إجابة سريعة: اختر SBR عندما تكون الأرض متاحة ويتذبذب الحمل على مدار اليوم. اختر MBBR عندما تقوم بترقية خزان موجود ولا يمكنك إضافة أحواض ترسيب. اختر MBR عندما يكون حد التصريف صارمًا أو ستُعاد استخدام المياه، ويمكنك تحمل تكلفة الأغشية والهواء اللازم لكشطها. الثلاثة جميعها لا تزال تنتج حمأة نفايات يجب نزع الماء منها.
العملية الأولى: يتم تنفيذ هذه العملية عبر مراحل متتالية تبدأ بجمع المدخلات وتحليلها، ثم معالجتها وفق القواعد المحددة، وتنتهي بإنتاج مخرجات قابلة للاستخدام. وتُعد هذه العملية الأساس الذي تعتمد عليه العمليتان الأخريان، إذ توفر البيانات والمعلومات اللازمة لاستكمال دورة العمل كاملة.العملية الثانية: تعتمد هذه العملية على نتائج العملية الأولى، حيث تقوم بتحويل المخرجات الأولية إلى صيغة أكثر تنظيماً ووضوحاً. وتتضمن خطوات التحقق من صحة البيانات، وإزالة التكرار أو التعارض، ثم إعادة هيكلتها بما يخدم الأهداف المحددة. وتهدف هذه العملية إلى رفع جودة المعلومات وجعلها جاهزة للمرحلة التالية.العملية الثالثة: تمثل هذه العملية المرحلة النهائية في دورة العمل، حيث يتم فيها استخدام المخرجات المعالجة في العمليتين السابقتين لاتخاذ القرارات أو تنفيذ الإجراءات المطلوبة. وتشمل هذه العملية التقييم والمراجعة، ثم إصدار النتائج النهائية وتوثيقها، مما يضمن اكتمال الدورة وتحقيق الأهداف المرجوة.
SBR — مفاعل الدفعات المتتالية. يقوم خزان واحد بكل شيء بالتسلسل. تسرد ورقة الحقائق الصادرة عن وكالة حماية البيئة الأمريكية خمس خطوات: خامل، يملأ، يتفاعل، يستقر ويرسم. تحدث التهوية والترسيب والترويق في نفس الوعاء في أوقات مختلفة، لذلك لا يوجد مُصفٍّ منفصل ولا ضخ حمأة مرتجعة. تتم التحكم بواسطة مؤقتات ومفاتيح مستوى.
MBBR — مفاعل الغشاء الحيوي ذو الطبقة المتحركة. خزان مهوّى مملوء بحوامل بلاستيكية صغيرة. تنمو البكتيريا كغشاء حيوي على السطح الداخلي المحمي لكل حامل، لذا تبقى الكتلة الحيوية في الخزان دون أي إعادة تدوير للحمأة. تُحتجز الحوامل في المفاعل بواسطة مصفاة عند المخرج. تُزال المواد الصلبة المتساقطة في المراحل اللاحقة، عادةً بواسطة مروّق أو وحدة DAF.
MBR — مفاعل حيوي غشائي. الحمأة المنشطة مع استبدال clarifier الثانوي بأغشية دقيقة أو فائقة الدقة، إما مغمورة في خزان التهوية أو في مسار جانبي. تصف ورقة الحقائق الخاصة بالمفاعل الحيوي الغشائي الصادرة عن وكالة حماية البيئة الأمريكية الأغشية التي يجب أن تحجز جزيئات بحجم يقارب 1 ميكرونوهذا هو السبب في أن مياه MBR الناتجة تكاد تكون خالية من المواد الصلبة العالقة ومعظم البكتيريا.
ما يجيده كل واحد
SBR: مرونة على مساحة صغيرة
تشير ورقة الحقائق الصادرة عن وكالة حماية البيئة إلى أن مفاعلات SBR تجمع بين المعادلة والترويق الأولي والمعالجة البيولوجية والترويق الثانوي في وعاء واحد، مع بصمة مكانية ضئيلة وإمكانية تحقيق وفورات رأسمالية من إلغاء أحواض الترويق. وتقدم قيم التصميم الواردة في الوثيقة نفسها دورة مدتها 4 ساعات لمياه الصرف الصحي البلدية و4–24 ساعة للصرف الصناعي، مع تركيز المواد الصلبة العالقة في السائل المختلط (MLSS) من 2,000 إلى 4,000 ملغم/لتر عند مستوى الماء المنخفض.
نظرًا لأن طول الدورة يمكن تغييره من لوحة التحكم، يمكن تشغيل مفاعل SBR بأي مدة تتراوح من وضع تثبيت التلامس القصير الذي يستغرق 3.5 ساعة إلى وضع التهوية الممتدة الذي يستغرق 18–36 ساعة. ولهذا السبب فهو مناسب للمصانع التي يتغير حملها حسب الوردية أو حسب الموسم. عادةً ما تكون إزالة BOD 85–95%، ويضمن الموردون المذكورون في صحيفة الوقائع أن قيم BOD وTSS أقل من 10 ملغم/لتر.
MBBR: سعة أكبر في نفس الخزان
تضيف الحوامل سطحًا للغشاء الحيوي دون إضافة حجم إلى الخزان. يوفر الحامل القياسي Kaldnes K1 تقريبًا 500 متر مربع من السطح المحمي لكل متر مكعب من الحامل، وعادةً ما تُملأ المفاعلات بما لا يزيد عن حوالي 67–70% من حجم الخزان وبالتالي يمكن للناقلات أن تستمر في الدوران (Rusten et al., 2006). املأ الخزان إلى النصف بالناقلات، ويرتفع مخزون الكتلة الحيوية الفعالة عدة مرات دون المساس بالخرسانة.
وهذا هو السبب في أن MBBR هو الخيار المعتاد عندما تكون محطة قائمة محملة بشكل زائد ولا توجد مساحة لحوض تهوية ثانٍ. كما أنه يتعامل جيدًا مع الأحمال الصدمية، لأن الغشاء الحيوي ملتصق ولا يمكن أن ينجرف كما يمكن أن تنجرف الكتل العالقة. الثمن هو أنه لا يرسّب مواده الصلبة بنفسه: فلا تزال هناك حاجة إلى مروّق أو DAF أو خطوة ترشيح، كما أن الحمأة التي تصل إلى مرحلة نزع الماء تكون أخف وأصعب في التكثيف من حمأة التهوية النشطة التقليدية.
MBR: أنقى مياه وأصغر خزانات
تقرر ورقة الحقائق الصادرة عن وكالة حماية البيئة الأمريكية أن المصانع كاملة النطاق تخفض الطلب البيوكيميائي على الأكسجين من حوالي 150–280 ملغم/لتر إلى 1–2 ملغم/لتر، TSS من حوالي 170–250 ملغم/لتر إلى 1–3 ملغم/لتر، والأمونيا النيتروجينية إلى أقل من 0.3 ملغم/لتر، مع متوسط عكارة المياه الخارجة 0.3 NTU في أحد مصانع جورجيا. ولأن الأغشية تحتفظ بكل الكتلة الحيوية داخل المفاعل، يمكن تشغيل MLSS عند مستويات أعلى بكثير مما هو عليه في مصنع يعتمد على المروّق، مما يقلل حجم الخزان وزمن الاحتجاز الهيدروليكي.
تحذيران من نفس المستند. يجب الحفاظ على معدل التدفق الأقصى عند لا يزيد عن 1.5–2 مرة من المتوسط، لأن الأغشية لا يمكنها تحمل اندفاع هيدروليكي كما تفعل أحواض الترويب، لذا عادةً ما تكون هناك حاجة إلى خزان معادلة. كما أن هواء الكشط مهم: فقد بلغ متوسط محطة واحدة 1,800 كيلووات ساعة لكل مليون غالون فيما يتعلق بمنفاخ غسيل الأغشية وحده، يحتاج تقريبًا إلى ضعف كمية الهواء التي تحتاجها محطة تقليدية للتهوية. تتراوح ضمانات الأغشية المذكورة من 3 إلى 10 سنوات.
مقارنة جنبًا إلى جنب
| المعيار | SBR | إم بي بي آر | إم بي آر |
|---|---|---|---|
| مطلوب مُصفّي منفصل | لا | نعم (أو DAF) | لا — الأغشية |
| البصمة | صغير | صغير؛ يناسب الخزانات الموجودة | الأصغر |
| المواد الصلبة العالقة في النفايات السائلة | <10 mg/L نموذجي | يعتمد على المُوضِّح | 1–3 ملغم/لتر |
| تحمل تقلبات الحمل | عالي (قابل لتعديل الدورة) | مرتفع (الكتلة الحيوية الملحقة) | معتدل؛ يحتاج إلى معادلة |
| الطاقة | متوسط | متوسط | الأعلى (هواء غسل الغشاء) |
| المستهلكات | لا يوجد | الناقلات (عمر افتراضي طويل) | أغشية، مواد كيميائية للتنظيف |
| مهارة المشغل | المؤقتات والصمامات | منخفض | عالي |
| الأنسب | أحمال متغيرة، مواقع غير مطورة | التحديثات، ترقيات السعة | إعادة الاستخدام، حدود صارمة، لا أرض |
كيف تقرر في أربعة أسئلة
- ماذا يتطلب التصريح؟ إذا كان يجب أن يكون إجمالي المواد الصلبة العالقة أقل من 5 ملغم/لتر، أو سيُعاد استخدام المياه للتبريد أو لتغذية العمليات، فإن MBR هو الوحيد من بين الثلاثة الذي يحقق ذلك دون مرشح ثلاثي منفصل.
- هل يوجد خزان موجود بالفعل؟ إذا كان الجواب نعم وكان محمّلًا بشكل زائد، فيمكن إضافة حاملات MBBR إليه. التحويل إلى MBR ممكن أيضًا لكنه يعني شاشات جديدة وأغشية ومنافخ.
- ما مدى استقرار التدفق؟ الإنتاج بالدفعات، والمصانع الموسمية ومصانع الأغذية ذات ذروات الغسل تفضّل نظام SBR، لأن الدورة يمكن إطالتها عندما يكون الحمل ثقيلاً وتقصيرها عندما يكون خفيفاً.
- من سيديرها؟ تحتاج وحدة MBR إلى شخص يفهم الضغط عبر الغشاء والتنظيف الكيميائي والاتساخ. أما وحدة MBBR فلا تحتاج تقريبًا إلى أي شيء يتجاوز فحص المناخل وتوزيع الهواء.
الجزء الذي لا يضعه أحد في الكتيب: الحمأة
تحوّل العمليات الثلاث كلها المواد العضوية الذائبة إلى كتلة حيوية، وتخرج هذه الكتلة الحيوية من المحطة على شكل حمأة نفايات بتركيز مواد صلبة يتراوح بين 0.5 و1.2% تقريباً. وتُظهر ورقة مفاعل الأغشية الحيوية الصادرة عن EPA أن حمأة النفايات تحتوي على مواد صلبة كلية بنسبة 1–1.2%؛ أما SBR وMBBR فهما مشابهان أو أرق.
ثلاثة أمور تختلف بينهما في مرحلة نزع الماء:
- حمأة MBR أكبر سناً وأكثر تَمَعْدُناً، مما يساعد عادةً على جفاف الكعكة، لكنه يأتي مع تركيز عالٍ من المواد الصلبة العالقة (MLSS) ويمكن أن يحمل غرويات دقيقة تسد القماش بسرعة. اختبر القماش قبل اختياره.
- الغشاء الحيوي المتساقط من MBBR خفيفة وغالبًا ما تحتاج إلى جرعة بوليمر أعلى للتلبيد. ونادرًا ما تتكاثف جيدًا بالجاذبية وحدها.
- حمأة النفايات من مفاعل SBR يتصرف مثل الحمأة المنشطة العادية ويعتبر الأسهل من بين الثلاثة في نزع الماء في مكبس ترشيح بالغرف.
لأي من الثلاثة، أ مكبس ترشيح غشائي سيأخذ الحمأة البيولوجية من 1% مواد صلبة إلى كعكة بنسبة 20–30% في خطوة واحدة، وهذا ما يجعل تكاليف النقل أو الطمر manageable. بالنسبة للمحطات الصغيرة التي تقل عن بضعة أطنان من المواد الصلبة الجافة يوميًا، فإن مكبس لولبي متعدد الأقراص هو الخيار الأقل استهلاكًا للطاقة.
ذو صلة: كمية الحمأة التي تنتجها محطة معالجة مياه الصرف الصحي, عندما تحتاج إلى التعويم بالهواء المذاب، و معدات معالجة مياه الصرف الصناعي.
الأسئلة الشائعة
هل MBR أفضل من SBR؟
فقط إذا كنت بحاجة إلى جودة النفايات السائلة. يصل MBR إلى 1–3 mg/L من المواد الصلبة العالقة الكلية وبكتيريا قريبة من الصفر، وهو ما لا يستطيع SBR تحقيقه دون مرشح ثلاثي وتطهير. يتفوق SBR في الطاقة ومهارة المشغل وتحمل ذروات التدفق، ولا يحتوي على أغشية تحتاج إلى استبدال.
هل يمكن أن يحل MBBR محل محطة الحمأة المنشطة؟
يمكن أن يحل محل الخطوة البيولوجية داخل نفس الخزان، لكنه لا يزال يحتاج إلى مرحلة فصل المواد الصلبة بعد ذلك. معظم عمليات التحديث تحتفظ بجهاز الترويب الموجود أو تضيف وحدة DAF بعد مفاعل MBBR.
ما حجم المحطة التي تناسب مفاعل الدفعات المتسلسلة SBR؟
تشير ورقة الحقائق الصادرة عن وكالة حماية البيئة إلى أن مفاعلات SBR تُستخدم عادةً عند معدلات تدفق تبلغ 5 ملايين غالون يوميًا (حوالي 19,000 م³/يوم) أو أقل، وأن معظم المنشآت تقل عن 2 MGD. أما معدلات التدفق الأكبر فتُوجَّه عادةً إلى أنظمة الحمأة المنشطة ذات التدفق المستمر أو MBR.
ما مقدار الحامل الذي يدخل في خزان MBBR؟
عادةً ما بين 30% و67% من حجم المفاعل، وبما لا يزيد عن حوالي 70%، بحيث يمكن إبقاء الحاملات في حركة بواسطة التهوية. يتم تحديد نسبة الحشو الدقيقة بناءً على مساحة سطح الغشاء الحيوي المطلوبة لحمل التصميم.
لماذا تحتاج مفاعل الأغشية الحيوية (MBR) إلى خزان معادلة؟
لأن تدفق الغشاء محدود. توصي ورقة الحقائق الصادرة عن وكالة حماية البيئة (EPA) بالحفاظ على ذروة التدفق التصميمي عند ما لا يزيد عن 1.5–2 ضعف المتوسط؛ فالمروّق يتحمل الارتفاع المفاجئ، أما الغشاء فلا.
أي من الثلاثة ينتج أقل قدر من الحمأة؟
MBR، في معظم الحالات، لأنه يعمل عند عمر حمأة طويل ويُستهلك المزيد من الكتلة الحيوية عن طريق التحلل الداخلي. الفرق طفيف، وكل واحد من الثلاثة لا يزال بحاجة إلى خطوة نزع الماء قبل أن يمكن نقل الحمأة.
أخبرنا بالتدفق، وحمل COD أو BOD، وحد التصريف، وما إذا كان هناك خزان موجود بالفعل، وسنخبرك بالعملية المناسبة ونحدد حجم نزع مياه الحمأة بما يتوافق معها: اطلب توصية بشأن العملية والقياس.
المراجع: وكالة حماية البيئة الأمريكية — صحيفة وقائع إدارة مياه الصرف الصحي: المفاعلات الحيوية الغشائية (832-F-07-015), وكالة حماية البيئة الأمريكية — صحيفة وقائع تكنولوجيا مياه الصرف الصحي: مفاعلات الدفعات المتتالية (1999), Rusten B. et al. (2006) — تصميم وتشغيل مفاعلات الأغشية الحيوية ذات الطبقة المتحركة Kaldnes، Aquacultural Engineering 34.
هذا المقال جزء من دليلنا إلى wastewater sludge dewatering.