От: Sunny Wu(Kate@aquasust.com)
Дата на публикуване: 13 юни 2022 г
Етикети на публикация:Защо MBR мембраната е лесна за замърсяване, а онлайн обратното промиване е безполезно?какво можем да направим
MBR е широко и зряло използван в пречистването на отпадъчни води, тъй като MBR замества вторичния утаителен резервоар, който може да гарантира SS на отпадъчните води и висока концентрация на утайки и спестява много отпадъчни води при работа, някои проблеми, но проблемът със замърсяването на мембраната също тревожи развитието и работа на MBR! И така, в отговор на тези проблеми, какво точно трябва да направят операторите на MBR, за да открият бързо първопричината за замърсяване на мембраната и да дадат точни удари като начин за намаляване на честотата на почистване.
Съдържание на таблицата:
1. Какво е замърсяване на мембраната?
2. Какви са видовете замърсяване на мембраната?
3. Влиянието на факторите на мембранно замърсяване.
一,Какво е замърсяване на мембраната?
Замърсяването на мембраната обикновено се отнася до процеса на адсорбция и агрегация на вещества в сместа върху повърхността на мембраната (отвън) и вътре в порите на мембраната (отвътре), което води до запушване на порите на мембраната и намаляване на порьозността, причинявайки разпадане на мембраната поток и увеличаването на филтрационното налягане.
При работата на мембранната филтрация водните молекули и фините материали непрекъснато преминават през мембраната, докато някои материали се задържат от мембраната и блокират порите на мембраната или се отлагат върху повърхността на мембраната, като по този начин причиняват замърсяване на мембраната. Може да се каже, че замърсяването на мембраната се причинява от задържане на мембраната. Пряката проява на замърсяване на мембраната е намаляването на мембранния поток или повишаването на работното налягане.
Хранителни субстрати, бактериални колоиди, микробни клетки, клетъчни остатъци, микробни метаболити (EPS, SMP) и различни органични и неорганични разтворени вещества, присъстващи в системата за смес от активна утайка, всички те допринасят за замърсяването на мембраната.
Развитието на замърсяване на мембраната обикновено може да се раздели на 3 етапа (съществуват и 2-изявления за етапи).
(1) Първоначално замърсяване: Възниква в началния етап, когато мембранната система е пусната в действие и повърхността на мембраната взаимодейства силно с колоидите и органичната материя в сместа, а замърсяването е под формата на адхезия, ефект на заряд и блокиране на порите на мембраната. При условията на филтриране на шахматен поток, фини биофлоци или извънклетъчни полимери все още могат да се придържат към повърхността на мембраната, докато вещества, по-малки от размера на порите на мембраната, ще се адсорбират в порите на мембраната и ще причинят замърсяване на мембраната чрез ефектите на концентрация, утаяване на кристализация и растеж и размножаване.
(2) Бавно замърсяване: Първоначално повърхността на мембраната е гладка и големите частици не се закрепват лесно, главно от EPS, SMP, биоколоиди и други вискозни вещества, адсорбирани върху повърхността на мембраната чрез адсорбционни мостове, улавяне на мрежа и други ефекти, за да образуват гел слой, което води до бавно покачване на съпротивлението на мембранната филтрация и ефективността на задържане на замърсителите в сместа ще бъде подобрена. Замърсяването на слоя гел е неизбежно и води до ефекта на бавно нарастване на устойчивостта на мембраната. Това се проявява като бавно нарастване на TMP при работа с постоянен поток и бавно намаляване на потока в режим на постоянно налягане.
(3) Бързо замърсяване: Слоят гел, образуван в етап 2, постепенно се уплътнява с отлагане на замърсители под действието на непрекъсната разлика в налягането на филтриране и пропусклив воден поток, което води до замърсяване на мембраната от количествена към качествена промяна и флокулите в сместа бързо се натрупват върху повърхността на мембраната и образуват филтърна утайка от утайка и разликата в трансмембранното налягане нараства бързо.
Замърсяването на слоя гел е неизбежно и води до ефекта на бавно нарастване на устойчивостта на мембраната. Това се проявява като бавно нарастване на TMP при работа с постоянен поток и бавно намаляване на потока в режим на постоянно налягане. След като голямо количество утайка се отложи върху повърхността на мембраната и се образува слой от утайка, системата по същество не може да работи нормално. основните съображения за процеса на работа и поддръжка на MBR са да се забави замърсяването на слоя гел (поддържане на добри хидравлични условия, почистване на място, контрол на скоростта на развитие на замърсяване на мембраната и удължаване на времето на работа при бавно замърсяване) и контрол на утайката замърсяване на слоя торта (бързо замърсяване).
2,Wкакви са видовете замърсяване на мембраната?
(1) Класификация според състава на замърсителите
a.Органично замърсяване
Той идва главно от макромолекулни органични вещества (полизахариди, протеини и др.), хуминови киселини, микробни флокули, клетъчни остатъци и др. в сместа. Сред тях разтворените органични вещества SMP и EPS представляват 26%-52% от замърсяването на мембраната, въпреки че съотношението е много ниско за MLSS. Микробният растеж и адсорбцията в порите на мембраната и на повърхността на мембраната също са важни фактори за замърсяване на мембраната.
b.Неорганично замърсяване
Образува се от метални соли, неорганична сол йонно мостово действие. Общото неорганично замърсяване на мембраната е главно карбонат, сулфат и силикатни замърсяващи вещества от калций, магнезий, желязо и силиций, сред които калциев карбонат, калциев сулфат и магнезиев хидроксид са повече.
(2) Класификация според естеството на замърсителите
Обратимо замърсяване (временно замърсяване): може да бъде отстранено чрез определени хидравлични мерки за отстраняване на замърсяването на мембраната; като обратно промиване с чиста вода, разклащането на аерацията може да бъде премахнато.
Необратимо замърсяване (дългосрочно замърсяване): не може да се отстрани чрез хидравлични почистващи мерки за отстраняване на замърсяването на мембраната, може да се отстрани чрез почистване с окислители, киселини, основи, редуциращи агенти и др.
Обратимо и необратимо, и двете могат да бъдат измити. Всяко средство за почистване, което не може да се измие, се нарича невъзстановимо замърсяване.
(3) Класификация според местоположението на замърсителите
Материалът в сместа се адсорбира, концентрира и кристализира в порите на мембраната, а образуването на вътрешно замърсяване се нарича вътрешно замърсяване; образуването на агрегация и отлагане върху повърхността на мембраната се нарича външно замърсяване.
3,Tвлиянието на факторите на замърсяване на мембраната
1. характеристики на утайковата смес
Източникът на замърсители на мембраната в мембранния биореактор е смес от активна утайка, а замърсяването на мембраната от смес от утайки е изключително сложно.
1)EPS и SMP
Екстрацелуларният полимер (EPS) и разтворените микробни продукти (SMP) са микробни метаболити с приблизително еднакъв състав и имат важно и комплексно въздействие върху мембранното замърсяване и са най-важните замърсители в MBR процеса.
Твърде високата концентрация на EPS ще увеличи вискозитета на сместа, което не е благоприятно за дифузията на разтворения кислород, което затруднява окисляването на системата за утайки, като по този начин засяга нормалните физиологични дейности на бактериалния колоид и по този начин увеличава съпротивлението на мембранната филтрация. Докато твърде ниското съдържание на EPS ще доведе до разлагане на флокули, което ще бъде пагубно за работата на MBR.
Следователно съществува оптимална стойност на EPS, която прави структурата на флокулите стабилна и не предизвиква висока тенденция на замърсяване на мембраната.
Установено е, че повечето SMPs имат молекулно тегло под 1 KDa и по-голямо от 10 KDa, а разтворената органична материя с малко молекулно тегло, докато преминава през мембраната, има тенденция да запушва порите на мембраната, причинявайки замърсяване на мембраната и превръщайки се в основния остатъчен органичен вещество в отпадъчните води.
Междувременно характеристиките и съставът на SMP също се влияят от няколко работни параметъра.
Като цяло, тенденцията на замърсяване на SMP на мембраната в MBR намалява с увеличаване на MLSS, намаляване на органичното натоварване и увеличаване на разтворения кислород.
2)MLSS концентрация на суспендирани твърди вещества в смесена течност
Концентрацията на MLSS пряко влияе върху вискозитета на сместа, повишаването на вискозитета е основната причина за намаляването на ефективността на филтриране на сместа, причинено от повишаването на MLSS, ако грешната скорост на потока или силата на аериране не е достатъчна, за да отмие твърдите вещества, прикрепени към повърхността на мембраната, скоро ще предизвика генериране на слой замърсяване.
3) Вискозитет
Вискозитетът на смесения алкохол се влияе от MLSS. Когато концентрацията на MLSS е по-висока от критичната стойност, вискозитетът нараства експоненциално с увеличаването на концентрацията на твърди вещества.
В MBR с кухи влакна вискозитетът на сместа влияе върху размера на мехурчетата и гъвкавостта на мембраната от влакна в реактора. В допълнение, повишеният вискозитет намалява ефективността на преноса на DO на разтворения кислород, а ниската концентрация на разтворен кислород увеличава тенденцията за замърсяване на мембраната.
4) Хидрофилност и хидрофобност на утайките
Резултатите от много изследвания показват, че хидрофилната разтворена органична материя в утайките играе отрицателна роля при появата на замърсяване на мембраната. Установено е обаче, че силно хидрофобната флокулирана утайка може също да причини замърсяване на мембраната.
Както хидрофобността, така и повърхностният заряд на утайката са свързани със състава и природата на извънклетъчните полимери и индекса на растеж на нишковидните бактерии. Свръхрастежът на филаментозни бактерии генерира голямо количество, което намалява електрическия потенциал, неправилната форма на флокулираната утайка и увеличаването на хидрофобността, което води до сериозно замърсяване на мембраната.
5) Размер на частиците на утайката
Намаляването на мембранния поток се причинява главно от частиците около 2 um. Най-общо казано, колкото по-малък е размерът на частиците, толкова по-лесно частиците се отлагат върху повърхността на мембраната и колкото по-плътен е образуваният слой на отлагане, толкова по-малка е пропускливостта, така че малкият размер на частиците ще влоши замърсяването на мембраната.
6) Индекс на утаяване на утайки SVI
Въпреки че няма пряк ефект върху замърсяването на мембраната, индексът на утаяване на утайката (SVI) може да отразява утаяването на органични вещества в сместа.
Понастоящем органичните вещества, които не могат да се утаят, като колоиди, разтворена органична материя, обикновено се считат за основните замърсители на мембраната.
2,Условия на работа на процеса MBR
Работните условия пряко или косвено влияят върху замърсяването на мембраната и естеството и състава на утайката.
1) Време на задържане на утайката (SRT)
Практическите резултати показват, че увеличаването на SRT може да намали производството на SMP и EPS и степента на замърсяване на мембраната ще бъде намалена.
Прекомерно дългото SRT обаче може да доведе до висока концентрация на утайка, което също води до прекомерен вискозитет и засяга преноса на маса и хидродинамиката на реактора, което води до по-сериозно замърсяване на мембраната. SRT за мембранни биореактори при общо пречистване на битови отпадъчни води е 5-20 дни.
2) Хидравлично време на задържане (HRT)
Въпреки че ХЗТ няма пряк ефект върху замърсяването на мембраната, краткото ХЗТ ще осигури повече хранителни вещества на микроорганизмите и ще ги накара да растат бързо, което води до по-висока концентрация на MLSS и увеличен поток, което ще увеличи възможността за замърсяване на мембраната.
3) Температура и pH
Сравнявайки температурата на различните сезони, лесно е да се установи, че обратимото замърсяване е по-сериозно в периода на ниска температура, а необратимото замърсяване се развива по-бързо в периода на висока температура.
Работният обхват на pH на MBR обикновено е 6-9, извън обхвата нитрифициращите бактерии в реактора ще бъдат бързо намалени, което ще доведе до инхибиране на нитрификацията. Когато pH е по-високо от критичната си стойност, замърсяването на мембраната е бързо, а когато температурата се повиши, максимално допустимото pH намалява.
4) Разтворен кислород (DO)
Ниската концентрация на разтворен кислород ще намали клетъчната хидрофобност и ще причини разлагане на утайки, а когато DO е по-нисък от 1 mg/l, съдържанието на SMP рязко се повишава. Разтвореният кислород също влияе върху състава на EPS и SMP, а в системите с висок DO MBR съотношението на протеини и полизахариди се увеличава и съставът на микробната общност е много различен.
5) Мембранни потоци
За всички мембранни процеси, повишените потоци могат да причинят повишено замърсяване на мембраната.
Балансирането на избора на флюс с минимизиране на площта на мембраната, обратно промиване и интервали на химическо почистване също имат пряко въздействие върху оперативните разходи.
6) Разпределен дебит и аерация
В биореакторите с разделена мембрана CFV е един от методите за бърза промяна на пропускливостта на мембраната.
В системи с мембрани с висока концентрация и малък размер на порите, увеличаването на CFV може да облекчи отлагането на замърсители върху повърхността на мембраната. Въпреки това, за относително големи прахови частици от смесена течност, усилването на CFV няма никакъв или дори обратен ефект върху повишаването на потока.
Аерирането играе много важна роля в процеса на потопен MBR: a, осигуряване на разтворен кислород чрез аериране за нормален растеж и метаболизъм на микроорганизмите в утайката; b, играейки разбъркваща роля за суспендиране на утайката и пълното й смесване в смесения разтвор; c, разхлабване на мембранните нишки на мембранния модул с кухи влакна и генериране на сили на срязване върху повърхността на мембраната, за да се намали отлагането на замърсители върху повърхността на мембраната и да се предотврати генерирането на замърсяване на мембраната до известна степен.
3,Естеството на мембраната и структурата на мембранния компонент
1) Размер на порите на мембраната
Мембрана с малък размер на порите, лесна за задържане на замърсителите в разтвора и създаване на отложен слой върху повърхността на мембраната, така че устойчивостта на мембраната се увеличава. Този тип замърсяване обикновено е обратимо замърсяване, може да бъде отстранено чрез грешен поток, обратно промиване, аерация и други физически средства, вътрешното замърсяване е малко.
Мембрана с голям размер на порите, запушването на порите на мембраната е по-сериозно в ранния етап на филтриране, с образуването на динамична мембрана на повърхността, ефектът на задържане започва да се подобрява. Но замърсителите лесно се отлагат и запушват на повърхността и вътре в порите на мембраната, образувайки необратимо замърсяване или дори невъзстановимо замърсяване, което се превръща в основния фактор, причиняващ влошаване на производителността на мембраната и намаляване на живота при дългосрочна работа.
2) Мембранни материали
За замърсяването на различни мембранни материали в анаеробни MBR, тенденцията на замърсяване на мембраната от поливинилиден флуорид (PVDF) е значително по-малка от тази на полисулфон (PS) и целулозни мембрани при същите условия на работа.
Струва си да се спомене, че съставът на необратимите замърсители зависи от материала на мембраната, когато в органичната фракция на активната утайка присъстват полимери, подобни на материала на мембраната.
3) Степен на грапавост на повърхността на мембраната
Увеличаването на грапавостта на повърхността на мембраната увеличава възможността за адсорбция на замърсители върху повърхността на мембраната, но също така увеличава степента на деформация на повърхността на мембраната, което възпрепятства отлагането на замърсители върху повърхността на мембраната, така че ефектът на грапавостта върху мембранния поток е резултат от комбинация от двата фактора.
4) Хидрофобност
Хидрофобността на мембранния материал също има важно влияние върху замърсяването на мембраната, сравнявайки хидрофобни и хидрофилни ултрафилтрационни мембрани, се заключава, че повърхността на хидрофобната ултрафилтрационна мембрана е по-вероятно да адсорбира разтворени вещества и показва по-голяма склонност към замърсяване.
Понастоящем повечето от начините за промяна на хидрофобността на мембраната са модификации на мембранните материали. Като промяна на размера на порите, грапавост на повърхността на мембраната, добавяне на неорганични материали за образуване на динамично предварително покритие върху повърхността на мембраната и др.
4,Мерки за контрол на замърсяването на мембраната
Основните фактори за образуване на замърсяване на мембраната са: присъщата природа на мембраната, естеството на сместа и работната среда на системата, контролът и разрешаването на замърсяването на мембраната също трябва да предприеме съответните мерки от тези три аспекта.
(1) Присъщата природа на мембраната
Физическите и химичните свойства на мембраната се определят от материала на мембраната, а способността за предотвратяване на замърсяването на мембраната в сместа е свързана с нейния материал. Доказано е, че хидрофилността на мембраната има много важен ефект върху способността за предотвратяване на замърсяването. Сред органичните мембранни материали някои са хидрофилни материали като PAN и повечето са хидрофобни материали като PVDF, PE, PS и т.н. Хидрофобните органични материали трябва да бъдат модифицирани хидрофилно, когато се прилагат, и поради разликата в процеса на модификация, загубата на хидрофилност в процеса на използване ще бъде бързо и бавно.
В допълнение, способността на мембраната срещу замърсяване също е свързана с грапавостта на повърхността на мембраната, повърхностния заряд на мембраната, размера на порите на мембраната и т.н. Най-общо казано, способността на мембраната срещу замърсяване може да бъде подобрена чрез избор на мембранни материали с по-добра хидрофилност, подобряване на грапавостта на повърхността на мембраната, като изберете мембранни материали със същия потенциал като сместа и подходящ размер на порите на мембраната.
Неорганични мембрани като керамични мембрани: алуминиев оксид, силициев карбид, титанов оксид, циркониев оксид и др. Като суровини, високотемпературно синтероване, в потока, здравина, химическа стабилност, удобство от органичните мембрани имат очевидни предимства.
(2) Естеството на смесената течност
Замърсяването на мембраната до голяма степен е резултат от взаимодействието между мембраната и сместа. Характерът на сместа включва концентрация и вискозитет на утайката, разпределение на частиците, концентрация на разтворени органични вещества, концентрация на микробен метаболит и др.
Когато концентрацията на утайката е ниска, способността за адсорбция и разграждане на утайката на органичната материя е недостатъчна, концентрацията на органична материя в сместа се увеличава, запушването на порите на мембраната е сериозно и концентрацията на разтвореното вещество върху повърхността на мембраната е значително увеличена поради концентрацията на поляризация на концентрацията, която е лесна за образуване на гел слой, което води до повишена устойчивост на филтриране; когато концентрацията на утайката е по-висока от определена стойност, концентрацията на EPC се увеличава, вискозитетът на утайката нараства бързо и вискозитетът оказва влияние върху мембранния поток и размера на мехурчетата в сместа, а утайката Лесно се отлага върху повърхността на мембраната и образуват по-дебел слой утайка. Обикновено се смята, че има критична стойност на концентрацията на утайката, когато концентрацията на утайката е по-висока от тази стойност, мембранният поток ще бъде неблагоприятно повлиян, така че концентрацията на утайката може да бъде избрана така, че да контролира ефективно замърсяването на мембраната в рамките на подходящ диапазон. Разширяването на утайката и фината утайка могат да причинят сериозно замърсяване на мембраната.
Влиятелното качество на водата на процеса MBR също има по-голямо въздействие върху компонентите на сместа, което изисква определена степен на предварителна обработка, като косми и боклуци, които ще се увият около шаблона, което ще накара мембранния модул да натрупа кал и по този начин да доведе до мембрана замърсяване, което трябва да бъде отстранено от различни фини мембранни решетки преди да влезе в аеробен биохимикал; кал и пясък и други твърди частици могат да повредят мембранните нишки, които трябва да бъдат отстранени от мивката за пясък; масло причинява непочистимо замърсяване на мембранните нишки. замърсяване, което трябва да бъде премахнато повече от изискванията чрез маслоуловител, въздушна флотация и др.; неорганични вещества: могат да се утаят върху повърхността на мембраната, образувайки лющене, блокирайки порите на мембраната. Може да се контролира чрез флокулация и утаяване или регулиране на pH, за да се предотврати утаяването му. Други характерни замърсители, които оказват влияние върху мембраната, като органични разтворители, повърхностно активни вещества, пеногасители, PAM, твърдост, алкалност и температура, трябва да се обърнат специално внимание в специфични случаи.
(3) Работна среда на системата
a.Подкритичен поток
Критичният поток се дефинира като съществуването на такъв поток, че когато потокът е по-голям от тази стойност, TMP се увеличава значително, докато когато потокът е по-малък от тази стойност, TMP остава стабилен. Тази концепция може да ни помогне да намерим референтна точка между максимизирането на мембранния поток и ефективния контрол на замърсяването на мембраната. При действителната работа на мембранните модули работният поток над критичния поток се нарича работа на свръхкритичен поток, а работният поток под критичния поток се нарича работа на подкритичен поток. На практика трябва да се избере подходящият работен поток. Тази стойност на работния поток е в подкритичния диапазон и понякога работният поток е само около 50% от критичния поток. Разбира се, замърсяването на мембраната в дълготраен MBR, дори при подкритичен режим на работа на потока, има постепенно увеличение на TMP.
b.Разумна аерация
В MBR целта на аерирането е не само да доставя кислород на микроорганизмите, но и да накара издигащите се мехурчета и генерирания от тях смущаващ воден поток да почисти повърхността на мембраната и да спре агрегацията на утайки, за да поддържа мембранния поток стабилен. В същото време ефектът на трептене, генериран от сблъсъка между мехурчета и мембранни влакна, дори кара мембранните влакна да се търкат едно в друго, което може да ускори отделянето на утайки от повърхността на мембраната и да улесни смекчаването на замърсяването на мембраната. Когато аерацията е твърде голяма, това ще доведе до намаляване на размера на частиците на мембранния повърхностен депозит, което прави структурата на филтърната утайка по-плътна, като по този начин увеличава съпротивлението на мембранната филтрация; напротив, когато аерацията е твърде малка, смущението ще бъде отслабено и замърсяването ще се влоши, така че трябва да се избере подходящата аерация.
c.Редуване на работа и спиране
Съгласно 3-етапната теория на мембранното замърсяване, образуването на замърсяване върху повърхността на мембраната изисква процес. Първо, замърсителите ще се адсорбират, отлагат и натрупват върху повърхността на мембраната. Режимът на работа на периодично изпомпване има за цел да възстанови производителността на мембранната филтрация чрез периодично спиране на мембранната филтрация, така че утайката, отложена върху повърхността на мембраната, да може да бъде изместена от повърхността на мембраната от силата на срязване, причинена от аерация и воден поток. Обикновено, колкото по-дълго е времето за изпомпване, толкова по-голямо е натрупването на суспендирани твърди вещества върху повърхността на мембраната; колкото по-дълго е времето за спиране, толкова по-пълно ще падне утайката, отложена върху повърхността на мембраната, и толкова повече може да се възстанови ефективността на мембранната филтрация. По принцип алтернативният метод на работа и спиране трябва да се определи в съответствие с препоръката на производителя на мембраната и действителната работа на проекта, за да отговаря на собствените си характеристики.
