Depuis l'émergence de la technologie MBR, elle est largement utilisée dans le monde entier en raison de sa faible empreinte, de sa bonne qualité des effluents, de son taux de charge organique élevé et de sa faible production de boues,en particulier dans le traitement des eaux usées urbainesCependant, en raison de la nécessité de contrôler efficacement l'encrassement de la membrane pendant le fonctionnement, il est nécessaire d'adopter des mesures telles que l'augmentation du débit croisé et de l'aération,qui consomme une grande quantité d'énergie pendant le fonctionnement du MBR.Que doivent donc faire les opérateurs de MBR pour remédier à ces problèmes?Ce n'est qu'en identifiant rapidement la cause profonde de l'encrassement de la membrane et en fournissant des frappes précises que nous pouvons réduire la fréquence du nettoyage.Comment se produit l'encrassement de la membrane?
En termes stricts, l'encrassement de la membrane fait référence au phénomène de couverture de la surface de la membrane et de blocage des pores causé par l'adsorption ou le dépôt de particules, de particules colloïdales,ou macromolécules dissoutes qui traitent des matières pendant le fonctionnement en raison de, chimiques ou mécaniques avec la membrane.
Le phénomène d'encrassement de la membrane est très complexe et comprend de multiples mécanismes, parmi lesquels la polarisation de la concentration est la principale raison de la formation de la couche de gâteau filtrant à la surface,et les principales particules sédimentaires comprennent les solides en suspensionLa pollution organique et inorganique désigne la pollution causée par l'adsorption de substances organiques et inorganiques sur les surfaces et les pores de la membrane.La pollution biologique est le biofilm produit par l'attachement et la croissance de communautés microbiennes à la surface d'une membraneLe phénomène de décoloration survient lorsque la concentration de sel dissous sur la surface de la membrane dépasse sa solubilité et n'est pas la principale cause de la décoloration de la membrane.La pollution par membrane est généralement utilisée pour résumer tous les phénomènes qui causent le déclin du débit de perméation par membraneSelon les différentes méthodes de nettoyage, la pollution par la membrane peut être divisée en: 1. pollution réversible qui provoque la diminution du flux en peu de temps en raison de la polarisation de la concentration,la pollution des pores de la membrane et la formation de gel. La pollution qui peut être rapidement éliminée par des méthodes de nettoyage de surface telles que le lavage en arrière, l'aération, le flux croisé, etc., fait généralement référence à la pollution à court terme. 2.La pollution irréversible causée par l'interaction à long terme entre les particules du matériau et les matériaux de la membrane ne peut pas être éliminée par des méthodes de nettoyage physique, mais peut être restauré par nettoyage chimique pour restaurer la pollution par flux, ce qui fait généralement référence à la pollution à long terme. 3.La pollution qui ne peut être éliminée par aucune méthode de nettoyage pendant un fonctionnement à long terme est appelée pollution irréversible..
Quels sont les facteurs qui influencent l'encrassement des membranes?
1、 La source de polluants de membrane dans un bioréacteur à membrane est le mélange de boues activées, et la contamination de la membrane par le mélange de boues est extrêmement complexe.
1. EPS et SMP
Les substances polymères extracellulaires (EPS) et les produits microbiens solubles (SMP) sont tous deux des métabolites microbiens d'une composition approximativement identique.Ils ont des effets importants et complexes sur l'encrassement de la membrane et sont les principaux polluants dans les procédés MBRUne concentration excessive d'EPS peut augmenter la viscosité de la solution mélangée, ce qui ne favorise pas la diffusion de l'oxygène dissous.rendant difficile l'oxygénation du système des boues et affectant l'activité physiologique normale des flocons de bactériesCependant, si la teneur en EPS est trop faible, elle peut entraîner la décomposition des flocs, ce qui est préjudiciable au fonctionnement du MBR.il existe une valeur EPS optimale qui stabilise la structure floculante et ne provoque pas une forte tendance à l'encrassement de la membraneLes recherches ont montré que la majorité des molécules SMP de poids moléculaire inférieur à 1 kDa et supérieur à 10 kDa, de poids moléculaire faible, sont des matières organiques dissoutes.peut facilement obstruer les pores de la membrane en passant à travers la membraneEn outre, les caractéristiques et la composition des SMP sont également influencées par de multiples paramètres de fonctionnement.D' une manière générale, la COD dans le cercle de l'eau estime que la tendance à l'encrassement des SMP sur la membrane dans le MBR s'affaiblit avec l'augmentation de MLSS, la diminution de la charge de matière organique et l'augmentation de l'oxygène dissous.
2La concentration de solides en suspension dans la solution mélangée, la concentration MLSSMLSS, affecte directement la viscosité de la solution mélangée.L'augmentation de la viscosité est la principale raison de la diminution du rendement de filtration de la solution mélangée causée par l'augmentation de MLSSSi le débit croisé ou l'intensité de l'aération ne sont pas suffisants pour évacuer les solides attachés à la surface de la membrane, cela provoquera rapidement la formation d'une couche d'encrassement.
3La viscosité d'un mélange est affectée par le MLSS, et lorsque la concentration MLSS est supérieure à la valeur critique, la viscosité augmente de façon exponentielle avec l'augmentation de la concentration solide.Dans les fibres creuses MBR, la viscosité de la solution mélangée affecte la taille des bulles et la souplesse de la membrane de fibre dans le réacteur.une augmentation de la viscosité réduira l'efficacité du transfert de l'oxygène dissous (DO), et une faible concentration d'oxygène dissous exacerbera la tendance à l'encrassement de la membrane.
4De nombreuses études ont montré que la matière organique hydrophile dissoute dans les boues a un effet négatif sur l'encrassement des membranes.Certaines études ont montré que les boues floculantes très hydrophobes peuvent également provoquer une contamination de la membrane.La hydrophobicité et la charge de surface des boues sont liées à la composition et aux propriétés des polymères extracellulaires, ainsi qu'à l'indice de croissance des bactéries filamenteuses.Une prolifération excessive de bactéries filamenteuses peut produire une grande quantité, ce qui entraîne une diminution de la forme irrégulière potentielle des boues floculantes, une hydrophobicité accrue et une contamination sévère de la membrane.
5La diminution du flux de membrane due à la taille des particules de boue est principalement causée par des particules d'environ 2 μm.plus il est facile pour les particules de se déposer sur la surface de la membranePar conséquent, une plus petite taille de particules peut aggraver l'encrassement de la membrane.
6Bien que l'indice de sédimentation des boues (SVI) n'affecte pas directement l'encrassement de la membrane, il peut refléter les propriétés de sédimentation de la matière organique dans la solution mélangée.substances organiques qui ne peuvent pas se déposer, tels que les colloïdes et les matières organiques dissoutes, sont largement considérés comme les principaux polluants dans les membranes.
2、 Conditions de fonctionnement du procédé MBR
Les conditions de fonctionnement affectent directement ou indirectement l'encrassement de la membrane et les propriétés et la composition des boues.
7Les résultats réels du temps de rétention des boues (SRT) montrent que l'augmentation du temps de rétention des boues peut réduire la production de SMP et d'EPS et que le taux de décoloration de la membrane diminuera également en conséquence.une SRT trop longue peut entraîner une concentration élevée de bouesLa SRT du bioréacteur à membrane dans le traitement général des eaux usées urbaines est de 5 à 20 jours.
8Bien que le temps de rétention hydraulique n'ait pas d'effet direct sur l'encrassement de la membrane, une HRT courte fournit plus de nutriments aux micro-organismes.entraînant une croissance rapide et une augmentation de la concentration et du flux de MLSS, ce qui augmente la probabilité de contamination de la membrane.
9En comparant la température et le pH dans les différentes saisons, il n'est pas difficile de constater que la pollution réversible est plus grave pendant la période de basse température.et la pollution irréversible se développe plus rapidement pendant la période des hautes températuresL'intervalle de pH pour le fonctionnement du MBR est généralement de 6 à 9. Au-delà de cette plage, le nombre de bactéries nitrifiantes dans le réacteur diminuera rapidement, entraînant une inhibition de la nitrification.Lorsque la valeur du pH est supérieure à sa valeur critique, l'encrassement de la membrane se produit rapidement, et lorsque la température augmente, la valeur maximale du pH admissible diminue.
10Les concentrations faibles d'oxygène dissous (DO) peuvent réduire l'hydrophobie cellulaire et provoquer la décomposition du floc de boue.L'oxygène dissous peut également affecter la composition des composants EPS et SMPDans les systèmes MBR à haute teneur en oxygène dissous, le rapport entre protéine et polysaccharide augmentera également et la composition des communautés microbiennes sera très différente.
11Pour tous les processus de membrane, une augmentation du flux de membrane peut entraîner une exacerbation de la contamination de la membrane.Les coûts d'exploitation sont directement affectés par les intervalles de temps de nettoyage et de nettoyage chimique.
12Le débit croisé et l'aération dans un bioréacteur à membrane divisée, le débit croisé (CFV) est l'une des méthodes permettant de changer rapidement la perméabilité de la membrane.Dans les systèmes à haute concentration et à petites membranes poreusesCependant, dans le cas de particules relativement grandes dans le liquide mélangé, l'augmentation du VFC peut atténuer le dépôt de polluants sur la surface de la membrane.l'augmentation de la VFC n'a aucun effet ou même l'effet inverse sur l'augmentation du flux. L'aération joue un rôle très important dans le processus de REM submergé: a、 Fournir de l'oxygène dissous par aération pour faciliter la croissance normale et le métabolisme des micro-organismes dans les boues; b、Il joue un rôle moteur, suspendre la boue et la mélanger soigneusement dans la solution mélangée; c、 desserrer les fibres creuses du module de membrane en fibres et générer des forces de cisaillement sur la surface de la membrane,réduire le dépôt de polluants sur la surface de la membrane et empêcher dans une certaine mesure l'encrassement de la membrane.3■ Les propriétés des membranes et la structure des composants des membranes
13La taille des pores de la membrane est petite et il est facile d'intercepter les polluants dans la solution, ce qui entraîne une couche de dépôt sur la surface de la membrane et une résistance accrue de la membrane.Ce type de pollution appartient généralement à la pollution réversible et peut être éliminé par des méthodes physiques telles que le flux croisé.La pollution interne est relativement faible. Les membranes à grande ouverture présentent un blocage sévère des pores au début de la filtration,et que la membrane dynamique de surface formeCependant, les polluants sont sujets à la sédimentation et au blocage à la surface et à l'intérieur des pores de la membrane,la pollution irréversible et même irréversible, ce qui devient le principal facteur de dégradation des performances de la membrane et de réduction de sa durée de vie pendant le fonctionnement à long terme. 14.La tendance à l'encrassement de la membrane au fluorure de polyvinylidène (PVDF) était significativement inférieure à celle de la membrane à polysulfone (PS) et de la membrane à cellulose dans les mêmes conditions de fonctionnement., ciblant la situation d'encrassement de différents matériaux de membrane dans le MBR anaérobie.Il convient de noter que lorsque des polymères semblables aux matériaux de membrane sont présents dans les composants organiques des boues activéesLa composition des polluants irréversibles dépend du matériau de la membrane.,Mais en même temps, il augmente également la souplesse de la surface de la membrane, ce qui empêche le dépôt de polluants sur la surface de la membrane.l'effet de la rugosité sur le flux de membrane est le résultat de l'action combinée de deux facteurs.16 L'hydrophobie des matériaux de membrane hydrophiles et hydrophobes a également une incidence significative sur l'encrassement de la membrane.Comparer les membranes d'ultrafiltration hydrophobes avec les membranes d'ultrafiltration hydrophilesEn effet, il a été constaté que les membranes d'ultrafiltration hydrophobes sont plus susceptibles d'adsorber les substances solubles sur leur surface de membrane, et présentent une plus grande tendance à l'encrassement.la principale façon de modifier l'hydrophobie des membranes est de modifier les matériaux de la membranePar exemple, en modifiant la taille des pores, la rugosité de la surface de la membrane et en ajoutant des matériaux inorganiques pour former des pré-couches dynamiques sur la surface de la membrane.
Comment contrôler l'encrassement de la membrane MBR?
1À l'heure actuelle, 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 possibleLe concept de flux critique a été proposé pour la première fois en 1995. Sa définition est que, en dessous de ce flux, la pression transmembranaire n'augmente pas avec l'allongement du temps de filtration.et il y a une bonne relation linéaire entre la pression transmembranaire et le fluxLa sélection du flux critique joue un rôle important dans le fonctionnement.et la différence de pression transmembranaire (TMP) augmente avec l'allongement du temps de filtrationLes composants de membrane fonctionnant en dessous du flux critique peuvent retarder considérablement la contamination de la membrane.
2. Taux et intensité d'aération
En général, l'augmentation de l'intensité d'aération est bénéfique pour améliorer la perméabilité de la membrane et réduire l'encrassement de la membrane.les polluants se déposent rapidement sur la surface de la membraneCependant, une forte aération peut également endommager les flocons de boue, ce qui modifie la taille et la répartition des particules de boue, libère plus de colloïdes et de matières organiques dissoutes (EPS et SMP),et aggravent l'encrassement de la membraneL'effet de l'intensité d'aération sur la perméabilité de la membrane est influencé par divers facteurs.comme la concentration du mélangeCertains chercheurs ont proposé de tracer les changements de l'intensité d'aération, de la différence de pression transmembranaire (TMP), de l'intensité d'aération et de la densité de l'air.et le flux dans un graphique pour trouver l'intensité optimale d'aération.
3. Sélection des méthodes de nettoyage des impuretés de la membrane
Les méthodes de nettoyage pour l'encrassement de la membrane comprennent principalement le nettoyage physique et le nettoyage chimique.Pendant le fonctionnement du MBRL'effet du rétrolavage sur le retard de l'encrassement de la membrane a été étudié dans un MBR immergé pilote.et il a été constaté qu'au même flux, le contre-lavage à haute intensité à basse fréquence a été plus efficace pour réduire l'encrassement de la membrane que le nettoyage à haute fréquence.les polluants à la surface de la membrane se relâchent et tombent en raison de la gravitéPar conséquent, la combinaison d'un fonctionnement intermittent avec un rinçage inverse peut atténuer plus efficacement l'encrassement de la membrane.Le nettoyage chimique et le nettoyage physique ne peuvent empêcher la pollution irréversibleLe nettoyage chimique comprend le nettoyage d'entretien et le nettoyage fort (récupération).Les agents de nettoyage couramment utilisés comprennent actuellement une solution de NaClO pour éliminer les polluants organiques, l'acide citrique pour éliminer les polluants inorganiques, etc. Comme on le sait, les fournisseurs de MBR ont leurs propres formules de nettoyage puissantes,Les principales différences sont la concentration des agents de nettoyage et les méthodes de nettoyage.Prenons l'exemple du fournisseur de MBR, la société Z.
4L'ajout d'adsorbants dans le MBR donne une composition très complexe de la solution mélangée.la méthode la plus couramment utilisée consiste à ajouter du PAC en poudre de charbon actif dans le réacteur pour former du charbon actif biologiqueUne certaine expérience a comparé les effets de trois doses différentes 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, 0,75Les résultats ont montré que la couche d'encrassement sur la surface de la membrane diminuait avec l'augmentation de la dose de PAC,alors que l'encrassement irréversible a atteint son point le plus bas à une dose de 0Il n'est pas difficile de constater que le charbon actif a sa propre capacité d'adsorption,et il atteindra rapidement la saturation d'adsorption pendant le fonctionnement, qui non seulement ne peut pas atténuer l'encrassement de la membrane, mais même l'exacerbe.la décharge régulière de boues et l'ajout de PAC frais sont nécessaires pour améliorer efficacement les performances du MBRDans le même temps, afin d'économiser sur les coûts d'exploitation, il est possible d'essayer d'utiliser des PAC à faible concentration de dosage pour améliorer les performances de l'opération MBR.Les résultats montrent que, dans des conditions d'exploitation SRT longues et HRT élevées, les, un faible dosage de PAC peut améliorer l'efficacité opérationnelle et économiser efficacement des coûts.
