（أنا） تلوث سطح الغشاء وانسداده
1. التلوث العضوي
السبب: يتم امتزاز كمية كبيرة من المواد العضوية الموجودة في مياه الصرف الصحي، مثل البروتين والزيت والسكريات وما إلى ذلك، وترسبها على سطح الغشاء لتشكل طبقة عضوية. هذه المواد العضوية لديها التصاق قوي ومن السهل أن تتحد بسهولة مع المستقلبات الميكروبية، مما يزيد من تفاقم درجة الانسداد. على سبيل المثال، في معالجة مياه الصرف الصحي لمعالجة الأغذية، يميل الزيت والبروتين في مياه الصرف الصحي إلى التراكم على سطح الغشاء، مما يؤدي إلى انخفاض تدفق الغشاء. ووفقًا للدراسات ذات الصلة، عندما يتجاوز محتوى الزيت في مياه الصرف الصحي لمعالجة الأغذية 100 ملغم/لتر ويتجاوز محتوى البروتين 200 ملغم/لتر، سيظهر على سطح الغشاء تلوث عضوي واضح خلال 24-48 ساعة من التشغيل، ويمكن أن ينخفض تدفق الغشاء بمقدار 20%-30%.
العوامل المؤثرة: سيؤثر تركيز المواد العضوية في مياه الصرف الصحي ونوعها وقيمة الأس الهيدروجيني ودرجة حرارة المادة العضوية في مياه الصرف الصحي على درجة تلوث المواد العضوية على سطح الغشاء. وبصفة عامة، كلما زاد تركيز المادة العضوية وكلما كانت قيمة الأس الهيدروجيني أقرب إلى النقطة الكهرومائية المتساوية للمواد مثل البروتينات، زادت احتمالية تسببها في التلوث؛ وعندما تكون درجة الحرارة منخفضة، ينخفض نشاط المادة العضوية ويسهل ترسبها على سطح الغشاء. على سبيل المثال، في حالة قيمة الأس الهيدروجيني من 4-6، تكون كمية امتزاز البروتين على سطح الغشاء بالقرب من النقطة الكهروضوئية أعلى بحوالي 30%-50% من تلك الموجودة عند قيمة الأس الهيدروجيني 7.
2. التلوث غير العضوي
السبب**: إن ترسيب الأملاح غير العضوية في مياه الصرف الصحي، مثل الكالسيوم والمغنيسيوم والحديد والسيليكون، وما إلى ذلك، هو السبب الرئيسي للتلوث غير العضوي. عندما يتجاوز تركيز بعض الأيونات في مياه الصرف الصحي قابليتها للذوبان المشبعة، يحدث تفاعل ترسيب، مما يشكل طبقة قشرية على سطح الغشاء. على سبيل المثال، في بعض مناطق المياه العسرة التي تحتوي على تركيزات عالية من أيونات الكالسيوم والمغنيسيوم، يكون ترسب قشور كربونات الكالسيوم عرضة للحدوث في نظام MBR. عندما يصل تركيز أيون الكالسيوم في مياه الصرف الصحي إلى أكثر من 200 مجم/لتر، ويصل تركيز أيون المغنيسيوم إلى أكثر من 100 مجم/لتر، وتكون قيمة الأس الهيدروجيني أكبر من 8، سيزداد معدل ترسيب كربونات الكالسيوم بشكل كبير، وقد تتشكل طبقة قشرية أكثر سمكًا على سطح الغشاء في فترة زمنية قصيرة، مما يتسبب في انخفاض حاد في تدفق الغشاء.
العوامل المؤثرة: ستؤثر تركيبة الأيونات وقيمة الأس الهيدروجيني ودرجة الحرارة والظروف الهيدروليكية لمياه الصرف الصحي على ترسيب المواد غير العضوية. على سبيل المثال، ستؤدي الزيادة في قيمة الأس الهيدروجيني إلى تقليل قابلية ذوبان كربونات الكالسيوم، مما يسهل تكوين الترسيب؛ عندما يكون معدل تدفق المياه منخفضًا، يكون للجسيمات غير العضوية وقت أطول للترسب على سطح الغشاء. وقد أظهرت الدراسات أنه عندما ينخفض معدل تدفق المياه من 1 م/ث إلى 0.1 م/ث إلى 0.1 م/ث يزداد معدل ترسب كربونات الكالسيوم على سطح الغشاء بحوالي 5-10 مرات.
3. التلوث بالكائنات الحية الدقيقة ومستقلباتها
السبب: ستنتج الكائنات الحية الدقيقة في نظام MBR بوليمرات خارج الخلية (EPS) أثناء نموها واستقلابها. هذه البوليمرات EPS لزجة وماصة وتلتصق بسهولة بسطح الغشاء. بالإضافة إلى ذلك، فإن تكاثر وموت الكائنات الحية الدقيقة سيؤدي أيضًا إلى تراكم مواد مثل شظايا الخلايا على سطح الغشاء. على سبيل المثال، في نظام MBR طويل الأمد، قد يؤدي تعاقب المجتمعات الميكروبية إلى تكاثر بعض الكائنات الحية الدقيقة ذات القدرات القوية لإنتاج EPS بأعداد كبيرة، مما يؤدي إلى تفاقم تلوث الغشاء. ووفقًا للأبحاث، في أنظمة MBR لبعض محطات معالجة مياه الصرف الصحي، يمكن أن يصل محتوى EPS إلى 10-50 ملغم/لتر، حيث تمثل محتويات البروتين والسكريات 40%-60% و20%-40% من إجمالي EPS، على التوالي. ستشكل هذه المواد EPS غشاءً حيويًا رقيقًا حيويًا سميكًا على سطح الغشاء، مما يؤدي إلى انخفاض تدفق الغشاء.
العوامل المؤثرة: سيؤثر محتوى المغذيات ومستوى الأكسجين المذاب ودرجة الحرارة وأنواع وعدد الكائنات الحية الدقيقة في مياه الصرف الصحي على إنتاج وتراكم الكائنات الحية الدقيقة ومستقلباتها. على سبيل المثال، مياه الصرف الصحي التي تحتوي على مستويات عالية من المغذيات تساعد على نمو وتكاثر الكائنات الحية الدقيقة، مما قد يؤدي إلى زيادة إنتاج EPS؛ عندما يكون الأكسجين المذاب غير كافٍ، قد تتغير مسارات التمثيل الغذائي للكائنات الحية الدقيقة، مما ينتج المزيد من المواد اللزجة. عندما تكون نسبة الطلب على الأكسجين الكيميائي (COD) إلى النيتروجين والفوسفور في مياه الصرف الصحي أكبر من 200، تنمو الكائنات الحية الدقيقة بقوة ويكون إنتاج EPS أعلى بحوالي 20% - 30% أعلى من الظروف العادية.
(ب) انسداد مسام الغشاء الغشائي
1. الانسداد بواسطة الجسيمات والغرويات الدقيقة
السبب: إن الجسيمات والغرويات الصغيرة الموجودة في مياه الصرف الصحي، مثل الطمي والطين والطحالب وما إلى ذلك، لها حجم جسيمات صغير ويمكن أن تدخل بسهولة إلى مسام الغشاء من خلال الترشيح الفيزيائي، مما يؤدي إلى انسداد مسام الغشاء تدريجياً. قد تأتي هذه الجسيمات الصغيرة والغرويات من المواد العالقة في المياه الخام، والمستقلبات الميكروبية، والكتل المتكتلة الناتجة أثناء عملية معالجة مياه الصرف الصحي. ووفقًا للدراسات الاستقصائية، في بعض أنظمة MBR التي تستخدم المياه السطحية كمصدر للمياه، يمكن أن يمثل الجزء من المادة العالقة في الماء التي يقل حجم جسيماتها عن 2 ميكرومتر 301 تيرابايت إلى 501 تيرابايت من إجمالي المادة العالقة. يمكن لهذه الجسيمات الصغيرة أن تدخل بسهولة إلى مسام الغشاء، مما يتسبب في انسداد مسام الغشاء.
العوامل المؤثرة: سيؤثر تركيز المواد الصلبة العالقة في مياه الصرف الصحي، وخصائص المواد الغروية، وحجم مسام الغشاء على درجة انسداد الجسيمات الصغيرة والمواد الغروية. وبصفة عامة، كلما زاد تركيز المواد الصلبة العالقة في مياه الصرف الصحي وكلما زاد تركيز المواد الصلبة العالقة في مياه الصرف الصحي وساءت حالة استقرار المواد الغروية، كان من الأسهل عليها دخول مسام الغشاء؛ وكلما صغر حجم مسام الغشاء، زادت مخاطر الانسداد. عندما يزداد تركيز المواد الصلبة العالقة في مياه الصرف الصحي من 50 مجم/لتر إلى 200 مجم/لتر، يزداد خطر انسداد مسام الغشاء بحوالي 3-5 مرات.
2. الانسداد بسبب نمو الأغشية الحيوية الرقيقة
السبب: تنمو الكائنات الحية الدقيقة على سطح الغشاء وفي مسام الغشاء وتشكل أغشية حيوية رقيقة في ظل ظروف بيئية مناسبة. سيشغل نمو الأغشية الحيوية الرقيقة تدريجيًا مساحة مسام الغشاء، مما يتسبب في انسداد مسام الغشاء. ويرتبط تكوين الأغشية الحيوية الرقيقة ارتباطًا وثيقًا بعوامل مثل المغذيات والأكسجين المذاب ودرجة الحرارة في مياه الصرف الصحي، ويتأثر أيضًا بخصائص سطح الغشاء. أظهرت الدراسات أنه في ظل درجة حرارة مناسبة (20-30 درجة مئوية) والأكسجين المذاب (2-8 ملجم/لتر) وظروف المغذيات، يمكن أن يصل معدل نمو الكائنات الحية الدقيقة على سطح الغشاء إلى 0.1-0.3 مم/دقيقة، ويمكن أن يصل سمك الغشاء الحيوي الرقيق المتكون إلى عشرات الميكرونات في وقت قصير، مما يؤثر بشكل خطير على تدفق الغشاء.
العوامل المؤثرة: سيؤثر تركيز المادة العضوية، ومستوى الأكسجين المذاب، ودرجة حرارة مياه الصرف الصحي، والقدرة المائية للغشاء على معدل نمو الغشاء الحيوي الرقيق ودرجة انسداده. على سبيل المثال، عندما يكون تركيز المادة العضوية مرتفعًا، ويكون الأكسجين المذاب كافيًا، وتكون قابلية سطح الغشاء للماء ضعيفة، فمن المرجح أن ينمو الغشاء الحيوي الرقيق ويسد مسام الغشاء. عندما يتجاوز تركيز ثاني أكسيد الكربون في مياه الصرف الصحي 500 ملجم/لتر، ويكون محتوى الأكسجين المذاب 4-6 ملجم/لتر، وتكون زاوية التلامس لسطح الغشاء أكبر من 90 درجة (ضعف القابلية للماء)، يكون معدل نمو الغشاء الحيوي الرقيق أعلى بحوالي 40%-60% من الظروف العادية.
(ثالثاً) مشكلة الفقاعة
تشمل أسباب الرغوة المفرطة في أحواض غشاء MBR توسع الحمأة، والعوامل النشطة في المؤثر، والتهوية المفرطة، والحمولة الزائدة للحمأة. سيؤدي تمدد الحمأة إلى توسع حجم الحمأة وتكوين الكثير من الرغوة؛ والعوامل النشطة في المؤثر عرضة لتكوين رغوة أثناء عملية التهوية؛ والتهوية المفرطة ستؤدي إلى إهدار الطاقة وإنتاج الكثير من الفقاعات؛ وسيؤثر الحمل الزائد للحمأة على أداء ترسيب الحمأة ويسبب الرغوة.
(رابعا) قضايا جودة المياه
تشمل أسباب اصفرار النفايات السائلة من تجمع غشاء MBR ارتفاع محتوى نيتروجين الأمونيا في النفايات السائلة، وارتفاع محتوى أيونات المعادن وعدم قدرة غشاء الصبغة الجزيئية الصغيرة على الاحتفاظ بها. سيؤدي الفشل في معالجة نيتروجين الأمونيا بدقة إلى ظهور النفايات السائلة باللون الأصفر؛ وأيونات المعادن مثل أيونات الحديد أو أيونات النحاس أو أيونات الكروم ستؤدي إلى ظهور المياه ملونة؛ ويصعب الاحتفاظ بأغشية الصبغة الجزيئية الصغيرة بفعالية بواسطة غشاء MBR ويتم تصريفها مع النفايات السائلة.
