Mengapa Membran MBR cenderung berskala dan Cara Mengatasinya

Mengapa membran MBR dengan mudah berskala besar, membutuhkan pembersihan setiap beberapa bulan, bahkan ketika online backwashing tidak efektif?

Teknologi MBR (Membrane Bioreactor) telah diterapkan secara luas dan berhasil dalam pengolahan air limbah.MBR memastikan kualitas limbah yang tinggi dan konsentrasi lumpur yang tinggi, mengurangi banyak sakit kepala operasi bagi personel pengolahan air limbah. Namun, pencemaran membran selalu menjadi tantangan untuk pengembangan dan pengoperasian sistem MBR.bagaimana operator MBR dapat dengan cepat mengidentifikasi penyebab pencemaran membran dan mengatasinya secara efektif untuk mengurangi frekuensi pembersihan?

Definisi Membran Fouling

Membrane fouling biasanya mengacu pada proses di mana zat dalam cairan campuran menumpuk dan menyerap pada permukaan membran (di luar) dan di dalam pori-pori membran (di dalam).Hal ini menyebabkan penyumbatan pori, mengurangi porositas, menyebabkan penurunan fluks membran, dan meningkatkan tekanan filtrasi.

Dalam operasi filtrasi membran, molekul air dan partikel kecil terus melewati membran, sementara beberapa zat ditahan oleh membran,menghalangi pori-pori atau menanam di permukaan membranPada dasarnya, pembusukan membran terjadi sebagai akibat dari filtrasi membran.Manifestasi langsung dari membrane fouling adalah penurunan fluks membran atau peningkatan tekanan operasi.

Zat-zat dalam cairan campuran lumpur aktif, seperti nutrisi, serbuk mikroba, sel mikroba, fragmen sel, produk sampingan metabolisme (EPS, SMP),dan berbagai zat larut organik dan anorganik, semua berkontribusi terhadap membrane fouling.

Tahap-tahap Membran Fouling

Membrane fouling umumnya berkembang dalam tiga tahap (beberapa klasifikasi mengacu pada dua tahap):

1. Kebocoran awal:Ini terjadi pada tahap awal operasi sistem membran. permukaan membran berinteraksi dengan kuat dengan koloid, zat organik, dll, dalam cairan campuran, menyebabkan pencemaran melalui adhesi,efek muatan, penyumbatan pori, dll. Dalam kondisi penyaringan aliran silang, serbuk biologis kecil atau polimer ekstraseluler masih melekat pada permukaan membran,sedangkan zat yang lebih kecil dari ukuran pori membran dapat menyerap di poriMelalui konsentrasi, kristalisasi, dan pertumbuhan, pencemaran terjadi.

2. Slow Fouling:Pada awalnya, permukaan membran halus, dan partikel besar tidak mudah menempel.yang menyerap pada permukaan membran dan membentuk lapisan gel-sepertiHal ini meningkatkan ketahanan filtrasi perlahan, meningkatkan kemampuan membran untuk menahan polutan dalam cairan campuran.menyebabkan peningkatan resistensi membran secara bertahapDalam operasi aliran konstan, ini muncul sebagai peningkatan lambat dalam TMP (tekanan transmembrane), sedangkan dalam modus tekanan konstan, hal ini menghasilkan penurunan lambat dalam fluks.

3. Kebocoran cepat:Lapisan gel yang terbentuk pada tahap kedua menjadi lebih kompak di bawah tekanan filtrasi berkelanjutan dan aliran permeasi, menyebabkan pencemaran beralih dari bertahap ke drastis.Banyak serbuk cepat menumpuk di permukaan membran, membentuk kue lumpur, dan tekanan lintas membran meningkat dengan cepat.

Gel lapisan pencemaran tidak dapat dihindari dan menyebabkan peningkatan bertahap dalam hambatan membran. dalam operasi aliran konstan ini jelas sebagai peningkatan bertahap dalam TMP, sedangkan dalam modus tekanan konstan,Hal ini dimanifestasikan sebagai penurunan lambat dalam aliranSetelah sejumlah besar serpihan lumpur menetap di permukaan membran, membentuk kue lumpur, sistem tidak lagi dapat beroperasi secara normal.

Fokus utama selama operasi dan pemeliharaan MBR adalah untuk menunda pencemaran lapisan gel (dengan menjaga kondisi hidraulik yang baik, pembersihan in situ, mengendalikan laju perkembangan pencemaran membran,dan memperpanjang fase pengotoran lambat) dan mengontrol pengotoran kue lumpur (pengotoran cepat).

Jenis-jenis Membran Fouling

1. Berdasarkan Komposisi Bahan-bahan yang Membuat Kotoran

   • Pengotoran Organik:Ini terutama berasal dari zat organik makromolekuler (seperti polisakarida, protein), asam humat, serbuk mikroba, dan fragmen sel dalam cairan campuran.Sementara produk mikroba larut (SMP) dan zat polimer ekstraseluler (EPS) menyumbang sebagian kecil dari MLSS (campuran zat padat yang tersuspensi dalam cairan), mereka berkontribusi secara signifikan terhadap pembusukan membran (26%-52%).Pertumbuhan dan penyerapan mikroorganisme di dalam pori-pori membran dan di permukaan membran juga memainkan peran penting dalam penyumbatan.

   • Pencemaran Anorganik:Hal ini disebabkan oleh garam logam dan ion anorganik yang membentuk jembatan, seperti kalsium, magnesium, besi, dan silika, yang mengakibatkan skala, terutama kalsium karbonat, kalsium sulfat,dan magnesium hidroksida.

2. Berdasarkan Sifat Penyumbatan

   • Reversible Fouling (Temporary Fouling):Jenis kotoran ini dapat dihilangkan melalui tindakan hidraulik tertentu, seperti mencuci dengan air bersih atau aerasi.

   • Kebocoran yang tidak dapat dibalikkan (Kebocoran permanen):Kotoran ini tidak dapat dihilangkan dengan metode pembersihan hidrolik dan membutuhkan pembersihan dengan bahan kimia seperti oksidant, asam, basa, atau agen pengurang.

   Kotoran yang dapat dipulihkan dan tidak dapat dipulihkan dapat dibersihkan, tetapi kotoran yang tidak dapat dipulihkan melibatkan kerusakan permanen pada kinerja membran.

3. Berdasarkan Lokasi Pencemaran

   • Penyumbatan internal:Hal ini terjadi ketika bahan-bahan dalam cairan campuran menumpuk, mengkristal, dan agregat di dalam pori-pori membran.

   • Penyumbatan eksternal:Hal ini terjadi ketika bahan agregat dan deposit pada permukaan membran.

Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Membrane Fouling

1. Sifat-sifat Minuman Bercampur

   Sumber zat yang mengotori dalam sistem MBR adalah cairan campuran lumpur aktif yang memiliki sifat kompleks yang mempengaruhi pengotoran:

   • EPS dan SMP:EPS dan SMP adalah produk sampingan metabolisme mikroba yang memainkan peran penting dan kompleks dalam pencemaran.membuat difusi oksigen sulit dan mempengaruhi aktivitas floc mikrobaJika tingkat EPS terlalu rendah, flocs akan rusak, yang berdampak negatif pada operasi MBR.

   • Konsentrasi MLSS:Konsentrasi MLSS secara langsung mempengaruhi viskositas campuran cairan.Jika kecepatan aliran silang atau intensitas aerasi tidak cukup untuk membersihkan zat padat yang melekat pada permukaan membran, akan terjadi pencemaran.

   • Viskositas:Viskositas cairan campuran dipengaruhi oleh MLSS dan memiliki efek langsung pada ukuran gelembung dan fleksibilitas membran, serta efisiensi transfer oksigen.Viskositas yang lebih tinggi menghasilkan kecenderungan pencemaran yang lebih tinggi.

   • Hidrofobisitas Limbah:Penelitian menunjukkan bahwa hidrofobisitas lumpur memainkan peran penting dalam pembusukan membran.terutama ketika bakteri filamen berlebih menyebabkan bentuk serbuk yang tidak teratur.

   • Ukuran Partikel Limbah:Partikel yang lebih kecil, sekitar 2 mikron, lebih mungkin menumpuk di permukaan membran, membentuk lapisan padat dan meningkatkan resistensi filtrasi.

   • Kecepatan perendapan lumpur (SVI):Meskipun SVI tidak secara langsung mempengaruhi pencemaran, hal ini dapat menunjukkan karakteristik pencemaran bahan organik dalam cairan campuran.Kolloid dan zat organik larut merupakan faktor utama yang menyebabkan kotoran.

2. Kondisi Operasi MBR

   • Waktu retensi lumpur (SRT):Meningkatkan SRT dapat mengurangi produksi SMP dan EPS, sehingga mengurangi pencemaran.Meningkatkan viskositas dan memperburuk kebocoran.

   • Waktu penahan hidraulik (HRT):Meskipun HRT tidak secara langsung mempengaruhi pembusukan, HRT yang lebih pendek memberikan lebih banyak nutrisi kepada mikroorganisme, yang mengarah pada pertumbuhan mikroba yang lebih cepat, yang dapat meningkatkan potensi pembusukan.

   • Suhu dan pH:Suhu rendah menyebabkan penyumbatan yang reversibel, sementara suhu tinggi mempercepat penyumbatan yang tidak dapat dipulihkan.menyebabkan pencemaran meningkat.

   • Oksigen terlarut (DO):Kadar DO yang rendah meningkatkan hidrofobisitas sel-sel mikroba, menyebabkan pemecahan serbuk lumpur.

   • Fluks Membran:Meningkatkan fluks meningkatkan potensi pencemaran dalam semua proses membran. menyeimbangkan fluks, area membran, dan backwashing / interval pembersihan kimia adalah kunci untuk meminimalkan pencemaran.

3. Sifat Membran dan Struktur Modul Membran

   • Ukuran pori:Membran pori yang lebih kecil cenderung menahan lebih banyak kontaminan, menciptakan lapisan kotoran yang lebih padat, yang lebih sulit untuk dihilangkan.Membran pori yang lebih besar mungkin memiliki penyumbatan awal yang lebih tinggi tetapi membentuk membran dinamis yang dapat meningkatkan kinerja filtrasi dari waktu ke waktu.

   • Bahan Membran:Membran hidrofobik, seperti PVDF, cenderung lebih rentan terhadap kotoran.lebih tahan terhadap pencemaran dan memiliki keuntungan dalam hal stabilitas kimia dan kekuatan.

   • Ketebalan permukaan:Kerapatan permukaan membran meningkatkan kemampuannya untuk menyerap kontaminan tetapi juga memperkenalkan beberapa fleksibilitas, mengurangi kemungkinan kontaminan menempel secara permanen.

   • Hidrofobisitas vs Hydrophilicity:Membran yang terbuat dari bahan hidrofilik umumnya memiliki ketahanan terhadap kotoran yang lebih baik.

Pengendalian Membran Fouling

Pencemaran terutama dipengaruhi oleh sifat yang melekat pada membran, karakteristik campuran cairan, dan kondisi operasi.Pengendalian pencemaran harus berfokus pada tiga aspek ini:

1. Sifat membran:Pilih membran dengan hidrofilisitas yang lebih baik, kekasaran permukaan, dan ukuran pori yang tepat untuk meningkatkan ketahanan kebocoran.Membran keramik seringkali merupakan pilihan yang baik karena kekuatan dan stabilitas kimianya.

2. Sifat-sifat minuman keras campuran:Mengontrol konsentrasi dan viskositas MLSS, serta komposisi bahan organik dan anorganik, untuk mengurangi penyumbatan.Langkah-langkah pra-pengolahan seperti penyaringan dapat menghilangkan partikel yang lebih besar dan mencegah penyumbatan.

3. Lingkungan Operasi Sistem:Menggunakan aliran yang tepat untuk tetap dalam sub-kritis nilai untuk