چرا غشا های MBR مستعد مقیاس بندی هستند و چگونه با آن برخورد کنیم

چرا غشای MBR به راحتی بزرگ می شود، و نیاز به تمیز کردن هر چند ماه یکبار دارد، حتی وقتی که شستشوی آنلاین بی اثر است؟

تکنولوژی MBR (میمبران بیوراکتور) به طور گسترده و با موفقیت در تصفیه فاضلاب استفاده شده است.MBR کیفیت بالا و غلظت بالای گل را تضمین می کند، کاهش بسیاری از سردرد های عملیاتی برای پرسنل تصفیه فاضلاب. با این حال، آلودگی غشا همیشه یک چالش برای توسعه و عملکرد سیستم های MBR بوده است. بنابراین،چگونه اپراتورهای MBR می توانند علل آلودگی غشا را به سرعت شناسایی کرده و به طور موثر با آنها مقابله کنند تا فرکانس تمیز کردن را کاهش دهند؟?

تعریف آلودگی غشا

کثافت غشا به طور معمول به فرآیندی اشاره دارد که در آن مواد موجود در مایع مخلوط در سطح غشا (خارج) و داخل منافذ غشا (داخل) جمع می شوند و جذب می شوند.این باعث انسداد منافذ می شود.، خشکی را کاهش می دهد، باعث کاهش جریان غشا می شود و فشار فیلتر را افزایش می دهد.

در عملیات تصفیه غشا، مولکول های آب و ذرات کوچک به طور مداوم از غشا عبور می کنند، در حالی که برخی از مواد توسط غشا نگه داشته می شوند،مسدود کردن منافذ یا سپرده گذاری بر روی سطح غشادر واقع، آلودگی غشا در نتیجه فیلترال غشا رخ می دهد.تجلی مستقیم آلودگی غشا کاهش جریان غشا یا افزایش فشار کار است..

مواد موجود در مایع مخلوط لجن فعال، مانند مواد مغذی، فلک های میکروبی، سلول های میکروبی، قطعات سلولی، محصولات جانبی متابولیک (EPS، SMP)و مواد مختلف آلی و غیرآلی محلول شده، همشون به آلودگی غشا کمک می کنن.

مراحل آلودگی غشا

آلودگی غشا به طور کلی در سه مرحله توسعه می یابد (برخی طبقه بندی ها به دو مرحله اشاره دارند):

1. آلودگی اولیه:این اتفاق در مراحل اولیه عملکرد سیستم غشا رخ می دهد. سطوح غشا با کالوئیدها، مواد آلی و غیره در مایع مخلوط به شدت تعامل دارند و باعث آلودگی از طریق چسبندگی می شوند.اثرات بار، انسداد منافذ و غیره در شرایط فیلتراسیون جریان متقابل، فلوک های بیولوژیکی کوچک یا پلیمرهای خارج از سلولی هنوز به سطح غشا چسبیده اند،در حالی که مواد کوچکتر از اندازه منافذ غشا می توانند در منافذ جذب شونداز طریق غلظت، بلوری و رشد، آلودگی رخ می دهد.

2. گند زدن آهسته:در ابتدا، سطح غشا صاف است و ذرات بزرگ به راحتی به آن چسب نمی شوند. مواد اولیه آلودگی EPS، SMP و کالوئیدهای بیولوژیکی هستند.که روی سطح غشا جذب می شوند و لایه ای شبیه ژل تشکیل می دهنداین مقاومت تصفیه را به آرامی افزایش می دهد و توانایی غشا را برای حفظ آلاینده ها در مایع مخلوط افزایش می دهد.باعث افزایش تدریجی در مقاومت غشا می شوددر حالت جریان ثابت، این به عنوان افزایش آهسته TMP (فشار ترانسمبران) ظاهر می شود، در حالی که در حالت فشار ثابت، منجر به کاهش آهسته جریان می شود.

3. گندگي سريع:لایه ژل تشکیل شده در مرحله دوم تحت فشار فیلتراسیون مداوم و جریان نفوذ فشرده تر می شود و باعث می شود که آلودگی از تدریجی به شدید تغییر کند.تعداد زیادی از فلک ها به سرعت بر روی سطح غشا جمع می شوند، شکل گیری یک کیک لجن، و فشار متقابل غشا به سرعت افزایش می یابد.

آلودگی لایه ژل اجتناب ناپذیر است و باعث افزایش تدریجی در مقاومت غشا می شود. در عملیات جریان ثابت این به عنوان افزایش تدریجی در TMP، در حالی که در حالت فشار ثابت،به عنوان کاهش آهسته در جریان ظاهر می شودهنگامی که مقادیر زیادی از گِل ها بر روی سطح غشا جمع می شوند و یک کیک گِل تشکیل می دهند، سیستم دیگر نمی تواند به طور عادی کار کند.

تمرکز اصلی در طول عملیات و نگهداری MBR تاخیر در آلودگی لایه ژل است (از طریق حفظ شرایط هیدرولیکی خوب، تمیز کردن در محل، کنترل سرعت توسعه آلودگی غشا،و تمدید مرحله گند زدن آهسته) و کنترل گند زدن کیک گند زدن (گند زدن سریع).

انواع آلودگی غشا

1. بر مبنای ترکیب مواد آلوده کننده

   • آلودگی ارگانیک:این مواد عمدتاً از مواد آلی میکرومولکولی (مانند پلی ساکاریدها، پروتئین ها) ، اسیدهای هومیک، فلک های میکروبی و قطعات سلولی موجود در مایع مخلوط حاصل می شود.در حالی که محصولات میکروبی محلول (SMP) و مواد پلیمری خارج از سلول (EPS) بخش کوچکی از MLSS را تشکیل می دهند، آنها به طور قابل توجهی به آلودگی غشا کمک می کنند (26%-52%).رشد و جذب میکروارگانیسم ها در داخل منافذ غشا و روی سطح غشا نیز نقش مهمی در آلودگی دارند..

   • مواد غیر ارگانیک:این نتیجه نمک های فلزی و یون های غیر ارگانیک است که پل هایی مانند کلسیم، منیزیم، آهن و سیلیس ایجاد می کنند، که منجر به مقیاس بندی، به ویژه کربنات کلسیم، سولفات کلسیم،و هیدروکسید منیزیم.

2. بر اساس ماهیت آلودگی

   • آلودگی معکوس (تکلیف موقت):این نوع آلودگی را می توان با برخی اقدامات هیدرولیکی مانند شستشوی عقب با آب تمیز یا هواسازی از بین برد.

   • آلودگی غیر قابل برگشت (تکثیر دائمی):این آلودگی را نمی توان با استفاده از روش های تمیز کردن هیدرولیکی حذف کرد و نیاز به تمیز کردن با مواد شیمیایی مانند اکسیدان ها، اسید ها، پایه ها یا عوامل کاهش دهنده دارد.

   هر دو آلودگی برگشت پذیر و برگشت ناپذیر را می توان تمیز کرد، اما آلودگی برگشت ناپذیر شامل آسیب دائمی به عملکرد غشا می شود.

3. بر اساس محل آلودگی

   • آلودگی داخلی:این اتفاق زمانی رخ می دهد که مواد موجود در مایع مخلوط در داخل منافذ غشا تجمع می کنند، کریستالیزه می شوند و جمع می شوند.

   • آلودگی خارجی:این اتفاق زمانی می افتد که مواد روی سطح غشا جمع و انبار شوند.

عوامل تاثیرگذار بر آلودگی غشا

1. خواص مشروب مخلوط

   منبع مواد آلوده کننده در سیستم های MBR مایع مخلوط لجن فعال است که دارای خواص پیچیده ای است که بر آلودگی تاثیر می گذارد:

   • EPS و SMP:EPS و SMP محصولات فرعی متابولیک میکروبی هستند که نقش مهمی در آلودگی دارند. EPS بیش از حد لزگی مایع مخلوط را افزایش می دهد،که انتشار اکسیژن را دشوار می کند و بر فعالیت فلوک میکروبی تاثیر می گذارداگر سطح EPS بیش از حد پایین باشد، فلک ها شکسته می شوند و بر عملکرد MBR تأثیر منفی می گذارد.

   • غلظت MLSS:غلظت MLSS به طور مستقیم بر غلظت مایع مخلوط تأثیر می گذارد. با افزایش MLSS ، غلظت به صورت نمایی افزایش می یابد ، که باعث کاهش کارایی تصفیه می شود.اگر سرعت جریان متقاطع یا شدت هواپیمایی برای شستن مواد جامد متصل به سطح غشا کافی نباشد، آلودگی رخ می دهد.

   • ويسکوزيت:لزگی مایع مخلوط تحت تأثیر MLSS قرار می گیرد و تأثیر مستقیمی بر اندازه حباب و انعطاف پذیری غشا و همچنین بهره وری انتقال اکسیژن دارد.غلظت بالاتر منجر به تمایل بیشتر به آلودگی می شود.

   • هیدروفوبیت لجن:مطالعات نشان می دهد که هیدروفوبیت لجن نقش مهمی در آلودگی غشا دارد. هیدروفوبیت بالا می تواند باعث آلودگی شدید شود.به خصوص زمانی که باکتری های فیلامنت زیاد منجر به شکل های نامنظم فلک شوند..

   • اندازه ذرات لجن:ذرات کوچکتر، در حدود 2 میکرو، بیشتر در سطح غشا قرار می گیرند، لایه های متراکم را تشکیل می دهند و مقاومت تصفیه را افزایش می دهند.

   • سرعت جمع شدن لجن (SVI):در حالی که SVI به طور مستقیم بر آلودگی تاثیر نمی گذارد، می تواند ویژگی های رسوب مواد آلی را در مایع مخلوط نشان دهد.کالوئیدها و مواد ارگانیک محلول شده عوامل عمده ای در آلودگی هستند.

2. شرایط عملیاتی MBR

   • زمان نگهداری لجن (SRT):افزایش SRT می تواند تولید SMP و EPS را کاهش دهد و در نتیجه آلودگی را کاهش دهد.افزایش لزوم و بدتر شدن آلودگی.

   • زمان نگه داشتن هیدرولیک (HRT):اگرچه HRT به طور مستقیم بر آلودگی تاثیر نمی گذارد، HRT کوتاه مدت مواد مغذی بیشتری را به میکروارگانیسم ها می دهد، که منجر به رشد سریع میکروبی می شود، که می تواند احتمال آلودگی را افزایش دهد.

   • درجه حرارت و pH:دمای پایین باعث پوسیدگی برگشت پذیر می شود، در حالی که دمای بالا باعث فاسد شدن برگشت ناپذیر می شود. MBR به طور معمول در محدوده PH 6-9 عمل می کند؛ مقادیر شدید pH ممکن است باکتری های نایتریفیک کننده را مهار کند،که باعث افزایش آلودگی می شود.

   • اکسیژن محلول (DO):سطح پایین دی او باعث افزایش هیدروفوبیت سلول های میکروبی می شود و باعث تجزیه فلک گِل می شود. هنگامی که سطح دی او کمتر از 1 میلی گرم در لیتر کاهش می یابد، سطح SMP به شدت افزایش می یابد و آلودگی را تشدید می کند.

   • جریان غشا:افزایش جریان، احتمال آلودگی را در تمام فرآیندهای غشا افزایش می دهد. تعادل جریان، منطقه غشا و فواصل شستن / تمیز کردن شیمیایی برای به حداقل رساندن آلودگی کلیدی است.

3. خواص غشا و ساختار ماژول غشا

   • اندازه منافذ:غشای منافذ کوچک تر، آلودگی های بیشتری را حفظ می کنند و لایه های کثیف تر را ایجاد می کنند که حذف آنها سخت تر است.غشای منافذ بزرگتر ممکن است مسدود شدن اولیه بیشتری داشته باشند اما غشای پویا را تشکیل می دهند که می توانند عملکرد فیلتر کردن را در طول زمان بهبود بخشند.

   • مواد غشا:غشا های هیدروفوبیک، مانند PVDF، تمایل بیشتری به آلودگی دارند. از سوی دیگر غشا های سرامیکی،مقاوم تر در برابر آلودگی هستند و از نظر پایداری شیمیایی و قدرت مزایایی دارند.

   • خشکی سطح:خشکی سطح غشا توانایی جذب آلاینده ها را افزایش می دهد، اما همچنین انعطاف پذیری خاصی را معرفی می کند و احتمال چسبیدن آلاینده ها به طور دائم را کاهش می دهد.

   • هيدروفوبيزيت در مقابل هيدروفيليت:غشا های ساخته شده از مواد هیدروفیل به طور کلی در برابر آلودگی مقاوم تر هستند.

اقدامات کنترل آلودگی غشا

آلودگی به طور عمده تحت تاثیر خواص ذاتی غشا، ویژگی های مایع مخلوط و شرایط عملیاتی است.کنترل آلودگی باید روی این سه جنبه تمرکز کند:

1. خواص غشا:غشا با هیدروفیلیزیتی بهتر، خشکی سطح و اندازه مناسب منافذ را برای افزایش مقاومت در برابر آلودگی انتخاب کنید.غشای سرامیکی اغلب انتخاب خوبی برای قدرت و پایداری شیمیایی آن است.

2. خواص مشروبات مخلوط:کنترل غلظت و لزگی MLSS و همچنین ترکیب مواد آلی و غیرآلی برای کاهش آلودگی.مراحل قبل از درمان مانند فیلتر کردن می تواند ذرات بزرگتر را از بین ببرد و از انسداد جلوگیری کند.

3. محیط عملیاتی سیستم:استفاده از جریان مناسب برای ماندن در مقادیر زیر بحرانی به