Wat zijn de oorzaken van vervuiling van vlakke membranen?

Vlakke membranen worden steeds belangrijker in waterbehandelingsprocessen, vooral in MBR-systemen (membraanbioreactor). Door de groeiende vraag naar stedelijk en industrieel water is er een dringende behoefte aan efficiënte waterbehandelingsmethoden. Hoewel het MBR vlakke plaatmembraan geroemd wordt om zijn efficiëntie, blijft membraanvervuiling een belangrijke uitdaging. Laten we eens kijken naar de redenen achter dit probleem.

Membraanvervuiling begrijpen

Fouling is de ongewenste ophoping van deeltjes, micro-organismenen andere materialen op het membraanoppervlak of in de poriën, wat vaak leidt tot verminderde prestaties. Deze afzetting kan de permeabiliteit van het membraan belemmeren, waardoor de efficiëntie afneemt.

Wat zijn de vier soorten membraanvervuiling?

Er zijn vier hoofdtypen membraanvervuiling die elk hun eigen uitdagingen hebben. De eerste is anorganische vervuiling, ook wel scaling genoemd, die optreedt wanneer mineralen zoals calciumcarbonaat aan het membraanoppervlak kleven. Dit belemmert de waterdoorstroming en gaat ten koste van de kwaliteit van het permeaat. Het tweede type is deeltjes- en colloïdale vervuiling, waarbij zwevende deeltjes zoals klei of slib de poriën van het membraan verstoppen, waardoor de stroomsnelheid wordt beperkt. Microbiële vervuiling is een ander type dat wordt gekenmerkt door de groei van bacteriën en algen op het membraanoppervlak, waardoor biofilms worden gevormd die de doorstroming van het permeaat belemmeren. Organische vervuiling ten slotte treedt op wanneer stoffen zoals humuszuur of eiwitten zich binden aan het membraanoppervlak, waardoor de filterefficiëntie afneemt.

Oorzaken van vervuiling van vlakke membranen

1. Fysieke kenmerken van het MBR-systeem

De ontwerp en lay-out van het MBR-systeem, inclusief de vlakke membraanschaal, de hoogte en de lay-out van het beluchtingssysteem, kunnen vervuiling beïnvloeden. Een inefficiënt ontwerp kan leiden tot gebieden met stagnerende stroming, waar deeltjes zich kunnen ophopen.

2. Biologische factoren

Interacties tussen verschillende microbiële populaties kunnen aangroei verergeren. Sommige bacteriën kunnen bijvoorbeeld verbindingen produceren die biofilmvorming op het membraan bevorderen. Bovendien kan de samenstelling en concentratie van bacterieel extracellulair polymeer (EPS) speelt een belangrijke rol. EPS kan kleverig zijn en kan leiden tot verstopping van het membraan.

3. Specifieke eigenschappen van het membraan

De Kenmerken van het membraanzoals poriegrootte, dispersie, materiaal, structuur en interactie met opgeloste stoffen en oplosmiddelen, kunnen de gevoeligheid voor aangroei beïnvloeden.

4. Kwaliteit van het behandelde afvalwater

Het type en de concentratie organische stoffen in het behandelde water zijn van cruciaal belang. Bepaalde organische verbindingen kunnen zich gemakkelijk hechten aan het membraanoppervlak en zo vervuiling veroorzaken.

5. Bedrijfsomstandigheden

Factoren zoals de leeftijd van de modder, de concentratie opgeloste zuurstof, de stroomsnelheid van het membraanoppervlak en de temperatuur kunnen de mate van aangroei beïnvloeden. Hoge temperaturen kunnen bijvoorbeeld microbiële groei bevorderen, waardoor biofouling toeneemt.

6. Microbiële verontreiniging

Micro-organismen vinden de voedingsstoffen die ze nodig hebben in de microporiën van het membraan. Bijgevolg kunnen ze deze gebieden koloniseren, wat leidt tot microbiële vervuiling.

7. Opgeloste organische stof

Microbiële metabolieten zijn een primaire bron van opgeloste organische stoffen. Ze kunnen een gellaag vormen op het buitenoppervlak van het membraan of geadsorbeerd worden binnen de microporiën, waardoor deze geblokkeerd worden en de membraanflux vermindert.

Hoe voorkom je vervuiling van het MBR-membraan?

1. Het ontwerp van de membraanmodule optimaliseren

Het ontwerp van uw membraanmodule kan de neiging tot vervuiling beïnvloeden.

1.1 Plaatsing en hydraulische vorm

Het is cruciaal om de correlatie te begrijpen tussen de plaatsing van de membraanmodule en zijn hydraulische vorm. Tests hebben aangetoond dat de horizontale plaatsing van membraandraden superieur is aan axiale plaatsing als er geen beluchting is. Met beluchting schittert de axiale plaatsing echter.

1.2 Diameter en lengte van het holvezelmembraan

De diameter en lengte van het holle vezelmembraan zijn van belang. Experimenten tonen aan dat dunne membraanfilamenten beter presteren dan dikke in een kruisstroomsysteem, ongeacht de beluchting. Berekeningen hebben uitgewezen dat een membraandraadlengte tussen 0,5-3 m en een ideale binnendiameter van 0,2-0,35 mm de membraanflux aanzienlijk kan verbeteren.

2. Ophangkarakteristieken wijzigen

Vervuiling is vaak afkomstig van het mengwater van actief slib.

2.1 Vlokmiddelen als redding

Door een klein vlokmiddel aan de bioreactor toe te voegen, kunnen fijne deeltjes geflocculeerd en gecoaguleerd worden, waardoor ze minder op het membraan neerslaan.

3. De actiefslibconcentratie regelen

Het controleren van de concentratie van het actief-slibmengsel dat het membraan binnenkomt, kan helpen om vervuiling te verminderen.

3.1 Fillers inzetten

Door vulstoffen in de bioreactor op te nemen, zorgen we ervoor dat gesuspendeerde micro-organismen zich aan deze vulstoffen hechten. Deze actie versterkt de afbraaksnelheid van vervuilende stoffen en beperkt de concentratie van het actief-slibmengsel dat in contact komt met het membraan.

3.2 Debietregeling

Door de werkstroom van het membraan onder de kritische flux te houden, kan de afzetting van verontreinigende stoffen worden vertraagd, de levensduur van het membraan worden verlengd en vervuiling worden tegengegaan.

4. Afvoer en verwijdering van verontreinigende stoffen vergemakkelijken

Het regelmatig verwijderen van verontreinigingen van het membraanoppervlak is essentieel voor een lange levensduur en goede prestaties.

4.1 Beluchte afvloeiing

Het verhogen van de beluchtingssnelheid kan een waterstroomschering op het membraan veroorzaken, wat resulteert in trillingen en het afwerpen van vervuilende stoffen bevordert.

4.2 Reinigingstechnieken

Wanneer de vervuiling een bepaalde drempel bereikt, wordt het essentieel om de membraancomponenten te reinigen. Effectieve reinigingsmethoden zijn hydraulische reiniging, chemische reiniging en ultrasone reiniging.

Wat is het verschil tussen membraanvervuiling en verstopping?

Membraanvervuiling is de hechting van opgeloste, colloïdale of fijne vaste stoffen op het membraanoppervlak of het binnendringen van deze materialen in de membraanporiën. Het beïnvloedt voornamelijk de doorlaatbaarheid van het membraan en wordt meestal verminderd door fysische en chemische reinigingscycli. Anderzijds verwijst verstopping specifiek naar de ophoping van grotere, grove vaste stoffen aan de ingang of in de membraankanalen zelf. In tegenstelling tot fouling, dat het membraan op moleculair of microscopisch niveau beïnvloedt, is klonteren een macroscopisch probleem dat vaak wordt opgelost met mechanische middelen zoals terugspoelen of fysieke verwijdering.

Conclusie

MBR vlakke membranen zijn een cruciaal onderdeel van moderne waterbehandelingsprocessen. Het begrijpen en beperken van de oorzaken van membraanvervuiling is essentieel om hun efficiëntie te behouden, hun levensduur te verlengen en een constante kwaliteit van het behandelde water te garanderen. We kunnen de prestaties van membranen optimaliseren en vervuiling tegengaan door ons te richten op het systeemontwerp en de werking.

FAQs