Membrane Bioreactors are most often discussed in the context of which technology area?

Wastewater treatment technologies. Membrane Bioreactors are an advanced wastewater treatment technology, integrating biological treatment with membrane filtration.Read more: EnvEco0064 — Membrane Bioreactors.

What two processes does a Membrane Bioreactor combine?

Activated sludge biological treatment and membrane filtration. A Membrane Bioreactor integrates the conventional activated sludge process, where bacteria break down organic matter, with membrane filtration such as microfiltration or ultrafiltration.Read more: EnvEco0064 — Membrane Bioreactors.

In an MBR system, what does the membrane replace, compared to a conventional treatment plant?

The secondary clarifier or settling tank. The membrane in an MBR system acts as a physical barrier, replacing the secondary clarifier or settling tank used in conventional activated sludge plants.Read more: EnvEco0064 — Membrane Bioreactors.

Why do Membrane Bioreactor plants generally need a smaller physical footprint than conventional treatment plants?

They can run at much higher biomass concentrations, reducing reactor size. MBR systems maintain much higher biomass concentrations (roughly 8,000-12,000 mg/L) than conventional systems (2,000-4,000 mg/L), allowing smaller reactor volumes for the same treatment capacity.Read more: EnvEco0064 — Membrane Bioreactors.

Which of the following is a key advantage of MBR-treated water over conventionally treated water?

Its higher effluent quality makes it suitable for reuse in irrigation or industrial processes. An MBR membrane's small pore size removes suspended solids, bacteria, and even some viruses, producing effluent of high enough quality for reuse in irrigation or industrial processes.Read more: EnvEco0064 — Membrane Bioreactors.

Membrane Bioreactors are often discussed in the context of: (UPSC CSP 2024)

Wastewater treatment technologies. A Membrane Bioreactor integrates the activated sludge biological process with membrane filtration, replacing the secondary clarifier and producing high-quality, reusable treated water.Read more: EnvEco0064 — Membrane Bioreactors.

झिल्ली जैव अभिक्रियक (Membrane Bioreactors)

एक व्यस्त इमारत से साबुन और खाने के कचरे से भरा पानी बाहर निकलता है। MBR पहले सूक्ष्मजीवों से और फिर एक महीन फिल्टर से इसे साफ करता है।

बेंगलुरु के एक सीवेज शोधन संयंत्र में सक्रिय आपंक प्रक्रिया वाला वातन टैंक। यह MBR प्रणाली का जैविक भाग है। फोटो: व्रज आचार्य (Vraj Acharya), WELL Labs, CC BY-SA 4.0, विकिमीडिया कॉमन्स (Wikimedia Commons) के माध्यम से।

एक नज़र में

याद रखने योग्य चार बातें।

एक साथ दो चरण

सूक्ष्मजीव पानी साफ करते हैं। झिल्ली उसे छानती है।

अवसादन टैंक की जरूरत नहीं

झिल्ली द्वितीयक अवसादन टैंक की जगह लेती है।

कम जगह की जरूरत

लगभग 8,000–12,000 mg/L जैवभार।

UPSC 2024

अपशिष्ट जल शोधन तकनीक के रूप में पूछा गया।

जैव रिएक्टरएक टैंक जिसमें सूक्ष्मजीव सफाई करते हैं।

सक्रिय आपंकपानी, सूक्ष्मजीवों और महीन ठोस कणों का मिश्रण, जिसमें हवा दी जाती है।

पारगमित जलझिल्ली से होकर गुजरने वाला पानी।

झिल्ली का जाम होनाआपंक की एक परत जो झिल्ली को जाम कर देती है।

इस पाठ में

ज़रूर जानें: अपशिष्ट जल का सफर
यह भी जानें: फिल्टर और उसकी देखभाल
पिछले वर्ष का प्रश्न
और जानें: वास्तविक उपयोग, फायदे और सीमाएँ

अपशिष्ट जल का सफर

ज़रूर जानें

MBR क्या है?

MBR का मतलब मेम्ब्रेन बायोरिएक्टर (membrane bioreactor) है। इसमें सूक्ष्मजीवों से शोधन के चरण को एक महीन फिल्टर से जोड़ा जाता है।
जैविक चरण में सूक्ष्मजीव, मुख्य रूप से बैक्टीरिया, जैविक रूप से विघटित होने वाले कचरे को तोड़ते हैं। जिस टैंक में यह होता है, उसे कहते हैं जैव रिएक्टर.
पानी, सूक्ष्मजीवों और महीन ठोस कणों के मिश्रण को कहते हैं सक्रिय आपंक। हवा सूक्ष्मजीवों को काम करने में मदद करती है।
इसके बाद झिल्ली साफ पानी को आपंक से अलग करती है। इस साफ पानी को कहते हैं पारगमित जल। सूक्ष्मजीव टैंक में ही रहते हैं।

एक बूँद का सफर

आने वाला अपशिष्ट जल: घरों, होटलों या उद्योगों से इस्तेमाल किया हुआ पानी आता है।
महीन जाली: कपड़ों के टुकड़े और रेत-कंकड़ हटा दिए जाते हैं, ताकि वे झिल्ली को नुकसान न पहुँचाएँ।
जैविक टैंक: हवा और सूक्ष्मजीव जैविक रूप से विघटित होने वाले कचरे को तोड़ते हैं।
झिल्ली: पानी इससे होकर गुजरता है। आपंक और अधिकांश बैक्टीरिया पीछे रह जाते हैं।
शोधित पानी: संचालक इसकी जाँच करते हैं। कुछ उपयोगों के लिए कीटाणुशोधन या और छनाई की जरूरत होती है।

अतिरिक्त आपंक को अलग से उपचार और निपटान के लिए टैंक से निकाला जाता है।
प्रवाह का आधार: US EPA का MBR तथ्य-पत्र.

पारंपरिक संयंत्र की तुलना में क्या बदलता है?

चरण	पारंपरिक सक्रिय आपंक प्रक्रिया	मेम्ब्रेन बायोरिएक्टर
जैविक प्रक्रिया	सूक्ष्मजीव वातन टैंक में काम करते हैं।	सूक्ष्मजीव इसमें भी हवा दिए जाने वाले टैंक में काम करते हैं।
पृथक्करण	एक बड़े द्वितीयक अवसादन टैंक में कीचड़ गुरुत्वाकर्षण के कारण नीचे बैठ जाता है।	एक झिल्ली कीचड़ को रोक लेती है।
टैंक में सूक्ष्मजीव	कम, लगभग 2,000–4,000 mg/L।	अधिक, लगभग 8,000–12,000 mg/L।

झिल्ली सूक्ष्मजीवों की जगह नहीं लेती। यह कीचड़ को नीचे बैठाने वाले चरण की जगह लेती है।

सही या गलत: झिल्ली जैव रिएक्टरों (Membrane Bioreactors) की चर्चा प्रजनन और टीका प्रौद्योगिकियों के संदर्भ में की जाती है।

फ़िल्टर और उसकी देखभाल

जानने योग्य बातें

बारीक छिद्र क्या करते हैं?

MBRs में आम तौर पर सूक्ष्म निस्यंदन (microfiltration) या अति सूक्ष्म निस्यंदन (ultrafiltration) झिल्लियों का उपयोग होता है। इनके बारीक छिद्र पानी में तैरते ठोस कणों और कई सूक्ष्मजीवों को रोक लेते हैं।
जैविक टैंक जैविक रूप से विघटित हो सकने वाले अधिकांश कचरे को हटा देता है। संयंत्र में उपयुक्त उपचार क्षेत्र हों, तो यह नाइट्रोजन भी हटा सकता है।
अकेली झिल्ली घुले हुए लवणों को नहीं हटाती।
आम तौर पर अच्छी तरह कम होते हैं: पानी में तैरते ठोस कण, कई बैक्टीरिया और वह कचरा जिसे सूक्ष्मजीव विघटित कर सकते हैं।
बचे रह सकते हैं: घुले हुए लवण, कुछ छोटे रासायनिक अणु और कुछ वायरस। इन्हें हटाने की क्षमता प्रणाली की बनावट के अनुसार बदलती है।
MBR से निकला पानी अपने आप पीने योग्य नहीं हो जाता। अतिरिक्त चरणों में कीटाणुशोधन या रिवर्स ऑस्मोसिस शामिल हो सकते हैं। देखें वायरस हटाने से जुड़ी यह समीक्षा.

टैंक छोटा क्यों हो सकता है?

बहुत अधिक कीचड़ मिला होने पर अवसादन टैंक को कीचड़ नीचे बैठाने में कठिनाई होती है। झिल्ली उस कीचड़ को रोक लेती है।
कुछ MBRs में मिश्रित ठोस पदार्थों की सांद्रता लगभग 8,000–12,000 mg/L होती है। पारंपरिक प्रणाली में यह अक्सर लगभग 2,000–4,000 mg/L होती है।
इकाई mg/L का अर्थ है एक लीटर पानी में मौजूद पदार्थ की मात्रा, मिलीग्राम में।
ये उदाहरण के लिए दी गई सीमाएँ हैं, हर संयंत्र के लिए नियम नहीं। अधिक सांद्र मिश्रण कम जगह में अधिक कचरे का उपचार करता है।
स्रोत: कैलिफ़ोर्निया राज्य जल संसाधन नियंत्रण बोर्ड (California State Water Resources Control Board).

झिल्ली कहाँ लगाई जा सकती है?

डूबा हुआ MBR (Submerged MBR): झिल्ली टैंक या पास के किसी झिल्ली टैंक में डूबी रहती है। एक पंप हल्का खिंचाव पैदा करके पानी को इसके आर-पार खींचता है। हवा के बुलबुले इसकी सतह को साफ करते हैं।
साइड-स्ट्रीम MBR (Side-stream MBR): एक पंप कीचड़ के मिश्रण को अलग झिल्ली इकाई से गुजारता है। इसका रखरखाव आसान होता है। पंप चलाने में अधिक ऊर्जा लग सकती है।

फाउलिंग क्या है?

फाउलिंग (Fouling) झिल्ली पर कीचड़ या अन्य पदार्थ की परत जमने को कहते हैं। इससे पानी का बहाव धीमा हो जाता है।
संचालक पहले आने वाले पानी को जाली से छानते हैं और हवा से झिल्ली की सफाई करते हैं।
कई प्रणालियों में उल्टी धुलाई (backwashing)भी की जाती है। इसमें थोड़ी देर के लिए साफ पानी को झिल्ली से उल्टी दिशा में बहाया जाता है।
समय-समय पर रसायनों से सफाई करके वह जमाव हटाया जाता है जो इन चरणों से नहीं हट पाता।
ब्लोअर, पंप, सफाई और झिल्ली बदलने पर खर्च आता है। इनमें अक्सर अवसादन टैंक की तुलना में अधिक ऊर्जा लगती है।

सही या गलत: MBR प्रणालियों में जैवभार लगभग 8,000–12,000 mg/L रखा जाता है, जो पारंपरिक प्रणालियों के 2,000–4,000 mg/L से काफी अधिक है।

सही या गलत: MBR की झिल्ली घुले हुए लवण हटा देती है, इसलिए इसका पानी हमेशा पीने के लिए सुरक्षित होता है।

परीक्षा के लिए खास बातें

पिछले वर्ष का प्रश्न

UPSC ने इस तकनीक पर एक बार प्रश्न पूछा है।

UPSC 2024पूछा गया था कि झिल्ली जैव अभिक्रियकों की चर्चा अक्सर किस संदर्भ में होती है। उत्तर था अपशिष्ट जल उपचार की तकनीकें। पूरा शब्द पढ़ें, क्योंकि “जैव अभिक्रियक” दूसरे क्षेत्रों में भी इस्तेमाल होता है। 2024 के पूरे प्रश्नपत्र में यह प्रश्न देखें.

सोचकर देखें: कोई विद्यार्थी MBR को टीका बनाने वाले जैव अभिक्रियक से क्यों भ्रमित कर सकता है?

जैव अभिक्रियक शब्द कई क्षेत्रों में इस्तेमाल होता है। लेकिन इस प्रश्न में पूरा शब्द, झिल्ली जैव अभिक्रियक (membrane bioreactor), दिया गया है। यहाँ इसका अर्थ है झिल्ली फिल्टर से जुड़ा अपशिष्ट जल का टैंक। उत्तर याद रखने के लिए पानी के बहने का रास्ता समझें।

सही या गलत: MBR प्रणाली में झिल्ली, पारंपरिक उपचार संयंत्रों में इस्तेमाल होने वाले द्वितीयक अवसादन टैंक की जगह लेती है।

वास्तविक उपयोग और फायदे-नुकसान

जानने योग्य बातें

भारत में इस तकनीक का उपयोग कहाँ होता है?

भवनों में पानी का दोबारा उपयोग: एक केस स्टडी में बेंगलुरु के एक होटल में प्रतिदिन 300 किलोलीटर क्षमता वाले MBR का वर्णन है। इससे उपचारित पानी का उपयोग शौचालयों की फ्लशिंग, बगीचों की सिंचाई और ठंडा करने के लिए किया गया। इन्वेस्ट इंडिया (Invest India) की केस स्टडी.
कपड़ा उद्योग: अहमदाबाद के एक संयंत्र में 2022 में पानी के दोबारा उपयोग के लिए MBR को रिवर्स ऑस्मोसिस से जोड़ा गया। MBR ने जैविक अपशिष्ट और ठोस पदार्थ हटाए। रिवर्स ऑस्मोसिस ने घुले हुए पदार्थ हटाए। आपूर्तिकर्ता की केस स्टडी.
दवा उद्योगों का समूह: एक आपूर्तिकर्ता की केस स्टडी में अहमदाबाद के पास प्रतिदिन 750 किलोलीटर क्षमता वाले MBR का वर्णन है। यह दवा उद्योगों से आने वाले अपशिष्ट जल का एक साथ उपचार करता है। टोरे (Toray) की केस स्टडी.
नगर स्तर की योजना: नीति आयोग (NITI Aayog) की एक रिपोर्ट में बल्लारी के लिए MBR पर आधारित जल पुनः उपयोग योजना प्रस्तावित की गई थी। डिजाइन रिपोर्ट एक योजना है, यह संयंत्र बन जाने का प्रमाण नहीं है। बल्लारी (Ballari) की डिजाइन रिपोर्ट.

MBR कब एक अच्छा विकल्प है?

MBR तब उपयोगी है जब जमीन कम हो या उपचारित पानी का दोबारा उपयोग करना हो। झिल्ली से छनकर निकले इसके साफ पानी को कीटाणुरहित करना आसान हो सकता है।
इसके लिए अधिक उपकरण, ऊर्जा और झिल्ली की देखभाल की जरूरत होती है। गाढ़े कीचड़ को फिर भी हटाना पड़ता है।
खराब छन्नी या आने वाले अपशिष्ट जल में अचानक बदलाव से उपचार बाधित हो सकता है।
सही विकल्प पानी की प्रकृति, दोबारा उपयोग के उद्देश्य, उपलब्ध जमीन और संचालन के कौशल पर निर्भर करता है। MBR हर प्रदूषक को हटाने का उपाय नहीं है।

सही या गलत: भारत में MBR प्रणालियों का उपयोग केवल नगरों के सीवेज के लिए होता है, दवा या कपड़ा उद्योगों में नहीं।

झटपट सवाल-जवाब

MBR किन दो प्रक्रियाओं को जोड़ता है?

सूक्ष्मजीवों द्वारा उपचार और झिल्ली से छनाई।

झिल्ली किसकी जगह लेती है?

द्वितीयक अवसादन टैंक की।

परमिएट (permeate) क्या है?

झिल्ली से होकर गुजरने वाला पानी।

फाउलिंग (fouling) क्या है?

कीचड़ से झिल्ली का जाम होना।

क्या MBR घुले हुए लवण हटाता है?

नहीं। रिवर्स ऑस्मोसिस उन्हें हटाता है।

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