（I）Contaminación y obstrucción de la superficie de la membrana
1. Contaminación orgánica
Causa: Una gran cantidad de materia orgánica contenida en las aguas residuales, como proteínas, aceites, polisacáridos, etc., se adsorbe y deposita en la superficie de la membrana formando una película orgánica. Estas sustancias orgánicas tienen una fuerte adherencia y son fáciles de combinar con los metabolitos microbianos, lo que agrava aún más el grado de obstrucción. Por ejemplo, en el tratamiento de las aguas residuales del procesado de alimentos, el aceite y las proteínas de las aguas residuales tienden a acumularse en la superficie de la membrana, lo que provoca una disminución del flujo de la membrana. Según los estudios pertinentes, cuando el contenido de aceite en las aguas residuales del procesado de alimentos supera los 100 mg/L y el contenido de proteínas supera los 200 mg/L, la superficie de la membrana mostrará una contaminación orgánica evidente en 24-48 horas de funcionamiento, y el flujo de la membrana puede disminuir en 20%-30%.
Factores que influyen: La concentración, el tipo, el valor del pH y la temperatura de la materia orgánica presente en las aguas residuales influirán en el grado de contaminación por materia orgánica de la superficie de la membrana. En general, cuanto mayor sea la concentración de materia orgánica y cuanto más se acerque el valor del pH al punto isoeléctrico de sustancias como las proteínas, más probabilidades habrá de que se produzca contaminación; cuando la temperatura es baja, la actividad de la materia orgánica disminuye y es más fácil que se deposite en la superficie de la membrana. Por ejemplo, bajo la condición de un valor de pH de 4-6, la cantidad de adsorción de proteínas en la superficie de la membrana cerca del punto isoeléctrico es aproximadamente 30%-50% superior a la del valor de pH de 7.
2. Contaminación inorgánica
Causa**: La precipitación de sales inorgánicas en las aguas residuales, como calcio, magnesio, hierro, silicio, etc., es la principal causa de contaminación inorgánica. Cuando la concentración de determinados iones en las aguas residuales supera su solubilidad saturada, se produce una reacción de precipitación que forma una capa calcárea en la superficie de la membrana. Por ejemplo, en algunas zonas de aguas duras con altas concentraciones de iones de calcio y magnesio, la deposición de incrustaciones de carbonato cálcico es propensa a producirse en el sistema MBR. Cuando la concentración de iones de calcio en las aguas residuales alcanza más de 200 mg/L, la concentración de iones de magnesio alcanza más de 100 mg/L, y el valor del pH es superior a 8, la velocidad de precipitación del carbonato cálcico aumentará significativamente, y puede formarse una capa de incrustaciones más gruesa en la superficie de la membrana en un corto periodo de tiempo, provocando una fuerte caída del flujo de la membrana.
Factores que influyen: La composición iónica, el valor del pH, la temperatura y las condiciones hidráulicas de las aguas residuales afectarán a la precipitación de la materia inorgánica. Por ejemplo, el aumento del valor del pH reducirá la solubilidad del carbonato cálcico, facilitando su precipitación; cuando el caudal de agua es bajo, las partículas inorgánicas tienen más tiempo para depositarse en la superficie de la membrana. Los estudios han demostrado que cuando el caudal de agua disminuye de 1 m/s a 0,1 m/s, la tasa de deposición de carbonato cálcico en la superficie de la membrana aumentará entre 5 y 10 veces.
3. Contaminación por microorganismos y sus metabolitos
Causa: Los microorganismos del sistema MBR producen polímeros extracelulares (EPS) durante su crecimiento y metabolismo. Estos EPS son pegajosos y absorbentes y se adhieren fácilmente a la superficie de la membrana. Además, la reproducción y muerte de microorganismos también provocará la acumulación de sustancias como fragmentos celulares en la superficie de la membrana. Por ejemplo, en un sistema MBR de larga duración, la sucesión de comunidades microbianas puede hacer que determinados microorganismos con gran capacidad de producción de EPS se multipliquen en gran número, agravando así la contaminación de la membrana. Según las investigaciones, en los sistemas MBR de algunas plantas de tratamiento de aguas residuales, el contenido de EPS puede alcanzar los 10-50 mg/L, de los cuales los contenidos de proteínas y polisacáridos suponen 40%-60% y 20%-40% del total de EPS, respectivamente. Estas sustancias EPS formarán una gruesa biopelícula en la superficie de la membrana, lo que provocará una disminución del flujo de membrana.
Factores que influyen: El contenido de nutrientes, el nivel de oxígeno disuelto, la temperatura y los tipos y número de microorganismos presentes en las aguas residuales afectarán a la producción y acumulación de microorganismos y sus metabolitos. Por ejemplo, las aguas residuales con altos niveles de nutrientes favorecen el crecimiento y la reproducción de microorganismos, lo que puede dar lugar a un aumento de la producción de EPS; cuando el oxígeno disuelto es insuficiente, las vías metabólicas de los microorganismos pueden cambiar, produciendo más sustancias pegajosas. Cuando la relación entre la demanda química de oxígeno (DQO) y el nitrógeno y el fósforo de las aguas residuales es superior a 200, los microorganismos crecen vigorosamente y la producción de EPS es aproximadamente 20% - 30% mayor que en condiciones normales.
(ii) Obstrucción de los poros de la membrana
1. Obstrucción por partículas diminutas y coloides
Causas: Las diminutas partículas y coloides contenidos en las aguas residuales, como limo, arcilla, algas, etc., tienen un tamaño de partícula pequeño y pueden entrar fácilmente en los poros de la membrana a través de la filtración física, bloqueando gradualmente los poros de la membrana. Estas partículas diminutas y coloides pueden proceder de materia en suspensión en el agua bruta, metabolitos microbianos y flóculos producidos durante el proceso de tratamiento de aguas residuales. Según los estudios, en algunos sistemas MBR con agua superficial como fuente de agua, la parte de la materia en suspensión en el agua con un tamaño de partícula inferior a 2μm puede suponer 30% - 50% del total de la materia en suspensión. Estas partículas diminutas pueden entrar fácilmente en los poros de la membrana, provocando su obstrucción.
Factores que influyen: La concentración de sólidos en suspensión de las aguas residuales, las propiedades de las sustancias coloidales y el tamaño de los poros de la membrana influirán en el grado de obstrucción de las partículas diminutas y las sustancias coloidales. En términos generales, cuanto mayor sea la concentración de sólidos en suspensión en las aguas residuales y peor sea la estabilidad de las sustancias coloidales, más fácil les resultará entrar en los poros de la membrana; cuanto menor sea el tamaño de los poros de la membrana, mayor será el riesgo de bloqueo. Cuando la concentración de sólidos en suspensión en las aguas residuales aumenta de 50mg/L a 200mg/L, el riesgo de obstrucción de los poros de la membrana se incrementará entre 3 y 5 veces.
2. Obstrucción por crecimiento de biopelícula
Causas: En la superficie de la membrana y en los poros de la membrana, los microorganismos crecerán y formarán biopelículas en condiciones ambientales adecuadas. El crecimiento de las biopelículas ocupará gradualmente el espacio de los poros de la membrana, provocando su obstrucción. La formación de biopelículas está estrechamente relacionada con factores como los nutrientes, el oxígeno disuelto y la temperatura de las aguas residuales, y también se ve afectada por las propiedades de la superficie de la membrana. Los estudios han demostrado que en condiciones adecuadas de temperatura (20-30℃), oxígeno disuelto (2-8mg/L) y nutrientes, la tasa de crecimiento de microorganismos en la superficie de la membrana puede alcanzar 0,1-0,3mm/d, y el espesor de la biopelícula formada puede llegar a decenas de micras en poco tiempo, afectando gravemente al flujo de la membrana.
Factores que influyen: La concentración de materia orgánica, el nivel de oxígeno disuelto, la temperatura de las aguas residuales y la hidrofilia de la membrana afectarán a la tasa de crecimiento y al grado de obstrucción de la biopelícula. Por ejemplo, cuando la concentración de materia orgánica es alta, el oxígeno disuelto es suficiente y la hidrofilia de la superficie de la membrana es escasa, es más probable que la biopelícula crezca y bloquee los poros de la membrana. Cuando la concentración de DQO en las aguas residuales supera los 500 mg/L, el contenido de oxígeno disuelto es de 4-6 mg/L y el ángulo de contacto de la superficie de la membrana es superior a 90° (hidrofilia deficiente), la tasa de crecimiento de la biopelícula es aproximadamente 40%-60% mayor que en condiciones normales.
(III) Problema de la burbuja
Las razones de la formación excesiva de espuma en las piscinas de membranas MBR incluyen la expansión de los lodos, los agentes activos en el afluente, la aireación excesiva y la carga excesiva de lodos. La expansión de los lodos hará que el volumen de lodos se expanda y forme mucha espuma; los agentes activos en el afluente son propensos a formar espuma durante el proceso de aireación; una aireación excesiva desperdiciará energía y producirá muchas burbujas; y una carga excesiva de lodos afectará al rendimiento de sedimentación de los lodos y provocará la formación de espuma.
(IV) Cuestiones de calidad del agua
Las razones del amarilleamiento del efluente de la piscina de membranas MBR incluyen un alto contenido de nitrógeno amoniacal en el efluente, un alto contenido de iones metálicos y la incapacidad de retención de la membrana de pigmentos de moléculas pequeñas. Si no se trata a fondo el nitrógeno amoniacal, el efluente aparecerá amarillo; los iones metálicos como los iones de hierro, cobre o cromo harán que el agua aparezca coloreada; las membranas de pigmentos de moléculas pequeñas son difíciles de retener eficazmente por la membrana MBR y se vierten con el efluente.
