यह वैश्विक सबसे बड़ी एमएबीआर प्रणाली वातन प्रक्रिया के बारे में आपकी समझ बदल देगी!

यह वैश्विक सबसे बड़ी एमएबीआर प्रणाली वातन प्रक्रिया के बारे में आपकी समझ बदल देगी!

वर्तमान में, अधिकांश पारंपरिक अपशिष्ट जल उपचार संयंत्रों में, वातन प्रक्रिया की ऊर्जा खपत संयंत्र के कुल ऊर्जा उपयोग का 50% से अधिक है, जिससे ऊर्जा बचत की एक बड़ी संभावना है। एक जैविक झिल्ली अपशिष्ट जल उपचार तकनीक के रूप में जो ऑक्सीजन की आपूर्ति करने और बायोफिल्म वाहक के रूप में काम करने के लिए झिल्ली के माध्यम से चयनात्मक ऑक्सीजन संचरण का उपयोग करती है, एमएबीआर तकनीक प्रभावी ढंग से अपशिष्ट जल उपचार ऊर्जा खपत को कम कर सकती है, सुविधा भार बढ़ा सकती है, और नाइट्रोजन और फास्फोरस पोषक तत्वों को हटाने में वृद्धि कर सकती है। उच्च ऑक्सीजन-मांग वाले अपशिष्ट जल, वाष्पशील कार्बनिक यौगिक अपशिष्ट जल और उच्च अमोनिया-नाइट्रोजन अपशिष्ट जल के उपचार में इसके महत्वपूर्ण तकनीकी फायदे हैं।

हेस्पेलर अपशिष्ट जल संयंत्र: दुनिया का सबसे बड़ा झिल्ली सतह क्षेत्र एमएबीआर सिस्टम

कैंब्रिज, ओन्टारियो, कनाडा में स्थित, हेस्पेलर अपशिष्ट जल उपचार संयंत्र उन तेरह संयंत्रों में से एक है जो वाटरलू क्षेत्र की 600 से अधिक लोगों की आबादी को सेवा प्रदान करता है।

मूल रूप से 1973 में निर्मित, संयंत्र को 1988 और 1992 में उन्नत किया गया था, लेकिन ये उन्नयन बढ़ती आबादी की मांग और बढ़ती अपशिष्ट जल उपचार दक्षता आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए अपर्याप्त थे। इसलिए, वाटरलू क्षेत्रीय सरकार ने हेस्पेलर संयंत्र में माध्यमिक उपचार प्रक्रिया को ओवरहाल करने का निर्णय लिया।

हेस्पेलर अपशिष्ट जल उपचार संयंत्र

2017 और 2018 में, क्षेत्रीय सरकार ने एमएबीआर तकनीक स्थापित करने की डिजाइन योजना, दीर्घकालिक प्रदर्शन और आर्थिक व्यवहार्यता की जांच की, अंततः अपने एरोबिक सक्रिय कीचड़ प्रणाली को एमएबीआर/एओ (एनोक्सिक-ऑक्सी) संयुक्त प्रक्रिया प्रणाली में अपग्रेड करने का निर्णय लिया। जब यह परियोजना 2021 में लाइव हुई, तो यह झिल्ली सतह क्षेत्र के मामले में दुनिया की सबसे बड़ी एमएबीआर प्रणाली बन गई।
हेस्पेलर संयंत्र के लिए एमएबीआर तकनीक चुनने का निर्णय अत्यधिक फायदेमंद साबित हुआ है।

1. ऊर्जा-बचत के दृष्टिकोण से:
हेस्पेलर में मूल एरोबिक सक्रिय कीचड़ विधि के संबंध में, इस खंड ने कुल ऊर्जा का 60% उपभोग किया क्योंकि सूक्ष्म बुलबुले वातन से ऑक्सीजन की आवश्यकता थी। उन्नयन के दौरान, संयंत्र की जैव रासायनिक ऊर्जा खपत में 40% की कमी आई।
एक विशिष्ट अपशिष्ट जल उपचार संयंत्र में, पारंपरिक वातन विधि में ब्लोअर या यांत्रिक वातन का उपयोग किया जाता है जिसमें हवा या शुद्ध ऑक्सीजन को यांत्रिक रूप से अपशिष्ट जल में डाला जाता है। हालाँकि ये विधियाँ प्रभावी और नियंत्रित करने में आसान हैं, लेकिन इनमें कई कमियाँ हैं: बड़ी संख्या में बुलबुले का वातन उच्च ऊर्जा खपत, परिचालन लागत और कम ऑक्सीजन स्थानांतरण दक्षता पैदा करता है।
एमएबीआर तकनीक के विपरीत, फाइबर झिल्ली में ऑक्सीजन सामग्री वातन शुरू होने के बाद अंदर और बाहर ऑक्सीजन सामग्री के बीच अंतर से संचालित होती है। झिल्ली सामग्री ऑक्सीजन को एक अणु के रूप में घोलती और फैलाती है ताकि वह झिल्ली के माध्यम से फैल सके। पारंपरिक वातन विधियों की तुलना में, MABR के कई फायदे हैं:
हालाँकि, ऑक्सीजन को सीधे बायोफिल्म में पहुंचाया जा सकता है, जो तरल चरण के माध्यम से ऑक्सीजन स्थानांतरण प्रतिरोध को काफी कम कर सकता है और 100% से अधिक के ऑक्सीजन उपयोग को कवर करता है। पारंपरिक तरीकों का उपयोग करते हुए, ऑक्सीजन स्थानांतरण दक्षता केवल 1.5 किग्रा/(किलोवाट·एच) तक पहुंचती है, जबकि यह 6 किग्रा/(किलोवाट·एच) तक जा सकती है।
◎ यह सूक्ष्मजीवी विकास और प्रजनन के लिए एक स्थिर वातावरण है। एमएबीआर वातन की तीव्रता हल्की है, जिससे झिल्ली फाइबर से जुड़े सूक्ष्मजीवों को लगभग कोई नुकसान नहीं होता है, जो माइक्रोबियल विकास को स्थिर करता है।
◎ यह वातन बुलबुला मुक्त है, जो द्वितीयक प्रदूषण से बचने के लिए आमतौर पर बुलबुले के माध्यम से वाष्पशील घटकों को हवा में ले जाने से रोकता है। इसके अलावा, यह माइक्रोबियल चयापचय से फोम उत्पादन को रोकता है।
◎ ऑक्सीजन आपूर्ति को आसानी से समायोजित करके, प्रतिक्रिया के लिए न्यूनतम ऑक्सीजन मांग से उत्पन्न गैस अपशिष्ट से बचा जाता है।

2. क्षमता विस्तार के दृष्टिकोण से:

हेस्पेलर संयंत्र की मूल प्रसंस्करण क्षमता 6,600 घन मीटर/दिन थी। उन्नयन के बाद, उपचार क्षमता बढ़कर 9,320 घन मीटर/दिन हो गई, जो 40% की वृद्धि है।
एमएबीआर उपकरण कॉम्पैक्ट है, कम जगह घेरता है और इसे सीधे मौजूदा टैंकों में स्थापित किया जा सकता है। उच्च ऑक्सीजन स्थानांतरण दक्षता के साथ बुलबुला मुक्त वातन के लिए झिल्ली के माध्यम से ऑक्सीजन को चुनिंदा रूप से प्रसारित किया जाता है। प्रदान की गई ऑक्सीजन का बायोफिल्म द्वारा पूरी तरह से उपयोग किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप उच्च ऑक्सीजन का उपयोग होता है और सिस्टम के बायोमास में काफी वृद्धि होती है, जिससे भौतिक विस्तार के बिना संयंत्र क्षमता विस्तार प्राप्त होता है।
एमएबीआर उन्नयन से मौजूदा अपशिष्ट जल उपचार संयंत्रों का भार 20%-40% या इससे भी अधिक बढ़ सकता है।
एमएबीआर में ऑक्सीजन स्थानांतरण दिशा अमोनिया नाइट्रोजन और कार्बनिक पदार्थ की स्थानांतरण दिशा के विपरीत है। नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया झिल्ली की सतह के पास प्रमुख वृद्धि बनाते हैं और बाहरी बायोफिल्म द्वारा संरक्षित होते हैं, जो न केवल नाइट्रिफिकेशन दर को बढ़ाता है बल्कि नाइट्रिफिकेशन की स्थिरता भी सुनिश्चित करता है। यह लाभ विशेष रूप से शॉक लोड के तहत या ठंडे सर्दियों के महीनों के दौरान स्पष्ट होता है।
अपग्रेड से पहले, शीतकालीन अपशिष्ट अमोनिया नाइट्रोजन (न्यूनतम 10 डिग्री के पानी के तापमान के साथ) 5 मिलीग्राम/एल डिस्चार्ज मानक से अधिक था; उन्नयन के बाद, अपशिष्ट मानक (शीतकालीन निर्वहन सीमा <5 मिलीग्राम/लीटर, गर्मियों की सीमा <2 मिलीग्राम/लीटर) से मेल खाता है।
इसके अतिरिक्त, एनारोबिक या एनोक्सिक टैंकों में एमएबीआर रिएक्टर स्थापित करने से एक साथ नाइट्रीकरण और डीनाइट्रीकरण की अनुमति मिलती है। ए जैसी अन्य नाइट्रोजन हटाने की प्रक्रियाओं की तुलना में, समान प्रवाहित कुल नाइट्रोजन स्थितियों के तहत2ओ, यह आंतरिक पुनर्चक्रण अनुपात को कम करता है, कार्बन स्रोतों और ऊर्जा की बचत करते हुए विनाइट्रीकरण दक्षता में सुधार करता है।

झिल्ली वातित बायोफिल्म रिएक्टर (एमएबीआर) के लिए तीन प्रमुख प्रभावशाली कारक

1. वातन दबाव
चूँकि MABR में ऑपरेटिंग दबाव को झिल्ली के बुलबुले बिंदु से नीचे रहना पड़ता है, इसलिए हमें बुलबुला-मुक्त वातन मिलता है।
◎ बहुत कम दबाव पर, आंतरिक बायोफिल्म में पर्याप्त घुलनशील ऑक्सीजन नहीं होगी, और इस प्रकार एरोबिक रूप से नाइट्रिफाइंग और हेटरोट्रॉफ़िक बैक्टीरिया की गतिविधि प्रभावित होगी।
◎ बहुत उच्च दबाव पर, संपूर्ण बायोफिल्म एरोबिक होगी, जिससे एनारोबिक डिनाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया और अन्य एनारोब विकसित नहीं होंगे और डिनाइट्रिफिकेशन प्रक्रिया पर प्रतिकूल प्रभाव पड़ेगा।
वास्तव में, उपचार प्रभाव को विशिष्ट जल गुणवत्ता के अनुसार उचित जल गुणवत्ता तीव्रता के तहत व्यवहार में प्राप्त किया जाना चाहिए।

2. जल प्रवाह वेग
माइक्रोबियल लगाव चरण में, अत्यधिक प्रवाह वेग माइक्रोबियल विकास और आसंजन में बाधा उत्पन्न करेगा, इसलिए, इस स्तर पर प्रवाह दर बहुत अधिक नहीं है।
एक बार बायोफिल्म बनने के बाद, जल प्रवाह वेग में वृद्धि से तरल सीमा परत की मोटाई कम हो जाती है। चूंकि स्थिर संचालन के दौरान बायोफिल्म की मोटाई स्थिर हो जाती है, प्रवाह वेग बढ़ने से तरल चरण की सीमा परत की मोटाई कम हो जाती है और बायोफिल्म नवीनीकरण को बढ़ावा मिलता है, जिससे बायोफिल्म की मोटाई अत्यधिक कम हो जाती है, जिससे ऑक्सीजन और प्रदूषक स्थानांतरण दक्षता बढ़ जाती है।
शोध के अनुसार, प्रवाह प्रवाह वेग माइक्रोबियल विकास और बायोफिल्म मोटाई को प्रभावित करने वाले कारकों में से एक है।
◎ सीमा परत जितनी पतली होती है वह उच्च प्रवाह वेग और संबंधित स्थिर बायोफिल्म मोटाई के कारण होती है।
◎ प्रदूषक क्षरण दर में वृद्धि के लिए घटते प्रवाह वेग, अधिक मोटे स्थिर बायोफिल्म और कम प्रवाह वेग पर एक मोटे स्थिर बायोफिल्म की आवश्यकता होती है।

3. अपशिष्ट जल में कार्बन, नाइट्रोजन और फास्फोरस का अनुपात

एक उपयुक्त सी:एन:पी अनुपात एमएबीआर बायोफिल्म में माइक्रोबियल विकास को बढ़ावा देता है, जिससे रिएक्टर में एक साथ नाइट्रीकरण और डिनाइट्रीकरण की सुविधा मिलती है।
◎ कम सी:एन अनुपात के मामलों में, कार्बनिक कार्बन सांद्रता विनाइट्रीकरण के लिए कार्बन स्रोत की मांग को पूरा करने के लिए अपर्याप्त है, जिससे कुल नाइट्रोजन हटाने की दक्षता प्रभावित होती है।
◎ जब सी:एन अनुपात बहुत अधिक होता है, तो एरोबिक हेटरोट्रॉफ़िक बैक्टीरिया तेजी से फैलेंगे और बड़ी मात्रा में ऑक्सीजन का उपभोग करेंगे, जिससे घुलनशील ऑक्सीजन की सांद्रता कम हो जाएगी और नाइट्रीकरण में बाधा आएगी।

झिल्ली वातित बायोफिल्म रिएक्टर (एमएबीआर) के लिए चार सामान्य अनुप्रयोग परिदृश्य

• उच्च अमोनिया-नाइट्रोजन अपशिष्ट जल का उपचार
• ग्रामीण घरेलू सीवेज उपचार के लिए एकीकृत उपकरण
• शहरी नदी जल की जैविक बहाली
• बेहतर प्रदर्शन के लिए अपशिष्ट जल उपचार संयंत्रों का उन्नयन

वास्तव में, हाल के वर्षों में, MABR को दुनिया भर में अपशिष्ट जल उपचार संयंत्रों में तेजी से लागू किया जा रहा है।

उदाहरण के लिए, अमेरिका के इलिनोइस में वाईबीएसडी अपशिष्ट जल उपचार संयंत्र में, 10 मूल एरोबिक बायोरिएक्टर को 2 एनारोबिक टैंक, 2 एमएबीआर एनोक्सिक टैंक और 6 एरोबिक टैंक में अपग्रेड किया गया था, जिसमें एनोक्सिक टैंक में 12 एमएबीआर मॉड्यूल स्थापित किए गए थे। इसने पिछली एरोबिक प्रक्रिया को नाइट्रोजन और फास्फोरस हटाने की प्रक्रिया में बदल दिया, जिससे जैविक नाइट्रोजन और फास्फोरस हटाने को बढ़ाते हुए उपचार क्षमता बढ़ाने का लक्ष्य प्राप्त हुआ।

एमएबीआर प्रणाली की बायोफिल्म अनुकूलन अवधि केवल 3 सप्ताह थी, और अपशिष्ट जल उपचार प्रणाली पूरी तरह से चालू होने के बाद, प्रभावशाली बीओडी5 भार बढ़कर 0.60 किग्रा/(एम3·दिन) हो गया, जो पूर्व की तुलना में 47% की वृद्धि थी। उन्नयन स्तर.
प्लांट का अंतिम प्रवाह अपशिष्ट बीओडी के साथ सभी डिज़ाइन अपेक्षाओं को पूरा करता है5<10 mg/L, total suspended solids (TSS) < 10 mg/L, NH3-N < 1.5 mg/L, and TP < 1.0 mg/L. The average oxygen transfer rate (OTR) and oxygen transfer efficiency (OTE) were 10.8 g/(m2·day) and 33.3%, respectively.
बायोफिल्म के माइक्रोबियल जनसंख्या विश्लेषण से पता चला कि अमोनिया-ऑक्सीकरण बैक्टीरिया (एओबी) और नाइट्राइट-ऑक्सीकरण बैक्टीरिया (एनओबी) माइक्रोबियल आबादी का 40% हिस्सा हैं, जो पारंपरिक सक्रिय कीचड़ प्रक्रियाओं की तुलना में चार गुना अधिक है।

इसके अलावा, समान पैमाने के संयंत्र के लिए सीएएस प्रक्रिया की तुलना में (25 मिलियन डॉलर की निवेश लागत और 2.5 साल के निर्माण समय के साथ), एमएबीआर प्रक्रिया में केवल 5 मिलियन डॉलर की निवेश लागत और 1 वर्ष का निर्माण समय था, लागत और निर्माण समय में उल्लेखनीय रूप से कमी।