائل التسعينيات، كان هناك 39 مصنعًا من هذا القبيل قيد التشغيل في اليابان، بسعة معالجة قصوى تبلغ 500 متر مكعب يوميًا، واستخدم أكثر من 100 مبنى شاهق مفاعلات غشاء الأغشية الحيوية لمعالجة مياه الصرف الصحي وإعادة استخدامها في المجاري المائية الوسيطة. في عام 1997، أنشأت شركة Wessex أكبر نظام مفاعلات غشاء الأغشية الحيوية في العالم في بورلوك بالمملكة المتحدة، بسعة معالجة يومية تبلغ 2000 متر مكعب.في عام 1999، قامت شركة Wessex أيضًا ببناء مصنع MBR بطاقة 13000 متر مكعب يوميًا في سواناج، دورست.
في مايو 1998، اجتاز نظام المفاعل الحيوي الغشائي المتكامل الذي أجرته جامعة تسينغهوا شهادة وطنية. في أوائل عام 2000، قامت جامعة تسينغهوا ببناء نظام مفاعل حيوي غشائي عملي في مستشفى هايديان تاونشيب في بكين لمعالجة مياه الصرف الصحي في المستشفيات. تم الانتهاء من المشروع ووضعه قيد الاستخدام في يونيو 2000، وهو يعمل بشكل طبيعي حاليًا. في سبتمبر 2000، أكملت الأستاذة يانغ زاويان وفريقها البحثي من جامعة تيانجين مشروعًا تجريبيًا لمفاعل حيوي غشائي في مبنى بوتشين في منطقة تيانجين الصناعية للتكنولوجيا الجديدة. يعالج النظام 25 طنًا من مياه الصرف الصحي يوميًا، وكلها تستخدم في تدفق المراحيض ورش المساحات الخضراء. يغطي النظام مساحة 10 أمتار مربعة ويستهلك 0.7 كيلو وات · ساعة من الطاقة لكل طن من مياه الصرف الصحي.

2. معالجة مياه الصرف الصناعي

منذ تسعينيات القرن العشرين، تم توسيع نطاق معالجة MBR بشكل مستمر. بالإضافة إلى إعادة استخدام المياه المستصلحة ومعالجة مياه الصرف الصحي البرازية، حظيت MBR أيضًا باهتمام واسع النطاق في معالجة مياه الصرف الصناعي، مثل معالجة مياه الصرف الصحي لصناعة الأغذية، ومياه الصرف الصحي لمعالجة المياه، ومياه الصرف الصحي لتربية الأحياء المائية، ومياه الصرف الصحي لإنتاج مستحضرات التجميل، ومياه الصرف الصحي للأصباغ، ومياه الصرف الصحي للبتروكيماويات، وقد حققت جميعها تأثيرات معالجة جيدة. في أوائل التسعينيات، قامت الولايات المتحدة ببناء نظام MBR في أوهايو لمعالجة مياه الصرف الصناعي من مصنع تصنيع سيارات معين. كانت سعة المعالجة 151 م 3 / يوم، وبلغ الحمل العضوي للنظام 6.3 كجم COD / م 3 · d. كان معدل إزالة COD 94٪، وتدهورت الغالبية العظمى من الزيوت والشحوم. في هولندا، يستخدم مصنع استخراج ومعالجة الدهون تقنية معالجة مياه الصرف الصحي التقليدية بخندق الأكسدة لمعالجة مياه الصرف الصحي الإنتاجية. بسبب توسع نطاق الإنتاج، يتضخم الحمأة ويصعب فصلها.وأخيرا، يتم استخدام وحدات غشاء زينون بدلا من خزانات الترسيب، وتأثير التشغيل جيد.

3. تنقية مياه الشرب الملوثة بالميكروبات

مع الاستخدام الواسع النطاق للأسمدة النيتروجينية والمبيدات الحشرية في الزراعة، تلوثت مياه الشرب أيضًا بدرجات متفاوتة. طورت شركة Lyonnaise des Eaux عملية MBR في منتصف التسعينيات، والتي لها وظائف نزع النتروجين بيولوجيًا وامتصاص المبيدات الحشرية وإزالة العكارة. في عام 1995، قامت الشركة ببناء مصنع في دوشي بفرنسا بطاقة إنتاجية يومية تبلغ 400 متر مكعب من مياه الشرب. تركيز النيتروجين في النفايات أقل من 0.1 ملغ / لتر NO2، وتركيز المبيدات الحشرية أقل من 0.02 ميكروغرام / لتر.

4. معالجة مياه الصرف الصحي البرازية

إن محتوى المادة العضوية في مياه الصرف الصحي البرازية مرتفع، وتتطلب طرق معالجة نزع النتروجين التقليدية تركيزًا عاليًا من الحمأة. إن فصل المواد الصلبة عن السائلة غير مستقر، مما يؤثر على فعالية المعالجة الثلاثية. وقد أدى ظهور MBR إلى حل هذه المشكلة بشكل فعال وجعل من الممكن معالجة مياه الصرف الصحي البرازية مباشرة دون تخفيف.

طورت اليابان تقنية معالجة البراز والبول المعروفة باسم نظام NS، حيث يتكون المكون الأساسي من مزيج من جهاز غشاء مسطح ومفاعل حيوي عالي التركيز من الحمأة المنشطة الهوائية. تم بناء نظام NS في مدينة إيتشيغو، محافظة سايتاما، اليابان في عام 1985، بطاقة إنتاجية تبلغ 10 كيلو لتر/يوم. في عام 1989، تم بناء مرافق جديدة لمعالجة مياه الصرف الصحي في محافظة ناغازاكي ومحافظة كوماموتو. يتم تثبيت الفيلم المسطح في نظام NS بالتوازي مع عشرات المجموعات، كل منها بمساحة حوالي 0.4 متر مربع، لإنشاء جهاز إطار يمكن فتحه وتنظيفه تلقائيًا. مادة الغشاء عبارة عن غشاء ترشيح فائق من البولي سلفون بوزن جزيئي مقطوع يبلغ 20000. يتم الحفاظ على تركيز الحمأة في المفاعل ضمن نطاق 15000-18000 مجم/لتر.بحلول عام 1994، كان لدى اليابان أكثر من 1200 نظام مفاعل حيوي يستخدم لمعالجة مياه الصرف الصحي البرازية من أكثر من 40 مليون شخص.

5. معالجة تسربات مكبات النفايات/السماد

تحتوي مياه الرشح من مكبات النفايات/السماد العضوي على تركيزات عالية من الملوثات، وتختلف جودة وكمية المياه حسب المناخ وظروف التشغيل. وقد استخدمت العديد من محطات معالجة مياه الصرف الصحي تقنية مفاعلات الأغشية الحيوية لمعالجة هذا النوع من مياه الصرف الصحي قبل عام 1994. ولا يمكن للجمع بين تقنية مفاعلات الأغشية الحيوية والتناضح العكسي إزالة SS والمواد العضوية والنيتروجين فحسب، بل وأيضًا إزالة الأملاح والمعادن الثقيلة بشكل فعال. ومؤخرًا، طورت شركة Envirogen Corporation في الولايات المتحدة مفاعلًا للأغشية الحيوية لمعالجة مياه الرشح من مكبات النفايات وبنت جهازًا بسعة معالجة يومية تبلغ 400000 جالون (حوالي 1500 متر مكعب / يوم) في نيوجيرسي، والذي تم تشغيله في نهاية عام 2000. يستخدم هذا المفاعل بكتيريا مختلطة تحدث بشكل طبيعي لتحلل الهيدروكربونات والمركبات المكلورة في مياه الرشح، وتركيز الملوثات المعالجة فيه أعلى من تركيز أجهزة معالجة مياه الصرف الصحي التقليدية بواقع 50-100 مرة.والسبب وراء تحقيق هذا التأثير العلاجي هو أن MBR يمكنه الاحتفاظ بالبكتيريا الفعالة وتحقيق تركيز بكتيري يبلغ 50000 ملجم/لتر. وفي الاختبار التجريبي في الموقع، تراوحت كمية COD الواردة من عدة مئات إلى 40000، ووصل معدل إزالة الملوثات إلى أكثر من 90%.

مجالات التطبيق الرئيسية والنسب المئوية المقابلة لـ MBR في الداخل والخارج:

النسبة المئوية لأنواع الصرف الصحي (%)

مياه الصرف الصناعي 27 مياه الصرف الحضري 12

مياه الصرف الصحي الناتجة عن البناء 24 قمامة 9

الصرف الصحي المنزلي 27