Autor: Sunny Wu(Kate@aquasust.com)
Datum zveřejnění: 13. června 2022
Značky příspěvku:Proč se membrána MBR snadno zanese a online zpětné proplachování je zbytečné?co můžeme dělat?
MBR se široce a vyspěle používá při čištění odpadních vod, protože MBR nahrazuje sekundární sedimentační nádrž, která může zaručit odtok SS a vysokou koncentraci kalu a ušetřit spoustu odpadních vod při provozu, ale problém kontaminace membrány také znepokojuje vývoj a provoz MBR! Takže v reakci na tyto problémy, co přesně by měli operátoři MBR udělat, aby rychle našli hlavní příčinu kontaminace membrány a provedli přesné zásahy jako způsob, jak snížit frekvenci čištění.
Obsah tabulky:
1. Co je membránová kontaminace?
2. Jaké jsou druhy membránové kontaminace?
3. Vliv faktorů membránové kontaminace.
一,Co je membránová kontaminace?
Membránová kontaminace obvykle označuje proces adsorpce a agregace látek ve směsi na povrchu membrány (vně) a uvnitř pórů membrány (uvnitř), což má za následek ucpání pórů membrány a snížení pórovitosti, což způsobí rozpad membrány. průtok a zvýšení filtračního tlaku.
Při provozu membránové filtrace molekuly vody a jemné materiály nepřetržitě procházejí membránou, zatímco některé materiály jsou membránou zadržovány a blokují póry membrány nebo se usazují na povrchu membrány, čímž způsobují kontaminaci membrány. Dá se říci, že kontaminace membrány je způsobena retencí membrány. Přímým projevem znečištění membrány je snížení membránového toku nebo zvýšení provozního tlaku.
Ke kontaminaci membrán přispívají živné substráty, bakteriální koloidy, mikrobiální buňky, zbytky buněk, mikrobiální metabolity (EPS, SMP) a různé organické a anorganické rozpuštěné látky přítomné v systému směsí aktivovaného kalu.
Vývoj membránové kontaminace lze obvykle rozdělit do 3 fází (existují i 2-etapová prohlášení).
(1) Počáteční kontaminace: Dochází k ní v počáteční fázi, kdy je membránový systém uveden do provozu a povrch membrány silně interaguje s koloidy a organickou hmotou ve směsi a kontaminace je ve formě adheze, nábojového efektu a ucpání pórů membrány. Za podmínek stupňovité průtokové filtrace mohou jemné biofloky nebo extracelulární polymery stále ulpívat na povrchu membrány, zatímco látky menší než velikost pórů membrány se adsorbují v pórech membrány a způsobí kontaminaci membrány vlivem koncentrace, krystalizační precipitace a růstu a reprodukce.
(2) Pomalá kontaminace: Zpočátku je povrch membrány hladký a velké částice se nesnadno přichytávají, zejména EPS, SMP, biokoloidy a jinými viskózními látkami adsorbovanými na povrchu membrány prostřednictvím adsorpčních můstků, zachycování sítí a dalších efektů za vzniku gelová vrstva, což má za následek pomalý nárůst odporu membránové filtrace a zvýší se schopnost zadržování znečišťujících látek ve směsi. Kontaminace gelové vrstvy je nevyhnutelná a přináší efekt pomalého nárůstu odporu membrány. To se projevuje jako pomalý nárůst TMP v provozu s konstantním průtokem a pomalý pokles toku v režimu konstantního tlaku.
(3) Rychlá kontaminace: Gelová vrstva vytvořená ve fázi 2 je postupně hustá usazováním kontaminantů působením kontinuálního rozdílu filtračního tlaku a propustného toku vody, což vede ke kontaminaci membrány z kvantitativní na kvalitativní změnu a vločky v Směs se rychle hromadí na povrchu membrány a tvoří kalový filtrační koláč a transmembránový tlakový rozdíl rychle stoupá.
Kontaminace gelové vrstvy je nevyhnutelná a přináší efekt pomalého nárůstu odporu membrány. To se projevuje jako pomalý nárůst TMP v provozu s konstantním průtokem a pomalý pokles toku v režimu konstantního tlaku. Jakmile se na povrchu membrány usadí velké množství vloček kalu a vytvoří se vrstva kalového koláče, systém v podstatě není schopen normálně fungovat. hlavními úvahami pro proces provozu a údržby MBR je zpomalení kontaminace gelové vrstvy (udržení dobrých hydraulických podmínek, čištění in-situ, kontrola rychlosti vývoje kontaminace membrány a prodloužení provozní doby pomalé kontaminace) a kontrola kalu kontaminace koláčové vrstvy (rychlá kontaminace).
2,Wjaké jsou typy kontaminace membrán?
(1) Klasifikace podle složení kontaminantů
a.Organické znečištění
Pochází především z makromolekulárních organických látek (polysacharidy, proteiny atd.), huminových kyselin, mikrobiálních vloček, buněčných zbytků atd. ve směsi. Mezi nimi rozpuštěná organická hmota SMP a EPS představují 26 %-52 % kontaminace membrán, i když u MLSS je tento podíl velmi nízký. Mikrobiální růst a adsorpce v pórech membrány a na povrchu membrány jsou také důležitými faktory pro kontaminaci membrány.
b.Anorganická kontaminace
Tvořeno solemi kovů, anorganická sůl přemosťující ionty. Běžným anorganickým znečištěním membrány jsou především uhličitanové, síranové a silikátové znečišťující látky vápníku, hořčíku, železa a křemíku, mezi které patří uhličitan vápenatý, síran vápenatý a hydroxid hořečnatý.
(2) Klasifikace podle povahy znečišťujících látek
Reverzibilní znečištění (dočasné znečištění): lze odstranit pomocí určitých hydraulických opatření k odstranění znečištění membrány; jako je zpětné proplachování čistou vodou, lze odstranit provzdušňovací protřepávání.
Nevratné znečištění (dlouhodobé znečištění): nelze odstranit hydraulickými čisticími opatřeními k odstranění znečištění membrány, lze odstranit čištěním pomocí oxidačních činidel, kyselin, zásad, redukčních činidel atd.
Reverzibilní i nevratný, obojí lze vyprat. Jakýkoli čisticí prostředek, který nelze vymýt, se nazývá nevratné znečištění.
(3) Klasifikace podle umístění kontaminantů
Materiál ve směsi se adsorbuje, koncentruje a krystalizuje v póru membrány a vznik vnitřního znečištění se nazývá vnitřní znečištění; tvorba agregace a usazování na povrchu membrány se nazývá vnější znečištění.
3,Tvliv faktorů membránové kontaminace
1. vlastnosti kalové směsi
Zdrojem membránových nečistot v membránovém bioreaktoru je aktivovaná kalová směs a znečištění membrány kalovou směsí je extrémně komplikované.
1)EPS a SMP
Extracelulární polymer (EPS) a rozpuštěné mikrobiální produkty (SMP) jsou oba mikrobiální metabolity se zhruba stejným složením a mají důležitý a komplexní dopad na kontaminaci membrán a jsou nejdůležitějšími znečišťujícími látkami v procesu MBR.
Příliš vysoká koncentrace EPS zvýší viskozitu směsi, která neprospívá difúzi rozpuštěného kyslíku, znesnadňuje okysličení kalového systému, a tím ovlivňuje normální fyziologické aktivity bakteriálního koloidu, a tím zvyšuje odolnost membránové filtrace. Zatímco příliš nízký obsah EPS způsobí rozklad vloček, což bude škodlivé pro provoz MBR.
Proto existuje optimální hodnota EPS, která činí strukturu vloček stabilní a nezpůsobuje vysoký sklon ke kontaminaci membrány.
Bylo zjištěno, že většina SMP má molekulovou hmotnost nižší než 1 KDa a vyšší než 10 KDa a rozpuštěná organická hmota o malé molekulové hmotnosti, když prochází membránou, má tendenci ucpávat póry membrány, což způsobuje kontaminaci membrány a stává se hlavní reziduální organickou hmotou. hmota ve výtoku.
Mezitím jsou vlastnosti a složení SMP ovlivněny také několika provozními parametry.
Obecně platí, že tendence kontaminace SMP na membránu v MBR klesá se zvyšujícím se MLSS, snižujícím se organickým zatížením a zvyšujícím se množstvím rozpuštěného kyslíku.
2)MLSS koncentrace nerozpuštěných látek ve směsném louhu
Koncentrace MLSS přímo ovlivňuje viskozitu směsi, zvýšení viskozity je hlavním důvodem poklesu filtračního výkonu směsi způsobeného nárůstem MLSS, pokud nesprávná rychlost průtoku nebo síla provzdušňování nestačí k vyplavení pevných látek navázaných na povrch membrány, brzy způsobí vytvoření vrstvy znečištění.
3) Viskozita
Viskozita směsného louhu je ovlivněna MLSS. Když je koncentrace MLSS vyšší než kritická hodnota, viskozita roste exponenciálně s rostoucí koncentrací pevných látek.
V dutých vláknech MBR ovlivňuje viskozita směsi velikost bublin a pružnost vláknité membrány v reaktoru. Kromě toho zvýšená viskozita snižuje účinnost přenosu rozpuštěného kyslíku DO a nízká koncentrace rozpuštěného kyslíku zvyšuje tendenci ke kontaminaci membrány.
4) Hydrofilita a hydrofobicita kalu
Výsledky mnoha studií ukázaly, že hydrofilní rozpuštěná organická hmota v kalu hraje negativní roli ve výskytu kontaminace membrán. Bylo však také zjištěno, že vysoce hydrofobní flokulovaný kal může také způsobit kontaminaci membrán.
Jak hydrofobnost, tak povrchový náboj kalu souvisí se složením a povahou extracelulárních polymerů a indexem růstu vláknitých bakterií. Přemnožením vláknitých bakterií vzniká velké množství, které snižuje elektrický potenciál, nepravidelný tvar vločkovaného kalu a zvýšení hydrofobnosti, což vede k silné kontaminaci membrán.
5) Velikost částic kalu
Pokles membránového toku je způsoben především částicemi kolem 2um. Obecně řečeno, čím menší je velikost částic, tím snáze se částice ukládají na povrch membrány a čím hustší je vytvořená ukládací vrstva, tím menší je propustnost, takže malá velikost částic zhorší znečištění membrány.
6) Index sedimentace kalu SVI
Přestože neexistuje přímý vliv na kontaminaci membrány, index usazování kalu (SVI) může odrážet usazování organických látek ve směsi.
V současnosti jsou za hlavní kontaminanty membrány obecně považovány organické látky, které nelze usadit, jako jsou koloidy, rozpuštěné organické látky.
2,Provozní podmínky procesu MBR
Provozní podmínky přímo nebo nepřímo ovlivňují znečištění membrány a povahu a složení kalu.
1) Doba retence kalu (SRT)
Praktické výsledky ukazují, že zvýšení SRT může snížit produkci SMP a EPS a sníží se míra kontaminace membrán.
Příliš dlouhá SRT však může vést k vysoké koncentraci kalu, což také způsobuje nadměrnou viskozitu a ovlivňuje přenos hmoty a hydrodynamiku reaktoru, což vede k závažnějšímu znečištění membrán. SRT pro membránové bioreaktory v obecném čištění komunálních odpadních vod je 5-20 dní.
2) Hydraulická retenční doba (HRT)
Ačkoli HRT nemá přímý vliv na kontaminaci membrán, krátká HRT poskytne mikroorganismům více živin a umožní jejich rychlý růst, což má za následek vyšší koncentraci MLSS a zvýšený tok, což zvýší možnost kontaminace membrány.
3) Teplota a pH
Porovnáním teplot v různých ročních obdobích lze snadno zjistit, že vratné znečištění je závažnější v období nízkých teplot a nevratné znečištění se rozvíjí rychleji v období vysokých teplot.
Pracovní rozsah pH MBR je obecně 6-9, mimo tento rozsah se rychle sníží počet nitrifikačních bakterií v reaktoru, což vede k inhibici nitrifikace. Když je pH vyšší než jeho kritická hodnota, kontaminace membrány je rychlá, a když teplota stoupá, maximální přípustné pH klesá.
4) Rozpuštěný kyslík (DO)
Nízká koncentrace rozpuštěného kyslíku sníží hydrofobnost buněk a způsobí rozklad vloček kalu, a když je DO nižší než 1 mg/l, obsah SMP prudce stoupá. Rozpuštěný kyslík také ovlivňuje složení EPS a SMP a v systémech s vysokým DO MBR se zvyšuje poměr proteinů a polysacharidů a složení mikrobiálního společenstva je velmi odlišné.
5) Membránové toky
U všech membránových procesů mohou zvýšené toky způsobit zvýšenou kontaminaci membrány.
Rovnováha výběru tavidla s minimalizací plochy membrány, intervaly zpětného proplachu a chemického čištění mají také přímý dopad na provozní náklady.
6) Střídavý průtok a provzdušňování
V bioreaktorech s rozdělenou membránou je CFV jednou z metod, jak rychle změnit permeabilitu membrány.
V systémech s membránami s vysokou koncentrací a malou velikostí pórů může zvýšení CFV zmírnit usazování kontaminantů na povrchu membrány. Avšak pro relativně velké částice směsného louhu nemá zvýšení CFV žádný nebo dokonce opačný účinek na zvýšení toku.
Provzdušňování hraje velmi důležitou roli v submerzním procesu MBR: a, poskytování rozpuštěného kyslíku provzdušňováním pro normální růst a metabolismus mikroorganismů v kalu; b, hraje roli míchání při suspendování kalu a jeho úplném promíchání ve smíšeném roztoku; c, uvolnění membránových vláken membránového modulu z dutých vláken a generování smykových sil na povrchu membrány, aby se snížilo usazování znečišťujících látek na povrchu membrány a do určité míry se zabránilo vytváření kontaminace membrány.
3,Povaha membrány a struktury membránových komponent
1) Velikost pórů membrány
Membrána s malou velikostí pórů, snadno zadržuje kontaminanty v roztoku a vytváří na povrchu membrány usazenou vrstvu, takže se zvyšuje odolnost membrány. Tento typ znečištění je obecně vratné znečištění, lze jej odstranit nesprávným průtokem, zpětným proplachem, provzdušňováním a jinými fyzikálními prostředky, vnitřní znečištění je malé.
Membrána s velkou velikostí pórů, ucpání pórů membrány je závažnější v rané fázi filtrace, s tvorbou dynamické membrány na povrchu se retenční efekt začíná zlepšovat. Znečišťující látky se však snadno ukládají a ucpávají na povrchu a uvnitř pórů membrány, vytvářejí nevratné znečištění nebo dokonce neregenerovatelné znečištění, které se stává hlavním faktorem způsobujícím degradaci výkonu membrány a snížení životnosti při dlouhodobém provozu.
2) Membránové materiály
Pro kontaminaci různých membránových materiálů v anaerobním MBR je trend kontaminace polyvinylidenfluoridové (PVDF) membrány výrazně nižší než u polysulfonových (PS) a celulózových membrán za stejných provozních podmínek.
Za zmínku stojí, že složení nevratných nečistot závisí na materiálu membrány, pokud jsou v organické frakci aktivovaného kalu přítomny polymery podobné materiálu membrány.
3) Stupeň drsnosti povrchu membrány
Zvýšení drsnosti povrchu membrány zvyšuje možnost adsorpce kontaminantů na povrchu membrány, ale také zvyšuje stupeň průhybu povrchu membrány, který brání usazování kontaminantů na povrchu membrány, takže vliv drsnosti na tok membrány je výsledkem kombinace obou faktorů.
4) Hydrofobnost
Hydrofobnost materiálu membrány má také důležitý vliv na kontaminaci membrány, při srovnání hydrofobních a hydrofilních ultrafiltračních membrán se dospělo k závěru, že povrch hydrofobní ultrafiltrační membrány s větší pravděpodobností adsorbuje rozpuštěné látky a vykazuje větší tendenci ke kontaminaci.
V současné době je většina způsobů, jak změnit hydrofobnost membrány, modifikace membránových materiálů. Jako je změna velikosti pórů, drsnosti povrchu membrány, přidávání anorganických materiálů k vytvoření dynamického předběžného povlaku na povrchu membrány atd.
4,Kontrolní opatření kontaminace membrán
Hlavní faktory pro vznik membránové kontaminace jsou: vlastní povaha membrány, povaha směsi a provozní prostředí systému, kontrola a řešení membránové kontaminace by také měla přijmout odpovídající opatření z těchto tří aspektů.
(1) Vlastní povaha membrány
Fyzikální a chemické vlastnosti membrány jsou dány materiálem membrány a schopnost membrány proti znečištění ve směsi souvisí s jejím materiálem. Ukázalo se, že hydrofilita membrány má velmi důležitý vliv na schopnost proti znečištění. Mezi organickými membránovými materiály jsou některé hydrofilní materiály jako PAN a většina jsou hydrofobní materiály jako PVDF, PE, PS atd. Hydrofobní organické materiály musí být při aplikaci hydrofilně modifikovány a vzhledem k rozdílu v procesu modifikace dochází ke ztrátě Hydrofilita v procesu použití bude rychlá a pomalá.
Navíc schopnost membrány proti znečištění souvisí také s drsností povrchu membrány, povrchovým nábojem membrány, velikostí pórů membrány atd. Obecně lze říci, že schopnost membrány proti znečištění může být zlepšena výběrem membránových materiálů s lepší hydrofilitou, zlepšením drsnosti povrchu membrány, výběr membránových materiálů se stejným potenciálem jako směs a vhodnou velikostí pórů membrány.
Anorganické membrány, jako jsou keramické membrány: oxid hlinitý, karbid křemíku, oxid titaničitý, oxid zirkoničitý, atd. jako suroviny, vysokoteplotní slinování, v toku, pevnost, chemická stabilita pohodlí než organické membrány mají zjevné výhody.
(2) Povaha smíšené kapaliny
Kontaminace membrány je z velké části výsledkem interakce mezi membránou a směsí. Povaha směsi zahrnuje koncentraci a viskozitu kalu, distribuci částic, koncentraci rozpuštěné organické hmoty, koncentraci mikrobiálních metabolitů atd.
Při nízké koncentraci kalu je adsorpční a degradační schopnost organické hmoty kalu nedostatečná, koncentrace organické hmoty ve směsi se zvyšuje, ucpání pórů membrány je vážné a koncentrace rozpuštěné látky na povrchu membrány se výrazně zvyšuje v důsledku koncentrace koncentrační polarizace, která snadno vytvoří gelovou vrstvu, což má za následek zvýšenou odolnost proti filtraci; když je koncentrace kalu vyšší než určitá hodnota, zvyšuje se koncentrace EPC, viskozita kalu rychle roste a viskozita má vliv na membránový tok a velikost bublin ve směsi a kalu Snadno se ukládá na povrch membrány a tvoří silnější vrstvu kalu. Obecně se má za to, že existuje kritická hodnota koncentrace kalu, když je koncentrace kalu vyšší než tato hodnota, bude tok membránou nepříznivě ovlivněn, takže koncentrace kalu může být zvolena tak, aby účinně kontrolovala kontaminaci membrány ve vhodném rozsahu. Expanze kalu a jemný kal může způsobit vážné znečištění membrány.
Kvalita přitékající vody v procesu MBR má také větší dopad na složky směsi, což vyžaduje určitý stupeň předúprav, například vlasy a odpadní materiály se obalí kolem vzoru, což způsobí, že se na membránovém modulu nahromadí bláto, což vede k membráně. kontaminace, kterou je třeba před vstupem do aerobní biochemie odstranit různými jemnými membránovými mřížkami; bláto a písek a jiné tvrdé částice mohou poškodit membránová vlákna, která je třeba odstranit lapačem písku; olej způsobuje nečistitelné znečištění membránových vláken. znečištění, více než požadavky je třeba odstranit lapačem oleje, nadnášením vzduchu atd.; anorganické látky: mohou se vysrážet na povrchu membrány, usazovat se, ucpávat póry membrány. Může být řízen flokulací a srážením nebo úpravou pH, aby se zabránilo jeho vysrážení. Ve specifických případech je třeba věnovat zvláštní pozornost dalším charakteristickým nečistotám, které mají dopad na membránu, jako jsou organická rozpouštědla, povrchově aktivní látky, odpěňovače, PAM, tvrdost, alkalita a teplota.
(3) Operační prostředí systému
a.Podkritický tok
Kritický tok je definován jako existence toku tak, že když je tok větší než tato hodnota, TMP se výrazně zvyšuje, zatímco když je tok nižší než tato hodnota, TMP zůstává stabilní. Tento koncept nám může pomoci najít referenční bod mezi maximalizací membránového toku a účinnou kontrolou kontaminace membrány. Ve skutečném provozu membránových modulů je provozní tok nad kritickým tokem označován jako operace s nadkritickým tokem a provozní tok pod kritickým tokem je označován jako provoz s podkritickým tokem. V praxi je třeba zvolit vhodný provozní tok. Tato hodnota provozního toku je v podkritickém rozsahu a někdy je provozní tok pouze asi 50 % kritického toku. Samozřejmě, kontaminace membrány v dlouhodobém MBR, dokonce i v provozním režimu podkritického toku, má postupný nárůst TMP.
b.Rozumné provzdušňování
V MBR je účelem provzdušňování nejen dodávat kyslík mikroorganismům, ale také zajistit, aby stoupající bubliny a jimi vytvořená rušivá voda proudila k čištění povrchu membrány a zastavení agregace kalu, aby byl tok membránou stabilní. Jitteringový efekt generovaný kolizí mezi bublinami a membránovými vlákny zároveň způsobuje, že membránová vlákna se o sebe třou, což může urychlit odlupování povrchových sedimentů membrány a usnadnit zmírnění znečištění membrány. Když je provzdušňování příliš velké, způsobí to zmenšení velikosti částic usazeniny na povrchu membrány, čímž se struktura filtračního koláče zhustí, čímž se zvýší odpor membránové filtrace; naopak, když je provzdušňování příliš malé, rušení se zeslabí a znečištění se zhorší, proto je třeba zvolit vhodné provzdušňování.
c.Provoz a zastavení střídání
Podle 3-teorie stádia kontaminace membrány vyžaduje tvorba kontaminace na povrchu membrány proces. Za prvé, nečistoty se adsorbují, ukládají a hromadí na povrchu membrány. Provozní režim přerušovaného čerpání má za cíl obnovit výkon membránové filtrace periodickým zastavováním membránové filtrace, aby mohl být kal usazený na povrchu membrány uvolněn z povrchu membrány smykovou silou způsobenou provzdušňováním a prouděním vody. Obecně platí, že čím delší je doba čerpání, tím větší je akumulace suspendovaných pevných látek na povrchu membrány; čím delší je doba zastavení, tím úplněji odpadne kal usazený na povrchu membrány a tím více lze obnovit výkon membránové filtrace. V zásadě by alternativní způsob provozu a zastavení měl být stanoven podle doporučení výrobce membrány a skutečného provozu projektu, aby vyhovoval jeho vlastním charakteristikám.
