Por: Sunny Wu(Kate@aquasust.com)
Data de postagem: 13 de junho de 2022
Tags de postagem:Por que a membrana MBR é fácil de sujar e a retrolavagem on-line é inútil?O que podemos fazer?
O MBR tem sido amplamente utilizado no tratamento de águas residuais porque o MBR substitui o tanque de sedimentação secundário, o que pode garantir o SS do efluente e a alta concentração de lodo e economizar muitas águas residuais na operação de alguns problemas, mas o problema de contaminação da membrana também tem preocupado o desenvolvimento e operação do MBR! Então, em resposta a esses problemas, o que exatamente os operadores de MBR devem fazer para encontrar rapidamente a causa raiz da contaminação da membrana e dar golpes precisos como forma de reduzir a frequência de limpeza?
Conteúdo da tabela:
1. O que é contaminação de membrana?
2. Quais são os tipos de contaminação da membrana?
3. A influência dos fatores de contaminação da membrana.
一,O que é contaminação da membrana?
A contaminação da membrana geralmente se refere ao processo de adsorção e agregação de substâncias da mistura na superfície da membrana (externa) e dentro dos poros da membrana (interior), resultando no bloqueio dos poros da membrana e na redução da porosidade, causando a deterioração da membrana. fluxo e o aumento da pressão de filtração.
Na operação de filtração por membrana, moléculas de água e materiais finos passam continuamente através da membrana, enquanto alguns materiais são retidos pela membrana e bloqueiam os poros da membrana ou se depositam na superfície da membrana, causando contaminação da membrana. Pode-se dizer que a contaminação da membrana é causada pela retenção da membrana. A manifestação direta da contaminação da membrana é a diminuição do fluxo da membrana ou o aumento da pressão operacional.
Substratos nutricionais, colóides bacterianos, células microbianas, restos celulares, metabólitos microbianos (EPS, SMP) e várias substâncias orgânicas e inorgânicas dissolvidas presentes no sistema de mistura de lodo ativado contribuem para a contaminação da membrana.
O desenvolvimento da contaminação da membrana geralmente pode ser dividido em três estágios (há também 2-declarações de estágio).
(1) Contaminação inicial: Ocorre no estágio inicial quando o sistema de membrana é colocado em operação e a superfície da membrana interage fortemente com os colóides e matéria orgânica da mistura, e a contaminação se dá na forma de adesão, efeito de carga, e obstrução dos poros da membrana. Sob condições de filtração de fluxo escalonado, bioflocos finos ou polímeros extracelulares ainda podem aderir à superfície da membrana, enquanto substâncias menores que o tamanho dos poros da membrana serão adsorvidas nos poros da membrana e causarão contaminação da membrana através dos efeitos de concentração, precipitação de cristalização e crescimento e reprodução.
(2) Contaminação lenta: Inicialmente, a superfície da membrana é lisa e partículas grandes não são facilmente fixadas, principalmente por EPS, SMP, biocolóides e outras substâncias viscosas adsorvidas na superfície da membrana através de pontes de adsorção, aprisionamento de rede e outros efeitos para formar um camada de gel, resultando em um aumento lento na resistência à filtração por membrana, e o desempenho de retenção de poluentes na mistura será melhorado. A contaminação da camada de gel é inevitável e provoca o efeito de um lento aumento na resistência da membrana. Isto se manifesta como um aumento lento no TMP na operação de fluxo constante e uma queda lenta no fluxo no modo de pressão constante.
(3) Contaminação rápida: A camada de gel formada no estágio 2 é gradualmente densa com a deposição de contaminantes sob a ação da diferença contínua de pressão de filtração e fluxo de água permeável, levando à contaminação da membrana de mudança quantitativa para qualitativa, e os flocos no a mistura se acumula rapidamente na superfície da membrana e forma torta de filtro de lodo, e a diferença de pressão transmembrana aumenta rapidamente.
A contaminação da camada de gel é inevitável e provoca o efeito de um aumento lento na resistência da membrana. Isto se manifesta como um aumento lento no TMP na operação de fluxo constante e uma queda lenta no fluxo no modo de pressão constante. Uma vez que uma grande quantidade de flocos de lodo é depositada na superfície da membrana e uma camada de torta de lodo é formada, o sistema é basicamente incapaz de operar normalmente. as principais considerações para o processo de operação e manutenção do MBR são retardar a contaminação da camada de gel (manter boas condições hidráulicas, limpeza in-situ, controlar a taxa de desenvolvimento de contaminação da membrana e estender o tempo de operação de contaminação lenta) e controlar o lodo contaminação da camada de bolo (contaminação rápida).
2,WQuais são os tipos de contaminação da membrana?
(1) Classificação de acordo com a composição dos contaminantes
a.Contaminação orgânica
Vem principalmente de substâncias orgânicas macromoleculares (polissacarídeos, proteínas, etc.), ácidos húmicos, flocos microbianos, restos celulares, etc. Entre eles, a matéria orgânica dissolvida SMP e EPS são responsáveis por 26%-52% da contaminação da membrana, embora a proporção seja muito baixa para MLSS. O crescimento microbiano e a adsorção dentro dos poros da membrana e na superfície da membrana também são fatores importantes para a contaminação da membrana.
b.Contaminação inorgânica
Formado por sais metálicos, ação de ponte de íons de sal inorgânico. A poluição inorgânica comum da membrana é principalmente substâncias incrustantes de carbonato, sulfato e silicato de cálcio, magnésio, ferro e silício, entre as quais carbonato de cálcio, sulfato de cálcio e hidróxido de magnésio são mais.
(2) Classificação de acordo com a natureza dos poluentes
Poluição reversível (poluição temporária): pode ser removida através de certas medidas hidráulicas para remover a poluição da membrana; como a retrolavagem com água limpa, a agitação de aeração pode ser removida.
Poluição irreversível (poluição de longo prazo): não pode ser removida por medidas de limpeza hidráulica para remover a poluição da membrana, pode ser removida por limpeza com oxidantes, ácidos, álcalis, agentes redutores, etc.
Reversível e irreversível, ambos podem ser eliminados. Qualquer meio de limpeza que não possa ser lavado é chamado de poluição irrecuperável.
(3) Classificação de acordo com a localização dos contaminantes
O material da mistura é adsorvido, concentrado e cristalizado nos poros da membrana, e a formação de poluição interna é chamada de poluição interna; a formação de agregação e deposição na superfície da membrana é chamada de poluição externa.
3,Ta influência dos fatores de contaminação da membrana
1. características da mistura de lodo
A fonte de contaminantes da membrana no biorreator de membrana é a mistura de lodo ativado, e a poluição da membrana pela mistura de lodo é extremamente complicada.
1)EPS e SMP
O polímero extracelular (EPS) e os produtos microbianos dissolvidos (SMP) são ambos metabólitos microbianos com aproximadamente a mesma composição e têm um impacto importante e complexo na contaminação da membrana e são os poluentes mais importantes no processo MBR.
Uma concentração demasiado elevada de EPS aumentará a viscosidade da mistura, o que não conduz à difusão do oxigénio dissolvido, dificultando a oxigenação do sistema de lamas, afectando assim as actividades fisiológicas normais do colóide bacteriano e aumentando assim a resistência à filtração da membrana. Embora um conteúdo de EPS muito baixo causará a decomposição de flocos, o que será prejudicial à operação do MBR.
Portanto, existe um valor ótimo de EPS que torna a estrutura do floco estável e não causa alta tendência de contaminação da membrana.
Verificou-se que a maioria dos SMPs possuem pesos moleculares inferiores a 1 KDa e superiores a 10 KDa, e a matéria orgânica dissolvida de pequeno peso molecular, ao passar pela membrana, tende a obstruir os poros da membrana, causando contaminação da membrana e tornando-se o principal resíduo orgânico matéria no efluente.
Entretanto, as características e a composição do SMP também são afetadas por vários parâmetros operacionais.
Em geral, a tendência de contaminação por SMP para a membrana no MBR diminui com o aumento do MLSS, diminuindo a carga orgânica e aumentando o oxigênio dissolvido.
2)Concentração MLSS de sólidos suspensos em licor misto
A concentração de MLSS afeta diretamente a viscosidade da mistura, o aumento da viscosidade é a principal razão para o declínio no desempenho de filtração da mistura causado pelo aumento do MLSS, se a taxa de fluxo ou força de aeração errada não for suficiente para eliminar os sólidos ligados a a superfície da membrana, em breve causará a geração de uma camada de poluição.
3) Viscosidade
A viscosidade do licor misto é influenciada pelo MLSS. Quando a concentração de MLSS é superior ao valor crítico, a viscosidade aumenta exponencialmente com o aumento da concentração de sólidos.
No MBR de fibra oca, a viscosidade da mistura afeta o tamanho da bolha e a flexibilidade da membrana da fibra no reator. Além disso, o aumento da viscosidade diminui a eficiência de transferência de OD do oxigênio dissolvido, e a baixa concentração de oxigênio dissolvido aumenta a tendência de contaminação da membrana.
4) Hidrofilicidade e hidrofobicidade do lodo
Os resultados de muitos estudos mostraram que a matéria orgânica hidrofílica dissolvida no lodo desempenha um papel negativo na ocorrência de contaminação da membrana. Contudo, também se descobriu que lamas floculadas altamente hidrofóbicas também podem causar contaminação da membrana.
Tanto a hidrofobicidade quanto a carga superficial do lodo estão relacionadas à composição e natureza dos polímeros extracelulares e ao índice de crescimento de bactérias filamentosas. O crescimento excessivo de bactérias filamentosas gera grande quantidade, o que diminui o potencial elétrico, o formato irregular do lodo floculado e o aumento da hidrofobicidade, levando à grave contaminação da membrana.
5) Tamanho das partículas de lodo
A diminuição do fluxo da membrana é causada principalmente pelas partículas em torno de 2um. De um modo geral, quanto menor o tamanho das partículas, mais facilmente as partículas são depositadas na superfície da membrana, e quanto mais densa a camada de deposição formada, menor a permeabilidade, de modo que o pequeno tamanho das partículas agravará a poluição da membrana.
6) Índice de sedimentação de lodo SVI
Embora não haja efeito direto na contaminação da membrana, o índice de sedimentação de lodo (SVI) pode refletir a sedimentação de substâncias orgânicas na mistura.
Atualmente, as substâncias orgânicas que não podem ser sedimentadas, como os colóides, matéria orgânica dissolvida, são geralmente consideradas os principais contaminantes da membrana.
2,Condições operacionais do processo MBR
As condições operacionais afetam direta ou indiretamente a contaminação da membrana e a natureza e composição do lodo.
1) Tempo de retenção de lodo (SRT)
Os resultados práticos mostram que o aumento do SRT pode reduzir a produção de SMP e EPS, e a taxa de contaminação da membrana será reduzida.
No entanto, um SRT excessivamente longo pode levar a uma elevada concentração de lamas, o que também provoca uma viscosidade excessiva e afecta a transferência de massa e a hidrodinâmica do reactor, levando a uma contaminação mais grave da membrana. O SRT para biorreatores de membrana no tratamento geral de águas residuais municipais é de 5-20 dias.
2) Tempo de retenção hidráulica (TRH)
Embora a TRH não tenha efeito direto na contaminação da membrana, a TRH curta fornecerá mais nutrientes aos microrganismos e os fará crescer rapidamente, resultando em maior concentração de MLSS e aumento do fluxo, o que aumentará a possibilidade de contaminação da membrana.
3) Temperatura e pH
Comparando a temperatura das diferentes estações, é fácil descobrir que a poluição reversível é mais grave no período de baixa temperatura e a poluição irreversível desenvolve-se mais rapidamente no período de alta temperatura.
A faixa de pH operacional do MBR é geralmente 6-9, fora da faixa, as bactérias nitrificantes no reator serão rapidamente reduzidas, resultando na inibição da nitrificação. Quando o pH é superior ao seu valor crítico, a contaminação da membrana é rápida e, quando a temperatura aumenta, o pH máximo permitido diminui.
4) Oxigênio dissolvido (DO)
Uma baixa concentração de oxigênio dissolvido reduzirá a hidrofobicidade celular e causará a decomposição de flocos de lodo, e quando o OD for inferior a 1mg/l, o conteúdo de SMP aumenta acentuadamente. O oxigênio dissolvido também afeta a composição do EPS e do SMP, e em sistemas MBR com alto teor de OD, a proporção de proteínas e polissacarídeos aumenta e a composição da comunidade microbiana é muito diferente.
5) Fluxos de membrana
Para todos os processos de membrana, fluxos elevados podem causar maior contaminação da membrana.
Equilibrar a escolha do fluxo com a minimização da área da membrana, os intervalos de retrolavagem e limpeza química também têm um impacto direto nos custos operacionais.
6) Vazão e aeração escalonadas
Em biorreatores de membrana dividida, o CFV é um dos métodos para alterar rapidamente a permeabilidade da membrana.
Em sistemas com membranas de alta concentração e poros pequenos, o aumento do CFV pode aliviar a deposição de contaminantes na superfície da membrana. No entanto, para partículas de licor misto relativamente grandes, o aumento do CFV não tem efeito ou tem mesmo efeito oposto na elevação do fluxo.
A aeração desempenha um papel muito importante no processo de MBR submerso: a, fornecendo oxigênio dissolvido através da aeração para o crescimento e metabolismo normais de microrganismos no lodo; b, desempenhando um papel agitador para suspender o lodo e misturá-lo totalmente na solução misturada; c, afrouxando os filamentos da membrana do módulo de membrana de fibra oca e gerando forças de cisalhamento na superfície da membrana para reduzir a deposição de poluentes na superfície da membrana e evitar até certo ponto a geração de contaminação da membrana.
3,A natureza da membrana e da estrutura dos componentes da membrana
1) Tamanho dos poros da membrana
Membrana de poro pequeno, fácil de reter os contaminantes na solução, e produzir uma camada depositada na superfície da membrana, aumentando a resistência da membrana. Este tipo de poluição é geralmente poluição reversível, pode ser removida através do fluxo errado, retrolavagem, aeração e outros meios físicos, a poluição interna é pequena.
Membrana de poros grandes, o entupimento dos poros da membrana é mais grave na fase inicial da filtração, com a formação de uma membrana dinâmica na superfície, o efeito de retenção começa a melhorar. Mas os poluentes são facilmente depositados e obstruídos na superfície e dentro dos poros da membrana, formando poluição irreversível ou mesmo poluição não recuperável, o que se torna o principal fator que causa degradação do desempenho da membrana e redução da vida útil na operação a longo prazo.
2) Materiais de membrana
Para a contaminação de diferentes materiais de membrana em MBR anaeróbico, a tendência de contaminação da membrana de fluoreto de polivinilideno (PVDF) é significativamente menor do que a das membranas de polissulfona (PS) e de celulose nas mesmas condições operacionais.
Vale ressaltar que a composição dos contaminantes irreversíveis depende do material da membrana quando polímeros semelhantes ao material da membrana estão presentes na fração orgânica do lodo ativado.
3) Grau de rugosidade da superfície da membrana
O aumento da rugosidade da superfície da membrana aumenta a possibilidade de adsorção de contaminantes na superfície da membrana, mas também aumenta o grau de deflexão da superfície da membrana, o que dificulta a deposição de contaminantes na superfície da membrana, de modo que o efeito da rugosidade no fluxo da membrana é o resultado de uma combinação de ambos os fatores.
4) Hidrofobicidade
A hidrofobicidade do material da membrana também tem uma influência importante na contaminação da membrana, comparando membranas de ultrafiltração hidrofóbicas e hidrofílicas, conclui-se que a superfície da membrana de ultrafiltração hidrofóbica tem maior probabilidade de adsorver substâncias dissolvidas e apresenta maior tendência à contaminação.
Atualmente, a maioria das maneiras de alterar a hidrofobicidade da membrana são modificações nos materiais da membrana. Como alterar o tamanho dos poros, rugosidade da superfície da membrana, adicionar materiais inorgânicos para formar um pré-revestimento dinâmico na superfície da membrana, etc.
4,Medidas de controle de contaminação da membrana
Os principais fatores para a formação de contaminação da membrana são: a natureza inerente da membrana, a natureza da mistura e o ambiente operacional do sistema, o controle e a solução da contaminação da membrana também devem tomar medidas correspondentes a partir destes três aspectos.
(1) A natureza inerente da membrana
As propriedades físicas e químicas da membrana são determinadas pelo material da membrana, e a capacidade antipoluição da membrana na mistura está relacionada ao seu material. Foi demonstrado que a hidrofilicidade da membrana tem um efeito muito importante na capacidade antipoluição. Entre os materiais de membrana orgânica, alguns são materiais hidrofílicos, como PAN, e a maioria são materiais hidrofóbicos, como PVDF, PE, PS, etc. Os materiais orgânicos hidrofóbicos devem ser modificados hidrofilicamente quando aplicados, e devido à diferença no processo de modificação, a perda da hidrofilicidade no processo de uso será rápida e lenta.
Além disso, a capacidade antipoluição da membrana também está relacionada à rugosidade da superfície da membrana, carga superficial da membrana, tamanho dos poros da membrana, etc. De um modo geral, a capacidade antipoluição da membrana pode ser melhorada escolhendo materiais de membrana com melhor hidrofilicidade, melhorando a rugosidade da superfície da membrana, escolhendo materiais de membrana com o mesmo potencial da mistura e tamanho de poro de membrana adequado.
Membranas inorgânicas, como membranas cerâmicas: alumina, carboneto de silício, óxido de titânio, óxido de zircônio, etc. como matérias-primas, sinterização em alta temperatura, no fluxo, resistência, conveniência de estabilidade química do que as membranas orgânicas têm vantagens óbvias.
(2) A natureza do líquido misturado
A contaminação da membrana é em grande parte o resultado da interação entre a membrana e a mistura. A natureza da mistura inclui concentração e viscosidade de lodo, distribuição de partículas, concentração de matéria orgânica dissolvida, concentração de metabólito microbiano, etc.
Quando a concentração de lodo é baixa, a capacidade de adsorção e degradação do lodo da matéria orgânica é insuficiente, a concentração de matéria orgânica na mistura aumenta, o bloqueio dos poros da membrana é grave e a concentração de soluto na superfície da membrana aumenta significativamente devido a a concentração de polarização de concentração, que é fácil de formar uma camada de gel, resultando em maior resistência à filtração; quando a concentração de lodo é superior a um determinado valor, a concentração de EPC aumenta, a viscosidade do lodo cresce rapidamente e a viscosidade tem impacto no fluxo da membrana e no tamanho das bolhas na mistura, e o lodo é fácil de depositar em a superfície da membrana e formar uma camada de lama mais espessa. Acredita-se geralmente que existe um valor crítico de concentração de lodo, quando a concentração de lodo é superior a este valor, o fluxo da membrana será afetado adversamente, de modo que a concentração de lodo pode ser escolhida para controlar eficazmente a contaminação da membrana dentro de uma faixa adequada. A expansão do lodo e os finos do lodo podem causar séria contaminação da membrana.
A qualidade da água influente do processo MBR também tem um impacto maior nos componentes da mistura, o que requer um certo grau de pré-tratamentos, como cabelos e materiais de lixo se enrolarão no padrão, fazendo com que o módulo da membrana acumule lama e, assim, levando à membrana contaminação, que precisa ser removida por diferentes grades de membranas finas antes de entrar na bioquímica aeróbica; lama, areia e outras partículas duras podem danificar os filamentos da membrana, que precisam ser removidos pelo coletor de areia; o óleo causa contaminação imprópria para os filamentos da membrana. poluição, mais do que os requisitos precisam ser removidos por armadilha de óleo, flutuação de ar, etc.; substâncias inorgânicas: podem precipitar na superfície da membrana, descamando, bloqueando os poros da membrana. Pode ser controlado por floculação e precipitação ou ajuste de pH para evitar sua precipitação. Outros contaminantes característicos que impactam a membrana, como solventes orgânicos, surfactantes, antiespumantes, PAM, dureza, alcalinidade e temperatura, devem receber atenção especial em casos específicos.
(3) Ambiente operacional do sistema
a.Fluxo subcrítico
O fluxo crítico é definido como a existência de fluxo tal que quando o fluxo é maior que este valor, o TMP aumenta significativamente, enquanto quando o fluxo é menor que este valor, o TMP permanece estável. Este conceito pode nos ajudar a encontrar um ponto de referência entre a maximização do fluxo da membrana e o controle eficaz da contaminação da membrana. Na operação real dos módulos de membrana, o fluxo operacional acima do fluxo crítico é referido como operação de fluxo supercrítico, e o fluxo operacional abaixo do fluxo crítico é referido como operação de fluxo subcrítico. Na prática, o fluxo operacional apropriado deve ser selecionado. Este valor de fluxo operacional está na faixa subcrítica e, às vezes, o fluxo operacional é apenas cerca de 50% do fluxo crítico. É claro que a contaminação da membrana em um MBR de longa duração, mesmo com o modo de operação de fluxo subcrítico, apresenta um aumento gradual no TMP.
b.Aeração razoável
No MBR, o objetivo da aeração não é apenas fornecer oxigênio aos microrganismos, mas também fazer com que as bolhas ascendentes e o fluxo de água perturbador gerado limpem a superfície da membrana e interrompam a agregação de lodo para manter o fluxo da membrana estável. Ao mesmo tempo, o efeito de tremulação gerado pela colisão entre bolhas e fibras da membrana faz com que as fibras da membrana esfreguem umas contra as outras, o que pode acelerar a eliminação de sedimentos superficiais da membrana e facilitar a mitigação da poluição da membrana. Quando a aeração é muito grande, fará com que o tamanho das partículas do depósito superficial da membrana diminua, tornando a estrutura da torta de filtro mais densa, aumentando assim a resistência à filtração da membrana; pelo contrário, quando o arejamento é demasiado pequeno, a perturbação será enfraquecida e a poluição agravada, pelo que deve ser escolhido o arejamento adequado.
c.Alternância de operação e parada
De acordo com a teoria dos 3-estágios de contaminação da membrana, a formação de contaminação na superfície da membrana requer um processo. Primeiro, os contaminantes serão adsorvidos, depositados e acumulados na superfície da membrana. O modo de operação de bombeamento intermitente visa restaurar o desempenho da filtração por membrana, interrompendo a filtração por membrana periodicamente para que o lodo depositado na superfície da membrana possa ser desalojado da superfície da membrana pela força de cisalhamento causada pela aeração e fluxo de água. Geralmente, quanto maior o tempo de bombeamento, maior será o acúmulo de sólidos em suspensão na superfície da membrana; quanto maior o tempo de parada, mais completamente o lodo depositado na superfície da membrana cairá e mais o desempenho da filtração da membrana poderá ser recuperado. Em princípio, a operação alternativa e o método de parada devem ser determinados de acordo com a recomendação do fabricante da membrana e a operação real do projeto para atender às suas próprias características.
