Jedna od najčešćih pogrešaka u dizajnu membranskog bioreaktora je izravno dijeljenje protoka otpadne vode s najvećim protokom prikazanim na podatkovnoj tablici membrane. Izračun izgleda jednostavno, ali može značajno podcijeniti površinu membrane potrebnu za stabilan dugotrajni rad. Projektirani fluks, radni fluks, bruto filtracijski fluks, netoo fluks i vršni fluks opisuju različite radne uvjete. Razumijevanje tih razlika bitno je pri dimenzioniranju područja MBR membrane, usporedbi modula i procjeni troškova životnog ciklusa.
Zašto je područje MBR membrane često premalo
Osnovna jednadžba veličine membrane izgleda jednostavna:
Problem nije jednadžba. Problem je vrijednost koja se koristi za fluks.
Liste podataka o membrani mogu sadržavati propusnost čiste vode, preporučeni radni tok, maksimalni tok ili vrijednosti performansi izmjerene pod određenim uvjetima ispitivanja. Ove vrijednosti ne predstavljaju nužno održivu neto stopu proizvodnje punog MBR-a koji pročišćava stvarnu otpadnu vodu.
Stvarni rad MBR-a uključuje razdoblja kada se ne proizvodi permeat. Membrane se mogu opustiti, isprati, kemijski očistiti, izolirati radi održavanja ili raditi ispod nazivnog kapaciteta zbog temperature, onečišćenja, hidrauličkih vršnih vrijednosti ili nestabilnosti procesa.
Membranski sustav koji je dimenzioniran samo prema optimističnom maksimalnom protoku može raditi prihvatljivo tijekom puštanja u pogon, ali ima malo rezerve kada temperatura otpadne vode padne, promjene se karakteristike miješane tekućine ili počne rasti otpornost na onečišćenje.
Područje MBR membrane trebalo bi se temeljiti na održivoj neto proizvodnji pod očekivanim radnim uvjetima, a ne samo na najvećem protoku koji membrana može postići.
Dizajnirani tok, radni tok, bruto tok i neto tok: u čemu je razlika?
Protok se obično izražava u litrama po kvadratnom metru na sat ili LMH. Iako nekoliko MBR izračuna koristi istu jedinicu, značenje vrijednosti fluksa može biti vrlo različito.
Tok dizajna
Dizajnirani tok je inženjerska vrijednost odabrana tijekom dimenzioniranja membrane. Treba odražavati očekivanu otpadnu vodu, temperaturu, MLSS, tendenciju onečišćenja, radni ciklus, strategiju čišćenja i potrebnu operativnu marginu.
Stoga je obično konzervativniji od maksimalnog ili kratkoročnog ispitnog protoka.
Radni tok
Radni tok je stvarna stopa filtracije tijekom rada postrojenja:
Može se mijenjati tijekom dana ovisno o zahtjevima protoka, dostupnosti membrane, TMP-u, temperaturi, stanju onečišćenja i kontroli procesa.
Bruto filtracijski tok
Bruto protok općenito se odnosi na protok dok membrana aktivno filtrira. Ako membrana filtrira deset minuta i zatim se opusti jednu minutu, bruto filtracijski tok primjenjuje se samo tijekom tih deset produktivnih minuta.
Neto tok
Neto tok odražava stvarnu proizvodnju nakon razdoblja bez filtracije. Opuštanje, ispiranje, održavanje i drugi zastoji smanjuju neto količinu pročišćene vode proizvedene po instaliranom četvornom metru.
Vršni tok
Vršni tok je viša kratkoročna radna brzina koja se koristi tijekom hidrauličkih vršnih opterećenja. Može biti koristan za privremenu potražnju, ali se obično ne bi trebao tretirati kao kontinuirano projektirano stanje.
| Pojam fluksa | Što predstavlja | Koristiti izravno za dimenzioniranje membrane? |
|---|---|---|
| Protok čiste vode | Izvedba u kontroliranim uvjetima vode s niskim onečišćenjem | br |
| Maksimalni tok | Gornja ispitna ili kratkoročna radna vrijednost | br |
| Bruto filtracijski tok | Protok dok je proizvodnja permeata aktivna | brt by itself |
| Net Design Flux | Razmatra se proizvodni tok nakon zastoja u radu | Da, kada je pravilno odabrano |
| brrmal Operating Flux | Stvarna rutinska stopa filtracije u uporabi | Koristi se za provjeru dizajna |
| Vršni tok | Kratkotrajno stanje visokog protoka | Koristi se za provjeru vršnog protoka |
Točan izračun površine membrane počinje s neto proizvodnjom vode
Početna jednadžba ostaje:
Jedinice moraju biti dosljedne. Ako se protok izrazi u litrama na sat, a protok u LMH, rezultat će biti kvadratni metar površine membrane.
Primjer: 500 m³/dan industrijske otpadne vode
Pretpostavimo da postrojenje za industrijske otpadne vode mora proizvesti:
Pretvorite dnevni protok u litre na sat:
500 m³/dan × 1,000 = 500,000 L/day
500 000 ÷ 24 = 20 833 L/h
Teoretska površina membrane je tada:
20.833 L/h ÷ 12 L/m²·h = približno 1.736 m²
Ovo je samo prvi korak u određivanju veličine. Konačno instalirano područje također se mora provjeriti u odnosu na dostupnost filtracije, vršni protok, konfiguraciju membranskog niza, redundanciju, veličinu modula, temperaturu i marginu onečišćenja.
Praktični sustavi sastavljaju se od kompletnih modula i membranskih nizova, a može biti potrebna dodatna instalirana površina za radnu fleksibilnost i održavanje.
Zašto vrijeme filtracije mijenja potrebnu površinu membrane
MBR ne proizvodi nužno permeat neprekidno 24 sata dnevno. Mnogi sustavi izmjenjuju filtraciju s opuštanjem ili ispiranjem.
Razmotrimo jednostavan ciklus:
Dostupnost filtracije je:
10 ÷ 11 = 90,9%
Ako postrojenje mora postići neto proizvodnju ekvivalentnu 10 LMH, ali membrana filtrira samo 90,9% vremena, potrebni tok tijekom aktivne filtracije postaje:
10 ÷ 0,909 = približno 11,0 LMH bruto tok filtracije
Ako dodatno ispiranje, održavanje ili izvanmrežno čišćenje smanji ukupnu dostupnost membrane na 85%, tada:
10 ÷ 0,85 = 11,76 LMH
To je razlog zašto dva MBR projekta, oba opisana kao radna na "15 LMH" mogu zapravo imati različite zahtjeve za membranu. Jedan može značiti 15 LMH tijekom aktivne filtracije, dok drugi može značiti 15 LMH neto proizvodnju nakon zastoja.
Bez tog pojašnjenja, usporedbe između dobavljača membrana mogu dovesti u zabludu.
Prosječni protok nije dovoljan: Provjerite vršni protok i izjednačavanje
Prosječni dnevni protok je koristan za preliminarno dimenzioniranje membrane, ali ne opisuje kako otpadna voda dolazi u postrojenje tijekom dana.
Postrojenje s prosječno 1000 m³/dan ne mora nužno primati konstantnih 41,7 m³/h. Rasporedi industrijske proizvodnje, komunalna jutarnja i večernja vršna opterećenja, ispuštanje serije, oborine i operacije čišćenja mogu stvoriti mnogo veći protok po satu.
Ako je područje membrane projektirano samo oko prosjeka, vršni hidraulički uvjeti mogu gurnuti trenutni radni tok daleko iznad predviđenog raspona.
Izjednačavanje može smanjiti vršnu potrebu za membranom
Spremnik za izjednačavanje može pohraniti otpadnu vodu tijekom vršnih razdoblja i postupnije je ispuštati u biološki i membranski sustav. To može smanjiti razliku između prosječne i vršne potražnje za filtriranjem.
Gdje je izjednačavanje ograničeno, dizajneri bi trebali provjeriti:
- maksimalni dnevni protok;
- vršni satni protok;
- dostupni membranski vlakovi;
- dopušteni kratkotrajni vršni tok;
- najveći prihvatljivi TMP;
- potrebni rezervni kapacitet.
Ispravno pitanje stoga nije jednostavno: "Koji je prosječni protok?"
to je: "Koji će protok membrane zapravo morati obraditi nakon izjednačavanja?"
Vrsta otpadne vode mijenja protok za koji biste trebali projektirati
Jedan univerzalni tok dizajna ne može se primijeniti na svaki MBR projekt. Održivi tok uvelike ovisi o sastavu otpadne vode i biološkim radnim uvjetima.
Gradska kanalizacija sa stabilnim predtretmanom i uravnoteženim biološkim uvjetima može se ponašati vrlo različito od otpadne vode iz prerade hrane koja sadrži mast, tekstilne otpadne vode koja sadrži površinski aktivne tvari ili industrijske otpadne vode s visokim salinitetom i promjenjivim organskim opterećenjem.
| Stanje otpadnih voda | Vjerojatni utjecaj na održivi tok | Glavni razlog |
|---|---|---|
| Stabilne komunalne otpadne vode | Osnovna linija | Relativno predvidljive biološke karakteristike i karakteristike krutih tvari |
| Visok nivo ulja i masti | Obično niže | Veći potencijal zaprljanja membrane |
| Visoki MLSS ili viskoznost | Obično niže | Veća otpornost na prijenos mase i filtraciju |
| Visok EPS / SMP | Obično niže | Veća sklonost organskom obraštanju |
| Niska temperatura otpadne vode | Obično niže | Veća viskoznost i manja propusnost |
| Jaka predtretman | Stabilniji | Manje opterećenje krutim tvarima, masnoćom i onečišćenjem |
| Dobro izjednačavanje protoka | Stabilniji | Smanjeni hidraulični vršci |
Zbog toga bi dimenzioniranje membrana trebalo započeti karakterizacijom otpadnih voda, a ne katalogom membrana.
Za teške industrijske otpadne vode, konzervativniji dizajn fluksa može pružiti vrijednu operativnu maržu čak i ako u početku zahtijeva veću površinu membrane.
Temperatura, MLSS i onečišćenje mijenjaju stvarni radni protok
Temperatura
Viskoznost vode raste kako temperatura pada. Kao rezultat toga, ista membrana koja radi na istom TMP-u može proizvesti manje permeata tijekom hladnijih uvjeta.
Membranski sustav dizajniran samo na temelju podataka o puštanju u rad za toplo vrijeme stoga može naići na probleme s kapacitetom tijekom zime.
MLSS
Viši MLSS može povećati količinu biomase zadržane u reaktoru, ali vrlo visoka koncentracija miješane tekućine također povećava viskoznost i može pogoršati uvjete membranskog prijenosa mase. To može povećati otpornost slojeva kolača i potrebu za čišćenjem zraka.
EPS i SMP
Izvanstanične polimerne tvari i topljivi mikrobni proizvodi važni su čimbenici organskog onečišćenja membrane. Njihova se koncentracija može mijenjati s opterećenjem, starošću mulja, temperaturom, ravnotežom hranjivih tvari i biološkim stresom.
Transmembranski tlak
TMP pruža jedan od najjasnijih radnih pokazatelja stanja membrane.
Stoga se može činiti da sustav održava projektirani kapacitet dok postupno gubi učinkovitost membrane. Ako je za održavanje istog toka potreban sve veći TMP, potražnja za čišćenjem i potrošnja energije također mogu porasti.
Zašto projektiranje pri maksimalnom protoku kasnije obično košta više
Visok dizajn protoka je privlačan tijekom proračuna projekta jer smanjuje količinu potrebne površine membrane.
Veći tok dizajna
- Manje instalirane površine membrane
- Manje membranskih modula
- Potencijalno manji membranski spremnik
- Donja početna membrana CAPEX
Ali manja operativna marža
- Brži porast TMP-a
- Veći rizik od onečišćenja
- Češće čišćenje
- Veći zahtjevi za čišćenjem zraka
- Manja rezerva za vršni protok
- Veći rizik od zimskog kapaciteta
Niži projektirani tok zahtijeva veću površinu membrane, ali može osigurati dulje cikluse filtracije, sporije napredovanje onečišćenja, manji stres tijekom hidrauličkih vršnih opterećenja i veću fleksibilnost kako membrana stari.
Dimenzioniranje membrane treba uravnotežiti početne troškove modula s prozračivanjem, čišćenjem, zastojem, učestalošću zamjene, otpornošću na vršni protok i dugotrajnom stabilnošću rada.
Ispravno pretvorite potrebnu površinu membrane u količinu modula
Nakon što se izračuna potrebna površina membrane, ona se mora pretvoriti u stvarne membranske modul.
Pretpostavimo da je konačna potrebna površina membrane:
Budući da se djelomični moduli ne mogu instalirati, apsolutni minimum bi bio 57 modula. Međutim, konačni inženjerski odabir mogao bi biti 60 modula, ovisno o rasporedu regala, rasporedu membranskog niza, zahtjevu redundantnosti, raspoloživom prostoru spremnika i strategiji održavanja.
Količina modula stoga treba uzeti u obzir:
- kompletno zaokruživanje modula;
- geometrija stalka ili kasete;
- broj membranskih nizova;
- izolacija tijekom održavanja;
- zahtjevi za pripravnost ili zalihost;
- buduće proširenje postrojenja;
- dostupne dimenzije membranskog spremnika;
- ispiranje zraka.
Praktični kontrolni popis za određivanje veličine MBR membrane
Prije nego što zatraže ponudu za MBR membranu, kupci i inženjeri trebaju pripremiti dovoljno podataka za dobavljača kako bi procijenio i biološke i membranske uvjete.
Protok
- Prosječni dnevni protok
- Maksimalni dnevni protok
- Vršni protok po satu
- Dostupna glasnoća za izjednačavanje
Otpadne vode
- KPK i BPK
- TSS
- NH4-N i TN
- Ulje i mast
- Raspon radne temperature
Biološki sustav
- MLSS
- SRT
- Volumen biološkog reaktora
- Trenutna konfiguracija procesa
Operacija membrane
- Ciljani neto tok
- Filtriranje / relaxation cycle
- Strategija povratnog ispiranja
- Očekivani TMP raspon
- Zahtjev za čišćenje zrakom
Projektni zahtjevi
- Potrebna kvaliteta otpadnih voda
- Postojeće dimenzije membranskog spremnika
- Zahtjevi redundancije
- Buduće proširenje kapaciteta
- Dostupan otisak ugradnje
Uz ove informacije, područje membrane može se izračunati iz realnih radnih uvjeta, a ne iz jedne kataloške vrijednosti protoka.
Trebate izračunati površinu MBR membrane?
NIHAO može pomoći u procjeni površine membrane i količine modula na temelju vašeg stvarnog protoka otpadne vode, vršnih uvjeta, karakteristika otpadne vode, temperature, biološkog procesa, ciljnog efluenta i dostupnog prostora membranskog spremnika.
Pošaljite nam prosječni i vršni protok, COD/BOD, TSS, amonijak, radnu temperaturu, potrebnu kvalitetu otpadne vode i dimenzije spremnika. Možemo preporučiti odgovarajuću konfiguraciju membrane i pripremiti ponudu MBR membrane za vaš projekt.
Često postavljana pitanja
Koja je razlika između projektnog toka i radnog toka u MBR-u?
Dizajnirani tok je inženjerska vrijednost odabrana za dimenzioniranje membrane, dok je radni tok stvarna stopa filtracije tijekom rada postrojenja. Radni tok može se mijenjati s protokom, TMP, temperaturom, onečišćenjem i dostupnošću membrane.
Treba li površinu MBR membrane izračunati korištenjem bruto ili neto protoka?
Područje membrane obično bi se trebalo temeljiti na pravilno odabranom neto projektiranom protoku ili na izračunu bruto protoka koji eksplicitno uzima u obzir dostupnost filtracije, opuštanje, povratno ispiranje i druge zastoje.
Kako izračunavate potrebnu površinu MBR membrane?
Osnovna jednadžba je površina membrane jednaka potrebnom protoku permeata podijeljenom s odabranim neto projektiranim protokom. Rezultat zatim treba provjeriti za vršni protok, radnu dostupnost, redundanciju i konfiguraciju modula.
Povećava li opuštanje i povratno ispiranje potrebnu površinu membrane?
Da. Kada membrane ne filtriraju kontinuirano, aktivna razdoblja filtracije moraju proizvesti dovoljno permeata da se postigne potrebna dnevna neto proizvodnja. Niža dostupnost filtracije općenito povećava površinu membrane ili potreban bruto radni protok.
Treba li MBR biti dimenzioniran za prosječni protok ili vršni protok?
Prosječni protok se obično koristi za početno dimenzioniranje, ali se mora provjeriti i vršni protok. Izjednačavanje može smanjiti vršnu filtraciju. Bez dovoljnog izjednačavanja, instalirano područje membrane mora moći podnijeti veći kratkotrajni protok unutar dopuštenog raspona vršnog protoka.
Kako temperatura otpadne vode utječe na protok MBR membrane?
Niža temperatura povećava viskoznost vode i općenito smanjuje propusnost membrane. Sustavi dizajnirani samo za toplije radne uvjete stoga mogu imati manji kapacitet tijekom zime.
Smanjuje li viši MLSS održivi protok membrane?
Može. Viši MLSS povećava viskoznost miješane tekućine i može povećati otpor filtracije, stvaranje slojeva kolača i zahtjeve za čišćenjem zraka. Učinak ovisi o karakteristikama mulja i ukupnom biološkom procesu.
Zašto se maksimalni membranski protok ne bi trebao koristiti izravno za dimenzioniranje sustava?
Maksimalni tok obično predstavlja gornje ili kratkoročno stanje i ne mora uključivati onečišćenje, temperaturne varijacije, opuštanje, povratno ispiranje, starenje membrane ili rezervu vršnog protoka. Kontinuirano projektiranje na toj vrijednosti može ostaviti vrlo malo operativne margine.
Koliko rezervne površine membrane treba sadržavati MBR sustav?
Ne postoji univerzalni postotak. Rezervni kapacitet ovisi o varijabilnosti otpadnih voda, zahtjevima redundancije, rasporedu membranskog niza, očekivanom onečišćenju, strategiji održavanja, sezonskoj temperaturi i budućim potrebama proširenja.
Kako pretvoriti potrebnu površinu membrane u broj MBR modula?
Podijelite traženu površinu membrane s površinom membrane jednog modula i zaokružite na potpunu količinu modula. Konačni odabir bi također trebao uzeti u obzir raspored polica, membranske nizove, redundanciju, izolaciju za održavanje i raspoloživi prostor spremnika.
Engleski
عربي
španjolski
