Der Membranfluss ist einer der am häufigsten diskutierten Parameter bei der Auslegung von Membranbioreaktoren (MBR).
Ein höherer Fluss kann attraktiv erscheinen, da er die erforderliche Membranfläche für eine bestimmte Behandlungskapazität reduzieren kann. Allerdings entspricht nicht jeder angegebene Flusswert der gleichen tatsächlichen Wasserproduktionsmenge.
Hier wird die Unterscheidung zwischen Bruttofluss und Nettofluss wichtig.
Für Ingenieure, EPC-Auftragnehmer und Projektinhaber kann das Verständnis dieses Unterschieds eine aussagekräftigere Grundlage für die Membrandimensionierung und den Technologievergleich bieten.
Der Membranfluss beschreibt das Volumen des Permeats, das über einen bestimmten Zeitraum durch eine Einheit der Membranfläche erzeugt wird.
Er wird üblicherweise wie folgt ausgedrückt:
Beispielsweise produziert eine Membran, die bei 25 LMH betrieben wird, während der relevanten Filtrationsphase etwa 25 Liter Permeat pro Quadratmeter effektiver Membranfläche und Stunde.
Ein MBR-System produziert Permeat jedoch nicht notwendigerweise kontinuierlich in jeder Minute des Betriebs.
Abhängig von der Betriebsstrategie kann die Membran folgende Phasen durchlaufen:
- Filtration
- Relaxation
- Rückspülung, falls zutreffend
- Reinigung
- Sonstige Betriebsphasen
Daher repräsentiert der Fluss während der aktiven Filtration möglicherweise nicht die durchschnittliche Produktion über den gesamten Betriebszyklus.
Der Bruttofluss bezieht sich im Allgemeinen auf den Membranfluss während der aktiven Filtration.
Zum Beispiel:
Eine Membran kann während der aktiven Filtrationsphase bei einem Bruttofiltrationsfluss von 40 LMH betrieben werden.
Dies kann ein gültiger Betriebswert sein.
Es bedeutet jedoch nicht automatisch, dass die Membran über die gesamte Betriebsdauer kontinuierlich Permeat mit 40 LMH produziert.
Wenn das System Relaxations- oder andere Nichtproduktionszeiten beinhaltet, ist die durchschnittliche Produktionsrate geringer.
Aus diesem Grund sollte ein angegebener Bruttofluss immer zusammen mit dem zugehörigen Betriebszyklus bewertet werden.
Der Nettofluss stellt die effektive durchschnittliche Membranproduktion nach Berücksichtigung von Phasen dar, in denen die Permeatproduktion reduziert oder gestoppt ist.
Abhängig vom Systemdesign können diese Zeiträume Folgendes umfassen:
- Relaxation
- Rückspülung
- Reinigung
- Wartung
- Sonstige Nichtproduktionszeiten
Ein vereinfachter Zusammenhang ist:
Wenn eine Membran beispielsweise während der aktiven Filtration mit einem relativ hohen Fluss arbeitet, aber einen Teil des Zyklus in der Relaxation verbringt, ist die effektive durchschnittliche Produktion geringer als der aktive Filtrationsfluss.
Die genaue Berechnung hängt von der Betriebsstrategie ab.
Zwei Membrananbieter scheinen möglicherweise deutlich unterschiedliche Flusswerte anzubieten.
Bevor man den Schluss zieht, dass eine Membran eine wesentlich bessere Leistung aufweist, sollten Ingenieure folgende Fragen stellen:
- Ist der angegebene Wert brutto oder netto?
- Ist er ein Momentanwert oder ein Durchschnittswert?
- Wie lang ist die aktive Filtrationszeit?
- Sind Relaxationsphasen enthalten?
- Ist eine Rückspülung enthalten?
- Sind Reinigungsphasen enthalten?
- Welche Abwassertemperatur wurde verwendet?
- Welche MLSS-Konzentration wurde verwendet?
- Welche Abwasserqualität wurde verwendet?
- Wie lange wurde der Test durchgeführt?
Ohne diese Informationen können direkte Flussvergleiche irreführend sein.
Ein höherer vom Anbieter angegebener Betriebsfluss führt nicht zwangsläufig zu einer höheren Netto-Tagesproduktionskapazität zu gewährleisten.
Die Membranfläche wird üblicherweise wie folgt geschätzt:
Dadurch wird die Definition des Flusses besonders wichtig.
Wird ein Bruttofiltrationsfluss so verwendet, als wäre er ein kontinuierlicher Netto-Produktionsfluss, kann die theoretische Membranfläche unterschätzt werden.
Betrachten wir beispielsweise ein System, das Folgendes erfordert:
1.000 m³/Tag
Wenn die Bemessungsgrundlage wie folgt lautet:
20 LMH Nettofluss
beträgt die theoretische Membranfläche ungefähr:
Wenn jedoch die tatsächliche nachhaltige Nettoproduktion geringer ist als der für die Dimensionierung verwendete Wert, kann zusätzliche Membranfläche erforderlich sein.
Aus diesem Grund sollte die Membrandimensionierung auf einem klar definierten Bemessungsfluss basieren und nicht einfach auf der höchsten Zahl, die in einem Datenblatt angegeben ist.
Für eine detaillierte Berechnung:
→ So berechnen Sie die erforderliche Membranfläche für ein MBR-System
Eine Membran, die in der Lage ist, einen hohen aktiven Filtrationsfluss zu erzielen, erfordert möglicherweise auch:
- Relaxationsphasen
- Intensivere Belüftung
- Häufigere Reinigung
- Andere Filtrationszyklen
- Zusätzliche Betriebssteuerungen
Diese Faktoren können die tatsächliche tägliche Permeatproduktion beeinflussen.
Daher ist die Frage:
„Was ist der maximale Membranfluss?“
möglicherweise weniger nützlich als:
„Welche Nettoproduktion kann die Membran unter den vorgesehenen Betriebsbedingungen zuverlässig aufrechterhalten?“
Für MBR-Projekte im großtechnischen Maßstab ist die zweite Frage im Allgemeinen relevanter.
Diese drei Konzepte sollten unterschieden werden.
Fluss während der aktiven Filtration.
Effektive durchschnittliche Produktion nach Berücksichtigung von Nichtproduktionszeiten.
Ein realistischer langfristiger Bemessungswert, der nach folgenden Kriterien ausgewählt wird:
- Abwassereigenschaften
- Temperatur
- MLSS
- Fouling-Verhalten
- Reinigungsstrategie
- Betriebszyklen
- Erforderliche Betriebsmarge
Eine Membran kann einen hohen Bruttofluss erzielen, während sie einen niedrigeren nachhaltigen langfristigen Bemessungsfluss aufweist.
Dies deutet nicht unbedingt auf eine schlechte Membranleistung hin.
Vielmehr spiegelt es möglicherweise einen realistischeren Ansatz für den langfristigen MBR-Betrieb wider.
Für Anwendungen mit keramischen Flachmembranen sollte der nachhaltige Bemessungsfluss zusammen mit den tatsächlichen MBR-Betriebsbedingungen bewertet werden.
Die Temperatur ist ein weiterer wichtiger Faktor beim Vergleich von Membranflussdaten.
Ein bei relativ hoher Abwassertemperatur gemessener Flusswert spiegelt möglicherweise nicht die tatsächlichen Betriebsbedingungen im Winter wider.
Niedrigere Temperaturen erhöhen im Allgemeinen die Wasserviskosität und den Filtrationswiderstand.
Daher sollten Projektteams Folgendes berücksichtigen:
- Durchschnittliche Abwassertemperatur
- Minimale Abwassertemperatur
- Saisonale Schwankungen
- Anforderungen an die Abwasserbehandlung im Winter
- Für die Membranleistungsprüfung verwendete Temperatur
Bei Projekten mit erheblichen saisonalen Schwankungen kann die minimale Betriebstemperatur eine wichtige Bemessungsbedingung sein.
Für eine ausführlichere Diskussion:
→ Wie die Temperatur die Membranleistung in MBR-Systemen beeinflusst
Betrachten Sie zwei hypothetische Membransysteme.
- Höherer Bruttofiltrationsfluss
- Regelmäßige Relaxationsphasen
- Geringere effektive Produktionszeit
- Niedrigerer aktiver Filtrationsfluss
- Längere effektive Produktionszeit
- Stabiler Betriebszyklus
Die ausschließliche Betrachtung des nominalen Spitzenflusses lässt möglicherweise vermuten, dass System A eine bessere Leistung bietet.
Die beiden Systeme könnten jedoch eine ähnliche tägliche Nettoproduktion aufweisen.
Der Vergleich muss daher Folgendes berücksichtigen:
Bruttofluss → Betriebszyklus → Nettofluss → Membranfläche → Tagesproduktion
anstatt nur den Bruttofluss allein zu betrachten.
Bei der Bewertung der Membranleistung können folgende Fragen dazu beitragen, eine gemeinsame Vergleichsbasis zu schaffen:
- Ist der angegebene Fluss brutto, netto oder ein Momentanwert?
- Wie lang ist die aktive Filtrationszeit?
- Welche Relaxationsphasen sind enthalten?
- Welche Reinigungsphasen sind enthalten?
- Welche Abwassertemperatur wurde verwendet?
- Welcher MLSS-Bereich wurde verwendet?
- Welche Abwasserqualität wurde verwendet?
- Wie lange dauerte der Leistungstest?
- Welcher Betriebszyklus wurde verwendet?
- Welcher Netto-Bemessungsfluss wird für den langfristigen Betrieb empfohlen?
Diese Fragen können Vergleiche zwischen verschiedenen Membrantechnologien wesentlich aussagekräftiger machen.
Bruttofluss und Nettofluss sind nicht austauschbar.
Ein hoher, während der aktiven Filtration gemessener Fluss repräsentiert nicht notwendigerweise die durchschnittliche Wassermenge, die über einen vollständigen Betriebszyklus hinweg produziert wird.
Für die Auslegung von MBR-Systemen ist die aussagekräftigere Grundlage oft die nachhaltige Nettoproduktionskapazität unter realistischen Projektbedingungen zu gewährleisten.
Ingenieure sollten daher über reine Spitzenflusswerte hinausschauen und Folgendes bewerten:
Fluss + Betriebszyklus + Temperatur + MLSS + Abwassereigenschaften + Fouling-Kontrolle
Das Ziel sollte nicht einfach darin bestehen, die Membran mit dem höchsten beworbenen Fluss auszuwählen.
Das Ziel ist die Auswahl eines Membransystems, das in der Lage ist, eine zuverlässige und nachhaltige Wasserproduktion über die gesamte erwartete Betriebsdauer des Projekts zu gewährleisten.
Für eine vorläufige Bewertung sind folgende Projektinformationen nützlich:
- Behandlungskapazität
- Abwassereigenschaften
- MLSS
- Durchschnittliche und minimale Temperatur
- Betriebszyklus
- Zielproduktion
- Erforderliche Membranfläche
Diese Parameter können dazu beitragen, eine realistischere Membrandimensionierung und Betriebsgrundlage zu schaffen.
