O fluxo da membrana é um dos primeiros números que os engenheiros observam ao avaliar uma membrana MBR.
Um fluxo mais elevado pode parecer atraente porque pode reduzir a área da membrana necessária para uma determinada capacidade de tratamento. Contudo, a seleção da membrana para uma verdadeira estação de tratamento de águas residuais não pode ser baseada simplesmente no fluxo mais elevado alcançado durante um teste de curto prazo.
Para um sistema MBR, a questão mais importante é:
Que fluxo de membrana pode ser mantido de forma confiável a longo prazo sob condições reais de águas residuais e de operação?
Este é o conceito por trás de umfluxo de design realista.
O fluxo da membrana é geralmente expresso como:
Representa o volume de permeado produzido por unidade de área de membrana por hora.
Por exemplo, se um sistema de membrana opera a20 LMH, cada metro quadrado de área efetiva da membrana produz aproximadamente 20 litros de permeado por hora nas condições operacionais indicadas.
O fluxo é um parâmetro de projeto importante porque afeta diretamente a área necessária da membrana.
No entanto, o fluxo nunca deve ser considerado independentemente da incrustação da membrana e da estabilidade operacional.
Para a relação entre fluxo e área da membrana, consulte:
→Como calcular a área de membrana necessária para um sistema MBR
Um dos mal-entendidos mais comuns na seleção de membranas é tratar um fluxo de teste máximo ou de curto prazo como o valor de projeto apropriado.
Uma membrana pode atingir um fluxo relativamente alto durante um teste controlado com condições favoráveis:
- Qualidade da água
- Temperatura
- Condicionamento de membrana
- Condições operacionais
Uma planta MBR em grande escala é diferente.
As águas residuais reais contêm concentrações variáveis de sólidos suspensos, matéria orgânica, microorganismos e outros contaminantes potenciais.
A temperatura também muda ao longo do ano, enquanto as condições de funcionamento e os ciclos de limpeza podem variar.
Portanto:
Um fluxo de projeto realista deve refletir o desempenho que pode ser razoavelmente mantido durante a operação a longo prazo.
A membrana é continuamente exposta a lodo ativado.
À medida que a filtração prossegue, as incrustações podem acumular-se na superfície da membrana ou perto dela. Isto aumenta a resistência à filtração e pode reduzir gradualmente a permeabilidade.
Os sistemas MBR, portanto, utilizam diferentes estratégias operacionais para controlar a incrustação, tais como:
- Aeração de membrana
- Relaxamento
- Retrolavagem quando aplicável
- Limpeza de manutenção química
- Limpeza periódica de recuperação
- Controle de processos biológicos
Mesmo com estas medidas, a incrustação da membrana continua a ser uma consideração importante no projeto.
Se um sistema for projetado muito próximo de seu fluxo prático máximo, a membrana poderá apresentar incrustações mais rápidas e exigir limpeza mais frequente.
Um fluxo de projeto um pouco mais conservador pode proporcionar maior estabilidade e flexibilidade operacional.
Isto é particularmente importante para estações de águas residuais municipais que deverão funcionar continuamente durante muitos anos.
Não existe um fluxo de design universal que se aplique a todos os projetos MBR.
O valor apropriado depende de vários fatores.
Diferentes fontes de águas residuais têm potenciais de incrustação muito diferentes.
Águas residuais municipais, águas residuais industriais, águas residuais de processamento de alimentos e águas residuais de processos altamente concentradas não devem usar automaticamente a mesma base de projeto de membrana.
Parâmetros importantes podem incluir:
- BACALHAU
- DBO
- TSS
- Características dos sólidos suspensos
- Óleo e graxa
- Características biológicas
- Condições de pré-tratamento
Quanto mais exigente for a água de alimentação, mais cuidadosamente o fluxo de projeto deverá ser avaliado.
MLSS é outro fator importante em sistemas MBR imersos.
Concentrações mais elevadas de biomassa podem influenciar:
- Viscosidade do lodo
- Formação de bolo
- Transferência em massa
- Comportamento sujo
Por esta razão, o fluxo da membrana deve ser avaliado juntamente com o processo biológico e a faixa operacional selecionada do MLSS.
A temperatura das águas residuais pode mudar significativamente entre as estações.
Temperaturas mais baixas geralmente aumentam a viscosidade da água, o que pode afetar o desempenho da filtração por membrana.
Um sistema de membrana projetado usando apenas dados operacionais da estação quente pode, portanto, não fornecer a mesma margem operacional durante o inverno.
A temperatura mínima esperada das águas residuais deve ser considerada durante o dimensionamento da membrana.
Para uma discussão mais profunda:
→Como a temperatura afeta o desempenho da membrana em sistemas MBR
A aeração da membrana desempenha um papel importante no controle de incrustações em sistemas MBR imersos.
A relação entre o fluxo da membrana, a aeração, o controle de incrustações e o consumo de energia deve, portanto, ser considerada como parte do projeto completo do sistema.
Um fluxo de membrana mais elevado pode reduzir a área de membrana necessária, mas se exigir um controlo de incrustações substancialmente maior, a economia global do sistema pode não melhorar necessariamente.
Ao avaliar o desempenho da membrana, os engenheiros devem verificar cuidadosamente como o fluxo citado é definido.
Dependendo do teste e do método operacional, um fluxo relatado pode representar um período operacional específico, em vez da média real de produção de 24 horas.
Por exemplo, um MBR pode incluir períodos de filtração juntamente com períodos de relaxamento ou outros períodos de não produção.
Portanto, é útil distinguir entre:
- Fluxo instantâneo ou operacional
- Fluxo médio de filtração
- Fluxo líquido de produção
- Fluxo de design sustentável a longo prazo
Esses valores podem não ser idênticos.
Ao comparar diferentes fornecedores de membranas, os engenheiros devem certificar-se de que a mesma base está sendo usada.
Para uma explicação detalhada:
→Fluxo bruto vs. fluxo líquido no MBR: por que a diferença é importante
Esta distinção pode evitar que diferenças aparentemente grandes entre fornecedores sejam mal compreendidas.
Idealmente, o desempenho da membrana deve ser avaliado durante um período operacional apropriado.
Um pequeno teste pode demonstrar que uma membrana é capaz de atingir um determinado fluxo.
No entanto, a avaliação a longo prazo pode fornecer mais informações sobre:
- Desenvolvimento incrustante
- Estabilidade de fluxo
- Resposta de limpeza
- Recuperação de permeabilidade
- Consistência operacional
- Condição da membrana
Para a concepção do projecto, o objectivo não é simplesmente alcançar o maior fluxo inicial possível.
O objetivo é estabelecer uma janela operacional confiável que proporcione um desempenho de tratamento estável durante a vida útil esperada do sistema de membrana.
Não necessariamente.
Um fluxo mais alto pode reduzir a área da membrana necessária para uma determinada taxa de fluxo.
No entanto, a área da membrana é apenas uma parte do custo total do sistema MBR.
Outros fatores podem incluir:
- Energia de aeração
- Requisitos de bombeamento
- Frequência de limpeza
- Consumo de produtos químicos
- Substituição de membrana
- Manutenção
- Tempo de inatividade
- Pegada do equipamento
O design ideal representa, portanto, um equilíbrio entre:
Área da Membrana + Fluxo + Controle de Incrustações + Energia + Limpeza + Custo do Ciclo de Vida
Em alguns projetos, um fluxo moderadamente conservador pode fornecer uma solução global melhor do que operar continuamente com um fluxo muito elevado.
Uma abordagem prática é começar com as condições reais do projeto, em vez de selecionar primeiro um valor de fluxo.
Compreender a fonte e as principais características de qualidade da água.
Determine a configuração do tratamento e a faixa operacional esperada do MLSS.
Considere as temperaturas operacionais normais e mínimas esperadas.
Considere filtragem, relaxamento, aeração, limpeza e outros parâmetros operacionais.
Use testes representativos ou experiência operacional validada sempre que possível.
O valor final do projeto deve fornecer capacidade de membrana suficiente, mantendo ao mesmo tempo uma margem operacional adequada.
Esta abordagem é geralmente mais confiável do que selecionar uma membrana baseada apenas no fluxo mais alto anunciado.
As membranas cerâmicas de chapa plana estão atraindo interesse crescente em aplicações de MBR devido à sua combinação de:
- Resistência mecânica
- Resistência química
- Tolerância de limpeza
- Durabilidade do material a longo prazo
Essas características podem proporcionar maior flexibilidade ao projetar estratégias operacionais e de limpeza de membranas.
Contudo, as membranas cerâmicas não devem ser consideradas imunes à incrustação.
Os mesmos princípios fundamentais de engenharia ainda se aplicam:
Para aplicações de MBR imersas, as membranas cerâmicas de chapa plana podem, portanto, ser avaliadas quando a durabilidade a longo prazo e a operação estável são considerações importantes do projeto.
O fluxo de projeto apropriado ainda deve ser determinado a partir das águas residuais reais, MLSS, temperatura, ciclo operacional e requisitos de tratamento.
Para projetos MBR municipais e industriais, não existe um único número de fluxo “correto”.
Um fluxo de projeto razoável depende do sistema completo.
Como princípio geral de engenharia, os projetistas devem distinguir entre:
O que uma membrana pode alcançar
e
O que uma membrana deve ser projetada para alcançar continuamente.
A segunda questão é muito mais importante para uma estação de tratamento de águas residuais em grande escala.
Uma abordagem de design sustentável pode ajudar a reduzir o risco de:
- Sujidade excessiva
- Operação instável
- Limpeza frequente
- Margem operacional insuficiente
- Substituição prematura da membrana
Um fluxo de projeto realista para membranas cerâmicas MBR de chapa plana não deve ser definido simplesmente pelo fluxo mais alto alcançado durante um teste de curto prazo.
Em vez disso, deve basear-se nas condições operacionais esperadas a longo prazo do projecto real de tratamento de águas residuais.
Fatores importantes incluem:
Características de águas residuais + MLSS + Temperatura + Aeração + Comportamento de incrustação + Estratégia de limpeza + Economia do ciclo de vida
Para engenheiros e desenvolvedores de projetos, a especificação de membrana mais útil não é necessariamente:
“Qual é o fluxo máximo?”
mas sim:
“Que fluxo líquido sustentável esta membrana pode manter sob nossas condições operacionais reais?”
Esta distinção pode levar a projetos de MBR mais confiáveis e comparações mais significativas entre tecnologias de membrana.
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Para avaliação preliminar do projeto, informações úteis incluem:
- Tipo de águas residuais
- Capacidade de tratamento
- Taxa de fluxo
- COD / DBO / TSS
- MLSS
- Temperatura mínima e média
- Processo de tratamento
- Fluxo operacional alvo
