（I）Pollution et obstruction de la surface de la membrane
1. Pollution organique
Cause : Une grande quantité de matières organiques contenues dans les eaux usées, telles que les protéines, les huiles, les polysaccharides, etc., est adsorbée et déposée sur la surface de la membrane pour former un film organique. Ces substances organiques ont une forte adhérence et sont faciles à combiner avec les métabolites microbiens, ce qui aggrave encore le degré de blocage. Par exemple, dans le traitement des eaux usées de l'industrie alimentaire, l'huile et les protéines présentes dans les eaux usées ont tendance à s'accumuler à la surface de la membrane, ce qui entraîne une diminution du flux membranaire. Selon des études pertinentes, lorsque la teneur en huile des eaux usées de traitement des aliments dépasse 100 mg/L et la teneur en protéines dépasse 200 mg/L, la surface de la membrane présentera une pollution organique évidente dans les 24 à 48 heures de fonctionnement, et le flux de la membrane peut diminuer de 20%-30%.
Facteurs d'influence : La concentration, le type, la valeur du pH et la température des matières organiques dans les eaux usées influencent le degré de contamination des matières organiques à la surface de la membrane. D'une manière générale, plus la concentration en matières organiques est élevée et plus la valeur du pH est proche du point isoélectrique de substances telles que les protéines, plus la contamination est probable ; lorsque la température est basse, l'activité des matières organiques diminue et il est plus facile de les déposer sur la surface de la membrane. Par exemple, lorsque le pH est compris entre 4 et 6, la quantité de protéines adsorbée sur la surface de la membrane près du point isoélectrique est environ 30%-50% plus élevée que lorsque le pH est de 7.
2. Pollution inorganique
Cause** : La précipitation des sels inorganiques dans les eaux usées, tels que le calcium, le magnésium, le fer, le silicium, etc., est la principale cause de la pollution inorganique. Lorsque la concentration de certains ions dans les eaux usées dépasse leur solubilité à saturation, une réaction de précipitation se produit, formant une couche de tartre à la surface de la membrane. Par exemple, dans certaines régions où l'eau est dure et où les concentrations d'ions calcium et magnésium sont élevées, le dépôt de tartre de carbonate de calcium est susceptible de se produire dans le système MBR. Lorsque la concentration d'ions calcium dans les eaux usées atteint plus de 200 mg/L, la concentration d'ions magnésium plus de 100 mg/L et que la valeur du pH est supérieure à 8, le taux de précipitation du carbonate de calcium augmente considérablement et une couche de tartre plus épaisse peut se former sur la surface de la membrane en peu de temps, ce qui entraîne une chute brutale du flux de la membrane.
Facteurs d'influence : La composition ionique, la valeur du pH, la température et les conditions hydrauliques des eaux usées affectent la précipitation des matières inorganiques. Par exemple, l'augmentation de la valeur du pH réduit la solubilité du carbonate de calcium, ce qui facilite la formation de précipitations ; lorsque le débit de l'eau est faible, les particules inorganiques ont plus de temps pour se déposer sur la surface de la membrane. Des études ont montré que lorsque le débit de l'eau passe de 1 m/s à 0,1 m/s, le taux de dépôt du carbonate de calcium sur la surface de la membrane augmente d'environ 5 à 10 fois.
3. Pollution par les micro-organismes et leurs métabolites
Cause : Les micro-organismes présents dans le système MBR produisent des polymères extracellulaires (EPS) au cours de leur croissance et de leur métabolisme. Ces EPS sont collants et absorbants et adhèrent facilement à la surface de la membrane. En outre, la reproduction et la mort des micro-organismes entraînent également l'accumulation de substances telles que des fragments de cellules à la surface de la membrane. Par exemple, dans un système MBR à long terme, la succession des communautés microbiennes peut entraîner la multiplication en grand nombre de certains micro-organismes ayant une forte capacité de production de PSE, ce qui aggrave la pollution de la membrane. D'après les recherches, dans les systèmes MBR de certaines stations d'épuration, la teneur en EPS peut atteindre 10 à 50 mg/L, les protéines et les polysaccharides représentant respectivement 40%-60% et 20%-40% de l'EPS total. Ces substances EPS forment un biofilm épais à la surface de la membrane, ce qui entraîne une diminution du flux membranaire.
Facteurs d'influence : La teneur en nutriments, le niveau d'oxygène dissous, la température, ainsi que les types et le nombre de micro-organismes présents dans les eaux usées influencent la production et l'accumulation des micro-organismes et de leurs métabolites. Par exemple, les eaux usées à forte teneur en nutriments sont propices à la croissance et à la reproduction des micro-organismes, ce qui peut entraîner une augmentation de la production d'EPS ; lorsque l'oxygène dissous est insuffisant, les voies métaboliques des micro-organismes peuvent changer, produisant davantage de substances collantes. Lorsque le rapport entre la demande chimique en oxygène (DCO) et l'azote et le phosphore dans les eaux usées est supérieur à 200, les micro-organismes se développent vigoureusement et la production d'EPS est supérieure d'environ 20% à 30% par rapport aux conditions normales.
(ii) Blocage des pores de la membrane
1. Blocage par de minuscules particules et des colloïdes
Cause : Les particules minuscules et les colloïdes contenus dans les eaux usées, tels que le limon, l'argile, les algues, etc., ont une petite taille et peuvent facilement pénétrer dans les pores de la membrane par filtration physique, bloquant progressivement les pores de la membrane. Ces minuscules particules et colloïdes peuvent provenir de matières en suspension dans l'eau brute, de métabolites microbiens et de floculats produits au cours du processus de traitement des eaux usées. Selon des études, dans certains systèmes MBR utilisant de l'eau de surface comme source d'eau, la partie des matières en suspension dans l'eau dont la taille des particules est inférieure à 2μm peut représenter 30% - 50% de l'ensemble des matières en suspension. Ces minuscules particules peuvent facilement pénétrer dans les pores de la membrane, ce qui entraîne le blocage des pores de la membrane.
Facteurs d'influence : La concentration en matières en suspension des eaux usées, les propriétés des substances colloïdales et la taille des pores de la membrane influencent le degré de blocage des particules minuscules et des substances colloïdales. D'une manière générale, plus la concentration de matières en suspension dans les eaux usées est élevée et plus la stabilité des substances colloïdales est mauvaise, plus il leur est facile de pénétrer dans les pores de la membrane ; plus la taille des pores de la membrane est petite, plus le risque de blocage est élevé. Lorsque la concentration de solides en suspension dans les eaux usées passe de 50mg/L à 200mg/L, le risque de blocage des pores de la membrane augmente d'environ 3 à 5 fois.
2. Blocage par la croissance d'un biofilm
Cause : À la surface et dans les pores de la membrane, les micro-organismes se développent et forment des biofilms dans des conditions environnementales appropriées. La croissance des biofilms occupera progressivement l'espace des pores de la membrane, provoquant le blocage des pores de la membrane. La formation de biofilms est étroitement liée à des facteurs tels que les nutriments, l'oxygène dissous et la température dans les eaux usées, et est également affectée par les propriétés de la surface de la membrane. Des études ont montré que dans des conditions appropriées de température (20-30℃), d'oxygène dissous (2-8mg/L) et de nutriments, le taux de croissance des micro-organismes à la surface de la membrane peut atteindre 0,1-0,3mm/d, et l'épaisseur du biofilm formé peut atteindre des dizaines de microns en peu de temps, ce qui affecte sérieusement le flux de la membrane.
Facteurs d'influence : La concentration en matières organiques, le niveau d'oxygène dissous, la température des eaux usées et l'hydrophilie de la membrane affectent le taux de croissance et le degré de blocage du biofilm. Par exemple, lorsque la concentration en matières organiques est élevée, que l'oxygène dissous est suffisant et que l'hydrophilie de la surface de la membrane est faible, le biofilm est plus susceptible de se développer et de bloquer les pores de la membrane. Lorsque la concentration en DCO des eaux usées dépasse 500 mg/L, que la teneur en oxygène dissous est de 4 à 6 mg/L et que l'angle de contact de la surface de la membrane est supérieur à 90° (faible hydrophilie), le taux de croissance du biofilm est supérieur d'environ 40%-60% à celui observé dans des conditions normales.
(III) Le problème des bulles
L'expansion des boues, les agents actifs présents dans l'effluent, une aération excessive et une charge de boues trop importante sont autant de raisons qui expliquent la formation excessive de mousse dans les bassins membranaires MBR. L'expansion des boues entraîne une augmentation du volume des boues et la formation d'une grande quantité de mousse ; les agents actifs présents dans l'influent sont susceptibles de former de la mousse pendant le processus d'aération ; une aération excessive gaspille de l'énergie et produit beaucoup de bulles ; et une charge de boues excessive affecte la performance de la décantation des boues et provoque la formation de mousse.
(IV) Questions relatives à la qualité de l'eau
Le jaunissement des effluents du bassin à membrane MBR s'explique par une teneur élevée en azote ammoniacal dans les effluents, une forte teneur en ions métalliques et l'incapacité de retenir la membrane pigmentaire à petites molécules. Un traitement insuffisant de l'azote ammoniacal entraîne le jaunissement des effluents ; les ions métalliques tels que les ions fer, les ions cuivre ou les ions chrome colorent l'eau ; les membranes pigmentaires à petites molécules sont difficilement retenues par la membrane MBR et sont rejetées avec les effluents.
