Одной из наиболее распространенных ошибок при проектировании мембранного биореактора является разделение потока сточных вод непосредственно на самый высокий поток, указанный в технических характеристиках мембраны. Расчет выглядит просто, но может существенно занижать площадь мембраны, необходимую для стабильной длительной работы. Расчетный поток, рабочий поток, общий поток фильтрации, чистый поток и пиковый поток описывают различные рабочие условия. Понимание этих различий важно при определении размера площади мембраны MBR, сравнении модулей и оценке стоимости жизненного цикла.
Почему площадь мембраны MBR часто бывает недостаточной
Основное уравнение определения размера мембраны выглядит простым:
Проблема не в уравнении. Проблема заключается в значении, используемом для потока.
В технических характеристиках мембраны могут быть указаны проницаемость для чистой воды, рекомендуемый рабочий поток, максимальный поток или значения производительности, измеренные в конкретных условиях испытаний. Эти значения не обязательно отражают устойчивую чистую производительность полномасштабной установки MBR для очистки реальных сточных вод.
Реальная работа MBR включает периоды, когда пермеат не производится. Мембраны могут быть ослаблены, промыты, подвергнуты химической очистке, изолированы для технического обслуживания или эксплуатироваться с производительностью ниже номинальной из-за температуры, загрязнения, гидравлических пиков или нестабильности процесса.
Мембранная система, размер которой рассчитан только с учетом оптимистичного максимального потока, может приемлемо работать во время ввода в эксплуатацию, но имеет небольшой резерв при падении температуры сточных вод, изменении характеристик смешанного раствора или повышении устойчивости к загрязнению.
Площадь мембраны MBR должна основываться на устойчивом чистом производстве в ожидаемых условиях эксплуатации, а не просто на максимальном потоке, которого может достичь мембрана.
Расчетный поток, рабочий поток, общий поток и чистый поток: в чем разница?
Поток обычно выражается в литрах на квадратный метр в час или LMH. Хотя в нескольких расчетах MBR используется одна и та же единица измерения, значение значения потока может сильно различаться.
Проектный поток
Расчетный поток — это инженерное значение, выбранное при определении размера мембраны. Он должен отражать ожидаемые сточные воды, температуру, МЛСС, тенденцию к загрязнению, рабочий цикл, стратегию очистки и требуемый эксплуатационный запас.
Поэтому он обычно более консервативен, чем максимальный или кратковременный испытательный поток.
Рабочий поток
Рабочий поток – это фактическая скорость фильтрации во время работы установки:
Оно может меняться в течение дня в зависимости от требуемого расхода, наличия мембраны, TMP, температуры, состояния загрязнения и управления процессом.
Общий поток фильтрации
Общий поток обычно относится к потоку, когда мембрана активно фильтрует. Если мембрана фильтруется в течение десяти минут, а затем расслабляется в течение одной минуты, общий поток фильтрации действует только в течение этих десяти продуктивных минут.
Чистый поток
Чистый поток отражает фактическую добычу после учета периодов отсутствия фильтрации. Релаксация, обратная промывка, техническое обслуживание и другие простои уменьшают чистый объем очищенной воды, производимой на квадратный метр установки.
Пиковый поток
Пиковый поток – это более высокая кратковременная рабочая скорость, используемая во время гидравлических пиков. Это может быть полезно для временного спроса, но обычно его не следует рассматривать как постоянное расчетное условие.
| Термин потока | Что это означает | Использовать непосредственно для определения размера мембраны? |
|---|---|---|
| Флюс для чистой воды | Эффективность в контролируемых условиях воды с низким уровнем загрязнения | Нет |
| Максимальный поток | Верхнее тестовое или кратковременное рабочее значение | Нет |
| Общий поток фильтрации | Флюс при активном производстве пермеата | Нетt by itself |
| Чистый расчетный поток | Учитывается поток производительности после простоя в эксплуатации. | Да, при правильном выборе |
| Нетrmal Operating Flux | Фактическая стандартная скорость фильтрации в эксплуатации | Используется для проверки конструкции |
| Пиковый поток | Кратковременное состояние высокого потока | Используется для проверки пикового расхода. |
Правильный расчет площади мембраны начинается с чистого производства воды
Исходное уравнение остается:
Единицы должны быть последовательными. Если поток выражается в литрах в час, а поток в LMH, результатом будут квадратные метры площади мембраны.
Пример: 500 м³/день промышленных сточных вод.
Предположим, что станция промышленных сточных вод должна производить:
Переведем суточный расход в литры в час:
500 м³/день × 1,000 = 500,000 L/day
500 000 ÷ 24 = 20 833 л/ч
Тогда теоретическая площадь мембраны составит:
20 833 л/ч ÷ 12 л/м²·ч = примерно 1 736 м²
Это только первый шаг по определению размера. Окончательную установленную площадь также необходимо проверить на предмет наличия фильтрации, пикового расхода, конфигурации мембранной группы, резервирования, размера модуля, температуры и предела загрязнения.
Практичные системы собираются из полных модулей и мембранных цепочек, и для обеспечения эксплуатационной гибкости и обслуживания может потребоваться дополнительная установленная площадь.
Почему время фильтрации меняет необходимую площадь мембраны
MBR не обязательно производит пермеат непрерывно в течение 24 часов в сутки. Многие системы чередуют фильтрацию с релаксацией или обратной промывкой.
Рассмотрим простой цикл:
Наличие фильтрации:
10 ÷ 11 = 90,9%
Если установка должна достичь чистой производительности, эквивалентной 10 LMH, но мембранные фильтры используются только 90,9% времени, требуемый поток во время активной фильтрации будет равен:
10 ÷ 0,909 = примерно 11,0 Общий поток фильтрации LMH
Если дополнительная обратная промывка, техническое обслуживание или автономная очистка снижают общую эксплуатационную готовность мембраны до 85 %, то:
10 ÷ 0,85 = 11,76 ЛМГ
Вот почему два проекта MBR, оба описанные как работающие на «15 LMH», на самом деле могут иметь разные требования к мембранам. Одно может означать 15 LMH во время активной фильтрации, а другое может означать 15 чистых выработок LMH после простоя.
Без этого разъяснения сравнение поставщиков мембран может ввести в заблуждение.
Среднего расхода недостаточно: проверьте пиковый расход и выравнивание.
Среднесуточный расход полезен для предварительного определения размера мембраны, но он не описывает, как сточные воды поступают на установку в течение дня.
Завод со средней производительностью 1000 м³/день не обязательно получает постоянные 41,7 м³/час. Графики промышленного производства, муниципальные утренние и вечерние пики, разгрузка партий, осадки и операции по очистке могут привести к гораздо более высокому часовому потоку.
Если площадь мембраны рассчитана только на среднюю величину, пиковые гидравлические условия могут привести к тому, что мгновенный рабочий поток значительно превысит предполагаемый диапазон.
Выравнивание может снизить пиковую потребность в мембране
Уравнительный резервуар может хранить сточные воды в периоды пиковой нагрузки и более постепенно высвобождать их в биологическую и мембранную систему. Это может уменьшить разницу между средней и пиковой потребностью в фильтрации.
Если выравнивание ограничено, проектировщикам следует проверить:
- максимальный суточный расход;
- пиковый часовой поток;
- доступные мембранные поезда;
- допустимый кратковременный пиковый поток;
- максимально допустимое ТМР;
- требуемая резервная мощность.
Поэтому правильный вопрос заключается не просто в следующем: «Каков средний расход?»
Это: «Какой поток на самом деле придется обрабатывать мембранам после выравнивания?»
Тип сточных вод меняет поток, для которого следует проектировать
Один универсальный расчетный флюс не может быть применен к каждому проекту MBR. Устойчивый поток сильно зависит от состава сточных вод и биологических условий эксплуатации.
Муниципальные сточные воды со стабильной предварительной очисткой и сбалансированными биологическими условиями могут вести себя совсем иначе, чем сточные воды пищевой промышленности, содержащие жир, сточные воды текстильной промышленности, содержащие поверхностно-активные вещества, или промышленные сточные воды с высокой минерализацией и переменным содержанием органических веществ.
| Состояние сточных вод | Вероятное влияние на устойчивый поток | Основная причина |
|---|---|---|
| Стабильные городские сточные воды | Базовый уровень | Относительно предсказуемые биологические характеристики и характеристики твердых веществ |
| Высокое содержание масла и смазки | Обычно ниже | Повышенный потенциал загрязнения мембраны |
| Высокий МЛСС или вязкость | Обычно ниже | Повышенное сопротивление массообмену и фильтрации. |
| Высокая прибыль на акцию/SMP | Обычно ниже | Повышенная склонность к органическому загрязнению |
| Низкая температура сточных вод | Обычно ниже | Более высокая вязкость и более низкая проницаемость |
| Сильная предварительная обработка | Более стабильный | Снижение содержания твердых частиц, жира и загрязнений |
| Хорошее выравнивание потока | Более стабильный | Снижение гидравлических пиков |
Вот почему подбор мембраны следует начинать с определения характеристик сточных вод, а не с составления каталога мембран.
Для сложных промышленных сточных вод более консервативная конструкция флюса может обеспечить ценный эксплуатационный запас, даже если первоначально для этого потребуется большая площадь мембраны.
Температура, MLSS и загрязнение изменяют реальный рабочий поток
Температура
Вязкость воды увеличивается при понижении температуры. В результате одна и та же мембрана, работающая при одном и том же TMP, может производить меньше пермеата в более холодных условиях.
Поэтому мембранная система, спроектированная только на основе данных о вводе в эксплуатацию в теплую погоду, может столкнуться с проблемами производительности зимой.
MLSS
Более высокий MLSS может увеличить количество биомассы, удерживаемой в реакторе, но очень высокая концентрация смешанной жидкости также увеличивает вязкость и может ухудшить условия мембранного массообмена. Это может увеличить сопротивление слоя корка и потребность в очистке воздухом.
прибыль на акцию и СМП
Внеклеточные полимерные вещества и растворимые микробные продукты вносят важный вклад в органическое загрязнение мембран. Их концентрация может меняться в зависимости от нагрузки, возраста ила, температуры, баланса питательных веществ и биологического стресса.
Трансмембранное давление
TMP обеспечивает один из самых четких рабочих индикаторов состояния мембраны.
Таким образом, может показаться, что система сохраняет проектную мощность, но при этом постепенно теряет эффективность мембраны. Если для поддержания того же потока требуется все более высокое TMP, требования к очистке и энергопотребление также могут возрасти.
Почему проектирование с максимальным потоком обычно обходится дороже в дальнейшем
Высокий расчетный поток привлекателен при составлении бюджета проекта, поскольку он уменьшает требуемую площадь мембраны.
Более высокий расчетный поток
- Меньшая площадь установленной мембраны
- Меньше мембранных модулей
- Мембранный бак потенциально меньшего размера.
- Нижние первоначальные капитальные затраты на мембрану
Но меньшая операционная маржа
- Более быстрое увеличение TMP
- Повышенный риск загрязнения
- Более частая уборка
- Повышенная потребность в очистке воздуха
- Меньший резерв для пикового расхода
- Повышенный риск зимней мощности
Более низкий расчетный поток требует большей площади мембраны, но может обеспечить более длительные циклы фильтрации, более медленное развитие загрязнения, меньшую нагрузку во время гидравлических пиков и большую гибкость по мере старения мембраны.
При выборе размера мембраны следует сбалансировать первоначальную стоимость модуля с учетом аэрации, очистки, времени простоя, частоты замены, устойчивости к пиковому расходу и долгосрочной стабильности работы.
Правильно конвертируйте необходимую площадь мембраны в количество модулей
После расчета требуемой площади мембраны ее необходимо преобразовать в реальные мембранные модули.
Предположим, что конечная требуемая площадь мембраны равна:
Поскольку частичные модули не могут быть установлены, абсолютный минимум составит 57 модулей. Однако окончательный инженерный выбор может составлять 60 модулей в зависимости от расположения стоек, компоновки мембранной цепи, требований к резервированию, доступного пространства в резервуаре и стратегии обслуживания.
Поэтому количество модулей должно учитывать:
- полномодульное округление;
- геометрия стойки или кассеты;
- количество мембранных поездов;
- изоляция во время технического обслуживания;
- требования к резервированию или резервированию;
- будущее расширение завода;
- доступные размеры мембранного бака;
- схема очистки воздуха.
Практический контрольный список для определения размера мембраны MBR
Прежде чем запросить расценки на мембрану MBR, покупатели и инженеры должны подготовить достаточно данных, чтобы поставщик мог оценить как биологические, так и мембранные условия.
Поток
- Средний дневной поток
- Максимальный суточный расход
- Пиковый часовой расход
- Доступная громкость эквализации
Сточные воды
- ХПК и БПК
- ТСС
- NH₄-N и TN
- Масло и смазка
- Диапазон рабочих температур
Биологическая система
- MLSS
- СТО
- Объем биологического реактора
- Текущая конфигурация процесса
Мембранная операция
- Целевой чистый поток
- Фильтрация / relaxation cycle
- Стратегия обратной промывки
- Ожидаемый диапазон TMP
- Требование к очистке воздуха
Требования к проекту
- Требуемое качество стоков
- Размеры существующих мембранных баков
- Требования к резервированию
- Будущее расширение мощностей
- Доступная площадь установки
Имея эту информацию, площадь мембраны можно рассчитать на основе реальных условий эксплуатации, а не на основе одного значения потока из каталога.
Нужно рассчитать площадь мембраны MBR?
NIHAO может помочь оценить площадь мембраны и количество модулей на основе фактического расхода сточных вод, пиковых условий, характеристик сточных вод, температуры, биологического процесса, целевого объекта сточных вод и доступного места в мембранном резервуаре.
Отправьте нам свой средний и пиковый расход, ХПК/БПК, TSS, аммиак, рабочую температуру, требуемое качество сточных вод и размеры резервуара. Мы можем порекомендовать подходящую конфигурацию мембраны и подготовить коммерческое предложение на мембрану MBR для вашего проекта.
Часто задаваемые вопросы
В чем разница между расчетным потоком и рабочим потоком в MBR?
Расчетный поток – это инженерное значение, выбранное для определения размера мембраны, а рабочий поток – это фактическая скорость фильтрации во время работы установки. Рабочий поток может меняться в зависимости от расхода, TMP, температуры, загрязнения и доступности мембраны.
Следует ли рассчитывать площадь мембраны MBR с использованием валового или чистого потока?
Площадь мембраны обычно следует рассчитывать на основе правильно выбранного чистого расчетного потока или на расчете общего потока, который явно учитывает доступность фильтрации, релаксацию, обратную промывку и другие простои.
Как рассчитать необходимую площадь мембраны MBR?
Основное уравнение: площадь мембраны равна требуемому потоку пермеата, деленному на выбранный чистый расчетный поток. Затем результат следует проверить на предмет пикового расхода, эксплуатационной готовности, резервирования и конфигурации модуля.
Увеличивают ли релаксация и обратная промывка требуемую площадь мембраны?
Да. Когда мембраны не фильтруют непрерывно, периоды активной фильтрации должны производить достаточное количество пермеата для достижения необходимой ежедневной чистой производительности. Меньшая доступность фильтрации обычно увеличивает площадь мембраны или требуемый валовой рабочий поток.
Какой размер MBR должен быть рассчитан на средний или пиковый расход?
Средний расход обычно используется для первоначального определения размера, но необходимо также проверить пиковый расход. Выравнивание может снизить пиковую потребность в фильтрации. Без достаточного выравнивания установленная площадь мембраны должна быть способна выдерживать более высокий кратковременный поток в пределах допустимого диапазона пикового потока.
Как температура сточных вод влияет на поток мембраны MBR?
Более низкая температура увеличивает вязкость воды и, как правило, снижает проницаемость мембраны. Поэтому системы, спроектированные только для теплых условий эксплуатации, могут иметь меньшую производительность зимой.
Снижает ли более высокий MLSS устойчивый мембранный поток?
Он может. Более высокий MLSS увеличивает вязкость смешанного раствора и может повысить сопротивление фильтрации, образование слоя осадка и требования к очистке воздухом. Эффект зависит от характеристик ила и общего биологического процесса.
Почему максимальный поток мембраны не следует использовать непосредственно для определения размера системы?
Максимальный поток обычно представляет собой верхнее или кратковременное состояние и не может включать в себя загрязнение, изменение температуры, релаксацию, обратную промывку, старение мембраны или резерв пикового расхода. Постоянное проектирование с таким значением может оставить очень небольшую операционную прибыль.
Какую запасную площадь мембраны должна включать система MBR?
Универсального процента не существует. Резервная мощность зависит от изменчивости сточных вод, требований к резервированию, расположения мембранных цепей, ожидаемого загрязнения, стратегии технического обслуживания, сезонной температуры и будущих потребностей в расширении.
Как преобразовать необходимую площадь мембраны в количество модулей MBR?
Разделите требуемую площадь мембраны на площадь мембраны одного модуля и округлите до полного количества модуля. Окончательный выбор также должен учитывать расположение стеллажей, мембранные линии, резервирование, изоляцию для технического обслуживания и доступное пространство в резервуарах.
Английский
عربي
испанский
