Autor: Sunny Wu(Kate@aquasust.com)
Datum objave: 13. lipnja 2022
Oznake posta:Zašto je MBR membranu lako zaprljati, a online ispiranje je beskorisno?Što možemo učiniti?
MBR se naširoko i zrelo koristi u pročišćavanju otpadnih voda jer MBR zamjenjuje sekundarni taložnik, koji može jamčiti SS otpadne vode i visoku koncentraciju mulja i uštedjeti puno problema otpadne vode u radu, ali problem kontaminacije membrane također je zabrinjavao razvoj i rad MBR-a! Kao odgovor na ove probleme, što bi točno trebali učiniti operateri MBR-a kako bi brzo pronašli glavni uzrok kontaminacije membrane i dali precizne udarce kao način da smanje učestalost čišćenja.
Sadržaj tablice:
1. Što je kontaminacija membrane?
2. Koje su vrste kontaminacije membrane?
3. Utjecaj čimbenika kontaminacije membrane.
一,Što je kontaminacija membrane?
Kontaminacija membrane obično se odnosi na proces adsorpcije i agregacije tvari u smjesi na površini membrane (izvana) i unutar pora membrane (iznutra), što rezultira začepljenjem pora membrane i smanjenjem poroznosti, uzrokujući propadanje membrane. fluks i porast filtracijskog tlaka.
U radu membranske filtracije, molekule vode i fini materijali neprekidno prolaze kroz membranu, dok neke materijale membrana zadržava i blokira pore membrane ili se taloži na površini membrane, uzrokujući tako kontaminaciju membrane. Može se reći da je kontaminacija membrane uzrokovana zadržavanjem membrane. Izravna manifestacija onečišćenja membrane je smanjenje protoka kroz membranu ili povećanje radnog tlaka.
Hranjivi supstrati, bakterijski koloidi, mikrobne stanice, stanični ostaci, mikrobni metaboliti (EPS, SMP) i razne organske i anorganske otopljene tvari prisutne u sustavu mješavine aktivnog mulja doprinose kontaminaciji membrane.
Razvoj kontaminacije membrane obično se može podijeliti u 3 faze (postoje i 2-najave o fazama).
(1) Početna kontaminacija: događa se u početnoj fazi kada se membranski sustav stavi u pogon i kada površina membrane snažno djeluje s koloidima i organskom tvari u smjesi, a kontaminacija je u obliku adhezije, učinka naboja i začepljenje pora membrane. U uvjetima filtracije postupnog protoka, fini bioflokuli ili izvanstanični polimeri još uvijek mogu prianjati na površinu membrane, dok će se tvari manje od veličine pora membrane adsorbirati u porama membrane i uzrokovati kontaminaciju membrane kroz učinke koncentracije, taloženja kristalizacije i rasta i reprodukcija.
(2) Spora kontaminacija: U početku je površina membrane glatka, a velike čestice se ne mogu lako pričvrstiti, uglavnom EPS-om, SMP-om, biokoloidima i drugim viskoznim tvarima adsorbiranim na površini membrane putem adsorpcijskih mostova, hvatanja mreže i drugih učinaka kako bi se formirala sloj gela, što rezultira polaganim porastom otpora filtracije membrane, a performanse zadržavanja zagađivača u smjesi bit će poboljšane. Kontaminacija sloja gela je neizbježna i dovodi do učinka sporog porasta otpora membrane. To se očituje kao polagani porast TMP-a u radu s konstantnim protokom i sporo opadanje toka u načinu rada s konstantnim tlakom.
(3) Brza kontaminacija: Sloj gela formiran u fazi 2 postupno se zgušnjava s taloženjem kontaminanata pod djelovanjem kontinuirane razlike tlaka filtracije i propusnog protoka vode, što dovodi do kontaminacije membrane od kvantitativne do kvalitativne promjene, a flokule u smjesa se brzo akumulira na površini membrane i formira talog filtarskog kolača, a transmembranska razlika tlaka brzo raste.
Kontaminacija sloja gela je neizbježna i dovodi do učinka sporog porasta otpora membrane. To se očituje kao polagani porast TMP-a u radu s konstantnim protokom i sporo opadanje toka u načinu rada s konstantnim tlakom. Nakon što se velika količina pahuljica taloži na površini membrane i formira se sloj muljnog kolača, sustav u osnovi ne može normalno raditi. glavna razmatranja za rad i proces održavanja MBR-a su usporavanje kontaminacije sloja gela (održavanje dobrih hidrauličkih uvjeta, čišćenje na licu mjesta, kontrola brzine razvoja kontaminacije membrane i produljenje radnog vremena spore kontaminacije) i kontrola mulja kontaminacija sloja kolača (brza kontaminacija).
2,Wkoje su vrste kontaminacije membrane?
(1) Razvrstavanje prema sastavu kontaminanata
a.Organska kontaminacija
Uglavnom dolazi od makromolekularnih organskih tvari (polisaharida, proteina itd.), huminskih kiselina, mikrobnih flokula, staničnih ostataka itd. u smjesi. Među njima, otopljena organska tvar SMP i EPS čine 26%-52% kontaminacije membrane, iako je udio vrlo nizak za MLSS. Mikrobni rast i adsorpcija unutar pora membrane i na površini membrane također su važni čimbenici za kontaminaciju membrane.
b.Anorganska kontaminacija
Nastaju metalnim solima, anorganske soli koje premošćuju ione. Uobičajeno anorgansko onečišćenje membrane uglavnom su karbonatne, sulfatne i silikatne tvari koje onečišćuju kalcij, magnezij, željezo i silicij, među kojima su još kalcijev karbonat, kalcijev sulfat i magnezijev hidroksid.
(2) Razvrstavanje prema prirodi onečišćujućih tvari
Reverzibilno onečišćenje (privremeno onečišćenje): može se ukloniti određenim hidrauličkim mjerama za uklanjanje onečišćenja membrane; kao što je povratno ispiranje kroz čistu vodu, protresanje prozračivanja može se ukloniti.
Nepovratno onečišćenje (dugotrajno onečišćenje): ne može se ukloniti mjerama hidrauličkog čišćenja za uklanjanje onečišćenja membrane, može se ukloniti čišćenjem oksidansima, kiselinama, alkalijama, redukcijskim sredstvima itd.
Reverzibilni i nepovratni, oba se mogu isprati. Svako sredstvo za čišćenje koje se ne može isprati naziva se nepovratnim onečišćenjem.
(3) Razvrstavanje prema mjestu kontaminanata
Materijal u smjesi se adsorbira, koncentrira i kristalizira u pori membrane, a stvaranje unutarnjeg onečišćenja naziva se unutarnje onečišćenje; stvaranje agregacije i taloženje na površini membrane naziva se vanjsko onečišćenje.
3,Tutjecaj čimbenika kontaminacije membrane
1. karakteristike smjese mulja
Izvor onečišćenja membrane u membranskom bioreaktoru je smjesa aktivnog mulja, a onečišćenje membrane smjesom mulja izuzetno je komplicirano.
1)EPS i SMP
Izvanstanični polimer (EPS) i otopljeni mikrobni produkti (SMP) mikrobni su metaboliti s otprilike istim sastavom i imaju važan i složen utjecaj na kontaminaciju membrane te su najvažniji zagađivači u MBR procesu.
Previsoka koncentracija EPS-a će povećati viskoznost smjese koja nije pogodna za difuziju otopljenog kisika, što otežava oksigenaciju sustava mulja, čime utječe na normalne fiziološke aktivnosti bakterijskog koloida, a time i povećava otpornost membrane na filtraciju. Dok će prenizak sadržaj EPS-a uzrokovati razgradnju pahuljica, što će biti štetno za rad MBR-a.
Stoga postoji optimalna EPS vrijednost koja strukturu pahuljica čini stabilnom i ne uzrokuje visoku tendenciju kontaminacije membrane.
Utvrđeno je da većina SMP ima molekulsku masu manju od 1 KDa i veću od 10 KDa, a otopljena organska tvar male molekulske mase, prolazeći kroz membranu, nastoji začepiti pore membrane, uzrokujući kontaminaciju membrane i postajući glavni zaostali organski tvari u otpadnoj vodi.
U međuvremenu, na karakteristike i sastav SMP-a također utječe nekoliko radnih parametara.
Općenito, tendencija kontaminacije SMP membrane u MBR-u smanjuje se s povećanjem MLSS, smanjenjem organskog opterećenja i povećanjem otopljenog kisika.
2)MLSS koncentracija suspendiranih krutih tvari u miješanoj tekućini
Koncentracija MLSS-a izravno utječe na viskoznost smjese, porast viskoznosti glavni je razlog za smanjenje učinkovitosti filtracije mješavine uzrokovano porastom MLSS-a, ako pogrešna brzina protoka ili snaga prozračivanja nisu dovoljni za ispiranje krutih tvari vezanih za površine membrane, uskoro će uzrokovati stvaranje sloja onečišćenja.
3) Viskoznost
Na viskoznost miješane tekućine utječe MLSS. Kada je koncentracija MLSS veća od kritične vrijednosti, viskoznost eksponencijalno raste s povećanjem koncentracije krutih tvari.
U MBR-u sa šupljim vlaknima, viskoznost smjese utječe na veličinu mjehurića i fleksibilnost membrane vlakana u reaktoru. Osim toga, povećana viskoznost smanjuje učinkovitost prijenosa DO otopljenog kisika, a niska koncentracija otopljenog kisika povećava tendenciju kontaminacije membrane.
4) Hidrofilnost i hidrofobnost mulja
Rezultati brojnih istraživanja pokazali su da hidrofilna otopljena organska tvar u mulju ima negativnu ulogu u nastanku onečišćenja membrane. Međutim, također je otkriveno da visoko hidrofobni flokulirani mulj također može uzrokovati kontaminaciju membrane.
I hidrofobnost i površinski naboj mulja povezani su sa sastavom i prirodom izvanstaničnih polimera i indeksom rasta nitastih bakterija. Prekomjerni rast filamentoznih bakterija stvara veliku količinu, koja smanjuje električni potencijal, nepravilan oblik flokuliranog mulja i povećanje hidrofobnosti, što dovodi do ozbiljne kontaminacije membrane.
5) Veličina čestica mulja
Smanjenje membranskog protoka uglavnom je uzrokovano česticama oko 2 um. Općenito govoreći, što je manja veličina čestica, to se čestice lakše talože na površini membrane, a što je sloj taloženja gušći, to je manja propusnost, tako da će mala veličina čestica pogoršati onečišćenje membrane.
6) Indeks taloženja mulja SVI
Iako nema izravnog utjecaja na kontaminaciju membrane, indeks taloženja mulja (SVI) može odražavati taloženje organskih tvari u smjesi.
Trenutno se organske tvari koje se ne mogu taložiti, kao što su koloidi, otopljene organske tvari, općenito smatraju glavnim zagađivačima membrane.
2,Radni uvjeti MBR procesa
Radni uvjeti izravno ili neizravno utječu na kontaminaciju membrane te prirodu i sastav mulja.
1) Vrijeme zadržavanja mulja (SRT)
Praktični rezultati pokazuju da povećanje SRT može smanjiti proizvodnju SMP i EPS, a stopa kontaminacije membrane će se smanjiti.
Međutim, predugi SRT može dovesti do visoke koncentracije mulja, što također dovodi do prekomjerne viskoznosti i utječe na prijenos mase i hidrodinamiku reaktora, što dovodi do ozbiljnije kontaminacije membrane. SRT za membranske bioreaktore u općem pročišćavanju komunalnih otpadnih voda iznosi 5-20 dana.
2) Hidrauličko vrijeme zadržavanja (HRT)
Iako HNL nema izravan učinak na kontaminaciju membrane, kratka HNL će osigurati više hranjivih tvari mikroorganizmima i potaknuti njihov brzi rast, što će rezultirati većom koncentracijom MLSS i povećanim protokom, što će povećati mogućnost kontaminacije membrane.
3) Temperatura i pH
Uspoređujući temperaturu različitih godišnjih doba, lako je uočiti da je reverzibilno onečišćenje ozbiljnije u razdoblju niskih temperatura, a ireverzibilno onečišćenje se brže razvija u razdoblju visokih temperatura.
MBR radni pH raspon općenito je 6-9, izvan tog raspona, nitrificirajuće bakterije u reaktoru će se brzo smanjiti, što će rezultirati inhibicijom nitrifikacije. Kada je pH viši od kritične vrijednosti, kontaminacija membrane je brza, a kada temperatura poraste, maksimalno dopušteni pH se smanjuje.
4) Otopljeni kisik (DO)
Niska koncentracija otopljenog kisika smanjit će hidrofobnost stanica i uzrokovati razgradnju pahuljica mulja, a kada je DO niži od 1mg/l, sadržaj SMP naglo raste. Otopljeni kisik također utječe na sastav EPS i SMP, au sustavima s visokim DO MBR povećava se omjer proteina i polisaharida te je sastav mikrobne zajednice vrlo različit.
5) Membranski tokovi
Za sve membranske procese, povišeni tokovi mogu uzrokovati povećanu kontaminaciju membrane.
Uravnoteženje izbora fluksa sa smanjenjem površine membrane, povratno ispiranje i intervali kemijskog čišćenja također imaju izravan utjecaj na operativne troškove.
6) Stupanj protoka i prozračivanje
U bioreaktorima s podijeljenom membranom, CFV je jedna od metoda za brzu promjenu propusnosti membrane.
U sustavima s membranama visoke koncentracije i male veličine pora, povećanje CFV može ublažiti taloženje kontaminanata na površini membrane. Međutim, za relativno velike čestice miješane tekućine, povećanje CFV nema nikakav ili čak suprotan učinak na povećanje protoka.
Prozračivanje igra vrlo važnu ulogu u potopljenom MBR procesu: a, osiguravanje otopljenog kisika kroz prozračivanje za normalan rast i metabolizam mikroorganizama u mulju; b, igra ulogu agitatora za suspendiranje mulja i njegovo potpuno miješanje u miješanoj otopini; c, labavljenje membranskih vlakana membranskog modula šupljih vlakana i generiranje posmičnih sila na površini membrane kako bi se smanjilo taloženje zagađivača na površini membrane i do neke mjere spriječilo stvaranje kontaminacije membrane.
3,Priroda membrane i struktura membranskih komponenti
1) Veličina pora membrane
Membrana male veličine pora, lako zadržava kontaminante u otopini i stvara taloženi sloj na površini membrane, tako da se otpornost membrane povećava. Ova vrsta onečišćenja općenito je reverzibilno onečišćenje, može se ukloniti pogrešnim protokom, povratnim ispiranjem, prozračivanjem i drugim fizičkim sredstvima, unutarnje onečišćenje je malo.
Membrana velike veličine pora, začepljenje pora membrane ozbiljnije je u ranoj fazi filtracije, s formiranjem dinamičke membrane na površini, učinak zadržavanja počinje se poboljšavati. Ali zagađivači se lako talože i začepljuju na površini i unutar pora membrane, stvarajući nepovratno onečišćenje ili čak onečišćenje koje se ne može obnoviti, što postaje glavni čimbenik koji uzrokuje degradaciju performansi membrane i smanjenje životnog vijeka u dugotrajnom radu.
2) Membranski materijali
Što se tiče kontaminacije različitih membranskih materijala u anaerobnom MBR-u, trend kontaminacije membrane od poliviniliden fluorida (PVDF) značajno je manji nego kod membrana od polisulfona (PS) i celuloze pod istim radnim uvjetima.
Vrijedno je spomenuti da sastav ireverzibilnih kontaminanata ovisi o materijalu membrane kada su polimeri slični materijalu membrane prisutni u organskoj frakciji aktivnog mulja.
3) Stupanj hrapavosti površine membrane
Povećanje hrapavosti površine membrane povećava mogućnost adsorpcije kontaminanata na površini membrane, ali također povećava i stupanj defleksije površine membrane, što otežava taloženje kontaminanata na površini membrane, pa je učinak hrapavosti na protok membrane rezultat kombinacije oba faktora.
4) Hidrofobnost
Hidrofobnost materijala membrane također ima važan utjecaj na kontaminaciju membrane, uspoređujući hidrofobne i hidrofilne ultrafiltracijske membrane, zaključuje se da površina hidrofobne ultrafiltracijske membrane ima veću vjerojatnost da adsorbira otopljene tvari i pokazuje veću tendenciju kontaminacije.
Trenutačno, većina načina za promjenu hidrofobnosti membrane su modifikacije materijala membrane. Kao što je promjena veličine pora, hrapavost površine membrane, dodavanje anorganskih materijala za formiranje dinamičkog predsloja na površini membrane, itd.
4,Kontrolne mjere kontaminacije membrane
Glavni čimbenici za stvaranje kontaminacije membrane su: inherentna priroda membrane, priroda smjese i radna okolina sustava, kontrola i rješavanje kontaminacije membrane također treba poduzeti odgovarajuće mjere s ova tri aspekta.
(1) Inherentna priroda membrane
Fizička i kemijska svojstva membrane određena su materijalom membrane, a sposobnost zaštite od onečišćenja membrane u smjesi povezana je s njezinim materijalom. Pokazalo se da hidrofilnost membrane ima vrlo važan učinak na sposobnost sprječavanja zagađenja. Među materijalima za organske membrane, neki su hidrofilni materijali kao što je PAN, a većina su hidrofobni materijali kao što su PVDF, PE, PS, itd. Hidrofobni organski materijali moraju se modificirati hidrofilno kada se primjenjuju, a zbog razlike u procesu modifikacije, gubitak hidrofilnosti u procesu korištenja bit će brz i spor.
Osim toga, sposobnost membrane protiv onečišćenja također je povezana s hrapavošću površine membrane, površinskim nabojem membrane, veličinom pora membrane, itd. Općenito govoreći, sposobnost membrane protiv onečišćenja može se poboljšati odabirom membranskih materijala s boljom hidrofilnošću, poboljšanjem hrapavosti površine membrane, birajući membranske materijale s istim potencijalom kao i smjesa i odgovarajuću veličinu pora na membrani.
Anorganske membrane kao što su keramičke membrane: glinica, silicij karbid, titan oksid, cirkonij oksid, itd. kao sirovine, visokotemperaturno sinterovanje, u fluksu, čvrstoća, kemijska stabilnost pogodnost od organskih membrana imaju očite prednosti.
(2) Priroda miješane tekućine
Kontaminacija membrane uvelike je rezultat interakcije između membrane i smjese. Priroda smjese uključuje koncentraciju i viskoznost mulja, raspodjelu čestica, koncentraciju otopljene organske tvari, koncentraciju mikrobnog metabolita itd.
Kada je koncentracija mulja niska, sposobnost adsorpcije mulja i razgradnje organske tvari je nedovoljna, koncentracija organske tvari u smjesi se povećava, blokada pora membrane je ozbiljna, a koncentracija otopljene tvari na površini membrane značajno je povećana zbog koncentracija polarizacije koncentracije, što je lako formirati sloj gela, što rezultira povećanom otpornošću na filtraciju; kada je koncentracija mulja veća od određene vrijednosti, koncentracija EPC raste, viskoznost mulja brzo raste, a viskoznost ima utjecaj na protok membrane i veličinu mjehurića u smjesi, a mulj se lako taloži na površinu membrane i stvaraju deblji sloj mulja. Općenito se vjeruje da postoji kritična vrijednost koncentracije mulja, kada je koncentracija mulja viša od te vrijednosti, tok membrane će biti nepovoljan, tako da se koncentracija mulja može odabrati za učinkovitu kontrolu kontaminacije membrane unutar prikladnog raspona. Širenje mulja i sitne čestice mulja mogu uzrokovati ozbiljno onečišćenje membrane.
Utjecajna kvaliteta vode u procesu MBR također ima veći utjecaj na komponente smjese, što zahtijeva određeni stupanj predtretmana, kao što su dlake i otpadni materijali koji će se omotati oko uzorka, uzrokujući nakupljanje blata u membranskom modulu i time dovodeći do membrane onečišćenje, koje je potrebno ukloniti različitim finim membranskim rešetkama prije ulaska u aerobnu biokemiju; blato i pijesak i druge tvrde čestice mogu oštetiti vlakna membrane, koje treba ukloniti umivaonikom pijeska; ulje uzrokuje onečišćenje koje se ne može očistiti na vlaknima membrane. onečišćenje, više od zahtjeva potrebno je ukloniti zamkom ulja, plutanjem zrakom itd.; anorganske tvari: mogu se taložiti na površini membrane, ljuštiti se, blokirati pore membrane. Može se kontrolirati flokulacijom i taloženjem ili podešavanjem pH kako bi se spriječilo taloženje. Ostala karakteristična onečišćenja koja utječu na membranu, poput organskih otapala, tenzida, sredstava protiv pjenjenja, PAM-a, tvrdoće, lužnatosti i temperature, treba obratiti posebnu pozornost u posebnim slučajevima.
(3) Radno okruženje sustava
a.Subkritični tok
Kritični fluks se definira kao postojanje fluksa tako da kada je fluks veći od ove vrijednosti, TMP se značajno povećava, dok kada je fluks manji od te vrijednosti, TMP ostaje stabilan. Ovaj nam koncept može pomoći pronaći referentnu točku između maksimiziranja membranskog protoka i učinkovite kontrole kontaminacije membrane. U stvarnom radu membranskih modula, radni tok iznad kritičnog toka naziva se rad superkritičnog toka, a radni tok ispod kritičnog toka naziva se rad podkritičnog toka. U praksi se mora odabrati odgovarajući radni tok. Ova vrijednost radnog toka je u podkritičnom rasponu, a ponekad je radni tok samo oko 50% kritičnog toka. Naravno, kontaminacija membrane u dugotrajnom MBR-u, čak i s subkritičnim načinom rada protoka, ima postupan porast TMP-a.
b.Razumna aeracija
U MBR-u, svrha prozračivanja nije samo opskrba mikroorganizama kisikom, već i pokretanje mjehurića koji se dižu i njihov generirani uznemirujući protok vode kako bi se očistila površina membrane i zaustavilo nakupljanje mulja kako bi se protok membrane održao stabilnim. U isto vrijeme, učinak podrhtavanja koji nastaje sudarom između mjehurića i membranskih vlakana čak čini da se membranska vlakna trljaju jedno o drugo, što može ubrzati odvajanje sedimenata s površine membrane i olakšati ublažavanje onečišćenja membrane. Kada je prozračivanje preveliko, uzrokovat će smanjenje veličine čestica taloga na površini membrane, čineći strukturu filtarskog kolača gušćom, čime se povećava otpor filtracije membrane; naprotiv, kada je prozračivanje premalo, smetnja će biti oslabljena i onečišćenje će se pogoršati, stoga treba odabrati odgovarajuće prozračivanje.
c.Izmjena rada i zaustavljanja
Prema 3-teoriji stupnja kontaminacije membrane, stvaranje kontaminacije na površini membrane zahtijeva proces. Prvo, onečišćenja će se adsorbirati, taložiti i akumulirati na površini membrane. Način rada isprekidanog crpljenja ima za cilj vratiti izvedbu membranske filtracije povremenim zaustavljanjem membranske filtracije tako da se mulj nataložen na površini membrane može ukloniti s površine membrane silom smicanja uzrokovanom prozračivanjem i protokom vode. Općenito, što je vrijeme pumpanja dulje, to je veće nakupljanje suspendiranih krutih tvari na površini membrane; što je duže vrijeme zaustavljanja, to će mulj nataložen na površini membrane potpunije otpasti i više se može povratiti učinak membranske filtracije. U načelu, alternativni način rada i zaustavljanja treba odrediti prema preporuci proizvođača membrane i stvarnom radu projekta kako bi zadovoljio vlastite karakteristike.
