1. ทำไมต้องใช้ MBR?
ข้อบกพร่องและปัญหาของวิธีการแบบเดิมๆ (กระบวนการแอคทิเวตตะกอน):
การบำบัดน้ำเสียแบบดั้งเดิมอาศัยตะกอนเร่ง (มวลเจลที่เกิดจากจุลินทรีย์และสารอินทรีย์และอนินทรีย์ที่พวกมันเกาะอยู่) เป็นหลักในการย่อยสลายสารมลพิษ ต่อจากนั้น ส่วนผสมจะถูกส่งไปยังถังตกตะกอนซึ่งตะกอนจะตกตะกอนตามธรรมชาติ ในขณะที่น้ำใสไหลออกจากด้านบน วิธีการนี้ใช้กันมานานหลายศตวรรษ แต่ก็ยังต้องเผชิญกับความท้าทายหลายประการ:
ต้องการพื้นที่ขนาดใหญ่: จำเป็นต้องมีถังตกตะกอนขนาดใหญ่เพื่อให้โคลนตะกอนตัวช้า
ตะกอนมีแนวโน้มที่จะ "บวม": หากตะกอนไม่เกาะตัวอย่างเหมาะสม มีแนวโน้มว่าจะไหลออกไปพร้อมกับน้ำ ส่งผลให้คุณภาพน้ำทิ้งไม่ดี
ตะกอนส่วนเกินที่มากเกินไป: มีการผลิตตะกอนส่วนเกินจำนวนมาก โดยต้นทุนการบำบัดคิดเป็นสัดส่วนมากกว่า 25% ของต้นทุนการดำเนินงาน
ไม่สามารถเพิ่มความเข้มข้นของตะกอนในถังปฏิกิริยาได้ แต่สามารถรักษาไว้ที่ 1.5 ถึง 3.5 กรัมต่อลิตรเท่านั้น ซึ่งจำกัดประสิทธิภาพของปฏิกิริยา
การเกิดขึ้นของ MBR ได้ช่วยแก้ปัญหาที่กล่าวมาข้างต้น!
MBR แทนที่ถังตกตะกอนรองด้วยโมดูลเมมเบรน ทำให้สามารถแยกตะกอนและน้ำได้ละเอียดยิ่งขึ้น จุลินทรีย์จะถูกดักจับโดยเมมเบรน ทำให้พวกมันยังคงอยู่ในระบบในขณะที่น้ำถูกปล่อยผ่านเมมเบรน!
เป็นผลให้ความเข้มข้นของตะกอนสามารถเพิ่มเป็น 8 ถึง 15 กรัมต่อลิตร ซึ่งสูงกว่าวิธีการแบบเดิมถึง 3 ถึง 5 เท่า
ไม่ต้องกังวลกับปัญหาการสะสมของตะกอนอีกต่อไป ด้วยการคัดกรองขนาดรูพรุนของเมมเบรน ไม่ว่าก้อนตะกอนจะหลวมหรือไม่ หรือลอยหรือไม่ก็ตาม เมมเบรนจะดักจับตะกอนทั้งหมดโดยตรง ไม่ว่าตะกอนจะมีปริมาณมากเพียงใดหรือมีการตกตะกอนได้ไม่ดีเพียงใด ตะกอนก็ไม่สามารถผ่านรูเมมเบรนได้ และจะไม่สูญหายไปพร้อมกับน้ำทิ้ง ทำให้มั่นใจได้ถึงคุณภาพของน้ำทิ้งที่เสถียร
คุณภาพน้ำทิ้งเป็นเลิศ โดยมีสารแขวนลอยเกือบเป็นศูนย์และความขุ่นต่ำกว่า 1 NTU
2. หลักการสำคัญของ MBR
องค์ประกอบของ MBR
MBR เทียบเท่ากับเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพและโมดูลเมมเบรน เครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพเป็นที่ที่แบคทีเรียทำงาน ในขณะที่โมดูลเมมเบรนทำหน้าที่เป็นตะแกรงสำหรับแยกน้ำโคลน
จำแนกตามตำแหน่งโมดูลเมมเบรน
ประเภทการแช่ (แบบรวม): เมมเบรนจะถูกจุ่มลงในถังชีวภาพโดยตรง และน้ำจะถูกสกัดโดยการดูดด้วยแรงดันลบ ข้อดีของวิธีนี้คือใช้พลังงานต่ำและใช้พื้นที่น้อย แต่ข้อเสียคือฟลักซ์เมมเบรนค่อนข้างต่ำ
ประเภทภายนอก (แยกส่วน): เมมเบรนถูกตั้งค่าแยกกัน และของเหลวที่ผสมจะถูกเพิ่มแรงดันด้วยปั๊ม จากนั้นจึงไหลผ่านเมมเบรน ข้อดีคือการทำงานมีเสถียรภาพและทำความสะอาดง่าย แต่สิ้นเปลืองพลังงานสูงกว่า
ปัจจุบัน MBR แบบจุ่มถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในตลาด เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการบำบัดน้ำเสียในครัวเรือน
จำแนกตามรูปร่างโมดูลเมมเบรน
ประเภทเส้นใยกลวง: ความหนาแน่นของการอัดตัวสูง รอยขนาดเล็ก แต่มีแนวโน้มที่จะขาดและอุดตันของสายไฟ และทำความสะอาดได้ยาก
ชนิดแบน: ผลิตง่าย บำรุงรักษาง่าย และทำความสะอาดง่าย แต่มีความหนาแน่นของการบรรจุต่ำกว่า
ชนิดท่อ : ไม่อุดตัน ทนทานต่อการปนเปื้อน ทำความสะอาดง่าย แต่มีความหนาแน่นในการบรรจุต่ำที่สุดและราคาสูงกว่า
"การกรอง" ใน MBR ทำงานอย่างไร
แกนกลางของ MBR อยู่ที่การกรองแบบเมมเบรน การกรองเมมเบรนสามารถแบ่งได้เป็น 2 ประเภท ขึ้นอยู่กับโหมดการทำงาน:
การกรองด้วยแรงดันคงที่: เหมือนกับการดันตะแกรงด้วยแรงคงที่ ในตอนแรกน้ำใสจะไหลเร็ว แต่เมื่อพื้นผิวของตะแกรงอุดตันด้วยตะกอน การไหลก็จะช้าลง อัตราการผลิตน้ำลดลงอย่างต่อเนื่องเมื่อเวลาผ่านไป!
การกรองการไหลคงที่: มุ่งเป้าไปที่ "อัตราการไหลของน้ำคงที่" เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ เมื่อเมมเบรนสกปรกและความต้านทานเพิ่มขึ้น ระบบจะเพิ่มแรงดูดโดยอัตโนมัติ (ความแตกต่างของแรงดันเมมเบรนเพิ่มขึ้น) เพื่อรักษาปริมาณน้ำที่ส่งออกเท่าเดิม ในเวลาเดียวกัน โดยการเติมอากาศตามปกติหรือการชะล้างแบบย้อนกลับ มลพิษบนพื้นผิวเมมเบรนจะถูกเป่าและชะล้างออกไป ทำให้เมมเบรน "หายใจเข้า" ได้ แนวทางนี้ไม่เพียงแต่ควบคุมมลพิษของเมมเบรนได้อย่างมีประสิทธิภาพ ขยายวงจรการทำความสะอาด แต่ยังรักษาประสิทธิภาพการผลิตน้ำในระดับสูง ทำให้ระบบทำงานได้อย่างเสถียรเป็นเวลานาน
จุลินทรีย์ "กิน" มลพิษได้อย่างไร?
การบำบัดทางชีวภาพใน MBR นั้นเป็นกระบวนการย่อยสลายอินทรียวัตถุโดยจุลินทรีย์ภายใต้สภาวะแอโรบิก หลังจากกินอินทรียวัตถุเข้าไปแล้ว จุลินทรีย์จะทำสองสิ่งหลักๆ คือ
แอแนบอลิซึม: ส่วนหนึ่งของอินทรียวัตถุถูกใช้เพื่อสร้างร่างกายของตัวเอง ส่งผลให้จำนวนจุลินทรีย์เพิ่มขึ้น
เมแทบอลิซึมของการสลายตัว: อีกส่วนหนึ่งของอินทรียวัตถุจะถูกสลายอย่างสมบูรณ์เป็นสารที่เสถียรและไม่เป็นอันตราย เช่น คาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ ในขณะเดียวกันก็ปล่อยพลังงานเพื่อให้จุลินทรีย์ดำรงชีวิตได้ (สาระสำคัญของมันคล้ายกับตะกอนเร่ง)
3. ข้อดีและข้อเสียของ MBR
ข้อดีหลักของ MBR
คุณภาพของน้ำทิ้งเป็นเลิศ: สารแขวนลอยในน้ำทิ้ง MBR เกือบเป็นศูนย์ โดยมีความขุ่นต่ำกว่า 1 NTU และตัวชี้วัด เช่น COD และแอมโมเนียไนโตรเจน นั้นเหนือกว่ากระบวนการแบบดั้งเดิมมาก สามารถนำมาใช้ซ้ำได้โดยตรงสำหรับการล้างห้องน้ำ การทำสีเขียว การล้างรถ การเติมน้ำในแนวนอน ฯลฯ
รอยเท้าขนาดเล็ก: ไม่จำเป็นต้องใช้ถังตกตะกอนรอง กระบวนการนี้สั้นและสามารถออกแบบให้เป็นแบบใต้ดินได้ ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับเมืองหรือพื้นที่อยู่อาศัยที่มีที่ดินจำกัด
การผลิตตะกอนส่วนเกินต่ำ: MBR สามารถทำงานภายใต้สภาวะอายุตะกอนที่ยาวนาน ปล่อยให้ตะกอนย่อยสลายได้เอง ส่งผลให้ปริมาณการผลิตตะกอนเป็นเพียงหนึ่งใน-ในสามถึงหนึ่ง-ครึ่งหนึ่งของวิธีการแบบเดิม ซึ่งช่วยลดต้นทุนในการกำจัดตะกอนได้อย่างมาก
ทนทานต่อแรงกระแทกสูง: ไม่ต้องกลัวตะกอนจะรวมตัวกัน เนื่องจากตะกอนที่มีความเข้มข้นสูง-จะให้ความสามารถในการบัฟเฟอร์ที่แข็งแกร่ง
ระบบอัตโนมัติระดับสูง: เวลากักเก็บไฮดรอลิกและอายุตะกอนจะถูกแยกออกจากกันอย่างสมบูรณ์ ทำให้ง่ายต่อการควบคุมอัตโนมัติเต็มรูปแบบและการดำเนินงานและการจัดการที่สะดวก
ข้อบกพร่องและความท้าทายของ MBR
การลงทุนสูง: ต้นทุนของส่วนประกอบเมมเบรนสูงและการลงทุนโครงการสูงกว่าวิธีการแบบเดิมถึง 30% ถึง 50%
การใช้พลังงานสูง: กระบวนการต่างๆ เช่น การเติมอากาศและการดูดเมมเบรนต้องใช้ไฟฟ้าเป็นจำนวนมาก!
การปนเปื้อนของเมมเบรน: เมมเบรนอาจอุดตันและต้องทำความสะอาดเป็นประจำ การเปรอะเปื้อนของเมมเบรนแบ่งออกเป็นสามขั้นตอน - การเปรอะเปื้อนเริ่มแรก (ดูดซับภายในไม่กี่ชั่วโมง) การเปรอะเปื้อนช้า (สะสมคอลลอยด์ภายในไม่กี่สัปดาห์) และการเปรอะเปื้อนอย่างรวดเร็ว (ความดันเมมเบรนลดลงภายในสองสามวัน) จำเป็นต้องมีมาตรการทำความสะอาดในระดับที่แตกต่างกัน
ต้นทุนการเปลี่ยนเมมเบรนสูง: อายุการใช้งานของเมมเบรนโดยทั่วไปจะอยู่ที่ประมาณ 5 ปี และจำเป็นต้องเปลี่ยนเมื่อหมดอายุ ซึ่งเป็นค่าใช้จ่ายจำนวนมากสำหรับการดำเนินงานระยะยาว-
ข้อกำหนดในการบำบัดล่วงหน้ามีความเข้มงวด: ต้องติดตั้งตะแกรงละเอียดพิเศษ- (1 ถึง 2 มิลลิเมตร) มิฉะนั้นเส้นผมและเส้นใยจะพันกันกับเส้นใยเมมเบรน ทำให้เกิดมลภาวะอย่างรุนแรงและแม้กระทั่งความเสียหายของเมมเบรน ในขณะเดียวกันก็ยังมีความไวต่อสารที่มีความมันสูงอีกด้วย