Por: Kate
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Fecha: 21 de enero de 2025
1. Definición de ensuciamiento de membrana
El ensuciamiento de la membrana generalmente se refiere al proceso en el que las sustancias en el líquido mixto se adsorben y se agregan en la superficie de la membrana (externa) y en los poros de membrana (internos), lo que hace que los poros de la membrana se bloqueen y la porosidad disminuya, lo que resulta en el atenuación del flujo de membrana y el aumento de la presión de filtración.
Durante el funcionamiento de la filtración de la membrana, las moléculas de agua y las sustancias finas continúan pasando a través de la membrana, mientras que algunas sustancias son interceptadas por la membrana y bloquean los poros de la membrana o se depositan en la superficie de la membrana, lo que provoca un ensuciamiento de la membrana. Se puede decir que la intercepción de membrana conduce a un ensuciamiento de membrana.La manifestación directa del ensuciamiento de la membrana es la disminución del flujo de membrana o el aumento de la presión de operación.
2. Tipos de contaminación de membrana
(1) Clasificación por composición de contaminantes
Contaminación orgánica
Principalmente proviene de la materia orgánica macromolecular (polisacáridos, proteínas, etc.), ácido húmico, flotos microbianos, fragmentos celulares, etc. en el líquido mixto. Entre ellos, aunque la proporción de la materia orgánica disuelta SMP y EPS es muy baja en comparación con MLSS, la contaminación de la membrana causada por ellos representa el 26%-52%. El crecimiento y la adsorción de microorganismos en los poros de membrana y en la superficie de la membrana también son factores importantes en la contaminación de la membrana.
Contaminación inorgánica
Formado por sales de metal y puente de ión de sal inorgánico. La contaminación inorgánica común de las membranas es principalmente sustancias de carbonatos, sulfatos y silicatos de calcio, magnesio, hierro, silicio, etc., entre los cuales son mayores de carbonato de calcio, sulfato de calcio e hidróxido de magnesio.
(2) Clasificación por la naturaleza de los contaminantes
Contaminación reversible (contaminación temporal): la contaminación de la membrana puede eliminarse por ciertas medidas hidráulicas; como el lavado de retroceso con agua limpia y agitación de aireación.
Contaminación irreversible (contaminación a largo plazo): la contaminación de la membrana que no se puede eliminar mediante medidas de limpieza hidráulica se puede eliminar limpiando con oxidantes, ácidos, álcalis, agentes reductores, etc.
La contaminación reversible e irreversible se puede lavar. La contaminación que no puede ser lavada por ningún medio de limpieza se llama contaminación irreversible.
(3) Clasificación por ubicación de contaminantes
La contaminación interna se forma mediante la adsorción, concentración, cristalización y agregación de materiales en el líquido mixto en los poros de membrana; La contaminación externa se forma por agregación y deposición en la superficie de la membrana.
3. Medidas de control para la contaminación de la membrana
Los principales factores para la contaminación de la membrana son: propiedades inherentes de la membrana, propiedades del líquido mixto y el entorno operativo del sistema. Las medidas correspondientes deben tomarse de estos tres aspectos para controlar y resolver la contaminación de la membrana.
(1) Propiedades inherentes de la membrana
Las propiedades físicas y químicas de la membrana están determinadas por el material de la membrana. La capacidad contra la contaminación de la membrana en el líquido mixto está relacionada con su material. Los estudios han demostrado que la hidrofilia de la membrana tiene una influencia muy importante en la capacidad anti-contaminución. Entre los materiales de la membrana orgánica, algunos son materiales hidrofílicos como la sartén, y la mayoría son materiales hidrofóbicos como PVDF, PE, PS, etc. Los materiales orgánicos hidrofóbicos deben ser hidrófilos cuando se usan. Debido a las diferencias en el proceso de modificación, la pérdida de hidrofilia durante el uso tiene diferentes velocidades.
Además, la capacidad contra la contaminación de la membrana también está relacionada con la rugosidad de la superficie de la membrana, la carga superficial de la membrana, el tamaño de los poros de la membrana, etc. En general, la capacidad de la contaminación de la membrana puede mejorarse seleccionando un material de membrana con mejor hidrofilia, mejorando la rugosidad de la superficie de la membrana, seleccionando un material de membrana con el mismo potencial que el líquido mixto y un poro de membrana adecuado tamaño.
Membranas inorgánicas como las membranas cerámicas: hechas de alúmina, carburo de silicio, óxido de titanio, óxido de circonio, etc., sinterizados a alta temperatura, tienen ventajas obvias sobre las membranas orgánicas en términos de flujo, resistencia y estabilidad química.
(2) Propiedades del licor mixto
El ensuciamiento de la membrana es en gran medida el resultado de la interacción entre la membrana y el licor mixto. Las propiedades del licor mixto incluyen concentración de lodo y viscosidad, distribución de partículas, concentración de materia orgánica disuelta y concentración de metabolitos microbianos.
Cuando la concentración de lodo es baja, la capacidad del lodo para adsorbir y degradar la materia orgánica es insuficiente. La concentración de materia orgánica en el licor mixto aumenta, los poros de la membrana se bloquean seriamente, y la polarización de la concentración hace que la concentración de solutos en la superficie de la membrana aumente significativamente, lo que forma fácilmente una capa de gel y aumenta la resistencia a la filtración. Cuando la concentración de lodo es más alta que un cierto valor, la concentración de EPC aumenta y la viscosidad del lodo aumenta rápidamente. La viscosidad afecta el flujo de membrana y el tamaño de las burbujas en el licor mixto. El lodo se deposita fácilmente en la superficie de la membrana, formando una capa de lodo más gruesa. En general, se cree que existe un valor crítico para la concentración de lodo. Cuando la concentración de lodo es más alta que este valor, tendrá un efecto adverso en el flujo de membrana. Por lo tanto, la concentración de lodo se puede controlar dentro de un rango apropiado para controlar efectivamente la contaminación de la membrana. La expansión de lodo y la fragmentación de lodo pueden causar fácilmente una contaminación grave en la membrana.
Además, la calidad del agua influyente del proceso MBR también tiene una gran influencia en los componentes del licor mixto, y se requiere un cierto grado de pretratamiento. Por ejemplo, el cabello y la basura enredarán el patrón, causando la acumulación de lodo en el conjunto de la membrana y, por lo tanto, la contaminación de la membrana. Se deben usar diferentes cuadrículas de membrana fina para eliminarlas antes de ingresar al proceso bioquímico aeróbico; Las partículas con alta dureza, como lodo y arena, pueden dañar las fibras de membrana, y se necesita un tanque de asentamiento de arena para eliminarlas; Los aceites causan contaminación a las fibras de membrana que no se pueden limpiar, y si se exceden los requisitos, deben eliminarse por separación de aceite, flotación, etc.; Materia inorgánica: puede precipitar y escalar en la superficie de la membrana, bloqueando los poros de la membrana. Se puede controlar mediante precipitación de floculación o ajuste de pH para prevenir la precipitación. Otros contaminantes característicos que afectan la membrana, como solventes orgánicos, tensioactivos, defoamers, PAM, dureza, alcalinidad y temperatura, deben prestarse especial atención en situaciones específicas.
(3) entorno operativo del sistema
Flujo subcrítico
La definición de flujo crítico es que existe tal flujo que cuando el flujo es mayor que este valor, TMP aumenta significativamente; Cuando el flujo es menor que este valor, TMP permanece estable. Este concepto puede ayudarnos a encontrar un punto de referencia entre maximizar el flujo de membrana y controlar efectivamente el ensuciamiento de la membrana. En la operación real de los módulos de membrana, cuando el flujo de operación es más alto que el flujo crítico, se llama operación de flujo supercrítico, y cuando el flujo operativo es menor que el flujo crítico, se llama operación de flujo subcrítico. En aplicaciones prácticas, se debe seleccionar un flujo operativo adecuado. Este valor de flujo operativo está en el rango subcrítico, y a veces el flujo operativo es solo alrededor del 50% del flujo crítico. Por supuesto, en un MBR a largo plazo, incluso si se adopta el modo de operación de flujo subcrítico, el TMP de ensuciamiento de membrana aumentará gradualmente.
Aireación razonable
En MBR, el propósito de la aireación no es solo proporcionar oxígeno para los microorganismos, sino también hacer las burbujas ascendentes y el flujo de agua alterado que generan limpiar la superficie de la membrana y evitar la agregación de lodo, para mantener la estabilidad del flujo de membrana. Al mismo tiempo, el efecto de agitación causado por la colisión entre burbujas y fibras de membrana incluso causa fricción entre las fibras de membrana, lo que puede acelerar el desprendimiento de sedimentos de la superficie de la membrana y ayudar a aliviar la contaminación de la membrana. Cuando la aireación es demasiado grande, el tamaño de partícula de las partículas depositadas en la superficie de la membrana disminuirá, lo que hace que la estructura de la torta del filtro sea más compacta, aumentando así la resistencia a la filtración de la membrana; Por el contrario, cuando el volumen de aireación es demasiado pequeño, la perturbación se debilitará y la contaminación aumentará, por lo que es necesario elegir un volumen de aireación adecuado.
Alternancia de operación y parada
Según la teoría de tres etapas de la contaminación de la membrana, la formación de la contaminación de la superficie de la membrana requiere un proceso. Primero, los contaminantes serán adsorbidos, depositados y acumulados en la superficie de la membrana. El modo de operación de succión intermitente tiene como objetivo detener la filtración de la membrana regularmente para que el lodo depositado en la superficie de la membrana pueda caerse de la superficie de la membrana bajo la fuerza de corte causada por la aireación y el flujo de agua, para que se pueda restaurar el rendimiento de filtración de la membrana. En general, cuanto más tiempo sea el tiempo de succión, mayor será la acumulación de sólidos suspendidos en la superficie de la membrana; Cuanto más tiempo sea el tiempo de parada, más minucioso se deposita el lodo en la superficie de la membrana, y más se puede restaurar el rendimiento de filtración de la membrana. En principio, el método de alternancia de operación y parada que cumple con sus propias características debe determinarse en función de las recomendaciones del fabricante de membrana y la operación del proyecto real.