L'area della membrana è uno dei parametri chiave nella progettazione di un sistema di bioreattore a membrana (MBR).
A livello di base, il calcolo è semplice:
Area di membrana richiesta = flusso richiesto ÷ flusso di progettazione netto
Tuttavia, la selezione dell'area di membrana appropriata per un progetto reale di trattamento delle acque reflue comporta più che l'applicazione di un singolo valore di flusso.
Le caratteristiche delle acque reflue, MLSS, temperatura di funzionamento, comportamento di inquinamento, cicli di filtrazione e margine di funzionamento richiesto possono influenzare la dimensione finale della membrana.
Permembrane di lamiera piana di ceramica utilizzate nei sistemi MBR immersi, una base di progettazione realistica e sostenibile è particolarmente importante.
L'area preliminare della membrana può essere calcolata utilizzando:
Dove:
- A= superficie necessaria della membrana, m2
- Q.= Flusso di permeabilità richiesto, L/h
- J.= flusso di progettazione netto, LMH
- LMH= litri per metro quadrato all'ora
Per una valutazione preliminare del MBR, la formula è semplice.
Quale flusso di progettazione della rete dovrebbe essere utilizzato?
Per le applicazioni MBR immerse, gli ingegneri dovrebbero utilizzare una base di progettazione realistica piuttosto che semplicemente selezionare il flusso più elevato riportato in condizioni di prova a breve termine o ideali.
Considerare un sistema MBR con una produzione di permeabilità richiesta di:
1,000 m3/giorno
In primo luogo, convertire il flusso in litri all'ora:
1,000 m3/giorno = 1,000,000 l/giorno
Pertanto:
1,000,000 ÷ 24 = 41,667 L/h
Assumere un flusso di progettazione netto illustrativo di:
20 LMH
L'area teorica della membrana è:
Pertanto, circa2,083 m2In teoria, a questo flusso di progettazione sarebbe necessaria un'area di membrana di circa
Questo è un calcolo preliminare: l'area di membrana installata finale può essere maggiore dopo aver preso in considerazione i cicli di funzionamento, l'inquinamento, la manutenzione, la ridondanza e i requisiti di progettazione specifici del progetto.
Se si sta valutando un sistema MBR in ceramica, l'area teorica della membrana è solo il punto di partenza.flusso sostenibile, e configurazione del sistema.
→ Esplora le nostre membrane di ceramica piatta
Una delle considerazioni più importanti nella dimensione della membrana MBR è comprendere la differenza traflusso lordo e flusso netto.
Un sistema MBR può includere filtrazione, rilassamento, pulizia e altri periodi operativi.il flusso durante la filtrazione attiva non rappresenta necessariamente la produttività media effettiva della membrana durante l'intero ciclo di funzionamento.
Nel valutare le prestazioni della membrana, gli ingegneri possono incontrare termini come:
- Flusso istantaneo
- Flusso operativo
- Flusso lordo
- Flusso netto
- Flusso di progettazione sostenibile
Questi valori non dovrebbero essere automaticamente considerati equivalenti.
Per i calcoli della superficie della membrana, aflusso di progettazione reale della retefornisce una base più significativa rispetto alla semplice selezione del più alto flusso disponibile.
Per ulteriori informazioni:
→ Flusso lordo vs. flusso netto in MBR: perché la differenza è importante
Matematicamente, un flusso più elevato riduce l'area teorica della membrana richiesta per un dato flusso.
Per esempio:
| Flusso di progettazione della rete | Superficie teorica a 1.000 m3/giorno |
|---|---|
| 15 LMH | ≈ 2.778 m2 |
| 20 LMH | ≈ 2.083 m2 |
| 25 LMH | ≈ 1.667 m2 |
| 30 LMH | ≈ 1.389 m2 |
Queste cifre sono:calcoli illustrativi, non raccomandazioni di progettazione universali.
Nei sistemi MBR reali, un flusso di progettazione più elevato può anche ridurre il margine operativo disponibile e aumentare la sensibilità alle variazioni di inquinamento e acque reflue.
Le conseguenze potenziali possono essere:
- Tendenze più elevate all'inquinamento
- Maggiore resistenza alla filtrazione
- Pulizia più frequente
- Riduzione della flessibilità operativa
Pertanto, l'obiettivo non dovrebbe essere semplicemente quello di ridurre al minimo l'area della membrana.
L'approccio migliore è quello di bilanciarearea della membrana, flusso sostenibile, controllo dell'inquinamento e stabilità operativa a lungo termine.
Il flusso di progettazione selezionato dovrebbe riflettere l'effettiva acqua di scarico.
I parametri importanti possono includere:
- CdO
- BdB
- TSS
- Olio e grassi
- Caratteristiche dei solidi sospesi
- Prestazioni di pretrattamento
Le acque reflue municipali e le acque reflue industriali possono avere comportamenti di inquinamento e requisiti operativi significativamente diversi.
La stessa base di dimensionamento della membrana non dovrebbe quindi essere applicata automaticamente a ogni applicazione.
→ Leggi: Membrane ceramiche per le acque reflue municipali e industriali
Per un MBR immerso,sostanze solide in sospensione in liquore misto (MLSS)è un'altra considerazione importante.
Il MLSS può influenzare:
- Viscosità del liquore misto
- Formazione dello strato di torta
- Efficacia della depurazione dell'aria
- Trasferimento di massa vicino alla superficie della membrana
- Comportamento di inquinamento
La dimensione della membrana deve pertanto essere valutata insieme al processo biologico e all'intervallo operativo previsto del MLSS.
La temperatura delle acque reflue può anche influenzare le prestazioni della membrana.
Con la diminuzione della temperatura, la viscosità dell'acqua aumenta generalmente, il che può aumentare la resistenza alla filtrazione.
Per i progetti con variazioni stagionali di temperatura, gli ingegneri dovrebbero considerare:
- Temperatura di funzionamento media
- Temperatura minima di funzionamento
- Variazioni stagionali
Un progetto basato solo su condizioni medie potrebbe non fornire un margine operativo sufficiente nei periodi più freddi.
→ Leggi: Come la temperatura influenza le prestazioni della membrana nei sistemi MBR
L'inquinamento è una considerazione importante nel funzionamento di MBR a lungo termine.
Può essere influenzato dalla composizione delle acque reflue, MLSS, flusso, aerazione, pretrattamento e condizioni operative.
Un sistema a membrana dovrebbe pertanto essere progettato attorno a un flusso che possa essere mantenuto nelle condizioni di funzionamento previste.
L'obiettivo non è semplicemente quello di raggiungere il più alto tasso di filtrazione istantanea.
L'obiettivo è mantenereproduzione stabile e sostenibile durante il periodo di funzionamento previsto.
La membrana può non funzionare in condizioni identiche durante l'intero ciclo di funzionamento.
A seconda della progettazione del sistema, il processo può includere:
Filtrazione → rilassamento → filtrazione → rilassamento
nonché periodi di pulizia e manutenzione.
Pertanto, il flusso di filtrazione attivo e la produzione giornaliera effettiva di membrane non sono necessariamente la stessa cosa.
Quando si calcola l'area della membrana, gli ingegneri devono confermare se il flusso selezionato rappresenta:
Flusso di filtrazione attiva
o
Flusso di produzione netto
Questa distinzione è particolarmente importante quando si confrontano tecnologie a membrana o dati dei fornitori.
La formula:
fornisce un'area teorica della membrana.
L'area installata finale può essere necessaria per tenere conto di:
- Variazione del flusso
- Condizioni stagionali
- Inquinamento
- Pulizia
- Servizi di manutenzione
- Disponibilità della membrana
- Risparmio
- Requisiti futuri di capacità
Non esiste un margine di progettazione universale applicabile a tutti i progetti MBR.
Il margine appropriato dovrebbe essere stabilito in base alla progettazione del processo e ai requisiti di affidabilità del progetto.
Per gli impianti critici di trattamento delle acque reflue, il mantenimento della capacità di trattamento mentre una parte del sistema a membrana non è disponibile può anche essere una considerazione importante.
Pertanto:
L'area teorica della membrana è il punto di partenza, non necessariamente l'area finale installata.
Una volta stabilita l'area di membrana richiesta, il passo successivo è quello di stimare il numero di elementi o moduli di membrana.
La relazione di base è:
L'organizzazione finale del modulo dovrebbe anche considerare:
- Dimensioni del serbatoio
- Configurazione idraulica
- Distribuzione dell'aerazione
- Spazio di installazione
- Accesso alla manutenzione
- Risparmio
- Flessibilità operativa
La quantità di membrana deve pertanto essere valutata nell'ambito della progettazione completa del sistema MBR.
Un flusso di lavoro preliminare pratico può essere riassunto come segue:
Determinare i requisiti di permeabilità media e massima.
Esaminare il COD, il BOD, il TSS, l'olio e il grasso e altri parametri pertinenti.
Stabilire il processo biologico e l'intervallo MLSS atteso.
Considera le temperature di funzionamento medie e minime.
Utilizzare una base di progettazione realistica specifica del progetto.
Area della membrana = flusso ÷ flusso di progettazione netto
Considerate la filtrazione, il rilassamento, la pulizia e la manutenzione.
Conto per il margine operativo, disponibilità e ridondanza.
Questo flusso di lavoro fornisce una base più affidabile per la selezione preliminare della membrana piuttosto che semplicemente dividere il flusso per il flusso più alto indicato.
Per i progetti MBR immersi,di larghezza superiore a 50 mmpossono essere presi in considerazione quando durabilità, resistenza chimica e tolleranza alla pulizia sono considerazioni importanti.
Tuttavia, il materiale della membrana da solo non determina il design appropriato.
Gli ingegneri devono valutare:
- Area di membrana richiesta
- Flusso di progettazione sostenibile
- Caratteristiche delle acque reflue
- MLSS
- Temperatura di funzionamento
- Controllo dell'inquinamento
- Requisiti di pulizia
- Configurazione del modulo
- Requisiti operativi a lungo termine
Le nostre soluzioni per membrane a lamiera piatta in ceramica sono progettate per applicazioni di trattamento delle acque e delle acque reflue e possono essere valutate in base alle condizioni operative specifiche del progetto.
→ Visualizza il modulo di membrana ceramica a foglio piatto
Un calcolo preliminare può essere effettuato sulla base del flusso di flusso e del flusso di progettazione netto, ma la dimensione della membrana specifica del progetto richiede dati di funzionamento effettivi.
Per una valutazione iniziale, le informazioni utili sono:
- Tipo di acque reflue
- Flusso medio e massimo
- COD / BOD / TSS
- MLSS
- Temperatura minima e media
- Configurazione del trattamento biologico
- Qualità richiesta degli effluenti
- Condizioni di esercizio
Fornire questi parametri consente di valutare l'area e la configurazione della membrana su una base di ingegneria più realistica.
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La formula di base è:
Area di membrana richiesta = flusso richiesto ÷ flusso di progettazione netto
Il risultato fornisce un'area teorica della membrana. L'area installata finale dovrebbe anche considerare i cicli di funzionamento, l'inquinamento, la temperatura, la pulizia e i requisiti di progettazione.
Un approccio realisticoflusso di progettazione nettosi dovrebbe utilizzare invece di applicare automaticamente un valore di flusso massimo o istantaneo.
Un flusso più elevato riduce l'area teorica della membrana necessaria per un dato flusso, ma può anche ridurre il margine operativo e aumentare i requisiti di inquinamento o pulizia.
A un flusso di progettazione netto illustrativo di20 LMH, circa2,083 m2In questo caso, è necessaria un'area di membrana teorica.
La velocità di flusso, le caratteristiche delle acque reflue, il MLSS, la temperatura di funzionamento, il processo biologico, le prestazioni di trattamento richieste e le condizioni di funzionamento sono utili punti di partenza per la valutazione preliminare.
Calcolare l'area della membrana MBR inizia con una semplice equazione:
Ma una progettazione affidabile di MBR richiede più di matematica.
Le caratteristiche delle acque reflue, MLSS, temperatura, inquinamento, cicli operativi, pulizia, disponibilità della membrana e affidabilità del sistema possono influenzare l'area finale della membrana.
Perapplicazioni per membrane di lamiera piatta in ceramica, l'obiettivo non è semplicemente quello di ridurre al minimo l'area della membrana.capacità della membrana, flusso sostenibile, stabilità operativa, manutenzione e prestazioni a lungo termine.
Un progetto realistico costituisce la base di un sistema MBR affidabile.
