Аутор: Сунни Ву(Kate@aquasust.com)
Датум објаве: 13. јун 2022
Ознаке поста:Зашто је МБР мембрану лако запрљати, а испирање на мрежи је бескорисно?Шта можемо да урадимо?
МБР се широко и зрело користи у пречишћавању отпадних вода јер МБР замењује секундарни таложник, што може гарантовати ефлуент СС и високу концентрацију муља и уштедети много отпадних вода у раду од неких проблема, али проблем контаминације мембране је такође забрињавао развој и рад МБР! Дакле, као одговор на ове проблеме, шта тачно МБР оператери треба да ураде да брзо пронађу основни узрок контаминације мембране и дају прецизне ударце као начин да смање учесталост чишћења.
Садржај табеле:
1. Шта је контаминација мембране?
2. Које су врсте контаминације мембране?
3. Утицај фактора контаминације мембране.
一,Шта је контаминација мембране?
Контаминација мембране се обично односи на процес адсорпције и агрегације супстанци у смеши на површини мембране (споља) и унутар поре мембране (изнутра), што доводи до зачепљења пора мембране и смањења порозности, што изазива пропадање мембране. флукс и повећање притиска филтрације.
У раду мембранске филтрације, молекули воде и фини материјали континуирано пролазе кроз мембрану, док се неки материјали задржавају мембраном и блокирају поре мембране или се таложе на површини мембране, изазивајући контаминацију мембране. Може се рећи да је контаминација мембране узрокована задржавањем мембране. Директна манифестација контаминације мембране је смањење мембранског флукса или повећање радног притиска.
Хранљиви супстрати, бактеријски колоиди, микробне ћелије, ћелијски остаци, микробни метаболити (ЕПС, СМП) и разне органске и неорганске растворене супстанце присутне у систему мешавине активног муља, сви доприносе контаминацији мембране.
Развој контаминације мембране се обично може поделити у 3 фазе (постоје и 2-изјаве о фазама).
(1) Иницијална контаминација: Јавља се у почетној фази када је мембрански систем пуштен у рад и када површина мембране снажно ступа у интеракцију са колоидима и органском материјом у смеши, а контаминација је у облику адхезије, ефекта наелектрисања и блокада поре мембране. У условима постепене филтрације, фини биофлоки или екстрацелуларни полимери и даље могу да приањају на површину мембране, док ће се супстанце мање од величине поре мембране адсорбовати у поре мембране и изазвати контаминацију мембране кроз ефекте концентрације, кристализационе преципитације и раста и репродукција.
(2) Спора контаминација: У почетку је површина мембране глатка, а велике честице се не причвршћују лако, углавном ЕПС, СМП, биоколоидима и другим вискозним супстанцама адсорбованим на површини мембране преко адсорпционих мостова, заробљавања мреже и других ефеката како би се формирао слој гела, што доводи до спорог пораста отпорности на филтрацију мембране, а учинак задржавања загађивача у смеши ће бити побољшана. Контаминација слоја гела је неизбежна и доводи до ефекта спорог пораста отпорности мембране. Ово се манифестује као спор пораст ТМП у раду са константним протоком и споро опадање флукса у режиму константног притиска.
(3) Брза контаминација: Слој гела формиран у фази 2 постепено се згушњава са таложењем загађивача под дејством континуиране разлике притиска филтрације и пропусног протока воде, што доводи до контаминације мембране од квантитативне до квалитативне промене, а флокуле у смеша се брзо акумулира на површини мембране и формира колач од филтера муља, а разлика у трансмембранском притиску брзо расте.
Контаминација слоја гела је неизбежна и доводи до ефекта спорог пораста отпорности мембране. Ово се манифестује као спор пораст ТМП у раду са константним протоком и споро опадање флукса у режиму константног притиска. Када се велика количина флокула муља одложи на површину мембране и формира се слој муљног колача, систем у основи не може нормално да ради. главна разматрања за рад и процес одржавања МБР-а су успоравање контаминације слоја гела (одржавање добрих хидрауличких услова, чишћење на лицу места, контрола брзине развоја контаминације мембране и продужење радног времена споре контаминације) и контрола муља контаминација слоја колача (брза контаминација).
2,WКоје су врсте контаминације мембране?
(1) Класификација према саставу загађивача
a.Органска контаминација
Углавном потиче од макромолекуларних органских супстанци (полисахариди, протеини, итд.), хуминских киселина, микробних флокула, ћелијских остатака, итд. у смеши. Међу њима, растворене органске материје СМП и ЕПС чине 26%-52% контаминације мембране, иако је тај проценат веома низак за МЛСС. Раст микроба и адсорпција унутар поре мембране и на површини мембране су такође важни фактори за контаминацију мембране.
b.Неорганска контаминација
Формиран од соли метала, дејством премошћавања јона неорганске соли. Уобичајено неорганско загађење мембране су углавном карбонатне, сулфатне и силикатне обраштајуће супстанце калцијума, магнезијума, гвожђа и силицијума, међу којима су више калцијум карбоната, калцијум сулфата и магнезијум хидроксида.
(2) Класификација према природи загађујућих материја
Реверзибилно загађење (привремено загађење): може се уклонити одређеним хидрауличким мерама за уклањање мембранског загађења; као што је повратно испирање чистом водом, протресање аерацијом се може уклонити.
Неповратно загађење (дуготрајно загађење): не може се уклонити мерама хидрауличког чишћења за уклањање загађења мембране, може се уклонити чишћењем оксидантима, киселинама, алкалијама, редукционим агенсима итд.
Реверзибилно и неповратно, оба се могу испрати. Свако средство за чишћење које се не може испрати назива се непоправљиво загађење.
(3) Класификација према локацији загађивача
Материјал у смеши се адсорбује, концентрише и кристалише у поре мембране, а формирање унутрашњег загађења назива се унутрашње загађење; стварање агрегације и таложења на површини мембране назива се спољашње загађење.
3,Tутицај фактора контаминације мембране
1. карактеристике мешавине муља
Извор загађивача мембране у мембранском биореактору је мешавина активног муља, а загађење мембране муљном смешом је изузетно компликовано.
1)ЕПС и СМП
Екстрацелуларни полимер (ЕПС) и растворени микробиолошки продукти (СМП) су микробни метаболити приближно истог састава и имају важан и сложен утицај на контаминацију мембране и најважнији су загађивачи у процесу МБР.
Превисока концентрација ЕПС-а ће повећати вискозитет смеше која не погодује дифузији раствореног кисеоника, отежавајући оксигенацију система муља, што утиче на нормалне физиолошке активности бактеријског колоида, а самим тим и повећава отпорност на филтрацију мембране. Док ће пренизак садржај ЕПС-а изазвати разградњу флока, што ће бити штетно за рад МБР-а.
Дакле, постоји оптимална ЕПС вредност која чини структуру флока стабилном и не изазива велику тенденцију контаминације мембране.
Утврђено је да већина СМП има молекулску тежину мању од 1 КДа и већу од 10 КДа, а растворена органска материја мале молекулске тежине, пролазећи кроз мембрану, има тенденцију да запуши поре мембране, изазива контаминацију мембране и постаје главни органски остатак. материје у отпадним водама.
У међувремену, на карактеристике и састав СМП такође утиче неколико радних параметара.
Уопштено говорећи, тенденција контаминације СМП на мембрану у МБР опада са повећањем МЛСС, смањењем органског оптерећења и повећањем раствореног кисеоника.
2)МЛСС концентрација суспендованих чврстих материја у мешаној течности
Концентрација МЛСС директно утиче на вискозитет смеше, пораст вискозитета је главни разлог за смањење перформанси филтрације смеше изазваног порастом МЛСС, ако погрешна брзина протока или јачина аерације није довољна да испрати чврсте материје везане за површине мембране, ускоро ће изазвати стварање слоја загађења.
3) Вискозитет
МЛСС утиче на вискозитет мешаног ликера. Када је концентрација МЛСС виша од критичне вредности, вискозност расте експоненцијално са повећањем концентрације чврстих материја.
У МБР са шупљим влакнима, вискозност смеше утиче на величину мехурића и флексибилност влакнасте мембране у реактору. Поред тога, повећана вискозност смањује ефикасност преноса ДО раствореног кисеоника, а ниска концентрација раствореног кисеоника повећава тенденцију контаминације мембране.
4) Хидрофилност и хидрофобност муља
Резултати многих истраживања су показали да хидрофилна растворена органска материја у муљу има негативну улогу у настанку мембранске контаминације. Међутим, такође је откривено да високо хидрофобни флокулисани муљ такође може изазвати контаминацију мембране.
И хидрофобност и површински набој муља су повезани са саставом и природом екстрацелуларних полимера и индексом раста филаментозних бактерија. Прекомерни раст филаментозних бактерија ствара велику количину, што смањује електрични потенцијал, неправилан облик флокулисаног муља и повећава хидрофобност, што доводи до озбиљне контаминације мембране.
5) Величина честица муља
Смањење мембранског флукса је углавном узроковано честицама око 2ум. Уопштено говорећи, што је мања величина честица, то се честице лакше таложе на површини мембране, а што је слој таложења гушћи формиран, то је мања пропустљивост, тако да ће мала величина честица погоршати загађење мембране.
6) Индекс седиментације муља СВИ
Иако нема директног утицаја на контаминацију мембране, индекс таложења муља (СВИ) може одражавати таложење органских супстанци у смеши.
У овом тренутку, органске супстанце које се не могу таложити, као што су колоиди, растворене органске материје, генерално се сматрају главним загађивачима мембране.
2,Радни услови МБР процеса
Радни услови директно или индиректно утичу на контаминацију мембране и природу и састав муља.
1) Време задржавања муља (СРТ)
Практични резултати показују да повећање СРТ може смањити производњу СМП и ЕПС, а стопа контаминације мембране ће бити смањена.
Међутим, предугачак СРТ може довести до високе концентрације муља, што такође доводи до превеликог вискозитета и утиче на пренос масе и хидродинамику реактора, што доводи до озбиљније контаминације мембране. СРТ за мембранске биореакторе у општем третману комуналних отпадних вода је 5-20 дана.
2) Хидраулично време задржавања (ХРТ)
Иако ХСТ нема директан утицај на контаминацију мембране, кратка ХРТ ће обезбедити више хранљивих материја микроорганизмима и учинити их да брзо расту, што ће резултирати већом концентрацијом МЛСС и повећаним флуксом, што ће повећати могућност контаминације мембране.
3) Температура и пХ
Упоређујући температуру различитих годишњих доба, лако је открити да је реверзибилно загађење озбиљније у периоду ниских температура, а неповратно загађење се развија брже у периоду високих температура.
МБР радни пХ опсег је генерално 6-9, ван тог опсега, нитрификујућа бактерија у реактору ће се брзо смањити, што ће резултирати инхибицијом нитрификације. Када је пХ виши од критичне вредности, контаминација мембране је брза, а када температура порасте, максимално дозвољени пХ се смањује.
4) растворени кисеоник (ДО)
Ниска концентрација раствореног кисеоника ће смањити хидрофобност ћелије и изазвати разградњу флокула муља, а када је ДО нижи од 1 мг/л, садржај СМП нагло расте. Растворени кисеоник такође утиче на састав ЕПС и СМП, а у системима са високим ДО МБР однос протеина и полисахарида се повећава и састав микробне заједнице је веома различит.
5) Мембрански флуксови
За све мембранске процесе, повишени флуксови могу изазвати повећану контаминацију мембране.
Балансирање избора флукса са минимизирањем површине мембране, интервали повратног испирања и хемијског чишћења такође имају директан утицај на оперативне трошкове.
6) Постепени проток и аерација
У биореакторима са подељеном мембраном, ЦФВ је једна од метода за брзу промену пермеабилности мембране.
У системима са високом концентрацијом и мембранама мале величине пора, повећање ЦФВ може ублажити таложење контаминаната на површини мембране. Међутим, за релативно велике мешане честице течности, побољшање ЦФВ нема или чак супротан ефекат на повећање флукса.
Аерација игра веома важну улогу у потопљеном МБР процесу: а, обезбеђивање раствореног кисеоника кроз аерацију за нормалан раст и метаболизам микроорганизама у муљу; б, игра улогу мешања да суспендује муљ и потпуно га помеша у мешани раствор; ц, отпуштање мембранских филамената модула мембране од шупљих влакана и стварање сила смицања на површини мембране да би се смањило таложење загађивача на површини мембране и спречило стварање контаминације мембране у одређеној мери.
3,Природа мембране и структура компоненти мембране
1) Величина поре мембране
Мембрана мале величине пора, која лако задржава загађиваче у раствору, и ствара таложени слој на површини мембране, тако да се отпор мембране повећава. Ова врста загађења је генерално реверзибилно загађење, може се уклонити погрешним протоком, повратним испирањем, аерацијом и другим физичким средствима, унутрашње загађење је мало.
Мембрана велике величине пора, зачепљење пора мембране је озбиљније у раној фази филтрације, са формирањем динамичке мембране на површини, ефекат задржавања почиње да се побољшава. Али загађивачи се лако таложе и зачепљују на површини и унутар поре мембране, формирајући неповратно загађење или чак неповратно загађење, које постаје главни фактор који узрокује деградацију перформанси мембране и смањење животног века у дуготрајном раду.
2) мембрански материјали
За контаминацију различитих материјала мембране у анаеробном МБР-у, тренд контаминације мембране од поливинилиден флуорида (ПВДФ) је знатно мањи од полисулфонских (ПС) и целулозних мембрана под истим условима рада.
Вреди напоменути да састав иреверзибилних загађивача зависи од материјала мембране када су у органској фракцији активног муља присутни полимери слични материјалу мембране.
3) Степен храпавости површине мембране
Повећање храпавости површине мембране повећава могућност адсорпције контаминаната на површини мембране, али и повећава степен деформације површине мембране, што отежава таложење загађивача на површини мембране, па је ефекат храпавости на флукс мембране резултат комбинације оба фактора.
4) Хидрофобност
Хидрофобност мембранског материјала такође има значајан утицај на контаминацију мембране, упоређујући хидрофобне и хидрофилне ултрафилтрационе мембране, закључује се да је већа вероватноћа да површина хидрофобне ултрафилтрационе мембране адсорбује растворене супстанце и показује већу склоност ка контаминацији.
Тренутно, већина начина да се промени хидрофобност мембране су модификације материјала мембране. Као што је промена величине пора, храпавост површине мембране, додавање неорганских материјала за формирање динамичког претходног премаза на површини мембране, итд.
4,Мере контроле контаминације мембране
Главни фактори за настанак контаминације мембране су: инхерентна природа мембране, природа смеше и радна средина система, контрола и решавање контаминације мембране такође треба предузети одговарајуће мере са ова три аспекта.
(1) Урођена природа мембране
Физичка и хемијска својства мембране су одређена материјалом мембране, а способност мембране против загађења у смеши је повезана са њеним материјалом. Показало се да хидрофилност мембране има веома важан утицај на способност против загађивања. Међу материјалима органске мембране, неки су хидрофилни материјали као што је ПАН, а већина су хидрофобни материјали као што су ПВДФ, ПЕ, ПС, итд. Хидрофобни органски материјали морају бити хидрофилно модификовани када се примењују, а због разлике у процесу модификације, губитак хидрофилности у процесу употребе биће брз и спор.
Поред тога, способност мембране против загађења је такође повезана са храпавостом површине мембране, површинским набојем мембране, величином пора мембране, итд. Уопштено говорећи, способност мембране против загађења може се побољшати избором мембранских материјала са бољом хидрофилношћу, побољшавајући храпавост површине мембране, бирајући мембранске материјале са истим потенцијалом као смеша и одговарајућом величином пора мембране.
Неорганске мембране као што су керамичке мембране: глиница, силицијум карбид, титанијум оксид, цирконијум оксид, итд. Као сировине, високотемпературно синтеровање, у флуксу, чврстоћи, хемијској стабилности погодност од органских мембрана имају очигледне предности.
(2) Природа мешане течности
Контаминација мембране је углавном резултат интеракције између мембране и смеше. Природа смеше укључује концентрацију и вискозитет муља, расподелу честица, концентрацију растворених органских материја, концентрацију микробног метаболита итд.
Када је концентрација муља ниска, способност органске материје за адсорпцију и разградњу муља је недовољна, концентрација органске материје у смеши се повећава, блокада пора на мембрани је озбиљна, а концентрација раствора на површини мембране је значајно повећана због концентрација концентрације поларизације, која је лако формирати слој гела, што резултира повећаном отпорношћу на филтрацију; када је концентрација муља већа од одређене вредности, концентрација ЕПЦ се повећава, вискозитет муља брзо расте, а вискозитет има утицај на флукс мембране и величину мехурића у смеши, а муљ се лако депонује на површине мембране и формирају дебљи слој муља. Генерално се верује да постоји критична вредност концентрације муља, када је концентрација муља виша од ове вредности, флукс у мембрани ће бити штетно погођен, тако да се концентрација муља може изабрати да ефикасно контролише контаминацију мембране унутар одговарајућег опсега. Експанзија муља и финоће муља могу изазвати озбиљну контаминацију мембране.
Квалитет воде која утиче на процес МБР такође има већи утицај на компоненте смеше, што захтева одређени степен предтретмана, као што су коса и материјали за смеће који ће се омотати око узорка, узрокујући да мембрански модул акумулира блато и тако доводи до мембране. контаминација, коју је потребно уклонити различитим финим мембранским мрежама пре уласка у аеробну биохемију; блато и песак и друге тврде честице могу оштетити филаменте мембране, које треба уклонити у судоперу за песак; уље изазива нечисту контаминацију филамената мембране. загађење, више него што је потребно треба уклонити помоћу замке уља, плутања ваздуха, итд.; неорганске супстанце: могу се таложити на површини мембране, скалирати, блокирати поре мембране. Може се контролисати флокулацијом и преципитацијом или подешавањем пХ да би се спречило таложење. Другим карактеристичним загађивачима који утичу на мембрану, као што су органски растварачи, сурфактанти, средства против пене, ПАМ, тврдоћа, алкалност и температура, треба обратити посебну пажњу у одређеним случајевима.
(3) Оперативно окружење система
a.Подкритични флукс
Критични флукс се дефинише као постојање флукса тако да када је флукс већи од ове вредности, ТМП се значајно повећава, док када је флукс мањи од ове вредности, ТМП остаје стабилан. Овај концепт нам може помоћи да пронађемо референтну тачку између максималног протока мембране и ефективне контроле контаминације мембране. У стварном раду мембранских модула, радни флукс изнад критичног флукса се назива операција суперкритичног флукса, а радни флукс испод критичног флукса се назива рад подкритичног флукса. У пракси се мора изабрати одговарајући радни флукс. Ова вредност радног флукса је у подкритичном опсегу, а понекад је радни флукс само око 50% критичног флукса. Наравно, контаминација мембране у дуготрајном МБР-у, чак и са подкритичним режимом рада флукса, има постепено повећање ТМП.
b.Разумна аерација
У МБР-у, сврха аерације није само да снабдева кисеоником микроорганизме, већ и да натера мехуриће који се дижу и њихов генерисани узнемирујући проток воде да очисти површину мембране и заустави агрегацију муља како би ток мембране био стабилан. Истовремено, ефекат подрхтавања настао сударом мехурића и мембранских влакана чак чини да се мембранска влакна трљају једно о друго, што може убрзати избацивање површинских седимената мембране и олакшати ублажавање загађења мембране. Када је аерација превелика, то ће узроковати смањење величине честица депозита на површини мембране, чинећи структуру филтерског колача гушћом, чиме се повећава отпор филтрације мембране; напротив, када је аерација премала, поремећај ће бити ослабљен и загађење ће се погоршати, па треба изабрати одговарајућу аерацију.
c.Рад и заустављање алтернације
Према 3-теорији стадијума контаминације мембране, формирање контаминације на површини мембране захтева процес. Прво, загађивачи ће се адсорбовати, депоновати и акумулирати на површини мембране. Режим рада интермитентног пумпања има за циљ да поврати перформансе мембранске филтрације тако што ће периодично заустављати мембранску филтрацију тако да се муљ таложен на површини мембране може уклонити са површине мембране смичном силом изазваном аерацијом и протоком воде. Генерално, што је дуже време пумпања, већа је акумулација суспендованих чврстих материја на површини мембране; што је дуже време заустављања, то ће потпуније отпасти муљ који се налази на површини мембране, а учинак мембранске филтрације се може повратити. У принципу, алтернативни начин рада и заустављања треба да се одреди у складу са препоруком произвођача мембране и стварним пројектом како би се задовољиле сопствене карактеристике.
