فیلتراسیون غشایی در بیوراکتورهای غشایی (MBR) به دو شیوه اصلی انجام میگیرد: جریان جانبی (Sidestream) و مستغرق (Submerged). هر یک از این پیکربندی‌ها ویژگی‌ها، مزایا و معایب خاص خود را دارند که در ادامه به تفصیل شرح داده میشوند:
انواع پیکربندی MBR:
دو پیکربندی اصلی برای سیستم‌های MBR وجود دارد: غوطه‌ور (iMBR) و جریان جانبی (sMBR).
1. بیوراکتور غشایی غوطه‌ور iMBR یا مستغرق Submerged:
در این پیکربندی، مدول‌های غشایی مستقیماً در داخل بیوراکتور یا در یک تانک غشایی جداگانه که به بیوراکتور متصل است، غوطه ور میشوند. امروزه، قرار دادن مدول های غشایی در یک تانک جداگانه رایج‌تر است. به این ترتیب، علاوه بر کنترل بهتر فرآیند فیلتراسیون، پساب قبل از رسیدن به غشا مدت زمان بیشتری تحت عمل تصفیه ی بیولوژیکی قرار میگیرد.
- نحوه عملکرد: در این سیستم، افشاننده‌های هوا دقیقاً زیر مدول‌های غشایی قرار می‌گیرند. حباب‌های ایجاد شده توسط این افشاننده‌ها، علاوه بر تأمین اکسیژن مورد نیاز میکروارگانیسم‌ها، موجب اختلاط سیستم و ایجاد تنش برشی روی سطح غشا میشوند که از گرفتگی آن جلوگیری می‌کند. به عبارت دیگر، حباب‌ها با حرکت خود روی سطح غشا، ذرات جامد را از آن جدا می‌کنند. برای مکش آب تصفیه شده از طریق غشاها، از فشار منفی (وکیوم) استفاده می‌شود. معمولاً در سیستم‌های مستغرق از غشاهای تخت (Flat sheet) و یا الیاف توخالی (Hollow fiber) استفاده می‌شود.
- مزایا:
- مصرف انرژی کمتر به دلیل استفاده از هوادهی برای هر دو منظور (تأمین اکسیژن و جلوگیری از گرفتگی).
- هزینه پمپاژ، هزینه عملیاتی و شستشوی کمتر در مقایسه با نوع جانبی.
- احتمال گرفتگی کمتر به علت تماس بیشتر با جریان هوادهی.
- غلظت بالای MLSS و در نتیجه حجم کمتر راکتور.
- هزینه عملیاتی کمتر به دلیل سادگی سیستم.
- کنترل بهتر فرآیند فیلتراسیون با استفاده از تانک جداگانه.
- معایب:
- دسترسی دشوارتر به غشاها برای تعمیر و نگهداری.
- حساسیت بیشتر به گرفتگی در مقایسه با sMBR.
- مصرف انرژی بیشتر برای هوادهی و چرخش سوسپانسیون لجن بین تانک‌ها در صورت استفاده از تانک جداگانه.
- کاربردها:
- تصفیه‌خانه‌های بزرگ شهری و صنعتی با حجم بالای فاضلاب.
- مواردی که محدودیت فضا وجود دارد.
- اکثر سیستم‌های MBR امروزی.
2. بیوراکتور غشایی جریان جانبی sMBR یا Sidestream:
در این نوع پیکربندی، مدول غشایی در خارج از بیوراکتور اصلی قرار میگیرد. لجن فعال به صورت چرخشی از بیوراکتور خارج شده و وارد مدول غشایی می‌شود. پس از عبور از غشا و جداسازی آب تصفیه‌شده (تراوش)، لجن فعال باقی‌مانده مجدداً به بیوراکتور بازگردانده می‌شود.
- نحوه عملکرد: در این سیستم، لجن فعال با استفاده از پمپ به مدول غشایی منتقل می‌شود و تحت فشار از غشا عبور می‌کند. جریان جانبی بالای مایع از داخل لوله‌های غشایی به منظور کنترل گرفتگی غشا اعمال می‌شود. این جریان جانبی بالا، تمایل غشا به گرفتگی را کاهش داده و امکان اعمال شار یا فشار تراغشایی (TMP) بالا را فراهم می‌کند. معمولاً در این پیکربندی از غشاهای لوله‌ای استفاده می‌شود. روش‌های مختلفی مانند شستشوی معکوس و تمیز کردن شیمیایی برای جلوگیری از گرفتگی غشاها استفاده می‌شود.
- مزایا:
- دسترسی آسان‌تر به غشاها برای تعمیر و نگهداری.
- کنترل بهتر شرایط عملیاتی غشاها مانند فشار، جریان و فرآیندهای تمیز کردن.
- انعطاف‌پذیری بیشتر در انتخاب نوع غشا.
- امکان اعمال شار و فشار بالاتر و کنترل بهتر گرفتگی غشا.
- معایب:
- مصرف انرژی بالا به دلیل نیاز به پمپ برای ایجاد جریان جانبی قوی، که مهم‌ترین عیب این پیکربندی است.
- هزینه اولیه بالاتر.
- کاربردها:
- تصفیه‌خانه‌های کوچک و متوسط.
- تصفیه فاضلاب‌های صنعتی خاص با غلظت بالای آلاینده‌ها.
- مواردی که نیاز به کنترل دقیق‌تر شرایط غشاها وجود دارد
مقایسه کلی:
به طور خلاصه، پیکربندی‌های مستغرق به دلیل هزینه پمپاژ، عملیات و شستشوی کمتر، معمولاً مقرون به صرفه‌تر از نوع جانبی هستند. همچنین، به دلیل تماس بیشتر با جریان هوادهی، احتمال گرفتگی در این نوع پیکربندی نیز پایین‌تر است. با این حال، در مواردی که نیاز به شار و فشار بسیار بالا و کنترل دقیق‌تر گرفتگی باشد، پیکربندی جریان جانبی ممکن است انتخاب مناسب‌تری باشد. انتخاب بین این دو پیکربندی به عوامل مختلفی از جمله حجم و نوع فاضلاب، بودجه پروژه و الزامات عملیاتی بستگی دارد.
