Tắc nghẽn sinh học trên màng RO

Tắc nghẽn sinh học trên màng lọc nước RO

Space

Space

Trong hệ thống xử lý nước dùng màng lọc RO, bên cạnh vấn đề bám cáu cặn do các tác nhân vô cơ, sự phát triển của màng sinh học hay bám cặn sinh học gây thiệt hại ở nhiều mặt. Các tác nhân này gây tổn thất sản lượng và giảm chất lượng nước RO thành phẩm, tăng tiêu hao năng lượng do tổn thất áp. Trong trường hợp nặng, màng sinh học hay bám cặn sinh học gây phá hủy hoàn toàn màng RO, buộc phải thay mới, gây tăng đáng kể chi phí vận hành hệ thống.

Space

Sự phát triển của vi sinh trên màng lọc nước RO

Cơ chế hình thành màng sinh học là một quá trình nhiều giai đoạn phức tạp, diễn ra chậm hoặc nhanh tùy giai đoạn và điều kiện môi trường, có thể đảo ngược hoặc không thể đảo ngược, trong đó, sự phát triển của vi sinh vật có thể mất vài tuần hoặc vài tháng. Tuy nhiên, bước đầu (hấp phụ) diễn ra tương đối nhanh và có thể chỉ diễn ra trong vòng 2 giờ. Quá trình tạo màng sinh học có thể được tóm tắt ở hình dưới đây.

Space

Bước 1: Hấp phụ các chất hữu cơ lên bề mặt màng RO đã được làm ướt. Quá trình tạo màng sinh học thông qua một loạt các sự kiện bao gồm vận chuyển, lắng đọng và kết dính các tế bào, sau đó là sản xuất các exopolymer, tăng trưởng và nhân tế bào, gắn kết tế bào với bề mặt.

Bước 2: Vận chuyển và gắn kết với bề mặt đã được điều hòa. Bước này phụ thuộc vào các yếu tố vật lý và hóa học khác nhau, nói chung, sự gắn kết thuận lợi hơn nhờ các bề mặt kỵ nước, không phân cực.

Bước 3: Tăng trưởng (trao đổi chất) của các vi sinh vật gắn liền và phát triển màng sinh học. Giai đoạn hình thành diễn ra bằng cách tự động tập hợp các tế bào được gắn và hình thành các vi khuẩn. Các chất cao phân tử ngoài bào (Extracellular Polymeric Substances hay EPS) được sản xuất liên tục và hoạt động như một rào cản vận chuyển, tiếp cận của chất diệt khuẩn hóa học và thúc đẩy nồng độ, lưu trữ chất dinh dưỡng.

Bước 4: Tách và hạn chế sự phát triển của màng sinh học trên các vị trí mới. Hiểu được bước này là rất quan trọng vì nó liên quan đến kiểm soát tốc độ tăng trưởng.

Space

Sau giai đoạn hình thành sơ cấp, màng sinh học chuyển sang giai đoạn phát triển theo hàm số mũ Logarit, đóng góp rất nhiều vào sự phát triển và bám dính của vi sinh vật, sau đó là giai đoạn phát triển đột biến, được hỗ trợ bởi sự hiện diện của các chất dinh dưỡng. Khi đạt được giai đoạn này, màng RO bị che chắn bởi màng sinh học.

Space

Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành màng sinh học

Điều kiện của dòng chảy: Dòng chảy đóng một vai trò quan trọng trong quá trình bám dính của vi sinh vật vì chúng ảnh hưởng đến sự tích tụ của vi sinh vật trên bề mặt của màng RO. Các điều kiện dòng chảy này cũng ảnh hưởng đến việc tạo ra lực cắt. Lực cắt lớn là tốt vì chúng hạn chế sự bám dính của vi sinh vật.

pH của nước ảnh hưởng đến tương tác lớp kép tĩnh điện giữa màng và vi sinh vật do sự thay đổi điện tích bề mặt. Sự thay đổi pH của nước có ảnh hưởng nhẹ đến điện tích bề mặt của màng RO nhưng có ảnh hưởng đáng kể đến điện tích của chất keo.

Cường độ ion của nước cũng ảnh hưởng đến tương tác kép giữa màng RO và vi sinh vật. Hầu hết các vi sinh vật đều mang điện tích âm, vì vậy, để tránh sự bám dính của vi sinh vật và sự phát triển tiếp theo trên bề mặt màng RO, chúng ta mong muốn rằng màng RO cũng có điện tích âm để ức chế sự bám dính sinh học do lực đẩy điện tích.

Các đặc điểm của bề mặt tương tác đóng một vai trò quan trọng trong việc hình thành màng sinh học là tính kỵ nước, tính ưa nước và độ nhám của bề mặt. Tính kỵ nước và tính ưa nước là những đặc tính tương tự xác định xu hướng bám dính của màng RO. màng kỵ nước tương tác ưu tiên với vi sinh vật gây ra quá trình tạo ra màng sinh học, trong khi màng ưa nước tương tác với nước. Một yếu tố khác là độ nhám bề mặt của màng. Bề mặt gồ ghề thuận lợi hơn cho sự bám dính. Bề mặt nhám cũng có điện tích bề mặt lớn hơn bề mặt nhẵn, do đó làm tăng số lượng bám dính.

Các chất dinh dưỡng trong nước làm thức ăn cho vi sinh vật. Do đó, nồng độ của chất dinh dưỡng phải thấp để ngăn ngừa sự phát triển của vi sinh. Tuy rằng sự hiện diện của dinh dưỡng không ảnh hưởng trực tiếp đến sự phá hoại của màng RO, nhưng nó hoạt động như một nguồn dinh dưỡng cho vi sinh, hỗ trợ các hoạt động trao đổi chất và sự phát triển của chúng.

Nồng độ vi sinh vật cao dẫn đến khả năng bám dính cao hơn. Việc này làm giảm khả năng thẩm thấu của màng RO, giảm năng suất nước RO thành phẩm, Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ nhân lên của vi khuẩn là chất lượng nước cấp, nhiệt độ, pH, hàm lượng Oxygen hòa tan, sự hiện diện của các chất dinh dưỡng hữu cơ, độ sâu của vị trí lấy nước nguồn.

Space

Giám sát và phát hiện màng sinh học

Bước đầu tiên để giải quyết vấn đề màng sinh học thông qua xử lý là phát hiện sự hình thành màng sinh học và theo dõi sự tích tụ của tế bào vi sinh. Các kỹ thuật bao gồm bước cơ bản thông qua thị giác hoặc khứu giác, lấy mẫu và kiểm tra trong phòng thí nghiệm tiên tiến như bioluminescense, epifluorescence microscopy,... Ở đây chúng ta sẽ thảo luận về các kỹ thuât khác nhau được sử dụng để phát hiện và giám sát quá trình tạo màng sinh học.

Kiểm tra vật lý: Màng RO có thể được kiểm tra có thể có dấu hiệu màng sinh học như mùi và màu sắc. Các vị trí có thể kiểm tra được như đường ống tiền xử lý, lọc cartridge và bộ lọc,... để phát hiện sự tích tụ tế bào vi sinh và phát triển bước đầu của màng sinh học. Tất cả các kiểm tra này phải được thực hiện trong điều kiện ẩm ướt vì vi sinh phát triển rất mạnh trong môi trường đó.

Phân tích hiệu suất của hệ thống: Các chất cao phân tử ngoại bào (EPS, hay Extracellular Polymeric Substances) do vi vật tiết ra gây sự suy giảm sản lượng nước RO thành phẩm. Việc đo lường này và giảm áp suất thông qua màng là cách tốt nhất để theo dõi quá trình phát triển của màng sinh học. Hiệu suất của hệ thống màng RO được đo bằng cách đo tốc độ dòng chảy, độ tinh khiết của thành phẩm, hiệu quả loại bỏ muối.

Lấy mẫu nước: Việc lấy mẫu nước ở các vị trí nước vào, nước RO, và nước thải RO nên được lấy ngay từ khi hệ thống đưa vào hoạt động. Các điểm lấy mẫu phải được chọn sao cho đại diện cho toàn hệ thống. Kỹ thuật giám sát này chủ yếu đóng vai trò phòng ngừa. Các việc giám sát này giúp xác định vị trí, cô lập tránh nguy cơ lây lan và làm ảnh hưởng đến các bộ phận khác của hệ thống RO. Các chỉ tiêu như pH, COD, TOC và hàm lượng Oxygen hòa tan nên được đo đạc và theo dõi.

Nuôi cấy mẫu: Dùng để phát hiện sự phát triển của vi sinh và nồng độ của chúng ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống RO như thế nào.

Space

Hậu quả của màng sinh học

Màng sinh học gây ra các hậu quả khác nhau trên cả hệ thống RO, và đặc biệt là các màng RO. Nó ảnh hưởng đến vận hành của cả hệ thống và đặc tính vật lý của hệ thống.

1. Sự suy giảm sản lượng nước RO thành phẩm: Vấn đề này gây ra bởi sự hình thành màng sinh học tạo ra lớp màng có tính thẩm thấu thấp bám tên màng RO.
2. Phá hủy màng RO: Vi sinh vật tạo ra các sản phẩm có tính axit làm hỏng màng RO.
3. Tăng sự rò rỉ của các muối qua màng RO: Các ion muối hòa tan được tích lũy trên bề mặt màng tăng cường sự phân cực nồng độ và ức chế sự vận chuyển đối lưu.
4. Tăng độ chênh lệch áp suất và áp suất nước đầu vào: Do màng sinh học gây trở lực.
5. Tăng tiêu hao về nhu cầu điện: Yếu cầu về áp suất nước đầu vào cao gây ra nhu cầu áp suất nạp cao hơn, tổn thất năng lượng do ma sát và lực cản với dòng lưu chất thẩm thấu qua màng RO.
6. Chi phí hóa chất làm tẩy rửa, làm sạch màng tăng lên: Gây gánh nặng chi phí lớn với hoạt động của nhà máy, chi phí này có thể lên đến 50% tổng chi phí vận hành và rút ngắn tuổi thọ màng RO.
7. Sự suy giảm nghiêm trọng của nước RO thành phẩm: Điều này là do các yếu tố đã được liệt kê ở trên.
8. Chi phí xử lý cao hơn: Điều nay gây ra bởi tiêu hao năng lượng cao hơn, chi phí vệ sinh làm sạch màng RO và cả chi phí thay thế màng RO.

Space

Kiểm soát và xử lý

Sau khi theo dõi và giám sát màng sinh học, chúng ta phải có kỹ thuật xử lý để kiểm soát quà trình hình thành màng RO. Các kỹ thuật được sử dụng bảo gồm:

Tẩy rửa vệ sinh màng RO

Làm sạch màng RO bao gồm phương pháp vật lý (rửa ngược) và hóa chất (dùng hóa chất tẩy rửa màng lọc RO). Hóa chất chất lượng, hệ thống tẩy rửa chuyên nghiệp và quy trình tiêu chuẩn giúp quá trình tẩy rửa vệ sinh màng RO đạt hiệu quả cao.

Khử trùng, diệt khuẩn

Màng sinh học không thể được loại bỏ bằng cách tiền xử lý. Ngay cả khi 99,99% tất cả vi khuẩn được loại bỏ bằng tiền xử lý, thường tác nhân là chlorine. Một ít tế bào sống sót sẽ xâm nhập và hệ thống và nhân lên.

Điều chỉnh pH

Chúng ta nên điều chỉnh pH để kiểm soát sự bám dính của vi sinh trên màng RO. Thường hay dùng các tác nhân như NaOH hay HCl để điều chỉnh pH về ngưỡng mong muốn. HCl không được khuyến cáo dùng do axit gây ăn mòn màng RO.

Điều chỉnh bề mặt màng RO

Các kỹ thuật sửa đổi bề mặt màng RO được sử dụng để cải thiện các đặc tính nhất định cùa màng như độ nhám bề mặt, điện tích bề mặt và tính ưa nước của màng RO.

Hoạt động sinh hóa

Các vật liệu như enzyme và vi khuẩn có thể được sử dụng để giảm bớt tác động có hại của quá trình tạo màng sinh học. Tuy nhiên, bước xử lý này là rất chuyên sâu và ít phổ biến trong các hệ thống lọc nước RO công nghiệp cho các nhà máy sản xuất.

Space

Màng vi sinh - trong một số môi trường, gây nghẽn màng rất nhanh và phá hủy màng lọc hoàn toàn

Tạp chất gây ra do sự phát triển của vi sinh vật, hay được biết đến với tên gọi màng vi sinh (biofouling), thường xảy ra trong hệ thống lọc nano và RO. Điều này là do màng không thể được khử trùng bằng chlorine, nhằm kiểm soát vi sinh.

Một số điều kiện dinh dưỡng, ánh sáng, môi trường pH có thể làm phát triển vi sinh kỵ khí và hiếu khí. Cả hai loại này thường được tìm thấy trong hệ thống lọc nước nano và RO. Thậm chí, có tồn tại loại vi sinh có thể chuyển đổi qua lại giữa kỵ khí và hiếu khi, tùy thuộc vào tính chất nước và môi trường sống của chúng.

Space

Space

Một số loại tảo phát triển được trong hệ thống, khi chết đi, xác của chúng thành thức ăn cho vi khuẩn. Vi khuẩn, vì thế sẽ phát triển rất nhanh trong hệ thống màng lọc. Một số loài có thể phát triển trên các đoạn cong hoặc cuối ống dẫn nước. Sự kết hợp này gây tắt nghẽn dòng chảy và, cả việc bám dính trên màng lọc. Kết quả là, màng sinh học phát triển nhanh chóng trên màng lọc, gây nghẽn, hạn chế dòng nước qua màng, gây tăng áp bơm nước đầu vào nhanh chóng, gây tổng thất năng lượng và tệ hơn là, gây nên sự hư hại không thể khắc phục được của màng lọc.

Sự gây hại do vi sinh này, thậm chí có thể xảy ra trên một số loại màng thích hợp cho việc sinh sôi của vi sinh và gây hỏng màng, hỏng hoàn toàn màng lọc trong thời gian rất ngắn.

Vì thế, trong một số điều kiện, cần kết hợp cả xử lý hóa lý và hóa sinh nhằm tránh tổn thất năng lượng lẫn tổn thất vật tư - do thay màng lọc thường xuyên, dẫn đền chi phí xử lý nước trở nên đắt đỏ.

Space

Chemmax giới thiệu chương trình xử lý màng RO toàn diện và kinh tế

Trên cở sở dòng hóa chất Maxtreat của Thermax, Chemmax giới thiệu các nhóm giải pháp cho việc xử lý màng lọc nước RO công nghiệp:

Tẩy rửa vệ sinh màng lọc RO:

Maxtraet 9202: Hóa chất tẩy rửa cáu cặn vô cơ cho màng RO.

Maxtreat 9206: Hóa chất tẩy rửa màng RO gốc kiềm hữu cơ.

Xử lý duy trì cho màng RO:

Maxtreat 9651: Hóa chất diệt khuẩn phổ rộng dạng không oxy hóa, chuyên dụng cho màng RO.

Maxtreat 9118: Hóa chất chống bám cặn vô cơ phù hợp với nguồn nước có Silica đầu vào cao.

Maxtreat 9001N: Hóa chất chống bám cặn vô cơ với chứng chỉ NSF phù hợp cho nhà máy thưc phẩm và công nghiệp.

Space

Thermax Chemical - The Solution That Works

Space

Liên hệ Chemmax

Space