Investigation of the cocktail effect of sludge fractions in MBR fouling

Undersøgelse af cocktaileffekten i slamfraktionerne i MBR fouling

Sørensen, Natalie Bøie

4. Term

Chemistry, Master (polyt)

2015

2015-07-31

61

Membranbioreaktorer (MBR) bruges i spildevandsrensning til at filtrere vand gennem en membran. Over tid opbygges der belægninger (fouling) på membranen, som mindsker gennemstrømningen (flux). Dette speciale undersøger, hvordan tre bestanddele i slam – ekstracellulære polymeriske stoffer (EPS, klæbrige biopolymerer fra mikroorganismer), kolloider (meget små partikler) og flokke (større klumper af partikler og mikroorganismer) – påvirker hinanden og membranens ydeevne under fouling. Forventningen var, at EPS og kolloider reducerer flux, mens flokke og tilsat pulveriseret aktivt kul (PAC) kan øge flux ved en skureeffekt. For at teste dette blev slammet fraktioneret ved centrifugering (8 min ved 3400 g) for at adskille flokke og efterfølgende filtrering gennem en blandet cellulosemembran for at adskille kolloider. Der blev udført MBR-forsøg i laboratoriet på Aalborg Universitet med 1 times filtrering ved hver af syv forskellige tværmembrantryk (TMP) og 1 times pause mellem filtreringerne. Slammaterialet kom fra Aalborg Vest Renseanlæg og Grundfos BioBooster i Bjerringbro. Derudover blev der udført forsøg med tilsætning af PAC til både slam og supernatant (den klare væske over slammet). Resultaterne bekræfter, at EPS og kolloider sænker fluxen gennem membranen. En højere andel af flokke i forhold til summen af kolloider og EPS (forholdet C_flok/(C_kolloid + C_EPS)) øger derimod fluxen. Tilsætning af PAC gav kun en begrænset positiv effekt. Undersøgelsen viser også, at det aflejrede kagelag på membranen bliver mere kompakt og komprimerbart ved højere koncentrationer af EPS og kolloider, mens et mindre kompakt og mindre komprimerbart kagelag dannes, når koncentrationen af flokke øges. Denne viden kan hjælpe med at styre slammets sammensætning for at begrænse fouling og optimere MBR-drift.

Membrane bioreactors (MBRs) are used in wastewater treatment to filter water through a membrane. Over time, deposits build up on the membrane (fouling), which lowers the flow rate (flux). This thesis examines how three sludge components—extracellular polymeric substances (EPS, sticky biopolymers produced by microbes), colloids (very small suspended particles), and flocs (larger aggregates of particles and microbes)—influence each other and membrane performance during fouling. The expectation was that EPS and colloids decrease flux, while flocs and added powdered activated carbon (PAC) could increase flux through a scouring effect. To test this, sludge was fractionated by centrifugation (8 min at 3400 g) to separate flocs and by filtration through a mixed cellulose membrane to separate colloids. Laboratory MBR experiments at Aalborg University ran 1-hour filtrations at each of seven transmembrane pressures (TMPs), with 1-hour relaxation periods between runs. Sludge was sourced from the Aalborg West wastewater treatment plant and the Grundfos BioBooster facility in Bjerringbro. Additional tests included adding PAC to both sludge and supernatant (the clear liquid above the sludge). The results confirm that EPS and colloids reduce membrane flux, while increasing the proportion of flocs relative to the sum of colloids and EPS (the ratio C_floc/(C_colloid + C_EPS)) increases flux. PAC produced only a limited positive effect. The study also shows that the cake layer deposited on the membrane becomes more compact and compressible at higher concentrations of EPS and colloids, whereas a less compact and less compressible cake layer forms when floc concentration is higher. These insights can support managing sludge composition to limit fouling and optimize MBR operation.

[This abstract was generated with the help of AI]

MBR ; fouling ; sludge fraction ; cake layer ; PAC

Download
View record in AAU Student Projects