Dizajnový tok vs prevádzkový tok: Ako správne určiť veľkosť oblasti membrány MBR

Prečo je oblasť membrány MBR často poddimenzovaná

Základná rovnica veľkosti membrány sa zdá byť jednoduchá:

Problémom nie je rovnica. Problém je v hodnote použitej pre tok.

Technické listy membrán môžu obsahovať priepustnosť čistej vody, odporúčaný prevádzkový tok, maximálny tok alebo hodnoty výkonu namerané za špecifických testovacích podmienok. Tieto hodnoty nemusia nevyhnutne predstavovať udržateľnú čistú mieru produkcie MBR v plnom rozsahu na čistenie skutočných odpadových vôd.

Skutočná prevádzka MBR zahŕňa obdobia, keď sa neprodukuje žiadny permeát. Membrány môžu byť uvoľnené, preplachované, chemicky čistené, izolované kvôli údržbe alebo prevádzkované pod nominálnu kapacitu kvôli teplote, znečisteniu, hydraulickým špičkám alebo nestabilite procesu.

Membránový systém, ktorý je dimenzovaný len z optimistického maximálneho toku, môže fungovať prijateľne počas uvádzania do prevádzky, ale má malú rezervu, keď klesne teplota odpadovej vody, zmenia sa charakteristiky zmiešaného lúhu alebo sa začne zvyšovať odolnosť voči znečisteniu.

Návrhový tok, prevádzkový tok, hrubý tok a čistý tok: Aký je rozdiel?

Tok sa bežne vyjadruje v litroch na meter štvorcový za hodinu alebo LMH. Hoci niekoľko výpočtov MBR používa rovnakú jednotku, význam hodnoty toku môže byť veľmi odlišný.

Design Flux

Návrhový tok je inžinierska hodnota zvolená počas dimenzovania membrány. Mal by odrážať očakávanú odpadovú vodu, teplotu, MLSS, tendenciu k zanášaniu, prevádzkový cyklus, stratégiu čistenia a požadovanú prevádzkovú rezervu.

Preto je zvyčajne konzervatívnejší ako maximálny alebo krátkodobý skúšobný tok.

Prevádzkový tok

Prevádzkový tok je skutočná rýchlosť filtrácie počas prevádzky zariadenia:

Môže sa meniť počas dňa v závislosti od potreby prietoku, dostupnosti membrány, TMP, teploty, stavu znečistenia a riadenia procesu.

Hrubý filtračný tok

Hrubý tok sa vo všeobecnosti vzťahuje na tok, keď membrána aktívne filtruje. Ak membrána filtruje desať minút a potom jednu minútu relaxuje, hrubý filtračný tok platí len počas týchto desiatich produktívnych minút.

Čistý tok

Čistý tok odráža skutočnú produkciu po zohľadnení období bez filtrácie. Relaxácia, spätné preplachovanie, údržba a iné prestoje znižujú čisté množstvo upravenej vody vyrobenej na inštalovaný meter štvorcový.

Špičkový tok

Špičkový tok je vyššia krátkodobá prevádzková rýchlosť používaná počas hydraulických špičiek. Môže to byť užitočné pre dočasný dopyt, ale normálne by sa nemalo považovať za stav nepretržitého návrhu.

Výpočet správnej plochy membrány začína čistou produkciou vody

Východisková rovnica zostáva:

Jednotky musia byť konzistentné. Ak je prietok vyjadrený v litroch za hodinu a prietok v LMH, výsledkom budú štvorcové metre plochy membrány.

Príklad: 500 m³/deň Priemyselná odpadová voda

Predpokladajme, že priemyselná čistička odpadových vôd musí produkovať:

Preveďte denný prietok na litre za hodinu:

Teoretická plocha membrány je potom:

Toto je len prvý krok veľkosti. Konečná inštalovaná oblasť sa musí tiež skontrolovať z hľadiska dostupnosti filtrácie, špičkového prietoku, konfigurácie membránovej sústavy, redundancie, veľkosti modulu, teploty a rozpätia znečistenia.

Prečo čas filtrácie mení požadovanú oblasť membrány

MBR nemusí nevyhnutne produkovať permeát nepretržite 24 hodín denne. Mnoho systémov strieda filtráciu s relaxáciou alebo spätným preplachom.

Zvážte jednoduchý cyklus:

Dostupnosť filtrácie je:

Ak závod musí dosiahnuť čistú produkciu ekvivalentnú 10 LMH, ale membrána filtruje iba 90,9 % času, požadovaný tok počas aktívnej filtrácie sa stáva:

Ak dodatočné spätné preplachovanie, údržba alebo offline čistenie zníži celkovú dostupnosť membrány na 85 %, potom:

To je dôvod, prečo dva projekty MBR opísané ako prevádzkové na „15 LMH“ môžu mať v skutočnosti odlišné požiadavky na membrány. Jeden môže znamenať 15 LMH počas aktívnej filtrácie, zatiaľ čo iný môže znamenať čistú produkciu 15 LMH po odstávke.

Priemerný prietok nestačí: Skontrolujte špičkový prietok a vyrovnanie

Priemerný denný prietok je užitočný na predbežné dimenzovanie membrány, ale neopisuje, ako odpadová voda prichádza do závodu počas dňa.

Zariadenie s priemerným výkonom 1 000 m³/deň nemusí nevyhnutne dostávať konštantných 41,7 m³/h. Plány priemyselnej výroby, mestské ranné a večerné špičky, dávkové vypúšťanie, zrážky a čistiace operácie môžu vytvoriť oveľa vyšší hodinový prietok.

Ak je plocha membrány navrhnutá len okolo priemeru, špičkové hydraulické podmienky môžu potlačiť okamžitý prevádzkový tok ďaleko nad zamýšľaný rozsah.

Vyrovnanie môže znížiť požiadavku na špičkovú membránu

Vyrovnávacia nádrž môže počas špičiek uchovávať odpadovú vodu a postupne ju uvoľňovať do biologického a membránového systému. To môže znížiť rozdiel medzi priemernou a špičkovou potrebou filtrácie.

Ak je vyrovnanie obmedzené, dizajnéri by mali skontrolovať:

• maximálny denný prietok;
• špičkový hodinový tok;
• dostupné membránové vlaky;
• prípustný krátkodobý špičkový tok;
• maximálne prijateľné TMP;
• požadovaná rezervná kapacita.

Správna otázka teda neznie jednoducho: "Aký je priemerný prietok?"

je to: "Aký prietok budú musieť membrány skutočne spracovať po vyrovnaní?"

Typ odpadovej vody mení tok, pre ktorý by ste mali navrhnúť

Jediný univerzálny návrhový tok nemožno použiť na každý projekt MBR. Udržateľný tok silne závisí od zloženia odpadovej vody a biologických prevádzkových podmienok.

Komunálne odpadové vody so stabilným predčistením a vyváženými biologickými podmienkami sa môžu správať veľmi odlišne od potravinárskych odpadových vôd obsahujúcich mastnotu, textilných odpadových vôd obsahujúcich povrchovo aktívne látky alebo priemyselných odpadových vôd s vysokou salinitou a premenlivým organickým zaťažením.

To je dôvod, prečo by sa dimenzovanie membrán malo začať skôr charakterizáciou odpadovej vody než katalógom membrán.

V prípade náročných priemyselných odpadových vôd môže konzervatívnejší konštrukčný tok poskytnúť cennú prevádzkovú rezervu, aj keď si to spočiatku vyžaduje väčšiu plochu membrány.

Teplota, MLSS a znečistenie menia skutočný prevádzkový tok

Teplota

Viskozita vody sa zvyšuje s poklesom teploty. Výsledkom je, že rovnaká membrána prevádzkovaná pri rovnakom TMP môže produkovať menej permeátu počas chladnejších podmienok.

Membránový systém navrhnutý len na základe údajov o uvedení do prevádzky v teplom počasí môže preto počas zimy naraziť na kapacitné problémy.

MLSS

Vyššie MLSS môže zvýšiť množstvo biomasy zadržanej v reaktore, ale veľmi vysoká koncentrácia zmiešaného lúhu tiež zvyšuje viskozitu a môže zhoršiť podmienky membránového prenosu hmoty. To môže zvýšiť odolnosť vrstvy koláča a požiadavku na pranie vzduchu.

EPS a SMP

Extracelulárne polymérne látky a rozpustné mikrobiálne produkty sú dôležitými prispievateľmi k organickému zanášaniu membrán. Ich koncentrácia sa môže meniť v závislosti od zaťaženia, veku kalu, teploty, rovnováhy živín a biologického stresu.

Transmembránový tlak

TMP poskytuje jeden z najjasnejších prevádzkových indikátorov stavu membrány.

Môže sa teda zdať, že systém si zachováva konštrukčnú kapacitu, pričom postupne stráca účinnosť membrány. Ak sa na udržanie rovnakého toku vyžaduje stále vyššia TMP, môže sa zvýšiť aj potreba čistenia a spotreba energie.

Prečo projektovanie pri maximálnom toku zvyčajne stojí viac neskôr

Vysoký konštrukčný tok je atraktívny pri zostavovaní rozpočtu projektu, pretože znižuje množstvo potrebnej plochy membrány.

Nižší konštrukčný tok vyžaduje väčšiu plochu membrány, ale môže poskytnúť dlhšie filtračné cykly, pomalší postup zanášania, nižšie namáhanie počas hydraulických špičiek a väčšiu flexibilitu, keď membrána starne.

Správne preveďte požadovanú oblasť membrány na množstvo modulu

Keď je vypočítaná požadovaná plocha membrány, musí sa previesť na skutočné membránové moduly.

Predpokladajme, že konečná požadovaná plocha membrány je:

Keďže nie je možné inštalovať čiastkové moduly, absolútne minimum by bolo 57 modulov. Konečný technický výber však môže byť 60 modulov v závislosti od usporiadania stojana, usporiadania membránového vlaku, požiadavky na redundanciu, dostupného priestoru v nádrži a stratégie údržby.

Množstvo modulu by preto malo zvážiť:

• zaokrúhľovanie celého modulu;
• geometria stojana alebo kazety;
• počet membránových vlakov;
• izolácia počas údržby;
• požiadavky na pohotovostný režim alebo redundanciu;
• budúce rozšírenie závodu;
• dostupné rozmery membránovej nádrže;
• usporiadanie na čistenie vzduchu.

Praktický kontrolný zoznam veľkosti membrány MBR

Pred požiadaním o cenovú ponuku membrány MBR by kupujúci a inžinieri mali pripraviť dostatok údajov pre dodávateľa na vyhodnotenie biologických aj membránových podmienok.

S týmito informáciami možno plochu membrány vypočítať z reálnych prevádzkových podmienok a nie z jednej katalógovej hodnoty toku.