Η θερμοκρασία αντιμετωπίζεται μερικές φορές ως δευτερεύουσα παράμετρος λειτουργίας στην επεξεργασία λυμάτων.
Ωστόσο, στα συστήματα βιοαντιδραστήρα με μεμβράνη (MBR), οι εποχικές αλλαγές θερμοκρασίας μπορούν να επηρεάσουν τη διήθηση μεμβράνης, τη βιολογική δραστηριότητα, τα χαρακτηριστικά των ιλύων, τη συμπεριφορά μόλυνσης,και τη συνολική λειτουργία του συστήματος.
Για το λόγο αυτό, η επιλογή της μεμβράνης και ο σχεδιασμός των MBR δεν θα πρέπει να βασίζονται μόνο στην ροή λυμάτων και την ποιότητα του νερού.
Οι μηχανικοί θα πρέπει επίσης να εξετάσουν τοαναμενόμενη περιοχή θερμοκρασίας λειτουργίας, ιδίως τη ελάχιστη θερμοκρασία των λυμάτων κατά τη χειμερινή λειτουργία.
Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό για τις εγκαταστάσεις επεξεργασίας αστικών λυμάτων σε περιοχές με σημαντικές εποχικές διακυμάνσεις.
Η ΜΒΡ συνδυάζει βιολογική θεραπεία με διαχωρισμό μεμβράνης.
Η θερμοκρασία μπορεί επομένως να επηρεάσει και τα δύο μέρη της διαδικασίας.
Από τη βιολογική πλευρά, η θερμοκρασία επηρεάζει τη μικροβιακή δραστηριότητα και την κινητική της θεραπείας.
Στην πλευρά της μεμβράνης, η θερμοκρασία μπορεί να επηρεάσει:
- Επικονικότητα νερού
- Διαπερατότητα μεμβράνης
- Αντίσταση στο φίλτρο
- Πίεση διαμεμβράνης
- Συμπεριφορά που προκαλεί σφάλμα
- Επιτεύξιμη ροή λειτουργίας
Η πραγματική σχέση είναι πιο περίπλοκη επειδή η απόδοση των MBR εξαρτάται από την αλληλεπίδραση μεταξύ των χαρακτηριστικών των λυμάτων, της ενεργού ιλύς, των ιδιοτήτων της μεμβράνης και της στρατηγικής λειτουργίας.
Ωστόσο, μια αρχή είναι σημαντική:
Ένα MBR που έχει σχεδιαστεί σε μέσες ή θερμές συνθήκες θα πρέπει επίσης να αξιολογείται στην ελάχιστη αναμενόμενη θερμοκρασία των λυμάτων.
Μια από τις πιο άμεσες επιπτώσεις της θερμοκρασίας είναι η επιρροή της στην ιξώδεςτητα του νερού.
Καθώς η θερμοκρασία μειώνεται, το νερό γίνεται πιο ιξώδες.
Η υψηλότερη ιξώδες αυξάνει την αντίσταση στην εισροή της ροής μέσω της μεμβράνης.
Υπό παρόμοιες συνθήκες, αυτό μπορεί να επηρεάσει τη ροή που μπορεί να επιτευχθεί ή την κινητήρια δύναμη που απαιτείται για τη διατήρηση ενός συγκεκριμένου ρυθμού παραγωγής.
Αυτό σημαίνει ότι ένα σύστημα μεμβράνης που λειτουργεί άνετα κατά τις θερμότερες περιόδους μπορεί να λειτουργεί υπό διαφορετικές συνθήκες κατά τη διάρκεια του χειμώνα.
Για το λόγο αυτό, τα δεδομένα απόδοσης της μεμβράνης πρέπει πάντα να λαμβάνονται υπόψη μαζί με τη βάση της θερμοκρασίας της.
Η ροή της μεμβράνης επηρεάζεται από την υδραυλική αντίσταση.
Όταν μειώνεται η θερμοκρασία και αυξάνεται η ιξώδες, η αντίσταση φίλτρωσης γενικά αυξάνεται.
Ως εκ τούτου, η διατήρηση της ίδιας παραγωγής διαπεραμένου μπορεί να απαιτεί διαφορετικές συνθήκες λειτουργίας.
Για τον σχεδιασμό του συστήματος MBR, ένα σημαντικό ερώτημα είναι επομένως:
Ποια ροή λειτουργίας μπορεί να διατηρηθεί στην χαμηλότερη αναμενόμενη θερμοκρασία των λυμάτων;
Αυτό είναι συχνά πιο χρήσιμο από την αξιολόγηση μόνο της κορυφαίας ροής ή της απόδοσης που μετράται υπό ευνοϊκές συνθήκες ζεστού καιρού.
Επομένως, η επίδραση της θερμοκρασίας θα πρέπει να ενσωματωθεί στη μέτρηση του μεγέθους της μεμβράνης και στη στρατηγική λειτουργίας.
Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τη ροή σχεδιασμού:
→Ποια είναι μια ρεαλιστική ροή σχεδιασμού για κεραμικές επίπεδες μεμβράνες MBR;
Η θερμοκρασία δεν επηρεάζει μόνο την ιξώδες του νερού.
Σε ένα MBR, η μεμβράνη λειτουργεί σε άμεση επαφή με την ενεργοποιημένη λάσπη.
Οι εποχικές αλλαγές της θερμοκρασίας μπορούν να επηρεάσουν:
- Βιολογική δραστηριότητα
- Χαρακτηριστικά της βιομάζας
- Επικονικότητα του υλικού
- Ιδιότητες του κοκκίνου
- Λύσιμα μικροβιακά προϊόντα
- Εξωκυτταρικές πολυμερείς ουσίες
- Πιθανότητα μόλυνσης
Αυτές οι αλλαγές μπορεί να επηρεάσουν την αντίσταση που αναπτύσσεται κοντά στην επιφάνεια της μεμβράνης.
Ως εκ τούτου, η θερμοκρασία δεν πρέπει να θεωρείται απλώς ως ένας υδραυλικός συντελεστής διόρθωσης.
Σε ένα σύστημα MBR πλήρους κλίμακας, η επίδρασή του μπορεί επίσης να συνδεθεί με τις επιδόσεις βιολογικών διεργασιών και τα χαρακτηριστικά του μικτού αλκοόλ.
Για πολλές εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων, ο χειμώνας μπορεί να αποτελεί μια πιο απαιτητική περίοδο λειτουργίας μεμβράνης.
Η χαμηλότερη θερμοκρασία των λυμάτων μπορεί να εμφανιστεί μαζί με αλλαγές στη βιολογική δραστηριότητα, τις ιδιότητες των ιλύων και τις συνθήκες επιρροής.
Εάν η μέτρηση του μεγέθους της μεμβράνης βασίζεται μόνο στις ετήσιες μέσες συνθήκες, το διαθέσιμο περιθώριο λειτουργίας μπορεί να μειωθεί κατά τις ψυχρότερες περιόδους.
Η πρακτική αξιολόγηση της μηχανικής θα πρέπει να λαμβάνει υπόψη:
- Μέση θερμοκρασία των λυμάτων
- Ελάχιστη αναμενόμενη θερμοκρασία λυμάτων
- Περιφέρεια εποχιακών θερμοκρασιών
- Χειμερινές συνθήκες ροής
- Απαιτούμενη ικανότητα επεξεργασίας
- Η ροή σχεδιασμού μεμβράνης
- Λειτουργικό περιθώριο
Ο στόχος είναι να διασφαλιστεί ότι το σύστημα μεμβράνης παραμένει ικανό να ανταποκρίνεται στην απαιτούμενη ικανότητα επεξεργασίας σε ολόκληρο το αναμενόμενο εύρος λειτουργίας.
Η θερμοκρασία μπορεί επίσης να επηρεάσει έμμεσα την μόλυνση της μεμβράνης.
Η μόλυνση του MBR εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, μεταξύ των οποίων:
- Φύση μεμβράνης
- Συγκέντρωση MLSS
- Αερισμός
- Ιδιότητες των λάσπης
- Οργανική ύλη
- Βιολογική δραστηριότητα
- Χαρακτηριστικά επιφάνειας μεμβράνης
- Κύκλοι λειτουργίας
Επειδή η θερμοκρασία μπορεί να επηρεάσει πολλούς από αυτούς τους παράγοντες, η σχέση μεταξύ θερμοκρασίας και μόλυνσης δεν είναι πάντα απλή.
Για παράδειγμα, οι χαμηλότερες θερμοκρασίες μπορούν να αυξήσουν την αντοχή στο φίλτρο λόγω της υψηλότερης ιξώδους, ενώ οι αλλαγές στη βιολογική δραστηριότητα μπορεί επίσης να επηρεάσουν τα χαρακτηριστικά του μικτού υγρού.
Για το λόγο αυτό, η απόδοση της μεμβράνης θα πρέπει ιδανικά να αξιολογείται υπό αντιπροσωπευτικές συνθήκες του σχεδίου και όχι με βάση μία και μοναδική διόρθωση της θερμοκρασίας.
Τόσο οι κεραμικές όσο και οι πολυμερές μεμβράνες επηρεάζονται από τη βασική φυσική επίδραση της θερμοκρασίας και της ιξώδους του νερού.
Ωστόσο, τα υλικά μεμβράνης διαφέρουν σε χαρακτηριστικά όπως:
- Μηχανική αντοχή
- Χημική αντοχή
- Ανεπάρκεια καθαρισμού
- Διάρκεια ζωής
- Σταθερότητα θερμοκρασίας
Οι κεραμικές μεμβράνες εξετάζονται όλο και περισσότερο για απαιτητικές εφαρμογές, επειδή η ανόργανη δομή τους μπορεί να παρέχει υψηλή μηχανική αντοχή και ισχυρή χημική αντοχή.
Τα χαρακτηριστικά αυτά μπορεί να είναι ιδιαίτερα σημαντικά όταν αναμένεται επαναλαμβανόμενος καθαρισμός, μακρές περιόδους λειτουργίας ή απαιτητικές συνθήκες λυμάτων.
Για μια ευρύτερη σύγκριση:
→Κηραμικά έναντι πολυμερών μεμβρανών στο MBR
Ωστόσο, οι κεραμικές μεμβράνες δεν είναι εντελώς ανεξάρτητες από τις επιδράσεις της θερμοκρασίας.
Η πραγματική απόδοση οποιουδήποτε συστήματος μεμβράνης εξακολουθεί να εξαρτάται από τις συνθήκες των λυμάτων, τη ροή λειτουργίας, τη θερμοκρασία, τη βιολογική διαδικασία και τη διαμόρφωση του συστήματος.
Κατά την αξιολόγηση των μεμβρανών για ένα έργο MBR, οι μηχανικοί θα πρέπει να ζητούν πληροφορίες απόδοσης υπό τις σχετικές συνθήκες λειτουργίας.
Χρήσιμες ερωτήσεις περιλαμβάνουν:
- Ποια είναι η ελάχιστη αναμενόμενη θερμοκρασία των λυμάτων;
- Τι επιδόσεις της μεμβράνης αναμένεται σε αυτή τη θερμοκρασία;
- Ποια θερμοκρασία χρησιμοποιήθηκε για την αναφερόμενη ροή;
- Η αναφερόμενη ροή είναι ακαθάριστη ή καθαρή;
- Είναι η αξία στιγμιαία ή βιώσιμη;
- Ποια απόσταση MLSS χρησιμοποιήθηκε;
- Ποια επιχειρησιακή στρατηγική χρησιμοποιήθηκε;
- Ποιο περιθώριο σχεδιασμού περιλαμβάνεται;
Η διάκριση μεταξύ ακαθάριστης και καθαρής ροής είναι ιδιαίτερα σημαντική.
→Ακαθάριστη ροή έναντι καθαρής ροής στο MBR: Γιατί η διαφορά έχει σημασία
Οι συγκρίσεις γίνονται πολύ πιο σημαντικές όταν οι προμηθευτές μεμβρανών παρέχουν δεδομένα απόδοσης σε συνεπή βάση.
Ένας αξιόπιστος σχεδιασμός μεμβράνης θα πρέπει να λαμβάνει υπόψη τη θερμοκρασία από την αρχή του έργου.
Μην χρησιμοποιείτε μόνο τον ετήσιο μέσο όρο.
Προσδιορίστε τις κανονικές και τις ελάχιστες αναμενόμενες θερμοκρασίες λειτουργίας.
Εξετάστε τη συνδυασμένη επίδραση:
Θερμοκρασία + ροή + MLSS + Χαρακτηριστικά λυμάτων + Απαιτούμενη χωρητικότητα
Η υψηλή βραχυπρόθεσμη ροή υπό ευνοϊκές συνθήκες δεν θα πρέπει να γίνεται αυτόματα η βάση του μακροπρόθεσμου σχεδιασμού.
Η περιοχή της μεμβράνης και η στρατηγική λειτουργίας θα πρέπει να παρέχουν επαρκή ευελιξία για τις εποχικές αλλαγές.
Κατά τη σύγκριση των προμηθευτών, εξασφαλίζεται ότι τα δεδομένα ροής αξιολογούνται υπό συγκρίσιμες θερμοκρασίες, λυμάτων, MLSS και συνθήκες λειτουργίας.
Η θερμοκρασία δεν πρέπει να θεωρείται ως μεμονωμένη παράμετρος.
Η επίδρασή του στη λειτουργία της μεμβράνης μπορεί να θεωρηθεί ως:
Θερμοκρασία → ιξώδεςτητα → αντίσταση στο φίλτρο → ροή → έλεγχος μόλυνσης → λειτουργική στρατηγική
Ταυτόχρονα:
Θερμοκρασία → Βιολογική δραστηριότητα → Χαρακτηριστικά λάσπης → Πιθανότητα μόλυνσης
Αυτό δείχνει γιατί η απόδοση της μεμβράνης δεν μπορεί να αξιολογηθεί χρησιμοποιώντας μόνο τη θερμοκρασία.
Μια μεμβράνη που λειτουργεί καλά σε εργαστηριακές συνθήκες μπορεί να απαιτεί διαφορετική στρατηγική λειτουργίας σε πλήρεις χειμερινές συνθήκες.
Για εφαρμογές βυθισμένων MBR όπου η μηχανική αντοχή, η χημική αντοχή, η ανοχή καθαρισμού και η μακροχρόνια σταθερότητα είναι σημαντικές σκέψεις,οι κεραμικές επίπεδες μεμβράνες μπορούν να αξιολογηθούν ως εναλλακτική λύση στις συμβατικές πολυμερείς μεμβράνες.
→Κεραμικά πλατιά φύλλα μεμβράνης
Η κατάλληλη διαμόρφωση μεμβράνης και η σχεδιαστική ροή θα πρέπει πάντα να καθορίζονται σύμφωνα με τα πραγματικά χαρακτηριστικά των λυμάτων και τις συνθήκες λειτουργίας του έργου.
Η θερμοκρασία μπορεί να έχει σημαντική επιρροή στις επιδόσεις της μεμβράνης στα συστήματα MBR.
Οι χαμηλότερες θερμοκρασίες γενικά αυξάνουν την ιξώδες του νερού και την αντοχή του σε διήθηση, ενώ οι εποχικές αλλαγές μπορούν επίσης να επηρεάσουν τα χαρακτηριστικά του ενεργού ιλύματος και τη συμπεριφορά της μόλυνσης.
Για το λόγο αυτό, η επιλογή της μεμβράνης δεν θα πρέπει να βασίζεται μόνο στην απόδοση υπό ευνοϊκές ή μέσες συνθήκες.
Ηελάχιστη αναμενόμενη θερμοκρασία λυμάτωνθα πρέπει να λαμβάνονται υπόψη κατά τη μέτρηση του μεγέθους της μεμβράνης και τον σχεδιασμό του συστήματος.
Για τη μακροχρόνια λειτουργία MBR, ο στόχος δεν είναι απλώς να προσδιοριστεί η υψηλότερη δυνατή ροή σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία.
Ο σημαντικότερος στόχος είναι η καθιέρωση ενόςσταθερό και βιώσιμο παράθυρο λειτουργίας σε όλο το εύρος των αναμενόμενων συνθηκών του έργου.
Για την αξιολόγηση του έργου, πληροφορίες όπως ο τύπος λυμάτων, ο ρυθμός ροής, το MLSS, το εύρος θερμοκρασιών, η διαδικασία επεξεργασίας,και η ικανότητα επεξεργασίας στόχου μπορεί να βοηθήσει στην καθιέρωση κατάλληλης βάσης σχεδιασμού μεμβράνης.
