Av: Sunny Wu(Kate@aquasust.com)
Postdatum: 13 juni 2022
Posta taggar:Varför är MBR-membranet lätt att smutsa ner och online-backwashing är värdelöst?Vad kan vi göra?
MBR har använts i stor utsträckning och moget vid rening av avloppsvatten eftersom MBR ersätter den sekundära sedimenteringstanken, vilket kan garantera avloppsvattnet SS och hög slamkoncentration och spara mycket avloppsvatten i drift en del problem, men problemet med membrankontamination har också besvärat utvecklingen och drift av MBR! Så som svar på dessa problem, exakt vad ska MBR-operatörer göra för att snabbt hitta grundorsaken till membrankontamination och ge exakta strejker som ett sätt att minska rengöringsfrekvensen.
Tabellinnehåll:
1. Vad är membrankontamination?
2. Vilka typer av membranföroreningar finns det?
3. Inverkan av faktorer för membrankontamination.
一,Vad är membrankontamination?
Membrankontamination hänvisar vanligtvis till processen för adsorption och aggregering av ämnen i blandningen på membranytan (utanför) och inuti membranporerna (inuti), vilket resulterar i blockering av membranporer och minskning av porositet, vilket orsakar sönderfall av membranet. flöde och ökningen av filtreringstrycket.
Vid drift av membranfiltrering passerar vattenmolekyler och fina material kontinuerligt genom membranet, medan vissa material hålls kvar av membranet och blockerar membranporerna eller avsätts på membranytan, vilket orsakar membrankontamination. Man kan säga att membrankontamination orsakas av membranretention. Den direkta manifestationen av membrankontamination är minskningen av membranflödet eller ökningen av arbetstrycket.
Näringssubstrat, bakteriekolloider, mikrobiella celler, cellrester, mikrobiella metaboliter (EPS, SMP) och olika organiska och oorganiska lösta ämnen som finns i det aktiverade slamblandningssystemet bidrar alla till membrankontamination.
Utvecklingen av membrankontamination kan vanligtvis delas in i 3 stadier (det finns även 2-stadiepåståenden).
(1) Initial kontaminering: Det inträffar i det inledande skedet när membransystemet tas i drift och membranytan interagerar starkt med kolloiderna och det organiska materialet i blandningen, och kontamineringen sker i form av vidhäftning, laddningseffekt och blockering av membranporer. Under förhållanden med stegrad flödesfiltrering kan fina bioflockar eller extracellulära polymerer fortfarande fästa vid membranytan, medan ämnen som är mindre än membranets porstorlek kommer att adsorbera i membranporerna och orsaka membrankontamination genom effekterna av koncentration, kristallisationsutfällning och tillväxt och fortplantning.
(2) Långsam kontaminering: Inledningsvis är membranytan slät och stora partiklar fästs inte lätt, främst av EPS, SMP, biokolloider och andra trögflytande ämnen som adsorberas på membranytan genom adsorptionsbryggor, nätfångning och andra effekter för att bilda en gelskikt, vilket resulterar i en långsam ökning av membranfiltreringsmotståndet, och retentionsförmågan för föroreningar i blandningen kommer att förbättras. Kontamineringen av gelskiktet är oundviklig och medför effekten av en långsam ökning av membranmotståndet. Detta manifesteras som en långsam ökning av TMP vid konstant flödesdrift och en långsam minskning av flödet i konstant tryckläge.
(3) Snabb kontaminering: Gelskiktet som bildas i steg 2 är gradvis tätt med avsättning av föroreningar under inverkan av kontinuerlig filtreringstryckskillnad och permeabelt vattenflöde, vilket leder till membrankontamination från kvantitativ till kvalitativ förändring, och flockarna i blandningen ackumuleras snabbt på membranytan och bildar slamfilterkaka, och tryckskillnaden mellan membranet ökar snabbt.
Kontaminering av gelskiktet är oundviklig och medför effekten av en långsam ökning av membranmotståndet. Detta manifesteras som en långsam ökning av TMP vid konstant flödesdrift och en långsam minskning av flödet i konstant tryckläge. När väl en stor mängd slamflock avsatts på membranytan och ett slamkakaskikt har bildats kan systemet i princip inte fungera normalt. huvudövervägandena för MBR-drift och underhållsprocessen är att fördröja kontamineringen av gelskiktet (upprätthålla goda hydrauliska förhållanden, rengöring på plats, kontrollera hastigheten för utveckling av membrankontamination och förlänga drifttiden för långsam kontaminering) och att kontrollera slammet kakskiktskontamination (snabb kontaminering).
2,Wär de typer av membrankontamination?
(1) Klassificering enligt sammansättningen av föroreningar
a.Organisk förorening
Det kommer främst från makromolekylära organiska ämnen (polysackarider, proteiner etc.), humussyror, mikrobiella flockar, cellrester etc. i blandningen. Bland dem står SMP och EPS för löst organiskt material för 26 %-52 % av membrankontaminationen, även om andelen är mycket låg för MLSS. Mikrobiell tillväxt och adsorption i membranporerna och på membranytan är också viktiga faktorer för membrankontamination.
b.Oorganisk förorening
Bildas av metallsalter, oorganisk saltjonöverbryggande verkan. Den vanliga oorganiska föroreningen av membran är huvudsakligen karbonat-, sulfat- och silikatföroreningar av kalcium, magnesium, järn och kisel, bland vilka kalciumkarbonat, kalciumsulfat och magnesiumhydroxid är fler.
(2) Klassificering enligt föroreningarnas art
Reversibel förorening (tillfällig förorening): kan avlägsnas genom vissa hydrauliska åtgärder för att avlägsna membranföroreningar; såsom backspolning genom rent vatten, luftningsskakning kan avlägsnas.
Irreversibel förorening (långtidsföroreningar): kan inte avlägsnas genom hydrauliska rengöringsåtgärder för att avlägsna membranföroreningar, kan avlägsnas genom rengöring med oxidationsmedel, syror, alkalier, reduktionsmedel etc.
Vändbar och irreversibel, båda kan tvättas ur. Eventuella rengöringsmedel som inte kan tvättas ur kallas oåterkallelig förorening.
(3) Klassificering enligt platsen för föroreningar
Materialet i blandningen adsorberas, koncentreras och kristalliseras i membranporen, och bildandet av inre föroreningar kallas inre föroreningar; bildandet av aggregation och avsättning på membranytan kallas extern förorening.
3,Tpåverkan av faktorer för membrankontamination
1. egenskaper hos slamblandningen
Källan till membranföroreningar i membranbioreaktorn är aktiverad slamblandning, och föroreningen av membranet genom slamblandning är extremt komplicerad.
1)EPS och SMP
Extracellulär polymer (EPS) och lösta mikrobiella produkter (SMP) är båda mikrobiella metaboliter med ungefär samma sammansättning, och de har en viktig och komplex inverkan på membrankontamination och är de viktigaste föroreningarna i MBR-processen.
För hög EPS-koncentration kommer att öka viskositeten hos blandningen, vilket inte bidrar till diffusionen av löst syre, vilket gör det svårt att syresätta slamsystemet, vilket påverkar de normala fysiologiska aktiviteterna hos bakteriekolloiden och därmed ökar membranfiltreringsmotståndet. Medan för låg EPS-halt kommer att orsaka flocknedbrytning, vilket kommer att vara skadligt för MBR-funktionen.
Därför finns det ett optimalt EPS-värde som gör flockstrukturen stabil och inte orsakar en hög tendens till membrankontamination.
Det visade sig att de flesta SMP:er har molekylvikter mindre än 1 KDa och större än 10 KDa, och löst organiskt material med låg molekylvikt, när det passerar genom membranet, tenderar att täppa igen membranporerna, vilket orsakar membrankontamination och blir den huvudsakliga kvarvarande organiskt materia i avloppsvattnet.
Samtidigt påverkas egenskaperna och sammansättningen av SMP också av flera driftsparametrar.
I allmänhet minskar tendensen av SMP-kontamination till membranet i MBR med ökande MLSS, minskande organisk belastning och ökande löst syre.
2)MLSS-koncentration av suspenderade fasta ämnen i blandad vätska
MLSS-koncentrationen påverkar direkt blandningens viskositet, viskositetsökning är huvudorsaken till minskningen i filtreringsprestanda hos blandningen orsakad av ökningen av MLSS, om fel flödeshastighet eller luftningsstyrka inte räcker för att spola ut de fasta ämnen som är fästa på membranets yta, kommer snart att orsaka generering av föroreningsskikt.
3) Viskositet
Viskositeten hos blandad lut påverkas av MLSS. När MLSS-koncentrationen är högre än det kritiska värdet, ökar viskositeten exponentiellt med ökningen av fastämneskoncentrationen.
I hålfiber MBR påverkar blandningens viskositet bubbelstorleken och flexibiliteten hos fibermembranet i reaktorn. Dessutom minskar ökad viskositet DO-överföringseffektiviteten för löst syre, och låg koncentration av löst syre ökar tendensen till membrankontamination.
4) Slamhydrofilicitet och hydrofobicitet
Resultaten av många studier har visat att hydrofilt löst organiskt material i slam spelar en negativ roll för uppkomsten av membranföroreningar. Det har emellertid också visat sig att mycket hydrofobt flockat slam också kan orsaka membrankontamination.
Både hydrofobiciteten och ytladdningen hos slam är relaterade till sammansättningen och naturen hos extracellulära polymerer och tillväxtindex för trådformiga bakterier. Överväxten av filamentösa bakterier genererar en stor mängd, vilket minskar den elektriska potentialen, den oregelbundna formen på flockat slam och ökningen av hydrofobiciteten, vilket leder till allvarlig membrankontamination.
5) Slampartikelstorlek
Minskningen av membranflödet orsakas främst av partiklarna runt 2um. Generellt sett gäller att ju mindre partikelstorleken är, desto lättare avsätts partiklarna på membranytan, och ju tätare det bildade avsättningsskiktet är, desto mindre permeabilitet, så den lilla partikelstorleken kommer att förvärra membranföroreningen.
6) Slamsedimentationsindex SVI
Även om det inte finns någon direkt effekt på membrankontamination, kan slamavsättningsindex (SVI) spegla sedimenteringen av organiska ämnen i blandningen.
För närvarande anses organiska ämnen som inte kan sedimenteras, såsom kolloider, löst organiskt material, generellt vara membranets huvudsakliga föroreningar.
2,Driftförhållanden för MBR-processen
Driftförhållandena påverkar direkt eller indirekt membranföroreningen och slammets beskaffenhet och sammansättning.
1) Slamretentionstid (SRT)
Praktiska resultat visar att ökad SRT kan minska produktionen av SMP och EPS, och membrankontaminationshastigheten kommer att minska.
En alltför lång SRT kan dock leda till hög slamkoncentration, vilket också medför överdriven viskositet och påverkar massöverföring och reaktorhydrodynamik, vilket leder till allvarligare membrankontamination. SRT för membranbioreaktorer i allmän kommunal rening av avloppsvatten är 5-20 dagar.
2) Hydraulisk retentionstid (HRT)
Även om HRT inte har någon direkt effekt på membrankontamination, kommer kort HRT att ge mer näringsämnen till mikroorganismer och få dem att växa snabbt, vilket resulterar i högre MLSS-koncentration och ökat flöde, vilket ökar risken för membrankontamination.
3) Temperatur och pH
Om man jämför temperaturen för olika årstider, är det lätt att finna att reversibla föroreningar är allvarligare under lågtemperaturperioden och irreversibla föroreningar utvecklas snabbare under högtemperaturperioden.
MBR-drifts-pH-intervallet är i allmänhet 6-9, utanför intervallet kommer de nitrifierande bakterierna i reaktorn att snabbt reduceras, vilket resulterar i hämning av nitrifikation. När pH är högre än dess kritiska värde är membrankontaminationen snabb, och när temperaturen stiger sjunker det maximalt tillåtna pH.
4) Upplöst syre (DO)
En låg koncentration av löst syre kommer att minska cellernas hydrofobicitet och orsaka slamflocknedbrytning, och när DO är lägre än 1mg/l ökar SMP-halten kraftigt. Löst syre påverkar också sammansättningen av EPS och SMP, och i system med hög DO MBR ökar förhållandet mellan proteiner och polysackarider och den mikrobiella gemenskapens sammansättning är mycket olika.
5) Membranflöden
För alla membranprocesser kan förhöjda flöden orsaka ökad membrankontamination.
Att balansera valet av flussmedel med minimering av membranyta, backspolning och kemiska rengöringsintervaller har också en direkt inverkan på driftskostnaderna.
6) Förskjuten flödeshastighet och luftning
I delade membranbioreaktorer är CFV en av metoderna för att snabbt ändra membranpermeabilitet.
I system med membran med hög koncentration och liten porstorlek kan ökningen av CFV lindra avsättningen av föroreningar på membranytan. För relativt stora partiklar av blandad lut har emellertid CFV-förstärkning ingen eller till och med motsatt effekt på flödeshöjningen.
Luftning spelar en mycket viktig roll i den nedsänkta MBR-processen: a, tillhandahåller löst syre genom luftning för normal tillväxt och metabolism av mikroorganismer i slammet; b, spela en agiterande roll för att suspendera slammet och blanda det helt i den blandade lösningen; c, lösgöring av membrantrådarna i hålfibermembranmodulen och generering av skjuvkrafter på membranytan för att minska avsättningen av föroreningar på membranytan och förhindra generering av membrankontamination i viss utsträckning.
3,Membranets natur och membrankomponentstrukturen
1) Membranens porstorlek
Membran med liten porstorlek, lätt att hålla kvar föroreningarna i lösningen och producerar ett avsatt lager på membranytan, så att membranmotståndet ökar. Denna typ av förorening är i allmänhet reversibel förorening, kan avlägsnas genom fel flöde, backspolning, luftning och andra fysiska medel, inre föroreningar är små.
Membran med stor porstorlek, igensättning av membranets porer är allvarligare i det tidiga stadiet av filtrering, med bildandet av ett dynamiskt membran på ytan börjar retentionseffekten förbättras. Men föroreningar avsätts lätt och täpps till på ytan och inuti membranporen, vilket bildar irreversibla föroreningar eller till och med icke-återvinningsbara föroreningar, vilket blir den huvudsakliga faktorn som orsakar försämring av membranets prestanda och livslängdsminskning vid långvarig drift.
2) Membranmaterial
För kontaminering av olika membranmaterial i anaerob MBR är kontaminationstrenden för polyvinylidenfluorid (PVDF) membran betydligt mindre än för polysulfon (PS) och cellulosamembran under samma driftsförhållanden.
Det är värt att nämna att sammansättningen av irreversibla föroreningar beror på membranmaterialet när polymerer som liknar membranmaterialet är närvarande i den aktiva slammets organiska fraktion.
3) Graden av membranytans grovhet
Ökningen av membranytans ojämnhet ökar möjligheten för adsorption av föroreningar på membranytan, men den ökar också graden av membranytans avböjning, vilket hindrar avsättningen av föroreningar på membranytan, så effekten av grovhet på membranflödet är resultat av en kombination av båda faktorerna.
4) Hydrofobicitet
Hydrofobiciteten hos membranmaterial har också en viktig inverkan på membrankontamination, vid jämförelse av hydrofoba och hydrofila ultrafiltreringsmembran dras slutsatsen att hydrofob ultrafiltreringsmembranyta är mer benägen att adsorbera lösta ämnen och visar en större tendens till kontaminering.
För närvarande är de flesta sätten att ändra membranets hydrofobicitet modifieringar av membranmaterial. Som att ändra porstorleken, membranytans grovhet, lägga till oorganiska material för att bilda en dynamisk förbeläggning på membranytan, etc.
4,Kontrollåtgärder för membrankontamination
De viktigaste faktorerna för bildandet av membrankontamination är: membranets inneboende natur, blandningens natur och systemets driftsmiljö, kontroll och lösning av membrankontamination bör också vidta motsvarande åtgärder ur dessa tre aspekter.
(1) Membranets inneboende natur
Membranets fysikaliska och kemiska egenskaper bestäms av membranmaterialet, och membranets anti-föroreningsförmåga i blandningen är relaterad till dess material. Det har visat sig att membranets hydrofilicitet har en mycket viktig effekt på anti-föroreningsförmågan. Bland de organiska membranmaterialen är några hydrofila material som PAN och de flesta är hydrofoba material som PVDF, PE, PS etc. Hydrofoba organiska material måste modifieras hydrofilt när de appliceras, och på grund av skillnaden i modifieringsprocessen, förlusten av hydrofilicitet i användningsprocessen kommer att vara snabb och långsam.
Dessutom är membranets anti-föroreningsförmåga också relaterad till membranets ytråhet, membranets ytladdning, membranets porstorlek, etc. Generellt sett kan membranets anti-föroreningsförmåga förbättras genom att välja membranmaterial med bättre hydrofilicitet, vilket förbättrar grovheten av membranytan, att välja membranmaterial med samma potential som blandningen och lämplig membranporstorlek.
Oorganiska membran såsom keramiska membran: aluminiumoxid, kiselkarbid, titanoxid, zirkoniumoxid, etc. som råmaterial, högtemperatursintring, i flödet, styrka, kemisk stabilitet bekvämlighet än organiska membran har uppenbara fördelar.
(2) Den blandade vätskans natur
Membrankontamination är till stor del resultatet av interaktionen mellan membranet och blandningen. Blandningens natur inkluderar slamkoncentration och viskositet, partikelfördelning, koncentration av löst organiskt material, koncentration av mikrobiell metabolit, etc.
När slamkoncentrationen är låg är slamadsorptions- och nedbrytningsförmågan hos organiskt material otillräcklig, koncentrationen av organiskt material i blandningen ökar, membranporblockeringen är allvarlig och koncentrationen av löst ämne på membranytan ökar avsevärt p.g.a. koncentrationen av koncentrationspolarisation, vilket är lätt att bilda ett gelskikt, vilket resulterar i ökat filtreringsmotstånd; när slamkoncentrationen är högre än ett visst värde ökar EPC-koncentrationen, slamviskositeten växer snabbt och viskositeten påverkar membranflödet och storleken på bubblorna i blandningen, och slammet är lätt att avsätta på membranytan och bildar ett tjockare slamskikt. Det anses allmänt att det finns ett kritiskt värde för slamkoncentrationen, när slamkoncentrationen är högre än detta värde kommer membranflödet att påverkas negativt, så slamkoncentrationen kan väljas för att effektivt kontrollera membrankontaminationen inom ett lämpligt område. Slamexpansion och slampartiklar kan orsaka allvarlig membrankontamination.
Den inflytande vattenkvaliteten i MBR-processen har också en större inverkan på blandningskomponenterna, vilket kräver en viss grad av förbehandling, såsom hår och skräpmaterial kommer att lindas runt mönstret, vilket gör att membranmodulen ackumulerar lera och därmed leder till membran kontaminering, som måste avlägsnas av olika fina membrangaller innan de går in i aerob biokemisk; lera och sand och andra hårda partiklar kan skada membranfilamenten, som måste avlägsnas av sandsänkan; olja orsakar orenbar förorening av membranfilamenten. föroreningar, mer än vad som krävs måste avlägsnas av oljefälla, luftflottning, etc.; oorganiska ämnen: kan fällas ut på membranytan, fjällning, blockera membranporerna. Den kan kontrolleras genom flockning och utfällning eller pH-justering för att förhindra att den fälls ut. Andra karakteristiska föroreningar som påverkar membranet, såsom organiska lösningsmedel, ytaktiva ämnen, skumdämpare, PAM, hårdhet, alkalinitet och temperatur, bör ägnas särskild uppmärksamhet i specifika fall.
(3) Systemoperativmiljö
a.Underkritiskt flöde
Det kritiska flödet definieras som förekomsten av flöde så att när flödet är större än detta värde ökar TMP signifikant, medan när flödet är mindre än detta värde förblir TMP stabilt. Detta koncept kan hjälpa oss att hitta en referenspunkt mellan maximering av membranflöde och effektiv kontroll av membrankontamination. I den faktiska driften av membranmoduler hänvisas till driftflödet över det kritiska flödet som superkritiskt flödesdrift, och driftflödet under det kritiska flödet benämns subkritiskt flöde. I praktiken måste lämpligt driftflöde väljas. Detta driftflödesvärde ligger i det underkritiska området, och ibland är driftflödet endast cirka 50 % av det kritiska flödet. Naturligtvis har membrankontamination i en långvarig MBR, även med det underkritiska flödesdriftsläget, en gradvis ökning av TMP.
b.Rimlig luftning
I MBR är syftet med luftning inte bara att tillföra syre till mikroorganismer utan också att få de stigande bubblorna och deras genererade störande vatten att flöda för att rengöra membranytan och stoppa slamaggregering för att hålla membranflödet stabilt. Samtidigt får den skakande effekten som genereras av kollisionen mellan bubblor och membranfibrer till och med att membranfibrerna skaver mot varandra, vilket kan påskynda utsläppet av membranytsediment och underlätta minskningen av membranföroreningar. När luftningen är för stor kommer det att göra att partikelstorleken på membranytavsättningen minskar, vilket gör filterkakans struktur tätare, vilket ökar membranfiltreringsmotståndet; tvärtom, när luftningen är för liten kommer störningen att försvagas och föroreningen förvärras, så lämplig luftning bör väljas.
c.Drift och stopp alternering
Enligt 3-stadieteorin om membrankontamination kräver bildandet av kontaminering på membranytan en process. Först kommer föroreningar att adsorbera, avsätta och ackumuleras på membranytan. Driftsättet för intermittent pumpning syftar till att återställa membranfiltreringsprestandan genom att stoppa membranfiltreringen periodiskt så att slammet som avsatts på membranytan kan lossas från membranytan av skjuvkraften som orsakas av luftning och vattenflöde. Generellt gäller att ju längre pumptiden är, desto större ackumulering av suspenderade partiklar på membranytan; ju längre stopptiden är, desto mer fullständigt kommer slammet som avsatts på membranytan att falla av, och desto mer kan membranfiltreringsprestandan återvinnas. I princip bör den alternativa driften och stoppmetoden bestämmas enligt membrantillverkarens rekommendation och den faktiska projektdriften för att uppfylla dess egna egenskaper.
