De: Sunny Wu(Kate@aquasust.com)
Data postării: 13 iunie 2022
Etichete de postare:De ce membrana MBR este ușor de murdărit, iar spălarea online din contra este inutilă?Ce putem face?
MBR a fost utilizat pe scară largă și matur în tratarea apelor uzate, deoarece MBR înlocuiește rezervorul de sedimentare secundar, care poate garanta efluentul SS și concentrația mare de nămol și poate economisi o mulțime de ape uzate în funcționare unele probleme, dar problema de contaminare a membranei a deranjat și dezvoltarea. și funcționarea MBR! Deci, ca răspuns la aceste probleme, ce ar trebui să facă exact operatorii MBR pentru a găsi rapid cauza principală a contaminării membranei și pentru a da lovituri precise ca o modalitate de a reduce frecvența de curățare.
Conținutul tabelului:
1. Ce este contaminarea membranei?
2. Care sunt tipurile de contaminare a membranei?
3. Influența factorilor de contaminare a membranei.
一,Ce este contaminarea membranei?
Contaminarea membranei se referă de obicei la procesul de adsorbție și agregare a substanțelor din amestec pe suprafața membranei (în exterior) și în interiorul porilor membranei (în interior), având ca rezultat blocarea porilor membranei și reducerea porozității, provocând degradarea membranei. fluxului și creșterea presiunii de filtrare.
În operațiunea de filtrare prin membrană, moleculele de apă și materialele fine trec continuu prin membrană, în timp ce unele materiale sunt reținute de membrană și blochează porii membranei sau se depun pe suprafața membranei, provocând astfel contaminarea membranei. Se poate spune că contaminarea membranei este cauzată de retenția membranei. Manifestarea directă a contaminării membranei este scăderea fluxului membranei sau creșterea presiunii de funcționare.
Substraturile nutritive, coloizii bacterieni, celulele microbiene, resturile celulare, metaboliții microbieni (EPS, SMP) și diverse substanțe organice și anorganice dizolvate prezente în sistemul de amestec de nămol activat contribuie toate la contaminarea membranei.
Dezvoltarea contaminării membranei poate fi de obicei împărțită în 3 etape (există și declarații de 2-etape).
(1) Contaminarea inițială: Are loc în stadiul inițial când sistemul de membrană este pus în funcțiune și suprafața membranei interacționează puternic cu coloizii și materia organică din amestec, iar contaminarea este sub formă de aderență, efect de încărcare și blocarea porilor membranei. În condițiile filtrării cu flux eșalonat, bioflocurile fine sau polimerii extracelulari pot adera în continuare la suprafața membranei, în timp ce substanțele mai mici decât dimensiunea porilor membranei se vor adsorbi în porii membranei și vor provoca contaminarea membranei prin efectele concentrației, precipitației cristalizării și creșterii și reproducere.
(2) Contaminare lentă: Inițial, suprafața membranei este netedă, iar particulele mari nu sunt ușor de atașat, în principal prin EPS, SMP, biocoloizi și alte substanțe vâscoase adsorbite pe suprafața membranei prin punți de adsorbție, captare plasă și alte efecte pentru a forma un strat de gel, rezultând o creștere lentă a rezistenței la filtrarea membranei, iar performanța de retenție a poluanților din amestec va fi îmbunătățită. Contaminarea stratului de gel este inevitabilă și are ca efect o creștere lentă a rezistenței membranei. Acest lucru se manifestă ca o creștere lentă a TMP în funcționarea cu debit constant și o scădere lentă a fluxului în modul de presiune constantă.
(3) Contaminare rapidă: Stratul de gel format în etapa 2 este treptat dens odată cu depunerea de contaminanți sub acțiunea diferenței de presiune de filtrare continuă și a fluxului de apă permeabil, ducând la contaminarea membranei de la schimbare cantitativă la schimbare calitativă și flocurile din amestecul se acumulează rapid pe suprafața membranei și formează turta de filtru de nămol, iar diferența de presiune transmembranară crește rapid.
Contaminarea stratului de gel este inevitabilă și are ca efect o creștere lentă a rezistenței membranei. Acest lucru se manifestă ca o creștere lentă a TMP în funcționarea cu debit constant și o scădere lentă a fluxului în modul de presiune constantă. Odată ce o cantitate mare de floc de nămol este depusă pe suprafața membranei și se formează un strat de turtă de nămol, sistemul practic nu poate funcționa normal. Principalele considerații pentru procesul de operare și întreținere MBR sunt întârzierea contaminării stratului de gel (menținerea unor condiții hidraulice bune, curățarea in situ, controlul ratei de dezvoltare a contaminării membranei și extinderea timpului de funcționare a contaminării lente) și controlul nămolului. contaminarea stratului de turtă (contaminare rapidă).
2,Wcare sunt tipurile de contaminare a membranei?
(1) Clasificarea în funcție de compoziția contaminanților
a.Contaminare organică
Provine în principal din substanțe organice macromoleculare (polizaharide, proteine etc.), acizi humici, flocuri microbiene, resturi celulare etc. din amestec. Printre acestea, materia organică dizolvată SMP și EPS reprezintă 26%-52% din contaminarea membranei, deși proporția este foarte scăzută pentru MLSS. Creșterea microbiană și adsorbția în porii membranei și pe suprafața membranei sunt, de asemenea, factori importanți pentru contaminarea membranei.
b.Contaminare anorganică
Format din săruri metalice, sare anorganică cu acțiune de legătură cu ionii. Poluarea anorganică comună a membranei este în principal carbonat, sulfat și substanțe de murdărire cu silicați de calciu, magneziu, fier și siliciu, printre care carbonat de calciu, sulfat de calciu și hidroxid de magneziu sunt mai multe.
(2) Clasificarea în funcție de natura poluanților
Poluare reversibilă (poluare temporară): poate fi înlăturată prin anumite măsuri hidraulice pentru eliminarea poluării membranei; cum ar fi spălarea din contra prin apă curată, agitația prin aerare poate fi eliminată.
Poluare ireversibilă (poluare pe termen lung): nu poate fi îndepărtată prin măsuri de curățare hidraulică pentru eliminarea poluării membranei, poate fi îndepărtată prin curățare cu oxidanți, acizi, alcalii, agenți reducători etc.
Reversibile și ireversibile, ambele pot fi spălate. Orice mijloc de curățare care nu poate fi spălat se numește poluare irecuperabilă.
(3) Clasificare în funcție de localizarea contaminanților
Materialul din amestec este adsorbit, concentrat și cristalizat în porul membranei, iar formarea poluării interne se numește poluare internă; formarea agregarii si depunerii pe suprafata membranei se numeste poluare externa.
3,Tinfluența factorilor de contaminare a membranei
1. caracteristicile amestecului de nămol
Sursa contaminanților membranei din bioreactorul cu membrană este amestecul de nămol activat, iar poluarea membranei cu amestecul de nămol este extrem de complicată.
1)EPS și SMP
Polimerul extracelular (EPS) și produsele microbiene dizolvate (SMP) sunt ambii metaboliți microbieni cu aproximativ aceeași compoziție și au un impact important și complex asupra contaminării membranei și sunt cei mai importanți poluanți în procesul MBR.
O concentrație prea mare de EPS va crește vâscozitatea amestecului care nu este propice difuzării oxigenului dizolvat, ceea ce face dificilă oxigenarea sistemului de nămol, afectând astfel activitățile fiziologice normale ale coloidului bacterian și crescând astfel rezistența la filtrare a membranei. În timp ce conținutul prea scăzut de EPS va cauza descompunerea flocului, care va fi dăunătoare funcționării MBR.
Prin urmare, există o valoare EPS optimă care face ca structura floculului să fie stabilă și nu provoacă o tendință mare de contaminare a membranei.
S-a constatat că majoritatea SMP-urilor au greutăți moleculare mai mici de 1 KDa și mai mari de 10 KDa, iar materia organică dizolvată cu greutate moleculară mică, în timp ce trece prin membrană, tinde să înfunde porii membranei, provocând contaminarea membranei și devenind principalul rezidual organic. materie din efluent.
Între timp, caracteristicile și compoziția SMP sunt, de asemenea, afectate de mai mulți parametri de funcționare.
În general, tendința de contaminare cu SMP a membranei în MBR scade odată cu creșterea MLSS, scăderea încărcării organice și creșterea oxigenului dizolvat.
2)Concentrația MLSS de solide în suspensie în soluție amestecată
Concentrația MLSS afectează direct vâscozitatea amestecului, creșterea vâscozității este principalul motiv pentru scăderea performanței de filtrare a amestecului cauzată de creșterea MLSS, dacă debitul greșit sau puterea de aerare nu este suficientă pentru a elimina solidele atașate la suprafața membranei, va provoca în curând generarea stratului de poluare.
3) Vâscozitate
Vâscozitatea lichidului amestecat este influențată de MLSS. Când concentrația MLSS este mai mare decât valoarea critică, vâscozitatea crește exponențial odată cu creșterea concentrației de solide.
În MBR cu fibre goale, vâscozitatea amestecului afectează dimensiunea bulelor și flexibilitatea membranei de fibre din reactor. În plus, vâscozitatea crescută scade eficiența transferului de OD a oxigenului dizolvat, iar concentrația scăzută de oxigen dizolvat crește tendința de contaminare a membranei.
4) Hidrofilitatea și hidrofobicitatea nămolului
Rezultatele multor studii au arătat că materia organică dizolvată hidrofilă din nămol joacă un rol negativ în apariția contaminării membranei. Cu toate acestea, s-a descoperit de asemenea că nămolul floculat foarte hidrofob poate provoca, de asemenea, contaminarea membranei.
Atât hidrofobicitatea, cât și încărcarea de suprafață a nămolului sunt legate de compoziția și natura polimerilor extracelulari și de indicele de creștere al bacteriilor filamentoase. Creșterea excesivă a bacteriilor filamentoase generează o cantitate mare, care scade potențialul electric, forma neregulată a nămolului floculat și creșterea hidrofobicității, ducând la contaminarea severă a membranei.
5) Dimensiunea particulelor de nămol
Scăderea fluxului membranei este cauzată în principal de particulele de aproximativ 2um. În general, cu cât dimensiunea particulelor este mai mică, cu atât particulele sunt depuse mai ușor pe suprafața membranei și cu cât stratul de depunere format este mai dens, cu atât mai puțină permeabilitate, astfel încât dimensiunea mică a particulei va agrava poluarea membranei.
6) Indicele de sedimentare a nămolului SVI
Deși nu există un efect direct asupra contaminării membranei, indicele de decantare a nămolului (SVI) poate reflecta decantarea substanțelor organice din amestec.
În prezent, substanțele organice care nu pot fi decantate, cum ar fi coloizii, materia organică dizolvată, sunt considerate în general a fi principalii contaminanți ai membranei.
2,Condițiile de funcționare ale procesului MBR
Condițiile de funcționare afectează direct sau indirect contaminarea membranei și natura și compoziția nămolului.
1) Timp de retenție a nămolului (SRT)
Rezultatele practice arată că creșterea SRT poate reduce producția de SMP și EPS, iar rata de contaminare a membranei va fi redusă.
Cu toate acestea, o SRT excesiv de lungă poate duce la o concentrație ridicată a nămolului, care de asemenea duce la o vâscozitate excesivă și afectează transferul de masă și hidrodinamica reactorului, ceea ce duce la o contaminare mai gravă a membranei. SRT pentru bioreactoarele cu membrană în tratarea generală a apelor uzate municipale este de 5-20 zile.
2) Timp de retenție hidraulic (HRT)
Deși HRT nu are un efect direct asupra contaminării membranei, HRT scurtă va furniza mai mulți nutrienți microorganismelor și le va face să crească rapid, rezultând o concentrație mai mare de MLSS și un flux crescut, ceea ce va crește posibilitatea contaminării membranei.
3) Temperatura și pH-ul
Comparând temperatura diferitelor anotimpuri, este ușor de constatat că poluarea reversibilă este mai gravă în perioada de temperatură scăzută, iar poluarea ireversibilă se dezvoltă mai rapid în perioada de temperatură înaltă.
Intervalul de pH de funcționare al MBR este în general 6-9, în afara intervalului, bacteriile de nitrificare din reactor vor fi reduse rapid, rezultând inhibarea nitrificării. Când pH-ul este mai mare decât valoarea sa critică, contaminarea membranei este rapidă, iar când temperatura crește, pH-ul maxim admisibil scade.
4) Oxigen dizolvat (DO)
O concentrație scăzută de oxigen dizolvat va reduce hidrofobicitatea celulelor și va provoca descompunerea flocului de nămol, iar când DO este mai mic de 1 mg/l, conținutul de SMP crește brusc. Oxigenul dizolvat afectează, de asemenea, compoziția EPS și SMP, iar în sistemele MBR cu DO mare, raportul dintre proteine și polizaharide crește, iar compoziția comunității microbiene este foarte diferită.
5) Fluxuri membranare
Pentru toate procesele cu membrană, fluxurile ridicate pot provoca o contaminare crescută a membranei.
Echilibrarea alegerii fluxului cu minimizarea suprafeței membranei, spălarea în contra și intervalele de curățare chimică au, de asemenea, un impact direct asupra costurilor de operare.
6) Debit eșalonat și aerare
În bioreactoarele cu membrană divizată, CFV este una dintre metodele de a modifica rapid permeabilitatea membranei.
În sistemele cu concentrație mare și membrane cu dimensiuni mici ale porilor, creșterea CFV poate atenua depunerea de contaminanți pe suprafața membranei. Cu toate acestea, pentru substanța sub formă de particule de lichid amestecat relativ mare, creșterea CFV nu are efect sau chiar opus asupra creșterii fluxului.
Aerarea joacă un rol foarte important în procesul MBR scufundat: a, furnizarea de oxigen dizolvat prin aerare pentru creșterea normală și metabolismul microorganismelor din nămol; b, jucând rol agitator pentru a suspenda nămolul și a-l amesteca complet în soluția amestecată; c, slăbirea filamentelor membranei modulului de membrană cu fibre goale și generarea forțelor de forfecare pe suprafața membranei pentru a reduce depunerea de poluanți pe suprafața membranei și pentru a preveni generarea de contaminare a membranei într-o oarecare măsură.
3,Natura membranei și a structurii componentelor membranei
1) Dimensiunea porilor membranei
Membrană de dimensiune mică a porilor, ușor de reținut contaminanții în soluție și produce un strat depus pe suprafața membranei, astfel încât rezistența membranei crește. Acest tip de poluare este, în general, poluare reversibilă, poate fi eliminată printr-un flux greșit, spălare în contra, aerare și alte mijloace fizice, poluarea internă este mică.
Membrană de dimensiune mare a porilor, înfundarea porilor membranei este mai gravă în stadiul incipient al filtrării, odată cu formarea unei membrane dinamice la suprafață, efectul de retenție începe să se îmbunătățească. Însă poluanții se depun și se înfundă cu ușurință pe suprafața și în interiorul porului membranei, formând poluare ireversibilă sau chiar poluare nerecuperabilă, care devine principalul factor care provoacă degradarea performanței membranei și reducerea duratei de viață în funcționare pe termen lung.
2) Materiale membranare
Pentru contaminarea diferitelor materiale membranare în MBR anaerob, tendința de contaminare a membranei cu fluorură de poliviniliden (PVDF) este semnificativ mai mică decât cea a membranelor de polisulfonă (PS) și celuloză în aceleași condiții de funcționare.
Este de menționat că compoziția contaminanților ireversibili depinde de materialul membranei atunci când polimerii similari cu materialul membranei sunt prezenți în fracția organică a nămolului activat.
3) Gradul de rugozitate a suprafeței membranei
Creșterea rugozității suprafeței membranei crește posibilitatea de adsorbție a contaminanților pe suprafața membranei, dar crește și gradul de deformare a suprafeței membranei, ceea ce împiedică depunerea de contaminanți pe suprafața membranei, astfel încât efectul rugozității asupra fluxului membranei este rezultatul unei combinații a ambilor factori.
4) Hidrofobicitate
Hidrofobicitatea materialului membranar are, de asemenea, o influență importantă asupra contaminării membranei, comparând membranele de ultrafiltrare hidrofobe și hidrofile, se ajunge la concluzia că suprafața membranei de ultrafiltrare hidrofobă are mai multe șanse de a adsorbi substanțele dizolvate și prezintă o tendință mai mare de contaminare.
În prezent, majoritatea modalităților de a modifica hidrofobicitatea membranei sunt modificări ale materialelor membranei. Cum ar fi modificarea dimensiunii porilor, rugozitatea suprafeței membranei, adăugarea de materiale anorganice pentru a forma o pre-acoperire dinamică pe suprafața membranei etc.
4,Măsuri de control al contaminării membranei
Principalii factori pentru formarea contaminării membranei sunt: natura inerentă a membranei, natura amestecului și mediul de funcționare a sistemului, controlul și rezolvarea contaminării membranei ar trebui să ia, de asemenea, măsuri corespunzătoare din aceste trei aspecte.
(1) Natura inerentă a membranei
Proprietățile fizice și chimice ale membranei sunt determinate de materialul membranei, iar capacitatea anti-poluare a membranei din amestec este legată de materialul acesteia. S-a demonstrat că hidrofilitatea membranei are un efect foarte important asupra capacității anti-poluare. Dintre materialele cu membrane organice, unele sunt materiale hidrofile, cum ar fi PAN, iar cele mai multe sunt materiale hidrofobe, cum ar fi PVDF, PE, PS, etc. Materialele organice hidrofobe trebuie modificate hidrofil atunci când sunt aplicate, iar din cauza diferenței în procesul de modificare, pierderea de hidrofilitate în procesul de utilizare va fi rapidă și lent.
În plus, capacitatea anti-poluare a membranei este, de asemenea, legată de rugozitatea suprafeței membranei, încărcarea suprafeței membranei, dimensiunea porilor membranei etc. În general, capacitatea anti-poluare a membranei poate fi îmbunătățită prin alegerea materialelor membranei cu hidrofilitate mai bună, îmbunătățind rugozitatea a suprafeței membranei, alegând materiale membranare cu același potențial ca și amestecul și dimensiunea adecvată a porilor membranei.
Membrane anorganice, cum ar fi membrane ceramice: alumină, carbură de siliciu, oxid de titan, oxid de zirconiu, etc ca materii prime, sinterizarea la temperatură înaltă, în flux, rezistență, stabilitate chimică comoditate decât membranele organice au avantaje evidente.
(2) Natura lichidului amestecat
Contaminarea membranei este în mare parte rezultatul interacțiunii dintre membrană și amestec. Natura amestecului include concentrația și vâscozitatea nămolului, distribuția particulelor, concentrația materiei organice dizolvate, concentrația metaboliților microbieni etc.
Când concentrația de nămol este scăzută, capacitatea de absorbție și degradare a nămolului a materiei organice este insuficientă, concentrația de materie organică în amestec crește, blocarea porilor membranei este gravă, iar concentrația de substanță dizolvată pe suprafața membranei crește semnificativ datorită concentrația de polarizare a concentrației, care este ușor de format un strat de gel, rezultând o rezistență crescută la filtrare; când concentrația nămolului este mai mare decât o anumită valoare, concentrația EPC crește, vâscozitatea nămolului crește rapid, iar vâscozitatea are un impact asupra fluxului membranei și asupra dimensiunii bulelor din amestec, iar nămolul este ușor de depozitat pe suprafața membranei și formează un strat de nămol mai gros. În general, se crede că există o valoare critică a concentrației de nămol, atunci când concentrația de nămol este mai mare decât această valoare, fluxul membranei va fi afectat negativ, astfel încât concentrația de nămol poate fi aleasă pentru a controla eficient contaminarea membranei într-un interval adecvat. Expansiunea nămolului și nămolurile fine pot provoca o contaminare gravă a membranei.
Calitatea apei influente a procesului MBR are, de asemenea, un impact mai mare asupra componentelor amestecului, ceea ce necesită un anumit grad de pretratări, cum ar fi părul și materialele de gunoi se vor înfășura în jurul modelului, determinând modulul membranei să acumuleze noroi și conducând astfel la membrană. contaminarea, care trebuie îndepărtată prin diferite rețele fine de membrană înainte de a intra în biochimic aerob; noroiul și nisipul și alte particule dure pot deteriora filamentele membranei, care trebuie îndepărtate de chiuveta cu nisip; uleiul provoacă o contaminare necurăţată a filamentelor membranei. poluarea, mai mult decât cerințele trebuie eliminate prin capcana de ulei, flotarea aerului etc.; substante anorganice: pot precipita pe suprafata membranei, descuamand, blocand porii membranei. Poate fi controlat prin floculare și precipitare sau prin ajustarea pH-ului pentru a preveni precipitarea. Alți contaminanți caracteristici care au un impact asupra membranei, cum ar fi solvenții organici, agenții tensioactivi, antispumanții, PAM, duritatea, alcalinitatea și temperatura, ar trebui să li se acorde o atenție deosebită în cazuri specifice.
(3) Mediul de operare al sistemului
a.Fluxul subcritic
Fluxul critic este definit ca existența fluxului astfel încât atunci când fluxul este mai mare decât această valoare, TMP crește semnificativ, în timp ce atunci când fluxul este mai mic decât această valoare, TMP rămâne stabil. Acest concept ne poate ajuta să găsim un punct de referință între maximizarea fluxului membranei și controlul eficient al contaminării membranei. În funcționarea efectivă a modulelor cu membrană, fluxul de operare deasupra fluxului critic este denumit funcționare a fluxului supercritic, iar fluxul de operare sub fluxul critic este denumit funcționare a fluxului subcritic. În practică, trebuie selectat fluxul de funcționare corespunzător. Această valoare a fluxului de funcționare este în intervalul subcritic și, uneori, fluxul de funcționare este doar aproximativ 50% din fluxul critic. Desigur, contaminarea membranei într-un MBR de lungă durată, chiar și cu modul de funcționare a fluxului subcritic, are o creștere treptată a TMP.
b.Aerisire rezonabilă
În MBR, scopul aerării nu este doar de a furniza oxigen microorganismelor, ci și de a face bulele în creștere și apa perturbatoare generată de acestea să curgă pentru a curăța suprafața membranei și a opri agregarea nămolului pentru a menține stabil fluxul membranei. În același timp, efectul de agitație generat de ciocnirea dintre bule și fibrele membranei chiar face ca fibrele membranei să se frece unele de altele, ceea ce poate accelera scurgerea sedimentelor de suprafață membranei și poate facilita atenuarea poluării membranei. Când aerarea este prea mare, va determina scăderea dimensiunii particulelor de depozit de suprafață a membranei, făcând structura turtei de filtru mai densă, crescând astfel rezistența la filtrare a membranei; dimpotrivă, atunci când aerarea este prea mică, perturbarea va fi slăbită și poluarea se va agrava, așa că trebuie aleasă aerarea corespunzătoare.
c.Funcționarea și oprirea alternanței
Conform teoriei 3-etapei contaminării membranei, formarea contaminării pe suprafața membranei necesită un proces. În primul rând, contaminanții se vor adsorbi, se vor depune și se vor acumula pe suprafața membranei. Modul de funcționare al pompei intermitente are ca scop restabilirea performanței de filtrare cu membrană prin oprirea periodică a filtrării cu membrană, astfel încât nămolul depus pe suprafața membranei să poată fi dislocat de pe suprafața membranei prin forța de forfecare cauzată de aerare și curgerea apei. În general, cu cât timpul de pompare este mai lung, cu atât este mai mare acumularea de solide în suspensie pe suprafața membranei; cu cât timpul de oprire este mai lung, cu atât nămolul depus pe suprafața membranei va cădea mai complet și cu atât performanța de filtrare a membranei poate fi recuperată. În principiu, operarea alternativă și metoda de oprire ar trebui determinate în funcție de recomandarea producătorului membranei și de funcționarea reală a proiectului pentru a îndeplini propriile caracteristici.
