يعد تدفق الغشاء أحد المعلمات الأكثر مناقشة بشكل متكرر في تصميم المفاعل الحيوي الغشائي (MBR).
يمكن أن يبدو التدفق العالي جذابًا لأنه قد يقلل من مساحة الغشاء المطلوبة لقدرة معالجة معينة. ومع ذلك، لا تمثل كل قيمة التدفق المذكورة نفس الكمية من إنتاج المياه الفعلي.
وهنا يكمن الفرق بينالتدفق الإجمالي والتدفق الصافييصبح مهما.
بالنسبة للمهندسين ومقاولي EPC وأصحاب المشاريع، فإن فهم هذا الاختلاف يمكن أن يوفر أساسًا أكثر فائدة لتحديد حجم الأغشية ومقارنة التكنولوجيا.
يصف تدفق الغشاء حجم المتخلل الناتج من خلال مساحة غشاء الوحدة خلال فترة معينة.
ويتم التعبير عنها عادة على النحو التالي:
على سبيل المثال، غشاء يعمل في25 ملمينتج ما يقرب من 25 لترًا من المادة المتخللة لكل متر مربع من مساحة الغشاء الفعال في الساعة خلال فترة الترشيح ذات الصلة.
ومع ذلك، فإن نظام MBR لا ينتج بالضرورة تغلغلًا مستمرًا طوال كل دقيقة من التشغيل.
اعتمادًا على استراتيجية التشغيل، قد يمر الغشاء عبر:
- الترشيح
- الاسترخاء
- الغسيل العكسي، حيثما ينطبق ذلك
- تنظيف
- فترات تشغيلية أخرى
ولذلك، فإن التدفق أثناء الترشيح النشط قد لا يمثل متوسط الإنتاج خلال دورة التشغيل الكاملة.
التدفق الإجمالييشير عمومًا إلى تدفق الغشاء أثناء الترشيح النشط.
على سبيل المثال:
قد يعمل الغشاء عند تدفق ترشيح إجمالي قدره40 ملي أمبيرخلال فترة الترشيح النشطة.
يمكن أن تكون هذه قيمة تشغيلية صالحة.
ومع ذلك، فهذا لا يعني تلقائيًا أن الغشاء ينتج يتخلل بشكل مستمر عند 40 LMH طوال فترة التشغيل بأكملها.
إذا كان النظام يتضمن فترات استرخاء أو فترات أخرى لعدم الإنتاج، فسيكون متوسط معدل الإنتاج أقل.
ولهذا السبب يجب دائمًا تقييم التدفق الإجمالي المقتبس مع دورة التشغيل الخاصة به.
صافي التدفقيمثل متوسط إنتاج الأغشية الفعال بعد حساب الفترات التي ينخفض فيها إنتاج المادة المتخللة أو يتوقف.
اعتمادًا على تصميم النظام، قد تشمل هذه الفترات ما يلي:
- الاسترخاء
- الغسيل العكسي
- تنظيف
- صيانة
- فترات أخرى غير الإنتاج
العلاقة المبسطة هي:
على سبيل المثال، إذا كان الغشاء يعمل بتدفق مرتفع نسبيًا أثناء الترشيح النشط ولكنه يقضي جزءًا من الدورة في حالة استرخاء، فإن متوسط الإنتاج الفعال سيكون أقل من تدفق الترشيح النشط.
يعتمد الحساب الدقيق على استراتيجية التشغيل.
قد يبدو أن اثنين من موردي الأغشية يقدمان قيم تدفق مختلفة بشكل كبير.
قبل أن نستنتج أن أحد الأغشية يتمتع بأداء أفضل بكثير، يجب على المهندسين أن يسألوا:
- هل القيمة المعلنة إجمالية أم صافية؟
- هل هو لحظي أم متوسط؟
- ما هي مدة فترة الترشيح النشط؟
- هل تشمل فترات الاسترخاء؟
- هل يشمل الغسيل العكسي؟
- هل تشمل فترات التنظيف؟
- ما هي درجة حرارة مياه الصرف الصحي المستخدمة؟
- ما هو تركيز MLSS الذي تم استخدامه؟
- ما نوعية مياه الصرف الصحي المستخدمة؟
- كم من الوقت تم إجراء الاختبار؟
وبدون هذه المعلومات، يمكن أن تكون مقارنات التدفق المباشر مضللة.
قد لا يؤدي بالضرورة تدفق التشغيل الأعلى من أحد الموردين إلى ارتفاعصافي الطاقة الإنتاجية اليومية.
يتم تقدير مساحة الغشاء عادة باستخدام:
وهذا يجعل تعريف التدفق ذا أهمية خاصة.
إذا تم استخدام تدفق الترشيح الإجمالي كما لو كان تدفق الإنتاج الصافي المستمر، فقد يتم التقليل من مساحة الغشاء النظري.
على سبيل المثال، فكر في نظام يتطلب:
1000 متر مكعب/يوم
إذا كان أساس التصميم هو:
20 LMH صافي التدفق
تبلغ مساحة الغشاء النظري تقريبًا:
ولكن إذا كان صافي الإنتاج المستدام الفعلي أقل من القيمة المستخدمة للتحجيم، فقد تكون هناك حاجة إلى مساحة إضافية للأغشية.
ولهذا السبب يجب أن يعتمد حجم الغشاء على تدفق تصميمي محدد بوضوح بدلاً من مجرد الرقم الأعلى الموضح في ورقة المواصفات.
لحساب مفصل:
→كيفية حساب مساحة الغشاء المطلوبة لنظام MBR
قد يتطلب الغشاء القادر على تحقيق تدفق ترشيح نشط عالي أيضًا ما يلي:
- فترات الاسترخاء
- تهوية أكثر كثافة
- تنظيف أكثر تواترا
- دورات الترشيح المختلفة
- ضوابط التشغيل الإضافية
هذه العوامل يمكن أن تؤثر على الإنتاج اليومي الفعلي للتخلل.
ولذلك السؤال:
"ما هو الحد الأقصى لتدفق الغشاء؟"
قد تكون أقل فائدة من:
"ما هو صافي الإنتاج الذي يمكن للغشاء الحفاظ عليه بشكل موثوق في ظل ظروف التشغيل المقصودة؟"
بالنسبة لمشاريع MBR واسعة النطاق، يكون السؤال الثاني أكثر أهمية بشكل عام.
وينبغي التمييز بين هذه المفاهيم الثلاثة.
التدفق أثناء الترشيح النشط.
متوسط الإنتاج الفعال بعد حساب فترات عدم الإنتاج.
قيمة تصميم واقعية طويلة المدى يتم اختيارها وفقًا لما يلي:
- خصائص مياه الصرف الصحي
- درجة حرارة
- MLSS
- السلوك المزعج
- استراتيجية التنظيف
- دورات التشغيل
- هامش التشغيل المطلوب
قد يحقق الغشاء تدفقًا إجماليًا مرتفعًا بينما يكون لديه تدفق تصميم مستدام طويل المدى أقل.
وهذا لا يشير بالضرورة إلى ضعف أداء الغشاء.
وبدلا من ذلك، قد يعكس نهجا أكثر واقعية لعملية MBR على المدى الطويل.
بالنسبة لتطبيقات غشاء الصفائح المسطحة الخزفية، يجب تقييم تدفق التصميم المستدام مع ظروف تشغيل MBR الفعلية.
→أغشية صفائح مسطحة من السيراميك
تعد درجة الحرارة عاملاً مهمًا آخر عند مقارنة بيانات تدفق الغشاء.
قد لا تمثل قيمة التدفق المقاسة عند درجة حرارة مياه الصرف الصحي المرتفعة نسبيًا ظروف التشغيل الفعلية في فصل الشتاء.
تزيد درجات الحرارة المنخفضة عمومًا من لزوجة الماء ومقاومة الترشيح.
ولذلك، يجب على فرق المشروع النظر في:
- متوسط درجة حرارة مياه الصرف الصحي
- الحد الأدنى لدرجة حرارة مياه الصرف الصحي
- الاختلاف الموسمي
- متطلبات العلاج في فصل الشتاء
- درجة الحرارة المستخدمة لاختبار أداء الغشاء
بالنسبة للمشاريع ذات التباين الموسمي الكبير، يمكن أن يكون الحد الأدنى لدرجة حرارة التشغيل شرطًا مهمًا للتصميم.
لمزيد من المناقشة التفصيلية:
→كيف تؤثر درجة الحرارة على أداء الغشاء في أنظمة MBR
خذ بعين الاعتبار نظامين غشائيين افتراضيين.
- ارتفاع تدفق الترشيح الإجمالي
- فترات استرخاء منتظمة
- انخفاض وقت الإنتاج الفعال
- انخفاض تدفق الترشيح النشط
- أطول وقت الإنتاج الفعال
- دورة تشغيل مستقرة
قد يشير النظر فقط إلى التدفق الرئيسي إلى أن النظام "أ" يوفر أداءً أفضل.
ومع ذلك، يمكن أن يكون للنظامين صافي إنتاج يومي مماثل.
ولذلك تحتاج المقارنة إلى النظر في:
التدفق الإجمالي ← دورة التشغيل ← التدفق الصافي ← منطقة الغشاء ← الإنتاج اليومي
بدلاً من النظر إلى التدفق الإجمالي وحده.
عند تقييم أداء الغشاء، يمكن أن تساعد الأسئلة التالية في إنشاء أساس مشترك للمقارنة:
- هل التدفق المقتبس إجمالي أم صافي أم فوري؟
- ما هو وقت الترشيح النشط؟
- ما هي فترات الاسترخاء المضمنة؟
- ما هي فترات التنظيف المشمولة؟
- ما هي درجة حرارة مياه الصرف الصحي المستخدمة؟
- ما هو نطاق MLSS الذي تم استخدامه؟
- ما نوعية مياه الصرف الصحي المستخدمة؟
- كم كانت مدة اختبار الأداء؟
- ما هي دورة التشغيل التي تم استخدامها؟
- ما هو صافي تدفق التصميم الموصى به للتشغيل على المدى الطويل؟
يمكن لهذه الأسئلة أن تجعل المقارنات بين تقنيات الأغشية المختلفة أكثر فائدة.
التدفق الإجمالي والتدفق الصافي غير قابلين للتبادل.
إن التدفق العالي الذي يتم قياسه أثناء الترشيح النشط لا يمثل بالضرورة متوسط كمية المياه المنتجة خلال دورة التشغيل الكاملة.
بالنسبة لتصميم نظام MBR، غالبًا ما يكون الأساس الأكثر أهمية هوصافي القدرة الإنتاجية المستدامة في ظل ظروف المشروع واقعية.
لذلك يجب على المهندسين النظر إلى ما هو أبعد من قيم التدفق الرئيسي وتقييم:
التدفق + دورة التشغيل + درجة الحرارة + MLSS + خصائص مياه الصرف الصحي + التحكم في القاذورات
لا ينبغي أن يكون الهدف ببساطة هو اختيار الغشاء ذو أعلى تدفق معلن عنه.
الهدف هو اختيار نظام غشاء قادر على توفيرإنتاج موثوق ومستدام للمياه طوال العمر التشغيلي المتوقع للمشروع.
للتقييم الأولي، تتضمن معلومات المشروع المفيدة ما يلي:
- القدرة على العلاج
- خصائص مياه الصرف الصحي
- MLSS
- متوسط ودرجة الحرارة الدنيا
- دورة التشغيل
- الإنتاج المستهدف
- منطقة الغشاء المطلوبة
يمكن أن تساعد هذه المعلمات في إنشاء أساس أكثر واقعية لتحجيم الغشاء وتشغيله.
