از زمان ظهور تکنولوژی MBR، به دلیل اثر کوچک آن، کیفیت آب روان خوب، میزان بارگذاری ارگانیک بالا و تولید کم لجن، به طور گسترده ای در سراسر جهان استفاده شده است.به خصوص در تصفیه فاضلاب شهریبا این حال، به دلیل نیاز به کنترل موثر آلودگی غشا در طول کار، لازم است اقدامات مانند افزایش جریان متقابل و هواسازی را اتخاذ کنید.که مقدار زیادی انرژی را در طول کار MBR مصرف می کندبنابراین، اپراتورهای MBR باید برای حل این مشکلات چه کنند؟ تنها با شناسایی سریع علت ریشه آلودگی غشا و ارائه ضربات دقیق می توانیم فرکانس تمیز کردن را کاهش دهیم.چگونه آلودگی غشا رخ می دهد?
به طور دقیق صحبت کردن، آلودگی غشا به پدیده پوشش سطح غشا و انسداد منافذ ناشی از جذب یا رسوب ذرات، ذرات کلائیدی،یا ماکرومولکول های محلول که مواد را در طول کار به دلیل مواد فیزیکی پردازش می کنند.، تعاملات شیمیایی یا مکانیکی با غشا.
پدیده آلودگی غشا بسیار پیچیده است و شامل مکانیسم های متعدد است. در میان آنها، قطب بندی غلظت دلیل اصلی تشکیل لایه کیک فیلتر در سطح است.و ذرات اصلی رسوب کننده شامل مواد جامد تعلیق شده است.آلودگی ارگانیک و غیر ارگانیک به آلودگی ناشی از جذب مواد ارگانیک و غیر ارگانیک در سطوح غشا و منافذ اشاره دارد.آلودگی بیولوژیکی فیلمی زیست محیطی است که توسط اتصال و رشد جوامع میکروبی در سطح غشا تولید می شود.پدیدۀ پوسته شدن زمانی رخ می دهد که غلظت نمک محلول شده در سطح غشا از محلولیت آن فراتر رود و علت اصلی آلودگی غشا نیست.آلودگی غشا به طور کلی برای خلاصه کردن تمام پدیده هایی که باعث کاهش جریان نفوذ غشا می شوند استفاده می شودبر اساس روش های تمیز کردن مختلف، آلودگی غشا را می توان به موارد زیر تقسیم کرد: 1. آلودگی برگشت پذیر که باعث کاهش جریان در مدت زمان کوتاه به دلیل قطبی شدن غلظت می شود.آلودگی منافذ غشا و تشکیل لایه ژلآلودگی که می تواند به سرعت با روش های تمیز کردن سطح مانند شستشوی عقب، تهویه، جریان متقابل و غیره حذف شود، به طور کلی به آلودگی کوتاه مدت اشاره دارد.آلودگی برگشت ناپذیر ناشی از تعامل طولانی مدت بین ذرات مواد و مواد غشا نمی تواند با روش های تمیز کردن فیزیکی از بین برود، اما می تواند از طریق تمیز کردن شیمیایی برای بازگرداندن آلودگی جریان، به طور کلی به آلودگی طولانی مدت اشاره دارد. 3.آلودگی که نمی تواند با هیچ روش تمیز کردن در طول کار طولانی مدت حذف شود، آلودگی برگشت ناپذیر نامیده می شود.
چه عواملی باعث آلودگی غشا می شوند؟
1、 منبع آلاینده های غشا در یک بیوراکتور غشا مخلوط گِل فعال است و آلودگی غشا توسط مخلوط گِل بسیار پیچیده است.
1EPS و SMP
مواد پلیمری خارج از سلول (EPS) و محصولات میکروبی محلول (SMP) هر دو متابولیت میکروبی با ترکیب تقریباً یکسان هستند.آنها اثرات مهم و پیچیده ای بر آلودگی غشا دارند و آلاینده های اصلی در فرآیند MBR هستند.غلظت بیش از حد EPS می تواند لزگی محلول مخلوط را افزایش دهد، که به انتشار اکسیژن محلول کمک نمی کند.ایجاد مشکل در اکسیژن سیستم لجن و تاثیر بر فعالیت طبیعی فیزیولوژیک گروه های باکتریبا این حال، اگر محتوای EPS بیش از حد پایین باشد، می تواند باعث تجزیه فلک ها شود، که برای عملکرد MBR مضر است.وجود دارد یک ارزش EPS بهینه است که ساختار فلوکولنت را ثبات می دهد و باعث نمی شود تمایل زیادی به آلودگی غشا شود.تحقیقات نشان داده اند که اکثر مولکول های SMP با وزن مولکولی کمتر از 1kDa و بیشتر از 10KDa، وزن مولکولی کوچک مواد آلی محلول شده،می تواند به راحتی منافذ غشا را هنگام عبور از غشا مسدود کنددر همین حال، ویژگی ها و ترکیب SMP نیز تحت تأثیر پارامترهای عملیاتی متعدد قرار می گیرند.به طور کلی، COD در حلقه آب معتقد است که روند آلودگی SMP در غشای MBR با افزایش MLSS، کاهش بار مواد آلی و افزایش اکسیژن محلول تضعیف می شود..
2غلظت مواد جامد معلق در محلول مخلوط، غلظت MLSSMLSS، به طور مستقیم بر لزگی محلول مخلوط تاثیر می گذارد.افزایش واسکوسیت دلیل اصلی کاهش عملکرد فیلتراسیون محلول مخلوط ناشی از افزایش MLSS است.اگر سرعت جریان متقاطع یا شدت هواپیمایی برای دفع مواد جامد متصل به سطح غشا کافی نباشد، به سرعت باعث تشکیل یک لایه کثیف می شود.
3ويسکوزيت مخلوط تحت تاثیر MLSS قرار مي گيرد و وقتي غلظت MLSS بالاتر از مقدار بحرانی باشد، ويسکوزيت با افزایش غلظت جامد به صورت نمره اي افزایش مي يابد.در فیبر توخالی MBR، لزگی محلول مخلوط بر اندازه حباب ها و انعطاف پذیری غشای فیبر در راکتور تاثیر می گذارد.افزایش لزوم باعث کاهش کارایی انتقال اکسیژن محلول (DO) می شود، و غلظت کم اکسیژن محلول روند آلودگی غشا را تشدید می کند.
4بسیاری از مطالعات نشان داده اند که مواد آلی محلول شده هیدروفیلیک در لجن تأثیر منفی بر آلودگی غشا دارد.برخی از مطالعات نشان داده اند که لجن فلوکولنت بسیار هیدروفوب نیز می تواند باعث آلودگی غشا شود.هیدروفوبیت و بار سطحی لجن با ترکیب و خواص پلیمرهای خارج از سلول و همچنین شاخص رشد باکتری های رشته ای مرتبط است.تکثیر بیش از حد باکتری های رشته ای می تواند مقدار زیادی از آنها را تولید کند.، که منجر به کاهش شکل نامنظم و بالقوه لجن فلکولنت، افزایش هیدروفوبیت و آلودگی شدید غشا می شود.
5کاهش جریان غشا به دلیل اندازه ذرات لجن عمدتا توسط ذرات حدود 2um ایجاد می شود. به طور کلی، هرچه اندازه ذرات کوچکتر باشد،هرچه برای ذرات آسان تر است که روی سطح غشا قرار بگیرندبنابراین، اندازه ذرات کوچکتر می تواند آلودگی غشا را تشدید کند.
6اگرچه شاخص رسوب لجن (SVI) به طور مستقیم بر آلودگی غشا تأثیر نمی گذارد، اما می تواند ویژگی های رسوب مواد آلی را در محلول مخلوط منعکس کند.مواد آلی که نمی توانند قرار بگیرند، مانند کالوئیدها و مواد آلی محلول شده، به طور گسترده ای به عنوان آلاینده های اصلی در غشا ها در نظر گرفته می شوند.
2شرایط عملیاتی برای فرآیند MBR
شرایط عملیاتی به طور مستقیم یا غیرمستقیم بر آلودگی غشا و خواص و ترکیب لجن تاثیر می گذارد.
7نتایج واقعی زمان نگهداری لجن (SRT) نشان می دهد که افزایش SRT می تواند تولید SMP و EPS را کاهش دهد و میزان آلودگی غشا نیز به همین ترتیب کاهش می یابد.SRT بیش از حد طولانی می تواند منجر به غلظت بالای لجن شودSRT بیوراکتور غشا در درمان کلی فاضلاب شهری 5 تا 20 روز است.
8اگر چه زمان نگهداری هیدرولیک (HRT) هیچ تأثیر مستقیمی بر آلودگی غشا ندارد، HRT کوتاه مواد مغذی بیشتری را به میکروارگانیسم ها می دهد.منجر به رشد سریع و افزایش غلظت و جریان MLSS، در نتیجه احتمال آلودگی غشا را افزایش می دهد.
9در مقایسه با دمای هوا و pH در فصل های مختلف، دشوار نیست که متوجه شویم که آلودگی برگشت پذیر در طول دوره ی دمای پایین شدیدتر است.و آلودگی برگشت ناپذیر در طول دوره ی دمای بالا سریعتر رشد می کند.محدوده pH برای عملکرد MBR به طور کلی 6-9 است. فراتر از این محدوده، تعداد باکتری های نایتریفیکیشن در راکتور به سرعت کاهش می یابد، که منجر به مهار نیتریفیکیشن می شود.هنگامی که مقدار pH بالاتر از مقدار بحرانی آن باشد، آلودگی غشا به سرعت رخ می دهد و هنگامی که دمای افزایش می یابد، حداکثر مقدار مجاز pH کاهش می یابد.
10غلظت پایین اکسیژن محلول (DO) می تواند هیدروفوبیت سلول را کاهش دهد و باعث تجزیه فلوک لجن شود. هنگامی که DO کمتر از 1mg / l باشد، محتوای SMP به شدت افزایش می یابد.اکسیژن محلول نیز می تواند بر ترکیب اجزای EPS و SMP تأثیر بگذارددر سیستم های MBR با اکسیژن محلول بالا، نسبت پروتئین به پلی ساکارید نیز افزایش می یابد و ترکیب جوامع میکروبی بسیار متفاوت خواهد بود.
11برای تمام فرایندهای غشا، افزایش جریان غشا می تواند منجر به تشدید آلودگی غشا شود. تعادل انتخاب جریان با به حداقل رساندن سطح غشا، شستشوی عقبو فواصل زمان تمیز کردن شیمیایی به طور مستقیم بر هزینه های عملیاتی تاثیر می گذارد.
12نرخ جریان متقابل و هوا در یک بیوراکتور غشا تقسیم شده، نرخ جریان متقابل (CFV) یکی از روش های تغییر سریع نفوذ غشا است.در سیستم هایی با غلظت بالا و غشای کوچک اندازه منافذ، افزایش CFV می تواند رسوب آلاینده ها را بر روی سطح غشا کاهش دهد.افزایش CFV هیچ تاثیری در افزایش جریان ندارد یا حتی برعکس آن است.هواسازی نقش بسیار مهمی در فرآیند MBR زیر آب دارد: a、 از طریق هواسازی اکسیژن محلول را فراهم می کند تا رشد و متابولیسم طبیعی میکروارگانیسم ها در گل را تسهیل کند؛ b、نقش محرکي داره، تعلیق لجن و مخلوط کردن آن به خوبی در محلول مخلوط؛ c、 لخته های مدول غشا فیبر توخالی را شل کنید و نیروهای برش را بر روی سطح غشا ایجاد کنید،کاهش رسوب آلاینده ها بر روی سطح غشا و جلوگیری از آلودگی غشا تا حدودی۳٫ خواص غشا و ساختار اجزای غشا
13اندازه منافذ غشا کوچک است و آسان است که آلاینده ها را در محلول جذب کنند، که منجر به یک لایه رسوب در سطح غشا و افزایش مقاومت غشا می شود.این نوع آلودگی به طور کلی به آلودگی برگشت پذیر تعلق دارد و می تواند با روش های فیزیکی مانند جریان متقابل حذف شود.آلودگی داخلی نسبتاً کم است. غشای گشایش بزرگ در مراحل اولیه فیلتراسیون دچار انسداد منافذ شدید می شود.و به عنوان غشای پویا سطح شکل می گیردبا این حال، آلاینده ها مستعد رسوب و انسداد در سطح و داخل منافذ غشا هستند.ایجاد آلودگی برگشت ناپذیر و حتی برگشت ناپذیر، که عامل اصلی کاهش عملکرد غشا و کاهش عمر در طول کار طولانی مدت است.روند آلودگی غشاء پلی وینیلیدن فلوراید (PVDF) به طور قابل توجهی کمتر از غشاء پلی سولفون (PS) و غشاء سلولز در شرایط عملیاتی مشابه بود.، با هدف وضعیت آلودگی مواد مختلف غشا در MBR بی هوا.لازم به ذکر است که زمانی که پلیمرهای مشابه مواد غشا در اجزای ارگانیک لجن فعال وجود دارد15 افزایش خشکی سطح غشا احتمال جذب آلاینده ها را در سطح غشا افزایش می دهد.,اما در عین حال، انعطاف پذیری سطح غشا را افزایش می دهد و مانع از رسوب آلاینده ها بر روی سطح غشا می شود.اثر خشکی بر جریان غشا نتیجه عمل ترکیبی دو عامل است16. هیدروفوبیت مواد غشا های هیدروفیل و هیدروفوب نیز تأثیر قابل توجهی بر آلودگی غشا دارد.مقایسه غشا های فوق فیلترال هیدروفوبیک با غشا های فوق فیلترال هیدروفیل، مشخص شد که غشا های فوق فیلتراسیون هیدروفوبیک بیشتر احتمال جذب مواد محلول در سطح غشا دارند و تمایل بیشتری به آلودگی دارند. در حال حاضر،روش اصلی برای تغییر هیدروفوبیت غشا تغییر مواد غشاستمانند تغییر اندازه منافذ، خشکی سطح غشا، و اضافه کردن مواد غیر ارگانیک برای تشکیل پوشش های پیش از پویا در سطح غشا.
چطور از آلودگی غشای MBR جلوگیری کنیم؟
1در حال حاضر، MBR process design generally adopts constant flux operation to control membrane fouling through other operational methods while meeting the requirements of sewage treatment capacity as much as possibleمفهوم جریان بحرانی برای اولین بار در سال 1995 پیشنهاد شد. تعریف آن این است که در زیر این جریان، فشار transmembrane با افزایش زمان فیلتراسیون افزایش نمی یابد.و رابطه خطی خوبی بین فشار ترانسمیبرانی و جریان وجود دارد. انتخاب جریان بحرانی نقش مهمی در عملیات دارد. اگر جریان بحرانی بیش از حد باشد، آلودگی رخ می دهد.و تفاوت فشار در میان غشا (TMP) با افزایش زمان تصفیه افزایش می یابد.اجزای غشا که زیر جریان بحرانی کار می کنند می توانند آلودگی غشا را به شدت به تاخیر بیندازند.
2سرعت و شدت تهویه
به طور کلی، افزایش شدت تهویه برای بهبود نفوذ غشا و کاهش آلودگی غشا مفید است.آلاینده ها به سرعت بر روی سطح غشا جمع می شوندبا این حال، تهویه قوی همچنین می تواند به فلک های لجن آسیب برساند. این امر اندازه و توزیع ذرات لجن را تغییر می دهد، کالوئید های بیشتری و مواد آلی محلول شده (EPS و SMP) را آزاد می کند.و باعث تشدید آلودگی غشا می شودبنابراین، پیدا کردن شدت هواسازی مطلوب برای COD در دایره آب بسیار مهم است. تأثیر شدت هواسازی بر نفوذ غشا تحت تأثیر عوامل مختلف است.مانند غلظت مخلوطبرخی از محققان پیشنهاد کرده اند که تغییرات در شدت تهویه، تفاوت فشار transmembrane (TMP) ،و جریان در یک نمودار برای پیدا کردن حداکثر شدت تهویه.
3انتخاب روش های تمیز کردن آلودگی غشا
روش های تمیز کردن برای آلودگی غشا عمدتاً شامل تمیز کردن فیزیکی و تمیز کردن شیمیایی است. تمیز کردن فیزیکی شامل کار متناوب و شستشوی عقب با آب تمیز است.در طول عملیات MBR، شستشوی عقب یک روش موثر برای از بین بردن آلودگی برگشت پذیر و تاخیر در آلودگی غشا است. اثر شستشوی عقب در تاخیر در آلودگی غشا در یک MBR آزمایشی زیر آب مورد مطالعه قرار گرفت.و مشخص شد که در همان جریان، شستشوی فرکانس پایین با شدت بالا در کاهش آلودگی غشا موثرتر از تمیز کردن فرکانس بالا بود.آلاینده های روی سطح غشا به دلیل گرانش شل می شوند و می افتندبنابراین، ترکیب عملیات متناوب با شستشوی عقب می تواند به طور موثرتر آلودگی غشا را کاهش دهد.تمیز کردن شیمیایی و تمیز کردن فیزیکی نمی تواند از آلودگی برگشت ناپذیر جلوگیری کند، و جریان باید از طریق روش های تمیز کردن شیمیایی بازسازی شود. تمیز کردن شیمیایی شامل تمیز کردن نگهداری و تمیز کردن قوی (بازیافت) است.مواد تمیز کننده ای که معمولاً مورد استفاده قرار می گیرند شامل محلول NaClO برای حذف آلاینده های آلی هستند.، اسید سیتریک برای حذف آلاینده های غیر ارگانیک و غیره. همانطور که به خوبی شناخته شده است، تامین کنندگان MBR فرمول های تمیز کننده قوی خود را دارند،با تفاوت های اصلی در غلظت مواد تمیز کننده و روش های تمیز کردنبه عنوان مثال، شرکت Z، تامین کننده MBR،
4برای بهبود ویژگی های مایع مخلوط، مواد جذب کننده در MBR به یک ترکیب بسیار پیچیده از محلول مخلوط منجر می شود.متد رایج ترین روش استفاده شده، اضافه کردن پودر کربن فعال شده PAC به راکتور برای تشکیل کربن فعال بیولوژیکی است.یک آزمایش خاص اثرات سه دوز مختلف PAC را مقایسه می کند (0, 0).75، 1.5g/l) در غشا در بیوراکتورهای غشا. نتایج نشان داد که لایه غشا در سطح غشا با افزایش دوز PAC کاهش می یابد.در حالی که آلودگی برگشت ناپذیر به پایین ترین نقطه خود در یک دوز 0 رسیده است.75g/l، و تفاوت زیادی در مقاومت غیر قابل برگشت در بین 0 و 1.5g/l وجود نداشت.و به سرعت در طول کار به اشباع جذب می رسد.، که نه تنها نمی تواند آلودگی غشا را کاهش دهد، بلکه آن را تشدید می کند.تخلیه منظم لجن و اضافه کردن PAC تازه برای بهبود موثر عملکرد MBR ضروری استدر عین حال، به منظور صرفه جویی در هزینه های عملیاتی، ممکن است سعی کنید با استفاده از غلظت کم PAC برای بهبود عملکرد عملیات MBR.نتایج نشان می دهد که در شرایط کار طولانی SRT و HRT بالا، دوز پایین PAC می تواند کارایی عملیاتی را بهبود بخشد و به طور موثر هزینه ها را صرفه جویی کند.
