สรุปความรู้ MBR

ความแตกต่างระหว่างฟังก์ชันและการใช้งานระหว่างไบโอรีแอ็กเตอร์เมมเบรน (MBR) และอัลตราฟิลเตรชันแบบจุ่มใต้น้ำ ควรใช้แบบใดในสถานการณ์ใด

MBR ถูกวางไว้ในถังเติมอากาศหรือถังตกตะกอนรอง โดยมีตะกอนที่ถูกกระตุ้นจำนวนมากในน้ำเข้า การกรองด้วยอุลตราฟิลเตรชันแบบจุ่มจะสัมพันธ์กับการกรองด้วยอุลตราฟิลเตรชันแบบแรงดัน ซึ่งถูกวางไว้ในถังเมมเบรน และต้องการความต้องการน้ำเข้าที่หลากหลายกว่าและความสามารถในการป้องกันมลพิษที่แข็งแกร่งกว่า โดยทั่วไป หากใช้การกรองด้วยอุลตราฟิลเตรชันโดยตรงโดยไม่ต้องบำบัดเพิ่มเติมหลังจากใช้วิธีทางชีวเคมี จะใช้ MBR หากจำเป็นต้องบำบัดเพิ่มเติม (ส่วนใหญ่เพื่อกำจัด COD) การกรองด้วยอุลตราฟิลเตรชันแบบจุ่มจะถูกใช้ในขั้นตอนสุดท้าย

ข้อดี: กระบวนการ MBR นั้นง่าย การลงทุนต่ำ การกรองแบบจุ่มใต้น้ำมีค่าฟลักซ์การทำงานสูง อัตราการกู้คืนสูง และคุณภาพน้ำที่ดี

ข้อเสีย: MBR มีอัตราการไหลในการทำงานต่ำและต้องใช้เมมเบรนมากขึ้นสำหรับปริมาณการผลิตน้ำเท่ากัน กระบวนการอัลตราฟิลเตรชันแบบจุ่มนั้นซับซ้อนและต้องใช้อุปกรณ์รองรับรอบข้างหลายตัว

รูปภาพ
รูปภาพ

กระบวนการ MBR

ในด้านการบำบัดน้ำเสียและการนำทรัพยากรน้ำกลับมาใช้ใหม่ MBR หรือที่เรียกว่าไบโอรีแอคเตอร์แบบเมมเบรน เป็นเทคโนโลยีการบำบัดน้ำใหม่ที่ผสมผสานกระบวนการตะกอนที่ถูกกระตุ้นและเทคโนโลยีการแยกเมมเบรน

แนะนำสั้น ๆ

ในด้านการบำบัดน้ำเสียและการนำทรัพยากรน้ำกลับมาใช้ใหม่ MBR หรือที่เรียกอีกอย่างว่า Membrane Bio Reactor เป็นเทคโนโลยีการบำบัดน้ำแบบใหม่ที่ผสมผสานกระบวนการบำบัดตะกอนที่เปิดใช้งานเข้ากับเทคโนโลยีการแยกด้วยเมมเบรน มีเมมเบรนหลายประเภทซึ่งจำแนกตามกลไกการแยก ได้แก่ เมมเบรนปฏิกิริยา เมมเบรนแลกเปลี่ยนไอออน เมมเบรนซึมผ่านได้ เป็นต้น ตามคุณสมบัติของเมมเบรน มีเมมเบรนธรรมชาติ (ไบโอฟิล์ม) และเมมเบรนสังเคราะห์ (เมมเบรนอินทรีย์และอนินทรีย์) ตามประเภทโครงสร้างของเมมเบรน มีประเภทแผ่นแบน ประเภทท่อ ประเภทเกลียว และประเภทเส้นใยกลวง

การจัดองค์ประกอบกระบวนการ

ไบโอรีแอ็กเตอร์แบบเมมเบรนประกอบด้วยส่วนประกอบของการแยกเมมเบรนและไบโอรีแอ็กเตอร์เป็นหลัก ไบโอรีแอ็กเตอร์แบบเมมเบรนที่กล่าวถึงกันทั่วไปนั้น จริงๆ แล้วเป็นคำทั่วไปสำหรับเครื่องปฏิกรณ์สามประเภท ได้แก่ ① ไบโอรีแอ็กเตอร์แบบเมมเบรนเติมอากาศ (AMBR); ② ไบโอรีแอ็กเตอร์แบบเมมเบรนสกัด (EMBR); ③ ไบโอรีแอ็กเตอร์แบบเมมเบรนแยกของแข็ง/ของเหลว (SLSMBR)

แผ่นเยื่อเติมอากาศ

ไบโอรีแอ็กเตอร์เมมเบรนเติมอากาศถูกพบเห็นครั้งแรกโดย Cote P และคณะ ซึ่งรายงานในปี 1988 ว่าการใช้เมมเบรนหนาแน่นที่ระบายอากาศได้ (เช่น เมมเบรนยางซิลิโคน) หรือเมมเบรนที่มีรูพรุนขนาดเล็ก (เช่น เมมเบรนโพลีเมอร์ไม่ชอบน้ำ) ในโมดูลแผ่นหรือเส้นใยกลวงสามารถทำให้การเติมอากาศในไบโอรีแอ็กเตอร์ปราศจากฟองอากาศได้ในขณะที่รักษาความดันบางส่วนของก๊าซให้ต่ำกว่าจุดฟองอากาศ ลักษณะเฉพาะของกระบวนการนี้คือการปรับปรุงเวลาสัมผัสและประสิทธิภาพการถ่ายเทออกซิเจน ซึ่งเอื้อต่อการควบคุมกระบวนการเติมอากาศ และไม่ได้รับผลกระทบจากปัจจัยของขนาดฟองอากาศและเวลาคงอยู่ในระบบเติมอากาศแบบดั้งเดิม ดังที่แสดงในรูปที่ [1]

เยื่อสกัด

ไบโอรีแอ็กเตอร์เมมเบรนสกัด หรือเรียกอีกอย่างว่า EMBR (ไบโอรีแอ็กเตอร์เมมเบรนสกัด) เนื่องจากมีความเป็นกรดสูงหรือมีสารพิษต่อสิ่งมีชีวิต จึงไม่ควรบำบัดน้ำเสียจากอุตสาหกรรมบางชนิดโดยสัมผัสกับจุลินทรีย์โดยตรง เมื่อมีสารพิษระเหยได้ในน้ำเสีย หากใช้กระบวนการบำบัดทางชีวภาพแบบใช้อากาศแบบดั้งเดิม สารมลพิษมีแนวโน้มที่จะระเหยไปกับกระแสลมที่เติมอากาศ ส่งผลให้ก๊าซถูกชะล้างออกไป ซึ่งไม่เพียงแต่ทำให้การบำบัดไม่เสถียรเท่านั้น แต่ยังทำให้เกิดมลพิษทางอากาศอีกด้วย เพื่อรับมือกับความท้าทายทางเทคนิคเหล่านี้ นักวิชาการชาวอังกฤษ Livingston ได้ทำการวิจัยและพัฒนา EMB น้ำเสียและตะกอนที่ถูกกระตุ้นจะถูกแยกออกจากกันด้วยเมมเบรน และน้ำเสียจะไหลเข้าไปภายในเมมเบรน ในขณะที่ตะกอนที่ถูกกระตุ้นซึ่งมีแบคทีเรียเฉพาะบางชนิดจะไหลออกไปนอกเมมเบรน น้ำเสียจะไม่สัมผัสกับจุลินทรีย์โดยตรง และสารมลพิษอินทรีย์สามารถผ่านเมมเบรนได้อย่างเลือกสรรและถูกย่อยสลายโดยจุลินทรีย์ที่อยู่อีกด้านหนึ่งเนื่องจากหน่วยไบโอรีแอ็กเตอร์และหน่วยหมุนเวียนน้ำเสียแยกกันในทั้งสองด้านของเมมเบรนสกัด การไหลของน้ำของแต่ละหน่วยจึงมีอิทธิพลซึ่งกันและกันน้อยมาก สารอาหารและจุลินทรีย์ในไบโอรีแอ็กเตอร์ไม่ได้รับผลกระทบจากคุณภาพของน้ำเสีย ส่งผลให้ประสิทธิภาพการบำบัดน้ำมีเสถียรภาพ สามารถควบคุมสภาพการทำงานของระบบ เช่น HRT และ SRT ได้ภายในช่วงที่เหมาะสมเพื่อรักษาอัตราการย่อยสลายสารมลพิษสูงสุด

เมมเบรนแยกของแข็งและของเหลว

ไบโอรีแอคเตอร์แบบเมมเบรนแยกของแข็งและของเหลวเป็นไบโอรีแอคเตอร์แบบเมมเบรนประเภทที่ได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางและเจาะลึกที่สุดในสาขาการบำบัดน้ำ เป็นเทคโนโลยีการบำบัดน้ำที่ใช้กระบวนการแยกเมมเบรนเพื่อแทนที่ถังตกตะกอนรองในกระบวนการบำบัดน้ำเสียแบบเปิดใช้งานแบบดั้งเดิม ในเทคโนโลยีการบำบัดน้ำเสียแบบชีวภาพแบบดั้งเดิม การแยกน้ำตะกอนจะเสร็จสมบูรณ์ด้วยแรงโน้มถ่วงในถังตกตะกอนรอง และประสิทธิภาพการแยกจะขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพการตกตะกอนของตะกอนกระตุ้น ยิ่งประสิทธิภาพการตกตะกอนดีเท่าไร ประสิทธิภาพการแยกน้ำตะกอนก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น คุณสมบัติการตกตะกอนของตะกอนขึ้นอยู่กับสภาวะการทำงานของถังเติมอากาศ และการปรับปรุงคุณสมบัติการตกตะกอนของตะกอนต้องควบคุมสภาวะการทำงานของถังเติมอากาศอย่างเข้มงวด ซึ่งจำกัดการประยุกต์ใช้วิธีนี้ เนื่องจากข้อกำหนดการแยกของแข็งและของเหลวในถังตกตะกอนรอง ตะกอนในถังเติมอากาศจึงไม่สามารถรักษาความเข้มข้นสูงได้ โดยทั่วไปอยู่ที่ประมาณ 1.5-3.5 มก./ล. ซึ่งจำกัดอัตราการเกิดปฏิกิริยาทางชีวเคมี

ระยะเวลาการกักเก็บของเหลว (HRT) และอายุของตะกอน (SRT) นั้นมีความสัมพันธ์กัน และการเพิ่มปริมาณภาระและการลดปริมาณภาระของตะกอนมักจะก่อให้เกิดความขัดแย้ง ระบบนี้ยังก่อให้เกิดตะกอนตกค้างจำนวนมากในระหว่างการดำเนินการ และต้นทุนการกำจัดคิดเป็น 25% ถึง 40% ของต้นทุนการดำเนินงานของโรงบำบัดน้ำเสีย ระบบบำบัดตะกอนแบบเปิดใช้งานแบบดั้งเดิมยังมีแนวโน้มที่จะเกิดการขยายตัวของตะกอน ส่งผลให้มีของแข็งแขวนลอยในน้ำทิ้งและคุณภาพน้ำเสื่อมลง

เพื่อตอบสนองต่อปัญหาข้างต้น MBR จึงผสมผสานเทคโนโลยีการแยกเมมเบรนเข้ากับเทคโนโลยีการบำบัดทางชีวภาพแบบดั้งเดิม MBR สามารถแยกเวลาการกักเก็บตะกอนและเวลาการกักเก็บของเหลวได้ ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการแยกของแข็งและของเหลวอย่างมาก นอกจากนี้ เนื่องจากความเข้มข้นของตะกอนที่ถูกกระตุ้นเพิ่มขึ้นในถังเติมอากาศ และการเกิดแบคทีเรียบางชนิด (โดยเฉพาะกลุ่มแบคทีเรียที่โดดเด่น) ในตะกอน จึงทำให้มีอัตราการเกิดปฏิกิริยาทางชีวเคมีเพิ่มขึ้น ในขณะเดียวกัน การลดอัตราส่วน F/M เพื่อลดปริมาณตะกอนส่วนเกินที่เกิดขึ้น (แม้กระทั่งเป็นศูนย์) ทำให้ปัญหาสำคัญหลายประการที่มีอยู่ในกระบวนการตะกอนที่ถูกกระตุ้นแบบดั้งเดิมได้รับการแก้ไขโดยพื้นฐานแล้ว

ตะกอนที่ถูกกระตุ้นจะถูกกำจัดออกแล้วกรองออกผ่านเมมเบรนภายใต้แรงดันภายนอก ไบโอรีแอคเตอร์แบบเมมเบรนรูปแบบนี้ช่วยขจัดความจำเป็นในการใช้ระบบหมุนเวียนของเหลวผสมและอาศัยการดูดน้ำ ส่งผลให้ใช้พลังงานค่อนข้างต่ำ ใช้พื้นที่มากขึ้นและกะทัดรัดกว่าแบบแยกส่วน และได้รับความสนใจเป็นพิเศษในด้านการบำบัดน้ำในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา อย่างไรก็ตาม ฟลักซ์ของเมมเบรนโดยทั่วไปค่อนข้างต่ำ ทำให้เมมเบรนเกิดตะกรันได้ง่ายและยากต่อการทำความสะอาดและเปลี่ยนใหม่หลังจากตะกรัน

ไบโอรีแอ็กเตอร์แบบเมมเบรนคอมโพสิตนั้นยังจัดอยู่ในประเภทไบโอรีแอ็กเตอร์แบบเมมเบรนรวมด้วยเช่นกัน โดยมีความแตกต่างอยู่ที่การเติมสารตัวเติมเข้าไปภายในไบโอรีแอ็กเตอร์เพื่อสร้างไบโอรีแอ็กเตอร์แบบเมมเบรนคอมโพสิต ซึ่งจะเปลี่ยนคุณลักษณะบางประการของเครื่องปฏิกรณ์ไป

ลักษณะกระบวนการ

เมื่อเปรียบเทียบกับกระบวนการบำบัดน้ำทางชีวภาพแบบดั้งเดิม MBR มีคุณลักษณะหลักดังต่อไปนี้:

1、คุณภาพน้ำทิ้งที่มีคุณภาพสูงและมีเสถียรภาพ

เนื่องจากเมมเบรนมีประสิทธิภาพในการแยกน้ำ จึงทำให้ประสิทธิภาพในการแยกน้ำดีกว่าถังตกตะกอนแบบเดิมมาก น้ำทิ้งที่ผ่านการบำบัดจะใสมาก โดยมีสารแขวนลอยและความขุ่นที่ใกล้เคียงศูนย์ แบคทีเรียและไวรัสจะถูกกำจัดออกไปได้มาก และคุณภาพของน้ำทิ้งจะดียิ่งกว่ามาตรฐานคุณภาพน้ำทั่วไปที่ออกโดยกระทรวงก่อสร้าง (CJ25.1-89) ซึ่งสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้โดยตรงในรูปแบบของน้ำทั่วไปสำหรับเทศบาลที่ไม่เหมาะสำหรับการบริโภค

ในเวลาเดียวกัน การแยกเมมเบรนยังช่วยสกัดกั้นจุลินทรีย์ในไบโอรีแอ็กเตอร์ได้อย่างสมบูรณ์ ทำให้ระบบสามารถรักษาความเข้มข้นของจุลินทรีย์ให้สูงได้ ซึ่งไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการกำจัดมลพิษโดยรวมด้วยอุปกรณ์ปฏิกิริยาเท่านั้น แต่ยังช่วยให้มั่นใจได้ถึงคุณภาพของน้ำทิ้งที่ดีอีกด้วย ในเวลาเดียวกัน เครื่องปฏิกรณ์ยังมีความสามารถในการปรับตัวได้ดีกับการเปลี่ยนแปลงต่างๆ ของปริมาณน้ำที่ไหลเข้า (คุณภาพและปริมาณของน้ำ) ทนต่อแรงกระแทก และสามารถให้คุณภาพน้ำทิ้งที่มีคุณภาพสูงได้อย่างเสถียร

2、การผลิตตะกอนส่วนเกินต่ำ

กระบวนการนี้สามารถดำเนินการภายใต้ภาระปริมาณมากและภาระตะกอนต่ำ โดยมีการผลิตตะกอนที่เหลือน้อย (ในทางทฤษฎีแล้วจะทำให้มีการปล่อยตะกอนเป็นศูนย์) ลดต้นทุนการบำบัดตะกอน

3、ขนาดเล็ก ไม่ถูกจำกัดด้วยตำแหน่งที่ตั้ง

ไบโอรีแอคเตอร์สามารถรักษาความเข้มข้นของชีวมวลจุลินทรีย์ได้สูง โดยมีน้ำหนักบรรทุกสูงบนอุปกรณ์บำบัดและใช้พื้นที่มาก ส่งผลให้ประหยัดต้นทุนได้อย่างมาก กระบวนการนี้เรียบง่าย มีโครงสร้างกะทัดรัด และใช้พื้นที่น้อย ไม่จำกัดด้วยตำแหน่งติดตั้ง และเหมาะสำหรับทุกโอกาส สามารถทำเป็นแบบฝังดิน กึ่งใต้ดิน และใต้ดินได้

4、สามารถกำจัดแอมโมเนียไนโตรเจนและสารอินทรีย์ที่ย่อยสลายยากได้

เนื่องจากการสกัดกั้นจุลินทรีย์ในไบโอรีแอ็กเตอร์ได้อย่างสมบูรณ์ จึงทำให้จุลินทรีย์ที่แพร่พันธุ์ช้า เช่น แบคทีเรียไนตริไฟติ้ง สามารถกักเก็บและเติบโตได้ จึงทำให้ประสิทธิภาพการไนตริไฟติ้งของระบบดีขึ้น ขณะเดียวกัน ยังสามารถเพิ่มเวลาการกักเก็บของเหลวของสารประกอบอินทรีย์ที่ดื้อต่อสารเคมีบางชนิดในระบบได้ ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อการเพิ่มประสิทธิภาพการย่อยสลายของสารประกอบอินทรีย์ที่ดื้อต่อสารเคมี

5、 การทำงานและการจัดการที่สะดวก ง่ายต่อการควบคุมอัตโนมัติ

กระบวนการนี้ทำให้สามารถแยกเวลาการกักเก็บของเหลว (HRT) และเวลาการกักเก็บตะกอน (SRT) ได้อย่างสมบูรณ์ ทำให้การควบคุมการทำงานมีความยืดหยุ่นและเสถียรมากขึ้น เป็นเทคโนโลยีใหม่ที่นำไปใช้ในการบำบัดน้ำเสียได้ง่ายและสามารถควบคุมอัตโนมัติด้วยไมโครคอมพิวเตอร์ ทำให้การจัดการการทำงานสะดวกยิ่งขึ้น

6、 ง่ายต่อการเปลี่ยนจากงานฝีมือแบบดั้งเดิม

กระบวนการนี้สามารถใช้เป็นหน่วยบำบัดเชิงลึกสำหรับกระบวนการบำบัดน้ำเสียแบบดั้งเดิม และมีแนวโน้มการนำไปใช้งานที่กว้างขวางในพื้นที่ต่างๆ เช่น การบำบัดน้ำเสียจากโรงบำบัดน้ำเสียรองในเขตเมืองแบบเชิงลึก (จึงทำให้สามารถนำน้ำเสียในเขตเมืองกลับมาใช้ใหม่ได้ในวงกว้าง)

ไบโอรีแอ็กเตอร์เมมเบรนยังมีข้อบกพร่องบางประการ โดยส่วนใหญ่แสดงออกมาในด้านต่อไปนี้:

ต้นทุนของเมมเบรนที่สูงส่งผลให้ต้องมีการลงทุนโครงสร้างพื้นฐานสำหรับไบโอรีแอคเตอร์เมมเบรนมากขึ้นเมื่อเทียบกับกระบวนการบำบัดน้ำเสียแบบดั้งเดิม

การอุดตันของเมมเบรนมักเกิดขึ้น ซึ่งจะทำให้เกิดความไม่สะดวกต่อการดำเนินงานและการจัดการ

การใช้พลังงานสูง: ประการแรก กระบวนการแยกน้ำตะกอน MBR จะต้องรักษาแรงดันในการขับเคลื่อนเมมเบรนในระดับหนึ่ง ประการที่สอง ความเข้มข้นของ MLSS ในถัง MBR นั้นสูงมาก เพื่อรักษาอัตราการถ่ายโอนออกซิเจนที่เพียงพอ จำเป็นต้องเพิ่มความเข้มข้นของการเติมอากาศ เพื่อเพิ่มฟลักซ์ของเมมเบรนและลดการอุดตันของเมมเบรน จำเป็นต้องเพิ่มอัตราการไหลและชะล้างพื้นผิวเมมเบรน ส่งผลให้ MBR ใช้พลังงานสูงกว่ากระบวนการบำบัดทางชีวภาพแบบดั้งเดิม

ฟิล์มกระบวนการ

เมมเบรนสามารถเตรียมได้จากวัสดุต่างๆ รวมถึงเฟสของเหลว เฟสของแข็ง และแม้แต่เฟสก๊าซ เมมเบรนแยกส่วนใหญ่ที่ใช้อยู่ในปัจจุบันเป็นเมมเบรนเฟสของแข็ง ตามขนาดรูพรุนที่แตกต่างกัน สามารถแบ่งได้เป็นเมมเบรนไมโครฟิลเตรชั่น เมมเบรนอัลตราฟิลเตรชั่น เมมเบรนนาโนฟิลเตรชั่น และเมมเบรนรีเวิร์สออสโมซิส ตามวัสดุที่แตกต่างกัน สามารถแบ่งได้เป็นเมมเบรนอนินทรีย์และเมมเบรนอินทรีย์ เมมเบรนอนินทรีย์ส่วนใหญ่เป็นเมมเบรนระดับไมโครฟิลเตรชั่น เมมเบรนอาจเป็นเนื้อเดียวกันหรือต่างชนิดกัน และสามารถมีประจุหรือเป็นกลางทางไฟฟ้าได้ เมมเบรนที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการบำบัดน้ำเสียส่วนใหญ่เป็นเมมเบรนอสมมาตรสถานะของแข็งที่เตรียมจากวัสดุโพลีเมอร์อินทรีย์

เกณฑ์การจำแนกประเภทและการจำแนกประเภทของเมมเบรน:

1、วัสดุเมมเบรน MBR

1. วัสดุฟิล์มโพลิเมอร์อินทรีย์: โพลีโอเลฟิน โพลีเอทิลีน โพลีอะคริโลไนไตรล์ โพลีซัลโฟน โพลีเอไมด์อะโรมาติก ฟลูออโรโพลิเมอร์ ฯลฯ

เมมเบรนอินทรีย์มีต้นทุนค่อนข้างต่ำ ราคาไม่แพง มีกระบวนการผลิตที่สมบูรณ์ มีขนาดและรูปแบบรูพรุนที่หลากหลาย และมีการใช้กันอย่างแพร่หลาย อย่างไรก็ตาม เมมเบรนเหล่านี้มักเกิดมลภาวะระหว่างการใช้งาน มีความแข็งแรงต่ำ และมีอายุการใช้งานสั้น

2. เมมเบรนอนินทรีย์: เป็นเมมเบรนชนิดของแข็งชนิดหนึ่งที่เป็นเมมเบรนกึ่งซึมผ่านได้ ทำจากวัสดุอนินทรีย์ เช่น โลหะ ออกไซด์ของโลหะ เซรามิก แก้วพรุน ซีโอไลต์ วัสดุโพลีเมอร์อนินทรีย์ เป็นต้น

เมมเบรนอนินทรีย์ที่ใช้ใน MBR ในปัจจุบันส่วนใหญ่เป็นเมมเบรนเซรามิก ซึ่งมีข้อดีคือสามารถใช้งานได้ในสภาพแวดล้อมที่มีค่า pH = 0-14 ความดัน P < 10 MPa และอุณหภูมิ < 350 ℃ เมมเบรนเหล่านี้มีฟลักซ์สูงและใช้พลังงานค่อนข้างต่ำ ทำให้มีการแข่งขันสูงในการบำบัดน้ำเสียอุตสาหกรรมที่มีความเข้มข้นสูง ข้อเสียคือ ต้นทุนสูง ทนต่อด่าง ความยืดหยุ่นต่ำ และยากต่อการแปรรูปและเตรียมฟิล์ม

2、ขนาดรูพรุนของเมมเบรน MBR

เมมเบรนที่นิยมใช้กันทั่วไปในเทคโนโลยี MBR ได้แก่ เมมเบรนแบบไมโครฟิลเตรชั่น (MF) และเมมเบรนแบบอัลตราฟิลเตรชั่น (UF) ซึ่งส่วนใหญ่จะมีขนาดรูพรุน 0.1-0.4 μ m ซึ่งเพียงพอสำหรับเครื่องปฏิกรณ์เมมเบรนแบบแยกของแข็งและของเหลว

วัสดุโพลีเมอร์ที่ใช้กันทั่วไปสำหรับเมมเบรนไมโครฟิลเตรชั่น ได้แก่ โพลีคาร์บอเนต เซลลูโลสเอสเตอร์ โพลีไวนิลิดีนฟลูออไรด์ โพลีซัลโฟน โพลีเตตระฟลูออโรเอทิลีน โพลีไวนิลคลอไรด์ โพลีเอเธอร์อิไมด์ โพลีโพรพิลีน โพลีอีเธอร์อีเธอร์คีโตน โพลีเอไมด์ ฯลฯ

วัสดุโพลีเมอร์ทั่วไปสำหรับการกรองแบบอัลตราฟิลเตรชัน ได้แก่ โพลีซัลโฟน โพลีเอเธอร์ซัลโฟน โพลีเอไมด์ โพลีอะคริโลไนไตรล์ (PAN) โพลีไวนิลิดีนฟลูออไรด์ เซลลูโลสเอสเทอร์ โพลีเอเธอร์อีเธอร์คีโตน โพลีอิไมด์ โพลีเอเธอร์อะไมด์ ฯลฯ

3、โมดูลเมมเบรน MBR

เพื่ออำนวยความสะดวกในการผลิตและการติดตั้งในภาคอุตสาหกรรม ปรับปรุงประสิทธิภาพของเมมเบรน และเพิ่มพื้นที่เมมเบรนสูงสุดต่อหน่วยปริมาตร โดยทั่วไปแล้ว เมมเบรนจะถูกประกอบเป็นอุปกรณ์หน่วยพื้นฐานในรูปแบบใดรูปแบบหนึ่ง และภายใต้แรงขับเคลื่อนบางอย่าง การแยกส่วนประกอบต่างๆ ในของเหลวผสมก็เสร็จสมบูรณ์ อุปกรณ์ประเภทนี้เรียกว่าโมดูลเมมเบรน

มีส่วนประกอบของเมมเบรนที่ใช้กันทั่วไปในอุตสาหกรรม 5 รูปแบบ:

โมดูลแผ่นและกรอบ โมดูลแผลเกลียว โมดูลท่อ โมดูลเส้นใยกลวง และโมดูลเส้นเลือดฝอย โมดูลสองตัวแรกใช้ฟิล์มแบน ส่วนโมดูลสามตัวหลังใช้ฟิล์มท่อ เส้นผ่านศูนย์กลางเมมเบรนท่อกลม>10 มม. ประเภทเส้นเลือดฝอย -0.5~10.0 มม. ประเภทเส้นใยกลวง<0.5 มม.>

ตาราง: ลักษณะเฉพาะของส่วนประกอบเมมเบรนต่างๆ

รูปแบบโมดูลเมมเบรนที่ใช้กันทั่วไปในกระบวนการ MBR ได้แก่ ประเภทกรอบแผ่น ประเภทท่อกลม และประเภทเส้นใยกลวง ประเภทแผ่นและกรอบ:

เป็นโมดูลเมมเบรนแบบแรกๆ ที่ใช้ในเทคโนโลยี MBR โดยมีลักษณะคล้ายคลึงกับเครื่องกรองแบบแผ่นและกรอบทั่วไป ข้อดีคือ การผลิตและประกอบง่าย การทำงานสะดวก การบำรุงรักษา การทำความสะอาด และการเปลี่ยนง่าย ข้อเสียคือ การปิดผนึกที่ซับซ้อน การสูญเสียแรงดันสูง และความหนาแน่นของการบรรจุต่ำ

ชนิดท่อกลม :

ประกอบด้วยเมมเบรนและตัวรองรับเมมเบรน และมีโหมดการทำงาน 2 โหมด ได้แก่ ประเภทแรงดันภายในและประเภทแรงดันภายนอก ในทางปฏิบัติ มักใช้ประเภทแรงดันภายใน โดยที่น้ำเข้าไหลเข้ามาจากภายในท่อและน้ำซึมไหลออกมาจากภายนอกท่อ เส้นผ่านศูนย์กลางเมมเบรนอยู่ระหว่าง 6-24 มม. ข้อดีของเมมเบรนท่อกลมคือ ของเหลวที่ป้อนสามารถควบคุมการไหลแบบปั่นป่วน ไม่อุดตันง่าย ทำความสะอาดง่าย และมีการสูญเสียแรงดันต่ำ ข้อเสียคือความหนาแน่นของการบรรจุต่ำ

ชนิดเส้นใยกลวง :

เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกโดยทั่วไปคือ 40-250 μm และเส้นผ่านศูนย์กลางภายในคือ 25-42 μm ข้อดีคือมีความแข็งแรงในการอัดสูงและทนต่อการเสียรูป ใน MBR ส่วนประกอบมักจะถูกวางโดยตรงลงในเครื่องปฏิกรณ์โดยไม่ต้องใช้ภาชนะแรงดัน ทำให้เกิดไบโอรีแอคเตอร์เมมเบรนแบบจุ่ม โดยทั่วไปแล้วจะเป็นส่วนประกอบเมมเบรนแรงดันภายนอก ข้อดีคือ มีความหนาแน่นของการบรรจุสูง ต้นทุนค่อนข้างต่ำ อายุการใช้งานยาวนาน สามารถใช้เมมเบรนเส้นใยกลวงไนลอนที่มีคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีที่เสถียรและมีค่าการซึมผ่านต่ำได้ เมมเบรนมีความต้านทานแรงดันที่ดีและไม่ต้องการวัสดุรองรับ ข้อเสียคือไวต่อการอุดตัน และมลภาวะและโพลาไรเซชันของความเข้มข้นมีผลกระทบอย่างมากต่อประสิทธิภาพการแยกของเมมเบรน

ข้อกำหนดทั่วไปสำหรับการออกแบบโมดูลเมมเบรน MBR:

จัดให้มีการรองรับเชิงกลที่เพียงพอสำหรับเมมเบรน ช่วยให้ช่องทางการไหลราบรื่น และกำจัดมุมตายและพื้นที่น้ำนิ่ง

การใช้พลังงานต่ำ ลดการโพลาไรเซชันของความเข้มข้นให้น้อยที่สุด ปรับปรุงประสิทธิภาพการแยก และลดการเกาะติดของเมมเบรน

ความหนาแน่นของบรรจุภัณฑ์ที่สูงที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ การติดตั้ง ทำความสะอาด และเปลี่ยนได้ง่าย

O มีความแข็งแรงทางกล ความเสถียรทางเคมี และความร้อนเพียงพอ

การเลือกส่วนประกอบของเมมเบรนควรพิจารณาอย่างครอบคลุมถึงต้นทุน ความหนาแน่นของบรรจุภัณฑ์ สถานการณ์การใช้งาน กระบวนการระบบ การอุดตันและการทำความสะอาดเมมเบรน อายุการใช้งาน ฯลฯ

พื้นที่การใช้งาน
ในช่วงกลางถึงปลายทศวรรษ 1990 ไบโอรีแอ็กเตอร์เมมเบรนได้เข้าสู่ขั้นตอนการใช้งานจริงในต่างประเทศ บริษัท Zenon ของแคนาดาเป็นบริษัทแรกที่เปิดตัวไบโอรีแอ็กเตอร์เมมเบรนแบบท่อกรองด้วยอัลตราฟิลเตรชันและนำไปใช้ในการบำบัดน้ำเสียในเขตเมือง เพื่อประหยัดพลังงาน บริษัทได้พัฒนาโมดูลเมมเบรนแบบจุ่มใต้น้ำที่มีเส้นใยกลวง ไบโอรีแอ็กเตอร์เมมเบรนที่บริษัทพัฒนาขึ้นถูกนำไปใช้งานในกว่าสิบแห่ง รวมถึงสหรัฐอเมริกา เยอรมนี ฝรั่งเศส และอียิปต์ โดยมีขนาดตั้งแต่ 380m3/d ถึง 7600m3/d Mitsubishi Rayon ยังเป็นซัพพลายเออร์เมมเบรนแบบจุ่มใต้น้ำที่มีเส้นใยกลวงที่มีชื่อเสียงระดับโลก และได้สั่งสมประสบการณ์ในการใช้งานเมมเบรนแบบ MBR มาหลายปี บริษัทได้สร้างโครงการเมมเบรนแบบ MBR จริงหลายโครงการในญี่ปุ่นและประเทศอื่นๆ Kubota Corporation ในญี่ปุ่นเป็นอีกหนึ่งบริษัทที่มีขีดความสามารถในการแข่งขันในด้านการใช้งานไบโอรีแอ็กเตอร์เมมเบรนในทางปฏิบัติ โดยผลิตเมมเบรนแบบแผ่นที่มีคุณสมบัติ เช่น อัตราการไหลสูง ทนทานต่อมลพิษ และกระบวนการที่เรียบง่าย นักวิจัยและบริษัทในประเทศบางแห่งยังพยายามนำเมมเบรนแบบ MBR ไปใช้ในทางปฏิบัติอีกด้วย

ปัจจุบัน ไบโอรีแอ็กเตอร์แบบเมมเบรนถูกนำมาประยุกต์ใช้ในด้านต่าง ๆ ดังต่อไปนี้:
1、การบำบัดน้ำเสียในเขตเมืองและการนำน้ำกลับมาใช้ใหม่จากอาคาร

โรงงานบำบัดน้ำเสียแห่งแรกที่ใช้เทคโนโลยี MBR สร้างขึ้นโดยบริษัท Dorr Oliver ของอเมริกาในปี 1967 ซึ่งบำบัดน้ำเสียได้ 14 ม.3/วัน ในปี 1977 ระบบการนำน้ำเสียกลับมาใช้ใหม่ได้ถูกนำมาใช้จริงในอาคารสูงในญี่ปุ่น ในปี 1980 ญี่ปุ่นได้สร้างโรงงานบำบัด MBR สองแห่งที่มีความสามารถในการประมวลผล 10 ม.3/วันและ 50 ม.3/วัน ตามลำดับ ในช่วงต้นทศวรรษ 1990 มีโรงงานดังกล่าว 39 แห่งในญี่ปุ่นที่เปิดดำเนินการ โดยมีความสามารถในการประมวลผลสูงสุด 500 ม.3/วัน และอาคารสูงมากกว่า 100 แห่งใช้ MBR ในการบำบัดน้ำเสียและนำกลับมาใช้ใหม่ในเส้นทางน้ำกลาง ในปี 1997 Wessex ได้สร้างระบบ MBR ที่ใหญ่ที่สุดในโลกที่เมือง Porlock ประเทศอังกฤษ โดยมีความสามารถในการประมวลผล 2,000 ม.3/วัน ในปี 1999 Wessex ได้สร้างโรงงาน MBR ขนาด 13,000 ม.3/วันในเมือง Swanage มณฑล Dorset อีกด้วย
ในเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2541 ระบบนำร่องไบโอรีแอ็กเตอร์เมมเบรนแบบบูรณาการซึ่งดำเนินการโดยมหาวิทยาลัยชิงหัวผ่านการรับรองระดับชาติ ในช่วงต้นปี พ.ศ. 2543 มหาวิทยาลัยชิงหัวได้สร้างระบบ MBR ที่ใช้งานได้จริงที่โรงพยาบาล Haidian Township ในปักกิ่งเพื่อบำบัดน้ำเสียของโรงพยาบาล โครงการนี้แล้วเสร็จและเริ่มใช้งานในเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2543 และปัจจุบันดำเนินการตามปกติ ในเดือนกันยายน พ.ศ. 2543 ศาสตราจารย์ Yang Zaoyan และทีมวิจัยของเธอจากมหาวิทยาลัยเทียนจินได้ดำเนินโครงการสาธิต MBR ที่อาคาร Puchen ในเขตอุตสาหกรรมเทคโนโลยีใหม่เทียนจิน ระบบนี้สามารถบำบัดน้ำเสียได้ 25 ตันต่อวัน ซึ่งทั้งหมดใช้ในการชักโครกและพรมน้ำในพื้นที่สีเขียว ระบบนี้ครอบคลุมพื้นที่ 10 ตารางเมตรและใช้พลังงาน 0.7 กิโลวัตต์·ชั่วโมงต่อน้ำเสียหนึ่งตัน

2、การบำบัดน้ำเสียอุตสาหกรรม

นับตั้งแต่ทศวรรษ 1990 เป็นต้นมา วัตถุบำบัดของ MBR ได้รับการขยายอย่างต่อเนื่อง นอกจากการนำน้ำที่ผ่านการบำบัดกลับมาใช้ใหม่และการบำบัดน้ำเสียจากอุจจาระแล้ว MBR ยังได้รับความสนใจอย่างกว้างขวางในด้านการบำบัดน้ำเสียจากอุตสาหกรรม เช่น การบำบัดน้ำเสียจากอุตสาหกรรมอาหาร น้ำเสียจากกระบวนการแปรรูปทางน้ำ น้ำเสียจากการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำ น้ำเสียจากการผลิตเครื่องสำอาง น้ำเสียจากสีย้อม และน้ำเสียจากปิโตรเคมี ซึ่งทั้งหมดนี้ล้วนให้ผลการบำบัดที่ดี ในช่วงต้นทศวรรษ 1990 สหรัฐอเมริกาได้สร้างระบบ MBR ในโอไฮโอเพื่อบำบัดน้ำเสียจากอุตสาหกรรมจากโรงงานผลิตยานยนต์แห่งหนึ่ง โดยมีความสามารถในการบำบัด 151m3/d และปริมาณสารอินทรีย์ในระบบถึง 6.3kgCOD/m3·d อัตราการกำจัด COD อยู่ที่ 94% และน้ำมันและไขมันส่วนใหญ่ถูกย่อยสลาย ในเนเธอร์แลนด์ โรงงานสกัดและแปรรูปไขมันใช้เทคโนโลยีบำบัดน้ำเสียจากคูน้ำออกซิเดชันแบบดั้งเดิมในการบำบัดน้ำเสียจากการผลิต เนื่องจากขนาดการผลิตที่ขยายใหญ่ขึ้น ตะกอนจึงพองตัวและแยกออกได้ยากในที่สุดก็มีการใช้โมดูลเมมเบรน Zenon แทนถังตกตะกอน และให้ผลการทำงานที่ดี

3、การกรองน้ำดื่มที่ปนเปื้อนขนาดเล็ก

การใช้ปุ๋ยไนโตรเจนและยาฆ่าแมลงอย่างแพร่หลายในภาคเกษตรกรรม ทำให้น้ำดื่มได้รับมลพิษในระดับต่างๆ กัน Lyonnaise des Eaux ได้พัฒนากระบวนการ MBR ในช่วงกลางทศวรรษ 1990 ซึ่งมีหน้าที่ในการลดไนเตรตทางชีวภาพ การดูดซับยาฆ่าแมลง และการกำจัดความขุ่น ในปี 1995 บริษัทได้สร้างโรงงานในเมืองดูชี ประเทศฝรั่งเศส โดยมีกำลังการผลิตน้ำดื่ม 400 ลูกบาศก์เมตรต่อวัน ความเข้มข้นของไนโตรเจนในน้ำทิ้งต่ำกว่า 0.1 มก./ลิตรของ NO2 และความเข้มข้นของยาฆ่าแมลงต่ำกว่า 0.02 ไมโครกรัม/ลิตร

4、การบำบัดน้ำเสียจากอุจจาระ

ปริมาณสารอินทรีย์ในน้ำเสียจากอุจจาระมีสูง และวิธีการบำบัดด้วยการลดไนเตรตแบบดั้งเดิมต้องใช้ความเข้มข้นของตะกอนสูง การแยกของแข็งและของเหลวไม่เสถียร ซึ่งส่งผลต่อประสิทธิภาพของการบำบัดขั้นที่สาม การเกิดขึ้นของ MBR ช่วยแก้ปัญหานี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ และทำให้สามารถบำบัดน้ำเสียจากอุจจาระได้โดยตรงโดยไม่ต้องเจือจาง

ญี่ปุ่นได้พัฒนาเทคโนโลยีบำบัดอุจจาระและปัสสาวะที่เรียกว่าระบบ NS โดยมีส่วนประกอบหลักเป็นการผสมผสานระหว่างอุปกรณ์เมมเบรนแบบแบนและไบโอรีแอคเตอร์ตะกอนที่เปิดใช้งานด้วยออกซิเจนที่มีความเข้มข้นสูง ระบบ NS ถูกสร้างขึ้นในเมืองเอจิโกะ จังหวัดไซตามะ ประเทศญี่ปุ่น ในปี 1985 โดยมีกำลังการผลิต 10,000 ลิตรต่อวัน ในปี 1989 มีการสร้างโรงบำบัดน้ำเสียแห่งใหม่ในจังหวัดนางาซากิและจังหวัดคุมะโมโตะ ฟิล์มแบบแบนในระบบ NS ได้รับการติดตั้งขนานกับกลุ่มต่างๆ หลายสิบกลุ่ม โดยแต่ละกลุ่มมีพื้นที่ประมาณ 0.4 ตารางเมตร เพื่อสร้างอุปกรณ์กรอบที่สามารถเปิดและชะล้างได้โดยอัตโนมัติ วัสดุเมมเบรนเป็นเมมเบรนอัลตราฟิลเตรชันโพลีซัลโฟนที่มีน้ำหนักโมเลกุลตัดขาดที่ 20,000 ความเข้มข้นของตะกอนในเครื่องปฏิกรณ์จะคงอยู่ในช่วง 15,000-18,000 มิลลิกรัมต่อลิตรในปีพ.ศ. 2537 ประเทศญี่ปุ่นมีระบบ MBR มากกว่า 1,200 ระบบที่ใช้บำบัดน้ำเสียจากอุจจาระของประชากรมากกว่า 40 ล้านคน

5、การบำบัดน้ำซึมจากหลุมฝังกลบ/ปุ๋ยหมัก

น้ำซึมจากหลุมฝังกลบ/ปุ๋ยหมักมีสารมลพิษในปริมาณสูง และคุณภาพและปริมาณของน้ำจะแตกต่างกันไปตามสภาพอากาศและสภาพการทำงาน เทคโนโลยี MBR ถูกนำมาใช้ในโรงงานบำบัดน้ำเสียหลายแห่งเพื่อบำบัดน้ำเสียประเภทนี้ก่อนปี 1994 การผสมผสานเทคโนโลยี MBR เข้ากับ RO ไม่เพียงแต่จะกำจัด SS สารอินทรีย์ และไนโตรเจนเท่านั้น แต่ยังกำจัดเกลือและโลหะหนักได้อย่างมีประสิทธิภาพอีกด้วย เมื่อไม่นานมานี้ บริษัท Envirogen Corporation ในสหรัฐอเมริกาได้พัฒนา MBR สำหรับบำบัดน้ำซึมจากหลุมฝังกลบ และสร้างอุปกรณ์ที่มีความสามารถในการประมวลผลต่อวัน 400,000 แกลลอน (ประมาณ 1,500 ลูกบาศก์เมตรต่อวัน) ในรัฐนิวเจอร์ซี ซึ่งเริ่มดำเนินการในช่วงปลายปี 2000 MBR นี้ใช้แบคทีเรียผสมที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติในการย่อยสลายไฮโดรคาร์บอนและสารประกอบคลอรีนในน้ำซึม และความเข้มข้นของสารมลพิษที่ได้รับการบำบัดนั้นสูงกว่าอุปกรณ์บำบัดน้ำเสียทั่วไปถึง 50-100 เท่าเหตุผลที่บรรลุผลการบำบัดดังกล่าวก็คือ MBR สามารถกักเก็บแบคทีเรียได้อย่างมีประสิทธิภาพและทำให้มีความเข้มข้นของแบคทีเรียถึง 50,000 มก./ล. ในการทดสอบนำร่องในสถานที่ ค่า COD ที่ไหลเข้ามีตั้งแต่หลายร้อยถึง 40,000 และอัตราการกำจัดสารมลพิษสูงถึงมากกว่า 90%

พื้นที่การใช้งานหลักและอัตราส่วนที่สอดคล้องกันของ MBR ในประเทศและต่างประเทศ:

อัตราส่วนร้อยละของประเภทน้ำเสีย (%)

น้ำเสียจากอุตสาหกรรม 27 น้ำเสียในเขตเมือง 12

น้ำเสียจากการก่อสร้าง 24 ขยะ 9

น้ำเสียจากครัวเรือน 27