Perché le membrane MBR sono inclini a ridimensionarsi e come gestirle

Perché le membrane MBR si ingrandiscono facilmente, richiedendo la pulizia ogni due mesi, anche quando il retrolavaggio online è inefficace?

La tecnologia MBR (Membrane Bioreactor) è stata ampiamente e con successo applicata nel trattamento delle acque reflue.MBR garantisce un'alta qualità degli effluenti e un'alta concentrazione di fanghiTuttavia, l'inquinamento delle membrane è sempre stato una sfida per lo sviluppo e il funzionamento dei sistemi MBR.come gli operatori di MBR possono identificare rapidamente le cause dell'inquinamento della membrana e affrontarle efficacemente per ridurre la frequenza di pulizia?

Definizione dell'inquinamento da membrana

L'inquinamento della membrana si riferisce in genere al processo in cui le sostanze nel liquido misto si accumulano e si adsorbono sulla superficie della membrana (all'esterno) e all'interno dei pori della membrana (all'interno).Questo porta al blocco dei pori., riduce la porosità, provoca un calo del flusso della membrana e aumenta la pressione di filtrazione.

In operazioni di filtrazione a membrana, le molecole d'acqua e le piccole particelle passano continuamente attraverso la membrana, mentre alcune sostanze vengono trattenute dalla membrana,bloccando i pori o depositandosi sulla superficie della membranaIn sostanza, l'inquinamento della membrana si verifica a seguito della filtrazione della membrana.La manifestazione diretta dell'inquinamento della membrana è la diminuzione del flusso della membrana o un aumento della pressione di funzionamento.

Le sostanze contenute nel liquido misto di fanghi attivi, quali sostanze nutritive, fiocchi microbici, cellule microbiche, frammenti cellulari, sottoprodotti metabolici (EPS, SMP),e varie sostanze organiche e inorganiche disciolte, tutti contribuiscono all'inquinamento della membrana.

Fasi di impolveramento della membrana

L'inquinamento della membrana si sviluppa generalmente in tre fasi (alcune classificazioni si riferiscono a due fasi):

1. Inquinamento iniziale:Le superfici della membrana interagiscono fortemente con colloidi, sostanze organiche, ecc., nel liquido misto, causando incrustamento attraverso l'adesione,effetti di carica, blocco dei pori, ecc. In condizioni di filtrazione a flusso incrociato, piccoli fiocchi biologici o polimeri extracellulari aderiscono ancora alla superficie della membrana,mentre le sostanze più piccole delle dimensioni dei pori della membrana possono assorbire nei poriAttraverso la concentrazione, la cristallizzazione e la crescita, si verifica l'inquinamento.

2. Inquinamento lento:In principio, la superficie della membrana è liscia e le particelle di grandi dimensioni non si attaccano facilmente.che si assorbono sulla superficie della membrana e formano uno strato gel-likeQuesto aumenta lentamente la resistenza alla filtrazione, migliorando la capacità della membrana di trattenere gli inquinanti nel liquido misto.causando un aumento graduale della resistenza della membranaIn modalità di flusso costante, questo appare come un lento aumento della TMP (pressione transmembrana), mentre in modalità di pressione costante, si traduce in un lento declino del flusso.

3. Inquinamento rapido:Lo strato di gel formato nel secondo stadio diventa più compatto sotto una pressione di filtrazione continua e un flusso di permeazione, causando la transizione dell'inquinamento da graduale a drastico.Grandi quantità di fiocchi si accumulano rapidamente sulla superficie della membrana, formando una torta di fanghi, e la pressione trasversale della membrana aumenta rapidamente.

L'inquinamento dello strato di gel è inevitabile e provoca un aumento graduale della resistenza della membrana.si manifesta come un lento declino del flussoUna volta che grandi quantità di fiocchi di fanghi si depositano sulla superficie della membrana, formando una torta di fanghi, il sistema non può più funzionare normalmente.

L'obiettivo principale durante il funzionamento e la manutenzione del MBR è quello di ritardare l'inquinamento dello strato di gel (mantenendo buone condizioni idrauliche, pulizia in situ, controllo del tasso di sviluppo dell'inquinamento della membrana,e prolungando la fase di impollinazione lenta) e controllare l'impollinazione della torta di fanghi (impollinazione rapida).

Tipi di impasto a membrana

1. Sulla base della composizione dei materiali di inquinamento

   • Inquinamento organico:Questo proviene principalmente da sostanze organiche macromolecolari (come polisaccaridi, proteine), acidi umici, fiocchi microbici e frammenti cellulari nel liquore misto.Mentre i prodotti microbici solubili (SMP) e le sostanze polimeriche extracellulari (EPS) rappresentano una piccola parte del MLSS (solidi sospesi in liquido misto), contribuiscono in modo significativo all'inquinamento delle membrane (26%-52%).La crescita e l'assorbimento di microrganismi all'interno dei pori della membrana e sulla superficie della membrana svolgono anche un ruolo significativo nell'inquinamento.

   • Inquinamento inorganico:Questo è il risultato di sali metallici e di ioni inorganici che formano ponti, come calcio, magnesio, ferro e silice, con conseguente scaglie, in particolare carbonato di calcio, solfato di calcio,e idrossido di magnesio.

2. Sulla base della natura dell'inquinamento

   • Inquinamento reversibile (inquinamento temporaneo):Questo tipo di sporcizia può essere eliminato mediante determinate misure idrauliche, come il retrolavaggio con acqua pulita o l'aerazione.

   • Inquinamento irreversibile (inquinamento permanente):Questa sporcizia non può essere rimossa con metodi di pulizia idraulica e richiede la pulizia con sostanze chimiche come ossidanti, acidi, basi o agenti riducenti.

   Si può pulire sia l'inquinamento reversibile che l'inquinamento irreversibile, ma l'inquinamento irreversibile comporta danni permanenti alle prestazioni della membrana.

3. Sulla base della posizione dell'inquinamento

   • Inquinamento interno:Ciò avviene quando i materiali nel liquido misto si accumulano, cristallizzano e si aggregano all'interno dei pori della membrana.

   • Inquinamento esterno:Questo accade quando i materiali si aggregano e si depositano sulla superficie della membrana.

Fattori che influenzano l'inquinamento della membrana

1. Proprietà del liquore misto

   La fonte di sostanze impolveranti nei sistemi MBR è il liquido misto di fanghi attivi, che presenta proprietà complesse che influenzano l'impolveramento:

   • EPS e SMP:EPS e SMP sono sottoprodotti metabolici microbici che svolgono un ruolo critico e complesso nell'inquinamento.rendendo difficile la diffusione dell'ossigeno e influenzando l'attività del flocco microbicoSe i livelli di EPS sono troppo bassi, i flocs si decompongono, influenzando negativamente il funzionamento di MBR.

   • Concentrazione MLSS:La concentrazione di MLSS ha un impatto diretto sulla viscosità del liquido misto.Se la velocità di flusso trasversale o l'intensità di aerazione non sono sufficienti a lavare i solidi attaccati alla superficie della membrana, si verificherà l' inquinamento.

   • Viscosità:La viscosità del liquido misto è influenzata dal MLSS ed ha un effetto diretto sulla dimensione della bolla e sulla flessibilità della membrana, nonché sull'efficienza del trasferimento dell'ossigeno.La viscosità più elevata si traduce in una maggiore tendenza all'inquinamento.

   • L'idrofobicit del fango:Gli studi suggeriscono che l'idrofobicità dei fanghi svolge un ruolo significativo nell'inquinamento della membrana.in particolare quando l'eccesso di batteri filamentosi porta a forme irregolari dei fiocchi.

   • Dimensione delle particelle di fanghi:Le particelle più piccole, di circa 2 micron, hanno maggiori probabilità di depositarsi sulla superficie della membrana, formando strati densi e aumentando la resistenza alla filtrazione.

   • Velocità di insediamento del fango (SVI):Sebbene la SVI non influisca direttamente sull'inquinamento, può indicare le caratteristiche di insediamento dei materiali organici nel liquido misto.I colloidi e gli organici disciolti sono i principali fattori che contribuiscono all'inquinamento.

2. Condizioni operative del MBR

   • Tempo di ritenzione della fango (SRT):L'aumento della SRT può ridurre la produzione di SMP ed EPS, riducendo così l'inquinamento.aumento della viscosità e peggioramento dell'inquinamento.

   • Tempo di ritenzione idraulica (HRT):Sebbene la terapia HRT non influisca direttamente sull'inquinamento, una terapia HRT più breve fornisce più sostanze nutritive ai microrganismi, portando a una crescita microbica più rapida, che può aumentare il potenziale di inquinamento.

   • Temperatura e pH:Le basse temperature causano incrustamento reversibile, mentre le alte temperature accelerano l'incrustamento irreversibile.causando un aumento dell'inquinamento.

   • Ossigeno disciolto (DO):Quando i livelli di DO scendono al di sotto di 1 mg/L, i livelli di SMP aumentano bruscamente, aggravando l'inquinamento.

   • Flusso di membrana:L'aumento del flusso aumenta il potenziale di inquinamento in tutti i processi della membrana.

3. Proprietà della membrana e struttura del modulo della membrana

   • Dimensione dei pori:Le membrane porose più piccole tendono a trattenere più contaminanti, creando strati di sporcizia più densi, che sono più difficili da rimuovere.Le membrane porose più grandi possono avere un maggiore blocco iniziale, ma formano membrane dinamiche che possono migliorare le prestazioni di filtrazione nel tempo.

   • Materiale della membrana:Le membrane idrofobe, come il PVDF, tendono ad essere più soggette all'inquinamento.sono più resistenti all'inquinamento e presentano vantaggi in termini di stabilità chimica e resistenza.

   • Roughness superficiale:La rugosità della superficie della membrana aumenta la sua capacità di assorbire i contaminanti, ma introduce anche una certa flessibilità, riducendo la probabilità che i contaminanti si attaccino permanentemente.

   • Idrofobicità vs idrofilicità:Le membrane realizzate con materiali idrofili hanno generalmente una migliore resistenza all'inquinamento.

Misure di controllo dell'inquinamento da membrana

L'inquinamento è influenzato principalmente dalle proprietà intrinseche della membrana, dalle caratteristiche del liquido misto e dalle condizioni di funzionamento.il controllo dell'inquinamento dovrebbe concentrarsi su questi tre aspetti:

1. Proprietà della membrana:Scegliere membrane con una migliore idrofilicità, rugosità superficiale e dimensioni dei pori adeguate per migliorare la resistenza all'inquinamento.Le membrane in ceramica sono spesso una buona scelta per la loro resistenza e stabilità chimica.

2. Proprietà dei liquori misti:Controllare la concentrazione e la viscosità del MLSS, nonché la composizione dei materiali organici e inorganici, per ridurre l'inquinamento.Le fasi di pre-trattamento come la filtrazione possono rimuovere le particelle più grandi e prevenire l' intasamento.

3. Ambiente operativo del sistema:Utilizzare flussi appropriati per rimanere entro i valori subcritici per