Desde la aparición de la tecnología MBR, se ha utilizado ampliamente en todo el mundo debido a su pequeña huella, buena calidad de los efluentes, alta tasa de carga orgánica y baja producción de lodos,especialmente en el tratamiento de aguas residuales urbanasSin embargo, debido a la necesidad de controlar eficazmente la contaminación de la membrana durante el funcionamiento, es necesario adoptar medidas tales como aumentar el caudal cruzado y la aireación,que consume una gran cantidad de energía durante el funcionamiento del MBR¿Qué deben hacer los operadores de MBR para abordar estos problemas? Sólo identificando rápidamente la causa raíz de la contaminación de la membrana y proporcionando golpes precisos podemos reducir la frecuencia de la limpieza.¿Cómo ocurre la contaminación de la membrana??
En términos estrictos, la contaminación de la membrana se refiere al fenómeno de la cobertura de la superficie de la membrana y el bloqueo de los poros causados por la adsorción o deposición de partículas, partículas coloidales,o macromoléculas de soluto que procesan materiales durante el funcionamiento debido a, químicas o mecánicas con la membrana.
El fenómeno de incrustación de la membrana es muy complejo e incluye múltiples mecanismos, entre los cuales la polarización de la concentración es la razón principal para la formación de la capa de filtro en la superficie.y las principales partículas sedimentarias incluyen sólidos en suspensiónLa contaminación orgánica e inorgánica se refiere a la contaminación causada por la adsorción de sustancias orgánicas e inorgánicas en las superficies y poros de las membranas.La contaminación biológica es el biofilm producido por la adhesión y el crecimiento de las comunidades microbianas en la superficie de una membranaEl fenómeno de escamación se produce cuando la concentración de sal disuelta en la superficie de la membrana excede su solubilidad y no es la causa principal de la contaminación de la membrana.La contaminación por membrana se utiliza generalmente para resumir todos los fenómenos que causan la disminución del flujo de permeación por membranaDe acuerdo con los diferentes métodos de limpieza, la contaminación por membrana se puede dividir en: 1. contaminación reversible que causa la disminución del flujo en poco tiempo debido a la polarización de la concentración,contaminación por los poros de la membrana y formación de capa de gelLa contaminación que puede eliminarse rápidamente mediante métodos de limpieza de superficies, como el lavado de la superficie, la aireación, el flujo cruzado, etc., se refiere generalmente a la contaminación a corto plazo. 2.La contaminación irreversible causada por la interacción a largo plazo entre las partículas del material y los materiales de la membrana no puede eliminarse mediante métodos de limpieza física., pero puede ser restaurado mediante limpieza química para restaurar la contaminación por flujo, que generalmente se refiere a la contaminación a largo plazo. 3.La contaminación que no puede eliminarse por ningún método de limpieza durante el funcionamiento a largo plazo se llama contaminación irreversible.
¿Qué factores influyen en la contaminación de la membrana?
1、 La fuente de contaminantes de membrana en un biorreactor de membrana es la mezcla de lodos activados, y la contaminación de la membrana por la mezcla de lodos es extremadamente compleja.
1EPS y SMP
Las sustancias poliméricas extracelulares (EPS) y los productos microbianos solubles (SMP) son metabolitos microbianos con aproximadamente la misma composición.Tienen efectos importantes y complejos sobre la contaminación de la membrana y son los principales contaminantes en los procesos de MBR.La concentración excesiva de EPS puede aumentar la viscosidad de la solución mezclada, lo que no favorece la difusión del oxígeno disuelto.dificultando la oxigenación del sistema de lodos y afectando la actividad fisiológica normal de los machos bacterianosSin embargo, si el contenido de EPS es demasiado bajo, puede causar la descomposición de los flocos, lo que es perjudicial para el funcionamiento de MBR.Existe un valor óptimo de EPS que estabiliza la estructura floculante y no causa una alta tendencia a la contaminación de la membrana.Las investigaciones han encontrado que la mayoría de las moléculas de SMP con pesos moleculares inferiores a 1 kDa y superiores a 10 kDa, de peso molecular pequeño, disuelven materia orgánica.puede obstruir fácilmente los poros de la membrana mientras pasa a través de la membranaMientras tanto, las características y la composición de SMP también están influenciadas por múltiples parámetros de funcionamiento.Hablando en general, COD en el círculo de agua cree que la tendencia de incrustación de SMP en la membrana en MBR se debilita con el aumento de MLSS, la disminución de la carga de materia orgánica y el aumento del oxígeno disuelto.
2La concentración de sólidos en suspensión en la solución mezclada, MLSSMLSS, afecta directamente a la viscosidad de la solución mezclada.El aumento de la viscosidad es la razón principal de la disminución del rendimiento de filtración de la solución mixta causada por el aumento de MLSSSi el caudal cruzado o la intensidad de aireación no son suficientes para eliminar los sólidos adheridos a la superficie de la membrana, se formará rápidamente una capa de incrustación.
3La viscosidad de una mezcla se ve afectada por el MLSS, y cuando la concentración del MLSS es superior al valor crítico, la viscosidad aumenta exponencialmente con el aumento de la concentración sólida.En fibra hueca MBRLa viscosidad de la solución mixta afecta al tamaño de las burbujas y a la flexibilidad de la membrana de fibra en el reactor.un aumento de la viscosidad disminuirá la eficiencia de la transferencia de oxígeno disuelto (DO), y una baja concentración de oxígeno disuelto exacerbará la tendencia a la contaminación de la membrana.
4Muchos estudios han demostrado que la materia orgánica hidrófila disuelta en el lodo tiene un efecto negativo en la contaminación de la membrana.Algunos estudios han encontrado que los lodos floculantes altamente hidrofóbicos también pueden causar incrustación de la membranaLa hidrofobia y la carga superficial del lodo están relacionadas con la composición y las propiedades de los polímeros extracelulares, así como con el índice de crecimiento de las bacterias filamentosas.La proliferación excesiva de bacterias filamentosas puede producir una gran cantidad, lo que conduce a una disminución de la forma potencial e irregular de los lodos floculantes, una mayor hidrofobía y una grave incrustación de la membrana.
5La disminución del flujo de membrana debido al tamaño de las partículas de lodo es causada principalmente por partículas de alrededor de 2 mm.cuanto más fácil sea que las partículas se depositen en la superficie de la membranaPor lo tanto, un tamaño de partícula más pequeño puede exacerbar la contaminación de la membrana.
6Aunque el índice de sedimentación del lodo (SVI) no afecta directamente a la contaminación de la membrana, puede reflejar las propiedades de sedimentación de la materia orgánica en la solución mezclada.sustancias orgánicas que no pueden depositarse, como los coloides y la materia orgánica disuelta, son ampliamente considerados como los principales contaminantes en las membranas.
2、 Condiciones de funcionamiento para el proceso MBR
Las condiciones de funcionamiento afectan directa o indirectamente a la contaminación de la membrana y a las propiedades y composición del lodo.
7Los resultados reales del tiempo de retención de lodo (SRT) muestran que el aumento del SRT puede reducir la producción de SMP y EPS, y la tasa de incrustación de la membrana también disminuirá en consecuencia.la SRT demasiado larga puede dar lugar a una alta concentración de lodoEl SRT del biorreactor de membrana en el tratamiento general de aguas residuales urbanas es de 5-20 días.
8Aunque el tiempo de retención hidráulica (TRH) no tiene un efecto directo sobre la contaminación de la membrana, la TRH corta proporciona más nutrientes a los microorganismos.conduciendo a un rápido crecimiento y aumento de la concentración y el flujo de MLSS, aumentando así la probabilidad de contaminación de la membrana.
9Comparando la temperatura y el pH en las diferentes estaciones, no es difícil encontrar que la contaminación reversible es más grave durante el período de bajas temperaturas.La contaminación irreversible se desarrolla más rápidamente durante el período de altas temperaturas.El rango de pH para el funcionamiento de MBR es generalmente de 6-9. Más allá de este rango, el número de bacterias nitrificantes en el reactor disminuirá rápidamente, lo que conduce a la inhibición de la nitrificación.Cuando el valor del pH sea superior a su valor crítico, la incrustación de la membrana se produce rápidamente, y cuando la temperatura aumenta, el valor máximo de pH permitido disminuye.
10Las concentraciones bajas de oxígeno disuelto (DO) pueden reducir la hidrofobía celular y causar la descomposición del floco de lodo. Cuando el DO es inferior a 1 mg/l, el contenido de SMP aumenta bruscamente.El oxígeno disuelto también puede afectar la composición de los componentes de EPS y SMPEn los sistemas MBR de alto contenido de oxígeno disuelto, la proporción de proteína a polisacárido también aumentará, y la composición de las comunidades microbianas será muy diferente.
11Para todos los procesos de membrana, un aumento del flujo de membrana puede conducir a una exacerbación de la contaminación de la membrana.Los intervalos de tiempo de limpieza química afectan directamente a los costes operativos.
12La velocidad de flujo cruzado y la aireación en un biorreactor de membrana dividida, la velocidad de flujo cruzado (CFV) es uno de los métodos para cambiar rápidamente la permeabilidad de la membrana.En sistemas con altas concentraciones y membranas de pequeño tamaño de poro, un aumento de la CFV puede aliviar la deposición de contaminantes en la superficie de la membrana.el aumento de la VFC no tiene ningún efecto o incluso el efecto contrario sobre el aumento del flujo. La aireación juega un papel muy importante en el proceso de MBR sumergido: a、 Proporcionar oxígeno disuelto a través de la aireación para facilitar el crecimiento normal y el metabolismo de los microorganismos en el lodo; b、Juega un papel estimulantec、 Aflojar las fibras del módulo de membrana de fibra hueca y generar fuerzas de cizallamiento en la superficie de la membrana,reducción de la deposición de contaminantes en la superficie de la membrana y prevención de la contaminación de la membrana en cierta medida.3■ Las propiedades de las membranas y la estructura de los componentes de las membranas
13El tamaño de los poros de la membrana es pequeño, y es fácil interceptar contaminantes en la solución, lo que resulta en una capa de deposición en la superficie de la membrana y el aumento de la resistencia de la membrana.Este tipo de contaminación generalmente pertenece a la contaminación reversible y puede eliminarse mediante métodos físicos como el flujo cruzadoLa contaminación interna es relativamente pequeña. Las membranas de gran apertura presentan un fuerte bloqueo de los poros en las primeras etapas de la filtración.y a medida que se forma la membrana dinámica de la superficieSin embargo, los contaminantes son propensos a sedimentarse y bloquearse en la superficie y en el interior de los poros de la membrana.que forman una contaminación irreversible e incluso irreversible, que se convierte en el principal factor que causa la degradación del rendimiento de la membrana y la reducción de la vida útil durante el funcionamiento a largo plazo. 14.La tendencia de incrustación de la membrana de fluoruro de polivinilideno (PVDF) fue significativamente menor que la de la membrana de polisulfona (PS) y la membrana de celulosa en las mismas condiciones de funcionamiento., dirigida a la situación de incrustación de diferentes materiales de membrana en MBR anaeróbico.Cabe señalar que cuando hay polímeros similares a los materiales de membrana en los componentes orgánicos de los lodos activadosLa composición de los contaminantes irreversibles depende del material de la membrana.,Pero al mismo tiempo, también aumenta la flexibilidad de la superficie de la membrana, impidiendo la deposición de contaminantes en la superficie de la membrana.el efecto de la rugosidad en el flujo de membrana es el resultado de la acción combinada de dos factoresLa hidrofobía de los materiales de membrana hidrófilos e hidrofóbicos también tiene un impacto significativo en la contaminación de la membrana.Comparación de las membranas de ultrafiltración hidrofóbicas con las membranas de ultrafiltración hidrofílicas, se encontró que las membranas de ultrafiltración hidrofóbicas son más propensas a adsorber sustancias solubles en su superficie de membrana, mostrando una mayor tendencia a la incrustación.La principal forma de cambiar la hidrofobía de las membranas es modificar los materiales de las membranasPor ejemplo, cambiar el tamaño de los poros, la rugosidad de la superficie de la membrana y añadir materiales inorgánicos para formar pre-revestimientos dinámicos en la superficie de la membrana.
¿Cómo controlar la contaminación de la membrana MBR?
1Actualmente, 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 possibleEl concepto de flujo crítico se propuso por primera vez en 1995. Su definición es que por debajo de este flujo, la presión transmembrana no aumenta con la extensión del tiempo de filtración.y hay una buena relación lineal entre la presión transmembrana y el flujoLa selección del flujo crítico juega un papel importante en el funcionamiento.y la diferencia de presión transmembrana (TMP) aumenta con la extensión del tiempo de filtraciónLos componentes de la membrana que operan por debajo del flujo crítico pueden retrasar en gran medida la contaminación de la membrana.
2- Velocidad e intensidad de la aireación
En términos generales, el aumento de la intensidad de aireación es beneficioso para mejorar la permeabilidad de la membrana y reducir la contaminación de la membrana.los contaminantes se depositan rápidamente en la superficie de la membranaSin embargo, una fuerte aireación también puede dañar los flocos de lodo, cambiando el tamaño y la distribución de las partículas de lodo, liberando más coloides y materia orgánica disuelta (EPS y SMP).y agravar la contaminación de la membranaPor lo tanto, es crucial encontrar la intensidad de aireación óptima para la DCO en el círculo de agua.como la concentración de la mezclaAlgunos estudiosos han propuesto trazar los cambios en la intensidad de aireación, la diferencia de presión transmembrana (TMP), el flujo de operación, el flujo de flujo de flujo de flujo de flujo de flujo de flujo de flujo de flujo de flujo de flujo de flujo.y el flujo en un gráfico para encontrar la intensidad de aireación óptima.
3- Selección de métodos de limpieza de las impurezas de la membrana
Los métodos de limpieza para la contaminación de la membrana incluyen principalmente la limpieza física y la limpieza química.Durante el funcionamiento del MBREl efecto del retrolavado en el retraso del ensuciamiento de la membrana fue estudiado en un MBR sumergido piloto,y se encontró que en el mismo flujo, el lavado de baja frecuencia de alta intensidad fue más eficaz en la reducción de la contaminación de la membrana que la limpieza de alta frecuencia.los contaminantes en la superficie de la membrana se aflojan y caen debido a la gravedadPor lo tanto, combinar el funcionamiento intermitente con el lavado posterior puede aliviar de manera más efectiva la contaminación de la membrana.La limpieza química y la limpieza física no pueden evitar la contaminación irreversibleLa limpieza química incluye la limpieza de mantenimiento y la limpieza fuerte (recuperación).Los agentes de limpieza comúnmente utilizados actualmente incluyen solución de NaClO para eliminar contaminantes orgánicos, ácido cítrico para eliminar contaminantes inorgánicos, etc. Como es bien sabido, los proveedores de MBR tienen sus propias fórmulas de limpieza fuertes,Las principales diferencias son la concentración de agentes de limpieza y los métodos de limpieza.Tomando el proveedor de MBR, la empresa Z, como ejemplo,
4La adición de adsorbentes en MBR da como resultado una composición muy compleja de la solución mezclada.el método más comúnmente utilizado es añadir PAC en polvo de carbón activado en el reactor para formar carbón biológicamente activadoEn un experimento se compararon los efectos de tres dosis diferentes de PAC (0, 0, 0).75Los resultados mostraron que la capa de incrustación en la superficie de la membrana disminuyó con el aumento de la dosis de PAC.mientras que la incrustación irreversible alcanzó su punto más bajo a una dosis de 0.75 g/l, y no hubo mucha diferencia en la resistencia irreversible a la incrustación entre 0 y 1,5 g/l. No es difícil encontrar que el carbón activado tiene su propia capacidad de adsorción,y alcanzará rápidamente la saturación de adsorción durante el funcionamiento, que no sólo no puede aliviar la contaminación de la membrana, sino que incluso la exacerba.Se requiere una descarga regular de lodos y la adición de PAC fresco para mejorar eficazmente el rendimiento del MBR.Al mismo tiempo, con el fin de ahorrar costos operativos, es posible intentar utilizar PAC de baja concentración de dosificación para mejorar el rendimiento de la operación MBR.Los resultados muestran que en condiciones de operación de SRT largas y de alta HRT, la baja dosis de PAC puede mejorar la eficiencia operativa y ahorrar efectivamente costes.
