Seit der Entstehung der MBR-Technologie wird sie weltweit aufgrund ihrer geringen Flächenfläche, ihrer guten Abwasserqualität, ihrer hohen organischen Belastung und ihrer geringen Schlammproduktion weit verbreitet.vor allem bei der Abwasserbehandlung in StädtenAufgrund der Notwendigkeit einer wirksamen Bekämpfung von Membranverschmutzung während des Betriebs ist es jedoch notwendig, Maßnahmen wie die Erhöhung des Querflusses und die Belüftung zu ergreifen.die während des MBR-Betriebs eine große Menge an Energie verbrauchtNur durch schnelle Ermittlung der Ursache für Membranverschmutzung und durch präzise Schläge können wir die Reinigungsfrequenz reduzieren.Wie tritt Membranverschmutzung auf??
Streng genommen bezieht sich Membranverunreinigung auf das Phänomen der Membranoberflächenabdeckung und Porenverstopfung durch Adsorption oder Ablagerung von Partikeln, kolloidalen Partikeln,oder gelöste Makromoleküle, die Materialien während des Betriebs aufgrund physikalischer, chemische oder mechanische Wechselwirkungen mit der Membran.
Das Phänomen der Membranverschmutzung ist sehr komplex und beinhaltet mehrere Mechanismen, darunter die Konzentrationspolarisierung, die Hauptursache für die Bildung der Filterkuchenschicht an der Oberfläche,und die wichtigsten Sedimentpartikel bestehen aus SuspendiertenOrganische und anorganische Verschmutzung bezieht sich auf die Verschmutzung durch die Adsorption organischer und anorganischer Stoffe auf Membranoberflächen und Poren.Biologische Verschmutzung ist der Biofilm, der durch die Anhaftung und das Wachstum von mikrobiellen Gemeinschaften an der Oberfläche einer Membran entstehtDas Skalierungsphänomen tritt auf, wenn die Konzentration des auf der Membranoberfläche gelösten Salzes seine Löslichkeit übersteigt und nicht die Hauptursache für die Verunreinigung der Membran ist.Membranverschmutzung wird allgemein verwendet, um alle Phänomene zusammenzufassen, die den Rückgang des Membrandurchflusses verursachen. Gemäß verschiedenen Reinigungsmethoden kann die Membranverschmutzung in: 1. Umkehrbare Verschmutzung unterteilt werden, die aufgrund der Konzentrationspolarisierung einen Rückgang des Flusses in kurzer Zeit verursacht,Membranporenverschmutzung und Bildung von Gel-Schicht.Verunreinigungen, die durch Oberflächenreinigungsverfahren wie Rückspülung, Belüftung, Querfluss usw. schnell entfernt werden können, beziehen sich im Allgemeinen auf kurzfristige Verschmutzungen.Die irreversible Verschmutzung, die durch die langfristige Wechselwirkung zwischen Materialpartikeln und Membranmaterialien verursacht wird, kann nicht durch physikalische Reinigungsverfahren beseitigt werden., aber durch chemische Reinigung wiederhergestellt werden können, um die Flussverschmutzung wiederherzustellen, was im Allgemeinen auf Langzeitverschmutzung bezieht. 3.Verunreinigungen, die während des langfristigen Betriebs nicht durch eine Reinigungsmethode beseitigt werden können, werden als irreversible Verschmutzung bezeichnet.
Welche Faktoren beeinflussen die Verunreinigung der Membran?
1、 Die Quelle von Membranverschmutzungen in einem Membranbioreaktor ist das Aktivschlammgemisch, und die Verunreinigung der Membran durch das Schlammgemisch ist äußerst komplex.
1. EPS und SMP
Extrazelluläre polymere Substanzen (EPS) und lösliche mikrobielle Produkte (SMP) sind beide mikrobielle Metaboliten mit etwa der gleichen Zusammensetzung.Sie haben wichtige und komplexe Auswirkungen auf Membranverschmutzung und sind die wichtigsten Schadstoffe in MBR-ProzessenEine übermäßige EPS-Konzentration kann die Viskosität der Mischlösung erhöhen, was zur Diffusion des gelösten Sauerstoffs nicht förderlich ist.Schwierigkeiten bei der Sauerstoffversorgung des Schlammsystems und Beeinträchtigung der normalen physiologischen Aktivität von BakterienflockenDer EPS-Gehalt ist jedoch zu niedrig und kann zur Zersetzung der Flocken führen, was dem Betrieb von MBR schadet.Es besteht ein optimaler EPS-Wert, der die Flockelstruktur stabilisiert und keine hohe Tendenz zum Verschmutzen der Membran verursacht.Untersuchungen haben ergeben, daß die meisten SMP-Moleküle mit einem Molekulargewicht von weniger als 1 kDa und mehr als 10 kDa, kleine molekularekann leicht Membranporen verstopfen, während durch die MembranDie Eigenschaften und Zusammensetzung von SMP werden ebenfalls von mehreren Betriebsparametern beeinflusst.Im Allgemeinen, COD im Wasserkreislauf glaubt, dass der Verunreinigungstrend von SMP auf der Membran in MBR mit der Zunahme von MLSS, der Abnahme der organischen Stoffbelastung und der Zunahme des gelösten Sauerstoffs abschwächt.
2Die Konzentration von Suspensionen in der Mischlösung, die MLSSMLSS-Konzentration, beeinflusst direkt die Viskosität der Mischlösung.Die Erhöhung der Viskosität ist der Hauptgrund für die Verringerung der Filtrationsleistung der Mischlösung durch die Erhöhung der MLSS.Wenn die Durchflussrate oder die Belüftungsintensivität nicht ausreicht, um die an der Membranoberfläche befestigten Feststoffe auszuspülen, entsteht schnell eine Verschmutzungsschicht.
3Die Viskosität eines Gemischs wird durch MLSS beeinflusst, und wenn die MLSS-Konzentration über dem kritischen Wert liegt, steigt die Viskosität exponentiell mit der Zunahme der Feststoffkonzentration.In Hohlfaser MBR, die Viskosität der Mischlösung beeinflusst die Größe der Blasen und die Flexibilität der Fasermembran im Reaktor.Eine Erhöhung der Viskosität verringert den Wirkungsgrad der Oxygenübertragung, und eine geringe Konzentration an gelöstem Sauerstoff wird den Trend zur Verschmutzung der Membran verschlimmern.
4Viele Studien haben gezeigt, daß hydrophile, in Schlamm gelöste organische Stoffe eine negative Wirkung auf die Membranverschmutzung haben.Einige Studien haben gezeigt, dass hochhydrophobischer Flockelschlamm auch Membranverschmutzung verursachen kannDie Hydrophobie und die Oberflächenladung des Schlamms hängen mit der Zusammensetzung und den Eigenschaften der extrazellulären Polymere sowie mit dem Wachstumsindex der filamentösen Bakterien zusammen.Eine übermäßige Vermehrung der filamentösen Bakterien kann eine große Menge, was zu einer Verringerung der potentiellen, unregelmäßigen Form von Flockelschlamm, einer erhöhten Hydrophobie und einer starken Membranverschmutzung führt.
5Die Verringerung des Membranflusses aufgrund der Größe der Schlammpartikel wird hauptsächlich durch Partikel um 2 mm verursacht.je leichter sich die Partikel auf der Membranoberfläche ablagernEine geringere Partikelgröße kann die Verschmutzung der Membran verschlimmern.
6Obwohl der Schlammbestellungsindex (SVI) die Membranverschmutzung nicht unmittelbar beeinflusst, kann er die Absetzwerte organischer Stoffe in der Mischlösung widerspiegeln.organische Stoffe, die sich nicht absetzen können, wie Kolloide und gelöste organische Stoffe, gelten als die wichtigsten Schadstoffe in Membranen.
2、 Betriebsbedingungen für den MBR-Prozess
Die Betriebsbedingungen beeinflussen direkt oder indirekt die Verschmutzung der Membran sowie die Eigenschaften und Zusammensetzung des Schlamms.
7Die tatsächlichen Ergebnisse der Schlammeretentionszeit (SRT) zeigen, dass eine Erhöhung der SRT die Produktion von SMP und EPS reduzieren kann und die Membranverschmutzungsrate entsprechend sinkt.Eine zu lange SRT kann zu einer hohen Schlammkonzentration führenDie SRT eines Membranbioreaktors bei der allgemeinen Stadtwasserbehandlung beträgt 5-20 Tage.
8Obwohl die hydraulische Retentionszeit (HRT) keinen direkten Einfluss auf die Membranverschmutzung hat, liefert eine kurze HRT den Mikroorganismen mehr Nährstoffe.Dies führt zu einem schnellen Wachstum und einer erhöhten MLSS-Konzentration und -Fluss, wodurch die Wahrscheinlichkeit einer Verschmutzung der Membran erhöht wird.
9Bei einem Vergleich von Temperatur und pH-Wert in den verschiedenen Jahreszeiten ist nicht schwer festzustellen, daß die reversible Verschmutzung während der Niedertemperaturperiode schwerwiegender ist.und eine irreversible Verschmutzung entwickelt sich während der hohen TemperaturenDer pH-Bereich für den MBR-Betrieb beträgt in der Regel 6 bis 9. Über diesen Bereich hinaus sinkt die Anzahl der nitrifizierenden Bakterien im Reaktor rasch, was zu einer Hemmung der Nitrifizierung führt.Wenn der pH-Wert höher als sein kritischer Wert ist, tritt das Verschmutzen der Membran rasch auf, und wenn die Temperatur steigt, sinkt der maximal zulässige pH-Wert.
10. Niedrige Konzentrationen von gelöstem Sauerstoff (DO) können die Zellhydrophobie verringern und die Zersetzung von Schlammflocken verursachen.Aufgelöster Sauerstoff kann auch die Zusammensetzung von EPS- und SMP-Komponenten beeinflussenIn Systemen mit hohem gelöstem Sauerstoffgehalt wird auch das Verhältnis von Protein zu Polysaccharid zunehmen, und die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaften wird sehr unterschiedlich sein.
11Bei allen Membranprozessen kann eine Erhöhung des Membranflusses zu einer Verschlimmerung der Membranverschmutzung führen.und chemische Reinigungszeitintervalle die Betriebskosten direkt beeinflussen.
12Durchflussrate und Belüftung in einem Split-Membran-Bioreaktor ist eine der Methoden, um die Membranpermeabilität schnell zu verändern.In Systemen mit hoher Konzentration und kleinen Porenmembranen, kann eine Erhöhung des CFV die Ablagerung von Schadstoffen auf der Membranoberfläche verringern.die Erhöhung des CFV hat keine oder sogar die entgegengesetzte Wirkung auf die Erhöhung des FlussesDie Luftung spielt eine sehr wichtige Rolle im unter Wasser befindlichen MBR-Prozess: a、 Durch Luftung gelösten Sauerstoff liefern, um das normale Wachstum und den Stoffwechsel von Mikroorganismen im Schlamm zu erleichtern; b、Spielt eine bewegende Rollec、 Die hohlen Fasermembranmodulfasern lockern und Scherkräfte auf der Membranoberfläche erzeugen,Verringerung der Ablagerung von Schadstoffen auf der Membranoberfläche und Verhinderung des Verschmutzens der Membranen in gewissem UmfangDie Eigenschaften der Membranen und die Struktur der Membrankomponenten
13Die Porengröße der Membran ist klein und es ist leicht, Schadstoffe in der Lösung abzufangen, was zu einer Ablagerungsschicht auf der Membranoberfläche und zu einer erhöhten Membranwiderstandsfähigkeit führt.Diese Art von Verschmutzung gehört im Allgemeinen zu reversiblen Verschmutzungen und kann durch physikalische Methoden wie Querfluss entfernt werden., Rückspülung, Belüftung usw. Die interne Verschmutzung ist relativ gering.und als die dynamische Oberflächenmembran bildet, beginnt der Retentionseffekt zu zunehmen.die irreversible und sogar irreversible Verschmutzung erzeugen, was der Hauptfaktor für eine Verschlechterung der Membranleistung und eine verkürzte Lebensdauer im langfristigen Betrieb wird. 14.Die Verunreinigungsrate der Polyvinylidenfluorid (PVDF) -Membran war signifikant niedriger als die der Polysulfon-Membran (PS) und der Zellulose-Membran unter den gleichen Betriebsbedingungen, die sich auf die Verunreinigung verschiedener Membranmaterialien in anaeroben MBR konzentriert.Es ist erwähnenswert, dass, wenn in den organischen Bestandteilen von Aktivschlamm Polymere ähnlich Membranmaterialien vorhanden sind,15. Die Erhöhung der Oberflächenrauheit der Membran erhöht die Möglichkeit der Schadstoffadsorption auf der Membranoberfläche.,Es wird jedoch zugleich die Flexibilität der Membranoberfläche erhöht, wodurch die Ablagerung von Schadstoffen auf der Membranoberfläche verhindert wird.Der Effekt der Rauheit auf den Membranfluss ist das Ergebnis der Kombination von zwei Faktoren.Die Hydrophobie von hydrophilen und hydrophobischen Membranmaterialien hat ebenfalls einen erheblichen Einfluss auf die Verunreinigung der Membran.Vergleich von hydrophoben Ultrafiltrationsmembranen mit hydrophilen UltrafiltrationsmembranenIn der Studie wurde festgestellt, daß hydrophobe Ultrafiltrationsmembranen eher lösliche Stoffe auf ihrer Membranoberfläche adsorbieren und eine größere Verunreinigungstendenz aufweisen.Der Hauptweg zur Änderung der Hydrophobität von Membranen besteht darin, die Membranmaterialien zu modifizieren. Wie zum Beispiel die Porengröße, die Oberflächenrauheit der Membran und das Hinzufügen anorganischer Materialien zur Bildung dynamischer Vorbeschichtungen auf der Membranoberfläche.
Wie kann die Verunreinigung der MBR-Membran kontrolliert werden?
1Derzeit 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 possibleDas Konzept des kritischen Flusses wurde erstmals 1995 vorgeschlagen.und es gibt eine gute lineare Beziehung zwischen transmembranem Druck und FlussDie Auswahl des kritischen Flusses spielt eine wichtige Rolle im Betrieb.und der Transmembrandruckunterschied (TMP) steigt mit der Verlängerung der FiltrationszeitMembrankomponenten, die unterhalb des kritischen Flusses arbeiten, können die Verschmutzung der Membran erheblich verzögern.
2. Luftungsrate und Intensität
Im Allgemeinen ist die Erhöhung der Belüftungsintensivität vorteilhaft, um die Membrandurchlässigkeit zu verbessern und die Verschmutzung der Membran zu reduzieren.Schadstoffe, die sich schnell auf der Membranoberfläche ablagernEine starke Belüftung kann jedoch auch Schlammflöcke schädigen, die Größe und Verteilung der Schlammpartikel verändern, mehr Kolloide und gelöstes organisches Material freisetzen (EPS und SMP),und verschmutzt die MembranDaher ist es von entscheidender Bedeutung, die optimale Belüftungsintensivität für COD im Wasserkreislauf zu finden.z. B. MischkonzentrationEinige Wissenschaftler haben vorgeschlagen, die Veränderungen der Belüftungsintensivität, des Transmembrandruckunterschieds (TMP), derund Fluss in einem Diagramm, um die optimale Belüftungsintensität zu finden.
3. Auswahl der Methoden zur Reinigung von Membranverschmutzung
Die Reinigungsmethoden für Membranverschmutzung umfassen hauptsächlich die physikalische Reinigung und die chemische Reinigung.Während des MBR-BetriebsDie Wirkung des Rückspülens auf die Verzögerung des Membranverschmutzens wurde in einem Pilot-MBR unter Wasser untersucht.und es wurde festgestellt, dass bei dem gleichen FlussBei der Verringerung der Verschmutzung der Membranen war die Niedrigfrequenz-Hochintensitätsrückspülung effektiver als die Hochfrequenzreinigung.Schadstoffe auf der Membranoberfläche lösen und fallen durch Schwerkraft abDer Effekt ist bei Belüftung stärker ausgeprägt, daher kann die Kombination von intermittierendem Betrieb mit Rückspülung die Verschmutzung der Membran effektiver lindern.Chemische und physische Reinigung können nicht verhindern, daß eine irreversible Verschmutzung auftrittChemische Reinigung umfaßt Wartungsreinigung und starke (Wiederherstellungs) Reinigung.Zu den häufig verwendeten Reinigungsmitteln gehören derzeit NaClO-Lösungen zur Entfernung organischer Schadstoffe, Zitronensäure zur Beseitigung anorganischer Schadstoffe usw. Wie bekannt, verfügen die Hersteller von MBR über ihre eigenen starken Reinigungsrezepturen,Die Hauptunterschiede bestehen in der Konzentration der Reinigungsmittel und in den Reinigungsmethoden.Wir nehmen zum Beispiel den MBR-Lieferanten Z.
4Die Zugabe von Adsorbenten in MBR führt zu einer sehr komplexen Zusammensetzung der gemischten Lösung.die am häufigsten verwendete Methode besteht darin, PAC aus pulverisiertem Aktivkohlenstoff in den Reaktor zu geben, um biologisch aktivierten Kohlenstoff zu bildenEin Experiment verglich die Wirkung von drei verschiedenen PAC-Dosierungen (0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1).75Die Ergebnisse zeigten, daß sich die Verschmutzungsschicht auf der Membranoberfläche mit zunehmender PAC-Dosis verringerte.Während irreversible Verunreinigung ihren niedrigsten Punkt bei einer Dosierung von 0 erreichteEs ist nicht schwer festzustellen, daß Aktivkohle eine eigene Adsorptionsfähigkeit aufweist.und es wird schnell Adsorptionssättigung während des Betriebs erreichen, die nicht nur die Membranverschmutzung nicht lindern kann, sondern sie sogar verschlimmert.Regelmäßige Schlammentladung und Zusatz von frischem PAC sind notwendig, um die Leistung der MBR effektiv zu verbessern.Gleichzeitig ist es möglich, um Betriebskosten zu sparen, zu versuchen, PAC mit niedriger Dosiskonzentration zu verwenden, um die Leistung des MBR-Betriebs zu verbessern.Die Ergebnisse zeigen, dass bei langen SRT- und hohen HRT-Betriebsbedingungen, kann eine geringe PAC-Dosis die Betriebseffizienz verbessern und Kosten effektiv sparen.
