Per: Sunny Wu(Kate@aquasust.com)
Data de publicació: 13 de juny de 2022
Etiquetes de publicació:Per què la membrana MBR és fàcil de contaminar i el rentat en línia és inútil?Què podem fer?
MBR s'ha utilitzat àmpliament i madurament en el tractament d'aigües residuals perquè MBR substitueix el dipòsit de sedimentació secundari, que pot garantir l'efluent SS i una alta concentració de fangs i estalviar moltes aigües residuals en funcionament alguns problemes, però el problema de contaminació de la membrana també ha estat preocupant el desenvolupament. i funcionament de MBR! Per tant, en resposta a aquests problemes, què haurien de fer exactament els operadors de MBR per trobar ràpidament la causa principal de la contaminació de la membrana i donar cops precisos com a forma de reduir la freqüència de neteja.
Contingut de la taula:
1. Què és la contaminació de la membrana?
2. Quins són els tipus de contaminació de la membrana?
3. La influència dels factors de contaminació de la membrana.
一,Què és la contaminació de la membrana?
La contaminació de la membrana generalment es refereix al procés d'adsorció i agregació de substàncies de la mescla a la superfície de la membrana (exterior) i dins dels porus de la membrana (interior), donant lloc a l'obstrucció dels porus de la membrana i la reducció de la porositat, provocant la descomposició de la membrana. flux i l'augment de la pressió de filtració.
En l'operació de filtració de membrana, les molècules d'aigua i els materials fins passen contínuament per la membrana, mentre que alguns materials són retinguts per la membrana i bloquegen els porus de la membrana o es dipositen a la superfície de la membrana, provocant així la contaminació de la membrana. Es pot dir que la contaminació de la membrana és causada per la retenció de la membrana. La manifestació directa de la contaminació de la membrana és la disminució del flux de membrana o l'augment de la pressió de funcionament.
Els substrats nutritius, els col·loides bacterians, les cèl·lules microbianes, les restes cel·lulars, els metabòlits microbians (EPS, SMP) i diverses substàncies orgàniques i inorgàniques dissoltes presents al sistema de mescles de fangs activats contribueixen a la contaminació de la membrana.
El desenvolupament de la contaminació de la membrana normalment es pot dividir en 3 etapes (també hi ha declaracions d'2-etapes).
(1) Contaminació inicial: es produeix en l'etapa inicial quan el sistema de membrana es posa en funcionament i la superfície de la membrana interacciona fortament amb els col·loides i la matèria orgànica de la mescla, i la contaminació es fa en forma d'adhesió, efecte de càrrega i bloqueig dels porus de la membrana. En condicions de filtració de flux esglaonat, els bioflocs fins o els polímers extracel·lulars encara poden adherir-se a la superfície de la membrana, mentre que les substàncies més petites que la mida dels porus de la membrana s'adsorbiran als porus de la membrana i provocaran contaminació de la membrana a través dels efectes de la concentració, la precipitació de la cristal·lització i el creixement. reproducció.
(2) Contaminació lenta: inicialment, la superfície de la membrana és llisa i les partícules grans no s'adhereixen fàcilment, principalment per EPS, SMP, biocol·loides i altres substàncies viscoses adsorbides a la superfície de la membrana mitjançant ponts d'adsorció, atrapament net i altres efectes per formar un capa de gel, donant lloc a un augment lent de la resistència a la filtració de la membrana i es millorarà el rendiment de retenció dels contaminants a la barreja. La contaminació de la capa de gel és inevitable i provoca l'efecte d'un augment lent de la resistència de la membrana. Això es manifesta com un augment lent del TMP en funcionament de flux constant i una disminució lenta del flux en mode de pressió constant.
(3) Contaminació ràpida: la capa de gel formada a l'etapa 2 és gradualment densa amb la deposició de contaminants sota l'acció de la diferència de pressió de filtració contínua i el flux d'aigua permeable, donant lloc a la contaminació de la membrana de canvis quantitatius a qualitatius i els flocs en el La barreja s'acumula ràpidament a la superfície de la membrana i forma un pastís de filtre de fangs, i la diferència de pressió transmembrana augmenta ràpidament.
La contaminació de la capa de gel és inevitable i provoca l'efecte d'un augment lent de la resistència de la membrana. Això es manifesta com un augment lent del TMP en funcionament de flux constant i una disminució lenta del flux en mode de pressió constant. Un cop es diposita una gran quantitat de floc de fang a la superfície de la membrana i es forma una capa de pastís de fang, el sistema bàsicament no pot funcionar amb normalitat. Les principals consideracions per al procés d'operació i manteniment de l'MBR són retardar la contaminació de la capa de gel (mantenir bones condicions hidràuliques, neteja in situ, controlar la velocitat de desenvolupament de la contaminació de la membrana i allargar el temps d'operació de contaminació lenta) i controlar els fangs. contaminació de la capa de pastís (contaminació ràpida).
2,WQuins són els tipus de contaminació de la membrana?
(1) Classificació segons la composició dels contaminants
a.Contaminació orgànica
Prové principalment de substàncies orgàniques macromoleculars (polisacàrids, proteïnes, etc.), àcids húmics, flocs microbians, restes cel·lulars, etc. de la mescla. Entre ells, la matèria orgànica dissolta SMP i EPS representen el 26%-52% de la contaminació de la membrana, tot i que la proporció és molt baixa per a MLSS. El creixement microbià i l'adsorció dins dels porus de la membrana i a la superfície de la membrana també són factors importants per a la contaminació de la membrana.
b.Contaminació inorgànica
Format per sals metàl·liques, acció de pont d'ions de sal inorgànica. La contaminació inorgànica comuna de la membrana és principalment carbonat, sulfat i substàncies de silicat de calci, magnesi, ferro i silici, entre les quals hi ha més carbonat de calci, sulfat de calci i hidròxid de magnesi.
(2) Classificació segons la naturalesa dels contaminants
Contaminació reversible (contaminació temporal): es pot eliminar mitjançant determinades mesures hidràuliques per eliminar la contaminació de la membrana; com ara el rentat a contracor amb aigua neta, es pot eliminar la agitació de l'aireació.
Contaminació irreversible (contaminació a llarg termini): no es pot eliminar mitjançant mesures de neteja hidràulica per eliminar la contaminació de la membrana, es pot eliminar mitjançant la neteja amb oxidants, àcids, àlcalis, agents reductors, etc.
Reversible i irreversible, tots dos es poden rentar. Qualsevol mitjà de neteja que no es pugui rentar s'anomena contaminació irrecuperable.
(3) Classificació segons la localització dels contaminants
El material de la barreja s'adsorbeix, es concentra i es cristal·litza al porus de la membrana, i la formació de contaminació interna s'anomena contaminació interna; la formació d'agregació i deposició a la superfície de la membrana s'anomena contaminació externa.
3,Tla influència dels factors de contaminació de la membrana
1. Característiques de la mescla de fangs
La font de contaminants de membrana al bioreactor de membrana és la barreja de fangs activats, i la contaminació de la membrana per la barreja de fangs és extremadament complicada.
1)EPS i SMP
El polímer extracel·lular (EPS) i els productes microbians dissolts (SMP) són tots dos metabòlits microbians amb aproximadament la mateixa composició, i tenen un impacte important i complex en la contaminació de la membrana i són els contaminants més importants en el procés MBR.
Una concentració d'EPS massa alta augmentarà la viscositat de la mescla, que no és favorable a la difusió d'oxigen dissolt, dificultant l'oxigenació del sistema de fangs, afectant així les activitats fisiològiques normals del col·loide bacterian i augmentant així la resistència a la filtració de la membrana. Tot i que un contingut d'EPS massa baix provocarà la descomposició del floc, que serà perjudicial per al funcionament de l'MBR.
Per tant, existeix un valor d'EPS òptim que fa que l'estructura del floc sigui estable i no produeix una alta tendència a la contaminació de la membrana.
Es va trobar que la majoria dels SMP tenen pesos moleculars inferiors a 1 KDa i superiors a 10 KDa, i la matèria orgànica dissolta de petit pes molecular, mentre travessa la membrana, tendeix a obstruir els porus de la membrana, provocant la contaminació de la membrana i convertint-se en el principal residu orgànic. matèria a l'efluent.
Mentrestant, les característiques i la composició de SMP també es veuen afectades per diversos paràmetres de funcionament.
En general, la tendència de contaminació per SMP a la membrana en MBR disminueix amb l'augment de MLSS, la disminució de la càrrega orgànica i l'augment de l'oxigen dissolt.
2)Concentració MLSS de sòlids en suspensió en licors barrejats
La concentració de MLSS afecta directament la viscositat de la mescla, l'augment de la viscositat és la raó principal de la disminució del rendiment de filtració de la mescla causada per l'augment de MLSS, si el cabal incorrecte o la força d'aireació no és suficient per eliminar els sòlids units a la superfície de la membrana, aviat provocarà la generació de la capa de contaminació.
3) Viscositat
La viscositat del licor barrejat està influenciada per MLSS. Quan la concentració de MLSS és superior al valor crític, la viscositat augmenta exponencialment amb l'augment de la concentració de sòlids.
En MBR de fibra buida, la viscositat de la mescla afecta la mida de la bombolla i la flexibilitat de la membrana de fibra del reactor. A més, l'augment de la viscositat disminueix l'eficiència de transferència de DO de l'oxigen dissolt i la baixa concentració d'oxigen dissolt augmenta la tendència a la contaminació de la membrana.
4) Hidrofilia i hidrofobicitat dels fangs
Els resultats de molts estudis han demostrat que la matèria orgànica dissolta hidròfilament en els fangs té un paper negatiu en l'aparició de contaminació de la membrana. Tanmateix, també s'ha trobat que els fangs floculats altament hidròfobs també poden causar contaminació de la membrana.
Tant la hidrofobicitat com la càrrega superficial dels fangs estan relacionades amb la composició i la naturalesa dels polímers extracel·lulars i l'índex de creixement dels bacteris filamentosos. El creixement excessiu de bacteris filamentosos genera una gran quantitat, que disminueix el potencial elèctric, la forma irregular dels fangs floculats i l'augment de la hidrofobicitat, provocant una contaminació severa de la membrana.
5) Mida de partícula del fang
La disminució del flux de membrana és causada principalment per les partícules al voltant de 2um. En termes generals, com més petita sigui la mida de la partícula, més fàcil es dipositen les partícules a la superfície de la membrana, i com més densa sigui la capa de deposició formada, menys permeabilitat, de manera que la petita mida de la partícula agreujarà la contaminació de la membrana.
6) Índex de sedimentació de fangs SVI
Tot i que no hi ha cap efecte directe sobre la contaminació de la membrana, l'índex de sedimentació de fangs (SVI) pot reflectir la sedimentació de substàncies orgàniques a la mescla.
Actualment, les substàncies orgàniques que no es poden decantar, com els col·loides, la matèria orgànica dissolta, es consideren generalment com els principals contaminants de la membrana.
2,Condicions de funcionament del procés MBR
Les condicions de funcionament afecten directament o indirectament la contaminació de la membrana i la naturalesa i composició dels fangs.
1) Temps de retenció de fangs (SRT)
Els resultats pràctics mostren que augmentar la SRT pot reduir la producció de SMP i EPS i es reduirà la taxa de contaminació de la membrana.
No obstant això, un SRT excessivament llarg pot conduir a una concentració elevada de fangs, que també provoca una viscositat excessiva i afecta la transferència de massa i la hidrodinàmica del reactor, provocant una contaminació més greu de la membrana. El SRT per als bioreactors de membrana en el tractament general d'aigües residuals municipals és de 5-20 dies.
2) Temps de retenció hidràulica (HRT)
Tot i que la HRT no té cap efecte directe sobre la contaminació de la membrana, la HRT curta proporcionarà més nutrients als microorganismes i els farà créixer ràpidament, donant lloc a una concentració més alta de MLSS i un augment del flux, que augmentarà la possibilitat de contaminació de la membrana.
3) Temperatura i pH
Comparant la temperatura de diferents estacions, és fàcil trobar que la contaminació reversible és més greu en el període de baixa temperatura i la contaminació irreversible es desenvolupa més ràpidament en el període d'alta temperatura.
L'interval de pH de funcionament de l'MBR és generalment 6-9, fora de l'interval, els bacteris nitrificants del reactor es reduiran ràpidament, cosa que provocarà la inhibició de la nitrificació. Quan el pH és superior al seu valor crític, la contaminació de la membrana és ràpida, i quan la temperatura augmenta, el pH màxim admissible disminueix.
4) Oxigen dissolt (DO)
Una concentració baixa d'oxigen dissolt reduirà la hidrofobicitat cel·lular i provocarà la descomposició del floc de fangs, i quan el DO és inferior a 1 mg/l, el contingut de SMP augmenta bruscament. L'oxigen dissolt també afecta la composició d'EPS i SMP, i en sistemes MBR amb alt DO, la proporció de proteïnes i polisacàrids augmenta i la composició de la comunitat microbiana és molt diferent.
5) Fluxos de Membrana
Per a tots els processos de membrana, els fluxos elevats poden provocar un augment de la contaminació de la membrana.
Equilibrar l'elecció del flux amb la minimització de l'àrea de la membrana, els intervals de rentat i neteja química també tenen un impacte directe en els costos d'operació.
6) Caudal i aireació escalonats
En els bioreactors de membrana dividida, el CFV és un dels mètodes per canviar ràpidament la permeabilitat de la membrana.
En sistemes amb alta concentració i membranes de porus reduïts, l'augment de CFV pot alleujar la deposició de contaminants a la superfície de la membrana. No obstant això, per a la matèria en partícules de licor mescla relativament gran, la millora de CFV no té cap efecte o fins i tot el contrari a l'elevació del flux.
L'aireació té un paper molt important en el procés MBR submergit: a, proporciona oxigen dissolt mitjançant l'aireació per al creixement normal i el metabolisme dels microorganismes en el fang; b, jugant un paper agitador per suspendre el fang i barrejar-lo completament en la solució barrejada; c, afluixant els filaments de la membrana del mòdul de membrana de fibra buida i generant forces de cisalla a la superfície de la membrana per reduir la deposició de contaminants a la superfície de la membrana i evitar fins a cert punt la generació de contaminació de la membrana.
3,La naturalesa de la membrana i l'estructura dels components de la membrana
1) Mida dels porus de la membrana
Membrana de mida de porus petita, fàcil de retenir els contaminants a la solució i produir una capa dipositada a la superfície de la membrana, de manera que la resistència de la membrana augmenta. Aquest tipus de contaminació és generalment una contaminació reversible, es pot eliminar mitjançant el flux incorrecte, el rentat, l'aireació i altres mitjans físics, la contaminació interna és petita.
Membrana de gran mida de porus, l'obstrucció dels porus de la membrana és més greu en la fase inicial de la filtració, amb la formació d'una membrana dinàmica a la superfície, l'efecte de retenció comença a millorar. Però els contaminants es dipositen i s'obstrueixen fàcilment a la superfície i a l'interior del porus de la membrana, formant una contaminació irreversible o fins i tot una contaminació no recuperable, que es converteix en el principal factor que provoca la degradació del rendiment de la membrana i la reducció de la vida en funcionament a llarg termini.
2) Materials de membrana
Per a la contaminació de diferents materials de membrana en MBR anaeròbic, la tendència de contaminació de la membrana de fluorur de polivinilidè (PVDF) és significativament menor que la de les membranes de polisulfona (PS) i cel·lulosa en les mateixes condicions de funcionament.
Val la pena esmentar que la composició dels contaminants irreversibles depèn del material de la membrana quan hi ha polímers similars al material de la membrana a la fracció orgànica del fang activat.
3) Grau de rugositat superficial de la membrana
L'augment de la rugositat de la superfície de la membrana augmenta la possibilitat d'adsorció de contaminants a la superfície de la membrana, però també augmenta el grau de deflexió de la superfície de la membrana, que dificulta la deposició de contaminants a la superfície de la membrana, de manera que l'efecte de la rugositat sobre el flux de la membrana és el resultat de la combinació d'ambdós factors.
4) Hidrofobicitat
La hidrofobicitat del material de la membrana també té una influència important en la contaminació de la membrana, comparant les membranes d'ultrafiltració hidròfoba i hidròfila, es conclou que la superfície de la membrana d'ultrafiltració hidròfoba té més probabilitats d'adsorbir substàncies dissoltes i mostra una major tendència a la contaminació.
Actualment, la majoria de les maneres de canviar la hidrofobicitat de la membrana són modificacions dels materials de la membrana. Com ara canviar la mida dels porus, la rugositat de la superfície de la membrana, afegir materials inorgànics per formar un recobriment previ dinàmic a la superfície de la membrana, etc.
4,Mesures de control de la contaminació de la membrana
Els principals factors per a la formació de la contaminació de la membrana són: la naturalesa inherent de la membrana, la naturalesa de la mescla i l'entorn operatiu del sistema, controlar i resoldre la contaminació de la membrana també s'han de prendre les mesures corresponents d'aquests tres aspectes.
(1) La naturalesa inherent de la membrana
Les propietats físiques i químiques de la membrana estan determinades pel material de la membrana, i la capacitat anticontaminació de la membrana a la mescla està relacionada amb el seu material. S'ha demostrat que la hidrofilicitat de la membrana té un efecte molt important en la capacitat anticontaminació. Entre els materials orgànics de membrana, alguns són materials hidròfils com el PAN i la majoria són materials hidròfobs com PVDF, PE, PS, etc. Els materials orgànics hidrofòbics s'han de modificar hidròfilament quan s'apliquen i, a causa de la diferència en el procés de modificació, la pèrdua d'hidrofilia en el procés d'ús serà ràpid i lent.
A més, la capacitat anticontaminació de la membrana també està relacionada amb la rugositat de la superfície de la membrana, la càrrega superficial de la membrana, la mida dels porus de la membrana, etc. En termes generals, la capacitat anticontaminació de la membrana es pot millorar escollint materials de membrana amb millor hidrofilicitat, millorant la rugositat. de la superfície de la membrana, escollint materials de membrana amb el mateix potencial que la barreja i la mida dels porus de la membrana adequada.
Membranes inorgàniques com les membranes ceràmiques: alúmina, carbur de silici, òxid de titani, òxid de zirconi, etc. com a matèries primeres, sinterització d'alta temperatura, en el flux, força, estabilitat química conveniència que les membranes orgàniques tenen avantatges evidents.
(2) La naturalesa del líquid barrejat
La contaminació de la membrana és en gran part el resultat de la interacció entre la membrana i la mescla. La naturalesa de la mescla inclou la concentració i viscositat del fang, la distribució de partícules, la concentració de matèria orgànica dissolta, la concentració de metabòlits microbians, etc.
Quan la concentració de fangs és baixa, la capacitat d'adsorció i degradació del fang de la matèria orgànica és insuficient, la concentració de matèria orgànica a la barreja augmenta, l'obstrucció dels porus de la membrana és greu i la concentració de solut a la superfície de la membrana augmenta significativament a causa de la concentració de polarització de concentració, que és fàcil de formar una capa de gel, donant lloc a una major resistència a la filtració; quan la concentració del fang és superior a un determinat valor, la concentració d'EPC augmenta, la viscositat del fang creix ràpidament i la viscositat té un impacte en el flux de la membrana i la mida de les bombolles de la mescla, i el fang és fàcil de dipositar-hi. la superfície de la membrana i formen una capa de fang més gruixuda. En general, es creu que hi ha un valor crític de concentració de fangs, quan la concentració de fangs és superior a aquest valor, el flux de membrana es veurà afectat negativament, de manera que es pot triar la concentració de fangs per controlar la contaminació de la membrana de manera eficaç dins d'un rang adequat. L'expansió dels fangs i les fines de fangs poden causar una contaminació greu de la membrana.
La qualitat de l'aigua influent del procés MBR també té un impacte més gran en els components de la mescla, que requereix un cert grau de pretractaments, com ara els materials de pèl i escombraries s'embolicaran al voltant del patró, fent que el mòdul de membrana acumuli fang i, per tant, condueixi a la membrana. contaminació, que s'ha d'eliminar mitjançant diferents reixetes de membrana fines abans d'entrar a la bioquímica aeròbica; el fang i la sorra i altres partícules dures poden danyar els filaments de la membrana, que cal eliminar per la pica de sorra; L'oli causa contaminació no netejable als filaments de la membrana. la contaminació, més que els requisits s'han d'eliminar per trampa d'oli, flotació de l'aire, etc.; substàncies inorgàniques: poden precipitar a la superfície de la membrana, descamant, obstruint els porus de la membrana. Es pot controlar mitjançant floculació i precipitació o ajust del pH per evitar que precipiti. Altres contaminants característics que afecten la membrana, com els dissolvents orgànics, els tensioactius, els antiespumantes, el PAM, la duresa, l'alcalinitat i la temperatura, s'han de prestar especial atenció en casos concrets.
(3) Entorn operatiu del sistema
a.Flux subcrític
El flux crític es defineix com l'existència de flux de manera que quan el flux és superior a aquest valor, el TMP augmenta significativament, mentre que quan el flux és inferior a aquest valor, el TMP es manté estable. Aquest concepte ens pot ajudar a trobar un punt de referència entre la maximització del flux de membrana i el control efectiu de la contaminació de la membrana. En el funcionament real dels mòduls de membrana, el flux operatiu per sobre del flux crític s'anomena operació de flux supercrític, i el flux operatiu per sota del flux crític s'anomena operació de flux subcrític. A la pràctica, s'ha de seleccionar el flux de funcionament adequat. Aquest valor de flux operatiu es troba en el rang subcrític i, de vegades, el flux operatiu és només al voltant del 50% del flux crític. Per descomptat, la contaminació de la membrana en un MBR de llarga durada, fins i tot amb el mode de funcionament de flux subcrític, té un augment gradual de TMP.
b.Aireació raonable
A MBR, l'objectiu de l'aireació no és només subministrar oxigen als microorganismes, sinó també fer que les bombolles ascendents i l'aigua pertorbadora generada flueixin per netejar la superfície de la membrana i aturar l'agregació de fangs per mantenir estable el flux de membrana. Al mateix temps, l'efecte de tremolor generat per la col·lisió entre les bombolles i les fibres de la membrana fins i tot fa que les fibres de la membrana es freguin entre elles, cosa que pot accelerar l'eliminació de sediments superficials de la membrana i facilitar la mitigació de la contaminació de la membrana. Quan l'aireació és massa gran, farà que la mida de les partícules del dipòsit de la superfície de la membrana disminueixi, fent que l'estructura del pastís de filtre sigui més densa, augmentant així la resistència a la filtració de la membrana; al contrari, quan l'aireació és massa petita, la pertorbació es veurà afeblida i la contaminació s'agreujarà, per la qual cosa s'ha d'escollir l'aireació adequada.
c.Funcionament i parada de l'alternança
Segons la 3-teoria de l'etapa de la contaminació de la membrana, la formació de contaminació a la superfície de la membrana requereix un procés. En primer lloc, els contaminants s'adsorbiran, dipositaran i s'acumularan a la superfície de la membrana. El mode de funcionament del bombeig intermitent té com a objectiu restaurar el rendiment de la filtració de la membrana aturant la filtració de la membrana periòdicament de manera que els fangs dipositats a la superfície de la membrana es puguin desallotjar de la superfície de la membrana per la força de cisalla causada per l'aireació i el flux d'aigua. En general, com més llarg sigui el temps de bombeig, més gran és l'acumulació de sòlids en suspensió a la superfície de la membrana; Com més llarg sigui el temps d'aturada, més completament caurà el fang dipositat a la superfície de la membrana i més es podrà recuperar el rendiment de la filtració de la membrana. En principi, el funcionament alternatiu i el mètode d'aturada s'han de determinar segons la recomanació del fabricant de la membrana i el funcionament real del projecte per complir les seves pròpies característiques.
