Jednou z nejčastějších chyb v konstrukci membránového bioreaktoru je rozdělení průtoku odpadní vody přímo nejvyšším průtokem uvedeným na membránovém datovém listu. Výpočet vypadá jednoduše, ale může výrazně podhodnotit plochu membrány potřebnou pro stabilní dlouhodobý provoz. Návrhový tok, provozní tok, hrubý filtrační tok, čistý tok a špičkový tok popisují různé provozní podmínky. Pochopení těchto rozdílů je zásadní při dimenzování oblasti membrány MBR, porovnávání modulů a odhadování nákladů životního cyklu.
Proč je oblast membrány MBR často poddimenzovaná
Základní rovnice velikosti membrány se zdá být přímočará:
Problém není v rovnici. Problémem je hodnota použitá pro tok.
Technické listy membrán mohou obsahovat propustnost čisté vody, doporučený provozní tok, maximální tok nebo hodnoty výkonu naměřené za specifických testovacích podmínek. Tyto hodnoty nemusí nutně představovat udržitelnou čistou produkci MBR v plném rozsahu, která čistí skutečné odpadní vody.
Skutečný provoz MBR zahrnuje období, kdy se neprodukuje žádný permeát. Membrány mohou být uvolněny, propláchnuty, chemicky čištěny, izolovány z důvodu údržby nebo mohou být provozovány pod jmenovitou kapacitou kvůli teplotě, zanášení, hydraulickým špičkám nebo nestabilitě procesu.
Membránový systém, který je dimenzován pouze z optimistického maximálního toku, může fungovat přijatelně během uvádění do provozu, ale má malou rezervu, když teplota odpadní vody klesne, změní se charakteristiky směsného louhu nebo se začne zvyšovat odolnost proti znečištění.
Plocha membrány MBR by měla být založena na udržitelné čisté produkci za očekávaných provozních podmínek, nikoli pouze na nejvyšším toku, kterého může membrána dosáhnout.
Návrhový tok, provozní tok, hrubý tok a čistý tok: Jaký je rozdíl?
Tok se běžně vyjadřuje v litrech na metr čtvereční za hodinu neboli LMH. Ačkoli několik výpočtů MBR používá stejnou jednotku, význam hodnoty toku se může velmi lišit.
Design Flux
Návrhový tok je inženýrská hodnota zvolená během dimenzování membrány. Měl by odrážet očekávanou odpadní vodu, teplotu, MLSS, tendenci k zanášení, provozní cyklus, strategii čištění a požadovanou provozní rezervu.
Je proto obvykle konzervativnější než maximální nebo krátkodobý zkušební tok.
Provozní tok
Provozní tok je skutečná rychlost filtrace během provozu zařízení:
Může se měnit v průběhu dne v závislosti na požadavku na průtok, dostupnosti membrány, TMP, teplotě, stavu znečištění a řízení procesu.
Hrubý filtrační tok
Hrubý tok obecně označuje tok, zatímco membrána aktivně filtruje. Pokud membrána filtruje deset minut a pak se na jednu minutu uvolní, platí hrubý filtrační tok pouze během těchto deseti produktivních minut.
Čistý tok
Čistý tok odráží skutečnou produkci po zohlednění období bez filtrace. Relaxace, zpětné proplachování, údržba a další prostoje snižují čisté množství upravené vody vyrobené na instalovaný metr čtvereční.
Špičkový tok
Špičkový tok je vyšší krátkodobá provozní rychlost používaná během hydraulických špiček. Může být užitečný pro dočasnou poptávku, ale normálně by se s ním nemělo zacházet jako s trvalým návrhovým stavem.
| Flux Term | Co představuje | Použít přímo pro dimenzování membrán? |
|---|---|---|
| Tok čisté vody | Výkon za kontrolovaných podmínek vody s nízkým znečištěním | ne |
| Maximální tok | Horní zkušební nebo krátkodobá provozní hodnota | ne |
| Hrubý filtrační tok | Tok při aktivní produkci permeátu | síť by itself |
| Net Design Flux | Uvažuje se produktivní tok po provozních prostojích | Ano, při správném výběru |
| nermal Operating Flux | Aktuální běžná rychlost filtrace v provozu | Slouží k ověření designu |
| Špičkový tok | Krátkodobý stav vysokého průtoku | Používá se pro kontrolu špičkového průtoku |
Správný výpočet plochy membrány začíná čistou produkcí vody
Výchozí rovnice zůstává:
Jednotky musí být konzistentní. Pokud je průtok vyjádřen v litrech za hodinu a průtok v LMH, výsledkem budou metry čtvereční plochy membrány.
Příklad: 500 m³/den Průmyslová odpadní voda
Předpokládejme, že průmyslová čistírna odpadních vod musí produkovat:
Převeďte denní průtok na litry za hodinu:
500 m³/den × 1,000 = 500,000 L/day
500 000 ÷ 24 = 20 833 l/h
Teoretická plocha membrány je pak:
20 833 l/h ÷ 12 l/m²·h = přibližně 1 736 m²
Toto je pouze první krok dimenzování. Konečná instalovaná oblast musí být také zkontrolována s ohledem na dostupnost filtrace, špičkový průtok, konfiguraci membránové řady, redundanci, velikost modulu, teplotu a rozpětí znečištění.
Praktické systémy jsou sestaveny z kompletních modulů a membránových vlaků a pro provozní flexibilitu a údržbu může být zapotřebí další instalovaná plocha.
Proč doba filtrace mění požadovanou oblast membrány
MBR nemusí nutně produkovat permeát nepřetržitě po dobu 24 hodin denně. Mnoho systémů střídá filtraci s relaxací nebo zpětným proplachem.
Zvažte jednoduchý cyklus:
Dostupnost filtrace je:
10 ÷ 11 = 90,9 %
Pokud závod musí dosáhnout čisté produkce ekvivalentní 10 LMH, ale membrána filtruje pouze 90,9 % času, požadovaný tok během aktivní filtrace se stane:
10 ÷ 0,909 = přibližně 11,0 LMH hrubý filtrační tok
Pokud dodatečné zpětné proplachování, údržba nebo offline čištění sníží celkovou dostupnost membrány na 85 %, pak:
10 ÷ 0,85 = 11,76 LMH
To je důvod, proč dva projekty MBR, oba popsané jako provozované na „15 LMH“, mohou mít ve skutečnosti odlišné požadavky na membrány. Jeden může znamenat 15 LMH během aktivní filtrace, zatímco jiný může znamenat 15 LMH čistou produkci po odstávce.
Bez tohoto objasnění mohou být srovnání mezi dodavateli membrán zavádějící.
Průměrný průtok nestačí: Zkontrolujte špičkový průtok a vyrovnání
Průměrný denní průtok je užitečný pro předběžné dimenzování membrány, ale nepopisuje, jak odpadní voda během dne přichází do závodu.
Závod s průměrem 1 000 m³/den nemusí nutně dostávat konstantních 41,7 m³/h. Plány průmyslové výroby, městské ranní a večerní špičky, vypouštění šarží, dešťové srážky a čištění mohou vytvořit mnohem vyšší hodinový průtok.
Pokud je plocha membrány navržena pouze kolem průměru, mohou špičkové hydraulické podmínky posunout okamžitý provozní tok daleko nad zamýšlený rozsah.
Vyrovnání může snížit požadavky na špičkovou membránu
Vyrovnávací nádrž může ukládat odpadní vodu během špiček a postupně ji uvolňovat do biologického a membránového systému. To může snížit rozdíl mezi průměrnou a špičkovou potřebou filtrace.
Tam, kde je ekvalizace omezená, by měli konstruktéři zkontrolovat:
- maximální denní průtok;
- špičkový hodinový tok;
- dostupné membránové vlaky;
- přípustný krátkodobý špičkový tok;
- maximální přijatelný TMP;
- požadovaná rezervní kapacita.
Správná otázka tedy nezní jednoduše: "Jaký je průměrný průtok?"
je to: "Jaký průtok budou vlastně muset membrány zpracovat po vyrovnání?"
Typ odpadní vody mění tok, pro který byste měli navrhnout
Jediný univerzální návrhový tok nelze aplikovat na každý projekt MBR. Udržitelný tok silně závisí na složení odpadních vod a biologických provozních podmínkách.
Komunální odpadní vody se stabilním předčištěním a vyváženými biologickými podmínkami se mohou chovat velmi odlišně od potravinářských odpadních vod obsahujících mastnotu, textilních odpadních vod obsahujících povrchově aktivní látky nebo průmyslových odpadních vod s vysokou salinitou a proměnlivým organickým zatížením.
| Stav odpadních vod | Pravděpodobný dopad na udržitelný tok | Hlavní důvod |
|---|---|---|
| Stabilní komunální odpadní voda | Základní linie | Relativně předvídatelné biologické vlastnosti a charakteristiky pevných látek |
| Vysoký obsah oleje a tuku | Obvykle nižší | Větší potenciál znečištění membrány |
| Vysoká MLSS nebo viskozita | Obvykle nižší | Vyšší odolnost proti přenosu hmoty a filtraci |
| Vysoký EPS / SMP | Obvykle nižší | Vyšší sklon k organickému znečištění |
| Nízká teplota odpadní vody | Obvykle nižší | Vyšší viskozita a nižší propustnost |
| Silná předúprava | Stabilnější | Snižte zatížení pevných látek, mastnoty a nečistot |
| Dobré vyrovnání průtoku | Stabilnější | Snížené hydraulické špičky |
To je důvod, proč by dimenzování membrány mělo začínat charakterizací odpadní vody spíše než katalogem membrán.
Pro obtížné průmyslové odpadní vody může konzervativnější návrhový tok poskytnout cennou provozní rezervu, i když zpočátku vyžaduje větší plochu membrány.
Teplota, MLSS a znečištění mění skutečný provozní tok
Teplota
Viskozita vody se zvyšuje s klesající teplotou. V důsledku toho může stejná membrána provozovaná při stejném TMP produkovat méně permeátu během chladnějších podmínek.
Membránový systém navržený pouze na základě údajů pro uvedení do provozu za teplého počasí může proto v zimě narazit na kapacitní problémy.
MLSS
Vyšší MLSS může zvýšit množství biomasy zadržené v reaktoru, ale velmi vysoká koncentrace směsného louhu také zvyšuje viskozitu a může zhoršit podmínky membránového přenosu hmoty. To může zvýšit odolnost vrstvy koláče a požadavek na praní vzduchu.
EPS a SMP
Extracelulární polymerní látky a rozpustné mikrobiální produkty jsou důležitými přispěvateli k organickému zanášení membrán. Jejich koncentrace se může měnit v závislosti na zatížení, stáří kalu, teplotě, bilanci živin a biologickém stresu.
Transmembránový tlak
TMP poskytuje jeden z nejjasnějších provozních indikátorů stavu membrány.
Může se tedy zdát, že systém si zachovává konstrukční kapacitu, zatímco postupně ztrácí účinnost membrány. Je-li k udržení stejného toku požadována stále vyšší TMP, může se zvýšit i potřeba čištění a spotřeba energie.
Proč navrhování při maximálním toku obvykle stojí více později
Vysoký designový tok je atraktivní při sestavování rozpočtu projektu, protože snižuje množství požadované plochy membrány.
Vyšší designový tok
- Méně instalovaná plocha membrány
- Méně membránových modulů
- Potenciálně menší membránová nádrž
- Nižší počáteční membránové CAPEX
Ale menší provozní marže
- Rychlejší nárůst TMP
- Větší riziko znečištění
- Častější čištění
- Vyšší požadavek na praní vzduchu
- Menší rezerva pro špičkový průtok
- Větší zimní kapacitní riziko
Nižší konstrukční tok vyžaduje větší plochu membrány, ale může zajistit delší filtrační cykly, pomalejší postup zanášení, nižší namáhání během hydraulických špiček a větší flexibilitu, jak membrána stárne.
Dimenzování membrán by mělo vyvážit počáteční náklady modulu a provzdušňování, čištění, prostoje, četnost výměny, odolnost vůči špičkovému průtoku a dlouhodobou provozní stabilitu.
Správně převeďte požadovanou oblast membrány na počet modulů
Jakmile je požadovaná plocha membrány vypočtena, musí být převedena na skutečné membránové moduly.
Předpokládejme, že konečná požadovaná plocha membrány je:
Protože nelze instalovat dílčí moduly, absolutní minimum by bylo 57 modulů. Konečný technický výběr však může být 60 modulů v závislosti na uspořádání stojanu, uspořádání membránového vlaku, požadavcích na redundanci, dostupném prostoru v nádrži a strategii údržby.
Množství modulu by proto mělo vzít v úvahu:
- zaokrouhlení celého modulu;
- geometrie stojanu nebo kazety;
- počet membránových vlaků;
- izolace během údržby;
- požadavky na pohotovostní režim nebo redundanci;
- budoucí rozšíření závodu;
- dostupné rozměry membránové nádrže;
- uspořádání pro čištění vzduchu.
Praktický kontrolní seznam velikosti membrány MBR
Před vyžádáním nabídky membrány MBR by měli kupující a inženýři připravit dostatek údajů pro dodavatele, aby mohl vyhodnotit biologické i membránové podmínky.
Průtok
- Průměrný denní průtok
- Maximální denní průtok
- Špičkový hodinový průtok
- Dostupná hlasitost vyrovnání
Odpadní voda
- COD a BSK
- TSS
- NH4-N a TN
- Olej a tuk
- Rozsah provozních teplot
Biologický systém
- MLSS
- SRT
- Objem biologického reaktoru
- Aktuální konfigurace procesu
Provoz membrány
- Cílový čistý tok
- Filtrace / relaxation cycle
- Strategie zpětného proplachu
- Očekávaný rozsah TMP
- Požadavek na čištění vzduchu
Požadavky na projekt
- Požadovaná kvalita odpadních vod
- Stávající rozměry membránové nádrže
- Požadavky na redundanci
- Budoucí rozšíření kapacity
- Dostupná instalační plocha
S těmito informacemi lze plochu membrány vypočítat z reálných provozních podmínek spíše než z jediné katalogové hodnoty toku.
Potřebujete vypočítat plochu membrány MBR?
NIHAO může pomoci vyhodnotit plochu membrány a množství modulu na základě vašeho skutečného průtoku odpadní vody, špičkových podmínek, charakteristik odpadní vody, teploty, biologického procesu, cíle odtoku a dostupného prostoru membránové nádrže.
Pošlete nám svůj průměrný a špičkový průtok, CHSK/BOD, TSS, čpavek, provozní teplotu, požadovanou kvalitu odpadní vody a rozměry nádrže. Můžeme doporučit vhodnou konfiguraci membrány a připravit nabídku membrány MBR pro váš projekt.
Často kladené otázky
Jaký je rozdíl mezi návrhovým tokem a provozním tokem v MBR?
Návrhový tok je technická hodnota vybraná pro dimenzování membrány, zatímco provozní tok je skutečná rychlost filtrace během provozu zařízení. Provozní tok se může měnit s průtokem, TMP, teplotou, znečištěním a dostupností membrány.
Měla by se plocha membrány MBR vypočítat pomocí hrubého nebo čistého toku?
Plocha membrány by měla být normálně založena na správně zvoleném čistém návrhovém toku nebo na výpočtu hrubého toku, který výslovně zohledňuje dostupnost filtrace, relaxaci, zpětné proplachování a další prostoje.
Jak vypočítáte požadovanou plochu membrány MBR?
Základní rovnicí je plocha membrány rovna požadovanému průtoku permeátu děleno zvoleným čistým návrhovým tokem. Výsledek by pak měl být zkontrolován na špičkový průtok, provozní dostupnost, redundanci a konfiguraci modulu.
Zvyšuje relaxace a zpětné proplachování potřebnou plochu membrány?
Ano. Když membrány nefiltrují nepřetržitě, musí aktivní filtrační periody produkovat dostatek permeátu k dosažení požadovaného denního čistého výkonu. Nižší dostupnost filtrace obecně zvyšuje plochu membrány nebo požadovaný hrubý provozní tok.
Měl by být MBR dimenzován pro průměrný průtok nebo špičkový průtok?
Průměrný průtok se běžně používá pro počáteční dimenzování, ale musí být také zkontrolován špičkový průtok. Vyrovnání může snížit požadavky na špičkovou filtraci. Bez dostatečného vyrovnání musí být plocha instalované membrány schopna zvládnout vyšší krátkodobý průtok v rámci povoleného rozsahu špičkových toků.
Jak teplota odpadní vody ovlivňuje tok membrány MBR?
Nižší teplota zvyšuje viskozitu vody a obecně snižuje propustnost membrány. Systémy navržené pouze pro teplé provozní podmínky mohou mít proto v zimě menší kapacitu.
Snižuje vyšší MLSS udržitelný tok membrány?
Může. Vyšší MLSS zvyšuje viskozitu směsného louhu a může zvýšit odolnost vůči filtraci, vytváření koláčové vrstvy a požadavky na praní vzduchu. Účinek závisí na vlastnostech kalu a celkovém biologickém procesu.
Proč by maximální membránový tok neměl být použit přímo pro dimenzování systému?
Maximální tok obvykle představuje horní nebo krátkodobý stav a nemusí zahrnovat zanášení, kolísání teploty, relaxaci, zpětné proplachování, stárnutí membrány nebo rezervu špičkového průtoku. Kontinuální projektování na této hodnotě může ponechat velmi malou provozní rezervu.
Kolik volné membránové plochy by měl systém MBR zahrnovat?
Univerzální procento neexistuje. Volná kapacita závisí na variabilitě odpadních vod, požadavcích na redundanci, uspořádání membránového vlaku, očekávaném znečištění, strategii údržby, sezónní teplotě a budoucích potřebách rozšíření.
Jak převedu požadovanou plochu membrány na počet modulů MBR?
Vydělte požadovanou plochu membrány plochou membrány jednoho modulu a zaokrouhlete na celé množství modulu. Konečný výběr by měl také vzít v úvahu uspořádání stojanu, membránové vlaky, redundanci, izolaci údržby a dostupné místo v nádrži.
Angličtina
عربي
španělština
