ما هو مبدأ عمل مفاعل MBBR؟ ما هي الملوثات التي يزيلها من مياه الصرف الصحي؟
ما هو مبدأ عمل MBBR؟ما هي الملوثات التي يتم إزالتها من مياه الصرف الصحي؟
بقلم: كيت نانا
تاريخ النشر: 8 أبريل 2024
علامات المنشور: MBBR، معالجة مياه الصرف الصحي الثانوية، نظام MBBR
جدول المحتويات
1. مبدأ MBBR
2. فوائد تفاعلات النترتة ونزع النترتة المتزامنة
3. ما الذي يزيله MBBR؟
4. كيف يعمل MBBR؟
مبدأ MBBR
تجمع عملية مفاعل الأغشية الحيوية ذات الطبقة المتحركة (MBBR) بين مزايا الطبقات المميعة التقليدية وطرق الأكسدة بالتلامس الحيوي، مما يجعلها طريقة جديدة وفعالة لمعالجة مياه الصرف الصحي. تعتمد هذه العملية على التهوية وتدفق المياه المرفوع في خزان التهوية للحفاظ على الناقلات في حالة مميعة، مما يُشكل الحمأة المنشطة المعلقة والأغشية الحيوية الملتصقة بها. وبالتالي، يستغل الغشاء الحيوي ذو الطبقة المتحركة كامل مساحة المفاعل، مستفيدًا بشكل كامل من مزايا طوري الكتلة الحيوية الملتصقة والمعلقة، مكملًا نقاط قوة كل منهما. وعلى عكس الحشوات السابقة، يمكن للحشو المعلق أن يتلامس مع مياه الصرف الصحي بشكل متكرر ومتعدد، ولذلك يُطلق عليه اسم "الغشاء الحيوي المتحرك".
يعتمد مبدأ عملية MBBR على إضافة كمية معينة من المواد الحاملة المعلقة إلى المفاعل، مما يزيد الكتلة الحيوية وتنوع الكائنات الحية فيه، وبالتالي يعزز كفاءة معالجة المفاعل. ولأن كثافة مادة الحشو (0.96-0.98 كجم/لتر) قريبة من كثافة الماء، فإنها تختلط تمامًا بالماء أثناء التهوية، مما يخلق بيئة مناسبة لنمو الميكروبات في المراحل الغازية والسائلة والصلبة. يؤدي تصادم المواد الحاملة وقصها في الماء إلى جعل فقاعات الهواء أدق، مما يزيد من معدل استخدام الأكسجين. بالإضافة إلى ذلك، يحتوي كل ناقل على أنواع مختلفة من الكائنات الحية داخله وخارجه، حيث تنمو البكتيريا اللاهوائية أو الاختيارية في الداخل والهوائية في الخارج، مما يجعل كل ناقل مفاعلًا دقيقًا. يسمح هذا بحدوث تفاعلات النترتة ونزع النترتة في وقت واحد، مما يحسن من فعالية المعالجة.
فوائد تفاعلات النترتة ونزع النترتة المتزامنة
1. إزالة النيتروجين: يُمكّن الجمع بين النترتة ونزع النترتة النظام من تحويل نيتروجين الأمونيوم (NH₃-N) في الماء إلى نيتروجين غازي (N₂) بكفاءة، مما يُؤدي إلى إزالة النيتروجين. ويلعب هذا دورًا حاسمًا في منع ومراقبة تراكم المغذيات في الماء وارتفاع تركيزات نيتروجين الأمونيوم فيه.
2. التوازن البيئي: ومن خلال التوازن بين هاتين العمليتين، يمكن معالجة النيتروجين الموجود في الماء بشكل فعال في ظل ظروف بيئية مختلفة (مثل الهوائية والأكسجين)، مما يضمن مرونة واستقرار نظام معالجة المياه.
3. توفير الطاقة وخفض الانبعاثات: وبالمقارنة بالطرق الفيزيائية والكيميائية، فإن عمليات النترتة وإزالة النترتة البيولوجية يمكن أن تحقق إزالة النيتروجين مع انخفاض استهلاك الطاقة وتقليل استخدام العوامل الكيميائية، مما يعود بالنفع على حماية البيئة والتنمية المستدامة.
إن التزامن بين عمليتي النترتة ونزع النترتة يعني أيضًا أن تصميم وتشغيل نظام معالجة المياه يتطلبان تحكمًا دقيقًا، بما في ذلك ضبط ظروف البيئات الهوائية واللاأكسجينية، لضمان فعالية هاتين العمليتين. علاوة على ذلك، يعني هذا أن نظام MBBR قادر على التعامل مع نطاق أوسع من أحمال التلوث، مما يُحسّن من قدرة نظام معالجة المياه على التكيف وكفاءته.
ماذا يقوم MBBR بإزالته؟
1. المادة العضوية: يزيل MBBR بفعالية الملوثات العضوية المذابة في الماء، مثل الطلب الكيميائي الحيوي للأكسجين (BOD) والطلب الكيميائي للأكسجين (COD)، والتي تأتي عادةً من مياه الصرف الصحي المنزلية، ومياه الصرف الصناعي، والجريان الزراعي. يحقق MBBR معدل إزالة للطلب الكيميائي الحيوي للأكسجين يتجاوز 90%.
2. نيتروجين الأمونيا: من خلال عملية الأكسدة البيولوجية، أي النترتة، يُمكن لمادة MBBR تحويل نيتروجين الأمونيا إلى نترات، مما يُقلل من محتوى نيتروجين الأمونيا في الماء. تُعدّ هذه العملية بالغة الأهمية لمنع تراكم المغذيات في المسطحات المائية وتعزيز سلامة جودة المياه. يُمكن أن يصل معدل إزالة نيتروجين الأمونيا إلى أكثر من 90%. ويتأثر معدل الإزالة الفعلي بنشاط البكتيريا النترتية في النظام.
3. النيتروجين الكلي (TN): تُزيل عملية MBBR النيتروجين الكلي بفعالية من خلال عمليتي النترتة ونزع النترتة، حيث تُحوّل نيتروجين الأمونيا والنيتروجين العضوي إلى نيتروجين غازي (N₂)، مما يُقلل من محتوى النيتروجين في المسطح المائي. يمكن أن يصل معدل إزالة النيتروجين الكلي إلى 50% إلى 80%. مع تحسين تصميم النظام وظروف التشغيل، يُمكن أحيانًا تحقيق معدلات إزالة أعلى.
4. إجمالي الفوسفور (TP): على الرغم من أن تقنية MBBR تعتمد في المقام الأول على إزالة النيتروجين بيولوجيًا، إلا أنها قادرة أيضًا على إزالة الفوسفور من الماء إلى حد ما من خلال تحسين ظروف التشغيل ودمجها مع وحدات معالجة أخرى (مثل الترسيب الكيميائي)، مما يقلل من خطر زيادة المغذيات. ومع ذلك، يمكن تحقيق معدل إزالة إجمالي للفوسفور يتراوح بين 50% و90% من خلال دمجها مع عمليات فيزيائية وكيميائية مثل الترسيب الكيميائي.
5. المواد الصلبة العالقة والجسيمات: في عملية MBBR، تلتصق بعض الميكروبات بالناقلات لتكوين غشاء حيوي، بينما تبقى أخرى معلقة. يساعد هذا على إزالة المواد الصلبة العالقة والجسيمات الدقيقة من الماء. ويمكن لعملية MBBR أن تقلل بفعالية من محتوى المواد الصلبة العالقة في الماء، بمعدل إزالة يتراوح عادةً بين 50% و90%.
6. مسببات الأمراض: يتمتع الغشاء الحيوي في عملية MBBR بتأثير امتصاص وتحلل معين على بعض مسببات الأمراض، وبالتالي تقليل محتوى مسببات الأمراض في الماء إلى حد ما وتحسين جودة المياه.
تشمل مزايا عملية MBBR كفاءتها، وصغر حجمها، وسهولة التوسع والتحديث. وهذا يجعل تقنية MBBR من التقنيات واسعة الاستخدام في معالجة مياه الصرف الصحي الحضرية الحديثة ومعالجة مياه الصرف الصناعي.
كيف يعمل MBBR؟
في الظروف الهوائية، تُحفّز طفو فقاعات الهواء المُتولدة أثناء التهوية حركة الوسائط والجسم المائي المحيط بها. عند مرور تيار الهواء عبر مجرى الماء والفجوات الموجودة فيه، يُعيقه الوسائط وينقسم إلى فقاعات صغيرة. في هذه العملية، يُحرّك الوسط جيدًا ويُخلط مع تدفق الماء، وينقسم تدفق الهواء إلى فقاعات دقيقة، مما يزيد من كفاءة التلامس ونقل الأكسجين بين الغشاء الحيوي والأكسجين.
في ظل الظروف اللاهوائية، يتم تحويل تدفق المياه والوسائط إلى سائل بالكامل تحت تأثير خلاط مغمور، مما يحقق غرض الاتصال الكامل والتحلل بين الأغشية الحيوية والمواد الملوثة المعالجة.
يتمثل جوهر عملية MBBR في تحقيق السيولة الكاملة لوسائط الناقل المعلقة لتحسين معالجة الملوثات. في التطبيق العملي لعملية MBBR، تشمل العوامل التي يجب مراعاتها بشكل رئيسي نوع حوض المفاعل الحيوي، والكمية الإضافية من الوسائط المعلقة، ونظام التهوية، وشاشة الاعتراض، والمراوح، وما إلى ذلك.
يُعدّ تمييع الوسائط البيولوجية في منطقة التهوية أمرًا أساسيًا لوظيفة المعالجة الجيدة للنظام. ويتحقق ذلك بشكل رئيسي من خلال نظام التهوية في المنطقة الهوائية للمفاعل الحيوي. يمكن لنظام التهوية المناسب في المنطقة الهوائية ضمان تأثير تمييع الوسائط الحاملة البيولوجية، مما يضمن تحرك الوسائط المميعة لأعلى ولأسفل، ذهابًا وإيابًا في المسطح المائي، مما يسمح للوسائط بالاختلاط والتصادم والاتصال الكامل بمياه الصرف الصحي، وإكمال عمليات الاتصال والتبادل والامتصاص بين الملوثات والماء والهواء بشكل فعال. يتم اختيار الكثافة النوعية للوسائط عمومًا بين 0.94 و0.97. خلال فترة زراعة البكتيريا، يلتصق سطح الوسائط تدريجيًا بكمية كبيرة من الأغشية الحيوية. كلما زاد الالتصاق، زادت الكثافة النوعية تدريجيًا، وعندما يصل الأغشية الحيوية على الوسائط إلى سمك معين، تتجاوز كثافتها النوعية 1، مما يتسبب في غرق الوسائط في قاع البركة من المنطقة غير المهواة. قوة التأثير في أسفل منطقة التهوية هي الأقوى، مما يمكن أن يزيل بسرعة الأغشية الحيوية المتبقية على الوسائط. بعد تساقط الأغشية الحيوية، تنخفض الكثافة النوعية للوسائط أيضًا إلى أقل من 1 وترتفع في منطقة التهوية. بناءً على التغيير في الكثافة النوعية قبل وبعد تثبيت الفيلم، يمكن أن تتدحرج الوسائط في مناطق التهوية وغير التهوية، وبالتالي تتناوب نمو وتساقط الأغشية الحيوية، مما يضمن استقرار ونشاط كمية الأغشية الحيوية، مما يجعل العملية تعمل بشكل أكثر ثباتًا. لمنع الوسائط المعلقة المميعة من دخول المرحلة التالية مع السائل المختلط، تم تصميم شاشة بشكل مناسب واستخدامها للاعتراض والفصل البسيط في المنطقة الهوائية. مادة الشاشة مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ، ويتطابق النوع مع الوسائط المعلقة.
