El flujo de membrana es uno de los parámetros más frecuentemente discutidos en el diseño de biorreactores de membrana (MBR).
Un mayor flujo puede parecer atractivo porque puede reducir el área de membrana requerida para una capacidad de tratamiento dada.no todos los valores de flujo cotizados representan la misma cantidad de producción de agua real.
Aquí es donde la distinción entreFlujo bruto y flujo netose vuelve importante.
Para los ingenieros, contratistas de EPC y propietarios de proyectos, comprender esta diferencia puede proporcionar una base más significativa para el tamaño de la membrana y la comparación de tecnología.
El flujo de membrana describe el volumen de permeabilidad producido a través de un área de membrana unitaria durante un período determinado.
Se expresa comúnmente como:
Por ejemplo, una membrana que opera a25 LMHproduce aproximadamente 25 litros de permeabilidad por metro cuadrado de superficie de membrana efectiva por hora durante el período de filtración correspondiente.
Sin embargo, un sistema MBR no necesariamente produce permeación de forma continua durante cada minuto de funcionamiento.
Dependiendo de la estrategia de operación, la membrana puede pasar por:
- Filtración
- La relajación
- Lavado por retroceso, cuando proceda
- Limpieza
- Otros períodos operativos
Por lo tanto, el flujo durante la filtración activa puede no representar la producción media durante todo el ciclo de funcionamiento.
Flujo brutogeneralmente se refiere al flujo de membrana durante la filtración activa.
Por ejemplo:
Una membrana puede funcionar a un flujo de filtración bruto de40 LMHdurante el período de filtración activa.
Este puede ser un valor de operación válido.
Sin embargo, esto no significa automáticamente que la membrana produzca permeado continuamente a 40 LMH durante todo el período de funcionamiento.
Si el sistema incluye períodos de relajación u otros períodos de no producción, la tasa media de producción será menor.
Por esta razón, un flujo bruto cotizado siempre debe evaluarse junto con su ciclo operativo.
Flujo netorepresenta la producción media efectiva de membrana después de tener en cuenta los períodos en que la producción de permeato se reduce o se detiene.
Dependiendo del diseño del sistema, estos períodos pueden incluir:
- La relajación
- Lavado por retroceso
- Limpieza
- Mantenimiento
- Otros períodos no productivos
Una relación simplificada es:
Por ejemplo, si una membrana opera a un flujo relativamente alto durante la filtración activa, pero pasa parte del ciclo en relajación,la producción media efectiva será inferior al flujo de filtración activo.
El cálculo exacto depende de la estrategia operativa.
Dos proveedores de membrana pueden parecer ofrecer valores de flujo significativamente diferentes.
Antes de concluir que una membrana tiene un rendimiento sustancialmente mejor, los ingenieros deberían preguntarse:
- ¿El valor cotizado es bruto o neto?
- ¿Es instantáneo o promedio?
- ¿Cuánto dura el período de filtración activa?
- ¿Están incluidos los períodos de relajación?
- ¿Está incluido el lavado?
- ¿Están incluidos los períodos de limpieza?
- ¿Qué temperatura de las aguas residuales se utilizó?
- ¿Qué concentración de MLSS se utilizó?
- ¿Qué calidad de aguas residuales se utilizó?
- ¿Cuánto tiempo se llevó a cabo la prueba?
Sin esta información, las comparaciones directas de flujo pueden ser engañosas.
Un flujo operativo cotizado más alto de un proveedor puede no dar lugar necesariamente a un flujo operativocapacidad de producción diaria neta.
La superficie de la membrana se estima comúnmente utilizando:
Esto hace que la definición de flujo sea particularmente importante.
Si se utiliza un flujo de filtración bruto como si fuera un flujo de producción neto continuo, el área teórica de la membrana puede subestimarse.
Por ejemplo, considere un sistema que requiera:
1,000 m3/día
Si el diseño se basa en:
Flujo neto de 20 LMH
el área teórica de la membrana es aproximadamente:
Pero si la producción neta sostenible real es inferior al valor utilizado para el dimensionamiento, puede ser necesario un área de membrana adicional.
Por esta razón, el tamaño de la membrana debe basarse en un flujo de diseño claramente definido en lugar de simplemente en el número más alto que aparece en una hoja de especificaciones.
Para un cálculo detallado:
- ¿ Qué?Cómo calcular el área de membrana requerida para un sistema MBR
Una membrana capaz de alcanzar un alto flujo de filtración activa también puede requerir:
- Periodos de relajación
- Aeración más intensiva
- Limpieza más frecuente
- Diferentes ciclos de filtración
- Controles de funcionamiento adicionales
Estos factores pueden influir en la producción diaria real de permeabilidad.
Por lo tanto, la pregunta:
¿Cuál es el flujo máximo de membrana?
puede ser menos útil que:
¿Qué producción neta puede mantener con fiabilidad la membrana en las condiciones de funcionamiento previstas?
En el caso de los proyectos MBR a gran escala, la segunda pregunta es generalmente más relevante.
Hay que distinguir entre estos tres conceptos.
Flujo durante la filtración activa.
Producción media efectiva después de tener en cuenta los períodos de no producción.
Un valor de diseño realista a largo plazo seleccionado de acuerdo con:
- Características de las aguas residuales
- Temperatura
- El SLA
- Comportamiento de incumplimiento
- Estrategia de limpieza
- Ciclos de funcionamiento
- Margen operativo requerido
Una membrana puede alcanzar un alto flujo bruto mientras tiene un flujo de diseño sostenible a largo plazo más bajo.
Esto no indica necesariamente un mal rendimiento de la membrana.
En cambio, puede reflejar un enfoque más realista para el funcionamiento del MBR a largo plazo.
Para las aplicaciones de membrana de chapa plana de cerámica, el flujo de diseño sostenible debe evaluarse junto con las condiciones reales de funcionamiento del MBR.
- ¿ Qué?Las demás fibras sintéticas
La temperatura es otro factor importante a la hora de comparar los datos del flujo de membrana.
Un valor de flujo medido a una temperatura relativamente alta de las aguas residuales puede no representar las condiciones reales de funcionamiento en invierno.
Las temperaturas más bajas generalmente aumentan la viscosidad del agua y la resistencia a la filtración.
Por lo tanto, los equipos de proyecto deben considerar:
- Temperatura media de las aguas residuales
- Temperatura mínima de las aguas residuales
- Variación estacional
- Requisitos de tratamiento invernal
- Temperatura utilizada para el ensayo del rendimiento de la membrana
Para los proyectos con variaciones estacionales significativas, la temperatura mínima de funcionamiento puede ser una condición de diseño importante.
Para una discusión más detallada:
- ¿ Qué?Cómo la temperatura afecta el rendimiento de la membrana en los sistemas MBR
Considere dos sistemas hipotéticos de membrana.
- Flujo de filtración bruto más alto
- Periodos regulares de relajación
- Tiempo de producción efectivo más corto
- Flujo de filtración activo inferior
- Tiempo de producción efectivo más largo
- Ciclo de funcionamiento estable
Observando sólo el flujo principal puede sugerir que el Sistema A proporciona un mejor rendimiento.
Sin embargo, los dos sistemas podrían tener una producción neta diaria similar.
Por lo tanto, la comparación debe tener en cuenta:
Flujo bruto → Ciclo operativo → Flujo neto → Área de membrana → Producción diaria
en lugar de mirar sólo el flujo bruto.
Al evaluar el rendimiento de la membrana, las siguientes preguntas pueden ayudar a establecer una base común de comparación:
- ¿El flujo cotizado es bruto, neto o instantáneo?
- ¿Cuál es el tiempo de filtración activa?
- ¿Qué períodos de relajación se incluyen?
- ¿Qué períodos de limpieza están incluidos?
- ¿Qué temperatura de las aguas residuales se utilizó?
- ¿Qué rango MLSS fue utilizado?
- ¿Qué calidad de aguas residuales se utilizó?
- ¿Cuánto duró la prueba de rendimiento?
- ¿Qué ciclo operativo se utilizó?
- ¿Qué flujo de diseño de red se recomienda para el funcionamiento a largo plazo?
Estas preguntas pueden hacer que las comparaciones entre las diferentes tecnologías de membrana sean mucho más significativas.
El flujo bruto y el flujo neto no son intercambiables.
Un flujo elevado medido durante la filtración activa no representa necesariamente la cantidad media de agua producida durante un ciclo de funcionamiento completo.
Para el diseño de sistemas MBR, la base más significativa es a menudo laCapacidad de producción neta sostenible en condiciones de proyecto realistas.
Por lo tanto, los ingenieros deben mirar más allá de los valores de flujo principal y evaluar:
Flujo + Ciclo de funcionamiento + Temperatura + MLSS + Características de las aguas residuales + Control de la contaminación
El objetivo no debe ser simplemente seleccionar la membrana con el mayor flujo anunciado.
El objetivo es seleccionar un sistema de membrana capaz de proporcionarproducción de agua fiable y sostenible durante toda la vida útil prevista del proyecto.
Para la evaluación preliminar, la información útil del proyecto incluye:
- Capacidad de tratamiento
- Características de las aguas residuales
- El SLA
- Temperatura media y mínima
- Ciclo de funcionamiento
- Producción objetivo
- Área de membrana requerida
Estos parámetros pueden ayudar a establecer una base de dimensionamiento y funcionamiento de la membrana más realista.
