Iהקדמה
עם תקנים סביבתיים מחמירים יותר ויותר וביקוש מתמשך שעולה לשימוש חוזר במים, הפכו ביוריאקטורים ממברנה (MBRs) לטכנולוגיה המרכזית לטיפול מתקדם בשפכים וניצול משאבים. חומרי ממברנה, כמרכיב הליבה של MBRs, קובעים ישירות את היציבות התפעולית של המערכת, יעילות הטיפול ועלות מחזור החיים הכוללת. ממברנות אורגניות מסורתיות סובלות מחסרונות כמו רגישות להתכלות, תוחלת חיים קצרה ועמידות לקורוזיה ירודה, מה שהופך אותן ללא מתאימות לתנאי מים מורכבים וקשים. ממברנות יריעות שטוחות-סיליקון קרביד, עם תכונות מעולות שלהן של עמידות בפני קורוזיה, שטף גבוה, תוחלת חיים ארוכה ויכולות חזקות נגד- עכירות, מספקות פתרון חזק לשדרוג תהליכי MBR ונמצאות בשימוש נרחב בשפכים עירוניים, בשפכים תעשייתיים ובטיפול במלח מרוכז.
I. מבוא לטכנולוגיית MBR
1. עיקרון התהליך
MBR (Membrane Bioreactor) הוא תהליך טיפול בשפכים המשלב עמוקות טכנולוגיות של פירוק ביולוגי והפרדת ממברנות. הוא מחליף את מיכל השקיעה המשני בתהליך הבוצה המופעלת המסורתי במודול קרום סינון אולטרה, משיג הפרדה יעילה של בוצה ומים. לאחר שהשפכים נכנסים לביוריאקטור, מיקרואורגניזמים מפרקים מזהמים כמו COD, חנקן אמוניה וזרחן כולל; קרום סינון האולטרה (גודל נקבוביות 0.02-0.1 מיקרומטר) לוכד במדויק בוצה פעילה, קולואידים, חיידקים וחלקיקים מרחפים, וכתוצאה מכך שפכים צלולים וסטריליים, פותרים לחלוטין את הבעיות של אובדן בוצה ושפכים עכורים בתהליכים מסורתיים.
2. תכונות ליבה של התהליך
(1) יכולת טיפול חזקה ואיכות קולחים טובה
לתהליך MBR יש עומס גבוה ויעילות טיפול גבוהה יותר מכורי טיפול ביולוגי כללי. איכות הקולחים דומה למי ברז במראה ויכולה לעמוד במלוא הדרישות למים מוחזרים. כיום זוהי הטכנולוגיה בעלת איכות הקולחים הטובה ביותר מבין כל תהליכי הטיפול בשפכים.
(2) עמידות חזקה לעומסי פגיעה
ריכוז הבוצה הגבוה מקנה ל-MBR עמידות חזקה בעומסי זעזועים, ויש לו גם גיל בוצה ארוך במיוחד, מה שמביא לאיכות קולחים יציבה מאוד.
(3) השפעה טובה על הסרת חנקן אמוניה
עם ריכוז בוצה גבוה, גיל בוצה ארוך ועומס בוצה נמוך, הוא מתאים במיוחד לניטריפיקציה להסרת חנקן אמוניה, ויכול להסיר עד 1500 מ"ג/ליטר חנקן אמוניה.
(4) פחות בוצה שיורית
לבוצת MBR גיל בוצה ארוך, המיקרואורגניזמים נמצאים בשלב הנשימה האנדוגנית, ייצור הבוצה העודף נמוך, והזיהום המשני מינימלי.
(5) חוסך קרקע
הוא אינו דורש מיכל שיקוע משני או מכשירי סינון וטיהור אחרים. התהליך פשוט ותופס שטח קטן, רק כ-1/3 משטח הקרקע הנדרש בתהליכי טיפול קונבנציונליים, מה שהופך אותו למתאים מאוד לשימוש במקומות עם שטח מוגבל.
(3) בקרה אוטומטית, קל לצייד
MBR מבטל את הבעיות של נפח בוצה ואובדן בוצה, מייצר רמות נמוכות של בוצה שיורית, ויכול להשיג בקרה אוטומטית לחלוטין, מה שהופך את התפעול והניהול לפשוטים יותר.
II. היתרונות של ממברנות יריעות שטוחות של סיליקון קרביד בתהליכי MBR
1. עמיד בפני קורוזיה במיוחד, מתאים לתנאי עבודה קיצוניים
עשוי מאבקת סיליקון קרביד בטוהר- גבוה שהתגבש מחדש וחוזר ב-2400 מעלות, הוא עמיד לחומצות ולאלקליות בטווח ה-pH של 0-14, ויכול לעמוד בפני קורוזיה מחומצות חזקות, אלקליות חזקות, ריכוז גבוה של-חומרי חמצון וממיסים אורגניים. הוא יכול לפעול ביציבות וללא הזדקנות בתנאי מים קשים כגון מי מלח מרוכז, שפכים כימיים ותשטוף מזבלה לאורך זמן.
2. פעולת-תפוקה גבוהה, וכתוצאה מכך יעילות עיבוד גבוהה יותר.
למשטח הממברנה יש זווית מגע מים של 10.3 מעלות בלבד, מה שהופך אותו להידרופילי במיוחד. שטף הפעולה שלו יציב ב-60-100 LMH, שהם פי 3-4 מזה של ממברנות אורגניות. עבור אותו סולם טיפול, הוא דורש פחות שטח ממברנה ומיכל הממברנה תופס פחות מקום, מה שמפחית משמעותית את עלויות ההנדסה האזרחית.
3. עמידות חזקה לכתמים, קל לניקוי ושיקום
משטח הממברנה טעון שלילי חזק, דוחה אלקטרוסטטית בוצה, קולואידים ושמן, וכתוצאה מכך יכולות אנטי-להיעלמות מצוינות. אוורור ושטיפה מעכבים את התכלות, ולאחר התכלות, ניקוי חומצה, אלקלי וחמצן בריכוז גבוה- יכול להחזיר 100% מהשטף. מחזור הניקוי ארוך והתחזוקה פשוטה.
4. תוחלת חיים- ארוכה במיוחד ועלות תוחלת חיים כוללת נמוכה.
יש לו חוזק מכני גבוה, עמידות בפני שחיקה, ללא סיכון לשבירת סיבים, וחיי שירות של יותר מ- או שווה ל-10 שנים, שהם פי 3-4 מזה של ממברנות אורגניות; נפח האוורור הוא רק חצי מזה של ממברנות אורגניות, וכתוצאה מכך צריכת אנרגיה נמוכה; הוא אינו מצריך החלפת ממברנה תכופה, מה שמפחית משמעותית את עלויות המתכלים ואת זמני השבתה, ויש לו יתרונות כלכליים יוצאי דופן לאורך כל מחזור החיים שלו.
5. תואם מאוד וקל לשדרוג ושינוי.
זה תואם באופן מלא למערכות MBR אורגניות קיימות ויכול להחליף ממברנות אורגניות באתר ללא שינויים גדולים בציוד; הוא מתאים לאיכויות מים מורכבות כמו ריכוז בוצה גבוה, תכולת שמן גבוהה ומליחות גבוהה, קל לשדרוג ומהיר להראות תוצאות.
III. מקרי יישום טיפוסיים
מקרה 1: פרויקט טיהור שפכים ביישוב מסוים
קיבולת עיבוד: 3000 m³/d
ערכת תהליך: ממברנת יריעות שטוחות מסיליקון קרביד MBR משמשת להחלפת מיכל השקיעה המשני המסורתי.
תוצאות יישום: שפכים יציבים ותואמים, תפעול ותחזוקה פשוטים, פותרים ביעילות את בעיית הזרמת הביוב באזורים כפריים.
מקרה 2: פרויקט שדרוג לשפכי מלח מרוכזים ממפעל כימי פחם
קיבולת עיבוד: 76 m³/h
רקע שדרוג: לקרום האורגני המקורי היה תוחלת חיים קצרה, נדרשה החלפה תכופה והייתה יקרה.
תוצאות יישום: לאחר החלפת ממברנת יריעות שטוחות סיליקון קרביד, היציבות התפעולית שופרה משמעותית, חיי הממברנה הוארכו מאוד ועלות התחזוקה הופחתה משמעותית.
מקרה 3: פרויקט טיפול בשפכים באזור שירות
קיבולת עיבוד: 120 m³/d
פתרון תהליך: ציוד MBR ממברנה שטוחה מסיבי סיליקון קרביד
תוצאות יישום: טביעת רגל קומפקטית, פעולה אוטומטית, טיפול יציב בשפכים ביתיים מבוזרים ושפכים עומדים בתקנים לשימוש חוזר.
מקרה 4: פרויקט MBR של מי שפכים תעשייתיים בסינגפור
קיבולת עיבוד: 150 m³/d
אפקט יישום: על ידי החלפת ממברנות אורגניות מסורתיות בממברנות קרמיות סיליקון קרביד, ניתן להשיג טיפול עמוק בשפכים תעשייתיים בשטח מוגבל.
