لماذا تكون أغشية MBR عرضة للتقشر وكيفية التعامل معه

لماذا تتوسع غشاء MBR بسهولة، ويتطلب تنظيف كل بضعة أشهر، حتى عندما يكون الغسل الخلفي عبر الإنترنت غير فعال؟

وقد تم تطبيق تكنولوجيا MBR (المفاعل الحيوي الغشاء) على نطاق واسع ونجاح في معالجة مياه الصرف الصحي.يضمن MBR جودة الصرف الصحي العالية وتركيز الوحل العالي، مما يقلل من العديد من الصداع التشغيلي لموظفي معالجة مياه الصرف الصحي. ومع ذلك، كان تلوث الغشاء دائما تحديا لتطوير وتشغيل أنظمة MBR.كيف يمكن لمشغلي MBR تحديد أسباب تلوث الغشاء بسرعة ومعالجتها بفعالية للحد من تواتر التنظيف?

تعريف تلوث الغشاء

يشير تلوث الغشاء عادة إلى العملية التي تتراكم فيها المواد الموجودة في السائل المختلط وتمتص على سطح الغشاء (خارج) وداخل مسام الغشاء (داخل).هذا يؤدي إلى انسداد المساميقلل من مسامية الغشاء و يسبب انخفاض في تدفق الغشاء و يزيد من ضغط التصفية

في عمليات تصفية الغشاء ، تمر جزيئات الماء والجسيمات الصغيرة باستمرار عبر الغشاء ، بينما يتم احتجاز بعض المواد من قبل الغشاء ،إغلاق المسام أو ترسب على سطح الغشاء، مما يؤدي إلى التلوث. في الأساس ، يحدث تلوث الغشاء نتيجة لتصفية الغشاء.المظهر المباشر لتلوث الغشاء هو انخفاض في تدفق الغشاء أو زيادة في ضغط التشغيل.

المواد الموجودة في السائل المختلط للطين المنشط، مثل المواد الغذائية، والحشرات الميكروبية، والخلايا الميكروبية، وشظايا الخلايا، والمنتجات الثانوية الأيضية (EPS، SMP)ومختلف المواد العضوية وغير العضوية المذابة، جميعهم يسهمون في تلوث الغشاء.

مراحل تلوث الغشاء

يتطور تلوث الغشاء بشكل عام في ثلاث مراحل (تشير بعض التصنيفات إلى مرحلتين):

1. التلوث الأولي:يحدث هذا في المراحل الأولى من تشغيل نظام الغشاء. تتفاعل أسطح الغشاء بقوة مع اللولويات والمواد العضوية ، وما إلى ذلك ، في السائل المختلط ، مما يسبب التلوث من خلال الالتصاق ،تأثيرات الشحن، انسداد المسام، الخ في ظروف تصفية التدفق المتقاطع ، لا تزال الفقاعات البيولوجية الصغيرة أو البوليمرات خارج الخلية تلتصق بسطح الغشاء ،في حين أن المواد الأصغر من حجم مسام الغشاء يمكن أن تمتص في المساممن خلال التركيز، التبلور، والنمو، يحدث التلوث.

2. التلوث البطيء:في البداية ، سطح الغشاء سلس ، والجسيمات الكبيرة لا تلتصق بسهولة. المواد الرئيسية للتلوث هي EPS و SMP والكولويديات البيولوجية ،التي تلتصق على سطح الغشاء وتشكل طبقة شبيهة بالجيلهذا يزيد من مقاومة التصفية ببطء، مما يعزز قدرة الغشاء على الاحتفاظ بالملوثات في السائل المختلط.يسبب زيادة تدريجية في مقاومة الغشاءفي عملية التدفق الثابت ، يظهر هذا على أنه زيادة بطيئة في TMP (ضغط عبر الغشاء) ، في حين أنه في وضع الضغط الثابت ، يؤدي إلى انخفاض بطيء في تدفق.

3. التلوث السريع:تصبح طبقة الهلام التي تتشكل في المرحلة الثانية أكثر دقة تحت ضغط التصفية المستمر وتدفق التسرب ، مما يتسبب في التلوث للانتقال من تدريجي إلى جذري.تتراكم كميات كبيرة من الطحالب بسرعة على سطح الغشاء، وتشكيل كعكة الوحل، والضغط عبر الغشاء يزيد بسرعة.

تلوث طبقة الهلام أمر لا مفر منه ويسبب زيادة تدريجية في مقاومة الغشاء. في عملية التدفق الثابت ، هذا واضح كزيادة تدريجية في TMP ، بينما في وضع الضغط الثابت ،تظهر كخفض بطيء في التدفقبمجرد أن تتراكم كميات كبيرة من قشور الوحل على سطح الغشاء ، وتشكل كعكة الوحل ، لا يمكن للنظام أن يعمل بشكل طبيعي.

التركيز الرئيسي خلال تشغيل وصيانة MBR هو تأخير تلوث طبقة الجل (من خلال الحفاظ على ظروف هيدروليكية جيدة ، التنظيف في الموقع ، السيطرة على معدل تطور التلوث الغشاء ،وتوسيع مرحلة التلوث البطيء) ومراقبة التلوث الكعك الوحل (التلوث السريع).

أنواع تلوث الغشاء

1. بناءً على تكوين مواد التلوث

   • التلوث العضوي:يأتي هذا بشكل أساسي من المواد العضوية الجزيئية الكبيرة (مثل السكريات، البروتينات) ، الأحماض الهيومية، الفقاقات الميكروبية، وشظايا الخلايا في الخمر المختلط.في حين أن المنتجات الميكروبية القابلة للذوبان (SMP) والمواد البوليمرية خارج الخلية (EPS) تمثل جزءًا صغيرًا من MLSS (المواد الصلبة المعلقة في السوائل المخلوطة)، فإنها تساهم بشكل كبير في تلوث الغشاء (26% - 52%).نمو وامتصاص الكائنات الدقيقة داخل مسام الغشاء وعلى سطح الغشاء يلعب أيضا دورا هاما في التلوث.

   • التلوث غير العضوي:هذا النتيجة من الأملاح المعدنية والأيونات غير العضوية التي تشكل الجسور، مثل الكالسيوم والمغنيسيوم والحديد والسيليكا، مما يؤدي إلى القياس، وخاصة كربونات الكالسيوم، كبريتات الكالسيوم،و هيدروكسيد المغنيسيوم.

2. بناء على طبيعة التلوث

   • التلوث العكسي (التلوث المؤقت):يمكن إزالة هذا النوع من التلوث من خلال تدابير هيدروليكية معينة، مثل الغسل الخلفي بالماء النظيف أو التهوية.

   • تلوث لا رجعة فيه (تلوث دائم):لا يمكن إزالة هذا التلوث باستخدام طرق التنظيف الهيدروليكية ويتطلب التنظيف بمواد كيميائية مثل المواد المأكسة والأحماض والقواعد أو العوامل المقللة.

   يمكن تنظيف كل من التلوث العكسي وغير العكسي ، ولكن التلوث العكسي ينطوي على تلف دائم لأداء الغشاء.

3. بناء على موقع التلوث

   • التلوث الداخلي:يحدث هذا عندما تتراكم المواد الموجودة في السائل المختلط وتبلور وتتجمع داخل مسام الغشاء.

   • التلوث الخارجي:يحدث هذا عندما تتجمع المواد وتستقر على سطح الغشاء.

العوامل التي تؤثر على تلوث الغشاء

1. خصائص الخمر المختلطة

   مصدر المواد الملوثة في أنظمة MBR هو السائل المختلط باللعاب النشطة الذي له خصائص معقدة تؤثر على التلوث:

   • EPS و SMP:EPS و SMP هي المنتجات الجانبية التمثيلية الميكروبية التي تلعب دورا حاسما ومعقدا في التلوث. EPS الزائدة تزيد من لزجة الخليط،مما يجعل انتشار الأكسجين صعباً ويؤثر على نشاط الفروق الميكروبي، مما يؤدي إلى زيادة مقاومة التصفية. إذا كانت مستويات EPS منخفضة جدًا ، فسيتحطم الطحالب ، مما يؤثر سلبًا على تشغيل MBR.

   • تركيز MLSS:يؤثر تركيز MLSS بشكل مباشر على لزجة السائل المختلط. مع زيادة MLSS ، تزداد الزخامة بشكل كبير ، مما يقلل من كفاءة التصفية.إذا كانت سرعة التدفق العرضي أو كثافة التهوية غير كافية لغسل المواد الصلبة المرتبطة بسطح الغشاء، سوف يحدث التلوث.

   • اللزوجة:تتأثر لزجة السائل المختلط بـ MLSS ولها تأثير مباشر على حجم الفقاعات ومرونة الغشاء ، وكذلك كفاءة نقل الأكسجين.يؤدي ارتفاع اللزوجة إلى زيادة ميل التلوث.

   • هيدروفوبيسيتي للطين:تشير الدراسات إلى أن هيدروفوبيسيتي الوحل يلعب دورًا مهمًا في تلوث الغشاء. يمكن أن تسبب هيدروفوبيسيتي عالية تلوثًا شديدًا.وخاصة عندما تؤدي البكتيريا الخيطية الزائدة إلى أشكال غير منتظمة للدقيق.

   • حجم الجسيمات من الوحل:الجسيمات الأصغر ، حوالي 2 ميكرون ، أكثر عرضة للإيداع على سطح الغشاء ، وتشكيل طبقات كثيفة وزيادة مقاومة التصفية.

   • سرعة استقرار الوحل (SVI):على الرغم من أن SVI لا يؤثر بشكل مباشر على التلوث ، إلا أنه يمكن أن يشير إلى خصائص الترسب للمواد العضوية في السائل المختلط.الكولويديات والمواد العضوية المذابة هي المساهمة الرئيسية في التلوث.

2. ظروف تشغيل MBR

   • وقت الاحتفاظ باللعاب (SRT):زيادة SRT يمكن أن تقلل من إنتاج SMP و EPS ، وبالتالي تقلل من التلوث. ومع ذلك ، يمكن أن يؤدي SRT الطويل بشكل مفرط إلى ارتفاع تركيزات الوحل ،زيادة اللزوجة وتفاقم التلوث.

   • وقت الاحتفاظ الهيدروليكي (HRT):على الرغم من أن العلاج بالهرمونات لا يؤثر بشكل مباشر على التلوث ، إلا أن العلاج بالهرمونات الأقصر يوفر المزيد من العناصر الغذائية للميكروبات ، مما يؤدي إلى نمو ميكروبي أسرع ، مما يمكن أن يزيد من إمكانية التلوث.

   • درجة الحرارة و الـ pH:تسبب درجات الحرارة المنخفضة تلوثًا قابلًا للإصلاح ، في حين أن درجات الحرارة العالية تسرع التلوث غير القابل للإصلاح. يعمل MBR عادةً في نطاق pH من 6 إلى 9 ؛ قد تمنع قيم pH القصوى البكتيريا النتراتية ،يسبب زيادة التلوث.

   • الأكسجين المذاب (DO):يزيد مستويات الـ DO المنخفضة من هيدروفوبيسية الخلايا الميكروبية ، مما يؤدي إلى تفكك طحالب الوحل. عندما تنخفض مستويات الـ DO إلى أقل من 1 ملغ / لتر ، ترتفع مستويات SMP بشكل حاد ، مما يفاقم التلوث.

   • تدفق الغشاء:يزيد تدفق الكهرباء من إمكانية التلوث في جميع عمليات الغشاء. يعد تحقيق التوازن بين تدفق الكهرباء ومساحة الغشاء وفترات الغسل الخلفي / التنظيف الكيميائي مفتاحًا للحد من التلوث.

3. خصائص الغشاء وهيكل وحدة الغشاء

   • حجم المسام:أغشية المسام الأصغر تميل إلى الاحتفاظ بملوثات أكثر، مما يخلق طبقات تلوث أكثر كثافة، والتي يصعب إزالتها.الغشاء المسام الأكبر قد يكون له انسداد أولي أعلى ولكن يشكل غشاء ديناميكي يمكن أن يحسن أداء التصفية بمرور الوقت.

   • مادة الغشاء:الأغشية الهيدروفوبية مثل PVDF، تميل إلى أن تكون أكثر عرضة للتلوث. الأغشية السيرامية، من ناحية أخرى،أكثر مقاومة للتلوث ولديها مزايا من حيث الاستقرار الكيميائي والقوة.

   • خشونة السطح:إن خشونة سطح الغشاء تزيد من قدرته على امتصاص الملوثات ولكنه يقدم أيضًا بعض المرونة ، مما يقلل من احتمال وجود الملوثات عالقة بشكل دائم.

   • الهيدروفوبيسية مقابل الهيدروفيلية:الغشاء المصنوع من المواد الهيدروفيلية عادة ما يكون لها مقاومة أفضل للتلوث.

تدابير مكافحة التلوث في الغشاء

يؤثر التلوث في المقام الأول على الخصائص المتأصلة للغشاء، وخصائص السائل المختلط، وظروف التشغيل.يجب أن تركز مكافحة التلوث على هذه الجوانب الثلاث:

1. خصائص الغشاء:اختر أغشية ذات هيدروفيلية أفضل وخامة السطح وحجم المسام المناسب لتعزيز مقاومة التلوث.أغشية السيراميك غالباً ما تكون خيارًا جيدًا لقوتها واستقرارها الكيميائي.

2. خصائص الخمر المختلطة:التحكم في تركيز MLSS ولزوجته ، وكذلك تكوين المواد العضوية وغير العضوية ، للحد من التلوث.خطوات المعالجة المسبقة مثل التصفية يمكن أن تزيل الجزيئات الكبيرة وتمنع الانسداد.

3. بيئة تشغيل النظام:استخدام تدفقات مناسبة للبقاء ضمن القيم دون الحرجة