Autor: Sunny Wu(Kate@aquasust.com)
Datum objave: 13. jun 2022
Post Tags:Zašto je MBR membranu lako zaprljati, a ispiranje na mreži je beskorisno?Šta možemo učiniti?
MBR se široko i zrelo koristi u prečišćavanju otpadnih voda jer MBR zamjenjuje sekundarni taložnik, što može jamčiti efluent SS i visoku koncentraciju mulja i uštedjeti mnogo otpadnih voda u radu nekih problema, ali problem kontaminacije membrane također je zabrinjavao razvoj i rad MBR! Dakle, kao odgovor na ove probleme, šta tačno MBR operateri treba da urade da brzo pronađu osnovni uzrok kontaminacije membrane i daju precizne udarce kao način da smanje učestalost čišćenja.
Sadržaj tabele:
1. Šta je kontaminacija membrane?
2. Koje su vrste kontaminacije membrane?
3. Utjecaj faktora kontaminacije membrane.
一,Šta je kontaminacija membrane?
Kontaminacija membrane obično se odnosi na proces adsorpcije i agregacije tvari u smjesi na površini membrane (spolja) i unutar pore membrane (iznutra), što rezultira začepljenjem membranskih pora i smanjenjem poroznosti, što uzrokuje propadanje membrane. fluks i povećanje tlaka filtracije.
U radu membranske filtracije, molekule vode i fini materijali kontinuirano prolaze kroz membranu, dok se neki materijali zadržavaju membranom i blokiraju pore membrane ili se talože na površini membrane, uzrokujući kontaminaciju membrane. Može se reći da je kontaminacija membrane uzrokovana zadržavanjem membrane. Direktna manifestacija kontaminacije membrane je smanjenje protoka membrane ili povećanje radnog tlaka.
Hranljivi supstrati, bakterijski koloidi, mikrobne ćelije, ćelijski ostaci, mikrobni metaboliti (EPS, SMP) i razne organske i neorganske rastvorene supstance prisutne u sistemu mešavine aktivnog mulja doprinose kontaminaciji membrane.
Razvoj kontaminacije membrane obično se može podijeliti u 3 faze (postoje i 2-izjave o fazama).
(1) Inicijalna kontaminacija: Javlja se u početnoj fazi kada je membranski sistem pušten u rad i kada površina membrane snažno stupa u interakciju s koloidima i organskom tvari u smjesi, a kontaminacija je u obliku adhezije, efekta naboja i blokada pora membrane. U uslovima postupne filtracije, fini bioflokusi ili ekstracelularni polimeri mogu i dalje da prianjaju na površinu membrane, dok će se supstance manje od veličine pora membrane adsorbovati u pore membrane i uzrokovati kontaminaciju membrane kroz efekte koncentracije, kristalizacione precipitacije i rasta i reprodukcija.
(2) Spora kontaminacija: U početku je površina membrane glatka i velike čestice se ne pričvršćuju lako, uglavnom pomoću EPS-a, SMP-a, biokoloida i drugih viskoznih supstanci adsorbiranih na površini membrane kroz adsorpcione mostove, zarobljavanje mreže i druge efekte kako bi se formirao sloj gela, što rezultira sporim porastom otpornosti membranske filtracije, a učinak zadržavanja zagađivača u smjesi će biti poboljšano. Kontaminacija sloja gela je neizbježna i dovodi do efekta sporog porasta otpornosti membrane. Ovo se manifestuje kao polagani porast TMP u radu sa konstantnim protokom i sporo opadanje fluksa u režimu konstantnog pritiska.
(3) Brza kontaminacija: Sloj gela formiran u fazi 2 postepeno postaje gust sa taloženjem zagađivača pod dejstvom kontinuirane razlike pritiska filtracije i propusnog protoka vode, što dovodi do kontaminacije membrane od kvantitativne do kvalitativne promene, a flokule u smjesa se brzo akumulira na površini membrane i formira filtarski kolač mulja, a razlika u transmembranskom tlaku brzo raste.
Kontaminacija sloja gela je neizbježna i dovodi do efekta sporog porasta otpornosti membrane. Ovo se manifestuje kao polagani porast TMP u radu sa konstantnim protokom i sporo opadanje fluksa u režimu konstantnog pritiska. Jednom kada se velika količina mulja taloži na površini membrane i formira se sloj muljnog kolača, sistem u osnovi ne može normalno da radi. glavna razmatranja za proces rada i održavanja MBR-a su usporavanje kontaminacije sloja gela (održavanje dobrih hidrauličkih uslova, čišćenje na licu mjesta, kontrola brzine razvoja kontaminacije membrane i produženje radnog vremena spore kontaminacije) i kontrola mulja kontaminacija sloja kolača (brza kontaminacija).
2,WKoje su vrste kontaminacije membrane?
(1) Klasifikacija prema sastavu zagađivača
a.Organska kontaminacija
Uglavnom dolazi od makromolekularnih organskih supstanci (polisaharida, proteina, itd.), huminskih kiselina, mikrobnih flokula, ćelijskih ostataka, itd. u smjesi. Među njima, otopljene organske tvari SMP i EPS čine 26%-52% kontaminacije membrane, iako je taj udio vrlo nizak za MLSS. Rast mikroba i adsorpcija unutar membranskih pora i na površini membrane su također važni faktori za kontaminaciju membrane.
b.Neorganska kontaminacija
Formiran od soli metala, djelovanjem premošćivanja jona anorganske soli. Uobičajeno anorgansko zagađenje membrane su uglavnom karbonatne, sulfatne i silikatne obraštajuće supstance kalcijuma, magnezijuma, gvožđa i silicijuma, među kojima su više kalcijum karbonata, kalcijum sulfata i magnezijum hidroksida.
(2) Klasifikacija prema prirodi zagađivača
Reverzibilno zagađenje (privremeno zagađenje): može se ukloniti određenim hidrauličkim mjerama za uklanjanje membranskog zagađenja; kao što je povratno ispiranje čistom vodom, protresanje aeracijom se može ukloniti.
Nepovratno zagađenje (dugotrajno zagađenje): ne može se ukloniti mjerama hidrauličkog čišćenja za uklanjanje onečišćenja membrane, može se ukloniti čišćenjem oksidantima, kiselinama, alkalijama, redukcijskim sredstvima itd.
Reverzibilni i nepovratni, oboje se mogu isprati. Svako sredstvo za čišćenje koje se ne može isprati naziva se nepopravljivo zagađenje.
(3) Klasifikacija prema lokaciji kontaminanata
Materijal u mješavini se adsorbira, koncentrira i kristalizira u membranskim porama, a stvaranje unutrašnjeg zagađenja naziva se unutrašnje zagađenje; stvaranje agregacije i taloženja na površini membrane naziva se vanjsko zagađenje.
3,Tuticaj faktora kontaminacije membrane
1. karakteristike mješavine mulja
Izvor zagađivača membrane u membranskom bioreaktoru je mješavina aktivnog mulja, a zagađenje membrane muljnom smjesom je izuzetno komplikovano.
1)EPS i SMP
Ekstracelularni polimer (EPS) i otopljeni mikrobni produkti (SMP) su mikrobni metaboliti otprilike istog sastava i imaju važan i složen utjecaj na kontaminaciju membrane i najvažniji su zagađivači u procesu MBR.
Previsoka koncentracija EPS-a će povećati viskoznost smjese koja ne pogoduje difuziji otopljenog kisika, otežavajući oksigenaciju sistema mulja, čime će utjecati na normalne fiziološke aktivnosti bakterijskog koloida, a time i povećati otpornost membrane na filtraciju. Dok će prenizak sadržaj EPS-a uzrokovati razgradnju floka, što će biti štetno za rad MBR-a.
Stoga postoji optimalna EPS vrijednost koja čini strukturu floka stabilnom i ne uzrokuje veliku tendenciju kontaminacije membrane.
Utvrđeno je da većina SMP ima molekulsku težinu manju od 1 KDa i veću od 10 KDa, a otopljena organska tvar male molekularne težine, prolazeći kroz membranu, ima tendenciju da začepi pore membrane, uzrokujući kontaminaciju membrane i postaje glavni ostatak organske tvari. materije u otpadnim vodama.
U međuvremenu, na karakteristike i sastav SMP takođe utiče nekoliko radnih parametara.
Općenito, tendencija kontaminacije SMP-om na membrani u MBR-u opada s povećanjem MLSS-a, smanjenjem organskog opterećenja i povećanjem otopljenog kisika.
2)MLSS koncentracija suspendiranih čvrstih tvari u miješanoj tekućini
Koncentracija MLSS direktno utječe na viskozitet smjese, porast viskoznosti je glavni razlog za smanjenje performansi filtracije mješavine uzrokovano povećanjem MLSS, ako pogrešna brzina protoka ili jačina aeracije nije dovoljna za ispiranje čvrstih tvari vezanih za površine membrane, uskoro će uzrokovati stvaranje sloja zagađenja.
3) Viskozitet
MLSS utiče na viskoznost miješanog likera. Kada je koncentracija MLSS viša od kritične vrijednosti, viskoznost raste eksponencijalno s povećanjem koncentracije čvrstih tvari.
U MBR sa šupljim vlaknima, viskoznost smjese utječe na veličinu mjehurića i fleksibilnost vlaknaste membrane u reaktoru. Osim toga, povećana viskoznost smanjuje efikasnost prijenosa DO otopljenog kisika, a niska koncentracija otopljenog kisika povećava sklonost kontaminaciji membrane.
4) Hidrofilnost i hidrofobnost mulja
Rezultati mnogih istraživanja pokazali su da hidrofilna otopljena organska tvar u mulju ima negativnu ulogu u nastanku kontaminacije membrane. Međutim, također je utvrđeno da visoko hidrofobni flokulirani mulj također može uzrokovati kontaminaciju membrane.
I hidrofobnost i površinski naboj mulja povezani su sa sastavom i prirodom ekstracelularnih polimera i indeksom rasta filamentoznih bakterija. Prekomjerni rast filamentoznih bakterija stvara veliku količinu, što smanjuje električni potencijal, nepravilan oblik flokuliranog mulja i povećava hidrofobnost, što dovodi do ozbiljne kontaminacije membrane.
5) Veličina čestica mulja
Smanjenje membranskog fluksa je uglavnom uzrokovano česticama oko 2um. Uopšteno govoreći, što je manja veličina čestica, to se čestice lakše talože na površini membrane, a što je sloj taloženja gušći formiran, to je manja propusnost, pa će mala veličina čestica pogoršati zagađenje membrane.
6) Indeks sedimentacije mulja SVI
Iako nema direktnog uticaja na kontaminaciju membrane, indeks taloženja mulja (SVI) može odražavati taloženje organskih supstanci u smeši.
Trenutno se uglavnom smatraju glavnim zagađivačima membrane organske tvari koje se ne mogu taložiti, kao što su koloidi, otopljene organske tvari.
2,Radni uslovi MBR procesa
Radni uslovi direktno ili indirektno utiču na kontaminaciju membrane i 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, predugačak SRT može dovesti do visoke koncentracije mulja, što također dovodi do prevelike viskoznosti i utiče na prijenos mase i hidrodinamiku reaktora, što dovodi do ozbiljnije kontaminacije membrane. SRT za membranske bioreaktore u općem tretmanu komunalnih otpadnih voda iznosi 5-20 dana.
2) Hidraulično vrijeme zadržavanja (HRT)
Iako HNL nema direktan učinak na kontaminaciju membrane, kratka HNL će osigurati više hranjivih tvari mikroorganizmima i ubrzati njihov rast, što će rezultirati većom koncentracijom MLSS i povećanim protokom, što će povećati mogućnost kontaminacije membrane.
3) Temperatura i pH
Upoređujući temperaturu različitih godišnjih doba, lako je otkriti da je reverzibilno zagađenje ozbiljnije u periodu niskih temperatura, a ireverzibilno zagađenje se brže razvija u periodu visokih temperatura.
Radni pH opseg MBR-a je općenito 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 dozvoljeni pH se smanjuje.
4) Otopljeni kiseonik (DO)
Niska koncentracija rastvorenog kiseonika će smanjiti hidrofobnost ćelije i izazvati razgradnju flokula mulja, a kada je DO niži od 1 mg/l, sadržaj SMP naglo raste. Otopljeni kiseonik takođe utiče na sastav EPS i SMP, au sistemima sa visokim DO MBR povećava se odnos proteina i polisaharida i sastav mikrobne zajednice je veoma različit.
5) Membranski fluksovi
Za sve membranske procese, povišeni tokovi mogu uzrokovati povećanu kontaminaciju membrane.
Balansiranje izbora fluksa sa minimiziranjem površine membrane, intervali povratnog ispiranja i hemijskog čišćenja takođe imaju direktan uticaj na operativne troškove.
6) Postepeni protok i aeracija
U bioreaktorima s podijeljenom membranom, CFV je jedna od metoda za brzu promjenu propusnosti membrane.
U sistemima sa visokom koncentracijom i membranama male veličine pora, povećanje CFV može ublažiti taloženje kontaminanata na površini membrane. Međutim, za relativno velike čestice miješane tekućine, poboljšanje CFV nema ili čak ima suprotan učinak na povećanje toka.
Aeracija igra veoma važnu ulogu u potopljenom MBR procesu: a, obezbeđivanje rastvorenog kiseonika kroz aeraciju za normalan rast i metabolizam mikroorganizama u mulju; b, igra agitirajuću ulogu da suspenduje mulj i potpuno ga umiješa u miješanu otopinu; c, otpuštanje membranskih filamenata modula membrane od šupljih vlakana i stvaranje sila smicanja na površini membrane kako bi se smanjilo taloženje zagađivača na površini membrane i spriječilo stvaranje kontaminacije membrane u određenoj mjeri.
3,Priroda membrane i struktura komponenti membrane
1) Veličina pore membrane
Membrana male veličine pora, lako zadržava kontaminante u otopini i stvara taloženi sloj na površini membrane, tako da se otpor membrane povećava. Ova vrsta zagađenja je općenito reverzibilno zagađenje, može se ukloniti pogrešnim protokom, povratnim ispiranjem, aeracijom i drugim fizičkim sredstvima, unutrašnje zagađenje je malo.
Membrana velike veličine pora, začepljenje pora membrane je ozbiljnije u ranoj fazi filtracije, sa formiranjem dinamičke membrane na površini, efekat zadržavanja počinje da se poboljšava. Ali zagađivači se lako talože i začepljuju na površini i unutar pore membrane, stvarajući nepovratno zagađenje ili čak nepovratno zagađenje, koje postaje glavni faktor koji uzrokuje degradaciju performansi membrane i smanjenje vijeka trajanja u dugotrajnom radu.
2) Membranski materijali
Za kontaminaciju različitih materijala membrane u anaerobnom MBR-u, trend kontaminacije membrane od poliviniliden fluorida (PVDF) je značajno manji od polisulfonskih (PS) i celuloznih membrana pod istim radnim uvjetima.
Vrijedi napomenuti da sastav ireverzibilnih kontaminanata ovisi o materijalu membrane kada su u organskoj frakciji aktivnog mulja prisutni polimeri slični materijalu membrane.
3) Stepen hrapavosti površine membrane
Povećanje hrapavosti površine membrane povećava mogućnost adsorpcije kontaminanata na površini membrane, ali i povećava stepen deformacije površine membrane, što otežava taloženje zagađivača na površini membrane, pa je efekat hrapavosti na fluks membrane rezultat kombinacije oba faktora.
4) Hidrofobnost
Hidrofobnost materijala membrane također ima značajan utjecaj na kontaminaciju membrane, upoređujući hidrofobne i hidrofilne ultrafiltracione membrane, zaključuje se da je površina hidrofobne ultrafiltracione membrane vjerojatnije da adsorbira otopljene tvari i pokazuje veću sklonost kontaminaciji.
Trenutno, većina načina za promjenu hidrofobnosti membrane su modifikacije materijala membrane. Kao što je promjena veličine pora, hrapavost površine membrane, dodavanje neorganskih materijala kako bi se formirao dinamički prethodni premaz na površini membrane, itd.
4,Mjere kontrole kontaminacije membrane
Glavni faktori za nastanak kontaminacije membrane su: inherentna priroda membrane, priroda mješavine i radnog okruženja sistema, kontrola i rješavanje kontaminacije membrane također treba poduzeti odgovarajuće mjere sa ova tri aspekta.
(1) Urođena priroda membrane
Fizička i hemijska svojstva membrane određena su materijalom membrane, a sposobnost membrane protiv zagađivanja u smeši je povezana sa njenim materijalom. Pokazalo se da hidrofilnost membrane ima veoma važan uticaj na sposobnost protiv zagađenja. Među materijalima 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 hidrofilno modificirati kada se nanose, a zbog razlike u procesu modifikacije, gubitak hidrofilnosti u procesu upotrebe će biti brz i spor.
Osim toga, sposobnost membrane protiv zagađenja je također povezana s hrapavostom površine membrane, površinskim nabojem membrane, veličinom pora membrane, itd. Uopšteno govoreći, sposobnost membrane protiv zagađenja može se poboljšati odabirom membranskih materijala sa boljom hidrofilnošću, poboljšavajući hrapavost površine membrane, odabirom membranskih materijala sa istim potencijalom kao mješavina i odgovarajućom veličinom pora membrane.
Neorganske membrane kao što su keramičke membrane: aluminij, silicijum karbid, titan oksid, cirkonijum oksid, itd. kao sirovine, visokotemperaturno sinterovanje, u fluksu, čvrstoći, hemijskoj stabilnosti pogodnost u odnosu na organske membrane imaju očigledne prednosti.
(2) Priroda pomiješane tekućine
Kontaminacija membrane je uglavnom rezultat interakcije između membrane i smjese. Priroda mješavine uključuje koncentraciju i viskozitet mulja, raspodjelu čestica, koncentraciju otopljene organske tvari, koncentraciju mikrobnog metabolita itd.
Kada je koncentracija mulja niska, sposobnost organske tvari adsorpcije i razgradnje mulja je nedovoljna, koncentracija organske tvari u smjesi se povećava, začepljenje pora na membrani je ozbiljno, a koncentracija otopljene tvari na površini membrane je značajno povećana zbog koncentracija koncentracijske polarizacije, koja lako formira sloj gela, što rezultira povećanom otpornošću na filtraciju; kada je koncentracija mulja viša od određene vrijednosti, koncentracija EPC se povećava, viskoznost mulja brzo raste, a viskozitet ima utjecaj na fluks membrane i veličinu mjehurića u smjesi, a mulj se lako nanosi na površine membrane i formiraju deblji sloj mulja. Općenito se vjeruje da postoji kritična vrijednost koncentracije mulja, kada je koncentracija mulja viša od ove vrijednosti, tok membrane će biti štetno pogođen, tako da se koncentracija mulja može odabrati da efikasno kontroliše kontaminaciju membrane unutar odgovarajućeg raspona. Ekspanzija mulja i fini mulj mogu uzrokovati ozbiljnu kontaminaciju membrane.
Kvalitet utjecajne vode MBR procesa također ima veći utjecaj na komponente smjese, što zahtijeva određeni stepen predtretmana, kao što će se kosa i materijali za smeće omotati oko uzorka, uzrokujući da membranski modul akumulira blato i na taj način dovodi do membrane. kontaminacija, koju je potrebno ukloniti različitim finim membranskim mrežama prije ulaska u aerobnu biokemiju; blato i pijesak i druge tvrde čestice mogu oštetiti filamente membrane, koje je potrebno ukloniti u sudoperu za pijesak; ulje uzrokuje nečistu kontaminaciju filamenata membrane. zagađenje, više nego što je potrebno treba ukloniti pomoću zamka ulja, plutanja zraka, itd.; anorganske supstance: mogu se taložiti na površini membrane, stvarati kamenac, blokirati pore membrane. Može se kontrolisati flokulacijom i precipitacijom ili podešavanjem pH kako bi se spriječilo taloženje. Drugim karakterističnim zagađivačima koji utiču na membranu, kao što su organski rastvarači, surfaktanti, sredstva protiv pene, PAM, tvrdoća, alkalnost i temperatura, treba obratiti posebnu pažnju u određenim slučajevima.
(3) Operativno okruženje sistema
a.Podkritični 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 ove vrijednosti, TMP ostaje stabilan. Ovaj koncept nam može pomoći da pronađemo referentnu tačku između maksimiziranja protoka membrane i efektivne kontrole kontaminacije membrane. U stvarnom radu membranskih modula, radni tok iznad kritičnog fluksa se naziva operacija superkritičnog fluksa, a radni tok ispod kritičnog fluksa se naziva rad podkritičnog fluksa. U praksi se mora odabrati odgovarajući radni tok. Ova vrijednost radnog fluksa je u podkritičnom rasponu, a ponekad je radni fluks samo oko 50% kritičnog fluksa. Naravno, kontaminacija membrane u dugotrajnom MBR-u, čak i sa podkritičnim režimom rada fluksa, ima postupno povećanje TMP-a.
b.Razumna aeracija
U MBR-u, svrha aeracije nije samo opskrba kisikom mikroorganizmima, već i stvaranje mjehurića koji se dižu i njihov generirani uznemirujući protok vode kako bi se očistila površina membrane i zaustavila agregacija mulja kako bi se tok membrane održao stabilnim. U isto vrijeme, efekat podrhtavanja nastao sudarom mjehurića i membranskih vlakana čak čini da se membranska vlakna trljaju jedno o drugo, što može ubrzati izbacivanje površinskih sedimenata membrane i olakšati ublažavanje zagađenja membrane. Kada je aeracija prevelika, to će uzrokovati smanjenje veličine čestica naslaga na površini membrane, čineći strukturu filterskog kolača gušćom, čime se povećava otpor filtracije membrane; naprotiv, kada je aeracija premala, smetnja će biti oslabljena, a zagađenje će se pogoršati, pa treba izabrati odgovarajuću aeraciju.
c.Rad i zaustavljanje naizmjene
Prema 3-teoriji stadijuma kontaminacije membrane, formiranje kontaminacije na površini membrane zahtijeva proces. Prvo, kontaminanti će se adsorbirati, taložiti i akumulirati na površini membrane. Način rada intermitentnog pumpanja ima za cilj obnavljanje performansi membranske filtracije povremenim zaustavljanjem membranske filtracije tako da se mulj taložen na površini membrane može ukloniti s površine membrane smičnom silom uzrokovanom aeracijom i protokom vode. Općenito, što je duže vrijeme pumpanja, to je veća akumulacija suspendiranih čvrstih tvari na površini membrane; što je duže vrijeme zaustavljanja, to će potpunije otpasti mulj taložen na površini membrane, a učinak membranske filtracije se može povratiti. U principu, alternativni rad i metod zaustavljanja treba odrediti prema preporuci proizvođača membrane i stvarnom projektu kako bi se zadovoljile vlastite karakteristike.
