Một trong những sai lầm phổ biến nhất trong thiết kế lò phản ứng sinh học màng là chia dòng nước thải trực tiếp cho thông lượng cao nhất được hiển thị trên biểu dữ liệu màng. Việc tính toán trông có vẻ đơn giản nhưng có thể đánh giá thấp đáng kể diện tích màng cần thiết để hoạt động ổn định lâu dài. Thông lượng thiết kế, thông lượng vận hành, thông lượng lọc tổng, thông lượng ròng và thông lượng cực đại mô tả các điều kiện vận hành khác nhau. Hiểu những khác biệt đó là điều cần thiết khi xác định kích thước diện tích màng MBR, so sánh các mô-đun và ước tính chi phí vòng đời.
Tại sao diện tích màng MBR thường bị thu nhỏ
Phương trình kích thước màng cơ bản có vẻ đơn giản:
Vấn đề không phải là phương trình. Vấn đề là giá trị được sử dụng cho thông lượng.
Bảng dữ liệu màng có thể chứa thông lượng thấm nước sạch, thông lượng vận hành được khuyến nghị, thông lượng tối đa hoặc các giá trị hiệu suất được đo trong các điều kiện thử nghiệm cụ thể. Những giá trị này không nhất thiết đại diện cho tốc độ sản xuất ròng bền vững của MBR xử lý nước thải thực tế quy mô đầy đủ.
Hoạt động MBR thực bao gồm các giai đoạn không tạo ra chất thấm. Màng có thể được nới lỏng, rửa ngược, làm sạch bằng hóa chất, cách ly để bảo trì hoặc vận hành dưới công suất danh nghĩa do nhiệt độ, cặn bẩn, đỉnh thủy lực hoặc quá trình không ổn định.
Một hệ thống màng chỉ có kích thước từ dòng tối đa lạc quan có thể hoạt động ở mức chấp nhận được trong quá trình vận hành nhưng có ít dự trữ khi nhiệt độ nước thải giảm, đặc tính của hỗn hợp dung dịch thay đổi hoặc khả năng chống bám bẩn bắt đầu tăng.
Diện tích màng MBR phải dựa trên sản lượng ròng bền vững trong các điều kiện hoạt động dự kiến, chứ không chỉ dựa trên thông lượng cao nhất mà màng có thể đạt được.
Thông lượng thiết kế, Thông lượng vận hành, Thông lượng tổng và Thông lượng ròng: Sự khác biệt là gì?
Thông lượng thường được biểu thị bằng lít trên mét vuông mỗi giờ, hoặc LMH. Mặc dù một số phép tính MBR sử dụng cùng một đơn vị nhưng ý nghĩa của giá trị thông lượng có thể rất khác nhau.
Thông lượng thiết kế
Thông lượng thiết kế là giá trị kỹ thuật được chọn trong quá trình định cỡ màng. Nó phải phản ánh lượng nước thải dự kiến, nhiệt độ, MLSS, xu hướng bám bẩn, chu kỳ vận hành, chiến lược làm sạch và biên độ vận hành cần thiết.
Do đó, nó thường bảo toàn hơn thông lượng thử nghiệm cực đại hoặc ngắn hạn.
Thông lượng hoạt động
Thông lượng vận hành là tốc độ lọc thực tế trong quá trình vận hành nhà máy:
Nó có thể thay đổi suốt cả ngày tùy thuộc vào nhu cầu dòng chảy, tính sẵn có của màng, TMP, nhiệt độ, tình trạng tắc nghẽn và kiểm soát quy trình.
Thông lượng lọc tổng
Thông lượng tổng thường đề cập đến thông lượng trong khi màng đang lọc tích cực. Nếu màng lọc trong mười phút và sau đó thư giãn trong một phút, dòng lọc tổng chỉ áp dụng trong mười phút hiệu quả đó.
Thông lượng ròng
Thông lượng ròng phản ánh sản lượng thực tế sau khi xem xét các giai đoạn không lọc. Thư giãn, rửa ngược, bảo trì và thời gian ngừng hoạt động khác làm giảm lượng nước đã xử lý thực được tạo ra trên mỗi mét vuông lắp đặt.
Thông lượng cực đại
Thông lượng đỉnh là tốc độ vận hành ngắn hạn cao hơn được sử dụng trong các đỉnh thủy lực. Nó có thể hữu ích cho nhu cầu tạm thời nhưng thường không được coi là điều kiện thiết kế liên tục.
| Thuật ngữ thông lượng | Nó đại diện cho cái gì | Sử dụng trực tiếp để định cỡ màng? |
|---|---|---|
| Dòng nước sạch | Hiệu suất trong điều kiện nước có độ bẩn thấp được kiểm soát | Không |
| Thông lượng tối đa | Kiểm tra trên hoặc giá trị hoạt động ngắn hạn | Không |
| Thông lượng lọc tổng | Thông lượng trong khi sản xuất thấm đang hoạt động | Khôngt by itself |
| Thông lượng thiết kế mạng | Dòng năng suất sau thời gian ngừng hoạt động được xem xét | Có, khi được chọn đúng |
| Khôngrmal Operating Flux | Tốc độ lọc thông thường thực tế trong dịch vụ | Dùng để kiểm tra thiết kế |
| Thông lượng cực đại | Điều kiện dòng chảy cao ngắn hạn | Được sử dụng để kiểm tra lưu lượng đỉnh |
Tính toán diện tích màng chính xác bắt đầu từ việc sản xuất nước ròng
Phương trình ban đầu vẫn là:
Các đơn vị phải nhất quán. Nếu lưu lượng được biểu thị bằng lít trên giờ và dòng chảy được biểu thị bằng LMH, kết quả sẽ là mét vuông diện tích màng.
Ví dụ: 500 m³/ngày Nước thải công nghiệp
Giả sử một nhà máy xử lý nước thải công nghiệp phải sản xuất:
Chuyển đổi lưu lượng hàng ngày thành lít mỗi giờ:
500 m³/ngày × 1,000 = 500,000 L/day
500.000 24 = 20.833 L/h
Diện tích màng lý thuyết là:
20.833 L/h 12 L/m2·h = khoảng 1.736 m2
Đây chỉ là bước định cỡ đầu tiên. Khu vực lắp đặt cuối cùng cũng phải được kiểm tra về khả năng lọc, lưu lượng đỉnh, cấu hình hệ thống màng, độ dư thừa, kích thước mô-đun, nhiệt độ và biên độ tắc nghẽn.
Các hệ thống thực tế được lắp ráp từ các mô-đun và bộ truyền màng hoàn chỉnh, đồng thời có thể cần thêm diện tích lắp đặt để vận hành linh hoạt và bảo trì.
Tại sao thời gian lọc làm thay đổi diện tích màng cần thiết
MBR không nhất thiết phải tạo ra chất thấm liên tục trong 24 giờ mỗi ngày. Nhiều hệ thống xen kẽ quá trình lọc với quá trình thư giãn hoặc rửa ngược.
Hãy xem xét một chu trình đơn giản:
Tính khả dụng của bộ lọc là:
10 11 = 90,9%
Nếu nhà máy phải đạt được sản lượng ròng tương đương 10 LMH nhưng màng lọc chỉ có 90,9% thời gian thì dòng cần thiết trong quá trình lọc tích cực sẽ trở thành:
10 0,909 = khoảng 11,0 LMH tổng thông lượng lọc
Nếu việc rửa ngược, bảo trì hoặc làm sạch ngoại tuyến bổ sung làm giảm tổng khả năng sử dụng của màng xuống 85% thì:
10 0,85 = 11,76 LMH
Đây là lý do tại sao hai dự án MBR đều được mô tả là hoạt động ở tốc độ “15 LMH” thực sự có thể có các yêu cầu về màng khác nhau. Một cái có thể có nghĩa là 15 LMH trong quá trình lọc tích cực, trong khi cái khác có thể có nghĩa là sản lượng ròng 15 LMH sau thời gian ngừng hoạt động.
Nếu không có sự làm rõ đó, việc so sánh giữa các nhà cung cấp màng có thể gây hiểu nhầm.
Lưu lượng trung bình không đủ: Kiểm tra lưu lượng đỉnh và cân bằng
Lưu lượng trung bình hàng ngày rất hữu ích cho việc định cỡ màng sơ bộ, nhưng nó không mô tả cách thức nước thải đến nhà máy trong ngày.
Một nhà máy có công suất trung bình 1.000 m³/ngày không nhất thiết phải nhận được lượng nước không đổi là 41,7 m³/h. Lịch trình sản xuất công nghiệp, giờ cao điểm buổi sáng và buổi tối của thành phố, xả hàng loạt, lượng mưa và các hoạt động làm sạch có thể tạo ra lưu lượng theo giờ cao hơn nhiều.
Nếu diện tích màng chỉ được thiết kế ở mức trung bình, điều kiện thủy lực cao điểm có thể đẩy dòng vận hành tức thời vượt xa phạm vi dự định.
Cân bằng có thể làm giảm yêu cầu về màng đỉnh
Bể cân bằng có thể lưu trữ nước thải trong thời gian cao điểm và giải phóng dần dần vào hệ thống sinh học và màng lọc. Điều này có thể làm giảm sự khác biệt giữa nhu cầu lọc trung bình và cao điểm.
Khi sự cân bằng bị hạn chế, người thiết kế nên kiểm tra:
- lưu lượng tối đa hàng ngày;
- lưu lượng giờ cao điểm;
- tàu màng có sẵn;
- thông lượng đỉnh ngắn hạn cho phép;
- TMP tối đa chấp nhận được;
- công suất dự trữ cần thiết.
Do đó, câu hỏi đúng không chỉ đơn giản là: “Lưu lượng trung bình là gì?”
Đó là: “Màng thực sự sẽ phải xử lý dòng chảy nào sau khi cân bằng?”
Loại nước thải thay đổi dòng chảy bạn nên thiết kế
Một thông lượng thiết kế phổ quát duy nhất không thể được áp dụng cho mọi dự án MBR. Dòng chảy bền vững phụ thuộc mạnh mẽ vào thành phần nước thải và điều kiện vận hành sinh học.
Nước thải đô thị với tiền xử lý ổn định và điều kiện sinh học cân bằng có thể hoạt động rất khác với nước thải chế biến thực phẩm có chứa dầu mỡ, nước thải dệt may chứa chất hoạt động bề mặt hoặc nước thải công nghiệp có độ mặn cao và tải lượng hữu cơ thay đổi.
| Tình trạng nước thải | Có khả năng tác động đến dòng chảy bền vững | Lý do chính |
|---|---|---|
| Nước thải đô thị ổn định | Đường cơ sở | Đặc tính sinh học và chất rắn tương đối có thể dự đoán được |
| Dầu mỡ cao | Thường thấp hơn | Khả năng gây tắc nghẽn màng lớn hơn |
| MLSS hoặc độ nhớt cao | Thường thấp hơn | Khả năng lọc và chuyển khối lớn hơn |
| EPS / SMP cao | Thường thấp hơn | Xu hướng ô nhiễm hữu cơ cao hơn |
| Nhiệt độ nước thải thấp | Thường thấp hơn | Độ nhớt cao hơn và độ thấm thấp hơn |
| Tiền xử lý mạnh | Ổn định hơn | Tải lượng chất rắn, dầu mỡ và cặn bẩn thấp hơn |
| Cân bằng dòng chảy tốt | Ổn định hơn | Giảm đỉnh thủy lực |
Đây là lý do tại sao việc xác định kích thước màng nên bắt đầu bằng việc xác định đặc tính của nước thải thay vì bằng danh mục màng.
Đối với nước thải công nghiệp khó khăn, dòng chảy thiết kế thận trọng hơn có thể mang lại lợi nhuận vận hành có giá trị ngay cả khi ban đầu nó đòi hỏi nhiều diện tích màng hơn.
Nhiệt độ, MLSS và tắc nghẽn Thay đổi dòng vận hành thực tế
Nhiệt độ
Độ nhớt của nước tăng khi nhiệt độ giảm. Kết quả là, cùng một màng hoạt động ở cùng TMP có thể tạo ra ít độ thẩm thấu hơn trong điều kiện lạnh hơn.
Do đó, một hệ thống màng chỉ được thiết kế từ dữ liệu vận hành trong thời tiết ấm áp có thể gặp phải vấn đề về công suất trong mùa đông.
MLSS
MLSS cao hơn có thể làm tăng lượng sinh khối được giữ lại trong lò phản ứng, nhưng nồng độ dung dịch hỗn hợp rất cao cũng làm tăng độ nhớt và có thể làm xấu đi các điều kiện chuyển khối của màng. Điều này có thể làm tăng sức cản của lớp bánh và nhu cầu cọ rửa không khí.
EPS và SMP
Các chất polyme ngoại bào và các sản phẩm vi sinh vật hòa tan là những tác nhân quan trọng gây ra hiện tượng tắc nghẽn màng hữu cơ. Nồng độ của chúng có thể thay đổi theo tải trọng, tuổi bùn, nhiệt độ, cân bằng dinh dưỡng và áp lực sinh học.
Áp suất xuyên màng
TMP cung cấp một trong những chỉ số hoạt động rõ ràng nhất về tình trạng màng.
Do đó, hệ thống có thể duy trì công suất thiết kế trong khi hiệu suất màng giảm dần. Nếu TMP ngày càng cao được yêu cầu để duy trì cùng một dòng thì nhu cầu làm sạch và tiêu thụ năng lượng cũng có thể tăng lên.
Tại sao thiết kế ở mức thông lượng tối đa thường tốn nhiều chi phí hơn sau này
Thông lượng thiết kế cao rất hấp dẫn trong quá trình lập ngân sách dự án vì nó làm giảm diện tích màng cần thiết.
Thông lượng thiết kế cao hơn
- Diện tích màng lắp đặt ít hơn
- Ít mô-đun màng hơn
- Bể màng có khả năng nhỏ hơn
- CAPEX màng ban đầu thấp hơn
Nhưng lợi nhuận hoạt động ít hơn
- Tăng TMP nhanh hơn
- Nguy cơ tắc nghẽn lớn hơn
- Vệ sinh thường xuyên hơn
- Nhu cầu quét không khí cao hơn
- Dự trữ ít hơn cho lưu lượng đỉnh
- Rủi ro công suất mùa đông lớn hơn
Thông lượng thiết kế thấp hơn đòi hỏi diện tích màng nhiều hơn, nhưng nó có thể cung cấp chu kỳ lọc dài hơn, tiến trình bám bẩn chậm hơn, ứng suất thấp hơn trong thời gian thủy lực đạt đỉnh và tính linh hoạt cao hơn khi màng già đi.
Kích thước màng phải cân bằng giữa chi phí mô-đun ban đầu với khả năng thông khí, làm sạch, thời gian ngừng hoạt động, tần suất thay thế, khả năng phục hồi lưu lượng đỉnh và độ ổn định vận hành lâu dài.
Chuyển đổi diện tích màng cần thiết thành số lượng mô-đun một cách chính xác
Khi diện tích màng cần thiết đã được tính toán, nó phải được chuyển đổi thành các mô-đun màng thực tế.
Giả sử diện tích màng cần thiết cuối cùng là:
Vì không thể cài đặt các mô-đun một phần nên tối thiểu tuyệt đối sẽ là 57 mô-đun. Tuy nhiên, lựa chọn kỹ thuật cuối cùng có thể là 60 mô-đun tùy thuộc vào cách bố trí giá đỡ, bố trí hệ thống màng, yêu cầu dự phòng, không gian bể chứa sẵn có và chiến lược bảo trì.
Do đó, số lượng mô-đun nên xem xét:
- làm tròn mô-đun hoàn chỉnh;
- hình học giá đỡ hoặc băng cassette;
- số lượng đoàn tàu màng;
- cách ly trong quá trình bảo trì;
- yêu cầu dự phòng hoặc dự phòng;
- mở rộng nhà máy trong tương lai;
- kích thước bể màng có sẵn;
- bố trí quét không khí.
Danh sách kiểm tra kích thước màng MBR thực tế
Trước khi yêu cầu báo giá màng MBR, người mua và kỹ sư nên chuẩn bị đủ dữ liệu để nhà cung cấp đánh giá cả điều kiện sinh học và màng.
Dòng chảy
- Lưu lượng trung bình hàng ngày
- Lưu lượng tối đa hàng ngày
- Lưu lượng giờ cao điểm
- Khối lượng cân bằng có sẵn
Nước thải
- COD và BOD
- TSS
- NH₄-N và TN
- Dầu và mỡ
- Phạm vi nhiệt độ hoạt động
Hệ thống sinh học
- MLSS
- SRT
- Khối lượng lò phản ứng sinh học
- Cấu hình quy trình hiện tại
Vận hành màng
- Thông lượng mạng mục tiêu
- Lọc / relaxation cycle
- Chiến lược rửa ngược
- Phạm vi TMP dự kiến
- Yêu cầu quét không khí
Yêu cầu dự án
- Chất lượng nước thải yêu cầu
- Kích thước bể màng hiện có
- Yêu cầu dự phòng
- Mở rộng công suất trong tương lai
- Dấu chân cài đặt có sẵn
Với thông tin này, diện tích màng có thể được tính toán từ các điều kiện vận hành thực tế thay vì từ một giá trị thông lượng danh mục duy nhất.
Cần Tính Diện Tích Màng MBR?
NIHAO có thể giúp đánh giá diện tích màng và số lượng mô-đun dựa trên lưu lượng nước thải thực tế, điều kiện cao điểm, đặc tính nước thải, nhiệt độ, quy trình sinh học, mục tiêu nước thải và không gian bể màng có sẵn.
Gửi cho chúng tôi lưu lượng trung bình và lưu lượng cao nhất, COD/BOD, TSS, amoniac, nhiệt độ vận hành, chất lượng nước thải yêu cầu và kích thước bể. Chúng tôi có thể đề xuất cấu hình màng phù hợp và chuẩn bị báo giá màng MBR cho dự án của bạn.
Câu hỏi thường gặp
Sự khác biệt giữa thông lượng thiết kế và thông lượng vận hành trong MBR là gì?
Thông lượng thiết kế là giá trị kỹ thuật được chọn cho kích thước màng, trong khi thông lượng vận hành là tốc độ lọc thực tế trong quá trình vận hành nhà máy. Thông lượng vận hành có thể thay đổi theo lưu lượng, TMP, nhiệt độ, độ bám bẩn và tính sẵn có của màng.
Diện tích màng MBR nên được tính bằng thông lượng tổng hay thông lượng ròng?
Diện tích màng thường phải dựa trên thông lượng thiết kế thực được lựa chọn phù hợp hoặc dựa trên tính toán tổng thông lượng có tính đến khả năng lọc, độ giãn, rửa ngược và thời gian ngừng hoạt động khác.
Làm thế nào để bạn tính toán diện tích màng MBR cần thiết?
Phương trình cơ bản là diện tích màng bằng lưu lượng thấm yêu cầu chia cho lưu lượng thiết kế thực đã chọn. Sau đó, kết quả sẽ được kiểm tra về lưu lượng đỉnh, khả năng vận hành, dự phòng và cấu hình mô-đun.
Việc thư giãn và rửa ngược có làm tăng diện tích màng cần thiết không?
Đúng. Khi màng không được lọc liên tục, thời gian lọc tích cực phải tạo ra đủ lượng nước thấm để đạt được sản lượng thực hàng ngày cần thiết. Khả năng lọc thấp hơn thường làm tăng diện tích màng hoặc tổng lưu lượng hoạt động cần thiết.
MBR nên có kích thước phù hợp với lưu lượng trung bình hay lưu lượng đỉnh?
Lưu lượng trung bình thường được sử dụng để định cỡ ban đầu, nhưng lưu lượng đỉnh cũng phải được kiểm tra. Cân bằng có thể làm giảm nhu cầu lọc cao điểm. Nếu không có sự cân bằng đầy đủ, diện tích màng được lắp đặt phải có khả năng xử lý dòng chảy ngắn hạn cao hơn trong phạm vi thông lượng đỉnh cho phép.
Nhiệt độ nước thải ảnh hưởng đến dòng chảy màng MBR như thế nào?
Nhiệt độ thấp hơn làm tăng độ nhớt của nước và thường làm giảm tính thấm của màng. Do đó, các hệ thống chỉ được thiết kế trong điều kiện vận hành ấm áp có thể có ít công suất hơn trong mùa đông.
MLSS cao hơn có làm giảm dòng chảy bền vững của màng không?
Nó có thể. MLSS cao hơn làm tăng độ nhớt của hỗn hợp rượu và có thể tăng khả năng chống lọc, hình thành lớp bánh và yêu cầu làm sạch không khí. Hiệu quả phụ thuộc vào đặc tính bùn và quá trình sinh học tổng thể.
Tại sao thông lượng màng tối đa không được sử dụng trực tiếp để định cỡ hệ thống?
Thông lượng tối đa thường biểu thị trạng thái trên hoặc trạng thái ngắn hạn và có thể không bao gồm tắc nghẽn, thay đổi nhiệt độ, phục hồi, rửa ngược, lão hóa màng hoặc dự trữ dòng chảy đỉnh. Thiết kế liên tục ở giá trị đó có thể để lại rất ít lợi nhuận hoạt động.
Hệ thống MBR nên bao gồm bao nhiêu diện tích màng dự phòng?
Không có tỷ lệ phần trăm phổ quát. Công suất dự phòng phụ thuộc vào sự biến đổi của nước thải, yêu cầu dự phòng, bố trí hệ thống màng, tắc nghẽn dự kiến, chiến lược bảo trì, nhiệt độ theo mùa và nhu cầu mở rộng trong tương lai.
Làm cách nào để chuyển đổi diện tích màng cần thiết thành số lượng mô-đun MBR?
Chia diện tích màng cần thiết cho diện tích màng của một mô-đun và làm tròn thành số lượng mô-đun hoàn chỉnh. Lựa chọn cuối cùng cũng nên xem xét cách bố trí giá đỡ, bộ truyền màng, dự phòng, cách ly bảo trì và không gian bể chứa sẵn có.
Tiếng Anh
عربي
tiếng Tây Ban Nha
