عوامل مؤثر بر گرفتگی غشاء در راکتور زیستی غشایی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیئت علمی دانشکده مهندسی شیمی و نفت، دانشگاه صنعتی شریف، تهران

2 دانشیار، دانشکده مهندسی شیمی و نفت، دانشگاه صنعتی شریف، تهران

3 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی شیمی و نفت، دانشگاه صنعتی شریف، تهران

4 دانش آموخته کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی شیمی و نفت، دانشگاه صنعتی شریف، تهران

چکیده

در بین روش‌های تصفیه فاضلاب، روش‌های بیولوژیکی به دلیل هزینه‌های پایین‌‌تر و راندمان مناسب‌تر، کاربرد گسترده‌‌تری دارند. راکتورهای زیستی غشایی در برخی از تصفیه‌خانه‌های فاضلاب به‌کار می‌روند که گرفتگی غشاء آنها موضوع بسیار مهمی است. در میان کمیت‌های مؤثر در کنترل گرفتگی غشاء، تأثیر شار بحرانی اثبات شده است. شار بحرانی تحت تاثیر سه گروه اصلی متغیر شامل متغیرهای لجن، متغیرهای عملیاتی و نوع غشاء است. در این تحقیق اثرات برخی فاکتورها روی شار بحرانی در یک بیوراکتور غشایی مستغرق آزمایش شد. متغیرهای اختلاف فشار دو سر غشاء، میزان غلظت پروتئین و کربوهیدرات موجود در ترکیبات پلیمری خارج سلولی و تولیدات میکربی محلول، همچنین تأثیر بعضی از متغیرهای عملیاتی مانند حالت مکش متناوب و مکش پیوسته در دو محدوده از غلظت لجن که مورد مطالعه قرار گرفتند. نتایج به‌دست آمده نشان می‌دهد که با افزایش میزان شار، نرخ گرفتگی غشاء افزایش می‌یابد. نتایج اثرات EPS روی CF نیز نشان می‌دهد که هیچ رابطه‌ای بین این دو دیده نمی‌شود، شاید به این دلیل که EPS بیشتر به‌صورت فلاک‌ها یا لخته‌های بزرگ‌تر موجود است. همچنین نتایج حاکی از ارتباط معکوس شار بحرانی با غلظت بخش کربوهیدرات از تولیدات میکربی محلول می‌باشد و به‌عنوان نتیجه اصلی، اثر مثبت حالت‌های استراحت در مکش متناوب روی کنترل گرفتگی غشاء نیز مشاهده شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Factors Influencing Membrane fouling in the MBR Process

نویسندگان [English]

  • Parvin Nahid 1
  • hamidreza kariminia 2
  • Ehsan Banayan 3
  • Mohadesseh Khorasanizadeh 4
1 Faculty Member of Petroleum and Chemical Engineering, Sharif University of Technology, Tehran
2 Assoc. Prof., Faculty of Petroleum and Chemical Engineering, Sharif University of Technology, Tehran
3 MSc Student, Faculty of Petroleum and Chemical Engineering, Sharif University of Technology, Tehran
4 Former Graduate Student, Faculty of Petroleum and Chemical Engineering, Sharif University of Technology, Tehran
چکیده [English]

Biological processes of wastewater treatmnent have found wide applications due to their lower costs and higher efficiency. Membrane bioreactors (MBR’s) form one group of such processes in which membrane fouling is of great importance. Efficiency of critical flux (CF) has been proved to be a parameter effective in fouling control (CF). CF is itself influenced by three main groups of variables that include sludge parameters, operating conditions, and membrane types. In this stidy, the effects of such factors as trans-membrane pressure, protein and carbohydrate concentrations in extracellular polymeric substances (EPS), and soluble microbial products (SMP) on CF were investigated in a submerged MBR.  Moreover, the effects of such operating conditions as periodic and continuous suctions at two sludge concentrations were studied. It was found that increasing flux led to enhanced membrane fouling rates. Extracellular polymeric substances (EPS) were found to have no relations with critical flux (CF), probably because EPS are mostly found as bigger flocks. Finally, a reverse relationship was established between CF and carbohydrate concentration of the SMP. Membrane fouling control was observed to be positively affected by the rest modes during periodic suctions.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Membrane Fouling
  • Critical Flux
  • SMP
Alexandria, V.A., 2010, Design of municipal wastewater treatment plants, 5th Ed., Water Environment Federation Press, USA.

Adav, S.S.L.D., 2008, "Extraction of extracellular polymeric substances from aerobic granule with compact interior structure", Journal of Hazardous Materials, 154, 1120-1126.

APHA. and WEF., 1999, Standard methods for the examination of water and wastewater, 20th Ed., American Public Health Association/Water Environment Federation, Washington DC, USA.

Borghei, S.M., Sharbatmaleki, M., Pour rezaie, P. & Borgahei, G., 2008, "Kinetics of organic removal in fixed-bed aerobic biological reactor", Bioresource Technology, 99(5), 1118-1124.

Chen Y.V., & Fane, A.G., 2006, "Modeling long term subcritical filtration of model EPS solutions", Desalination, 191, 318-327.

Cho AGF, B.D., 2002, "Fouling transients in nominally sub-critical flux operation of a membrane bioreactor", Journal of Membrane Science, 209, 391-403.

Churchouse, S., 2002, "Membrane bioreactors: Going from labratory to large scale- problems to clear solutions. Membrane and the Environment", University of Oxford, UK.

Dimuth Navaratna, V.J., 2011,  "Implications of short term and long term critical flux experiments for labratory- scale MBR operations", Bioresource Technology, 102, 5361-5369.

Drews, A. & Kraume, M., 2005, "Process improvement by application of membrane bioreactors", Chemical Engineering Research and Design, 83, 267-284.

Fengshen Fan, H.Z. & Husain, H., 2006, "Identification of wastewater sludge charateristics to predict critical flux for membrane bioreactor processes", Water Research, 40, 205-212.

Howell HCS, J.A., & Arnot, T.C., 2004, "In situ manipulation of critical flux in a submerged membrane bioreactor using variable aeration rates, and effects of membrane history", Journal of Membrane Science, 242, 13-19.

Jefferson, A.B., Le-Clech, P. & Judd, S.J., 2004, "Methods for understanding organic fouling in MBRs", Water Sci. Technol., 49, 237-244.

Judd, S. J., 2011, The MBR book, principles and applications of  membrane bioreactors for water and wastewater treatment, 2nd Ed., Elsevier, MA.

Judd, S. J., 2003, Membrane for industrial wastewater recovery and reuse, Elsevier, MA.

Judd, S.J., 2006, The MBR book: Prinsiple and application in water and wastewater treatment, 2nd Ed., Elsevier, MA.

Lateef, Sh.Kh., Soh, B.Zh., & Kimura, K., 2013, "Direct membrane filtration of municipal wastewater with chemically enhanced backwash for recovery of organic mather", Bioresource Technology, 150, 149-155.

Le Clech, B.J., Chang, I.S. & Judd, S.J., 2003, "Critical flux determination by the flux-step method in a submerged membrane bioreactor", Journal of Membrane Science, 227, 81-93.

Le-clech, P., Jefferson, B. & Judd, S.J., 2003, "Impact of aeration, solids concentration and membrane characteristics on the hydraulic performance of a membrane bioreactor", Journal of Membrane Science, 218,117-129.

Lesjean, B. S.R., Laabs, C., Jekel, M., Gnirss, R. & Amy, G., 2005, "Correlation between membrane fouling and soluble/collidal organic sub-stances in membrane bioreactors for municipal wastewater treatment", Water Sci. Technol., 51, 1-8.

Madaeni, A.G.F. & Wiley, D.E., 1999, "Factors influencing critical flux in membrane filtration of activated sludge", Journal of Chem. Technol., Biotechnol., 74, 539-543.

Namburah, M., Joshi, G., Cholemari, M., & Shet, Ch., 2015, "Feasibility study of indigenously developed fly ash membrane in municipal wastewater treatment", Aquatic Procedia, 4, 1492-1499.

Saroj, D.P., Guglielmi, G. D. & Andreottola, G., 2008, "Subcritical fouling behaviour modelling of membrane bioreactors for municipal wastewater treatment: The prediction of the time to reach critical operating condition", Desalination, 231,175- 181.

Tiranuntakul PAS, M. & Jegatheesan, V., 2011, "Assesment of critical flux in a pilot- scale membrane bioreactor", Bioresource Technology, 102, 5370-5374.

Zhichao Wu, Z.W., Haunh, Sh., Mai, S., Yang, C., Wang, X. & Zhou, Zh., 2008, "Effects of various factors on critical flux in submerged membrane bioreactors for municipal wastewater treatment", Separation and Purification Technology, 62, 56-63.