Af: Sunny Wu(Kate@aquasust.com)
Indlægsdato: 13. juni 2022
Post tags:Hvorfor er MBR-membranen nem at tilsmudse, og online-backwashing er ubrugelig?Hvad kan vi gøre?
MBR har været udbredt og modent brugt i spildevandsrensning, fordi MBR erstatter den sekundære sedimentationstank, som kan garantere spildevandet SS og høj slamkoncentration og spare en masse spildevand i driften for nogle problemer, men membranforureningsproblemet har også været foruroligende for udviklingen og drift af MBR! Så som svar på disse problemer, hvad skal MBR-operatører præcist gøre for hurtigt at finde årsagen til membrankontamination og give præcise strejker som en måde at reducere rengøringsfrekvensen.
Tabelindhold:
1. Hvad er membranforurening?
2. Hvilke typer membranforurening er der?
3. Påvirkningen af faktorer af membranforurening.
一,Hvad er membranforurening?
Membranforurening refererer normalt til processen med adsorption og aggregering af stoffer i blandingen på membranoverfladen (udvendig) og inde i membranporerne (indvendig), hvilket resulterer i blokering af membranporer og reduktion af porøsitet, hvilket forårsager henfald af membranen flux og stigningen i filtreringstrykket.
Ved drift af membranfiltrering passerer vandmolekyler og fine materialer kontinuerligt gennem membranen, mens nogle materialer tilbageholdes af membranen og blokerer membranporerne eller aflejres på membranoverfladen, hvilket forårsager membranforurening. Man kan sige, at membranforurening er forårsaget af membrantilbageholdelse. Den direkte manifestation af membranforurening er faldet i membranfluxen eller stigningen i driftstrykket.
Næringssubstrater, bakterielle kolloider, mikrobielle celler, celleaffald, mikrobielle metabolitter (EPS, SMP) og forskellige organiske og uorganiske opløste stoffer til stede i det aktiverede slamblandingssystem bidrager alle til membranforurening.
Udviklingen af membrankontamination kan normalt opdeles i 3 stadier (der er også 2-stadieudsagn).
(1) Initial forurening: Det sker i det indledende stadie, når membransystemet sættes i drift, og membranoverfladen interagerer stærkt med kolloiderne og det organiske stof i blandingen, og forureningen er i form af adhæsion, ladningseffekt og blokering af membranporer. Under betingelserne for forskudt flowfiltrering kan fine bioflokke eller ekstracellulære polymerer stadig klæbe til membranoverfladen, mens stoffer mindre end membranporestørrelsen vil adsorbere i membranporerne og forårsage membranforurening gennem virkningerne af koncentration, krystallisationsudfældning og vækst og reproduktion.
(2) Langsom forurening: Til at begynde med er membranoverfladen glat, og store partikler hæftes ikke let, hovedsageligt af EPS, SMP, biokolloider og andre tyktflydende stoffer adsorberet på membranoverfladen gennem adsorptionsbroer, netfangst og andre effekter for at danne en gellag, hvilket resulterer i en langsom stigning i membranfiltreringsmodstanden, og tilbageholdelsesevnen af forurenende stoffer i blandingen vil blive forbedret. Kontamineringen af gellaget er uundgåelig og medfører effekten af en langsom stigning i membranmodstanden. Dette kommer til udtryk som en langsom stigning i TMP i konstant flow drift og et langsomt fald i flux i konstant tryk mode.
(3) Hurtig forurening: Gellaget dannet i trin 2 er gradvist tæt med aflejring af forurenende stoffer under påvirkning af kontinuerlig filtreringstrykforskel og permeabel vandstrøm, hvilket fører til membranforurening fra kvantitativ til kvalitativ ændring, og flokkene i blandingen akkumuleres hurtigt på membranoverfladen og danner slamfilterkage, og trans-membran trykforskellen stiger hurtigt.
Kontaminering af gellaget er uundgåelig og medfører effekten af en langsom stigning i membranmodstanden. Dette kommer til udtryk som en langsom stigning i TMP i konstant flow drift og et langsomt fald i flux i konstant tryk mode. Når en stor mængde slamflokk er aflejret på membranoverfladen, og et slamkagelag er dannet, er systemet stort set ikke i stand til at fungere normalt. de vigtigste overvejelser for MBR-drift og -vedligeholdelsesprocessen er at forsinke gellagets kontaminering (opretholde gode hydrauliske forhold, in-situ rengøring, kontrollere hastigheden af membrankontaminationsudvikling og forlænge driftstiden for langsom kontaminering) og at kontrollere slammet kagelagsforurening (hurtig forurening).
2,What er typerne af membranforurening?
(1) Klassificering efter sammensætningen af forurenende stoffer
a.Organisk forurening
Det kommer hovedsageligt fra makromolekylære organiske stoffer (polysaccharider, proteiner osv.), humussyrer, mikrobielle flokke, cellerester osv. i blandingen. Blandt dem tegner opløst organisk materiale SMP og EPS sig for 26 %-52 % af membrankontaminationen, selvom andelen er meget lav for MLSS. Mikrobiel vækst og adsorption i membranporerne og på membranoverfladen er også vigtige faktorer for membrankontamination.
b.Uorganisk forurening
Dannet af metalsalte, uorganisk salt ion brovirkning. Den almindelige uorganiske forurening af membranen er hovedsageligt carbonat-, sulfat- og silikatbegroningsstoffer af calcium, magnesium, jern og silicium, blandt hvilke calciumcarbonat, calciumsulfat og magnesiumhydroxid er flere.
(2) Klassificering efter arten af forurenende stoffer
Reversibel forurening (midlertidig forurening): kan fjernes gennem visse hydrauliske foranstaltninger for at fjerne membranforurening; såsom tilbageskylning gennem rent vand, luftrystning kan fjernes.
Irreversibel forurening (langtidsforurening): kan ikke fjernes ved hydrauliske renseforanstaltninger for at fjerne membranforurening, kan fjernes ved rengøring med oxidationsmidler, syrer, baser, reduktionsmidler mv.
Vendbar og irreversibel, begge kan vaskes ud. Ethvert rengøringsmiddel, der ikke kan vaskes ud, kaldes uoprettelig forurening.
(3) Klassificering i henhold til placeringen af forurenende stoffer
Materialet i blandingen adsorberes, koncentreres og krystalliseres i membranporen, og dannelsen af intern forurening kaldes intern forurening; dannelsen af aggregering og aflejring på membranoverfladen kaldes ekstern forurening.
3,Tindflydelsen af faktorer af membranforurening
1. slamblandings egenskaber
Kilden til membranforureninger i membranbioreaktoren er aktiveret slamblanding, og forureningen af membranen med slamblanding er ekstremt kompliceret.
1)EPS og SMP
Ekstracellulær polymer (EPS) og opløste mikrobielle produkter (SMP) er begge mikrobielle metabolitter med nogenlunde samme sammensætning, og de har en vigtig og kompleks indvirkning på membranforurening og er de vigtigste forurenende stoffer i MBR-processen.
For høj EPS-koncentration vil øge viskositeten af blandingen, hvilket ikke er befordrende for diffusionen af opløst ilt, hvilket gør det vanskeligt at ilte slamsystemet, hvilket påvirker bakteriekolloidets normale fysiologiske aktiviteter og dermed øger membranfiltreringsmodstanden. Mens et for lavt EPS-indhold vil forårsage floknedbrydning, hvilket vil være skadeligt for driften af MBR.
Derfor eksisterer der en optimal EPS-værdi, der gør flokkstrukturen stabil og ikke forårsager en høj tendens til membrankontamination.
Det blev fundet, at de fleste SMP'er har en molekylvægt på mindre end 1 KDa og større end 10 KDa, og opløst organisk stof med lille molekylvægt, mens det passerer gennem membranen, har tendens til at tilstoppe membranporerne, hvilket forårsager membrankontamination og bliver den vigtigste organiske rest. stof i spildevandet.
I mellemtiden er egenskaberne og sammensætningen af SMP også påvirket af flere driftsparametre.
Generelt falder tendensen til SMP-kontamination til membranen i MBR med stigende MLSS, faldende organisk belastning og stigende opløst oxygen.
2)MLSS-koncentration af suspenderede faste stoffer i blandet væske
MLSS-koncentrationen påvirker direkte blandingens viskositet, viskositetsstigning er hovedårsagen til faldet i blandingens filtreringsevne forårsaget af stigningen i MLSS, hvis den forkerte strømningshastighed eller beluftningsstyrke ikke er nok til at skylle de faste stoffer ud. overfladen af membranen, vil snart forårsage generering af forureningslag.
3) Viskositet
Viskositeten af blandet væske er påvirket af MLSS. Når MLSS-koncentrationen er højere end den kritiske værdi, stiger viskositeten eksponentielt med stigningen i faststofkoncentrationen.
I hulfiber MBR påvirker viskositeten af blandingen boblestørrelsen og fleksibiliteten af fibermembranen i reaktoren. Derudover reducerer øget viskositet DO-overførselseffektiviteten af opløst oxygen, og lav opløst oxygenkoncentration øger tendensen til membrankontamination.
4) Slamhydrofilicitet og hydrofobicitet
Resultaterne af mange undersøgelser har vist, at hydrofilt opløst organisk stof i slam spiller en negativ rolle for forekomsten af membranforurening. Det har dog også vist sig, at stærkt hydrofobt flokkuleret slam også kan forårsage membranforurening.
Både hydrofobiciteten og overfladeladningen af slam er relateret til sammensætningen og naturen af ekstracellulære polymerer og vækstindekset for filamentøse bakterier. Overvæksten af filamentøse bakterier genererer en stor mængde, hvilket reducerer det elektriske potentiale, den uregelmæssige form af flokkuleret slam og stigningen af hydrofobicitet, hvilket fører til alvorlig membrankontamination.
5) Slampartikelstørrelse
Faldet i membranflux er hovedsageligt forårsaget af partiklerne omkring 2um. Generelt kan man sige, at jo mindre partikelstørrelsen er, jo lettere aflejres partiklerne på membranoverfladen, og jo tættere det dannede aflejringslag, jo mindre permeabilitet, så vil den lille partikelstørrelse forværre membranforureningen.
6) Slamsedimentationsindeks SVI
Selvom der ikke er nogen direkte effekt på membranforurening, kan slamsætningsindekset (SVI) afspejle bundfældningen af organiske stoffer i blandingen.
På nuværende tidspunkt anses organiske stoffer, der ikke kan bundfældes, såsom kolloider, opløst organisk stof, generelt for at være membranens hovedforurenende stoffer.
2,Driftsbetingelser for MBR-processen
Driftsforholdene påvirker direkte eller indirekte membranforureningen og slammets art og sammensætning.
1) Slamretentionstid (SRT)
Praktiske resultater viser, at øget SRT kan reducere produktionen af SMP og EPS, og membrankontamineringshastigheden vil blive reduceret.
En for lang SRT kan dog føre til høj slamkoncentration, hvilket også medfører for høj viskositet og påvirker masseoverførsel og reaktorhydrodynamik, hvilket fører til mere alvorlig membranforurening. SRT for membranbioreaktorer i almindelig kommunal spildevandsrensning er 5-20 dage.
2) Hydraulisk retentionstid (HRT)
Selvom HRT ikke har nogen direkte effekt på membrankontamination, vil kort HRT give flere næringsstoffer til mikroorganismer og få dem til at vokse hurtigt, hvilket resulterer i højere MLSS-koncentration og øget flux, hvilket vil øge muligheden for membrankontamination.
3) Temperatur og pH
Ved at sammenligne temperaturen på forskellige årstider er det let at finde ud af, at reversibel forurening er mere alvorlig i lavtemperaturperioden, og irreversibel forurening udvikler sig hurtigere i højtemperaturperioden.
MBR-drifts-pH-området er generelt 6-9, uden for området vil de nitrificerende bakterier i reaktoren hurtigt blive reduceret, hvilket resulterer i hæmning af nitrifikation. Når pH er højere end dens kritiske værdi, er membranforurening hurtig, og når temperaturen stiger, falder den maksimalt tilladte pH.
4) Opløst oxygen (DO)
En lav koncentration af opløst ilt vil reducere cellehydrofobicitet og forårsage slamflokkedbrydning, og når DO er lavere end 1mg/l, stiger SMP-indholdet kraftigt. Opløst oxygen påvirker også sammensætningen af EPS og SMP, og i høj DO MBR-systemer øges forholdet mellem proteiner og polysaccharider, og den mikrobielle samfundssammensætning er meget anderledes.
5) Membranfluxer
For alle membranprocesser kan forhøjede fluxer forårsage øget membrankontamination.
Afbalancering af valget af flux med minimering af membranareal, returskylning og kemiske rengøringsintervaller har også en direkte indflydelse på driftsomkostningerne.
6) Forskudt flowhastighed og beluftning
I splitmembranbioreaktorer er CFV en af metoderne til hurtigt at ændre membranpermeabilitet.
I systemer med høj koncentration og membraner med lille porestørrelse kan stigningen af CFV afhjælpe aflejringen af forurenende stoffer på membranoverfladen. For relativt store partikler af blandet væske har CFV-forstærkning imidlertid ingen eller endda modsat effekt på fluxforhøjelse.
Beluftning spiller en meget vigtig rolle i den neddykkede MBR-proces: a, tilvejebringelse af opløst ilt gennem beluftning til normal vækst og metabolisme af mikroorganismer i slammet; b spiller en omrørende rolle for at suspendere slammet og blande det fuldstændigt i den blandede opløsning; c, løsne membranfilamenterne af hulfibermembranmodulet og generere forskydningskræfter på membranoverfladen for at reducere aflejringen af forurenende stoffer på membranoverfladen og forhindre generering af membranforurening til en vis grad.
3,Arten af membranen og membrankomponentstrukturen
1) Membranens porestørrelse
Membran med lille porestørrelse, nem at tilbageholde forureningen i opløsningen og producerer et aflejret lag på membranoverfladen, så membranmodstanden øges. Denne type forurening er generelt reversibel forurening, kan fjernes gennem den forkerte strømning, tilbageskylning, beluftning og andre fysiske midler, intern forurening er lille.
Membran med stor porestørrelse, membranens poretilstopning er mere alvorlig i den tidlige fase af filtrering, med dannelsen af en dynamisk membran på overfladen, begynder retentionseffekten at forbedres. Men forurenende stoffer aflejres let og tilstoppes på overfladen og inde i membranporen, hvilket danner irreversibel forurening eller endda ikke-genindvindelig forurening, som bliver den vigtigste faktor, der forårsager forringelse af membranens ydeevne og levetidsreduktion ved langvarig drift.
2) Membranmaterialer
For forurening af forskellige membranmaterialer i anaerob MBR er forureningstendensen af polyvinylidenfluorid (PVDF) membran betydeligt mindre end for polysulfon (PS) og cellulosemembraner under de samme driftsbetingelser.
Det er værd at nævne, at sammensætningen af irreversible kontaminanter afhænger af membranmaterialet, når polymerer svarende til membranmaterialet er til stede i den aktiverede slam-organiske fraktion.
3) Grad af membranoverfladeruhed
Forøgelsen af membranoverfladeruheden øger muligheden for adsorption af forurenende stoffer på membranoverfladen, men det øger også graden af membranoverfladeafbøjning, hvilket hindrer aflejring af forurenende stoffer på membranoverfladen, så virkningen af ruhed på membranflux er resultat af en kombination af begge faktorer.
4) Hydrofobicitet
Membranmaterialets hydrofobicitet har også en vigtig indflydelse på membranforurening, sammenlignet med hydrofobe og hydrofile ultrafiltreringsmembraner, konkluderes det, at hydrofob ultrafiltreringsmembranoverflade er mere tilbøjelig til at adsorbere opløste stoffer og viser en større tendens til forurening.
I øjeblikket er de fleste måder at ændre membranhydrofobicitet på modifikationer af membranmaterialer. Såsom ændring af porestørrelse, membranoverfladeruhed, tilføjelse af uorganiske materialer for at danne en dynamisk præ-coating på membranoverfladen osv.
4,Kontrolforanstaltninger af membrankontamination
De vigtigste faktorer for dannelsen af membrankontamination er: membranens iboende natur, blandingens beskaffenhed og systemets driftsmiljø, kontrol og løsning af membrankontaminationen bør også træffe tilsvarende foranstaltninger fra disse tre aspekter.
(1) Membranens iboende natur
Membranens fysiske og kemiske egenskaber bestemmes af membranmaterialet, og membranens anti-forureningsevne i blandingen er relateret til dens materiale. Det har vist sig, at membranens hydrofilicitet har en meget vigtig effekt på anti-forureningsevnen. Blandt de organiske membranmaterialer er nogle hydrofile materialer såsom PAN, og de fleste er hydrofobe materialer såsom PVDF, PE, PS osv. Hydrofobe organiske materialer skal modificeres hydrofilt, når de påføres, og på grund af forskellen i modifikationsprocessen, tabet af hydrofilicitet i brugsprocessen vil være hurtig og langsom.
Derudover er membranens anti-forureningsevne også relateret til membranoverfladeruhed, membranoverfladeladning, membranporestørrelse osv. Generelt kan membranens anti-forureningsevne forbedres ved at vælge membranmaterialer med bedre hydrofilicitet, hvilket forbedrer ruheden af membranoverfladen, ved at vælge membranmaterialer med samme potentiale som blandingen og passende membranporestørrelse.
Uorganiske membraner såsom keramiske membraner: aluminiumoxid, siliciumcarbid, titaniumoxid, zirconiumoxid, osv. som råmaterialer, højtemperatursintring, i flux, styrke, kemisk stabilitet bekvemmelighed end organiske membraner har indlysende fordele.
(2) Arten af den blandede væske
Membranforurening er i høj grad resultatet af interaktionen mellem membranen og blandingen. Blandingens natur omfatter slamkoncentration og viskositet, partikelfordeling, koncentration af opløst organisk stof, koncentration af mikrobiel metabolit osv.
Når slamkoncentrationen er lav, er organisk stofs slamadsorption og nedbrydningsevne utilstrækkelig, koncentrationen af organisk stof i blandingen stiger, membranporeblokeringen er alvorlig, og koncentrationen af opløst stof på membranoverfladen øges væsentligt pga. koncentrationen af koncentrationspolarisering, som er let at danne et gellag, hvilket resulterer i øget filtreringsmodstand; når slamkoncentrationen er højere end en vis værdi, stiger EPC-koncentrationen, slamviskositeten vokser hurtigt, og viskositeten har indflydelse på membranfluxen og størrelsen af bobler i blandingen, og slammet er let at afsætte på membranoverfladen og danner et tykkere slamlag. Det antages generelt, at der er en kritisk værdi af slamkoncentrationen, når slamkoncentrationen er højere end denne værdi, vil membranfluxen blive negativt påvirket, så slamkoncentrationen kan vælges til at kontrollere membranforureningen effektivt inden for et passende område. Slamekspansion og slamfins kan forårsage alvorlig membranforurening.
Den indflydende vandkvalitet af MBR-processen har også en større indflydelse på blandingskomponenterne, hvilket kræver en vis grad af forbehandlinger, såsom hår og affaldsmaterialer vil vikle sig rundt om mønsteret, hvilket får membranmodulet til at akkumulere mudder og dermed føre til membran forurening, som skal fjernes af forskellige fine membrangitre, før de kommer ind i aerob biokemisk; mudder og sand og andre hårde partikler kan beskadige membranfilamenterne, som skal fjernes af sandvasken; olie forårsager urenselig forurening af membranfilamenterne. forurening, mere end kravene skal fjernes ved oliefælde, luftflotation osv.; uorganiske stoffer: kan udfældes på membranoverfladen, afskalning, blokere membranporerne. Det kan styres ved flokkulering og udfældning eller pH-justering for at forhindre det i at udfælde. Andre karakteristiske forurenende stoffer, som har en indvirkning på membranen, såsom organiske opløsningsmidler, overfladeaktive stoffer, skumdæmpende midler, PAM, hårdhed, alkalinitet og temperatur, bør være særligt opmærksomme i specifikke tilfælde.
(3) Systemdriftsmiljø
a.Subkritisk flux
Den kritiske flux er defineret som eksistensen af flux således, at når fluxen er større end denne værdi, stiger TMP signifikant, mens når fluxen er mindre end denne værdi, forbliver TMP stabil. Dette koncept kan hjælpe os med at finde et referencepunkt mellem maksimering af membranflux og effektiv membrankontaminationskontrol. I den faktiske drift af membranmoduler omtales driftsfluxen over den kritiske flux som superkritisk fluxdrift, og driftsfluxen under den kritiske flux betegnes som subkritisk fluxdrift. I praksis skal den passende driftsflux vælges. Denne driftsfluxværdi er i det underkritiske område, og nogle gange er driftsfluxen kun omkring 50 % af den kritiske flux. Selvfølgelig har membrankontamination i en langvarig MBR, selv med den subkritiske fluxdriftstilstand, en gradvis stigning i TMP.
b.Rimelig beluftning
I MBR er formålet med beluftning ikke kun at tilføre ilt til mikroorganismer, men også at få de stigende bobler og deres genererede forstyrrende vand til at strømme for at rense membranoverfladen og stoppe slamaggregation for at holde membranfluxen stabil. Samtidig får den rystende effekt, der genereres af kollisionen mellem bobler og membranfibre, endda membranfibrene til at gnide mod hinanden, hvilket kan fremskynde udskillelsen af membranoverfladesedimenter og lette afbødningen af membranforurening. Når beluftningen er for stor, vil det få partikelstørrelsen af membranoverfladeaflejringen til at falde, hvilket gør strukturen af filterkagen tættere, hvilket øger membranfiltreringsmodstanden; tværtimod, når beluftningen er for lille, vil forstyrrelsen blive svækket, og forureningen forværres, så den passende beluftning bør vælges.
c.Drift og stop alternering
Ifølge 3-stadieteorien om membrankontamination kræver dannelsen af kontaminering på membranoverfladen en proces. For det første vil forureninger adsorbere, aflejre og akkumulere på membranoverfladen. Driftsmåden for intermitterende pumpning har til formål at genoprette membranfiltreringsydelsen ved at stoppe membranfiltreringen med jævne mellemrum, så slammet aflejret på membranoverfladen kan løsnes fra membranoverfladen af forskydningskraften forårsaget af beluftning og vandstrømning. Generelt gælder det, at jo længere pumpetiden er, jo større akkumulering af suspenderede faste stoffer på membranoverfladen; jo længere standsningstiden er, jo mere fuldstændigt vil slammet aflejret på membranoverfladen falde af, og jo mere kan membranfiltreringsydelsen genvindes. I princippet bør den alternative drift og stopmetode bestemmes i henhold til membranproducentens anbefaling og den faktiske projektoperation for at opfylde sine egne karakteristika.
