एमबीआर प्रक्रिया डिजाइन और संचालन

द्वारा: केट

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दिनांक: 4 दिसंबर 2024

1. एमबीआर प्रक्रिया का अवलोकन

एमबीआर (झिल्ली जैव-रिएक्टर)जल उपचार में उपयोग की जाने वाली एक झिल्ली जैविक उपचार तकनीक है। यह एक ऐसी प्रणाली है जो झिल्ली पृथक्करण प्रौद्योगिकी और अपशिष्ट जल जैविक उपचार प्रौद्योगिकी को जोड़ती है। इसे आज दुनिया में सबसे उन्नत और कुशल अपशिष्ट जल उपचार और संसाधन पुनर्प्राप्ति प्रौद्योगिकियों में से एक माना जाता है।

एमबीआर तकनीक झिल्लियों के पृथक्करण कार्य का उपयोग करती है, पारंपरिक सक्रिय कीचड़ प्रक्रियाओं के माध्यमिक अवसादन टैंक, रेत फिल्टर, कीटाणुशोधन इकाइयों और अन्य घटकों को झिल्ली पृथक्करण उपकरणों से बदल देती है। यह वातन टैंक से सीधे अपशिष्ट को फ़िल्टर करने के लिए माइक्रोफिल्ट्रेशन/अल्ट्राफिल्ट्रेशन (एमएफ/यूएफ) झिल्ली का उपयोग करता है। सक्रिय कीचड़ मिश्रण में निलंबित ठोस पदार्थ पूरी तरह से बरकरार रहते हैं और रिएक्टर में वापस प्रसारित होते हैं। परिणामस्वरूप, कीचड़ की आयु बढ़ाई जा सकती है, कीचड़ की सघनता बढ़ सकती है, और कीचड़ का भार कम हो सकता है। यह प्रदूषकों के माइक्रोबियल क्षरण को तेज करता है, अपशिष्ट जल उपचार दक्षता में काफी सुधार करता है, और यह सुनिश्चित करता है कि प्रवाह की गुणवत्ता न केवल स्थिर और विश्वसनीय है बल्कि उच्च गुणवत्ता वाले पुनः प्राप्त जल मानकों को भी पूरा करती है। यह 2011 में निर्धारित नए डिस्चार्ज मानकों को पूरा करने के लिए चीन में अपशिष्ट जल उपचार संयंत्रों को अपग्रेड करने के साथ-साथ औद्योगिक अपशिष्ट जल के पुन: उपयोग के लिए विशेष रूप से उपयुक्त है।

माइक्रोफिल्ट्रेशन/अल्ट्राफिल्ट्रेशन (एमएफ/यूएफ)झिल्लियों में छिद्र आकार और आणविक भार कट-ऑफ श्रेणियां होती हैं। आम तौर पर, अल्ट्राफिल्ट्रेशन झिल्लियों का छिद्र आकार 0 के बीच होता है। 01 से 0.1 μm, आणविक भार कट-ऑफ (MWCO) रेंज 5,{7}} से 500, के साथ। 9}} डाल्टन। आमतौर पर अपशिष्ट जल उपचार में उपयोग की जाने वाली माइक्रोफिल्ट्रेशन झिल्लियों का नाममात्र MWCO 30,000 से 800,000 डाल्टन तक होता है।

2. एमबीआर झिल्ली के लाभ

एमबीआर महत्वपूर्ण लाभ प्रदान करता है जो अन्य स्टैंडअलोन जैविक प्रक्रियाओं से मेल नहीं खा सकता है:

1.उत्कृष्ट और स्थिर प्रवाह गुणवत्ता
यह ठोस-तरल पृथक्करण की उच्च दक्षता में प्रकट होता है। प्रवाह के निलंबित ठोस को लगभग हमेशा शून्य के करीब बनाए रखा जा सकता है, और यह अल्पावधि में कीचड़ के अपघटन या कीचड़ के ढेर जैसे कारकों से आसानी से प्रभावित नहीं होता है।

2.कॉम्पैक्ट रिएक्टर डिजाइन
रिएक्टर अधिक कॉम्पैक्ट है क्योंकि यह उच्च कीचड़ सांद्रता पर सामान्य रूप से काम कर सकता है, जिसके परिणामस्वरूप स्थान की बचत करते हुए उच्च कार्बनिक निष्कासन दक्षता प्राप्त होती है। द्वितीयक अवसादन टैंक प्रणाली की कोई आवश्यकता नहीं है।

3.एरोबिक नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया की खेती के लिए अनुकूल
यह प्रणाली एरोबिक क्षेत्र की नाइट्रीकरण क्षमता को बढ़ाती है। यह अमोनिया नाइट्रोजन हटाने की उच्च दक्षता में परिलक्षित होता है, जो लंबी अवधि तक स्थिर रहता है।

4.हाइड्रोलिक प्रतिधारण समय और कीचड़ प्रतिधारण समय का पूर्ण पृथक्करण
रिएक्टर के हाइड्रोलिक प्रतिधारण समय (एचआरटी) और कीचड़ प्रतिधारण समय (एसआरटी) का पूर्ण पृथक्करण अधिक लचीले संचालन नियंत्रण की अनुमति देता है।

5.उच्च माइक्रोबियल एकाग्रता और मजबूत शॉक लोड प्रतिरोध
रिएक्टर में माइक्रोबियल सांद्रता अधिक है, और इसमें शॉक लोड के प्रति मजबूत प्रतिरोध है। लंबे समय तक कीचड़ की उम्र के साथ, झिल्ली पृथक्करण यह सुनिश्चित करता है कि अपशिष्ट जल में बड़े, मुश्किल से नष्ट होने वाले अणुओं के पास जैविक रूप से सीमित रिएक्टर मात्रा के भीतर पर्याप्त अवधारण समय होता है। इससे अड़ियल कार्बनिक पदार्थ की क्षरण क्षमता में काफी सुधार होता है। रिएक्टर उच्च वॉल्यूमेट्रिक भार, कम कीचड़ भार और लंबी कीचड़ अवधि के तहत संचालित होता है, जो कीचड़ निर्वहन को प्रभावी ढंग से कम करने में मदद करता है।

3. एमबीआर झिल्ली के भविष्य के विकास के रुझान

1.अपशिष्ट जल उपचार में एमबीआर प्रौद्योगिकी की महत्वपूर्ण भूमिका
हाल के वर्षों में, अनुभव से पता चला है कि एमबीआर तकनीक परिपक्व है, और सफल डिजाइन और संचालन प्राप्त किया जा सकता है। इसका उपयोग नगरपालिका अपशिष्ट जल और औद्योगिक अपशिष्ट जल दोनों के उपचार के लिए किया जा सकता है। इसलिए, जैसे-जैसे एमबीआर तकनीक विकसित और परिपक्व होती जा रही है, इसे आर्थिक रूप से कुशल और व्यावहारिक तकनीक के रूप में वैश्विक स्तर पर व्यापक रूप से लागू किए जाने की उम्मीद है।

2.एमबीआर आवेदन की संभावनाएँ
एमबीआर के लिए प्राथमिक अनुप्रयोग नगरपालिका अपशिष्ट जल उपचार होना चाहिए, खासकर क्योंकि शहरों को अपशिष्ट जल उपचार के लिए छोटे भूमि क्षेत्रों की आवश्यकता होती है। उच्च गुणवत्ता वाले प्रवाह का पुन: उपयोग किया जा सकता है या नैनोफिल्ट्रेशन और रिवर्स ऑस्मोसिस के लिए पूर्व-उपचार के रूप में काम किया जा सकता है, और सख्त निर्वहन मानकों को पूरा किया जाना चाहिए।
एमबीआर तकनीक औद्योगिक अपशिष्ट जल, जैसे खाद्य प्रसंस्करण अपशिष्ट जल, बूचड़खाने अपशिष्ट जल और लैंडफिल लीचेट के उपचार में भी प्रभावी है। इसने लैंडफिल लीचेट में अंतःस्रावी-विघटनकारी पदार्थों (ईडीएस) को हटाने की उत्कृष्ट दक्षता का प्रदर्शन किया है और पीने के पानी में नाइट्रेट को हटा सकता है (98.5% तक की निष्कासन दर के साथ)।

3.झिल्ली दूषण नियंत्रण
झिल्ली संदूषण के तंत्र पर और अधिक शोध की आवश्यकता है, विशेष रूप से जैविक संदूषण के अध्ययन पर। अधिक प्रभावी, नियंत्रणीय और न्यूनतम झिल्ली प्रदूषण समाधान विकसित किया जाना चाहिए। ऑनलाइन झिल्ली फाउलिंग नियंत्रण के लिए कंप्यूटर और सेंसर प्रौद्योगिकी के उपयोग का पूरी तरह से पता लगाया जाना चाहिए। सफाई के तरीकों में सुधार करते समय सुरक्षित रसायनों के उपयोग पर विशेष ध्यान दिया जाना चाहिए।

4.अपशिष्ट जल के प्रकार के आधार पर झिल्ली संरचना और सामग्री का चयन करना
अपशिष्ट जल के प्रकार के आधार पर झिल्ली संरचना और सामग्री का सही चयन किया जाना चाहिए। नई ऊर्जा-कुशल, उच्च-प्रदर्शन झिल्ली सामग्री और मॉड्यूल असेंबली को अपनाया जाना चाहिए। एरोबिक और एनारोबिक एमबीआर प्रणालियों के एकीकरण को बढ़ावा दिया जाना चाहिए। इसके अतिरिक्त, बेहतर प्रवाह गुणवत्ता प्राप्त करने के लिए ऑपरेटिंग मापदंडों को अनुकूलित करने के लिए गणितीय मॉडल और कंप्यूटर प्रौद्योगिकी का पूरी तरह से उपयोग किया जाना चाहिए, जिससे प्रक्रिया अधिक किफायती और कुशल हो सके।

4. एमबीआर झिल्ली का संचालन सिद्धांत

व्यावहारिक इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों में, विसर्जित एमबीआर (मेम्ब्रेन बायो-रिएक्टर) प्रक्रिया का अधिक सामान्यतः उपयोग किया जाता है, और इस प्रकार की प्रणाली के साथ उद्योग का अनुभव अपेक्षाकृत परिपक्व है। इसलिए, हम विश्लेषण के लिए एक उदाहरण के रूप में इस प्रकार के एमबीआर का उपयोग करेंगे। सामान्य सिद्धांत इस प्रकार है:

कच्चा पानी बायोरिएक्टर में प्रवेश करता है, जहां कार्बनिक पदार्थ उच्च सांद्रता मिश्रित सक्रिय कीचड़ द्वारा ऑक्सीकरण और विघटित होते हैं। झिल्ली मॉड्यूल के नीचे एक वातन प्रणाली है, जो न केवल मिश्रित शराब में सूक्ष्मजीवों के लिए पर्याप्त घुलनशील ऑक्सीजन (डीओ) प्रदान करती है बल्कि पूरी तरह से मिश्रण को भी बढ़ावा देती है। बुलबुले के कारण होने वाली उत्तेजना, झिल्ली की सतह पर बने परिसंचरण प्रवाह के साथ, झिल्ली की सतह पर एक खरोंच और कतरनी प्रभाव डालती है, जो गैर-कृत्रिम परिस्थितियों में झिल्ली की सतह पर प्रदूषकों के अपरिवर्तनीय जमाव को प्रभावी ढंग से रोकती है। फिर उपचारित पानी को एक सेल्फ-प्राइमिंग पंप के माध्यम से खींचा जाता है और झिल्ली द्वारा अलग किया जाता है, जिसमें तरल चरण झिल्ली से गुजरता है और सिस्टम से बाहर निकल जाता है।

आमतौर पर, एमबीआर प्रक्रिया में कई प्रमुख परिचालन पैरामीटर होते हैं, जिनमें झिल्ली प्रवाह, पारगम्यता गुणांक, अवधारण दर और एकाग्रता ध्रुवीकरण शामिल हैं।

1.झिल्ली प्रवाह
झिल्ली प्रवाह (जे) प्रति इकाई समय में झिल्ली के एक इकाई क्षेत्र से गुजरने वाली सामग्री की मात्रा को संदर्भित करता है। इसे आमतौर पर एसआई इकाइयों में [m³/(m²·s)] के रूप में व्यक्त किया जाता है या सरलीकृत करके m/s किया जाता है। व्यावहारिक इंजीनियरिंग गणना में, गैर-एसआई इकाइयों का उपयोग अक्सर फ्लक्स को मापने के लिए किया जाता है, जैसे एलएमएच (लीटर प्रति वर्ग मीटर प्रति घंटा), [एल/(एम²·एच)] की इकाइयों के साथ। एक विशिष्ट एमबीआर झिल्ली जो सामान्य अपशिष्ट जल उपचार आवश्यकताओं को पूरा करती है, उसका एलएमएच कम से कम 10 एल/(एम²·एच) होता है।
झिल्ली प्रवाह को प्रभावित करने वाले कारकों में बड़े पैमाने पर स्थानांतरण के लिए प्रेरक बल, झिल्ली प्रतिरोध, झिल्ली पक्ष पर फ़ीड समाधान की प्रवाह स्थिति (सीमा परत प्रतिरोध के बराबर), और झिल्ली दूषण की सीमा शामिल है।

2.पारगम्यता गुणांक
एक झिल्ली का पारगम्यता गुणांक (एलपी) एक इकाई दबाव के तहत प्रति इकाई समय और इकाई क्षेत्र में झिल्ली से गुजरने वाली सामग्री की मात्रा को दर्शाता है। इसे इकाई दबाव स्थितियों के तहत झिल्ली प्रवाह के रूप में व्यक्त किया जाता है। झिल्ली के वर्तमान प्रदर्शन के मूल्यांकन के लिए पारगम्यता गुणांक मुख्य मापदंडों में से एक है।

3.प्रतिधारण दर
झिल्ली पृथक्करण प्रक्रिया में, झिल्ली से गुजरने वाले तरल को पर्मेट कहा जाता है, और झिल्ली द्वारा बनाए रखा तरल को रेटेंटेट कहा जाता है। अवधारण दर का उपयोग झिल्ली के पृथक्करण प्रदर्शन को चिह्नित करने के लिए किया जाता है, जिसमें देखी गई/रिपोर्ट की गई अवधारण दर (रॉब्स) और वास्तविक/आंतरिक अवधारण दर (रैक्ट) शामिल है। इसकी परिभाषा इस प्रकार है:

जहां सीपी और सीबी क्रमशः पर्मेट और फ़ीड समाधान में विलेय सांद्रता का प्रतिनिधित्व करते हैं, जिन्हें सीधे मापा जा सकता है। हालाँकि, विलेय पदार्थों के बरकरार रहने और झिल्ली की सतह से चिपके रहने के कारण, झिल्ली की सतह पर विलेय सांद्रता (Cm) फ़ीड घोल की औसत सांद्रता से अधिक होती है। इसलिए, वास्तविक प्रतिधारण दर है:

सेमी का मान आम तौर पर सीधे मापने योग्य नहीं होता है और कम्प्यूटेशनल मॉडल का उपयोग करके अनुमान लगाने की आवश्यकता होती है।

4.एकाग्रता ध्रुवीकरण
वास्तविक दबाव-संचालित प्रक्रियाओं के दौरान, समय के साथ झिल्ली प्रवाह अक्सर कम हो जाता है, और विलेय अवधारण दर भी बदल जाती है। इस घटना का मुख्य कारण एकाग्रता ध्रुवीकरण और झिल्ली का दूषण है।
सांद्रण ध्रुवीकरण उस घटना को संदर्भित करता है जिसमें, दबाव-संचालित परिस्थितियों में, फ़ीड समाधान में विलायक झिल्ली के माध्यम से स्वतंत्र रूप से गुजरता है, जबकि विलेय झिल्ली द्वारा बनाए रखा जाता है। विलायक प्रवाह लगातार विलेय पदार्थों को झिल्ली की सतह तक ले जाता है, जिससे झिल्ली पर विलेय जमा हो जाता है। परिणामस्वरूप, झिल्ली सतह पर विलेय सांद्रता (Cm) धीरे-धीरे बढ़ती है, जिससे एक सांद्रता प्रवणता उत्पन्न होती है जो झिल्ली सतह से फ़ीड समाधान तक रिवर्स प्रसार का कारण बनती है। स्थिरीकरण की अवधि के बाद, जब झिल्ली की सतह पर फ़ीड समाधान का प्रवाह रिवर्स प्रसार के बराबर होता है, तो एक स्थिर एकाग्रता ध्रुवीकरण सीमा परत बनती है। पूर्ण प्रतिधारण की स्थिति निम्नलिखित समीकरण द्वारा व्यक्त की जाती है:
अनुपात Cm/Cb को सांद्रण ध्रुवीकरण अनुपात कहा जाता है। अनुपात जितना अधिक होगा, झिल्ली पृथक्करण के लिए उतना ही प्रतिकूल होगा।

झिल्ली प्रवाह (जे) को मापना आसान है, लेकिन के प्रसार गुणांक और सीमा परत की मोटाई का अनुपात है। K का मान झिल्ली सतह पर प्रवाह की स्थिति से संबंधित है और बड़े पैमाने पर स्थानांतरण आयामहीन संख्या सहसंबंध का उपयोग करके गणना की जा सकती है या प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित की जा सकती है। K मान निर्धारित करने की विधियाँ ज़ेमन और ज़ाइडनी (1996) के पेपर में पाई जा सकती हैं।