تصفیه فاضلاب بیوراکتور غشایی

کاربرد تصفیه فاضلاب بیوراکتور غشایی

• تصفیه پساب های تولید شده در کارخانجات مواد غذایی و نوشیدنی با مواد آلی زیاد
• تصفیه فاضلاب کارخانجات داروسازی
• تصفیه پساب های پالایشگاه ها و پتروشیمی
• تصفیه فاضلاب تولید شده پس از شستشوی محل دفن زباله ها
• تصفیه فاضلاب نساجی و رنگرزی و کاغذ سازی

بیوراکتور غشایی برای تصفیه فاضلاب: بررسی

پیوندهای نویسنده باز پنل همپوشانی سمیرالعاشه مرضیه باقری احمد آیدان
https://doi.org/10.1016/j.cscee.2021.100109دریافت حقوق و محتوا
تحت مجوز Creative Commons دسترسی را باز کنید

خلاصه

• با توجه به رشد جمعیت انسانی در سطح جهان، اشاره می شود که صنایع مختلف نیز رشد کرده اند.
• نیاز به تامین بیش از حد آب و تولید پساب با کیفیت بالا بر اساس فناوری های تصفیه مناسب به یک ضرورت تبدیل شده است.
• این دو نیاز حیاتی را می توان با کمک بیوراکتور غشایی (MBR) که ثابت شده است در حذف مواد آلی و معدنی به عنوان یک واحد بیولوژیکی برای تصفیه فاضلاب موثر است، به دست آورد.
• گیاهان MBR با ادغام فرآیند بیولوژیکی با فیلتراسیون غشایی ایجاد می‌شوند
• که در مقایسه با روش‌های مرسوم مانند لجن فعال مزایای زیادی دارد.
• MBR به طور گسترده برای تصفیه فاضلاب شهری و صنعتی استفاده می شود.
• این بررسی به مفاهیم اساسی گیاهان MBR می پردازد و متعاقباً اطلاعاتی در مورد پیشرفت های اخیر هر بخش مربوط به گیاهان MBR ارائه می دهد.
• ویژگی های فرآیند تصفیه بیوراکتور به تفصیل مورد بحث قرار می گیرد و سپس یک بررسی جامع از فرآیند جداسازی غشا مورد بررسی قرار می گیرد.
• پدیده رسوب به عنوان یک مانع اصلی برای کارخانه MBRs گسترده به طور مفصل با روش های کاهش رسوب اخیر ارائه شده است. تلاش های تعدادی از فرآیندهای جدید MBR خلاصه شده است.
• به منظور مقابله با محدودیت موجود MBR ها برای کاربردی بودن در مقیاس بزرگتر، چالش های موجود و تلاش های تحقیقاتی آتی پیشنهاد شده است.

مقاله قبلی در شماره مقاله بعدی در شماره

کلید واژه ها

بیوراکتور غشایی تصفیه فاضلاب تصفیه آب تصفیه بیولوژیکی جداسازی غشاء رسوب غشایی

فهرست اختصارات

AFBR
بیوراکتور بستر سیال بی هوازی

AFM
میکروسکوپ نیروی اتمی

AFMBR
بیوراکتور غشایی سیال بی هوازی

AnMBR
بیوراکتور غشایی بی هوازی

APAC
آسیا و اقیانوسیه

BCC
شرکت ارتباطات بازرگانی

CA
استات سلولز

CAGR
نرخ رشد ترکیبی سالیانه

CAS
لجن فعال معمولی

COD
تقاضای اکسیژن شیمیایی

CSTR
راکتور مخزن کاملا هم زده

DOM
مواد آلی محلول

EPS
ماده پلیمری خارج سلولی

FESEM
میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی

گازهای گلخانه ای
گاز گلخانه ای

HRT
زمان اقامت هیدرولیک

MBR
بیوراکتور غشایی

MF
میکروفیلتراسیون

MFC-MBR
بیوراکتور غشایی ادغام شده با سلول سوختی میکروبی

MLSS
مشروب مخلوط جامد معلق

MPBR
فوتوبیوراکتور غشایی

MSCS
ریسندگی ذوب و کشش سرد

NF
نانو فیلتراسیون

NIPS
جداسازی فاز ناشی از غیر حلال

OLR
نرخ بارگذاری آلی

PAC
کربن فعال پودری

PSF
پلی سولفون

PTFE
پلی تترا فلوئورواتیلن

PVDF
پلی وینیلیدند دی فلوراید

SCOD
تقاضای اکسیژن شیمیایی محلول

SMP
محصولات میکروبی محلول

SPM
میکروسکوپ کاوشگر اسکن

SRT
زمان نگهداری جامدات

نکات
جداسازی فاز ناشی از حرارت

TMP
فشار گذرنده

TSS
کل جامد معلق

UASB
پتوی لجن بی هوازی با جریان بالا

UF
اولترافیلتراسیون

VFA
اسید چرب فرار

VSS
جامد معلق فرار

بود
ضایعات لجن فعال

1. معرفی

• با توجه به رشد جمعیت، تعداد صنایع به طور تصاعدی افزایش یافته است. این منجر به چالش های زیست محیطی شدید یا تقاضای زیادی برای تامین آب می شود.
• با توجه به وضعیت فعلی منابع آب، استفاده از راهکارهای نوین برای بهبود مدیریت چرخه آب در مناطق عمومی و صنعتی بسیار مهم است.
• علاوه بر این، اجرای تکنیک های جدید پایدار در چرخه آب برای در نظر گرفتن ارزش واقعی آب مورد نیاز است.
• با در نظر گرفتن این موضوع، بازیافت پساب را می توان به عنوان یک منبع بسیار ارزشمند در نظر گرفت که با کمک فن آوری های پیشرفته قابل انجام است.
• یکی از فناوری های جایگزین برای تصفیه فاضلاب، استفاده از راکتور بیولوژیکی غشایی است.
• این ترکیبی از فرآیند بیولوژیکی با فیلتراسیون غشایی است که بیوراکتور غشایی (MBR) نامیده می شود.
• در این مورد، تخریب زیست توده در داخل مخزن بیوراکتور رخ می دهد،
• در حالی که جداسازی پساب تصفیه شده از میکروارگانیسم ها در یک ماژول غشایی کامل می شود.
• در طول دو دهه گذشته، MBR به دلیل پتانسیل آن برای تولید پساب با کیفیت بالا توجه زیادی را به خود جلب کرده است
• و در حال حاضر به عنوان یک فناوری بالغ برای تصفیه فاضلاب در نظر گرفته می شود.
• گزارش شده است که 22.4 درصد از نرخ رشد سالانه مرکب (CAGR) برای بازار MBR انتظار می رود.
• گزارش اخیر BCC (شرکت ارتباطات تجاری) نشان داد که اندازه بازار MBR در سال 2019 به 3.0 میلیارد دلار خواهد رسید
• و انتظار می رود با CAGR 7 درصد، تا سال 2024 به 4.2 میلیارد UDS برسد.
• یک بخش از بازار MBR اگر بر اساس منطقه طبقه بندی شود.
• در نظر گرفته می شود که دارای بالاترین رشد بازار MBR در جهان است.
• شکل 1 رشد بازار MBR را بر اساس منطقه در دوره 2017-2024 خلاصه می کند.
• دانلود : دانلود تصویر با وضوح بالا (235 کیلوبایت) دانلود : دانلود تصویر در اندازه واقعی
• شکل 1. بازار MBR بر اساس منطقه (میلیارد دلار)

1.1. نگاهی به تاریخچه MBR

• در سال 1969، اسمیت و همکاران. اولین کسی بود که فناوری MBR را از طریق برنامه تحقیقاتی Dorr-Oliver معرفی کرد.
• هدف این بود که فاضلاب تولید شده از یک کارخانه تولیدی (به عنوان مثال، سندی هوک، کانکتیکات، ایالات متحده) به مدت 6 ماه با پساب با برابری بالا تصفیه شود.
• غشای اولترافیلتراسیون به جای مخزن ته نشینی در خارج از مخزن بیوراکتور برای جداسازی آب تصفیه شده و لجن فعال نصب شد.
• اگرچه این پیکربندی پساب بسیار باکیفیتی تولید می‌کرد، اما به دلیل هزینه بالای انرژی و رسوب غشایی مرتبط با آن در آن زمان، گسترش آن محدود بود.
• برای غلبه بر مانع پیکربندی قبلی، در سال 1989، یاماموتو و همکاران.
• با قرار دادن غشای فیبر توخالی در مخزن هوادهی لجن فعال، یک پیکربندی نوآورانه ایجاد کرد.
• به جای استفاده از پمپ تحت فشار نصب شده در خارج برای گردش مایع مخلوط در سراسر غشاء، فشار مکش به بیوراکتور اعمال شد، جایی که غشاء به طور مستقیم در داخل مخزن هوادهی غوطه ور شد.
• پس از معرفی پیکربندی غوطه ور، تعدادی از مطالعات برای افزایش کاربرد فناوری MBR با ارائه کیفیت بالای نفوذ در مقیاس بزرگ و در عین حال کاهش هزینه سرمایه از اواسط دهه 1990 انجام شده است.
• پارامترهایی که مورد بررسی قرار گرفته اند را می توان به صورت شکل ماژول غشاء، توزیع اندازه منافذ غشاء، شرایط عملیاتی برای به حداقل رساندن پدیده رسوب غشاء در حین یافتن استراتژی های جدید برای تمیز کردن غشای آلوده خلاصه کرد [7].
• پس از سال 2008، تجاری سازی کارخانه های MBR به دلیل رکود اقتصادی در سراسر جهان کاهش یافت.
• با این وجود، به دلیل نیاز به محیط آبی بهتر، فناوری MBR آینده روشنی برای گسترش دارد.

1.2. مقایسه بین CAS و MBR

لجن فعال معمولی (CAS) عمدتاً از دو مرحله تشکیل شده است. اولین مورد شامل مخزن هوادهی است که در آن فاضلاب با کمک میکروارگانیسم های فعال (به عنوان مثال لجن فعال) تصفیه می شود. آب تصفیه شده و لجن فعال در مخزن ته نشینی یا زلال ساز ثانویه جدا می شوند. لجن فعال را نمی توان به طور کامل در مخزن ته نشینی جدا کرد و معمولاً کسر سبک تر با پساب تصفیه شده انجام می شود. اما در مورد استفاده از MBR، به دلیل وجود غشاء با اندازه منافذ متفاوت، می توان بیشتر لجن فعال را جدا کرد.

مزایا و معایب MBR نسبت به CAS را می توان در جدول 1 [8] خلاصه کرد (جدول 2 را ببینید).

جدول 1. مزایا و معایب MBR در مقایسه با CAS [8].

مزایا و معایب

•اندازه بیوراکتور کوچکتر با حذف مخزن ته نشینی که منجر به ردپای کوچکتر می شود.

•پدیده رسوب گیری یک مشکل رایج MBR است که نیاز به استراتژی های عملیاتی مختلفی برای کاهش تمایل رسوب گیری غشا بدون توجه به فرآیند و پیچیدگی عملیاتی نصب غشا دارد.

•هیچ محدودیتی در غلظت جامدات معلق مشروب مخلوط (MLSS) در MBR وجود ندارد، بنابراین تولید لجن فعال زباله (WAS) کاهش می یابد. (یعنی حداکثر غلظت MLSS در CAS حدود 5000 میلی گرم در لیتر به دلیل محدودیت های شفاف کننده های ثانویه است. با این وجود، سطح بهینه در MBR حدود 8000-12000 میلی گرم در لیتر است.

•سرمایه و هزینه عملیاتی بالاتر با فرآیند MBR به دلیل هزینه غشاء و استراتژی های ضد رسوب درگیر است.

•کیفیت آب تصفیه شده و بیوراکتور MLSS را می توان با زمان ماند جامد (SRT) تعیین کرد. کنترل دقیق SRT را می توان در MBR به دلیل حذف مخزن ته نشینی ثانویه به دست آورد.

•پیچیدگی فرآیند عمدتاً به دلیل روش‌های نگهداری و تمیزی غشاء است.

•به طور معمول، SRT طولانی تر منجر به افزایش راندمان فاضلاب می شود. کاربرد SRT طولانی تر در MBR (بیش از 20 روز) در مقایسه با CAS (به طور کلی 5-15 روز) کیفیت پساب بالاتری را در طول فرآیند تصفیه فراهم می کند.

•میل کف زیاد مشکل دیگری است که تا حدودی به دلیل نیاز هوادهی بیشتر MBR ایجاد می شود.

•تولید پساب تصفیه شده با کیفیت بالا به دلیل وجود غشا با اندازه منافذ کوچکتر از جامدات معلق. با این وجود، برای شفاف‌کننده‌های ثانویه کارآمد، غلظت معمولی SSs حدود 5 میلی‌گرم در لیتر است. از این رو، مستثنی از نیاز به درمان ثالثه مانند فیلترها در MBR.

•مصرف برق بیشتر در حین کار گاهی اوقات، دو برابر مصرف برق در CAS است.

جدول 2. ضریب بیوکینتیک باکتری های مختلف در MBR های مختلف.

ویژگی های MBR ضریب بازده نوع زیست توده حداکثر نرخ رشد ویژه ضریب واپاشی ضریب نیمه اشباع Ref.
فیبر توخالی غوطه ور MBR در HRT=9.5 ساعت، T=14.7 °C، غلظت MLSS=6.6 گرم در لیتر کار کرد. باکتری هتروتروف 0.4887 (0.0141 (h-1) 7.467 0.0521 (day-1) [16]
باکتری اکسید کننده آمونیوم 1.191 (0.1612 (h-1) 0.2204 NM
باکتری اکسید کننده نیتریت 0.6473 (0.0786 (h-1) 0.324 NM
فوق فیلتراسیون فیبر توخالی غوطه ور MBR HRT = 9.5 ساعت، غلظت MLSS = 3.3 گرم در لیتر. باکتری هتروتروف 0.4609 (0.01917 (h-1) 1

6.47 کل باکتری ها تجزیه می شوند

0.03043 (روز-1) [17]

باکتری نیتریفیک 1.0389 ( 0.27193 (h-1) 0.9329

باکتری اکسید کننده نیتریت 0.77913 (0.11244 (h-1) 0.4364

MBR غوطه ور در HRT = 13 ساعت، غلظت MLSS = 5 گرم در لیتر تحت شرایط حالت پایدار عمل کرد. Serratia liquefaciens و Aeromonas hydrophila (باکتری غالب) 0.567 (0.0233 (h-1) 326.14 0.062 (روز-1) [18]

میکروفیلتراسیون MBR در HRT = 33 ساعت، T = 25 ° C کار کرد. زیست توده هتروتروف 0.756 (3.687 () NM 0.353 (day-1) [19]

راکتور بیوفیلم بستر متحرک همراه با MBR در HRT=26.47h، T=15 °C و غلظت MLSS=2.9g/l کار می‌کند. زیست توده هتروتروف 0.5041 (0.00484 (h-1) 0.96 کل باکتری فروپاشی = 0.04844 (روز-1) [20]

زیست توده اتوتروف 0.77718 ( 0.02632 (h-1) 0.76

کارخانه MBR با غشای فیبر توخالی در HRT=8h، T=27 °C و غلظت MLSS=1.3g/l کار می‌کند. زیست توده هتروتروف 0.703 (NM NM 0.02 (روز-1) [15]

کارخانه بیوراکتور با استفاده از گلوکز به عنوان بستر در T=20 °C. shewanella baltica KB30 0.6681 (0.0840 (h-1) 1.608 NM [21] برای این منظور، هدف اصلی این بررسی،

آشنایی خواننده با مفاهیم اولیه MBR و متعاقباً ارائه اطلاعات در مورد پیشرفت های اخیر هر بخش مربوط به گیاهان MBR از جمله کاهش رسوب است که یک عامل حیاتی از نظر تأثیرگذاری است. عملکرد MBR این بررسی با اصول تصفیه

بیولوژیکی فاضلاب و فناوری غشایی شروع می شود. بخش‌های بعدی پدیده‌های رسوب را از راهبردهای کاهش رسوب اولیه تا جدید که در سال‌های اخیر به کار گرفته شده‌اند،

برجسته و مورد بحث قرار می‌دهند. متعاقباً، پیکربندی‌های جدید نیز بر اساس ادبیات اخیر در مورد این موضوع به منظور درک واضح پیشرفت‌های اخیر در MBRها مورد بحث قرار می‌گیرند.

در نهایت، چالش‌هایی که باید برای مقابله با موانعی که مانع توسعه بیشتر فناوری MBR می‌شوند، مورد توجه قرار گیرند، تشریح شده‌اند.

2. تصفیه بیولوژیکی فاضلاب

به طور کلی، شرایط عملکرد بیوراکتور به شدت بر ویژگی‌های میکروارگانیسم مانند اندازه، محتوای میکروارگانیسم‌های رشته‌ای، سرعت رشد و غیره تأثیر می‌گذارد. در کیفیت پساب و میزان MBR که می تواند آلاینده فاضلاب را تصفیه کند و خواص رسوب پذیری غشاها. از این رو، مطالعه عمیق اصل تصفیه بیولوژیکی فاضلاب مانند میکروبیولوژی، متابولیسم میکروارگانیسم ها، استوکیومتری میکروبی و سینتیک در بیوراکتور به منظور تعیین شرایط بهینه عملکرد بیوراکتور و ویژگی های طراحی گیاهان MBR ضروری است [9] .

ساختار و ترکیب جامعه میکروبی یک بیوراکتور از یک کارخانه MBR به کارخانه دیگر و در مقیاس زمانی برای یک واحد MBR مشخص متفاوت است. دلیل اصلی این تنوع، ویژگی های مهم میکروارگانیسم ها در سیستم های مهندسی محیط زیست، از جمله گیاهان MBR است. با توجه به نفوذ فاضلاب از اتمسفر، که به بیوراکشن تغذیه می شود، میکروارگانیسم های متنوعی در جوامع مختلف ساختار یافته اند. با این حال، با تنظیم شرایط عملیاتی و طراحی راکتور، می توان نوع خاصی از میکروارگانیسم ها را در بیوراکتور غنی کرد [10].

نوع میکروارگانیسم و ​​عملکرد آنها در هر دو گیاه CAS و MBR یکسان است. با این حال، ویژگی های آنها به دلیل SRT طولانی و غلظت بالای زیست توده در بیوراکتورهای MBR متفاوت است که منجر به Ref. [11]:
1.
حفظ میکروارگانیسم های کند رشد در مقایسه با SRT های کوتاهتر مخزن هوادهی CAS که به دلیل تخریب مواد آلی مقاوم مفید است. با این وجود، می تواند میکروارگانیسم های ناخواسته مانند میکروارگانیسم های کف کننده و

2.
کاهش کسر زیست توده فعال از کل جامدات در بیوراکتور با تولید جامدات بی اثر بیشتر.

2.1. نوع میکروارگانیسم ها

در بیوراکتور، پنج گروه عمده از میکروارگانیسم‌ها به طور کلی یافت می‌شوند: باکتری‌ها (مثلاً پروتئوباکتری‌ها)، تک یاخته‌ها (مانند آمیب‌ها، تاژک‌ها، مژک‌ها)، متازوآها (مثلاً روتیفرها، نماتدها، تارتی‌گرادها)، باکتری‌های رشته‌ای، جلبک‌ها و قارچ‌ها. 12]. با این حال، اکثر میکروارگانیسم ها (بیش از 90٪) که در لجن فعال وجود دارند، باکتری هستند [12]. بیشتر باکتری ها با هم جمع می شوند و جفت ها، زنجیره ها یا خوشه ها را تشکیل می دهند، اما می توانند در حالی که به صورت یک سلول زندگی می کنند به زندگی خود ادامه دهند. با توجه به متابولیسم خود، آنها می توانند از منابع متعدد انرژی، اهداکنندگان الکترون، گیرنده های الکترون و منابع کربن استفاده کنند. سازگاری آنها می تواند نه تنها برای تصفیه انواع مختلف آلاینده های آلی و معدنی مفید باشد، بلکه شرایطی را برای تصفیه انواع خاصی از موادی که ممکن است در فاضلاب وجود داشته باشد، فراهم می کند. شچگلکووا و همکاران [13] با انجام توالی یابی ژن 16S rRNA، ساختار جوامع باکتریایی را در لجن فعال و فاضلاب ورودی برای سه تصفیه خانه مختلف فاضلاب دریافتند. علاوه بر این، آنها یک نقشه حرارتی ارائه می دهند که شامل 40 خانواده برتر باکتری در AS (یعنی 94.2 تا 97.5٪ از کل است.

باکتری) [13].

تمایل میکروارگانیسم ها به تجمع بر روی سطح غشا باعث ایجاد بیوفیلم می شود. سلول‌های بیوفیلم با کمک مواد ماتریکس خود تولید شده بر خلاف سلول‌های پلانکتونیک (یعنی ماده پلیمری خارج سلولی (EPS)) جاسازی می‌شوند. خواص چسبندگی بیوفیلم عمدتاً به دلیل وجود پروتئین ها و کربوهیدرات هایی است که در EPS وجود دارد که یکی از معایب مهم گیاهان MBR است [14].

2.2. استوکیومتری و سینتیک میکروبی در بیوراکتور
معادلات استوکیومتری میکروبی متعادل مانند معادلات استوکیومتری شیمیایی هستند در حالی که برای تخمین عملکرد بیولوژیکی و تیمارها بسیار مهم هستند. با این حال، در معادله سینتیک میکروبی، بستر مصرفی به عنوان منبع انرژی عمل می کند و به طور همزمان برای سنتز زیست توده استفاده می شود. به عبارت دیگر، میکروارگانیسم‌ها نه تنها به عنوان کاتالیزور برای واکنش بیولوژیکی استفاده می‌شوند، بلکه از طریق رشد میکروبی در طی فرآیند تصفیه، خود را نیز تکثیر می‌کنند. نسبت زیست توده تولید شده به بستر مصرفی (به عنوان مثال، گلوکز) را می توان به عنوان بازده یا رشد زیست توده نام برد که به ترکیب میکروبی و شرایط رشد بستگی دارد [13].

با کمک معادلات استوکیومتری میکروبی متعادل، درک عناصری که در واکنش دخیل هستند (به عنوان مثال، دهنده الکترون اولیه، گیرنده الکترون پایانی، مواد مغذی، زیست توده و محصولات اکسید شده) و میزان مصرف یا تولید عناصر مهم است. با این وجود، پیش‌بینی سرعت انجام واکنش غیرممکن است. تعیین سرعت واکنش میکروبی به منظور برآورد حجم مورد نیاز بیوراکتور و همچنین غلظت زیست توده برای دستیابی به یک نتیجه خاص مهم است. همچنین با کمک سرعت واکنش، تخمین عملکرد بیوراکتور در یک شرایط عملیاتی خاص و طراحی خاص امکان پذیر است. بنابراین، برای مدل‌سازی سرعت واکنش لجن فعال، نرم‌افزارهای خاصی مانند BioWin، STOAT، GPS-X و WEST توسعه یافتند [15].

عملکرد بیوراکتور (به عنوان مثال، نرخ تولید زیست توده و غلظت بستر پساب) و پارامترهای طراحی (حجم) با تنظیم معادلات تعادل جرم با استفاده از سینتیک میکروبی تخمین زده می‌شوند. سینتیک میکروبی تا حد زیادی بر روی نرخ رشد میکروبی و استفاده از بستر تمرکز دارد [15].

رشد میکروبی تنها با متابولیسم سوبستراهای زیست تخریب پذیر امکان پذیر است. با این حال، تمام مواردی که در پساب های ورودی وجود دارد، قابل تجزیه نیستند. بنابراین، محاسبه کسر زیست تخریب پذیر پساب اولین مرحله ضروری در تخمین نرخ رشد میکروبی است. همچنین در طول رشد، میکروارگانیسم ها تمایل به پوسیدگی دارند. از این رو، تفاوت بین نرخ رشد و نرخ پوسیدگی را نرخ رشد خالص می نامند که می توان آن را به صورت زیر تعریف کرد:
(1)
(2)
جایی که نرخ رشد خالص ( )، X غلظت زیست توده ( ) و S غلظت زیرلایه زیست تخریب پذیر ( ) است. حداکثر نرخ رشد ویژه () را نشان می دهد و نیمی از ثابت اشباع را برای بستر زیست تخریب پذیر ( ) و ضریب فروپاشی ( ) را به طور جداگانه نشان می دهد [16]. جدول 3 ضریب بیوکینتیک گیاهان مختلف MBR را برای انواع مختلف باکتری ها خلاصه می کند.

جدول 3. مزایا و معایب پلیمرهای مختلف با فرآیند ساخت آنها [8].

مزیت ساخت پلیمر معایب

PSF NIPS
•
ایمن از شسته شدن

•
استحکام مکانیکی بالا

•
آسان برای تشکیل ساختار

•
ماندگاری شیمیایی کم

•
سفت / شکننده

PES NIPS
•
کنترل خوب در لیچینگ

•
شکل گیری ساده

•
سفت / شکننده

•
ماندگاری شیمیایی کم

PE MSCS
•
مقرون به صرفه

•
هادی

•
اندازه منافذ بزرگ

PP MSCS
•
مقرون به صرفه

•
هادی

•
اندازه منافذ بزرگ

PVC MSCS
•
مقرون به صرفه

•
هادی

•
اندازه منافذ بزرگ

•
به اندازه کافی برای شرایط اولیه قوی نیست

PVDF NIPS، نکات
•
ازدیاد طول شکستگی

•
خواص مکانیکی عالی

•
توزیع اندازه منافذ باریک

•
مقاومت شیمیایی قوی

•
عملکرد ضعیف در شرایط اولیه

•
تشکیل ساختار آسان نیست

PTFE MSCS
•
پتانسیل رسوب کم

•
نفوذپذیری آب بالا

•
مقاومت شیمیایی عالی

•
هزینه کلی بالا

•
طراحی ساخت سخت

CA NIPS
•
زاویه تماس کم

•
شکل پذیری ساده

•
ماندگاری شیمیایی کم

•
ارتجاعی باز/اسید کم

از آنجایی که میکروارگانیسم ها از آلاینده های زیست تخریب پذیر استفاده می کنند، یعنی بستر، که منبع غذایی آنها برای رشد است، پساب تصفیه می شود. بنابراین، نرخ استفاده از بستر ارتباط تنگاتنگی با نرخ رشد میکروارگانیسم‌ها با ضریب بازده زیست توده دارد. با این حال، سرعت حذف بستر برای مهندسان مهم‌تر از نرخ رشد میکروبی است زیرا نشان‌دهنده پیشرفت درمان است [15].

همچنین قابل ذکر است که میزان تولید VSS در بیوراکتور پارامتر مهمی برای طراحی و بهره برداری از تاسیسات بیوراکتور است. VSS های مشروب مخلوط در بیوراکتور به دلیل سه منبع اصلی تولید می شوند: رشد میکروارگانیسم ها، VSS های تجزیه ناپذیر از طریق تجزیه زیست توده که نمی توانند توسط میکروارگانیسم ها به عنوان سوبسترا استفاده شوند.

d در نهایت VSS های غیرقابل تخریب تولید شده از فاضلاب ورودی که به ویژگی های فاضلاب وابسته است. بنابراین، کل نرخ تولید VSS () را می توان به صورت زیر بیان کرد:
(3)
کسری از محصول فروپاشی زیست توده که در یک بیوراکتور انباشته می شود کجاست؟ غلظت VSS غیرقابل تجزیه در پساب فاضلاب است ( ). Q و V نرخ جریان ورودی (و حجم بیوراکتور () را به طور جداگانه نشان می دهند.

3. فرآیند جداسازی غشا
3.1. مواد غشایی
برای ساخت غشاها می توان از مواد مختلفی استفاده کرد. با این حال تعداد محدودی از آنها تاکنون تجاری شده است. در زمینه تصفیه فاضلاب و با توجه به محدودیت‌های عملیاتی متعدد، تعداد موادی که می‌توان برای ساخت غشا استفاده کرد با سایر زمینه‌ها متفاوت است. مقاومت اسیدی، بازی، شیمیایی و مکانیکی بالا در طی 5 سال کارکرد و همچنین امکان قرار گرفتن در معرض دامنه وسیعی از pH از 1 تا 12 (یعنی هم در فرآیند عملیات و هم در فرآیند بازیابی) [22] از موارد مورد نیاز است. ویژگی های برنامه های کاربردی تصفیه فاضلاب غشایی برای برآوردن این الزامات در غشاء، می توان از موادی مانند پلاستیک، سرامیک و مواد فولادی ضد زنگ استفاده کرد. غشاهای مبتنی بر پلیمر رایج ترین ماده مورد استفاده در تصفیه آب و فاضلاب هستند. پلی سولفون ها (PSFs)، پلی وینیلیدند دی فلوراید (PVDF) که به دلیل عمر طولانی آن محبوب ترین است، پلی تترا فلوئورواتیلن (PTFE) و استات سلولز (CA) رایج ترین مواد مبتنی بر پلیمر هستند که اخیراً استفاده می شوند [22]. جدول 4 مشخصات مواد مختلف مبتنی بر پلیمر مورد استفاده برای ساخت غشا را خلاصه می کند.

جدول 4. مطالعات اخیر برای کاهش پدیده رسوب غشایی در طی تصفیه فاضلاب در گیاهان MBR.

استراتژی جدید عملکرد در عقب ماندگی رسوب مرجع نتیجه مختصر
اصلاح ساختار غشا اصلاح غشا با استفاده از چارچوب فلزی-آلی برای بهبود عملکرد فوتوکاتالیست. (ترکیب CdS/MIL101 (Cr) به عنوان یک فوتوکاتالیست نور مرئی در غشای PVDF در یک anammox MBR عملی توسط چراغ های ضد آب در زیر آب)
•
مزایای غشای ساخته شده نسبت به غشای اصلی: ویژگی ضد رسوب بالاتر، نرخ کاهش شار کمتر، دفع رسوب بیشتر، کاهش افزایش TMP و کاهش رسوب غشاء در عملکرد طولانی مدت.

•
حذف نیتروژن مشابه در هر دو غشا.

[46]
ویژگی‌های جامعه میکروبی ارزیابی سهم کربن آلی محلول و دینامیک میکروبی برای کنترل رسوب غشایی در MBR‌های بدون اکسیژن/اکسیک (A/0) تحت گرسنگی طولانی برای تحریک رسوب غشاء.
•
نقش مهم TM6، OD1 و Chlamydiae در بیوفیلم بر اساس جامعه میکروبی در MBR های آلوده، زیرا آنها گروه غالب در بیوفیلم بودند.

•
وجود Xanthomonadaceae به دلیل غلظت فراوان آن در غشای آلوده ممکن است با رسوب گیری مرتبط باشد.

•
با توجه به داده‌های غشایی کاهش‌یافته، Chitinophagaceae و Candidatus Promineofilum نقش کلیدی در کاهش رسوب به دلیل فراوانی آنها در MBR آلوده شده کاهش‌یافته داشتند.

•
حفظ و کنترل تنوع میکروبی یکی از پارامترهای مهم در کنترل رسوب است

[47]
اصلاح خواص زیست توده ارزیابی عملکرد MBR ها و ویژگی های رسوب با افزودن نانوذرات به عنوان جاذب. (مقایسه افزودن Ag-NP (به NP1) به عنوان یک ماده ضد باکتریایی و Fe3O4-NP (به نام NP2) به عنوان ماده مغناطیسی در گیاهان MBR)
•
افزایش حذف COD در هر دو سیستم به دلیل جذب مواد آلی توسط NPs

•
عملکرد بهتر NP1 در حذف EPS و SMP در مقایسه با سیستم اصلی. (49% و 66% کسر در EPS و SMP برای NP1 در حالی که برای NP2 به ترتیب 38% و 54% بود)

•
افزایش نرخ شار تا 41 درصد برای NP1 در حالی که برای NP2 32 درصد گزارش شده است.

[48]
اصلاح سطح غشای آبدوست ارزیابی عملکرد ضد رسوب اصلاح آبدوست برای anammox زیرا یک استراتژی امیدوارکننده به عنوان ضد رسوب در MBR های هوازی و بی هوازی نشان داد. (تهیه غشای آبدوست (Mh) با رسوب محلول پلی وینیل الکل روی مش های پارچه نایلونی اولیه (Mp))
•
مقاومت لایه ژل بالاتر در Mh در مقایسه با Mp. ایجاد لایه ژل نازک و فشرده بر روی Mh در حالی که برای Mp ضخیم و شل بود.

•
چرخه های کوتاه فیلتراسیون کاهش دهنده شار سریع در عملکرد طولانی مدت MBRs anammox

•
کاهش حذف نیتروژن توسط MH عمدتاً به دلیل کاهش میزان باکتری آناموکس در گیاه آناموکس MBR و افزایش جامعه باکتری های هتروتروف.

[49]
بهینه سازی شرایط عملیاتی ارزیابی اثر دما بر فعالیت متانوژنیک در An-MBR
•
کاهش تقاضای انرژی به دلیل کاهش ویسکوزیته مایعات به دلیل کاهش دما

•

افزایش شار با کاهش دما

•
کاهش فعالیت متانوژنیک با کاهش دما در دو کارخانه An-MBR که در دمای 15 و 25 درجه سانتی گراد کار می کردند.

[40]
روش تمیز کردن غشاء و فرآیندهای غشایی اثر کربن فعال گرانولی با بازیافت مایع برای کنترل رسوب به عنوان جایگزینی برای پارگی بیوگاز در An-M

BR
•
ارائه سطح بزرگ برای رشد بیوفیلم

•
مصرف انرژی کم

•
کاهش موثر رسوب

[50]
تمیز کردن مکانیکی ارزیابی اساسی و جامع نظافت مکانیکی با استفاده از مواد تمیز کننده متخلخل و غیر متخلخل در کارخانه های MBR برای کنترل رسوب.
•
کاهش چرخه تمیز کردن یا مقدار انرژی مورد نیاز برای پارگی گاز

•
راندمان بالا در کنترل رسوب به دلیل انتشار عوامل در داخل لایه مرزی آرام ایجاد شده بر روی سطح غشاء.

•
از بین بردن کامل لایه کیک روی غشاء با استفاده از مواد شستشو. با این حال، افزایش رسوب غیر قابل برگشت به دلیل حذف لایه کیک

[51]
پیش تصفیه خوراک استفاده از تکنیک اکسیداسیون پیشرفته به عنوان یک پیش تصفیه برای کاهش تمایل رسوب غشاء و مقایسه اثر آن با روش انعقاد. (درمان UV/H2O2 و انعقاد با کلرآل هیدرات آلومینیوم به عنوان پیش تیمار برای کنترل رسوب غشای MF سرامیکی مورد استفاده قرار گرفت)
•
هر دو مکانیسم اثر امیدوار کننده ای در کاهش مقاومت کل رسوب دارند. عمدتاً به دلیل تجزیه بیوپلیمرهای MW بسیار بالا است

•
روش انعقاد در مقایسه با روش اکسیداسیون پیشرفته، منجر به نوع رسوب غیر قابل برگشت کمتری می شود.

•
تولید ماده مگاوات کمتر در کاربرد UV/H2O2 اتفاق افتاد

[26]
اصلاح لجن فعال افزودن تقویت کننده شار برای کنترل رسوب. با این حال، تفاوت زیادی در مقدار دقیق دوز FE برای انواع مختلف لجن وجود دارد. (پلیمر کاتیونی Adifloc KD451 به عنوان یک FE بر روی هفت نمونه لجن An-MBR جمع آوری شده از تصفیه فاضلاب صنعتی اعمال شد)
•
واریانس قابل توجه دوز بهینه و بحرانی FE بین نمونه ها. (DOPT و DCrit از 0.02 تا 1.16) و 0.1-2.5 به طور جداگانه متغیر بودند.)

•
رابطه خطی DOPT با زمان مکش مویرگی و SMP-PS بر اساس روش فیلتراسیون بی هوازی دلف (AnDFCm)

•
اثر منفی مقدار اضافی اضافی FE در کاهش رسوب غشایی.

•
هدایت مدل‌های تجربی برای پیش‌بینی دوز بهینه FE برای یک نمونه لجن جدید.

[52]
تمیز کردن غشاء هیدرولیک اثر طرح‌های مختلف شستشوی معکوس (به عنوان مثال، مدت زمان و دمای مختلف BW)، به عنوان یک روش اصلی تمیز کردن غشاء هیدرولیک، بر روی یک غشای رسوب‌دار (همان غشاهای فیبر توخالی) در کارخانه‌های MBR که فاضلاب شهری را تصفیه می‌کنند، مورد بررسی قرار گرفت. به ویژه تأثیر آنها بر افت TMP و افزایش نفوذپذیری غشا.
•
با افزایش دمای BW از 80 درجه سانتیگراد به 380 درجه سانتیگراد، شدت رسوب کاهش یافت که کاهش TMP به طور جداگانه 7.1٪، 14.2٪ بود.

•
مدت زمان BW همچنین منجر به عملکرد بهتر MBR می شود. به عنوان مثال، در دمای BW 380 درجه سانتیگراد، افت TMP از 14.2٪ به 30.2٪ برای مدت 1 دقیقه BW به مدت زمان 8 دقیقه به طور جداگانه افزایش یافت.

•
نفوذپذیری غشاء با افزایش هر دو دمای BW و مدت زمان BW افزایش یافت.

[53]

3.2. روش های ساخت غشا

ساخت غشا با روش های مختلفی امکان پذیر است. جداسازی فاز القا شده بدون حلال (NIPS)، ریسندگی مذاب و کشش سرد (MSCS) و جداسازی فاز ناشی از حرارت (TIPS) رایج ترین روش ها برای ساخت غشاها هستند که در زیر مورد بحث قرار می گیرند.

3.2.1. NIPS

این روش به دلیل تفاوت حلالیت پلیمرها در حلال های مختلف، محبوب ترین روشی است که در آن غشاء ساخته می شود. در این روش از دو حلال استفاده می شود که با یکدیگر سازگار هستند در حالی که پلیمرها دارای سطوح حلالیت متفاوتی با آنها هستند. یکی از حلال هایی که پلیمر در آن حلالیت کمی دارد، حلال ضعیف یا غیر حلال نامیده می شود، در حالی که =حلال دیگر که پلیمر در آن حلالیت خوبی با آن دارد، حلال خوب نامیده می شود [23]. در فرآیند ساخت، در ابتدا پلیمر با حلال خوب مخلوط می شود. سپس محلول آماده شده با کمک نازل تزریقی به حلال ضعیف اضافه می شود که منجر به سخت شدن (یا ژل شدن) پلیمر می شود زیرا حلال خوب در حلال ضعیف نفوذ می کند. پیدایش و ایجاد منافذ بر روی ساختار غشا نتیجه انتشار حلال خوب در محلول حلال ضعیف است. شکل 2 شماتیک روش ساخت NIPS را نشان می دهد.

شکل 2

دانلود : دانلود تصویر با وضوح بالا (276 کیلوبایت)دانلود : دانلود تصویر در اندازه واقعی

شکل 2. نمایش فرآیند ساخت NIPS [23].

برای حذف مقدار اضافی حلال خوب، محلول حلال ضعیف و همچنین مواد افزودنی، پلیمر شسته شده و سپس خشک می شود. ترکیب پلیمر و حلال خوب، شکل و ابعاد نازل تزریق پارامترهایی هستند که در این روش بر اندازه منافذ غشای داخلی و خارجی تأثیر می‌گذارند [23].

3.2.2. MSCS

پلیمرها به طور کلی از دو ساختار متفاوت ساخته می شوند. ساختار لاملا کریستالی که دارای آرایش معمولی و ساختار بین لایه ای آمورف است که قسمت انعطاف پذیر است. از این رو، پلیمرها دو دمای انتقال دارند. دمای ذوب (Tm) دمایی است که در بالای آن ساختار کریستالی فعال است در حالی که بالای شیشه است

ساختار آمورف دما (Tg) فعال می شود (معمولا Tm بالاتر از Tg است). در ساخت غشاها بر اساس روش MSCS ابتدا پلیمر ذوب می شود. سپس درست زیر Tm سرد می شود و همزمان یک یا دو کشش جهت دار اعمال می شود. در این فرآیند، مورفولوژی کریستالی در حالی که ساختار آمورف طولانی شده و طیف وسیعی از اندازه منافذ را ایجاد می‌کند، ثابت می‌ماند. اگرچه این فرآیند می‌تواند ارزان‌ترین غشا را تولید کند، اما عدم امکان کنترل توزیع اندازه منافذ و اندازه متوسط ​​منافذ بزرگ غشا دو عیب اصلی آن است [24].

3.2.3. نکات

بر اساس این فرآیند، غشاها بر اساس تفاوت بین حلالیت و نقطه ذوب حرارتی ساخته می شوند. به عبارت دیگر، TIPS یک موقعیت میانی بین دو روش قبلی دارد. با افزودن حلال یا رقیق کننده ها، پلیمرها در دماهای بالا حل یا رقیق می شوند. سپس به سرعت توسط مایع سرد خنک می شود تا تمام حلال ها یا رقیق کننده های باقی مانده حذف شود و منافذ غشایی ایجاد شود. گاهی برای بهبود استحکام مکانیکی غشا از فرآیند کشش استفاده می شود. با این حال، ضعف غشای ساخته شده یکی از مشکلات مهمی است که با این فرآیند همراه است که برای رفع این موضوع توجه زیادی شده است [25].

3.3. خصوصیات غشایی

3.3.1. ماژول های غشایی

الیاف توخالی، لوله ای و صفحه تخت سه شکل اصلی غشا هستند. در مورد الیاف توخالی و غشاهای لوله‌ای، ابعاد قابل توجه قطر بیرونی، قطر داخلی و طول غشا است در حالی که برای نوع ورق تخت، ضخامت، طول و عرض ابعاد قابل توجهی است. بر اساس قطر، غشای فیبر توخالی را می توان به دو گروه مختلف طبقه بندی کرد [3]. همه ابعاد را می توان با کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FE-SEM)، میکرومترها و کولیس ها به دقت تعیین کرد.

روش های تمیز کردن و جایگزینی ساده، کارایی خوب برای استفاده تجاری از مزایای اصلی غشاهای ورق تخت است. با این حال، هزینه بالا نقطه ضعف اصلی آنها است، در حالی که محققان در تلاش برای ساختن مقرون به صرفه هستند. در مورد غشاهای الیافی توخالی، مساحت بالا در واحد حجم، فرآیند ساخت مقرون به صرفه و توانایی مقاومت در برابر شرایط عملیاتی شدید آنها را جذاب می کند. با این حال، نرخ بالای رسوب، و در نتیجه فرکانس شستشو بالا، نقطه ضعف اصلی آنها است [26]. غشاهای لوله ای به دلیل استحکام مکانیکی بالا، میزان رسوب کم، عمر طولانی و تمیز کردن و تعویض ساده جذاب هستند. با این وجود، چگالی بسته بندی کم و همچنین سرمایه و هزینه عملیاتی بالا از استفاده از آنها در مقیاس بزرگ جلوگیری می کند [26].

3.3.2. توزیع اندازه منافذ

غشاهای مورد استفاده در تصفیه فاضلاب معمولاً به دو گروه طبقه بندی می شوند. متخلخل و غیر متخلخل. غشاهای متخلخل از حذف اندازه الک برای جداسازی ذرات مانند میکروفیلتراسیون (MF)، اولترافیلتراسیون (UF) و نانوفیلتراسیون (NF) استفاده می کنند. غشاهای غیر متخلخل بر اساس اصل حلالیت یا انتشار در سیستم برای جداسازی ذرات (مانند NF انتهایی محکم و اسمز معکوس) کار می کنند.

اندازه ذرات در فاضلاب و اندازه منافذ غشا می تواند بر رسوب غشاء تأثیر بگذارد. اگر اندازه منافذ غشاء افزایش یابد، زیرا ذرات ریز می توانند به راحتی وارد غشاء شوند و در آنجا محبوس شوند، مکانیسم های مسدود کننده منافذ نیز افزایش می یابد. با این وجود، با اندازه منافذ کوچکتر، ذرات کوچکتر را می توان روی لایه تشکیل شده روی غشاء توسط ذرات بزرگ جمع آوری کرد. این لایه تشکیل‌شده را می‌توان به سادگی با روش‌های مختلف از جمله آب‌شستگی هوا حذف کرد.

یکی از روش‌های اندازه‌گیری توزیع اندازه منافذ غشا، اندازه‌گیری تصاویر FE-SEM از سطح غشا است. با این حال، تعیین توزیع اندازه کل منافذ غشا با استفاده از این روش بسیار دشوار است زیرا کسر تصویر گرفته شده در مقایسه با کل سطح غشاء کوچک است. از این رو، باید بر اساس اطلاعات حجیم اندازه منافذ محاسبه کنیم. نقطه حباب، دفع ذرات و دفع پلیمر سه روش معمولی برای محاسبه توزیع اندازه منافذ بر اساس اطلاعات توده هستند [27].

3.3.3. آبدوستی

گرایش رسوب غشاء به شدت تحت تأثیر آب دوستی است. آب دوستی پارامتری است که نشان می دهد یک غشا چقدر می تواند با آب خیس شود. اگر هوا در منافذ غشا نتواند به راحتی با آب جایگزین شود، در این صورت غشا آبگریز است. بیشتر پلیمرهای مبتنی بر پلیمر آبگریز هستند که در آن پتانسیل رسوب دهی بالا نقطه ضعف اصلی آنهاست. میکروب‌های موجود در MBR زیست توده را به شکل لخته‌های لجن فعال و مواد آلی تولید می‌کنند که معمولاً آبگریز هستند. از این رو، یک چسبندگی قوی بین زیست توده و سطح غشا وجود خواهد داشت که با ایجاد یک لایه روی سطح غشاء، یعنی پدیده رسوب، کارایی غشاء را کاهش می دهد. برای غلبه بر این مشکل می توان مواد آبدوست خاصی را در طول ساخت غشا اضافه کرد تا آب دوستی غشا را افزایش دهد [28]. همچنین برای اجازه نفوذ

از آب داخل منافذ غشایی، از عوامل مرطوب کننده برای افزایش نفوذ آب استفاده می شود. با این وجود، بدون استفاده از عوامل مرطوب کننده، فشار هیدرولیک برای خروج هوا از منافذ ضروری است. حداقل فشار هیدرولیک مورد نیاز به میانگین قطر منافذ، کشش سطحی آب و زاویه تماس بستگی دارد [28].

3.3.4. بار الکتریکی (پتانسیل زتا)

علاوه بر آب دوستی، پارامتر دیگری که می تواند بر گرایش رسوب تاثیر بگذارد، بار الکتریکی روی سطح غشا است. رسوبات اصلی در غشاهای MF و UF (یعنی عمدتاً در MBR استفاده می شود) مواد آلی هستند که بار سطحی منفی دارند. بنابراین، با استفاده از غشایی که بار منفی بیشتری روی سطح خود دارد، پتانسیل رسوب کمتری را می توان تجربه کرد [29].

پتانسیل زتا پارامتری است که بار الکتریکی روی سطح غشا را نشان می دهد. جدیدترین روش برای اندازه گیری پتانسیل زتا، پتانسیل جریان است، که پتانسیل زمانی رخ می دهد که الکترولیت ها بین دو ماده در محلول آبی جریان می یابند. روش‌های دیگر ممکن است شامل الکتروفورز، الکترواسموز و ویژگی‌های پتانسیل ته نشینی باشد [29].

3.3.5. ناهمواری سطح

ناهمواری سطح غشاء نیز می تواند در ایجاد رسوب نقش داشته باشد. سطح غشا ناهموار مناطق تماس گسترده و تعامل شدید بین رسوب‌کننده‌ها و سطح غشا را فراهم می‌کند. از این رو، سطح ناهموار غشاء منجر به گرایش به رسوب بیشتر می شود [30].

با کمک میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM)، زبری یک غشاء را می توان اندازه گیری کرد، یعنی یک نوع میکروسکوپ کاوشگر روبشی (SPM) [31]. با تجزیه و تحلیل زبری سطح غشاء با AFM، نشان داده شده است که زبری سطح برای غشا با اندازه منافذ بزرگ بیشتر از اندازه منافذ کوچکتر است. علاوه بر این، میزان رسوب و درجه زبری تأثیر مستقیمی بر یکدیگر دارند. افزایش درجات زبری سطح منجر به افزایش نرخ رسوب می شود [31].

4. رسوب غشایی

رسوب گیری مشکل اصلی است که در طول عملیات فرآیندهای جداسازی غشایی با آن مواجه می شود. از این رو، کارایی فرآیند MBR تا حد زیادی به نحوه مدیریت آن بستگی دارد. پدیده رسوب به عوامل بسیاری مانند شرایط عملیاتی، استراتژی های تمیز کردن غشاء، ویژگی های ورودی فاضلاب و خواص غشا بستگی دارد. شکل 3 طرح کلی پدیده های رسوب غشایی و روش های تمیز کردن مرتبط را نشان می دهد.

شکل 3
دانلود : دانلود تصویر با وضوح بالا (2 مگابایت) دانلود : دانلود تصویر در اندازه واقعی
شکل 3. رسوب غشایی و طرح کلی تمیز کردن [35].

4.1. پدیده های رسوب

رسوب غشایی را می توان با کاهش شار نفوذ در حالی که فشار گذرنده (TMP) ثابت نگه داشت یا افزایش فشار گذر غشایی در حالت شار ثابت تشخیص داد. با این وجود، اکثر تصفیه خانه های فاضلاب در حالت شار ثابت کار می کنند. از این رو، پدیده رسوب به طور کلی با مشاهده تغییرات TMP با زمان درک می شود [32].

به طور معمول، تغییرات TMP با زمان از دو الگوی اصلی پیروی می کند. الگوی اول شامل پرش دو مرحله‌ای TMP است که در مرحله اول افزایش جزئی در TMP به دلیل جذب ذرات و لخته‌های میکروبی به داخل منافذ غشایی وجود دارد در حالی که شار فیلتراسیون موضعی هنوز کمتر از مقدار بحرانی است (یعنی تعداد منافذ باز کاهش می یابد که در آن TMP به طور همزمان افزایش می یابد). مرحله دوم شامل وقوع یک پرش شدید در TMP پس از مدت زمان طولانی کار است. دلیل این پرش ناگهانی می تواند به دلیل تئوری شار بحرانی باشد که در آن شار موضعی بیشتر از شار بحرانی می شود یا به دلیل افزایش ناگهانی غلظت EPS در لایه پایین کیک روی سطح غشاء [33]. الگوی دوم TMP سه مرحله ای است که در آن جهش سریع و کوچک TMP در عملیات اولیه MBR عمدتاً به دلیل مشارکت ذرات لجن یا فشرده شدن غشاء است که منجر به انسداد سریع منافذ می شود. با این حال، مرحله باقی مانده (یعنی مرحله دوم و سوم) از همان مکانیسم هایی که قبلا ذکر شد پیروی کرد. مرحله اول معمولا توسط مرحله دوم پنهان می شود. بنابراین، الگوی کلی اغلب شبیه یک پرش دو مرحله ای است [34].

4.2. میزان رسوب
رسوب گیری با چهار مرحله متوالی همراه است. در ابتدا کوچکترین منافذ مسدود می شوند و به دنبال آن سطح داخلی منافذ بزرگتر پنهان می شود. انسداد مستقیم و تجمع ذرات روی منافذ بزرگتر مرحله بعدی است و در نهایت تشکیل لایه کیک دنبال می شود. با این حال، شناسایی هر مرحله آسان نیست. از این رو، به جای تمرکز برای تعیین هر مرحله، کمی کردن تمایل به رسوب گیری کلی معمولاً عملی است [34].

نرخ رسوب به عنوان یک پارامتر نشان دهنده تمایل رسوب در طول عملیات غشاء استفاده می شود که می تواند با مشتق TMP یا محاسبه مقاومت رسوب در یک زمان معین بیان شود. می توان نشان داد که میزان رسوب رابطه مستقیمی با شار عملیاتی دارد. بنابراین، با افزایش شار عملیاتی، نرخ رسوب تا زمان بحرانی سریعتر می شود

l نقطه ای که میزان رسوب ناگهانی افزایش می یابد. شار عملیاتی متناظر با این نقطه بحرانی شار بحرانی نامیده می شود که ناحیه زیربحرانی را از ناحیه فوق بحرانی جدا می کند [34].

4.3. طبقه بندی رسوب
رسوب را می توان بر اساس معیارهای مختلف طبقه بندی کرد. رایج ترین طبقه بندی طبقه بندی است که بازیابی شار پس از یک استراتژی تمیز کردن ساده، محل وقوع رسوب و الگوی رسوب جامد را در نظر می گیرد. این موارد در پاراگراف های زیر مورد بحث قرار می گیرند.
1.
بازیابی شار پس از تمیز کردن: این طبقه بندی ساده ترین طبقه بندی برای طبقه بندی رسوب است که بر اساس قابلیت شار پس از یک روش تمیز کردن بازیابی می شود. می توان آن را به رسوب برگشت پذیر، برگشت ناپذیر و غیر قابل برگشت تقسیم کرد. رسوب برگشت پذیر به جایی اطلاق می شود که شار را می توان به راحتی با کمک روش های تمیز کردن ساده (مانند شستشوی هوا، شل کردن فشار و شستشوی معکوس) بازیابی کرد. از سوی دیگر، در رسوب غیرقابل جبران، روش های تمیز کردن فیزیکی نمی توانند شار را بازیابی کنند و ژل و لایه های جذب شده در منافذ را حذف کنند. نیاز به روش های تمیز کردن شیمیایی دارد [35]. رسوب برگشت ناپذیر به شار اطلاق می شود که با روش تمیز کردن معمولی و یا تمیز کردن شیمیایی قابل بازیابی نیست. الگوهای مختلف رسوب گیری را می توان در طول عملیات دنبال کرد. نسبت رسوب برگشت پذیر به کل رسوب را می توان با استفاده از شستشوی معکوس مکرر و جدی قبل از تمیز کردن شیمیایی افزایش داد [35].

2.
محل رسوب: از گرفتگی، لایه کیک و منافذ داخلی تشکیل شده است. مدول طراحی ضعیف غشاء معمولاً در جایی که ذرات و زباله های کوچک (مثلاً مواد آلی طبیعی، مواد آلی خارج سلولی و محصولات میکروبی محلول) بین فیبر توخالی یا غشاهای صفحه تخت در داخل ماژول غشاء جمع شده و جریان را به سطح غشاء مسدود می کند، منجر به گرفتگی می شود. [36]. تشکیل لایه کیک بر روی سطح غشاء به مهم ترین نوع رسوب در هر نوع عملیاتی با انواع مختلف غشا، شرایط عملیاتی و ویژگی های ورودی فاضلاب کمک می کند. تشکیل لایه کیک از مرحله اولیه فرآیند فیلتراسیون شروع می شود و به دلیل وجود هوادهی به یک پلاتو می رسد. معمولاً یک لایه کیک ضخیم مقاومت کیک بالاتری ایجاد می کند که ارتباط نزدیکی با فیلترپذیری غشاء دارد [36]. علاوه بر این، یک لایه ضخیم تر ممکن است کارایی بالاتری در حذف ذرات داشته باشد، تنها در صورتی که فاضلاب ورودی از ذرات بزرگتر تشکیل شده باشد و در نتیجه مقاومت کیک را کاهش دهد [32]. رسوب منافذ داخلی به دلیل چسبندگی ذرات ریز و ریز به دیواره های منافذ داخلی است که باعث باریک شدن قطر منافذ می شود. این نوع نیز در ابتدای فرآیند شروع می شود [37]. با این حال، پس از تشکیل لایه‌های کیک، ذرات ترجیح می‌دهند به جای پخش شدن و جذب روی دیواره‌های داخلی غشاء، به لایه کیک بچسبند. گزارش شده است که مقاومت لایه کیک در رسوب گیری در مقایسه با مقاومت رسوب داخلی بسیار بالاتر و غالب است [37].

3.
الگوی رسوب جامد: رسوب را می توان بر اساس نحوه رسوب مواد جامد و املاح بر روی غشا طبقه بندی کرد. این طبقه بندی شامل تشکیل لایه کیک، باریک شدن منافذ (ذراتی با قطر کمتر از قطر منافذ که روی دیواره های داخلی منافذ رسوب می کنند) و مسدود شدن منافذ (یعنی زمانی که اندازه ذرات کمی بزرگتر از اندازه ورودی منافذ غشاء است یا حتی آنها یکی هستند) [38].

4.4. انواع رسوبات
از آنجایی که وجود رسوب به برهمکنش فیزیکوشیمیایی بین سیالات زیستی و سطح غشاء مربوط می شود، مطالعه عمیق اجزای تشکیل دهنده زیست سیال گامی ضروری برای شناسایی رسوب احتمالی است. بر خلاف ماهیت شیمیایی ساده و یکنواخت خصوصیات غشا، مشروب مخلوط در مخزن هوادهی که غشا وجود دارد حاوی ذرات مختلفی است که خواص پیچیده ای دارد. اساساً، ترکیبات مشروب مخلوط را می توان به دو بخش تقسیم کرد: ذرات معلق (یعنی ذرات نامحلول) و مواد محلول. بخش ذرات عمدتاً شامل لخته‌های لجن (اصطلاح اصلی)، سلول‌های میکروبی منفرد و باقی مانده، ترشح محصولات محلول توسط میکروارگانیسم‌ها (بخش اصلی) و مواد معدنی محلول است که منبع اصلی مواد محلول در مشروب مخلوط هستند [39].

4.5. عوامل موثر بر رسوب غشاء
تمایل به رسوب گیری به شدت تحت تأثیر سه عامل قرار می گیرد: شرایط عملیاتی، ویژگی های غشاء، و خواص مشروب مخلوط در مخزن که غشا وجود دارد. شکل 4 پارامترهایی را خلاصه می کند که می توانند رسوب غشاء را به طور جداگانه یا مشترک تحت تأثیر قرار دهند. هر عامل در بخش های بعدی مورد بحث قرار خواهد گرفت. شرح اثر هر یک از پارامترها در رسوب غشایی در شکل 4 [40] ارائه شده است.

شکل 4
دانلود : دانلود تصویر با وضوح بالا (375 کیلوبایت) دانلود : دانلود تصویر در اندازه واقعی
شکل 4. پارامترهای موثر در رسوب غشایی [40].

4.5.1. ویژگی های غشاء و فرآیندهای غشایی
متوسط ​​غشاء po