O fluxo de membrana é um dos parâmetros mais frequentemente discutidos no projeto de biorreator de membrana (MBR).
Um fluxo mais elevado pode parecer atraente porque pode reduzir a área da membrana necessária para uma dada capacidade de tratamento.não todos os valores de fluxo cotados representam a mesma quantidade de produção de água real.
É aqui que a distinção entreFluxo bruto e fluxo líquidotorna-se importante.
Para os engenheiros, contratados EPC e proprietários de projetos, a compreensão desta diferença pode fornecer uma base mais significativa para o dimensionamento da membrana e comparação de tecnologia.
O fluxo de membrana descreve o volume de permeabilidade produzido através de uma área de membrana unitária durante um determinado período.
É geralmente expressa como:
Por exemplo, uma membrana operando a25 LMHProduz aproximadamente 25 litros de permeabilidade por metro quadrado de área efetiva da membrana por hora durante o período de filtração relevante.
Contudo, um sistema MBR não produz necessariamente permeato continuamente durante cada minuto de funcionamento.
Dependendo da estratégia operacional, a membrana pode passar por:
- Filtração
- Relaxamento
- Reversão de lavagem, se aplicável
- Limpeza
- Outros períodos operacionais
Por conseguinte, o fluxo durante a filtragem ativa pode não representar a produção média durante todo o ciclo de funcionamento.
Fluxo brutorefere-se geralmente ao fluxo da membrana durante a filtração activa.
Por exemplo:
Uma membrana pode funcionar a um fluxo de filtragem bruto de40 LMHdurante o período de filtragem ativa.
Este pode ser um valor operacional válido.
Contudo, não significa automaticamente que a membrana produza permeato continuamente a 40 LMH durante todo o período de funcionamento.
Se o sistema incluir relaxamento ou outros períodos de não produção, a taxa média de produção será menor.
É por isso que um fluxo bruto cotado deve ser sempre avaliado juntamente com o seu ciclo operacional.
Fluxo líquidorepresenta a produção média efetiva de membrana após ter sido contabilizado o período em que a produção de permeato é reduzida ou interrompida.
Dependendo da concepção do sistema, estes períodos podem incluir:
- Relaxamento
- Retro-lavagem
- Limpeza
- Manutenção
- Outros períodos de não produção
Uma relação simplificada é:
Por exemplo, se uma membrana opera a um fluxo relativamente elevado durante a filtração ativa, mas passa parte do ciclo em relaxamento,a produção média efetiva será inferior ao fluxo de filtragem ativo.
O cálculo exacto depende da estratégia operacional.
Dois fornecedores de membrana podem parecer oferecer valores de fluxo significativamente diferentes.
Antes de concluir que uma membrana tem um desempenho substancialmente melhor, os engenheiros devem perguntar:
- O valor cotado é bruto ou líquido?
- É instantâneo ou médio?
- Quanto tempo dura o período de filtragem ativa?
- Estão incluídos os períodos de relaxamento?
- A lavagem traseira está incluída?
- Os períodos de limpeza estão incluídos?
- Qual a temperatura das águas residuais?
- Que concentração de MLSS foi utilizada?
- Qual a qualidade das águas residuais utilizadas?
- Quanto tempo durou o teste?
Sem estas informações, as comparações de fluxo direto podem ser enganosas.
Um fluxo operacional cotado mais elevado de um fornecedor pode não necessariamente resultar num fluxo operacional mais elevado de um fornecedor que não seja o seu fornecedor.capacidade de produção diária líquida.
A área da membrana é geralmente estimada utilizando:
Isto torna a definição de fluxo particularmente importante.
Se um fluxo de filtragem bruto for utilizado como se fosse um fluxo de produção líquido contínuo, a área teórica da membrana pode ser subestimada.
Por exemplo, considere um sistema que exija:
1,000 m3/dia
Se a base do projecto for:
20 Fluxo líquido LMH
a área teórica da membrana é aproximadamente:
Mas se a produção líquida sustentável real for inferior ao valor utilizado para o dimensionamento, pode ser necessária uma área de membrana adicional.
É por isso que o dimensionamento da membrana deve basear-se num fluxo de projeto claramente definido e não simplesmente no número mais elevado indicado numa ficha de especificações.
Para um cálculo detalhado:
→Como calcular a área de membrana necessária para um sistema MBR
Uma membrana capaz de atingir um fluxo de filtragem ativo elevado pode igualmente exigir:
- Períodos de relaxamento
- Aeração mais intensiva
- Limpeza mais frequente
- Diferentes ciclos de filtragem
- Controles de funcionamento adicionais
Estes fatores podem influenciar a produção diária real de permeabilidade.
Por conseguinte, a questão:
Qual é o fluxo máximo da membrana?
podem ser menos úteis do que:
¢Qual a produção líquida que a membrana pode manter de forma fiável nas condições de funcionamento pretendidas?
Para os projectos de REM em larga escala, a segunda questão é geralmente mais relevante.
Estes três conceitos devem ser distinguidos.
Fluxo durante a filtração ativa.
Produção média efetiva após contabilização de períodos não de produção.
Um valor de concepção realista a longo prazo selecionado de acordo com:
- Características das águas residuais
- Temperatura
- MLSS
- Comportamento inadequado
- Estratégia de limpeza
- Ciclos de funcionamento
- Margem operacional exigida
Uma membrana pode atingir um alto fluxo bruto enquanto tem um fluxo de projeto sustentável a longo prazo mais baixo.
Isto não indica necessariamente um mau desempenho da membrana.
Em vez disso, pode reflectir uma abordagem mais realista para a operação de MBR a longo prazo.
Para aplicações de membrana de chapa plana de cerâmica, o fluxo de projeto sustentável deve ser avaliado em conjunto com as condições de funcionamento reais do MBR.
→Membranas de folhas planas de cerâmica
A temperatura é outro fator importante na comparação dos dados de fluxo da membrana.
Um valor de fluxo medido a uma temperatura relativamente elevada das águas residuais pode não representar as condições reais de funcionamento no inverno.
As temperaturas mais baixas geralmente aumentam a viscosidade da água e a resistência à filtragem.
Por conseguinte, as equipas de projeto devem considerar:
- Temperatura média das águas residuais
- Temperatura mínima das águas residuais
- Variação sazonal
- Requisitos de tratamento no inverno
- Temperatura utilizada para ensaios de desempenho da membrana
Para projetos com variações sazonais significativas, a temperatura mínima de funcionamento pode ser uma condição de concepção importante.
Para uma discussão mais pormenorizada:
→Como a temperatura afeta o desempenho da membrana nos sistemas MBR
Considere dois sistemas hipotéticos de membrana.
- Fluxo bruto de filtragem mais elevado
- Períodos regulares de relaxamento
- Tempo de produção efetivo mais curto
- Fluxo de filtragem ativa inferior
- Tempo de produção efetivo mais longo
- Ciclo de funcionamento estável
Olhando apenas para o fluxo de cabeçalho pode sugerir que o Sistema A fornece um melhor desempenho.
No entanto, os dois sistemas poderiam ter uma produção diária líquida semelhante.
A comparação deve, por conseguinte, ter em conta:
Fluxo bruto → Ciclo operacional → Fluxo líquido → Área de membrana → Produção diária
em vez de olhar para o fluxo bruto sozinho.
Ao avaliar o desempenho da membrana, as seguintes questões podem ajudar a estabelecer uma base comum de comparação:
- O fluxo citado é bruto, líquido ou instantâneo?
- Qual é o tempo de filtragem ativa?
- Que períodos de lazer estão incluídos?
- Que períodos de limpeza estão incluídos?
- Qual a temperatura das águas residuais?
- Que alcance MLSS foi usado?
- Qual a qualidade das águas residuais utilizadas?
- Quanto tempo durou o teste?
- Que ciclo operacional foi utilizado?
- Qual é o fluxo de projeto da rede recomendado para operação a longo prazo?
Estas questões podem tornar as comparações entre diferentes tecnologias de membrana muito mais significativas.
Os fluxos brutos e líquidos não são intercambiáveis.
Um fluxo elevado medido durante a filtração ativa não representa necessariamente a quantidade média de água produzida durante um ciclo de funcionamento completo.
Para a concepção de sistemas MBR, a base mais significativa é frequentemente aCapacidade de produção líquida sustentável em condições de projecto realistas.
Os engenheiros devem, portanto, olhar para além dos valores de fluxo de cabeçalho e avaliar:
Fluxo + ciclo de funcionamento + temperatura + MLSS + Características das águas residuais + controlo da impureza
O objectivo não deve ser simplesmente selecionar a membrana com o maior fluxo anunciado.
O objectivo é selecionar um sistema de membrana capaz de fornecerprodução de água fiável e sustentável durante toda a vida útil prevista do projecto.
Para a avaliação preliminar, as informações úteis sobre o projecto incluem:
- Capacidade de tratamento
- Características das águas residuais
- MLSS
- Temperatura média e mínima
- Ciclo de funcionamento
- Produção-alvo
- Área de membrana necessária
Estes parâmetros podem ajudar a estabelecer uma dimensão e uma base de funcionamento da membrana mais realistas.
