एमबीआर झिल्ली में स्केलिंग की प्रवृत्ति क्यों होती है और इसे कैसे संभाला जाए

एमबीआर झिल्ली आसानी से क्यों बढ़ जाती हैं, जिसके लिए हर कुछ महीनों में सफाई की आवश्यकता होती है, भले ही ऑनलाइन बैकवॉशिंग अप्रभावी हो?

एमबीआर (मेम्ब्रेन बायो रिएक्टर) तकनीक का व्यापक और सफलतापूर्वक अपशिष्ट जल उपचार में उपयोग किया गया है। द्वितीयक अवसादन टैंक को बदलकर, एमबीआर उच्च प्रवाह गुणवत्ता और उच्च कीचड़ सांद्रता सुनिश्चित करता है, जिससे अपशिष्ट जल उपचार कर्मियों के लिए कई परिचालन सिरदर्द कम होते हैं। हालाँकि, झिल्ली फाउलिंग हमेशा एमबीआर सिस्टम के विकास और संचालन के लिए एक चुनौती रही है। तो, एमबीआर ऑपरेटर झिल्ली फाउलिंग के कारणों की तुरंत पहचान कैसे कर सकते हैं और सफाई की आवृत्ति को कम करने के लिए उन्हें प्रभावी ढंग से कैसे संबोधित कर सकते हैं?

झिल्ली फाउलिंग की परिभाषा

झिल्ली फाउलिंग आमतौर पर उस प्रक्रिया को संदर्भित करती है जिसमें मिश्रित शराब में मौजूद पदार्थ झिल्ली की सतह (बाहर) और झिल्ली के छिद्रों (अंदर) के अंदर जमा होते हैं और सोखते हैं। इससे छिद्र अवरुद्ध हो जाते हैं, सरंध्रता कम हो जाती है, झिल्ली प्रवाह में गिरावट आती है और निस्पंदन दबाव बढ़ जाता है।

झिल्ली निस्पंदन संचालन में, पानी के अणु और छोटे कण लगातार झिल्ली से गुजरते हैं, जबकि कुछ पदार्थों को झिल्ली द्वारा बरकरार रखा जाता है, जिससे छिद्र अवरुद्ध हो जाते हैं या झिल्ली की सतह पर जमा हो जाते हैं, जिससे फाउलिंग होती है। अनिवार्य रूप से, झिल्ली फाउलिंग झिल्ली निस्पंदन के परिणामस्वरूप होती है। झिल्ली फाउलिंग की प्रत्यक्ष अभिव्यक्ति झिल्ली प्रवाह में कमी या परिचालन दबाव में वृद्धि है।

सक्रिय कीचड़ मिश्रित शराब में मौजूद पदार्थ, जैसे पोषक तत्व, सूक्ष्मजीवों के गुच्छे, सूक्ष्मजीव कोशिकाएं, कोशिका के टुकड़े, चयापचय उप-उत्पाद (ईपीएस, एसएमपी), और विभिन्न कार्बनिक और अकार्बनिक घुलित पदार्थ, सभी झिल्ली फाउलिंग में योगदान करते हैं।

झिल्ली फाउलिंग के चरण

झिल्ली फाउलिंग आम तौर पर तीन चरणों में विकसित होती है (कुछ वर्गीकरण दो चरणों का उल्लेख करते हैं):

1. प्रारंभिक फाउलिंग:यह झिल्ली प्रणाली के संचालन के शुरुआती चरणों में होता है। झिल्ली की सतह मिश्रित शराब में मौजूद कोलाइड, कार्बनिक पदार्थ आदि के साथ दृढ़ता से संपर्क करती है, जिससे आसंजन, आवेश प्रभाव, छिद्र अवरुद्धता आदि के माध्यम से फाउलिंग होती है। क्रॉस-फ्लो निस्पंदन स्थितियों में, छोटे जैविक गुच्छे या एक्स्ट्रासेलुलर पॉलिमर अभी भी झिल्ली की सतह से चिपक जाते हैं, जबकि झिल्ली के छिद्र आकार से छोटे पदार्थ छिद्रों में सोख सकते हैं। सांद्रता, क्रिस्टलीकरण और वृद्धि के माध्यम से, फाउलिंग होती है।

2. धीमी फाउलिंग:प्रारंभ में, झिल्ली की सतह चिकनी होती है, और बड़े कण आसानी से चिपकते नहीं हैं। प्राथमिक फाउलिंग सामग्री ईपीएस, एसएमपी और जैविक कोलाइड हैं, जो झिल्ली की सतह पर सोखते हैं और एक जेल जैसी परत बनाते हैं। यह निस्पंदन प्रतिरोध को धीरे-धीरे बढ़ाता है, जिससे मिश्रित शराब में प्रदूषकों को बनाए रखने की झिल्ली की क्षमता बढ़ जाती है। जेल परत फाउलिंग अपरिहार्य है, जिससे झिल्ली प्रतिरोध में धीरे-धीरे वृद्धि होती है। निरंतर-प्रवाह संचालन में, यह टीएमपी (ट्रांसमेम्ब्रेन प्रेशर) में धीमी वृद्धि के रूप में दिखाई देता है, जबकि निरंतर-दबाव मोड में, यह प्रवाह में धीमी गिरावट का परिणाम होता है।

3. तेज़ फाउलिंग:दूसरे चरण में बनी जेल परत निरंतर निस्पंदन दबाव और पारगमन प्रवाह के तहत अधिक सघन हो जाती है, जिससे फाउलिंग धीरे-धीरे से गंभीर हो जाती है। बड़ी मात्रा में गुच्छे झिल्ली की सतह पर जल्दी से जमा हो जाते हैं, जिससे कीचड़ केक बनता है, और क्रॉस-मेम्ब्रेन दबाव तेजी से बढ़ता है।

जेल परत फाउलिंग अपरिहार्य है और झिल्ली प्रतिरोध में धीरे-धीरे वृद्धि का कारण बनती है। निरंतर-प्रवाह संचालन में, यह टीएमपी में क्रमिक वृद्धि के रूप में स्पष्ट है, जबकि निरंतर-दबाव मोड में, यह प्रवाह में धीमी गिरावट के रूप में प्रकट होता है। एक बार बड़ी मात्रा में कीचड़ के गुच्छे झिल्ली की सतह पर जमा हो जाते हैं, जिससे कीचड़ केक बनता है, तो सिस्टम सामान्य रूप से काम नहीं कर सकता है।

एमबीआर संचालन और रखरखाव के दौरान मुख्य ध्यान जेल परत फाउलिंग में देरी करना (अच्छी हाइड्रोलिक स्थितियों को बनाए रखकर, इन-सीटू सफाई, झिल्ली फाउलिंग विकास की दर को नियंत्रित करना, और धीमी फाउलिंग चरण का विस्तार करना) और कीचड़ केक फाउलिंग (तेज़ फाउलिंग) को नियंत्रित करना है।

झिल्ली फाउलिंग के प्रकार

1. फाउलिंग सामग्री की संरचना के आधार पर

   • कार्बनिक फाउलिंग:यह मुख्य रूप से मैक्रोमोलेक्यूलर कार्बनिक पदार्थों (जैसे पॉलीसेकेराइड, प्रोटीन), ह्यूमिक एसिड, सूक्ष्मजीवों के गुच्छे और मिश्रित शराब में मौजूद कोशिका के टुकड़ों से आता है। जबकि घुलनशील सूक्ष्मजीव उत्पाद (एसएमपी) और एक्स्ट्रासेलुलर पॉलिमरिक पदार्थ (ईपीएस) एमएलएसएस (मिश्रित शराब निलंबित ठोस पदार्थ) का एक छोटा सा हिस्सा बनाते हैं, वे झिल्ली फाउलिंग में महत्वपूर्ण योगदान करते हैं (26%-52%)। झिल्ली के छिद्रों के अंदर और झिल्ली की सतह पर सूक्ष्मजीवों की वृद्धि और सोखना भी फाउलिंग में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।

   • अकार्बनिक फाउलिंग:यह धातु लवण और अकार्बनिक आयनों के परिणामस्वरूप होता है जो पुल बनाते हैं, जैसे कैल्शियम, मैग्नीशियम, लोहा और सिलिका, जिसके परिणामस्वरूप स्केलिंग होती है, विशेष रूप से कैल्शियम कार्बोनेट, कैल्शियम सल्फेट और मैग्नीशियम हाइड्रॉक्साइड।

2. फाउलिंग की प्रकृति के आधार पर

   • प्रतिवर्ती फाउलिंग (अस्थायी फाउलिंग):इस प्रकार की फाउलिंग को कुछ हाइड्रोलिक उपायों, जैसे साफ पानी से बैकवॉशिंग या वातन के माध्यम से हटाया जा सकता है।

   • अपरिवर्तनीय फाउलिंग (स्थायी फाउलिंग):इस फाउलिंग को हाइड्रोलिक सफाई विधियों का उपयोग करके नहीं हटाया जा सकता है और इसके लिए ऑक्सीडेंट, एसिड, बेस या कम करने वाले एजेंट जैसे रसायनों से सफाई की आवश्यकता होती है।

   प्रतिवर्ती और अपरिवर्तनीय दोनों फाउलिंग को साफ किया जा सकता है, लेकिन अपरिवर्तनीय फाउलिंग में झिल्ली के प्रदर्शन को स्थायी नुकसान शामिल होता है।

3. फाउलिंग के स्थान के आधार पर

   • आंतरिक फाउलिंग:यह तब होता है जब मिश्रित शराब में मौजूद पदार्थ झिल्ली के छिद्रों के अंदर जमा होते हैं, क्रिस्टलीकृत होते हैं और एकत्रित होते हैं।

   • बाहरी फाउलिंग:यह तब होता है जब पदार्थ झिल्ली की सतह पर एकत्रित होते हैं और जमा होते हैं।

झिल्ली फाउलिंग को प्रभावित करने वाले कारक

1. मिश्रित शराब के गुण

   एमबीआर सिस्टम में फाउलिंग पदार्थों का स्रोत सक्रिय कीचड़ मिश्रित शराब है, जिसमें जटिल गुण होते हैं जो फाउलिंग को प्रभावित करते हैं:

   • ईपीएस और एसएमपी:ईपीएस और एसएमपी सूक्ष्मजीव चयापचय उप-उत्पाद हैं जो फाउलिंग में एक महत्वपूर्ण और जटिल भूमिका निभाते हैं। अत्यधिक ईपीएस मिश्रित शराब की चिपचिपाहट को बढ़ाता है, जिससे ऑक्सीजन का प्रसार मुश्किल हो जाता है और सूक्ष्मजीवों के गुच्छे की गतिविधि प्रभावित होती है, जिससे निस्पंदन प्रतिरोध बढ़ जाता है। यदि ईपीएस का स्तर बहुत कम है, तो गुच्छे टूट जाते हैं, जिससे एमबीआर संचालन पर नकारात्मक प्रभाव पड़ता है।

   • एमएलएसएस सांद्रता:एमएलएसएस की सांद्रता सीधे मिश्रित शराब की चिपचिपाहट को प्रभावित करती है। जैसे-जैसे एमएलएसएस बढ़ता है, चिपचिपाहट तेजी से बढ़ती है, जिससे निस्पंदन दक्षता कम हो जाती है। यदि क्रॉस-फ्लो वेग या वातन की तीव्रता झिल्ली की सतह से जुड़े ठोस पदार्थों को धोने के लिए अपर्याप्त है, तो फाउलिंग होगी।

   • चिपचिपाहट:मिश्रित शराब की चिपचिपाहट एमएलएसएस से प्रभावित होती है और इसका सीधा प्रभाव बुलबुले के आकार और झिल्ली के लचीलेपन के साथ-साथ ऑक्सीजन हस्तांतरण दक्षता पर पड़ता है। उच्च चिपचिपाहट के परिणामस्वरूप फाउलिंग की प्रवृत्ति अधिक होती है।

   • कीचड़ की हाइड्रोफोबिसिटी:अध्ययनों से पता चलता है कि कीचड़ की हाइड्रोफोबिसिटी झिल्ली फाउलिंग में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। उच्च हाइड्रोफोबिसिटी गंभीर फाउलिंग का कारण बन सकती है, खासकर जब अत्यधिक तंतुमय बैक्टीरिया अनियमित गुच्छे के आकार का कारण बनते हैं।

   • कीचड़ का कण आकार:छोटे कण, लगभग 2 माइक्रोन, झिल्ली की सतह पर जमा होने की अधिक संभावना रखते हैं, जिससे घनी परतें बनती हैं और निस्पंदन प्रतिरोध बढ़ जाता है।

   • कीचड़ अवसादन वेग (एसवीआई):जबकि एसवीआई सीधे फाउलिंग को प्रभावित नहीं करता है, यह मिश्रित शराब में मौजूद कार्बनिक पदार्थों की अवसादन विशेषताओं को इंगित कर सकता है। कोलाइड और घुलित कार्बनिक पदार्थ फाउलिंग में प्रमुख योगदानकर्ता हैं।

2. एमबीआर परिचालन स्थितियाँ

   • कीचड़ प्रतिधारण समय (एसआरटी):एसआरटी बढ़ाने से एसएमपी और ईपीएस का उत्पादन कम हो सकता है, जिससे फाउलिंग कम हो जाती है। हालाँकि, अत्यधिक लंबा एसआरटी उच्च कीचड़ सांद्रता का कारण बन सकता है, जिससे चिपचिपाहट बढ़ जाती है और फाउलिंग खराब हो जाती है।

   • हाइड्रोलिक प्रतिधारण समय (एचआरटी):हालांकि एचआरटी सीधे फाउलिंग को प्रभावित नहीं करता है, लेकिन छोटा एचआरटी सूक्ष्मजीवों को अधिक पोषक तत्व प्रदान करता है, जिससे तेजी से सूक्ष्मजीवों की वृद्धि होती है, जिससे फाउलिंग की संभावना बढ़ सकती है।

   • तापमान और पीएच:कम तापमान प्रतिवर्ती फाउलिंग का कारण बनता है, जबकि उच्च तापमान अपरिवर्तनीय फाउलिंग को तेज करता है। एमबीआर आमतौर पर 6-9 के पीएच रेंज के भीतर काम करता है; चरम पीएच मान नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया को बाधित कर सकते हैं, जिससे फाउलिंग बढ़ जाती है।

   • घुलित ऑक्सीजन (डीओ):कम डीओ स्तर सूक्ष्मजीव कोशिकाओं की हाइड्रोफोबिसिटी को बढ़ाते हैं, जिससे कीचड़ के गुच्छे टूट जाते हैं। जब डीओ का स्तर 1 मिलीग्राम/एल से नीचे गिर जाता है, तो एसएमपी का स्तर तेजी से बढ़ता है, जिससे फाउलिंग बढ़ जाती है।

   • झिल्ली प्रवाह:बढ़ा हुआ प्रवाह सभी झिल्ली प्रक्रियाओं में फाउलिंग की संभावना को बढ़ाता है। फाउलिंग को कम करने के लिए प्रवाह, झिल्ली क्षेत्र और बैकवॉशिंग/रासायनिक सफाई अंतराल को संतुलित करना महत्वपूर्ण है।

3. झिल्ली के गुण और झिल्ली मॉड्यूल संरचना

   • छिद्र का आकार:छोटे छिद्र वाली झिल्लियाँ अधिक संदूषकों को बनाए रखती हैं, जिससे घनी फाउलिंग परतें बनती हैं, जिन्हें हटाना मुश्किल होता है। बड़े छिद्र वाली झिल्लियों में प्रारंभिक अवरुद्धता अधिक हो सकती है, लेकिन वे गतिशील झिल्लियाँ बनाती हैं जो समय के साथ निस्पंदन प्रदर्शन में सुधार कर सकती हैं।

   • झिल्ली सामग्री:हाइड्रोफोबिक झिल्लियाँ, जैसे कि पीवीडीएफ, फाउलिंग के प्रति अधिक प्रवण होती हैं। दूसरी ओर, सिरेमिक झिल्लियाँ फाउलिंग के प्रति अधिक प्रतिरोधी होती हैं और रासायनिक स्थिरता और शक्ति के मामले में लाभ होता है।

   • सतह की खुरदरापन:झिल्ली की सतह की खुरदरापन संदूषकों को सोखने की उसकी क्षमता को बढ़ाता है, लेकिन कुछ लचीलापन भी पेश करता है, जिससे संदूषकों के स्थायी रूप से चिपकने की संभावना कम हो जाती है।

   • हाइड्रोफोबिसिटी बनाम हाइड्रोफिलिसिटी:हाइड्रोफिलिक पदार्थों से बनी झिल्लियों में आमतौर पर फाउलिंग के प्रति बेहतर प्रतिरोध होता है।

झिल्ली फाउलिंग के लिए नियंत्रण उपाय

फाउलिंग मुख्य रूप से झिल्ली के अंतर्निहित गुणों, मिश्रित शराब की विशेषताओं और परिचालन स्थितियों से प्रभावित होती है। इसलिए, फाउलिंग को नियंत्रित करने पर इन तीन पहलुओं पर ध्यान केंद्रित करना चाहिए:

1. झिल्ली के गुण:फाउलिंग प्रतिरोध को बढ़ाने के लिए बेहतर हाइड्रोफिलिसिटी, सतह खुरदरापन और उपयुक्त छिद्र आकार वाली झिल्लियों का चयन करें। सिरेमिक झिल्लियाँ अक्सर अपनी ताकत और रासायनिक स्थिरता के लिए एक अच्छा विकल्प होती हैं।

2. मिश्रित शराब के गुण:फाउलिंग को कम करने के लिए एमएलएसएस सांद्रता और चिपचिपाहट के साथ-साथ कार्बनिक और अकार्बनिक पदार्थों की संरचना को नियंत्रित करें। निस्पंदन जैसे पूर्व-उपचार चरण बड़े कणों को हटा सकते हैं और अवरुद्धता को रोक सकते हैं।

3. सिस्टम ऑपरेटिंग वातावरण:उप-महत्वपूर्ण मानों के भीतर रहने के लिए उपयुक्त प्रवाह का उपयोग करें