멤브레인 생물반응기 설계에서 가장 흔한 실수 중 하나는 폐수 흐름을 멤브레인 데이터시트에 표시된 최고 유량으로 직접 나누는 것입니다. 계산은 간단해 보이지만 안정적인 장기 작동에 필요한 멤브레인 면적을 상당히 과소평가할 수 있습니다. 설계 유량, 작동 유량, 총 여과 유량, 순 유량 및 최고 유량은 다양한 작동 조건을 나타냅니다. MBR 멤브레인 영역의 크기를 결정하고, 모듈을 비교하고, 수명주기 비용을 추정할 때 이러한 차이점을 이해하는 것이 필수적입니다.
MBR 멤브레인 영역이 종종 크기가 작은 이유
기본 멤브레인 크기 조정 방정식은 간단해 보입니다.
문제는 방정식이 아닙니다. 문제는 플럭스에 사용되는 값입니다.
멤브레인 데이터시트에는 정수 투과성, 권장 작동 플럭스, 최대 플럭스 또는 특정 테스트 조건에서 측정된 성능 값이 포함될 수 있습니다. 이러한 값은 반드시 실제 폐수를 처리하는 본격적인 MBR의 지속 가능한 순 생산율을 나타내는 것은 아닙니다.
실제 MBR 작업에는 투과물이 생성되지 않는 기간이 포함됩니다. 멤브레인은 이완, 역세, 화학적 세척, 유지보수를 위해 격리되거나 온도, 오염, 수압 피크 또는 공정 불안정으로 인해 공칭 용량 이하로 작동될 수 있습니다.
낙관적인 최대 유량으로만 크기가 결정된 멤브레인 시스템은 시운전 중에는 허용 가능한 수준으로 작동할 수 있지만 폐수 온도가 낮아지거나 혼합액 특성이 변하거나 내오염성이 증가하기 시작하면 예비 용량이 거의 없습니다.
MBR 멤브레인 영역은 단순히 멤브레인이 달성할 수 있는 최고 유량이 아닌 예상 작동 조건에서 지속 가능한 순 생산을 기반으로 해야 합니다.
설계 플럭스, 작동 플럭스, 총 플럭스 및 순 플럭스: 차이점은 무엇입니까?
플럭스는 일반적으로 시간당 평방미터당 리터 또는 LMH로 표시됩니다. 여러 MBR 계산에서 동일한 단위를 사용하더라도 플럭스 값의 의미는 매우 다를 수 있습니다.
디자인 플럭스
설계 플럭스는 멤브레인 크기 조정 중에 선택된 엔지니어링 값입니다. 예상되는 폐수, 온도, MLSS, 오염 경향, 운영 주기, 청소 전략 및 필요한 운영 마진을 반영해야 합니다.
따라서 일반적으로 최대 또는 단기 테스트 플럭스보다 더 보수적입니다.
작동 플럭스
작동 플럭스는 플랜트 작동 중 실제 여과율입니다.
흐름 수요, 멤브레인 가용성, TMP, 온도, 오염 상태 및 공정 제어에 따라 하루 종일 변경될 수 있습니다.
총 여과 플럭스
총 플럭스는 일반적으로 멤브레인이 활발하게 필터링되는 동안의 플럭스를 나타냅니다. 막이 10분 동안 여과한 다음 1분 동안 이완하는 경우 총 여과 흐름은 생산적인 10분 동안에만 적용됩니다.
순 플럭스
순 플럭스는 비여과 기간을 고려한 후의 실제 생산량을 반영합니다. 휴식, 역세, 유지 관리 및 기타 가동 중지 시간은 설치 평방 미터당 생산되는 처리수의 순량을 줄입니다.
피크 플럭스
피크 플럭스는 유압 피크 동안 사용되는 더 높은 단기 작동 속도입니다. 이는 임시 수요에 유용할 수 있지만 일반적으로 연속 설계 조건으로 취급되어서는 안 됩니다.
| 플럭스 기간 | 그것이 나타내는 것 | 멤브레인 크기 조정에 직접 사용하시겠습니까? |
|---|---|---|
| 깨끗한 물 흐름 | 통제되고 오염이 적은 수질 조건에서의 성능 | 아니요 |
| 최대 플럭스 | 상위 테스트 또는 단기 작동 값 | 아니요 |
| 총 여과 플럭스 | 투과 생산이 활성화되는 동안 플럭스 | 아니요t by itself |
| 순 설계 플럭스 | 운영 중단 시간 이후의 생산성 흐름을 고려합니다. | 예, 적절하게 선택되면 |
| 아니요rmal Operating Flux | 실제 사용 중인 일상 여과율 | 디자인 검증에 사용 |
| 피크 플럭스 | 단기적인 고유량 조건 | 피크 유량 확인에 사용됩니다. |
올바른 막 면적 계산은 순 물 생산에서 시작됩니다
시작 방정식은 다음과 같습니다.
단위는 일관성이 있어야 합니다. 유량이 시간당 리터로 표시되고 플럭스가 LMH로 표시되면 결과는 막 면적의 평방미터가 됩니다.
예: 500m³/일 산업 폐수
산업 폐수 처리장은 다음을 생산해야 한다고 가정합니다.
일일 유량을 시간당 리터로 변환합니다.
500m³/일 × 1,000 = 500,000 L/day
500,000 ¼ 24 = 20,833L/h
이론적 막 면적은 다음과 같습니다.
20,833L/h ¼ 12L/m²·h = 약 1,736m²
이는 첫 번째 크기 조정 단계일 뿐입니다. 최종 설치 영역은 여과 가용성, 최대 유량, 멤브레인 트레인 구성, 이중화, 모듈 크기, 온도 및 오염 여유도 확인해야 합니다.
실제 시스템은 완전한 모듈과 멤브레인 트레인으로 조립되며 운영 유연성과 유지 관리를 위해 추가 설치 공간이 필요할 수 있습니다.
여과 시간이 필요한 막 면적을 변경하는 이유
MBR은 반드시 하루 24시간 동안 지속적으로 투과수를 생성하는 것은 아닙니다. 많은 시스템에서는 여과와 이완 또는 역세를 번갈아 사용합니다.
간단한 주기를 생각해 보세요.
필터링 가용성은 다음과 같습니다.
10 ¼ 11 = 90.9%
공장이 10LMH에 해당하는 순 생산량을 달성해야 하지만 막 여과 시간이 90.9%에 불과한 경우 능동 여과 중 필요한 유량은 다음과 같습니다.
10 ¼ 0.909 = 약 11.0 LMH 총 여과 유량
추가적인 역세, 유지보수 또는 오프라인 세척이 전체 멤브레인 가용성을 85%로 감소시키는 경우:
10 ¼ 0.85 = 11.76LMH
이것이 바로 "15 LMH"에서 운영되는 것으로 설명된 두 MBR 프로젝트가 실제로 서로 다른 멤브레인 요구 사항을 가질 수 있는 이유입니다. 하나는 활성 여과 동안 15 LMH를 의미할 수 있고, 다른 하나는 가동 중단 후 15 LMH 순 생산량을 의미할 수 있습니다.
이러한 명확한 설명이 없으면 멤브레인 공급업체 간의 비교가 오해를 불러일으킬 수 있습니다.
평균 유량이 충분하지 않음: 피크 유량 및 균등화 확인
일일 평균 유량은 예비 막 크기 결정에 유용하지만 낮 동안 폐수가 공장에 어떻게 도착하는지 설명하지 않습니다.
하루 평균 1,000m³/h의 식물이 반드시 일정한 41.7m³/h를 받는 것은 아닙니다. 산업 생산 일정, 도시의 아침 및 저녁 피크, 배치 배출, 강우 및 청소 작업으로 인해 시간당 흐름이 훨씬 더 높아질 수 있습니다.
멤브레인 영역이 평균 부근에서만 설계되면 최대 유압 조건으로 인해 순간 작동 자속이 의도한 범위보다 훨씬 높아질 수 있습니다.
균등화로 피크 멤브레인 요구 사항을 줄일 수 있습니다.
균등화 탱크는 피크 기간 동안 폐수를 저장하고 이를 생물학적 시스템과 멤브레인 시스템으로 점진적으로 방출할 수 있습니다. 이를 통해 평균 여과 수요와 최대 여과 수요 간의 차이를 줄일 수 있습니다.
균등화가 제한된 경우 설계자는 다음을 확인해야 합니다.
- 일일 최대 유량;
- 시간당 최대 유량;
- 사용 가능한 멤브레인 트레인;
- 허용 가능한 단기 피크 플럭스;
- 최대 허용 TMP;
- 필요한 예비 용량.
따라서 올바른 질문은 단순히 다음과 같은 것이 아닙니다. "평균 흐름은 얼마입니까?"
그것은: "균압 후에 멤브레인이 실제로 어떤 흐름을 처리해야 합니까?"
폐수 유형에 따라 설계 대상이 되는 유량이 변경됩니다.
단일 유니버설 디자인 플럭스를 모든 MBR 프로젝트에 적용할 수는 없습니다. 지속 가능한 플럭스는 폐수 구성 및 생물학적 운영 조건에 크게 좌우됩니다.
안정적인 전처리와 균형 잡힌 생물학적 조건을 갖춘 도시 하수는 그리스를 함유한 식품 가공 폐수, 계면활성제를 함유한 직물 폐수, 염도가 높고 유기물 함량이 가변적인 산업 폐수와 매우 다르게 거동할 수 있습니다.
| 폐수상태 | 지속 가능한 플럭스에 미칠 수 있는 영향 | 주요 이유 |
|---|---|---|
| 안정적인 도시 폐수 | 기준선 | 상대적으로 예측 가능한 생물학적 및 고체 특성 |
| 높은 오일 및 그리스 | 보통 더 낮음 | 더 큰 막 오염 가능성 |
| 높은 MLSS 또는 점도 | 보통 더 낮음 | 더 큰 물질 전달 및 여과 저항성 |
| 높은 EPS / SMP | 보통 더 낮음 | 더 높은 유기물 오염 경향 |
| 낮은 폐수 온도 | 보통 더 낮음 | 점도가 높고 투과성이 낮습니다. |
| 강력한 전처리 | 더욱 안정적 | 더 낮은 고체, 그리스 및 오염 부하 |
| 좋은 흐름 균등화 | 더욱 안정적 | 감소된 유압 피크 |
이것이 바로 멤브레인 크기 결정이 멤브레인 카탈로그보다는 폐수 특성화로 시작되어야 하는 이유입니다.
까다로운 산업 폐수의 경우 보다 보수적인 설계 플럭스는 초기에 더 많은 멤브레인 면적이 필요하더라도 귀중한 운영 마진을 제공할 수 있습니다.
온도, MLSS 및 파울링 변화 실제 작동 플럭스
온도
온도가 낮아지면 물의 점도가 증가합니다. 결과적으로, 동일한 TMP에서 작동되는 동일한 멤브레인은 더 추운 조건에서 더 적은 투과를 생성할 수 있습니다.
따라서 따뜻한 날씨 시운전 데이터로만 설계된 멤브레인 시스템은 겨울철에 용량 문제에 직면할 수 있습니다.
MLSS
MLSS가 높을수록 반응기에 보유되는 바이오매스의 양이 증가할 수 있지만, 혼합액 농도가 매우 높으면 점도가 증가하고 막 물질 전달 조건이 악화될 수 있습니다. 이는 케이크층 저항성과 공기 정련 요구를 증가시킬 수 있습니다.
EPS와 SMP
세포외 고분자 물질과 수용성 미생물 생성물은 유기막 오염의 중요한 원인입니다. 이들의 농도는 적재, 슬러지 연령, 온도, 영양분 균형 및 생물학적 스트레스에 따라 바뀔 수 있습니다.
막횡단 압력
TMP는 멤브레인 상태에 대한 가장 명확한 작동 지표 중 하나를 제공합니다.
따라서 시스템은 설계 용량을 유지하는 동시에 멤브레인 효율성을 점차 잃어가는 것처럼 보일 수 있습니다. 동일한 플럭스를 유지하기 위해 점점 더 높은 TMP가 필요한 경우 청소 수요와 에너지 소비도 증가할 수 있습니다.
최대 플럭스로 설계하는 것이 일반적으로 나중에 비용이 더 많이 드는 이유
높은 설계 흐름은 필요한 멤브레인 면적을 줄여주기 때문에 프로젝트 예산 책정 시 매력적입니다.
더 높은 설계 플럭스
- 멤브레인 설치 면적 감소
- 더 적은 수의 멤브레인 모듈
- 잠재적으로 더 작은 멤브레인 탱크
- 초기 멤브레인 CAPEX 감소
하지만 영업이익률은 낮음
- 더 빠른 TMP 증가
- 더 큰 오염 위험
- 더 자주 청소하세요
- 더 높은 공기 정련 수요
- 최대 유량에 대한 예비력 감소
- 겨울 용량 위험 증가
설계 플럭스가 낮을수록 더 많은 멤브레인 면적이 필요하지만 여과 주기가 길어지고 오염 진행 속도가 느려지며 수력 최고치 동안 응력이 낮아지고 멤브레인이 노화됨에 따라 유연성이 커집니다.
멤브레인 크기 조정은 초기 모듈 비용과 통기, 청소, 가동 중지 시간, 교체 빈도, 최대 흐름 탄력성 및 장기 작동 안정성의 균형을 맞춰야 합니다.
필요한 멤브레인 면적을 모듈 수량으로 올바르게 변환
필요한 멤브레인 면적이 계산되면 이를 실제 멤브레인 모듈로 변환해야 합니다.
최종적으로 필요한 멤브레인 면적은 다음과 같다고 가정합니다.
부분 모듈을 설치할 수 없으므로 절대 최소 모듈 수는 57개입니다. 그러나 최종 엔지니어링 선택은 랙 배열, 멤브레인 트레인 레이아웃, 중복 요구 사항, 사용 가능한 탱크 공간 및 유지 관리 전략에 따라 60개의 모듈이 될 수 있습니다.
따라서 모듈 수량은 다음을 고려해야 합니다.
- 완전한 모듈 반올림;
- 랙 또는 카세트 기하학;
- 멤브레인 트레인의 수;
- 유지 관리 중 격리;
- 대기 또는 중복 요구 사항;
- 향후 공장 확장;
- 사용 가능한 멤브레인 탱크 치수;
- 공기 수색 레이아웃.
실용적인 MBR 멤브레인 크기 조정 체크리스트
MBR 멤브레인 견적을 요청하기 전에 구매자와 엔지니어는 공급업체가 생물학적 및 멤브레인 상태를 모두 평가할 수 있도록 충분한 데이터를 준비해야 합니다.
흐름
- 평균 일일 흐름
- 일일 최대 유량
- 시간당 최대 유량
- 사용 가능한 이퀄라이제이션 볼륨
폐수
- COD 및 이사회
- TSS
- NH₄-N 및 TN
- 오일 및 그리스
- 작동 온도 범위
생물학적 시스템
- MLSS
- SRT
- 생물학적 반응기 부피
- 현재 프로세스 구성
막 작동
- 목표 순유속
- 여과 / relaxation cycle
- 역세 전략
- 예상 TMP 범위
- 공기 정련 요구 사항
프로젝트 요구 사항
- 필요한 유출수 품질
- 기존 멤브레인 탱크 치수
- 중복 요구 사항
- 향후 용량 확장
- 사용 가능한 설치 공간
이 정보를 사용하면 단일 카탈로그 플럭스 값이 아닌 실제 작동 조건에서 멤브레인 면적을 계산할 수 있습니다.
MBR 멤브레인 면적을 계산해야 합니까?
NIHAO는 실제 폐수 흐름, 최대 조건, 폐수 특성, 온도, 생물학적 공정, 배출수 목표 및 사용 가능한 멤브레인 탱크 공간을 기반으로 멤브레인 면적 및 모듈 수량을 평가하는 데 도움을 줄 수 있습니다.
평균 및 최고 유량, COD/BOD, TSS, 암모니아, 작동 온도, 필요한 유출수 품질 및 탱크 크기를 보내주십시오. 우리는 귀하의 프로젝트에 적합한 멤브레인 구성을 추천하고 MBR 멤브레인 견적을 준비할 수 있습니다.
자주 묻는 질문
MBR의 설계 플럭스와 작동 플럭스의 차이점은 무엇입니까?
설계 유량은 멤브레인 크기 조정을 위해 선택된 엔지니어링 값인 반면, 작동 유량은 플랜트 작동 중 실제 여과율입니다. 작동 플럭스는 유량, TMP, 온도, 오염 및 멤브레인 가용성에 따라 변경될 수 있습니다.
MBR 멤브레인 면적은 총 플럭스 또는 순 플럭스를 사용하여 계산해야 합니까?
막 면적은 일반적으로 적절하게 선택된 순 설계 플럭스 또는 여과 가용성, 이완, 역세 및 기타 가동 중지 시간을 명시적으로 설명하는 총 플럭스 계산을 기반으로 해야 합니다.
필요한 MBR 멤브레인 면적을 어떻게 계산합니까?
기본 방정식은 막 면적이 필요한 투과 유량을 선택된 순 설계 플럭스로 나눈 값과 같습니다. 그런 다음 결과를 통해 최대 유량, 작동 가용성, 중복성 및 모듈 구성을 확인해야 합니다.
이완과 역세로 인해 필요한 막 면적이 증가합니까?
예. 막이 지속적으로 여과되지 않는 경우 활성 여과 기간은 필요한 일일 순 생산량을 달성하기에 충분한 투과수를 생성해야 합니다. 낮은 여과 가용성은 일반적으로 멤브레인 면적 또는 필요한 총 작동 유량을 증가시킵니다.
MBR의 크기는 평균 흐름에 맞게 조정해야 합니까, 아니면 최대 흐름에 맞게 조정해야 합니까?
평균 유량은 일반적으로 초기 크기 조정에 사용되지만 최대 유량도 확인해야 합니다. 균등화는 최대 여과 수요를 줄일 수 있습니다. 충분한 균등화 없이 설치된 멤브레인 영역은 허용되는 피크-유속 범위 내에서 더 높은 단기 흐름을 처리할 수 있어야 합니다.
폐수 온도는 MBR 멤브레인 플럭스에 어떤 영향을 줍니까?
온도가 낮을수록 물의 점도가 증가하고 일반적으로 막 투과성이 감소합니다. 따라서 따뜻한 작동 조건에서만 설계된 시스템은 겨울 동안 용량이 줄어들 수 있습니다.
MLSS가 높을수록 지속 가능한 멤브레인 플럭스가 감소합니까?
그럴 수 있다. MLSS가 높을수록 혼합액 점도가 증가하고 여과 저항성, 케이크층 형성 및 공기 정련 요구 사항이 증가할 수 있습니다. 효과는 슬러지 특성과 전반적인 생물학적 과정에 따라 달라집니다.
시스템 크기 조정에 최대 멤브레인 플럭스를 직접 사용하면 안되는 이유는 무엇입니까?
최대 유량은 일반적으로 상위 또는 단기 조건을 나타내며 오염, 온도 변화, 이완, 역류, 막 노화 또는 최대 유량 보유량을 포함하지 않을 수 있습니다. 해당 값으로 지속적으로 설계하면 영업 마진이 거의 남지 않습니다.
MBR 시스템에는 어느 정도의 예비 멤브레인 면적이 포함되어야 합니까?
보편적인 비율은 없습니다. 예비 용량은 폐수 변동성, 이중화 요구 사항, 멤브레인 트레인 배열, 예상되는 오염, 유지 관리 전략, 계절별 온도 및 향후 확장 요구 사항에 따라 달라집니다.
필요한 멤브레인 면적을 MBR 모듈 수로 어떻게 변환합니까?
필요한 멤브레인 면적을 한 모듈의 멤브레인 면적으로 나누고 전체 모듈 수량으로 반올림합니다. 최종 선택에서는 랙 레이아웃, 멤브레인 트레인, 중복성, 유지 관리 격리 및 사용 가능한 탱크 공간도 고려해야 합니다.
영어
아라비아
스페인어
