（I）. Análisis de las causas de la obstrucción del MBR
1. Calidad de las aguas residuales
La naturaleza de las aguas residuales tiene un impacto importante en el bloqueo de los MBR. Las altas concentraciones de materia orgánica, sales inorgánicas, sólidos en suspensión y contenido microbiano aumentarán el grado de obstrucción de las membranas. Por ejemplo, en el tratamiento de aguas residuales de impresión y teñido, la materia orgánica, como los tintes y aditivos, y la materia inorgánica, como los iones de metales pesados presentes en las aguas residuales, se depositan fácilmente en la superficie de la membrana y en los poros de la membrana, provocando el bloqueo. Según las investigaciones, por cada 100 mg/L de aumento de la concentración de colorante en las aguas residuales de estampación y teñido, la tasa de disminución del flujo de la membrana aumentará en unos 15% - 20%; cuando la concentración de iones de metales pesados (como cobre, zinc, etc.) supera los 5 mg/L, también se acelerará significativamente el proceso de ensuciamiento de la membrana.
(II) Condiciones de funcionamiento
1. Caudal
Un caudal menor hará que el agua residual permanezca demasiado tiempo en la superficie de la membrana, lo que aumentará la posibilidad de deposición de contaminantes y provocará fácilmente la obstrucción de la membrana. Aunque un caudal mayor puede reducir la deposición de contaminantes, también aumentará la fuerza de cizallamiento de la membrana y causará daños mecánicos a la misma. Los estudios han demostrado que cuando el caudal es inferior a 0,5 m/s, la tasa de deposición de contaminantes en la superficie de la membrana aumentará significativamente; y cuando el caudal supera los 2 m/s, aumentará el riesgo de daños mecánicos en la membrana. Por lo tanto, en general se recomienda que el caudal del sistema MBR se controle entre 0,8-1,5m/s.
2. Presión
Una presión transmembrana demasiado alta acelerará la adsorción y deposición de contaminantes en la superficie de la membrana, y también hará que entren más contaminantes en los poros de la membrana, lo que provocará un mayor bloqueo. Según los datos experimentales, cuando la presión transmembrana aumenta de 0,1MPa a 0,3MPa, la deposición de contaminantes en la superficie de la membrana aumentará en aproximadamente 30% - 40%. Por lo tanto, en el funcionamiento real, es necesario controlar razonablemente la presión transmembrana, generalmente dentro del rango de 0,05 - 0,2MPa.
3. Intensidad de aireación
La aireación desempeña un papel importante en los sistemas MBR. No sólo proporciona oxígeno a los microorganismos, sino que también genera una fuerza de cizallamiento en la superficie de la membrana mediante el efecto ascendente de las burbujas para evitar la deposición de contaminantes. Sin embargo, una intensidad de aireación excesiva puede dañar la membrana, mientras que una intensidad de aireación demasiado baja no puede evitar eficazmente la obstrucción de la membrana. Los estudios han descubierto que cuando la intensidad de aireación es de 10-20L/(m²-h), puede prevenir eficazmente la acumulación de contaminantes en la superficie de la membrana; cuando la intensidad de aireación supera los 30L/(m²-h), el riesgo de daños por socavación de la membrana aumentará significativamente.
(III) Características de la membrana
1. Material de la membrana
Los distintos materiales de membrana tienen diferentes propiedades superficiales y estabilidad química, y sus capacidades de adsorción y anticontaminación de contaminantes también son diferentes. Por ejemplo, la membrana de fluoruro de polivinilideno (PVDF) tiene buena estabilidad química y capacidad anticontaminación, mientras que la membrana de poliacrilonitrilo (PAN) es relativamente susceptible a la contaminación orgánica. Según experimentos comparativos, después de funcionar durante un periodo de tiempo en las mismas condiciones de aguas residuales, la disminución del flujo de la membrana de PAN es aproximadamente 25% - 35% superior a la de la membrana de PVDF.
2. Tamaño de los poros de la membrana
El tamaño de los poros de la membrana afecta directamente al efecto de retención de contaminantes y al riesgo de obstrucción. Los poros de membrana más pequeños pueden retener más eficazmente los contaminantes, pero también se obstruyen más fácilmente con partículas diminutas y coloides; los poros de membrana más grandes pueden reducir el riesgo de obstrucción, pero se reducirá el efecto de retención de contaminantes. Los estudios han demostrado que cuando el tamaño de los poros de la membrana se reduce de 0,1μm a 0,01μm, la tasa de retención de contaminantes puede aumentar de 80% a más de 95%, pero el riesgo de obstrucción de la membrana también aumentará entre 3 y 5 veces.
（IV）. Medidas preventivas para el bloqueo de MBR
1. Optimización del pretratamiento de las aguas residuales
Antes de que las aguas residuales entren en el sistema MBR, un pretratamiento eficaz puede eliminar la mayor parte de la materia en suspensión, las partículas grandes y parte de la materia orgánica, reduciendo el grado de contaminación de la membrana. Entre los métodos de pretratamiento más comunes se encuentran los tamices, los desarenadores, la sedimentación por coagulación, la filtración, etc. Por ejemplo, el uso de tamices puede eliminar eficazmente la materia flotante y la materia en suspensión con un tamaño de partícula superior a 10 mm en las aguas residuales; el desarenador puede eliminar partículas inorgánicas como la arena con un tamaño de partícula superior a 0,2 mm; la sedimentación por coagulación puede hacer que la tasa de eliminación de materia en suspensión en las aguas residuales alcance 80% - 90%; la filtración puede eliminar aún más partículas con tamaños de partícula más pequeños y sustancias coloidales, mejorando significativamente la calidad del agua de las aguas residuales que entran en el sistema MBR.
2. Control razonable de las condiciones de funcionamiento
1. Control del caudal
En función de las características de la membrana y de la naturaleza de las aguas residuales, el caudal de éstas se ajusta razonablemente para garantizar la eliminación eficaz de los contaminantes y reducir el riesgo de obstrucción de la membrana. En general, se recomienda un mayor caudal superficial para aumentar la fuerza de cizallamiento en la superficie de la membrana y evitar la deposición de contaminantes. Por ejemplo, en algunos sistemas MBR en funcionamiento real, cuando el caudal superficial se controla a 1,0-1,2 m/s, el índice de deposición de contaminantes en la superficie de la membrana se reduce significativamente y se mejora la estabilidad del flujo de la membrana.
2. Control de la presión
Controlar estrictamente la presión transmembrana para evitar una presión excesiva que pueda provocar un mayor bloqueo de la membrana. Mediante la instalación de un dispositivo de control de la presión, los cambios en la presión transmembrana se pueden controlar en tiempo real, y los parámetros de funcionamiento se pueden ajustar de acuerdo con la situación real. Por ejemplo, cuando la presión transmembrana supera el valor establecido (como 0,15 MPa), se reduce automáticamente la intensidad de aireación o se ajusta el caudal de aguas residuales para mantener la presión transmembrana dentro de un rango razonable.
3. Control de la aireación
Ajustar razonablemente la intensidad de aireación para garantizar que haya suficiente fuerza de cizallamiento en la superficie de la membrana para prevenir la deposición de contaminantes y evitar daños en la membrana. La intensidad de la aireación puede ajustarse en función de factores como el tipo de membrana, la naturaleza de las aguas residuales y el funcionamiento del sistema. Por ejemplo, en el caso de aguas residuales propensas a la contaminación, la intensidad de la aireación puede aumentarse adecuadamente en la fase inicial de funcionamiento del sistema para potenciar el efecto de limpieza de la superficie de la membrana; a medida que el funcionamiento del sistema se estabiliza, la intensidad de la aireación puede reducirse gradualmente para ahorrar energía.
(III) Seleccionar los materiales y componentes de membrana adecuados
Según las características de calidad del agua y los requisitos de tratamiento de las aguas residuales, seleccione materiales de membrana y componentes de membrana con buenas prestaciones anticontaminación. Por ejemplo, para aguas residuales que se contaminan fácilmente con materia orgánica, se puede elegir un material de membrana con buena hidrofilia superficial; para aguas residuales que contienen altas concentraciones de sales inorgánicas, se puede elegir un material de membrana resistente a la corrosión química. Según las investigaciones, en el tratamiento de aguas residuales orgánicas, los materiales de membrana con un ángulo de contacto superficial inferior a 70° (mejor hidrofilia) tienen un rendimiento anticontaminación que es aproximadamente 40% - 50% superior al de los materiales de membrana con un ángulo de contacto superior a 90°.
（V). Método de limpieza de la obstrucción del MBR
1. Limpieza física
1.1. Retrolavado
El contralavado es un método de limpieza física muy utilizado que utiliza el flujo de agua inverso para eliminar los contaminantes de la superficie de la membrana. La frecuencia y la intensidad del retrolavado deben ajustarse a las condiciones reales para evitar dañar la membrana. En términos generales, un retrolavado regular (por ejemplo, cada 8-24 horas) con un tiempo de lavado de 10-30 minutos puede eliminar eficazmente la mayoría de los contaminantes de la superficie de la membrana y restablecer el flujo de la membrana. Los experimentos han demostrado que después del lavado a contracorriente, el flujo de la membrana puede restablecerse a aproximadamente 80%-90% del flujo inicial.
1.2 Limpieza mixta aire-agua
La limpieza mixta aire-agua combina el efecto ascendente de las burbujas y el efecto de lavado del flujo de agua, lo que puede eliminar con mayor eficacia los contaminantes de la superficie de la membrana. Durante el proceso de limpieza mixta aire-agua, la fuerza de impacto generada cuando las burbujas estallan en la superficie de la membrana puede desprender los contaminantes de la superficie de la membrana, y el flujo de agua puede arrastrar los contaminantes desprendidos. Según las investigaciones, el efecto de la limpieza mixta aire-agua (proporción aire-agua de 1:1 - 2:1) es mejor que el simple lavado hidráulico, y la tasa de recuperación del flujo de la membrana puede aumentar entre 10% y 20%.
2 Limpieza química
2.1 Encurtido
Para la contaminación inorgánica, como las incrustaciones de carbonato cálcico, sulfato cálcico, etc., puede utilizarse el decapado para la limpieza. Los ácidos más utilizados son el ácido clorhídrico, el ácido cítrico, etc. Al decapar, es necesario prestar atención al control de la concentración de ácido y al tiempo de limpieza para evitar la corrosión de la membrana. Por ejemplo, el decapado con una solución de ácido clorhídrico con una concentración de 2% - 5% y un tiempo de limpieza de 30 - 60 minutos puede eliminar eficazmente las incrustaciones de carbonato cálcico, pero la membrana debe enjuagarse a fondo y neutralizarse después del decapado para evitar que el ácido residual dañe la membrana.
2.2 Lavado alcalino
Para la contaminación orgánica, como grasa, proteínas, etc., se puede utilizar el lavado con álcalis para la limpieza. Los álcalis más utilizados son el hidróxido de sodio, el hidróxido de potasio, etc. Al lavar con álcali, es necesario prestar atención al control de la concentración y la temperatura del álcali para evitar dañar el material de la membrana. Por ejemplo, el uso de una solución de hidróxido de sodio con una concentración de 1% - 3%, el lavado con álcali a una temperatura de 40 - 60 ° C, y un tiempo de limpieza de 40 - 90 minutos puede eliminar eficazmente los contaminantes orgánicos en la superficie de la membrana.
2.3 Limpieza con oxidante
Para la contaminación microbiana y por metabolitos, pueden utilizarse oxidantes para la limpieza. Entre los oxidantes más utilizados se encuentran el hipoclorito de sodio y el peróxido de hidrógeno. Los oxidantes pueden destruir la estructura celular de los microorganismos y eliminar contaminantes como biopelículas y polímeros extracelulares. Por ejemplo, el uso de una solución de hipoclorito sódico con una concentración de 50-200 mg/L para la limpieza durante 60-120 minutos puede matar eficazmente los microorganismos, eliminar las biopelículas y restablecer el flujo de la membrana.
