Yksi yleisimmistä virheistä kalvobioreaktorin suunnittelussa on jakaa jätevesivirtaus suoraan suurimmalla vuolla, joka näkyy kalvotietolomakkeessa. Laskelma näyttää yksinkertaiselta, mutta se voi merkittävästi aliarvioida vakaan ja pitkäaikaisen toiminnan vaatiman kalvoalueen. Suunnitteluvirta, käyttövirta, bruttosuodatusvirta, nettovirta ja huippuvirta kuvaavat erilaisia käyttöolosuhteita. Näiden erojen ymmärtäminen on välttämätöntä MBR-kalvon kokoa määritettäessä, moduuleja vertailtaessa ja elinkaarikustannuksia arvioitaessa.
Miksi MBR-kalvoalue on usein alimitoitettu
Peruskalvon kokoyhtälö näyttää yksinkertaiselta:
Ongelma ei ole yhtälö. Ongelmana on vuon arvo.
Kalvotiedot voivat sisältää puhtaan veden läpäisevyyden, suositellun käyttövirran, maksimivuon tai tietyissä testiolosuhteissa mitattuja suorituskykyarvoja. Nämä arvot eivät välttämättä edusta todellista jätevettä käsittelevän täysimittaisen MBR:n kestävää nettotuotantonopeutta.
Todellinen MBR-toiminta sisältää jaksot, jolloin permeaattia ei tuoteta. Kalvot voidaan rentoutua, pestä takaisin, puhdistaa kemiallisesti, eristää huoltoa varten tai käyttää alle nimelliskapasiteetin lämpötilan, likaantumisen, hydraulisten piikkien tai prosessin epävakauden vuoksi.
Kalvojärjestelmä, joka on mitoitettu vain optimistisen maksimivuon mukaan, voi toimia hyväksyttävästi käyttöönoton aikana, mutta sillä on vähän reserviä, kun jäteveden lämpötila laskee, sekalipeän ominaisuudet muuttuvat tai likaantumiskestävyys alkaa kasvaa.
MBR-kalvon pinta-alan tulisi perustua kestävään nettotuotantoon odotetuissa käyttöolosuhteissa, ei pelkästään korkeimpaan vuotoon, jonka kalvo voi saavuttaa.
Suunnitteluvuo, käyttövirta, bruttovirta ja nettovirta: mikä on ero?
Flux ilmaistaan tavallisesti litroina neliömetriä kohti tunnissa tai LMH:na. Vaikka useat MBR-laskelmat käyttävät samaa yksikköä, vuon arvon merkitys voi olla hyvinkin erilainen.
Design Flux
Suunnitteluvirta on kalvon mitoituksen aikana valittu tekninen arvo. Sen tulee heijastaa odotettua jätevettä, lämpötilaa, MLSS:ää, likaantumistaipumusta, käyttösykliä, puhdistusstrategiaa ja vaadittua käyttömarginaalia.
Siksi se on yleensä konservatiivisempi kuin maksimi tai lyhytaikainen testivirta.
Käyttövirtaus
Käyttövirta on todellinen suodatusnopeus laitoksen käytön aikana:
Se voi muuttua päivän aikana riippuen virtauksen tarpeesta, kalvon saatavuudesta, TMP:stä, lämpötilasta, likaantumisolosuhteista ja prosessin ohjauksesta.
Bruttosuodatusvirtaus
Bruttovirta viittaa yleensä virtaukseen, kun kalvo suodattaa aktiivisesti. Jos kalvo suodattaa kymmenen minuuttia ja sitten rentoutuu minuutin ajan, bruttosuodatusvirtaus on voimassa vain näiden kymmenen tuottominuutin aikana.
Nettovirta
Nettovirta heijastaa todellista tuotantoa suodattamattomien jaksojen jälkeen. Rentoutuminen, vastahuuhtelu, huolto ja muut seisokit vähentävät puhdistetun veden nettomäärää asennettua neliömetriä kohti.
Huippuvuo
Huippuvuo on korkeampi lyhytaikainen käyttönopeus, jota käytetään hydraulisten huippujen aikana. Se voi olla hyödyllinen tilapäiseen kysyntään, mutta sitä ei yleensä pitäisi käsitellä jatkuvana suunnitteluehtona.
| Flux Term | Mitä se edustaa | Käytätkö suoraan kalvon mitoittamiseen? |
|---|---|---|
| Puhtaan veden virtaus | Suorituskyky kontrolloiduissa, vähän likaantuvissa vesiolosuhteissa | Ei |
| Maksimivirtaus | Ylempi testi tai lyhytaikainen käyttöarvo | Ei |
| Bruttosuodatusvirtaus | Virtaus, kun permeaatin tuotanto on aktiivinen | Eit by itself |
| Net Design Flux | Tuotantovirta käyttökatkon jälkeen otetaan huomioon | Kyllä, oikein valittuna |
| Eirmal Operating Flux | Todellinen rutiinisuodatusnopeus käytössä | Käytetään suunnittelun tarkistamiseen |
| Huippuvuo | Lyhytaikainen korkeavirtaustila | Käytetään huippuvirtauksen tarkistukseen |
Oikean kalvoalueen laskenta alkaa nettoveden tuotannosta
Aloitusyhtälö pysyy:
Yksiköiden tulee olla johdonmukaisia. Jos virtaus ilmaistaan litroina tunnissa ja virtaus LMH:na, tuloksena on neliömetriä kalvoalaa.
Esimerkki: 500 m³/vrk Teollisuuden jätevesi
Oletetaan, että teollisuuden jätevesilaitoksen on tuotettava:
Muunna päivittäinen virtaus litroiksi tunnissa:
500 m³/päivä × 1,000 = 500,000 L/day
500 000 ÷ 24 = 20 833 l/h
Teoreettinen kalvopinta-ala on sitten:
20 833 l/h ÷ 12 l/m²·h = noin 1 736 m²
Tämä on vasta ensimmäinen mitoitusvaihe. Lopullinen asennettu alue on myös tarkistettava suodatuksen saatavuuden, huippuvirtauksen, kalvojonon kokoonpanon, redundanssin, moduulin koon, lämpötilan ja likaantumismarginaalin suhteen.
Käytännön järjestelmät kootaan kokonaisista moduuleista ja kalvosarjoista, ja toiminnan joustavuuden ja ylläpidon vuoksi voidaan tarvita lisää asennettua aluetta.
Miksi suodatusaika muuttaa vaadittua kalvoaluetta
MBR ei välttämättä tuota permeaattia jatkuvasti 24 tuntia vuorokaudessa. Monet järjestelmät vuorottelevat suodatuksen rentoutumisen tai vastapesun kanssa.
Harkitse yksinkertaista sykliä:
Suodattimen saatavuus on:
10 ÷ 11 = 90,9 %
Jos laitoksen on saavutettava nettotuotanto, joka vastaa 10 LMH:ta, mutta kalvo suodattaa vain 90,9 % ajasta, vaadittava virtaus aktiivisen suodatuksen aikana on:
10 ÷ 0,909 = noin 11,0 LMH:n bruttosuodatusvirta
Jos ylimääräinen vastapesu, huolto tai offline-puhdistus vähentää kalvon kokonaiskäytettävyyttä 85 prosenttiin, niin:
10 ÷ 0,85 = 11,76 LMH
Tästä syystä kahdella MBR-projektilla, jotka molemmat on kuvattu toimiviksi "15 LMH":ssa, voivat itse asiassa olla erilaiset kalvovaatimukset. Toinen voi tarkoittaa 15 LMH:ta aktiivisen suodatuksen aikana, kun taas toinen voi tarkoittaa 15 LMH:n nettotuotantoa seisokkien jälkeen.
Ilman tätä selvennystä kalvotoimittajien vertailut voivat olla harhaanjohtavia.
Keskimääräinen virtaus ei riitä: Tarkista huippuvirtaus ja tasaus
Keskimääräinen päivävirtaus on hyödyllinen alustavassa kalvomittauksessa, mutta se ei kuvaa sitä, miten jätevesi saapuu laitokselle päivän aikana.
Keskimääräinen 1000 m³/vrk laitos ei välttämättä saa vakiota 41,7 m³/h. Teollisuuden tuotantoaikataulut, kunnalliset aamu- ja iltahuiput, eräpurkaus, sademäärä ja puhdistustoimet voivat luoda paljon suuremman tuntivirran.
Jos kalvon pinta-ala on suunniteltu vain keskiarvon ympärille, huippuhydrauliset olosuhteet voivat nostaa hetkellisen käyttövuon selvästi aiotun alueen yläpuolelle.
Tasoitus voi vähentää huippukalvon tarvetta
Tasoitussäiliö voi varastoida jätevettä ruuhka-aikoina ja päästää sitä asteittaisesti biologiseen ja kalvojärjestelmään. Tämä voi pienentää eroa keskimääräisen ja huippusuodatustarpeen välillä.
Jos tasaus on rajoitettu, suunnittelijan tulee tarkistaa:
- suurin päivittäinen virtaus;
- huipputuntivirtaus;
- käytettävissä olevat kalvojunat;
- sallittu lyhytaikainen huippuvuo;
- suurin hyväksyttävä TMP;
- vaadittava varakapasiteetti.
Oikea kysymys ei siis ole yksinkertaisesti: "Mikä on keskimääräinen virtaus?"
Se on: "Mitä virtausta kalvojen on todella käsiteltävä tasauksen jälkeen?"
Jätevesityyppi muuttaa virtausta, johon sinun pitäisi suunnitella
Yhtä yleistä suunnitteluvuotetta ei voida soveltaa jokaiseen MBR-projektiin. Kestävä virtaus riippuu voimakkaasti jäteveden koostumuksesta ja biologisista käyttöolosuhteista.
Yhdyskuntajätevedet, joissa on stabiili esikäsittely ja tasapainoiset biologiset olosuhteet, voivat käyttäytyä hyvin eri tavalla kuin rasvapitoiset elintarvikejätevedet, pinta-aktiivisia aineita sisältävät tekstiilijätevedet tai teollisuuden jätevedet, joissa on korkea suolapitoisuus ja vaihteleva orgaaninen kuormitus.
| Jäteveden kunto | Todennäköinen vaikutus kestävään vuotoon | Pääsyy |
|---|---|---|
| Vakaa kunnallinen jätevesi | Perustaso | Suhteellisen ennustettavat biologiset ja kiintoaineominaisuudet |
| Korkea öljy- ja rasvapitoisuus | Yleensä alhaisempi | Suurempi kalvon likaantumispotentiaali |
| Korkea MLSS tai viskositeetti | Yleensä alhaisempi | Parempi massansiirto- ja suodatuskestävyys |
| Korkea EPS / SMP | Yleensä alhaisempi | Korkeampi orgaaninen likaantuminen |
| Matala jäteveden lämpötila | Yleensä alhaisempi | Korkeampi viskositeetti ja pienempi läpäisevyys |
| Vahva esikäsittely | Vakaampi | Pienempi kiintoaine-, rasva- ja likaantumiskuorma |
| Hyvä virtauksen tasaus | Vakaampi | Vähentyneet hydraulihuiput |
Tästä syystä kalvon mitoitus tulisi aloittaa jäteveden karakterisoinnilla kalvoluettelon sijaan.
Vaikeissa teollisuusjätevesissä konservatiivisempi suunnitteluvirtaus voi tarjota arvokkaan käyttökatteen, vaikka se vaatisi aluksi enemmän kalvoalaa.
Lämpötila, MLSS ja likaantuminen muuttavat todellista käyttövirtaa
Lämpötila
Veden viskositeetti kasvaa lämpötilan laskiessa. Tämän seurauksena sama kalvo, jota käytetään samalla TMP:llä, voi tuottaa vähemmän permeaattia kylmemmissä olosuhteissa.
Pelkästään lämpimän sään käyttöönottotietojen perusteella suunniteltu kalvojärjestelmä voi siksi kohdata kapasiteettiongelmia talvella.
MLSS
Korkeampi MLSS voi lisätä reaktoriin jäävän biomassan määrää, mutta erittäin korkea sekalipeän pitoisuus lisää myös viskositeettia ja voi huonontaa kalvon massansiirtoolosuhteita. Tämä voi lisätä kakkukerroksen vastusta ja ilman hankausta.
EPS ja SMP
Solunulkoiset polymeeriaineet ja liukoiset mikrobituotteet ovat tärkeitä orgaanisen kalvon likaantumisen aiheuttajia. Niiden pitoisuus voi muuttua kuormituksen, lietteen iän, lämpötilan, ravinnetasapainon ja biologisen stressin mukaan.
Transmembraaninen paine
TMP on yksi selkeimmistä kalvon kunnon indikaattoreista.
Tästä syystä järjestelmä voi näyttää säilyttävän suunnittelukapasiteetin samalla kun se menettää asteittain kalvon tehokkuutta. Jos saman virtauksen ylläpitämiseksi tarvitaan yhä korkeampaa TMP:tä, myös puhdistustarve ja energiankulutus voivat nousta.
Miksi maksimivuon suunnittelu maksaa yleensä enemmän myöhemmin
Suuri suunnitteluvuo on houkutteleva projektibudjetoinnin aikana, koska se vähentää tarvittavan kalvoalueen määrää.
Korkeampi suunnitteluvirta
- Vähemmän asennettua kalvoaluetta
- Vähemmän kalvomoduuleja
- Mahdollisesti pienempi kalvosäiliö
- Alempi alkukalvo CAPEX
Mutta pienempi käyttökate
- Nopeampi TMP-lisäys
- Suurempi likaantumisriski
- Siivous useammin
- Suurempi ilmanpuhdistuksen tarve
- Vähemmän reserviä huippuvirtaukselle
- Suurempi talvikapasiteettiriski
Pienempi suunnitteluvuo vaatii enemmän kalvoalaa, mutta se voi tarjota pidemmät suodatusjaksot, hitaamman likaantumisen etenemisen, pienemmän jännityksen hydraulisten huippujen aikana ja suuremman joustavuuden kalvon ikääntyessä.
Kalvon mitoituksen tulisi tasapainottaa moduulin alkuperäiset kustannukset ilmastuksen, puhdistuksen, seisokkien, vaihtotiheyden, huippuvirtauksen kimmoisuuden ja pitkän aikavälin toimintavakauden kanssa.
Muunna vaadittu kalvoalue moduulimääräksi oikein
Kun tarvittava kalvopinta-ala on laskettu, se on muutettava todellisiksi kalvomoduuleiksi.
Oletetaan, että lopullinen vaadittu kalvoalue on:
Koska osittaisia moduuleja ei voida asentaa, ehdoton vähimmäismäärä on 57 moduulia. Lopullinen suunnittelu voi kuitenkin olla 60 moduulia telinejärjestelyn, kalvo-junan sijoittelun, redundanssivaatimuksen, käytettävissä olevan säiliötilan ja huoltostrategian mukaan.
Siksi moduulien määrässä on otettava huomioon:
- täydellinen moduuli pyöristys;
- telineen tai kasetin geometria;
- kalvojunien määrä;
- eristäminen huollon aikana;
- valmius- tai redundanssivaatimukset;
- tulevaisuuden kasvien laajentaminen;
- saatavilla olevat kalvosäiliön mitat;
- ilmaa puhdistava asettelu.
Käytännön MBR-kalvon koon tarkistuslista
Ennen MBR-kalvotarjouksen pyytämistä ostajien ja suunnittelijoiden tulee valmistaa riittävästi tietoa, jotta toimittaja voi arvioida sekä biologisia että kalvon olosuhteita.
Flow
- Keskimääräinen päivittäinen virtaus
- Suurin päivittäinen virtaus
- Huipputuntivirtaus
- Käytettävissä oleva tasausäänenvoimakkuus
Jätevesi
- COD ja BOD
- TSS
- NH4-N ja TN
- Öljyä ja rasvaa
- Käyttölämpötila-alue
Biologinen järjestelmä
- MLSS
- SRT
- Biologinen reaktorin tilavuus
- Nykyinen prosessikokoonpano
Kalvon toiminta
- Tavoite nettovirta
- Suodatus / relaxation cycle
- Takaisinpesustrategia
- Odotettu TMP-alue
- Ilmanpuhdistusvaatimus
Projektin vaatimukset
- Vaadittu jäteveden laatu
- Nykyiset kalvosäiliön mitat
- Redundanssivaatimukset
- Tulevaisuuden kapasiteetin laajentaminen
- Saatavilla asennusjalanjälki
Näiden tietojen avulla kalvon pinta-ala voidaan laskea realistisista käyttöolosuhteista yhden luettelon vuoarvon sijaan.
Pitääkö MBR-kalvon pinta-ala laskea?
NIHAO voi auttaa arvioimaan kalvon pinta-alan ja moduulimäärän todellisen jätevesivirtauksen, huippuolosuhteiden, jäteveden ominaisuuksien, lämpötilan, biologisen prosessin, jäteveden kohteen ja käytettävissä olevan kalvosäiliötilan perusteella.
Lähetä meille keskimääräinen ja huippuvirtaus, COD/BOD, TSS, ammoniakki, käyttölämpötila, vaadittu jäteveden laatu ja säiliön mitat. Voimme suositella sopivaa kalvokokoonpanoa ja laatia MBR-kalvotarjouksen projektillesi.
Usein kysytyt kysymykset
Mitä eroa on suunnitteluvuon ja toimintavuon välillä MBR:ssä?
Suunnitteluvirta on kalvon mitoitukseen valittu tekninen arvo, kun taas käyttövirta on todellinen suodatusnopeus laitoksen käytön aikana. Käyttövirta voi muuttua virtauksen, TMP:n, lämpötilan, likaantumisen ja kalvon saatavuuden mukaan.
Pitäisikö MBR-kalvon pinta-ala laskea brutto- vai nettovuon avulla?
Kalvoalueen tulisi tavallisesti perustua oikein valittuun nettosuunnitteluvirtaan tai bruttovirtalaskelmaan, joka ottaa nimenomaisesti huomioon suodatuksen saatavuuden, rentoutumisen, vastahuuhtelun ja muut seisokit.
Kuinka lasket tarvittavan MBR-kalvon pinta-alan?
Perusyhtälö on kalvon pinta-ala, joka on yhtä suuri kuin vaadittu permeaattivirtaus jaettuna valitulla nettosuunnitteluvuolla. Tuloksesta tulee sitten tarkistaa huippuvirtaus, käytettävyys, redundanssi ja moduulin konfiguraatio.
Lisääkö rentoutuminen ja selkäpesu tarvittavaa kalvoalaa?
Kyllä. Kun kalvot eivät suodata jatkuvasti, aktiivisten suodatusjaksojen tulee tuottaa riittävästi permeaattia vaaditun päivittäisen nettomäärän saavuttamiseksi. Alhaisempi suodatuksen saatavuus lisää yleensä kalvon pinta-alaa tai tarvittavaa bruttokäyttövirtausta.
Pitäisikö MBR mitoittaa keskimääräiselle virtaukselle vai huippuvirtaukselle?
Keskimääräistä virtausta käytetään yleisesti alustavassa mitoituksessa, mutta myös huippuvirtaus on tarkistettava. Tasoitus voi vähentää huippusuodatuksen tarvetta. Ilman riittävää tasausta asennetun kalvoalueen on kyettävä käsittelemään suurempaa lyhytaikaista virtausta sallitulla huippuvuon alueella.
Miten jäteveden lämpötila vaikuttaa MBR-kalvon virtaukseen?
Alempi lämpötila lisää veden viskositeettia ja yleensä vähentää kalvon läpäisevyyttä. Vain lämpimiin käyttöolosuhteisiin suunnitellut järjestelmät voivat siksi olla vähemmän kapasiteettia talvella.
Vähentääkö korkeampi MLSS kestävää kalvovirtausta?
Se voi. Korkeampi MLSS lisää sekalipeän viskositeettia ja voi lisätä suodatuskestävyyttä, kakkukerroksen muodostusta ja ilmanpuhdistusvaatimuksia. Vaikutus riippuu lietteen ominaisuuksista ja yleisestä biologisesta prosessista.
Miksi suurinta kalvovuotetta ei pitäisi käyttää suoraan järjestelmän mitoittamiseen?
Maksimivirtaus edustaa yleensä ylempää tai lyhytaikaista tilaa, eikä se välttämättä sisällä likaantumista, lämpötilan vaihtelua, rentoutumista, vastahuuhtelua, kalvon vanhenemista tai huippuvirtausreserviä. Jatkuva suunnittelu tällä arvolla voi jättää hyvin pienen käyttökatteen.
Kuinka paljon ylimääräistä kalvoaluetta MBR-järjestelmän tulisi sisältää?
Ei ole olemassa universaalia prosenttiosuutta. Varakapasiteetti riippuu jäteveden vaihtelevuudesta, redundanssivaatimuksista, kalvojen järjestelystä, odotetusta likaantumisesta, huoltostrategiasta, vuodenajan lämpötilasta ja tulevista laajennustarpeista.
Kuinka muunnan vaaditun kalvoalueen MBR-moduulien lukumääräksi?
Jaa vaadittu kalvopinta-ala yhden moduulin kalvopinta-alalla ja pyöristä ylöspäin täydelliseen moduulimäärään. Lopullisessa valinnassa tulee huomioida myös telineasettelu, kalvojunat, redundanssi, huoltoeristys ja käytettävissä oleva säiliötila.
Englanti
عربي
español
