Sejak munculnya teknologi MBR, telah banyak digunakan di seluruh dunia karena jejaknya yang kecil, kualitas limbah yang baik, tingkat beban organik yang tinggi, dan produksi lumpur yang rendah,terutama dalam pengolahan air limbah kotaNamun, karena kebutuhan untuk pengendalian yang efektif dari membrane fouling selama operasi, perlu untuk mengadopsi langkah-langkah seperti meningkatkan aliran silang dan aerasi,yang mengkonsumsi sejumlah besar energi selama operasi MBRJadi, apa yang harus dilakukan operator MBR untuk mengatasi masalah ini? Hanya dengan cepat mengidentifikasi akar penyebab membrane fouling dan menyediakan serangan yang tepat kita dapat mengurangi frekuensi pembersihan.Bagaimana membusuk membran terjadi?
Secara ketat, membrane fouling mengacu pada fenomena lapisan permukaan membran dan penyumbatan pori yang disebabkan oleh adsorpsi atau deposisi partikel, partikel koloid,atau macromolecules larut yang memproses bahan selama operasi karena fisik, interaksi kimia, atau mekanis dengan membran.
Fenomena membrane fouling sangat kompleks, termasuk beberapa mekanisme. di antaranya, konsentrasi polarisasi adalah alasan utama untuk pembentukan lapisan kue filter di permukaan,dan partikel sedimen utama termasuk zat padat tersuspensiPolusi organik dan anorganik mengacu pada polusi yang disebabkan oleh adsorpsi zat organik dan anorganik pada permukaan membran dan pori.Polusi biologis adalah biofilm yang dihasilkan oleh perekat dan pertumbuhan komunitas mikroba di permukaan membranFenomena mengikis terjadi ketika konsentrasi garam yang larut pada permukaan membran melebihi kelarutan, dan bukan penyebab utama pembusukan membran.Polusi membran umumnya digunakan untuk merangkum semua fenomena yang menyebabkan penurunan aliran permeasi membran. Menurut metode pembersihan yang berbeda, polusi membran dapat dibagi menjadi: 1. polusi reversibel yang menyebabkan penurunan fluks dalam waktu singkat karena polarisasi konsentrasi,polusi pori membran dan pembentukan lapisan gelPolusi yang dapat dengan cepat dihilangkan dengan metode pembersihan permukaan seperti backwashing, aerasi, aliran silang, dll, umumnya mengacu pada polusi jangka pendek.Polusi yang tidak dapat dipulihkan yang disebabkan oleh interaksi jangka panjang antara partikel material dan bahan membran tidak dapat dihilangkan dengan metode pembersihan fisik, tetapi dapat dipulihkan melalui pembersihan kimia untuk mengembalikan polusi fluks, umumnya mengacu pada polusi jangka panjang. 3.Polusi yang tidak dapat dihilangkan dengan metode pembersihan apapun selama operasi jangka panjang disebut polusi yang tidak dapat diubah.
Faktor-faktor apa yang mempengaruhi pembusukan membran?
1、 Sumber polutan membran dalam bioreaktor membran adalah campuran lumpur aktif, dan pencemaran membran oleh campuran lumpur sangat kompleks.
1. EPS dan SMP
Zat polimer ekstraseluler (EPS) dan produk mikroba larut (SMP) adalah metabolit mikroba dengan komposisi yang hampir sama.Mereka memiliki efek penting dan kompleks pada membrane fouling dan merupakan polutan utama dalam proses MBRKonsentrasi EPS yang berlebihan dapat meningkatkan viskositas larutan campuran, yang tidak kondusif untuk difusi oksigen terlarut,sehingga sulit untuk mengoksigenasi sistem lumpur dan mempengaruhi aktivitas fisiologis normal kelompok bakteriNamun, jika kandungan EPS terlalu rendah, hal ini dapat menyebabkan dekomposisi flocs, yang merugikan operasi MBR. Oleh karena itu,ada nilai EPS optimal yang menstabilkan struktur flocculent dan tidak menyebabkan kecenderungan tinggi terhadap membrane foulingPenelitian telah menemukan bahwa sebagian besar molekul SMP dengan berat molekul kurang dari 1 kDa dan lebih besar dari 10 kDa, berat molekul kecil larut materi organik,dapat dengan mudah menyumbat pori-pori membran saat melewati membranSementara itu, karakteristik dan komposisi SMP juga dipengaruhi oleh beberapa parameter operasi.Secara umum, COD dalam lingkaran air percaya bahwa kecenderungan pencemaran SMP pada membran di MBR melemah dengan peningkatan MLSS, penurunan beban zat organik dan peningkatan oksigen terlarut.
2Konsentrasi zat padat tersuspensi dalam larutan campuran, konsentrasi MLSSMLSS, secara langsung mempengaruhi viskositas larutan campuran.Peningkatan viskositas adalah alasan utama penurunan kinerja filtrasi larutan campuran yang disebabkan oleh peningkatan MLSSJika laju aliran silang atau intensitas aerasi tidak cukup untuk membuang zat padat yang melekat pada permukaan membran, hal ini akan dengan cepat menyebabkan pembentukan lapisan pencemaran.
3Viskositas campuran dipengaruhi oleh MLSS, dan ketika konsentrasi MLSS lebih tinggi dari nilai kritis, viskositas meningkat secara eksponensial dengan peningkatan konsentrasi padat.Dalam serat berongga MBR, viskositas larutan campuran mempengaruhi ukuran gelembung dan fleksibilitas membran serat di reaktor.peningkatan viskositas akan mengurangi efisiensi transfer oksigen terlarut (DO), dan konsentrasi oksigen terlarut yang rendah akan memperburuk kecenderungan membrane fouling.
4Banyak penelitian telah menunjukkan bahwa zat organik terlarut hidrofilik dalam lumpur memiliki efek negatif pada pembusukan membran.beberapa penelitian telah menemukan bahwa lumpur flocculent yang sangat hidrofobik juga dapat menyebabkan membrane foulingHidrofobisitas dan muatan permukaan lumpur terkait dengan komposisi dan sifat polimer ekstraseluler, serta indeks pertumbuhan bakteri filamen.Proliferasi bakteri filamen yang berlebihan dapat menghasilkan sejumlah besar, menyebabkan penurunan bentuk lumpur flocculent yang potensial dan tidak teratur, peningkatan hidrofobisitas, dan pencemaran membran yang parah.
5Penurunan fluks membran karena ukuran partikel lumpur terutama disebabkan oleh partikel sekitar 2um. Secara umum, semakin kecil ukuran partikel,semakin mudah bagi partikel untuk menetap di permukaan membranOleh karena itu, ukuran partikel yang lebih kecil dapat memperburuk kebocoran membran.
6Meskipun indeks setoran lumpur (SVI) tidak secara langsung mempengaruhi membrane fouling, itu dapat mencerminkan sifat setoran zat organik dalam larutan campuran.zat organik yang tidak dapat menetap, seperti koloid dan zat organik terlarut, secara luas dianggap sebagai polutan utama dalam membran.
2、 Kondisi operasi untuk proses MBR
Kondisi operasi secara langsung atau tidak langsung mempengaruhi membrane fouling dan sifat dan komposisi lumpur.
7Hasil sebenarnya dari waktu retensi lumpur (SRT) menunjukkan bahwa meningkatkan SRT dapat mengurangi produksi SMP dan EPS, dan tingkat fouling membran juga akan menurun sesuai.SRT yang terlalu lama dapat menyebabkan konsentrasi lumpur yang tinggi, viskositas tinggi, dan mempengaruhi transfer massa dan dinamika fluida reaktor, yang mengakibatkan pencemaran membran yang lebih parah.
8Meskipun waktu retensi hidraulik (HRT) tidak memiliki efek langsung pada membrane fouling, HRT singkat memberikan lebih banyak nutrisi untuk mikroorganisme,menyebabkan pertumbuhan yang cepat dan peningkatan konsentrasi dan fluks MLSS, sehingga meningkatkan kemungkinan tercemar membran.
9Membandingkan suhu dan pH pada musim yang berbeda, tidak sulit untuk menemukan bahwa polusi reversibel lebih parah selama periode suhu rendah,dan polusi yang tidak dapat diubah berkembang lebih cepat selama periode suhu tinggiRentang pH untuk operasi MBR umumnya adalah 6-9. Di luar kisaran ini, jumlah bakteri nitrifying di reaktor akan menurun dengan cepat, yang mengarah pada penghambatan nitrifikasi.Ketika nilai pH lebih tinggi dari nilai kritisnya, membrane fouling terjadi dengan cepat, dan ketika suhu meningkat, nilai pH maksimum yang diizinkan akan menurun.
10Konsentrasi rendah oksigen terlarut (DO) dapat mengurangi hidrofobisitas sel dan menyebabkan dekomposisi floc lumpur.Oksigen larut juga dapat mempengaruhi komposisi komponen EPS dan SMPDalam sistem MBR oksigen larut tinggi, rasio protein terhadap polisakarida juga akan meningkat, dan komposisi komunitas mikroba akan sangat berbeda.
11Untuk semua proses membran, peningkatan fluks membran dapat menyebabkan memburuknya membrane fouling.dan interval waktu pembersihan kimia secara langsung mempengaruhi biaya operasi.
12Tingkat aliran silang dan aerasi dalam bioreaktor membran terbelah, tingkat aliran silang (CFV) adalah salah satu metode untuk mengubah permeabilitas membran dengan cepat.Dalam sistem dengan konsentrasi tinggi dan membran ukuran pori kecil, peningkatan CFV dapat meringankan deposisi polutan pada permukaan membran.peningkatan CFV tidak memiliki efek atau bahkan sebaliknya pada peningkatan fluks. aerasi memainkan peran yang sangat penting dalam proses MBR tenggelam: a、 Menyediakan oksigen terlarut melalui aerasi untuk memfasilitasi pertumbuhan normal dan metabolisme mikroorganisme di lumpur; b、Bermain peran yang menggerakkanc、 Melepaskan serat modul membran serat berongga dan menghasilkan gaya geser pada permukaan membran,mengurangi deposisi polutan pada permukaan membran dan mencegah membrane fouling sampai batas tertentu. 3、 Sifat membran dan struktur komponen membran
13Ukuran pori membran kecil, dan mudah untuk mencegat polutan dalam larutan, menghasilkan lapisan deposisi pada permukaan membran dan meningkatkan resistensi membran.Jenis polusi ini umumnya termasuk polusi reversibel dan dapat dihilangkan dengan metode fisik seperti aliran silangMembran aperture besar memiliki penyumbatan pori yang parah pada tahap awal filtrasi,dan sebagai bentuk membran dinamis permukaan, efek retensi mulai meningkat. Namun, polutan rentan terhadap sedimentasi dan penyumbatan di permukaan dan bagian dalam pori-pori membran,membentuk polusi yang tidak dapat diubah dan bahkan tidak dapat diubah, yang menjadi faktor utama yang menyebabkan degradasi kinerja membran dan pengurangan umur selama operasi jangka panjang. 14.Kecenderungan pencemaran membran polyvinylidene fluoride (PVDF) secara signifikan lebih rendah daripada membran polisulfon (PS) dan membran selulosa dalam kondisi operasi yang sama, yang menargetkan situasi pencemaran dari bahan membran yang berbeda dalam MBR anaerob.Perlu disebutkan bahwa ketika ada polimer yang mirip dengan bahan membran dalam komponen organik lumpur aktif, komposisi polutan yang tidak dapat diubah tergantung pada bahan membran.,tapi pada saat yang sama, juga meningkatkan fleksibilitas permukaan membran, menghambat deposisi polutan pada permukaan membran.efek kasar pada fluks membran adalah hasil dari gabungan dua faktor. 16. hidrofobisitas dari bahan membran hidrofil dan hidrofobik juga memiliki dampak yang signifikan pada membrane fouling.Membandingkan membran ultrafiltrasi hidrofobik dengan membran ultrafiltrasi hidrofil, ditemukan bahwa membran ultrafiltrasi hidrofobik lebih cenderung menyerap zat larut pada permukaan membran mereka, menunjukkan kecenderungan yang lebih besar terhadap pencemaran.cara utama untuk mengubah hidrofobitas membran adalah dengan memodifikasi bahan membranSeperti mengubah ukuran pori, kekasaran permukaan membran, dan menambahkan bahan anorganik untuk membentuk lapisan pra dinamis pada permukaan membran.
Bagaimana mengontrol MBR membrane fouling?
1Saat ini, 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 possibleKonsep fluks kritis pertama kali diusulkan pada tahun 1995. Definisinya adalah bahwa di bawah fluks ini, tekanan transmembran tidak meningkat dengan perpanjangan waktu filtrasi,dan ada hubungan linier yang baik antara tekanan transmembrane dan fluksPemilihan fluks kritis memainkan peran penting dalam operasi.dan perbedaan tekanan transmembrane (TMP) meningkat dengan perpanjangan waktu filtrasiKomponen membran yang beroperasi di bawah fluks kritis dapat sangat menunda pembusukan membran.
2. Tingkat dan intensitas aerasi
Secara umum, meningkatkan intensitas aerasi bermanfaat untuk meningkatkan permeabilitas membran dan mengurangi pembusukan membran.polutan cepat menetap di permukaan membranNamun, aerasi yang kuat juga dapat merusak serpihan lumpur. Hal ini akan mengubah ukuran dan distribusi partikel lumpur, melepaskan lebih banyak koloid dan zat organik terlarut (EPS dan SMP),dan memperburuk pembusukan membranOleh karena itu, sangat penting untuk menemukan intensitas aerasi optimal untuk COD dalam lingkaran air.seperti konsentrasi campuran, viskositas campuran, dan fluks operasi. Beberapa sarjana telah mengusulkan untuk memetakan perubahan intensitas aerasi, perbedaan tekanan transmembran (TMP),dan fluks dalam satu grafik untuk menemukan intensitas aerasi optimal.
3. Pemilihan metode pembersihan membrane fouling
Metode pembersihan untuk membrane fouling terutama meliputi pembersihan fisik dan pembersihan kimia.Selama operasi MBR, backwashing adalah cara yang efektif untuk menghilangkan kebocoran reversibel dan menunda kebocoran membran.dan ditemukan bahwa pada aliran yang sama, low-frequency high-intensity backwashing lebih efektif dalam mengurangi pembusukan membran daripada pembersihan frekuensi tinggi.polutan pada permukaan membran longgar dan jatuh karena gravitasiOleh karena itu, menggabungkan operasi intermiten dengan pencucian balik dapat lebih efektif meringankan kebocoran membran.Pembersihan kimia dan pembersihan fisik tidak dapat mencegah polusi yang tidak dapat diubah terjadi, dan fluks harus dipulihkan melalui metode pembersihan kimia. pembersihan kimia mencakup pembersihan pemeliharaan dan pembersihan kuat (pemulihan).Agen pembersih yang umum digunakan saat ini termasuk larutan NaClO untuk menghilangkan polutan organik, asam sitrat untuk menghilangkan polutan anorganik, dll. Seperti yang diketahui, pemasok MBR memiliki formula pembersih yang kuat mereka sendiri,dengan perbedaan utama adalah konsentrasi agen pembersih dan metode pembersihMengambil MBR pemasok perusahaan Z sebagai contoh,
4Penambahan adsorben dalam MBR menghasilkan komposisi larutan campuran yang sangat kompleks.metode yang paling umum digunakan adalah menambahkan bubuk karbon aktif PAC ke reaktor untuk membentuk karbon aktif biologisSebuah percobaan tertentu membandingkan efek dari tiga dosis PAC yang berbeda (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, 0, 0,75, 1,5 g/l) pada fouling membran di bioreaktor membran. Hasil menunjukkan bahwa lapisan fouling pada permukaan membran berkurang dengan peningkatan dosis PAC,sementara penyumbatan yang tidak dapat dipulihkan mencapai titik terendahnya pada dosis 00,75 g/l, dan tidak ada perbedaan besar dalam ketahanan kebocoran irreversibel antara 0 dan 1,5 g/l. Tidak sulit menemukan bahwa karbon aktif memiliki kapasitas adsorpsi sendiri,dan akan dengan cepat mencapai saturasi adsorpsi selama operasi, yang tidak hanya tidak dapat meringankan membrane fouling, tapi bahkan memperburuknya.pembuangan lumpur yang teratur dan penambahan PAC segar diperlukan untuk meningkatkan kinerja MBR secara efektifPada saat yang sama, untuk menghemat biaya operasi, adalah mungkin untuk mencoba menggunakan konsentrasi PAC dosis rendah untuk meningkatkan kinerja operasi MBR.Hasilnya menunjukkan bahwa dalam kondisi operasi SRT yang panjang dan HRT yang tinggi, dosis PAC yang rendah dapat meningkatkan efisiensi operasional dan secara efektif menghemat biaya.
