Desde o surgimento da tecnologia MBR, tem sido amplamente utilizada em todo o mundo devido à sua pequena pegada, boa qualidade dos efluentes, alta taxa de carga orgânica e baixa produção de lamas,especialmente no tratamento de águas residuais urbanasNo entanto, devido à necessidade de um controlo eficaz da impureza da membrana durante o funcionamento, é necessário adoptar medidas como o aumento da taxa de fluxo cruzado e a aeração,que consome uma grande quantidade de energia durante o funcionamento do MBRO que os operadores de MBR devem fazer para resolver estes problemas? Somente identificando rapidamente a causa raiz da contaminação da membrana e fornecendo ataques precisos podemos reduzir a frequência da limpeza.Como ocorre a impureza da membrana?
Estritamente falando, a impureza da membrana refere-se ao fenômeno da cobertura da superfície da membrana e do bloqueio dos poros causado pela adsorção ou deposição de partículas, partículas coloidais,ou macromoléculas solutas que processam materiais durante o funcionamento devido a, químicas ou mecânicas com a membrana.
O fenômeno da impureza da membrana é muito complexo, incluindo múltiplos mecanismos. Entre eles, a polarização da concentração é a principal razão para a formação da camada de bolo de filtro na superfície,e as principais partículas sedimentares incluem sólidos em suspensãoA poluição orgânica e inorgânica refere-se à poluição causada pela adsorção de substâncias orgânicas e inorgânicas nas superfícies e poros da membrana.A poluição biológica é o biofilme produzido pela fixação e crescimento de comunidades microbianas na superfície de uma membranaO fenômeno de escamação ocorre quando a concentração de sal dissolvido na superfície da membrana excede a sua solubilidade e não é a principal causa de incrustação da membrana.A poluição da membrana é geralmente usada para resumir todos os fenômenos que causam o declínio do fluxo de permeação da membranaDe acordo com diferentes métodos de limpeza, a poluição da membrana pode ser dividida em: 1. poluição reversível que causa a diminuição do fluxo em um curto período de tempo devido à polarização da concentração,poluição dos poros da membrana e formação de camada de gelA poluição que pode ser rapidamente removida por métodos de limpeza da superfície, tais como lavagem por retrocesso, aeração, fluxo cruzado, etc., refere-se geralmente à poluição a curto prazo. 2.A poluição irreversível causada pela interação a longo prazo entre as partículas do material e os materiais da membrana não pode ser eliminada por métodos de limpeza física, mas podem ser restaurados através de limpeza química para restaurar a poluição do fluxo, referindo-se geralmente à poluição a longo prazo. 3.A poluição que não pode ser removida por nenhum método de limpeza durante a operação de longa duração é chamada de poluição irreversível.
Quais são os fatores que influenciam a impureza da membrana?
1、 A fonte de poluentes de membrana num biorreator de membrana é a mistura de lodo activado, e a contaminação da membrana pela mistura de lodo é extremamente complexa.
1EPS e SMP
As substâncias poliméricas extracelulares (EPS) e os produtos microbianos solúveis (SMP) são metabolitos microbianos com aproximadamente a mesma composição.Eles têm efeitos importantes e complexos sobre a impureza da membrana e são os principais poluentes nos processos de MBRA concentração excessiva de EPS pode aumentar a viscosidade da solução misturada, o que não favorece a difusão do oxigénio dissolvido.dificultando a oxigenação do sistema de lamas e afectando a actividade fisiológica normal dos flocos de bactériasNo entanto, se o teor de EPS for muito baixo, pode causar a decomposição dos flocos, o que é prejudicial para o funcionamento do MBR.Existe um valor EPS óptimo que estabiliza a estrutura floculante e não provoca uma elevada tendência à impureza da membrana.A investigação revelou que a maioria das moléculas de SMP com pesos moleculares inferiores a 1 kDa e superiores a 10 kDa, de peso molecular pequeno, dissolvem matéria orgânica,pode obstruir facilmente os poros da membrana ao passar pela membranaA composição e as características do SMP também são influenciadas por vários parâmetros de funcionamento.Em geral., COD no círculo de água acredita que a tendência de impureza de SMP na membrana em MBR enfraquece com o aumento de MLSS, a diminuição da carga de matéria orgânica e o aumento do oxigénio dissolvido.
2A concentração de sólidos em suspensão na solução misturada, a concentração MLSSMLSS, afecta directamente a viscosidade da solução misturada.O aumento da viscosidade é a principal razão da diminuição do desempenho de filtragem da solução mista causada pelo aumento da MLSSSe o caudal cruzado ou a intensidade de aeração não forem suficientes para expulsar os sólidos ligados à superfície da membrana, isso causará rapidamente a formação de uma camada de impureza.
3A viscosidade de uma mistura é afetada pela MLSS, e quando a concentração MLSS é superior ao valor crítico, a viscosidade aumenta exponencialmente com o aumento da concentração sólida.Em fibras ocas MBR, a viscosidade da solução misturada afecta o tamanho das bolhas e a flexibilidade da membrana de fibra no reator.um aumento da viscosidade diminuirá a eficiência da transferência de oxigénio dissolvido (DO), e uma baixa concentração de oxigénio dissolvido irá exacerbar a tendência de incrustação da membrana.
4Muitos estudos demonstraram que a matéria orgânica hidrofílica dissolvida na lama tem um efeito negativo sobre a impureza da membrana.Alguns estudos revelaram que a lama floculante altamente hidrofóbica também pode causar impurezas na membranaA hidrofobidade e a carga superficial da lama estão relacionadas com a composição e as propriedades dos polímeros extracelulares, bem como com o índice de crescimento das bactérias filamentosas.A proliferação excessiva de bactérias filamentosas pode produzir uma grande quantidade, levando a uma diminuição da forma potencial e irregular da lama floculante, aumento da hidrofobidade e uma grave impureza da membrana.
5A diminuição do fluxo da membrana devido ao tamanho das partículas de lama é causada principalmente por partículas de cerca de 2 um.Quanto mais fácil for para as partículas depositarem na superfície da membranaPor conseguinte, um tamanho de partícula menor pode exacerbar a impureza da membrana.
6Apesar de o índice de sedimentação das lamas (SVI) não afetar directamente a impureza da membrana, pode reflectir as propriedades de sedimentação da matéria orgânica na solução misturada.Substâncias orgânicas que não podem depositar-se, tais como colóides e matéria orgânica dissolvida, são amplamente considerados os principais poluentes nas membranas.
2、 Condições de funcionamento do processo MBR
As condições de funcionamento afectam directa ou indirectamente a impureza da membrana e as propriedades e composição das lamas.
7Os resultados reais do tempo de retenção de lodo (SRT) mostram que o aumento do SRT pode reduzir a produção de SMP e EPS, e a taxa de impureza da membrana também diminuirá em conformidade.A SRT excessivamente longa pode conduzir a uma elevada concentração de lamasA SRT do biorreator de membrana no tratamento geral de águas residuais urbanas é de 5 a 20 dias.
8Embora o tempo de retenção hidráulica (HRT) não tenha efeito direto sobre a contaminação da membrana, a HRT curta fornece mais nutrientes aos microorganismos.levando a um rápido crescimento e aumento da concentração e fluxo de MLSS, aumentando assim a probabilidade de contaminação da membrana.
9Comparando a temperatura e o pH em diferentes estações, não é difícil constatar que a poluição reversível é mais grave durante o período de baixas temperaturas.e a poluição irreversível desenvolve-se mais rapidamente durante o período de altas temperaturasO intervalo de pH para a operação do MBR é geralmente de 6 a 9. Além deste intervalo, o número de bactérias nitrificantes no reator diminuirá rapidamente, levando à inibição da nitrificação.Quando o valor do pH for superior ao seu valor crítico, a impureza da membrana ocorre rapidamente e, quando a temperatura aumenta, o valor máximo de pH admissível diminui.
10As concentrações baixas de oxigénio dissolvido (DO) podem reduzir a hidrofobidade celular e causar a decomposição do floco de lama.O oxigénio dissolvido também pode afectar a composição dos componentes EPS e SMPEm sistemas MBR de alto oxigénio dissolvido, a proporção de proteína para polissacarídeo também aumentará e a composição das comunidades microbianas será muito diferente.
11Para todos os processos de membrana, um aumento no fluxo da membrana pode levar a uma exacerbação da contaminação da membrana.Os intervalos de tempo de limpeza química afetam diretamente os custos operacionais.
12O fluxo cruzado e a aeração num biorreator de membrana dividida, a taxa de fluxo cruzado (CFV) é um dos métodos para alterar rapidamente a permeabilidade da membrana.Em sistemas com alta concentração e pequenas membranas de porosNo entanto, no caso de partículas relativamente grandes no líquido misturado, a concentração de CO2 é reduzida.o aumento da CFV não tem nenhum efeito ou até mesmo o efeito oposto no aumento do fluxoA aeração desempenha um papel muito importante no processo de MBR submerso: a、 Fornecer oxigénio dissolvido através da aeração para facilitar o crescimento normal e o metabolismo dos microorganismos na lama; b、Desempenha um papel estimulantec、 Soltar as fibras ocas do módulo de fibra da membrana e gerar forças de cisalhamento na superfície da membrana,Reduzir a deposição de poluentes na superfície da membrana e evitar, até certo ponto, a impureza da membrana.3■ As propriedades das membranas e a estrutura dos componentes das membranas
13O tamanho dos poros da membrana é pequeno e é fácil interceptar poluentes na solução, resultando numa camada de deposição na superfície da membrana e aumentando a resistência da membrana.Este tipo de poluição pertence geralmente à poluição reversível e pode ser removida através de métodos físicos, tais como o fluxo cruzadoA poluição interna é relativamente pequena. As membranas de grande abertura apresentam um bloqueio grave dos poros nos estágios iniciais da filtragem,e à medida que a membrana dinâmica da superfície se formaNo entanto, os poluentes são propensos a sedimentação e bloqueio na superfície e no interior dos poros da membrana,que formam uma poluição irreversível e mesmo irreversível, que se torna o principal factor que causa a degradação do desempenho da membrana e a redução da vida útil durante a operação a longo prazo. 14.A tendência de impureza da membrana de fluoreto de polivinilideno (PVDF) foi significativamente inferior à da membrana de polisulfona (PS) e da membrana de celulose nas mesmas condições de funcionamento, visando a situação de impureza de diferentes materiais de membrana no MBR anaeróbico.É importante referir que, quando existem polímeros semelhantes aos materiais de membrana nos componentes orgânicos das lamas activadasO aumento da rugosidade da superfície da membrana aumenta a possibilidade de adsorção de poluentes na superfície da membrana.,Mas, ao mesmo tempo, também aumenta a flexibilidade da superfície da membrana, impedindo a deposição de poluentes na superfície da membrana.O efeito da rugosidade sobre o fluxo da membrana é o resultado da ação combinada de dois fatores16. A hidrofobidade dos materiais de membrana hidrófilos e hidrofóbicos também tem um impacto significativo na impureza da membrana.Comparação de membranas de ultrafiltração hidrofóbicas com membranas de ultrafiltração hidrofílicas, verificou-se que as membranas de ultrafiltração hidrofóbicas são mais propensas a adsorver substâncias solúveis na sua superfície da membrana, apresentando uma maior tendência para a impureza.A principal forma de alterar a hidrofobidade das membranas é modificar os materiais da membranaComo alterar o tamanho dos poros, a rugosidade da superfície da membrana e a adição de materiais inorgânicos para formar pré-revestimentos dinâmicos na superfície da membrana.
Como controlar a contaminação da membrana da MBR?
1No momento, 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 possibleO conceito de fluxo crítico foi proposto pela primeira vez em 1995.e há uma boa relação linear entre pressão transmembrana e fluxoA selecção do fluxo crítico desempenha um papel importante na operação.e a diferença de pressão transmembrana (TMP) aumenta com o prolongamento do tempo de filtragemOs componentes da membrana que operam abaixo do fluxo crítico podem atrasar muito a impureza da membrana.
2- Taxa e intensidade de aeração
Em geral, o aumento da intensidade de aeração é benéfico para melhorar a permeabilidade da membrana e reduzir a impureza da membrana.poluentes que se depositam rapidamente na superfície da membranaNo entanto, a forte aeração pode também danificar os flocos de lama, alterando o tamanho e a distribuição das partículas de lama, liberando mais coloides e matéria orgânica dissolvida (EPS e SMP),e exacerbam a impureza da membranaPor conseguinte, é crucial encontrar a intensidade de aeração ideal para COD no círculo de água.tais como a concentração da misturaAlguns estudiosos propuseram traçar as mudanças na intensidade de aeração, diferença de pressão transmembrana (TMP),e fluxo em um gráfico para encontrar a intensidade de aeração ideal.
3Selecção dos métodos de limpeza das impurezas da membrana
Os métodos de limpeza para a impureza da membrana incluem principalmente limpeza física e limpeza química.Durante a operação do MBRO efeito do backwashing sobre o atraso da incrustação da membrana foi estudado num MBR submerso piloto.e foi encontrado que no mesmo fluxo, a lavagem de baixa frequência de alta intensidade foi mais eficaz na redução da impureza da membrana do que a limpeza de alta frequência.poluentes na superfície da membrana soltar e cair devido à gravidadePor conseguinte, combinar a operação intermitente com a lavagem de volta pode aliviar de forma mais eficaz a impureza da membrana.A limpeza química e a limpeza física não podem impedir que ocorra poluição irreversívelA limpeza química inclui a limpeza de manutenção e a limpeza forte (de recuperação).Os agentes de limpeza comumente utilizados incluem atualmente solução de NaClO para remover poluentes orgânicos, ácido cítrico para a remoção de poluentes inorgânicos, etc. Como é sabido, os fornecedores de MBR têm as suas próprias fórmulas de limpeza fortes,As principais diferenças são a concentração de agentes de limpeza e os métodos de limpeza.Tomando como exemplo a empresa Z, fornecedora de MBR,
4A adição de adsorventes no MBR resulta numa composição muito complexa da solução misturada.O método mais utilizado é adicionar PAC em pó de carbono ativado ao reator para formar carbono biologicamente ativado.Uma certa experiência comparou os efeitos de três doses diferentes de PAC (0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,75Os resultados mostraram que a camada de impureza na superfície da membrana diminuiu com o aumento da dose de PAC,enquanto a impureza irreversível atingiu o seu ponto mais baixo a uma dose de 0O carbono ativado tem uma capacidade de adsorção própria, não é difícil constatá-la.e atingirá rapidamente a saturação de adsorção durante o funcionamento, o que não só não pode aliviar a impureza da membrana, mas até a agrava.É necessária uma descarga regular de lamas e a adição de PAC fresco para melhorar eficazmente o desempenho do MBR.Ao mesmo tempo, a fim de poupar custos operacionais, é possível tentar utilizar PAC de baixa concentração de dosagem para melhorar o desempenho da operação MBR.Os resultados mostram que, em condições de funcionamento de SRT prolongadas e de HRT elevada, o, a baixa dose de PAC pode melhorar a eficiência operacional e economizar custos de forma eficaz.
