Av: Sunny Wu(Kate@aquasust.com)
Innleggsdato: 13. juni 2022
Post-tagger:Hvorfor er MBR-membranen lett å tilsmusse, og tilbakespyling på nett er ubrukelig?Hva kan vi gjøre?
MBR har blitt mye og modent brukt i avløpsvannbehandling fordi MBR erstatter den sekundære sedimentasjonstanken, som kan garantere avløpsvannet SS og høy slamkonsentrasjon og spare mye avløpsvann i drift for noen problemer, men membranforurensningsproblemet har også vært plagsomt i utviklingen og drift av MBR! Så som svar på disse problemene, hva bør MBR-operatører gjøre for raskt å finne årsaken til membranforurensning og gi presise streik som en måte å redusere rengjøringsfrekvensen.
Tabellinnhold:
1. Hva er membranforurensning?
2. Hva er typene membranforurensning?
3. Påvirkningen av faktorer for membranforurensning.
一,Hva er membranforurensning?
Membranforurensning refererer vanligvis til prosessen med adsorpsjon og aggregering av stoffer i blandingen på membranoverflaten (utvendig) og inne i membranporene (innsiden), noe som resulterer i blokkering av membranporene og reduksjon av porøsitet, som forårsaker nedbrytning av membranen. fluks og økning av filtreringstrykk.
Ved drift av membranfiltrering passerer vannmolekyler og fine materialer kontinuerlig gjennom membranen, mens noen materialer holdes tilbake av membranen og blokkerer membranporene eller avsettes på membranoverflaten, og dermed forårsaker membranforurensning. Det kan sies at membranforurensning er forårsaket av membranretensjon. Den direkte manifestasjonen av membranforurensning er reduksjonen i membranfluksen eller økningen i driftstrykket.
Næringssubstrater, bakteriekolloider, mikrobielle celler, celleavfall, mikrobielle metabolitter (EPS, SMP) og ulike organiske og uorganiske oppløste stoffer som finnes i det aktiverte slamblandingssystemet bidrar alle til membranforurensning.
Utviklingen av membranforurensning kan vanligvis deles inn i 3 stadier (det finnes også 2-stadieutsagn).
(1) Initial forurensning: Det skjer i det innledende stadiet når membransystemet settes i drift og membranoverflaten interagerer sterkt med kolloidene og organisk materiale i blandingen, og forurensningen er i form av adhesjon, ladningseffekt og blokkering av membranporer. Under forholdene med forskjøvet strømningsfiltrering kan fine bioflokker eller ekstracellulære polymerer fortsatt feste seg til membranoverflaten, mens stoffer mindre enn membranporestørrelsen vil adsorbere i membranporene og forårsake membranforurensning gjennom effektene av konsentrasjon, krystallisasjonsutfelling og vekst og reproduksjon.
(2) Langsom kontaminering: Til å begynne med er membranoverflaten glatt, og store partikler festes ikke lett, hovedsakelig av EPS, SMP, biokolloider og andre viskøse stoffer adsorbert på membranoverflaten gjennom adsorpsjonsbroer, nettfangst og andre effekter for å danne en gellag, noe som resulterer i en langsom økning i membranfiltreringsmotstand, og retensjonsytelsen til forurensninger i blandingen vil bli forbedret. Kontamineringen av gellaget er uunngåelig og gir effekten av en langsom økning i membranmotstanden. Dette manifesteres som en langsom økning i TMP i konstant strømningsdrift og en langsom nedgang i fluks i konstant trykkmodus.
(3) Rask forurensning: Gellaget dannet i trinn 2 er gradvis tett med avsetning av forurensninger under påvirkning av kontinuerlig filtreringstrykkforskjell og permeabel vannstrøm, noe som fører til membranforurensning fra kvantitativ til kvalitativ endring, og flokkene i blandingen akkumuleres raskt på membranoverflaten og danner slamfilterkake, og trykkforskjellen over membranen øker raskt.
Kontaminering av gellaget er uunngåelig og fører til effekten av en langsom økning i membranmotstanden. Dette manifesteres som en langsom økning i TMP i konstant strømningsdrift og en langsom nedgang i fluks i konstant trykkmodus. Når en stor mengde slamflokk er avsatt på membranoverflaten og et slamkakelag er dannet, er systemet i utgangspunktet ikke i stand til å fungere normalt. hovedhensynene for MBR-drifts- og vedlikeholdsprosessen er å forsinke gellaget forurensning (opprettholde gode hydrauliske forhold, in-situ rengjøring, kontrollere hastigheten på utvikling av membranforurensning og forlenge driftstiden for langsom forurensning) og å kontrollere slammet kakelagsforurensning (rask forurensning).
2,Wlue er typene membranforurensning?
(1) Klassifisering i henhold til sammensetningen av forurensninger
a.Organisk forurensning
Det kommer hovedsakelig fra makromolekylære organiske stoffer (polysakkarider, proteiner, etc.), humussyrer, mikrobielle flokker, cellerester osv. i blandingen. Blant dem står SMP og EPS for oppløst organisk materiale for 26 %-52 % av membranforurensning, selv om andelen er svært lav for MLSS. Mikrobiell vekst og adsorpsjon i membranporene og på membranoverflaten er også viktige faktorer for membranforurensning.
b.Uorganisk forurensning
Dannet av metallsalter, uorganisk salt ion brovirkning. Den vanlige uorganiske forurensningen av membranen er hovedsakelig karbonat-, sulfat- og silikatbegroingsstoffer av kalsium, magnesium, jern og silisium, blant annet kalsiumkarbonat, kalsiumsulfat og magnesiumhydroksid.
(2) Klassifisering etter forurensende stoffers art
Reversibel forurensning (midlertidig forurensning): kan fjernes gjennom visse hydrauliske tiltak for å fjerne membranforurensning; som tilbakespyling gjennom rent vann, kan luftingsristing fjernes.
Irreversibel forurensning (langvarig forurensning): kan ikke fjernes ved hydrauliske rensetiltak for å fjerne membranforurensning, kan fjernes ved rengjøring med oksidasjonsmidler, syrer, alkalier, reduksjonsmidler, etc.
Reversibel og irreversibel, begge kan vaskes ut. Eventuelle rengjøringsmidler som ikke kan vaskes ut kalles uopprettelig forurensning.
(3) Klassifisering etter lokalisering av forurensninger
Materialet i blandingen adsorberes, konsentreres og krystalliseres i membranporen, og dannelsen av indre forurensning kalles intern forurensning; dannelsen av aggregering og avsetning på membranoverflaten kalles ekstern forurensning.
3,Tpåvirkning av faktorer for membranforurensning
1. egenskaper for slamblanding
Kilden til membranforurensninger i membranbioreaktoren er aktivert slamblanding, og forurensning av membranen med slamblanding er ekstremt komplisert.
1)EPS og SMP
Ekstracellulær polymer (EPS) og oppløste mikrobielle produkter (SMP) er begge mikrobielle metabolitter med omtrent samme sammensetning, og de har en viktig og kompleks innvirkning på membranforurensning og er de viktigste forurensningene i MBR-prosessen.
For høy EPS-konsentrasjon vil øke viskositeten til blandingen som ikke bidrar til diffusjon av oppløst oksygen, noe som gjør det vanskelig å oksygenere slamsystemet, og dermed påvirke de normale fysiologiske aktivitetene til bakteriekolloidet, og dermed øke membranfiltreringsmotstanden. Mens for lavt EPS-innhold vil forårsake flokknedbrytning, noe som vil være skadelig for driften av MBR.
Derfor eksisterer det en optimal EPS-verdi som gjør flokkstrukturen stabil og ikke forårsaker en høy tendens til membranforurensning.
Det ble funnet at de fleste SMP-er har molekylvekter mindre enn 1 KDa og større enn 10 KDa, og oppløst organisk materiale med liten molekylvekt, mens det passerer gjennom membranen, har en tendens til å tette membranporene, forårsake membranforurensning og bli den viktigste gjenværende organiske stoff i avløpet.
I mellomtiden påvirkes egenskapene og sammensetningen til SMP også av flere driftsparametere.
Generelt avtar tendensen til SMP-kontaminering til membranen i MBR med økende MLSS, avtagende organisk belastning og økende oppløst oksygen.
2)MLSS-konsentrasjon av suspenderte faste stoffer i blandet brennevin
MLSS-konsentrasjon påvirker viskositeten til blandingen direkte, viskositetsøkning er hovedårsaken til nedgangen i filtreringsytelsen til blandingen forårsaket av økningen i MLSS, hvis feil strømningshastighet eller luftestyrke ikke er nok til å skylle ut faststoffene som er festet til overflaten av membranen, vil snart forårsake generering av forurensningslag.
3) Viskositet
Viskositeten til blandet brennevin påvirkes av MLSS. Når MLSS-konsentrasjonen er høyere enn den kritiske verdien, øker viskositeten eksponentielt med økningen av faststoffkonsentrasjonen.
I hulfiber MBR påvirker viskositeten til blandingen boblestørrelsen og fleksibiliteten til fibermembranen i reaktoren. I tillegg reduserer økt viskositet DO-overføringseffektiviteten til oppløst oksygen, og lav oppløst oksygenkonsentrasjon øker tendensen til membranforurensning.
4) Slamhydrofilisitet og hydrofobitet
Resultatene fra mange studier har vist at hydrofilt oppløst organisk materiale i slam spiller en negativ rolle i forekomsten av membranforurensning. Imidlertid har det også blitt funnet at svært hydrofobisk flokkulert slam også kan forårsake membranforurensning.
Både hydrofobisiteten og overflateladningen til slam er relatert til sammensetningen og naturen til ekstracellulære polymerer og vekstindeksen til filamentøse bakterier. Overveksten av filamentøse bakterier genererer en stor mengde, noe som reduserer det elektriske potensialet, den uregelmessige formen til flokkulert slam og økningen av hydrofobicitet, noe som fører til alvorlig membranforurensning.
5) Slampartikkelstørrelse
Nedgangen i membranfluks er hovedsakelig forårsaket av partiklene rundt 2um. Generelt sett, jo mindre partikkelstørrelsen er, jo lettere blir partiklene avsatt på membranoverflaten, og jo tettere avsetningslaget som dannes, jo mindre permeabilitet, så den lille partikkelstørrelsen vil forverre membranforurensningen.
6) Slamsedimentasjonsindeks SVI
Selv om det ikke er noen direkte effekt på membranforurensning, kan slamsetningsindeksen (SVI) reflektere bunnfellingen av organiske stoffer i blandingen.
I dag anses organiske stoffer som ikke lar seg sedimentere, som kolloider, oppløst organisk materiale, generelt som hovedforurensningene i membranen.
2,Driftsbetingelser for MBR-prosessen
Driftsforholdene påvirker direkte eller indirekte membranforurensningen og slammets art og sammensetning.
1) Slamretensjonstid (SRT)
Praktiske resultater viser at økt SRT kan redusere produksjonen av SMP og EPS, og membranforurensningsraten vil reduseres.
En for lang SRT kan imidlertid føre til høy slamkonsentrasjon, noe som også gir for høy viskositet og påvirker masseoverføring og reaktorhydrodynamikk, noe som fører til mer alvorlig membranforurensning. SRT for membranbioreaktorer i generell kommunal avløpsvannbehandling er 5-20 dager.
2) Hydraulisk retensjonstid (HRT)
Selv om HRT ikke har noen direkte effekt på membrankontaminering, vil kort HRT gi mer næringsstoffer til mikroorganismer og få dem til å vokse raskt, noe som resulterer i høyere MLSS-konsentrasjon og økt fluks, noe som vil øke muligheten for membrankontaminering.
3) Temperatur og pH
Sammenligner man temperaturen i ulike årstider, er det lett å finne at reversibel forurensning er mer alvorlig i lavtemperaturperioden og irreversibel forurensning utvikler seg raskere i høytemperaturperioden.
pH-området for MBR-drift er vanligvis 6-9, utenfor området vil de nitrifiserende bakteriene i reaktoren raskt reduseres, noe som resulterer i hemming av nitrifikasjon. Når pH er høyere enn dens kritiske verdi, er membranforurensning raskt, og når temperaturen stiger, synker maksimalt tillatt pH.
4) Oppløst oksygen (DO)
En lav konsentrasjon av oppløst oksygen vil redusere cellehydrofobiteten og forårsake slamflokknedbrytning, og når DO er lavere enn 1mg/l, stiger SMP-innholdet kraftig. Oppløst oksygen påvirker også sammensetningen av EPS og SMP, og i høy DO MBR-systemer øker forholdet mellom proteiner og polysakkarider og den mikrobielle fellesskapssammensetningen er svært forskjellig.
5) Membranflukser
For alle membranprosesser kan forhøyede flukser forårsake økt membranforurensning.
Å balansere valg av fluss med å minimere membranareal, tilbakespyling og kjemiske rengjøringsintervaller har også direkte innvirkning på driftskostnadene.
6) Forskjøvet strømningshastighet og lufting
I delte membranbioreaktorer er CFV en av metodene for raskt å endre membranpermeabilitet.
I systemer med høy konsentrasjon og liten porestørrelse membraner, kan økningen av CFV lindre avsetningen av forurensninger på membranoverflaten. For relativt store partikler av blandet lut har imidlertid CFV-forsterkning ingen eller til og med motsatt effekt på fluksheving.
Lufting spiller en svært viktig rolle i den neddykkede MBR-prosessen: a, gir oppløst oksygen gjennom lufting for normal vekst og metabolisme av mikroorganismer i slammet; b, spiller en agiterende rolle for å suspendere slammet og blande det fullstendig i den blandede løsningen; c, løsne membranfilamentene til hulfibermembranmodulen og generere skjærkrefter på membranoverflaten for å redusere avsetningen av forurensninger på membranoverflaten og forhindre generering av membranforurensning til en viss grad.
3,Arten av membranen og membrankomponentstrukturen
1) Membranporestørrelse
Membran med liten porestørrelse, lett å holde på forurensningene i løsningen, og produsere et avsatt lag på membranoverflaten, slik at membranmotstanden øker. Denne typen forurensning er generelt reversibel forurensning, kan fjernes gjennom feil flyt, tilbakespyling, lufting og andre fysiske midler, intern forurensning er liten.
Membran med stor porestørrelse, membranens poretilstopping er mer alvorlig i det tidlige stadiet av filtrering, med dannelsen av en dynamisk membran på overflaten, begynner retensjonseffekten å forbedres. Men forurensninger blir lett avsatt og tilstoppet på overflaten og inne i membranporen, og danner irreversibel forurensning eller til og med ikke-utvinnbar forurensning, som blir hovedfaktoren som forårsaker forringelse av membranytelsen og levetidsreduksjon i langtidsdrift.
2) Membranmaterialer
For forurensning av forskjellige membranmaterialer i anaerob MBR, er forurensningstrenden av polyvinylidenfluorid (PVDF) membran betydelig mindre enn for polysulfon (PS) og cellulosemembraner under de samme driftsforholdene.
Det er verdt å nevne at sammensetningen av irreversible forurensninger avhenger av membranmaterialet når polymerer som ligner på membranmaterialet er tilstede i den organiske fraksjonen av aktivslam.
3) Grad av membranoverflateruhet
Økningen av membranoverflatens ruhet øker muligheten for adsorpsjon av forurensninger på membranoverflaten, men den øker også graden av membranoverflateavbøyning, noe som hindrer avsetning av forurensninger på membranoverflaten, så effekten av ruhet på membranfluksen er resultat av en kombinasjon av begge faktorer.
4) Hydrofobicitet
Hydrofobiteten til membranmateriale har også en viktig innflytelse på membranforurensning, sammenlignet med hydrofobe og hydrofile ultrafiltreringsmembraner, konkluderes det med at hydrofob ultrafiltreringsmembranoverflate er mer sannsynlig å adsorbere oppløste stoffer og viser en større tendens til forurensning.
For tiden er de fleste måtene å endre membranhydrofobitet på modifikasjoner av membranmaterialer. Slik som å endre porestørrelsen, membranoverflatens ruhet, legge til uorganiske materialer for å danne et dynamisk forbelegg på membranoverflaten, etc.
4,Kontrolltiltak for membranforurensning
Hovedfaktorene for dannelsen av membranforurensning er: membranens iboende natur, blandingens natur og systemets driftsmiljø, kontroll og løsning av membranforurensning bør også ta tilsvarende tiltak fra disse tre aspektene.
(1) Membranens iboende natur
Membranens fysiske og kjemiske egenskaper bestemmes av membranmaterialet, og anti-forurensningsevnen til membranen i blandingen er relatert til materialet. Det har vist seg at hydrofilisiteten til membranen har en svært viktig effekt på anti-forurensningsevnen. Blant de organiske membranmaterialene er noen hydrofile materialer som PAN og de fleste er hydrofobe materialer som PVDF, PE, PS osv. Hydrofobe organiske materialer må modifiseres hydrofilt når de påføres, og på grunn av forskjellen i modifikasjonsprosessen, tapet av hydrofilisitet i bruksprosessen vil være rask og sakte.
I tillegg er membranens anti-forurensningsevne også relatert til membranens overflateruhet, membranoverflatens ladning, membranens porestørrelse, etc. Generelt kan anti-forurensningsevnen til membranen forbedres ved å velge membranmaterialer med bedre hydrofilisitet, noe som forbedrer ruheten av membranoverflaten, ved å velge membranmaterialer med samme potensial som blandingen, og passende membranporestørrelse.
Uorganiske membraner som keramiske membraner: alumina, silisiumkarbid, titanoksid, zirkoniumoksid, etc. som råvarer, høytemperatursintring, i fluks, styrke, kjemisk stabilitet bekvemmelighet enn organiske membraner har åpenbare fordeler.
(2) Naturen til den blandede væsken
Membranforurensning er i stor grad et resultat av samspillet mellom membranen og blandingen. Blandingens natur inkluderer slamkonsentrasjon og viskositet, partikkelfordeling, konsentrasjon av oppløst organisk materiale, konsentrasjon av mikrobiell metabolitt, etc.
Når slamkonsentrasjonen er lav, er slamadsorpsjons- og nedbrytningsevnen til organisk materiale utilstrekkelig, konsentrasjonen av organisk materiale i blandingen øker, membranporeblokkeringen er alvorlig, og konsentrasjonen av oppløst stoff på membranoverflaten økes betydelig pga. konsentrasjonen av konsentrasjonspolarisering, som er lett å danne et gellag, noe som resulterer i økt filtreringsmotstand; når slamkonsentrasjonen er høyere enn en viss verdi, øker EPC-konsentrasjonen, slamviskositeten vokser raskt, og viskositeten har innvirkning på membranfluksen og størrelsen på bobler i blandingen, og slammet er lett å avsette på membranoverflaten og danner et tykkere slamlag. Det antas generelt at det er en kritisk verdi for slamkonsentrasjon, når slamkonsentrasjonen er høyere enn denne verdien, vil membranfluksen bli negativt påvirket, slik at slamkonsentrasjonen kan velges for å kontrollere membranforurensning effektivt innenfor et passende område. Slamekspansjon og finslam kan forårsake alvorlig membranforurensning.
Den innflytende vannkvaliteten til MBR-prosessen har også større innvirkning på blandingskomponentene, som krever en viss grad av forbehandlinger, slik som hår og søppelmaterialer vil vikle seg rundt mønsteret, noe som får membranmodulen til å akkumulere gjørme og dermed føre til membran forurensning, som må fjernes av forskjellige fine membrannett før de kommer inn i aerob biokjemisk; gjørme og sand og andre harde partikler kan skade membranfilamentene, som må fjernes av sandvasken; olje forårsaker urenslig forurensning til membranfilamentene. forurensning, mer enn kravene må fjernes av oljefelle, luftfloating, etc.; uorganiske stoffer: kan utfelles på membranoverflaten, avleire, blokkere membranporene. Den kan kontrolleres ved flokkulering og utfelling eller pH-justering for å hindre at den utfelles. Andre karakteristiske forurensninger som har innvirkning på membranen, som organiske løsemidler, overflateaktive midler, skumdempende midler, PAM, hardhet, alkalitet og temperatur, bør vies spesiell oppmerksomhet i spesifikke tilfeller.
(3) Systemdriftsmiljø
a.Subkritisk fluks
Den kritiske fluksen er definert som eksistensen av fluks slik at når fluksen er større enn denne verdien, øker TMP betydelig, mens når fluksen er mindre enn denne verdien, forblir TMP stabil. Dette konseptet kan hjelpe oss med å finne et referansepunkt mellom maksimering av membranfluks og effektiv kontroll av membrankontaminering. I selve driften av membranmoduler blir driftsfluksen over den kritiske fluksen referert til som superkritisk fluksoperasjon, og driftsfluksen under den kritiske fluksen blir referert til som subkritisk fluksoperasjon. I praksis må passende driftsfluks velges. Denne driftsfluksverdien er i det underkritiske området, og noen ganger er driftsfluksen bare omtrent 50 % av den kritiske fluksen. Selvfølgelig har membranforurensning i en langvarig MBR, selv med den subkritiske fluksdriftsmodusen, en gradvis økning i TMP.
b.Rimelig lufting
I MBR er formålet med lufting ikke bare å tilføre oksygen til mikroorganismer, men også å få de stigende boblene og deres genererte forstyrrende vann til å strømme for å rense membranoverflaten og stoppe slamaggregering for å holde membranfluksen stabil. Samtidig får den rystende effekten som genereres av kollisjonen mellom bobler og membranfibre til og med at membranfibrene gni mot hverandre, noe som kan akselerere utskillelsen av membranoverflate-sedimenter og lette membranforurensning. Når luftingen er for stor, vil det føre til at partikkelstørrelsen til membranoverflateavsetningen reduseres, noe som gjør strukturen til filterkaken tettere, og dermed øker membranfiltreringsmotstanden; tvert imot, når luftingen er for liten, vil forstyrrelsen bli svekket og forurensningen forverres, så passende lufting bør velges.
c.Drift og stopp veksling
I henhold til 3-stadieteorien om membrankontaminering, krever dannelsen av forurensning på membranoverflaten en prosess. For det første vil forurensninger adsorbere, avsettes og samle seg på membranoverflaten. Driftsmodusen for intermitterende pumping tar sikte på å gjenopprette membranfiltreringsytelsen ved å stoppe membranfiltreringen med jevne mellomrom, slik at slammet avsatt på membranoverflaten kan løsnes fra membranoverflaten av skjærkraften forårsaket av lufting og vannstrøm. Generelt, jo lengre pumpetiden er, desto større blir akkumuleringen av suspenderte stoffer på membranoverflaten; jo lengre stopptid, jo mer fullstendig vil slammet avsatt på membranoverflaten falle av, og jo mer kan membranfiltreringsytelsen gjenvinnes. I prinsippet bør den alternative operasjonen og stoppmetoden bestemmes i henhold til membranprodusentens anbefaling og den faktiske prosjektoperasjonen for å møte sine egne egenskaper.
