MBR teknolojisinin ortaya çıkmasından bu yana, özellikle kentsel kanalizasyon tedavisinde küçük ayak izi, iyi atık su kalitesi, yüksek organik yük oranı ve düşük çamur üretimi nedeniyle dünya çapında yaygın olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte, operasyon sırasında membran kirlenmesinin etkili kontrolüne ihtiyaç duyulması nedeniyle, MBR operasyonu sırasında büyük miktarda enerji tüketen çapraz akış hızını ve havalandırma gibi önlemlerin benimsenmesi gerekmektedir. Peki, MBR operatörleri bu sorunları ele almak için ne yapmalı? Sadece membran kirlenmesinin temel nedenini hızlı bir şekilde tanımlayarak ve hassas grevler sağlayarak temizlik sıklığını azaltabiliriz. Membran kirletme nasıl olur?
Kesinlikle konuşursak, membran kirletme, membran yüzey kapsama alanı ve partiküllerin, kolloidal partiküllerin veya çözünen makromoleküllerin adsorpsiyonunun veya birikiminin neden olduğu gözenek tıkanıklığı, malzemeleri ve membranla fiziksel, kimyasal veya mekanik etkileşimler nedeniyle malzemeleri işleyen makromolekülleri ifade eder.
Membran kirletme olgusu, çoklu mekanizmalar dahil çok karmaşıktır. Bunlar arasında, konsantrasyon polarizasyonu, yüzeyde filtre kek tabakasının oluşumunun ana nedenidir ve ana tortul parçacıklar askıda katı maddeler, kolloidler ve mikrobiyal topluluklar içerir. Organik ve inorganik kirlilik, membran yüzeyleri ve gözenekler üzerindeki organik ve inorganik maddelerin adsorpsiyonunun neden olduğu kirliliği ifade eder. Biyolojik kirlilik, mikrobiyal toplulukların bir zarın yüzeyinde bağlanması ve büyümesi ile üretilen biyofilmdir. Ölçeklendirme fenomeni, membran yüzeyi üzerinde çözünmüş tuz konsantrasyonu çözünürlüğünü aştığında ve membran kirlenmesinin ana nedeni değildir. Membran kirliliği genellikle membran permeasyon akışının azalmasına neden olan tüm fenomenleri özetlemek için kullanılır. Farklı temizlik yöntemlerine göre, membran kirliliği şunlara ayrılabilir: 1. Konsantrasyon polarizasyonu, membran gözenek kirliliği ve jel tabakasının oluşumu nedeniyle kısa sürede akının azalmasına neden olan geri dönüşümlü kirlilik. Geri yıkama, havalandırma, çapraz akış vb. Gibi yüzey temizleme yöntemleriyle hızla kaldırılabilen kirlilik genellikle kısa süreli kirliliği ifade eder. 2. Malzeme parçacıkları ve membran malzemeleri arasındaki uzun süreli etkileşimin neden olduğu geri döndürülemez kirlilik fiziksel temizleme yöntemleri ile çıkarılamaz, ancak genellikle uzun süreli kirliliğe atıfta bulunan akı kirliliğini geri yüklemek için kimyasal temizleme yoluyla geri yüklenebilir. 3. Uzun süreli operasyon sırasında herhangi bir temizlik yöntemi ile çıkarılamayan kirliliğe geri döndürülemez kirlilik denir.
Membran kirlenmesini hangi faktörler etkiler?
1 、 Membran biyoreaktöründeki membran kirleticilerinin kaynağı aktif çamur karışımıdır ve membranın çamur karışımı ile kirlenmesi son derece karmaşıktır.
1. EPS ve SMP
Hücre dışı polimerik maddeler (EPS) ve çözünür mikrobiyal ürünler (SMP), her ikisi de kabaca aynı bileşime sahip mikrobiyal metabolitlerdir. Membran kirletme üzerinde önemli ve karmaşık etkileri vardır ve MBR süreçlerindeki ana kirleticilerdir. Aşırı EPS konsantrasyonu, çözünmüş oksijenin difüzyonuna elverişli olmayan karışık çözeltinin viskozitesini arttırabilir, çamur sistemini oksijenlendirmeyi ve bakteriyel flokların normal fizyolojik aktivitesini etkilemeyi zorlaştırabilir, böylece membran filtrasyon direncini arttırır. Bununla birlikte, EPS içeriği çok düşükse, MBR'nin çalışmasına zararlı olan flokların ayrışmasına neden olabilir. Bu nedenle, flokülten yapıyı stabilize eden ve membran kirlenmesine yönelik yüksek bir eğilime neden olmayan optimal bir EPS değeri vardır. Araştırmalar, 1KDA'dan daha düşük ve 10KDA'dan daha büyük moleküler ağırlıklara sahip SMP moleküllerinin çoğunluğunun, membrandan geçerken membran gözeneklerini kolayca tıkayabileceğini ve membran kaplamasına neden olabileceğini ve membranın kaplanmasına ve ana kalıntı organik madde haline gelebileceğini buldu. atık su. Bu arada, SMP'nin özellikleri ve bileşimi de çoklu çalışma parametrelerinden etkilenir. Genel olarak konuşursak, su çemberindeki COD, MBR'deki membran üzerindeki SMP'nin kirlenme eğiliminin MLSS'nin artması, organik madde yüklemesinin azalması ve çözünmüş oksijenin artmasıyla zayıfladığına inanmaktadır.
2. Karışık çözeltideki askıda katı maddelerin konsantrasyonu MLSSMLSS konsantrasyonu, karışık çözeltinin viskozitesini doğrudan etkiler. Viskozitedeki artış, MLS'lerde artışın neden olduğu karışık çözeltinin filtrasyon performansındaki azalmanın ana nedenidir. Çapraz akış hızı veya havalandırma yoğunluğu, membran yüzeyine bağlı katı maddeleri temizlemek için yeterli değilse, hızla bir kirlenme tabakasının oluşumuna neden olur.
3. Bir karışımın viskozitesi MLS'lerden etkilenir ve MLSS konsantrasyonu kritik değerden daha yüksek olduğunda, viskozite katı konsantrasyonun artmasıyla katlanarak artar. İçi boş fiber MBR'de, karışık çözeltinin viskozitesi kabarcıkların boyutunu ve reaktördeki fiber zarın esnekliğini etkiler. Ek olarak, viskozitedeki bir artış, çözünmüş oksijen (DO) transferinin etkinliğini azaltacaktır ve düşük çözünmüş oksijen konsantrasyonu, membran kirletme eğilimini daha da kötüleştirecektir.
4. Birçok çalışma, çamurdaki hidrofilik çözünmüş organik maddenin membran kirlenmesi üzerinde olumsuz bir etkisi olduğunu göstermiştir. Bununla birlikte, bazı çalışmalar yüksek oranda hidrofobik flokülasyonlu çamurun membran kirlenmesine neden olabileceğini bulmuştur. Çamurun hidrofobikliği ve yüzey yükü, hücre dışı polimerlerin bileşimi ve özellikleri ve filamentöz bakterilerin büyüme indeksi ile ilişkilidir. Filamentöz bakterilerin aşırı proliferasyonu büyük miktarda üretebilir, bu da potansiyel, düzensiz floküllü çamurun, gelişmiş hidrofobiklik ve şiddetli membran kirlenmesinde bir azalmaya yol açabilir.
5. Çamur partiküllerinin boyutuna bağlı membran akısındaki azalmaya esas olarak 2um civarındaki parçacıklardan kaynaklanmaktadır. Genel olarak, partikül boyutu ne kadar küçük olursa, parçacıkların membran yüzeyine birikmesi o kadar kolay olur, bu da daha yoğun bir tortu tabakası ve daha düşük geçirgenliğe neden olur. Bu nedenle, daha küçük bir parçacık boyutu membran kirlenmesini şiddetlendirebilir.
6. Çamur çökeltme endeksi (SVI) membran kirlenmesini doğrudan etkilemese de, karışık çözeltideki organik maddenin yerleşim özelliklerini yansıtabilir. Şu anda, kolloidler ve çözünmüş organik madde gibi yerleşemeyen organik maddeler yaygın olarak membranlardaki ana kirleticiler olarak kabul edilmektedir.
2 、 MBR işlemi için çalışma koşulları
Çalışma koşulları doğrudan veya dolaylı olarak membran kirlenmesini ve çamurun özelliklerini ve bileşimini etkiler.
7. Çamur tutma süresinin (SRT) gerçek sonuçları, artan SRT'nin SMP ve EPS üretimini azaltabileceğini ve membran kirlenme oranının da buna göre azalacağını göstermektedir. Bununla birlikte, aşırı uzun SRT, yüksek çamur konsantrasyonuna, yüksek viskoziteye yol açabilir ve kütle transferi ve reaktör akışkanları dinamiklerini etkileyebilir, bu da daha şiddetli membran kirlenmesine neden olur. Genel kentsel kanalizasyon tedavisinde membran biyoreaktör SRT'si 5-20 gündür.
8. Hidrolik tutma süresinin (HRT) membran kirlenmesi üzerinde doğrudan bir etkisi olmasa da, kısa HRT mikroorganizmalara daha fazla besin sağlar, bu da hızlı büyümeye ve MLSS konsantrasyonu ve akısının artmasına neden olur, böylece membran kirlenme olasılığını arttırır.
9. Sıcaklık ve pH'ı farklı mevsimlerde karşılaştırarak, düşük sıcaklık döneminde geri dönüşümlü kirliliğin daha şiddetli olduğunu ve geri dönüşü olmayan kirliliğin yüksek sıcaklık döneminde daha hızlı geliştiğini bulmak zor değildir. MBR çalışması için pH aralığı genellikle 6-9'dur. Bu aralığın ötesinde, reaktördeki nitrifikasyon bakterilerinin sayısı hızla azalacak ve bu da nitrifikasyonun inhibisyonuna yol açacaktır. PH değeri kritik değerinden daha yüksek olduğunda, membran kirlenmesi hızla gerçekleşir ve sıcaklık arttığında, izin verilen maksimum pH değeri azalır.
10. Düşük konsantrasyonlarda çözünmüş oksijen (DO), hücre hidrofobikliğini azaltabilir ve çamur flok ayrışmasına neden olabilir. Do 1 mg/L'nin altındayken, SMP içeriği keskin bir şekilde artar. Çözünmüş oksijen ayrıca EPS ve SMP bileşenlerinin bileşimini de etkileyebilir. Yüksek çözünmüş oksijen MBR sistemlerinde, proteinin polisakkarite oranı da artacak ve mikrobiyal toplulukların bileşimi çok farklı olacaktır.
11. Tüm membran işlemleri için, membran akısındaki bir artış, membran kirlenmesinin alevlenmesine yol açabilir. Membran alanı, geri yıkama ve kimyasal temizleme zaman aralıklarının en aza indirilmesi ile akı seçiminin dengelenmesi, işletme maliyetlerini doğrudan etkiler.
12. Bölünmüş bir membran biyoreaktöründe çapraz akış hızı ve havalandırma, çapraz akış hızı (CFV), membran geçirgenliğini hızla değiştirmenin yöntemlerinden biridir. Yüksek konsantrasyon ve küçük gözenek boyutu membranları olan sistemlerde, CFV'de bir artış, kirleticilerin membran yüzeyi üzerinde birikmesini hafifletebilir. Bununla birlikte, karışık sıvıdaki nispeten büyük partiküller durumunda, CFV'nin arttırılmasının akı artışı üzerinde tam tersi bir etkisi yoktur. Havalandırma, batık MBR sürecinde çok önemli bir rol oynar: a 、, çamurdaki mikroorganizmaların normal büyümesini ve metabolizmasını kolaylaştırmak için havalandırma yoluyla çözünmüş oksijen sağlayın; B 、, çamuru askıya alarak ve karışık çözelti içinde iyice karıştırarak karıştırıcı bir rol oynar; C 、 İçi boş fiber membran modül liflerini gevşetin ve membran yüzeyi üzerinde kesme kuvvetleri üreterek membran yüzeyinde kirleticilerin birikmesini azaltır ve membranın bir dereceye kadar kirlenmesini önler. 3 Membranların Özellikleri ve Membran Bileşenlerinin Yapısı
13. Membranın gözenek boyutu küçüktür ve çözeltideki kirleticileri kesmek kolaydır, bu da membran yüzeyinde bir biriktirme tabakası ve membran direncini arttırır. Bu tür kirlilik genellikle geri dönüşümlü kirliliğe aittir ve çapraz akış, geri yıkama, havalandırma vb. Gibi fiziksel yöntemlerle kaldırılabilir. İç kirlilik nispeten küçüktür. Büyük diyafram membranları, filtrasyonun erken evrelerinde ciddi gözenek tıkanıklığına sahiptir ve yüzey dinamik membran oluştukça tutma etkisi artmaya başlar. Bununla birlikte, kirleticiler yüzeyde ve membran gözeneklerinin içinde sedimantasyona ve tıkanmaya eğilimlidir, bu da geri dönüşü olmayan ve hatta geri dönüşü olmayan bir kirlilik oluşturur, bu da uzun süreli operasyon sırasında membran performans bozulmasına ve azaltılmış ömrüne neden olan ana faktör haline gelir. 14. Poliviniliden florür (PVDF) membranının kirlenme eğilimi, aynı çalışma koşulları altında polisülfon membran (PS) ve selüloz membranınkinden önemli ölçüde daha düşüktü ve anaerobik MBR'deki farklı membran malzemelerinin kirlenme durumunu hedefledi. Aktif çamurun organik bileşenlerinde membran malzemelerine benzer polimerler olduğunda, geri dönüşü olmayan kirleticilerin bileşiminin membran malzemesine bağlı olduğunu belirtmek gerekir. 15. Membran yüzeyi pürüzlülüğündeki artış, membran yüzeyinde kirletici adsorpsiyon olasılığını arttırır, ancak aynı zamanda, membran yüzeyinin esnekliğini arttırır ve kirleticilerin membran yüzeyinde birikmesini engeller. Bu nedenle, pürüzlülüğün membran akısı üzerindeki etkisi, iki faktörün birleşik etkisinin sonucudur. 16. Hidrofilik ve hidrofobik membran malzemelerinin hidrofobikliğinin de membran kirlenmesi üzerinde önemli bir etkisi vardır. Hidrofobik ultrafiltrasyon membranlarını hidrofilik ultrafiltrasyon membranları ile karşılaştırdığında, hidrofobik ultrafiltrasyon membranlarının membran yüzeylerinde çözünür maddeleri adsorbe etme olasılığının daha yüksek olduğu bulunmuştur ve bu şekilde daha büyük bir eğilim gösterir. Şu anda, membranların hidrofobikliğini değiştirmenin ana yolu membran malzemelerini değiştirmektir. Gözenek boyutunu değiştirmek, membran yüzey pürüzlülüğünü ve membran yüzeyinde dinamik ön kaplamalar oluşturmak için inorganik malzemeler eklemek gibi.
MBR membran kirletme nasıl kontrol edilir?
1. Şu anda, MBR proses tasarımı genellikle kanalizasyon arıtma kapasitesi gereksinimlerini mümkün olduğunca karşılarken, diğer operasyonel yöntemlerle membran kirlenmesini kontrol etmek için sürekli akı işlemini benimser. Kritik akı kavramı ilk olarak 1995 yılında önerilmiştir. Tanımı, bu akının altında, transmembran basıncının filtrasyon süresinin uzatılmasıyla artmaması ve transmembran basıncı ve akısı arasında iyi bir doğrusal ilişki olmasıdır. Kritik akı seçimi operasyonda önemli bir rol oynar. Kritik akı aşılırsa, kirlenme gerçekleşir ve transmembran basınç farkı (TMP) filtrasyon süresinin uzatılmasıyla artar. Kritik akının altında çalışan membran bileşenleri, membran kirlenmesini büyük ölçüde geciktirebilir.
2. Havalandırma oranı ve yoğunluğu
Genel olarak konuşursak, havalandırma yoğunluğunun arttırılması, membran geçirgenliğini artırmak ve membran kirlenmesini azaltmak için faydalıdır. Uzun süreli düşük havalandırma altında, kirleticiler hızlı bir şekilde membran yüzeyine birikir. Bununla birlikte, güçlü havalandırma, çamur floklarına da zarar verebilir. Çamur partiküllerinin boyutunu ve dağılımını değiştirecek, daha fazla kolloid ve çözünmüş organik madde (EPS ve SMP) serbest bırakacak ve membran kirletmeyi şiddetlendirecektir. Bu nedenle, su çemberinde morina için optimal havalandırma yoğunluğunu bulmak çok önemlidir. Havalandırma yoğunluğunun membran geçirgenliği üzerindeki etkisi, karışım konsantrasyonu, karışım viskozitesi ve çalışma akışı gibi çeşitli faktörlerden etkilenir. Bazı akademisyenler, optimal havalandırma yoğunluğunu bulmak için havalandırma yoğunluğu, transmembran basınç farkı (TMP) ve akıdaki değişiklikleri bir grafikte çizmeyi önerdiler.
3. Membran kirletme temizleme yöntemlerinin seçimi
Membran kirletme için temizleme yöntemleri esas olarak fiziksel temizlik ve kimyasal temizlik içerir. Fiziksel temizlik aralıklı çalışma ve temiz su ile geri yıkama içerir. MBR çalışması sırasında, geri yıkama, geri dönüşümlü kirlenmeyi ve gecikme membran kirlenmesini gidermek için etkili bir yoldur. Geri yıkamanın membran kirlenmesini geciktirme üzerindeki etkisi, pilot batık bir MBR'de incelenmiştir ve aynı akışta, düşük frekanslı yüksek yoğunluklu geri yıkamanın, membran kirlenmesinin azaltılmasında yüksek frekanslı temizlikten daha etkili olduğu bulunmuştur. Aralıklı çalışma sırasında, membran yüzeyindeki kirleticilerin yerçekimi nedeniyle gevşediğini ve düştüğünü ve etkinin havalandırma altında daha belirgin olduğunu belirtmek gerekir. Bu nedenle, aralıklı operasyonu geri yıkama ile birleştirmek membran kirlenmesini daha etkili bir şekilde hafifletebilir. Kimyasal temizlik ve fiziksel temizlik geri dönüşü olmayan kirliliğin meydana gelmesini engelleyemez ve akı kimyasal temizleme yöntemleri ile geri yüklenmelidir. Kimyasal temizlik bakım temizliği ve güçlü (kurtarma) temizlik içerir. Yaygın olarak kullanılan temizlik maddeleri şu anda organik kirleticilerin giderilmesi için NACLO çözeltisi, inorganik kirleticilerin çıkarılması için sitrik asit vb. . MBR Tedarikçi Z şirketini örnek olarak almak,
4. MBR'de adsorbanların eklenmesi, karışık çözeltinin çok karmaşık bir bileşimine neden olur. Karışık sıvının özelliklerini iyileştirmek için, en yaygın kullanılan yöntem, biyolojik olarak aktifleştirilmiş karbon oluşturmak için reaktöre toz haline getirilmiş aktif karbon PAC ilave etmektir. Belli bir deney, üç farklı PAC dozajının (0, 0.75, 1.5g/L) membran biyoreaktörlerinde membran kirletme üzerindeki etkilerini karşılaştırdı. Sonuçlar, membran yüzeyindeki kirlenme tabakasının PAC dozajının artmasıyla azaldığını, geri dönüşümsüz kirlenmenin 0.75g/L'lik bir dozajda en düşük noktasına ulaştığını ve 0 ila 1.5G arasındaki geri dönüşümsüz kirlenme direncinde fazla bir fark olmadığını gösterdi. /l. Aktif karbonun kendi adsorpsiyon kapasitesine sahip olduğunu bulmak zor değildir ve operasyon sırasında adsorpsiyon doygunluğuna hızlı bir şekilde ulaşacaktır, bu da sadece membran kirlenmesini hafifletmekle kalmaz, aynı zamanda daha da şiddetlenir. Bu nedenle, MBR çalışması sırasında, MBR performansını etkili bir şekilde iyileştirmek için düzenli çamur deşarjı ve taze PAC ilavesi gereklidir. Aynı zamanda, işletme maliyetlerinden tasarruf etmek için, MBR operasyonunun performansını artırmak için düşük doz konsantrasyonu PAC kullanmayı denemek mümkündür. Sonuçlar, uzun SRT ve yüksek HRT çalışma koşulları altında düşük PAC dozajının operasyonel verimliliği artırabileceğini ve maliyetleri etkili bir şekilde tasarruf edebileceğini göstermektedir.
