1. למה להשתמש ב-MBR?
חוסרים וצרות של שיטות מסורתיות (תהליך בוצה פעילה):
טיפול בשפכים מסורתי מסתמך בעיקר על בוצה פעילה (מסה ג'לטינית שנוצרת על ידי מיקרואורגניזמים והחומרים האורגניים והאי-אורגניים שהם נצמדים אליהם) כדי לפרק מזהמים. לאחר מכן, התערובת מופנית למיכל שיקוע שבו הבוצה שוקעת באופן טבעי, בעוד מים צלולים זורמים מהחלק העליון. שיטה זו הופעלה במשך מאות שנים, אך היא מתמודדת עם מספר אתגרים מתמשכים:
נדרש שטח גדול: יש צורך במיכל שיקוע גדול כדי לאפשר לבוץ לשקוע לאט.
הבוצה נוטה ל"התנפחות": אם הבוצה לא שוקעת כראוי, היא צפויה לזרום משם עם המים, וכתוצאה מכך איכות קולחים ירודה.
עודפי בוצה: מיוצרת כמות גדולה של בוצה עודפת, כאשר עלות הטיפול מהווה יותר מ-25% מעלות התפעול.
לא ניתן להגדיל את ריכוז הבוצה במיכל התגובה: ניתן לשמור עליו רק על 1.5 עד 3.5 גרם לליטר, מה שמגביל את יעילות התגובה.
הופעתו של MBR סיפקה פתרון לבעיות האמורות!
ה-MBR מחליף את מיכל השקיעה המשני במודולי ממברנה, ומשיג הפרדה יסודית יותר של בוצה ומים. מיקרואורגניזמים יורטים על ידי הממברנה, מה שמאפשר להם להישאר במערכת בזמן שהמים זורמים דרך הממברנה!
כתוצאה מכך ניתן להעלות את ריכוז הבוצה ל-8 עד 15 גרם לליטר, שהוא פי 3 עד 5 מזה של השיטות המסורתיות.
אל תדאג יותר לבעיות של נפח בוצה. עם הקרנת גודל נקבוביות הממברנה, ללא קשר לשאלה אם קווצות הבוצה רופפות או לא, או אם הן צפות או לא, הממברנה לוכדת ישירות את כל הבוצה. לא משנה כמה הבוצה מתנפחת או עד כמה שיקוע שלה גרוע, היא לא יכולה לעבור דרך נקבוביות הממברנה ולא תלך לאיבוד עם הקולחים, מה שמבטיח איכות קולחים יציבה.
איכות מי הקולחים מצוינת, עם מוצקים מרחפים כמעט אפס ועכירות מתחת ל-1 NTU.
2. עקרונות ליבה של MBR
הרכב MBR
MBR שווה ערך לביוריאקטור בתוספת מודול ממברנה. הביוריאקטור הוא המקום שבו פועלים חיידקים, בעוד שמודול הממברנה משמש כמסננת להפרדת מים בוציים.
סיווג לפי מיקום מודול הממברנה
סוג טבילה (סוג משולב): הממברנה טבולה ישירות במיכל הביולוגי, ומים מופקים ביניקת לחץ שלילי. היתרון בשיטה זו הוא צריכת אנרגיה נמוכה וטביעת רגל קטנה, אך החיסרון הוא שטף ממברנה נמוך יחסית.
סוג חיצוני (נפרד): הממברנה נקבעת בנפרד, והנוזל המעורב נלחץ על ידי משאבה ולאחר מכן עובר דרך הממברנה. היתרון הוא פעולה יציבה וניקוי קל, אך צריכת האנרגיה גבוהה יותר.
נכון לעכשיו, ה-MBR הטבול נמצא בשימוש נרחב בשוק, מתאים במיוחד לטיפול בשפכים ביתיים.
סיווג לפי צורת מודול ממברנה
סוג סיבים חלולים: צפיפות אריזה גבוהה, טביעת רגל קטנה, אך מועדת לשבירת חוטים ולסתימה, וקשה לניקוי.
סוג שטוח: פשוט לייצור, קל לתחזוקה וקל לניקוי, אך עם צפיפות אריזה נמוכה יותר.
סוג הצינור: אינו נוטה לסתימה, עמיד בפני זיהום, קל לניקוי, אך עם צפיפות האריזה הנמוכה ביותר ומחיר גבוה יותר.
איך עובד ה"סינון" ב-MBR?
הליבה של MBR טמונה בסינון הממברנה. בהתאם למצב הפעולה, ניתן לסווג את סינון הממברנה לשני סוגים:
סינון לחץ מתמיד: זה כמו לדחוף מסננת בכוח קבוע. בהתחלה, מים צלולים זורמים במהירות, אך כאשר פני המסננת נסתמים בבוצה, הזרימה מואטת. קצב ייצור המים יורד ללא הרף עם הזמן!
סינון זרימה קבועה: הוא מכוון ל"קצב תפוקת מים קבוע". כדי להשיג זאת, כאשר הממברנה מזדהמת וההתנגדות עולה, המערכת תגדיל אוטומטית את כוח היניקה (הפרש הלחץ הטרנסממברני גדל) כדי לשמור על אותה תפוקת מים. במקביל, באמצעות ניקוי אוורור רגיל או שטיפה הפוכה, מזהמים על פני הממברנה נפוחים ונשטפים, ומאפשרים לממברנה "לנשום". גישה זו לא רק שולטת ביעילות בזיהום הממברנה, מאריכה את מחזור הניקוי, אלא גם שומרת על יעילות ייצור מים גבוהה, המאפשרת למערכת לפעול ביציבות לאורך זמן.
איך מיקרואורגניזמים "אוכלים" מזהמים?
הטיפול הביולוגי ב-MBR הוא בעצם תהליך של פירוק חומר אורגני על ידי מיקרואורגניזמים בתנאים אירוביים. לאחר בליעת חומר אורגני, מיקרואורגניזמים עושים בעיקר שני דברים:
אנבוליזם: חלק מהחומר האורגני משמש לבניית הגוף שלו, מה שמוביל לעלייה במספר המיקרואורגניזמים.
חילוף החומרים בפירוק: חלק אחר של החומר האורגני מתפרק לחלוטין לחומרים יציבים ולא מזיקים כמו פחמן דו חמצני ומים, תוך שחרור אנרגיה למיקרואורגניזמים לקיום חיים. (מהותו דומה לבוצה פעילה)
3. יתרונות וחסרונות של MBR
יתרונות הליבה של MBR
איכות הקולחים מצוינת: המוצקים המרחפים בשפכי MBR הם כמעט אפס, עם עכירות מתחת ל-1 NTU, ואינדיקטורים כמו COD וחנקן אמוניה עדיפים בהרבה מאלה של תהליכים מסורתיים. ניתן לעשות בו שימוש חוזר ישירות לשטיפת שירותים, ירוק, שטיפת מכוניות, מילוי מים נופי וכו'.
טביעת רגל קטנה: מבטל את הצורך במיכל שיקוע משני, התהליך קצר וניתן לעצב אותו כסוג תת קרקעי, מה שהופך אותו למתאים במיוחד לערים או אזורי מגורים עם שטח מוגבל.
ייצור עודף בוצה נמוך: MBR יכול לפעול בתנאי גיל בוצה ארוכים, מה שמאפשר לבוצה לעכל את עצמה, וכתוצאה מכך נפח ייצור בוצה שהוא רק-שליש עד-שליש מזה של השיטות המסורתיות, מה שמפחית משמעותית את עלות סילוק הבוצה.
עמידות חזקה לעומסי זעזועים: הוא אינו מפחד מהתנפחות בוצה, שכן בוצה בריכוז גבוה- מספקת יכולת חציצה חזקה.
רמה גבוהה של אוטומציה: זמן השמירה ההידראולית וגיל הבוצה מופרדים לחלוטין, מה שמקל על השגת שליטה אוטומטית לחלוטין ותפעול וניהול נוחים.
החסרונות והאתגרים של MBR
השקעה גבוהה: עלות רכיבי הממברנה גבוהה, וההשקעה בפרויקט גבוהה ב-30% עד 50% מזו של השיטות המסורתיות.
צריכת אנרגיה גבוהה: תהליכים כמו אוורור ממברנה ויניקה צורכים כמות משמעותית של חשמל!
עכירות ממברנה: הממברנה עלולה להיסתם ודורשת ניקוי קבוע. עכירות ממברנה מתחלקת לשלושה שלבים - עכירות ראשונית (ספיחה תוך מספר שעות), עכירות איטית (הצטברות קולואידים תוך מספר שבועות), ועיכול מהיר (ירידה בלחץ על פני הממברנה עולה תוך מספר ימים), המחייבת רמות שונות של אמצעי ניקוי.
עלות החלפת ממברנה גבוהה: תוחלת החיים של ממברנה היא בדרך כלל בסביבות 5 שנים, ויש להחליפו כאשר תפוגה, וזו הוצאה משמעותית עבור פעולה-לטווח ארוך.
דרישות הטיפול המקדים הן מחמירות: יש להתקין סורגים עדינים במיוחד (1 עד 2 מילימטרים), אחרת שיער וסיבים יסתבכו את סיבי הממברנה, ויגרמו לזיהום חמור ואף נזק לממברנה. יחד עם זאת, הוא גם רגיש מאוד לחומרים שמנים.