เหตุ ผล ที่ ผิว ผิว ผิว ผิว ผิว ผิว ผิว ผิว ผิว ผิว ผิว ผิว ผิว ผิว ผิว ผิว ผิว ผิว ผิว ผิว

ทำไมเมมเบรน MBR ถึงเกิดการเกาะติดได้ง่าย ทำให้ต้องทำความสะอาดทุกๆ สองสามเดือน แม้ว่าการล้างย้อนแบบออนไลน์จะไม่ได้ผล?

เทคโนโลยี MBR (Membrane Bioreactor) ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายและประสบความสำเร็จในการบำบัดน้ำเสีย ด้วยการแทนที่ถังตกตะกอนทุติยภูมิ MBR ช่วยให้มั่นใจได้ถึงคุณภาพน้ำทิ้งที่สูงและความเข้มข้นของตะกอนที่สูง ซึ่งช่วยลดปัญหาในการดำเนินงานสำหรับบุคลากรบำบัดน้ำเสีย อย่างไรก็ตาม การเกิดคราบเมมเบรนเป็นความท้าทายเสมอมาสำหรับการพัฒนาและการดำเนินงานของระบบ MBR ดังนั้น ผู้ปฏิบัติงาน MBR จะสามารถระบุสาเหตุของการเกิดคราบเมมเบรนได้อย่างรวดเร็วและจัดการกับปัญหาเหล่านั้นอย่างมีประสิทธิภาพเพื่อลดความถี่ในการทำความสะอาดได้อย่างไร?

คำจำกัดความของการเกิดคราบเมมเบรน

การเกิดคราบเมมเบรนโดยทั่วไปหมายถึงกระบวนการที่สารต่างๆ ในของเหลวผสมสะสมและดูดซับบนพื้นผิวเมมเบรน (ภายนอก) และภายในรูพรุนของเมมเบรน (ภายใน) ซึ่งนำไปสู่การอุดตันของรูพรุน ลดรูพรุน ทำให้การไหลของเมมเบรนลดลง และเพิ่มแรงดันในการกรอง

ในการดำเนินงานการกรองเมมเบรน โมเลกุลของน้ำและอนุภาคขนาดเล็กจะผ่านเมมเบรนอย่างต่อเนื่อง ในขณะที่สารบางชนิดถูกกักเก็บไว้โดยเมมเบรน ซึ่งจะอุดตันรูพรุนหรือสะสมบนพื้นผิวเมมเบรน ทำให้เกิดการเกิดคราบ โดยพื้นฐานแล้ว การเกิดคราบเมมเบรนเกิดขึ้นอันเป็นผลมาจากการกรองเมมเบรน การแสดงออกโดยตรงของการเกิดคราบเมมเบรนคือการลดลงของการไหลของเมมเบรนหรือการเพิ่มขึ้นของแรงดันในการทำงาน

สารต่างๆ ในของเหลวผสมของตะกอนเร่ง เช่น สารอาหาร, ฟล็อกจุลินทรีย์, เซลล์จุลินทรีย์, ชิ้นส่วนเซลล์, ผลิตภัณฑ์พลอยได้จากการเผาผลาญ (EPS, SMP) และสารละลายอินทรีย์และอนินทรีย์ต่างๆ ล้วนมีส่วนทำให้เกิดคราบเมมเบรน

ขั้นตอนของการเกิดคราบเมมเบรน

การเกิดคราบเมมเบรนโดยทั่วไปพัฒนาในสามขั้นตอน (การจำแนกประเภทบางอย่างอ้างถึงสองขั้นตอน):

1. การเกิดคราบเริ่มต้น:สิ่งนี้เกิดขึ้นในระยะแรกของการทำงานของระบบเมมเบรน พื้นผิวเมมเบรนทำปฏิกิริยาอย่างแรงกับคอลลอยด์ สารอินทรีย์ ฯลฯ ในของเหลวผสม ทำให้เกิดการเกิดคราบผ่านการยึดเกาะ ผลกระทบจากประจุ การอุดตันของรูพรุน ฯลฯ ภายใต้สภาวะการกรองแบบไหลข้าม ฟล็อกชีวภาพขนาดเล็กหรือโพลิเมอร์นอกเซลล์ยังคงยึดติดกับพื้นผิวเมมเบรน ในขณะที่สารที่มีขนาดเล็กกว่าขนาดรูพรุนของเมมเบรนสามารถดูดซับในรูพรุนได้ ผ่านการรวมตัว การตกผลึก และการเติบโต ทำให้เกิดการเกิดคราบ

2. การเกิดคราบช้า:ในตอนแรก พื้นผิวเมมเบรนเรียบ และอนุภาคขนาดใหญ่ไม่ยึดติดได้ง่าย วัสดุที่ทำให้เกิดคราบหลักคือ EPS, SMP และคอลลอยด์ชีวภาพ ซึ่งดูดซับบนพื้นผิวเมมเบรนและก่อตัวเป็นชั้นคล้ายเจล ซึ่งจะเพิ่มความต้านทานในการกรองอย่างช้าๆ ช่วยเพิ่มความสามารถของเมมเบรนในการกักเก็บสารมลพิษในของเหลวผสม การเกิดคราบชั้นเจลเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ ทำให้ความต้านทานของเมมเบรนเพิ่มขึ้นอย่างค่อยเป็นค่อยไป ในการทำงานแบบคงที่ สิ่งนี้ปรากฏเป็นการเพิ่มขึ้นอย่างช้าๆ ของ TMP (แรงดันข้ามเมมเบรน) ในขณะที่ในโหมดแรงดันคงที่ จะส่งผลให้การไหลลดลงอย่างช้าๆ

3. การเกิดคราบอย่างรวดเร็ว:ชั้นเจลที่ก่อตัวขึ้นในระยะที่สองจะกระชับมากขึ้นภายใต้แรงดันการกรองและการไหลของการซึมผ่านอย่างต่อเนื่อง ทำให้การเกิดคราบเปลี่ยนจากการค่อยเป็นค่อยไปเป็นการรุนแรง อนุภาคฟล็อกจำนวนมากสะสมอย่างรวดเร็วบนพื้นผิวเมมเบรน ก่อตัวเป็นเค้กตะกอน และแรงดันข้ามเมมเบรนเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว

การเกิดคราบชั้นเจลเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้และทำให้ความต้านทานของเมมเบรนเพิ่มขึ้นอย่างค่อยเป็นค่อยไป ในการทำงานแบบคงที่ สิ่งนี้เห็นได้ชัดเจนเป็นการเพิ่มขึ้นอย่างค่อยเป็นค่อยไปของ TMP ในขณะที่ในโหมดแรงดันคงที่ จะแสดงออกเป็นการลดลงอย่างช้าๆ ของการไหล เมื่อตะกอนฟล็อกจำนวนมากสะสมบนพื้นผิวเมมเบรน ก่อตัวเป็นเค้กตะกอน ระบบจะไม่สามารถทำงานได้ตามปกติอีกต่อไป

จุดสนใจหลักในระหว่างการดำเนินงานและการบำรุงรักษา MBR คือการชะลอการเกิดคราบชั้นเจล (โดยการรักษาสภาพไฮดรอลิกที่ดี การทำความสะอาดในสถานที่ การควบคุมอัตราการพัฒนาของการเกิดคราบเมมเบรน และการขยายระยะการเกิดคราบช้า) และควบคุมการเกิดคราบเค้กตะกอน (การเกิดคราบอย่างรวดเร็ว)

ประเภทของการเกิดคราบเมมเบรน

1. ตามองค์ประกอบของวัสดุที่ทำให้เกิดคราบ

   • การเกิดคราบอินทรีย์:สิ่งนี้มาจากสารอินทรีย์โมเลกุลขนาดใหญ่ (เช่น โพลีแซ็กคาไรด์ โปรตีน) กรดฮิวมิก ฟล็อกจุลินทรีย์ และชิ้นส่วนเซลล์ในของเหลวผสม ในขณะที่ผลิตภัณฑ์จุลินทรีย์ที่ละลายน้ำได้ (SMP) และสารโพลีเมอริกนอกเซลล์ (EPS) คิดเป็นส่วนเล็กน้อยของ MLSS (ของแข็งแขวนลอยในของเหลวผสม) แต่มีส่วนสำคัญในการเกิดคราบเมมเบรน (26%-52%) การเจริญเติบโตและการดูดซับของจุลินทรีย์ภายในรูพรุนของเมมเบรนและบนพื้นผิวเมมเบรนก็มีบทบาทสำคัญในการเกิดคราบเช่นกัน

   • การเกิดคราบอนินทรีย์:สิ่งนี้เกิดจากเกลือโลหะและไอออนอนินทรีย์ที่ก่อตัวเป็นสะพาน เช่น แคลเซียม แมกนีเซียม เหล็ก และซิลิกา ส่งผลให้เกิดการเกาะติด โดยเฉพาะอย่างยิ่งแคลเซียมคาร์บอเนต แคลเซียมซัลเฟต และแมกนีเซียมไฮดรอกไซด์

2. ตามลักษณะของการเกิดคราบ

   • การเกิดคราบแบบย้อนกลับได้ (การเกิดคราบชั่วคราว):การเกิดคราบประเภทนี้สามารถกำจัดได้ด้วยมาตรการทางไฮดรอลิกบางอย่าง เช่น การล้างย้อนด้วยน้ำสะอาดหรือการเติมอากาศ

   • การเกิดคราบแบบย้อนกลับไม่ได้ (การเกิดคราบถาวร):การเกิดคราบนี้ไม่สามารถกำจัดได้โดยใช้วิธีการทำความสะอาดแบบไฮดรอลิก และต้องทำความสะอาดด้วยสารเคมี เช่น สารออกซิแดนท์ กรด เบส หรือสารรีดิวซ์

   ทั้งการเกิดคราบแบบย้อนกลับได้และแบบย้อนกลับไม่ได้สามารถทำความสะอาดได้ แต่การเกิดคราบแบบย้อนกลับไม่ได้เกี่ยวข้องกับความเสียหายถาวรต่อประสิทธิภาพของเมมเบรน

3. ตามตำแหน่งของการเกิดคราบ

   • การเกิดคราบภายใน:สิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่อวัสดุในของเหลวผสมสะสม ตกผลึก และรวมตัวกันภายในรูพรุนของเมมเบรน

   • การเกิดคราบภายนอก:สิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่อวัสดุรวมตัวกันและสะสมบนพื้นผิวเมมเบรน

ปัจจัยที่มีผลต่อการเกิดคราบเมมเบรน

1. คุณสมบัติของของเหลวผสม

   แหล่งที่มาของสารที่ทำให้เกิดคราบในระบบ MBR คือของเหลวผสมของตะกอนเร่ง ซึ่งมีคุณสมบัติที่ซับซ้อนซึ่งส่งผลต่อการเกิดคราบ:

   • EPS และ SMP:EPS และ SMP เป็นผลิตภัณฑ์พลอยได้จากการเผาผลาญของจุลินทรีย์ที่มีบทบาทสำคัญและซับซ้อนในการเกิดคราบ EPS ที่มากเกินไปจะเพิ่มความหนืดของของเหลวผสม ทำให้การแพร่กระจายของออกซิเจนทำได้ยากและส่งผลต่อกิจกรรมของฟล็อกจุลินทรีย์ ซึ่งนำไปสู่การเพิ่มความต้านทานในการกรอง หากระดับ EPS ต่ำเกินไป ฟล็อกจะแตกตัว ซึ่งส่งผลเสียต่อการทำงานของ MBR

   • ความเข้มข้นของ MLSS:ความเข้มข้นของ MLSS ส่งผลกระทบโดยตรงต่อความหนืดของของเหลวผสม เมื่อ MLSS เพิ่มขึ้น ความหนืดจะเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณ ซึ่งจะลดประสิทธิภาพการกรอง หากความเร็วในการไหลข้ามหรือความเข้มข้นของการเติมอากาศไม่เพียงพอที่จะชะล้างของแข็งที่ติดอยู่กับพื้นผิวเมมเบรน จะเกิดการเกิดคราบ

   • ความหนืด:ความหนืดของของเหลวผสมได้รับอิทธิพลจาก MLSS และมีผลโดยตรงต่อขนาดของฟองอากาศและความยืดหยุ่นของเมมเบรน รวมถึงประสิทธิภาพการถ่ายโอนออกซิเจน ความหนืดที่สูงขึ้นส่งผลให้มีแนวโน้มที่จะเกิดคราบสูงขึ้น

   • ความเป็นปรปักษ์ของตะกอน:การศึกษาชี้ให้เห็นว่าความเป็นปรปักษ์ของตะกอนมีบทบาทสำคัญในการเกิดคราบเมมเบรน ความเป็นปรปักษ์สูงสามารถทำให้เกิดการเกิดคราบอย่างรุนแรง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อแบคทีเรียเส้นใยส่วนเกินนำไปสู่รูปร่างฟล็อกที่ไม่สม่ำเสมอ

   • ขนาดอนุภาคของตะกอน:อนุภาคขนาดเล็ก ประมาณ 2 ไมครอน มีแนวโน้มที่จะสะสมบนพื้นผิวเมมเบรนมากขึ้น ก่อตัวเป็นชั้นหนาแน่นและเพิ่มความต้านทานในการกรอง

   • ความเร็วในการตกตะกอนของตะกอน (SVI):ในขณะที่ SVI ไม่มีผลกระทบโดยตรงต่อการเกิดคราบ แต่สามารถบ่งบอกถึงลักษณะการตกตะกอนของสารอินทรีย์ในของเหลวผสม คอลลอยด์และสารอินทรีย์ที่ละลายน้ำได้เป็นปัจจัยสำคัญที่ทำให้เกิดคราบ

2. เงื่อนไขการดำเนินงาน MBR

   • เวลาในการกักเก็บตะกอน (SRT):การเพิ่ม SRT สามารถลดการผลิต SMP และ EPS ซึ่งจะช่วยลดการเกิดคราบ อย่างไรก็ตาม SRT ที่ยาวเกินไปอาจนำไปสู่ความเข้มข้นของตะกอนที่สูงขึ้น เพิ่มความหนืด และทำให้การเกิดคราบแย่ลง

   • เวลาในการกักเก็บไฮดรอลิก (HRT):แม้ว่า HRT จะไม่มีผลกระทบโดยตรงต่อการเกิดคราบ แต่ HRT ที่สั้นกว่าจะให้สารอาหารแก่จุลินทรีย์มากขึ้น ซึ่งนำไปสู่การเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ที่เร็วขึ้น ซึ่งอาจเพิ่มศักยภาพในการเกิดคราบ

   • อุณหภูมิและ pH:อุณหภูมิต่ำทำให้เกิดการเกิดคราบแบบย้อนกลับได้ ในขณะที่อุณหภูมิสูงจะเร่งการเกิดคราบแบบย้อนกลับไม่ได้ MBR โดยทั่วไปทำงานในช่วง pH 6-9 ค่า pH ที่รุนแรงอาจยับยั้งแบคทีเรียไนตริไฟอิง ทำให้การเกิดคราบเพิ่มขึ้น

   • ออกซิเจนที่ละลายน้ำ (DO):ระดับ DO ต่ำจะเพิ่มความเป็นปรปักษ์ของเซลล์จุลินทรีย์ ทำให้ฟล็อกตะกอนแตกตัว เมื่อระดับ DO ลดลงต่ำกว่า 1 มก./ลิตร ระดับ SMP จะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ทำให้การเกิดคราบแย่ลง

   • การไหลของเมมเบรน:การไหลที่เพิ่มขึ้นจะเพิ่มศักยภาพในการเกิดคราบในกระบวนการเมมเบรนทั้งหมด การปรับสมดุลการไหล พื้นที่เมมเบรน และช่วงเวลาการล้างย้อน/การทำความสะอาดด้วยสารเคมีเป็นกุญแจสำคัญในการลดการเกิดคราบ

3. คุณสมบัติของเมมเบรนและโครงสร้างโมดูลเมมเบรน

   • ขนาดรูพรุน:เมมเบรนที่มีรูพรุนเล็กกว่ามีแนวโน้มที่จะกักเก็บสารปนเปื้อนได้มากขึ้น สร้างชั้นที่ทำให้เกิดคราบที่หนาแน่นขึ้น ซึ่งยากต่อการกำจัด เมมเบรนที่มีรูพรุนขนาดใหญ่อาจมีการอุดตันเริ่มต้นที่สูงกว่า แต่จะก่อตัวเป็นเมมเบรนแบบไดนามิกที่สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการกรองเมื่อเวลาผ่านไป

   • วัสดุเมมเบรน:เมมเบรนที่ไม่ชอบน้ำ เช่น PVDF มีแนวโน้มที่จะเกิดคราบได้ง่ายกว่า ในทางกลับกัน เมมเบรนเซรามิกมีความทนทานต่อการเกิดคราบมากกว่าและมีข้อดีในแง่ของความเสถียรทางเคมีและความแข็งแรง

   • ความขรุขระของพื้นผิว:ความขรุขระของพื้นผิวเมมเบรนจะเพิ่มความสามารถในการดูดซับสารปนเปื้อน แต่ยังนำมาซึ่งความยืดหยุ่นบางอย่าง ลดโอกาสที่สารปนเปื้อนจะติดค้างอย่างถาวร

   • ความเป็นปรปักษ์กับความเป็นมิตรต่อน้ำ:เมมเบรนที่ทำจากวัสดุที่เป็นมิตรต่อน้ำโดยทั่วไปมีความทนทานต่อการเกิดคราบได้ดีกว่า

มาตรการควบคุมการเกิดคราบเมมเบรน

การเกิดคราบได้รับอิทธิพลหลักจากคุณสมบัติโดยธรรมชาติของเมมเบรน ลักษณะของของเหลวผสม และเงื่อนไขการทำงาน ดังนั้น การควบคุมการเกิดคราบควรเน้นไปที่สามด้านนี้:

1. คุณสมบัติของเมมเบรน:เลือกเมมเบรนที่มีความเป็นมิตรต่อน้ำที่ดีกว่า ความขรุขระของพื้นผิว และขนาดรูพรุนที่เหมาะสม เพื่อเพิ่มความทนทานต่อการเกิดคราบ เมมเบรนเซรามิกมักเป็นตัวเลือกที่ดีสำหรับความแข็งแรงและความเสถียรทางเคมี

2. คุณสมบัติของของเหลวผสม:ควบคุมความเข้มข้นของ MLSS และความหนืด รวมถึงองค์ประกอบของสารอินทรีย์และอนินทรีย์ เพื่อลดการเกิดคราบ ขั้นตอนการบำบัดเบื้องต้น เช่น การกรอง สามารถกำจัดอนุภาคขนาดใหญ่และป้องกันการอุดตันได้

3. สภาพแวดล้อมการทำงานของระบบ:ใช้การไหลที่เหมาะสมเพื่อให้อยู่ในค่าต่ำกว่าวิกฤตเพื่อ