Antecedentes del proyecto
- Problema:El sistema de tratamiento de una planta de tratamiento de aguas residuales ha llegado al final de su vida útil y existen problemas como atenuación normal del flujo magnético, rotura de fibras y reducción de la capacidad de producción.
- Meta:Construir un sistema de membranas con capacidad de 50.000 m³/día, incluyendo equipos relacionados.
- Dificultades:1. Lograr el estándar de calidad de aguas residuales Clase A 2. Eliminar nitrógeno y fósforo en el proceso bioquímico
Con las exigencias del desarrollo urbano, la vigilancia ambiental y el tratamiento de aguas negras y malolientes, ha aumentado la demanda de tratamiento de aguas residuales alrededor de las plantas de tratamiento de aguas residuales. Su sistema de membrana MBR ha estado en funcionamiento desde 2013, utilizando componentes de membrana de ultrafiltración de fibra hueca sumergida de PVDF con un tamaño de poro de 0,1 μm. La planta de tratamiento de aguas residuales tiene una capacidad de tratamiento diseñada de 10.000 metros cúbicos/día y adopta el proceso AAO+MBR. El efluente tratado cumple con el estándar Clase A del Estándar de descarga de contaminantes para plantas de tratamiento de aguas residuales urbanas (GB 18919-2002). En la actualidad, necesita actualizar el sistema de membranas MBR para satisfacer las necesidades sociales y de producción.
Descripción general de la planta de tratamiento de aguas residuales
Flujo de proceso
El flujo del proceso, como se muestra en la Figura 1, incluye tratamiento primario utilizando mallas gruesas y finas, cámaras de arena aireadas y mallas de membrana para eliminar la materia inorgánica y proteger el sistema MBR con un espacio de 1 mm en las mallas de membrana. El tratamiento secundario emplea el proceso AAO+MBR, que incluye un tanque pre-anóxico y una eliminación química mejorada de fósforo en el tanque aeróbico según sea necesario. El efluente se desinfecta con UV antes de ser vertido. El tratamiento de lodos consiste en un espesamiento físico y una deshidratación profunda mediante un marco de placas para lograr un contenido de humedad del 50 al 60 % antes de su eliminación externa.
Calidad de afluentes y efluentes
La planta está diseñada para alcanzar estándares de calidad de efluentes Clase A. Como el flujo entrante incluye aguas pluviales, las concentraciones del afluente pueden variar, lo que requiere centrarse en la eliminación de nitrógeno y fósforo en el proceso bioquímico.
Estado actual y problemas en el sistema de membrana MBR
Condición del equipo del sistema MBR
Piscina de membranas MBR y sala de equipos*: La piscina de membranas MBR, conectada a las piscinas de desinfección UV y AAO, consta de dos tanques subterráneos rectangulares con 11 celdas por grupo, cada celda contiene 8 casetes de membranas (con un total de 176 juegos de membranas de fibra de PVDF con<0.1 μm pores and a total surface area of approximately 281,600 m²). The system operates with 22 independently controlled production units divided into two separate systems for easy maintenance, allowing both online and offline cleaning. The equipment room houses production, vacuum, backwash, and sludge pumps, along with air scrubbers using 4 air suspension centrifugal blowers (3 operating, 1 standby; parameters: Q=208 Nm³/min, P=50 kPa).
Sala de limpieza química*: Ubicada encima del área de producción, incluye 3 tanques de almacenamiento de químicos para ácido, álcali y NaClO para el sistema MBR.
Modo operativo MBR*: Las piscinas de membrana funcionan en un modo de producción de 8 minutos y en modo de socavación de aire de 2 minutos. Cada piscina se somete a una CEB (limpieza en línea) cada hora que implica un lavado químico de 10 minutos, una pausa de 15 minutos, un lavado de 5 minutos, un enjuague de 8 minutos y una pausa de 17 minutos. La limpieza fuera de línea se realiza semanalmente en una piscina de membrana.
Problemas y causas en el sistema de membrana MBR
Los principales problemas incluyen reducción de flujo/capacidad reducida/rotura y obstrucción de fibras/aumento de frecuencia e intensidad de limpieza. Las razones incluyen:
1. La membrana alcanza la vida útil - el rendimiento disminuye, afectando el flujo y la capacidad.
2. Frecuencia e intensidad de limpieza manual excesiva - que provoca rotura y desprendimiento de fibras, lo que reduce el área efectiva de la membrana
3. Incrustación irreversible, aumento de la presión transmembrana - que afecta el flujo
4. Mayor limpieza - que reduce el tiempo operativo efectivo, lo que resulta en una reducción de la capacidad de producción
5. Mantenimiento temprano y limpieza inadecuada - que exacerban la degradación de la membrana
Soluciones
1. Enfoque general
La actualización mantendrá las dimensiones del casete existente mientras modifica la estructura interna y reemplaza los módulos actuales con membranas de ultrafiltración de PVDF de mayor flujo (<0.1 μm).
2. Cálculos de diseño
Flujo de corriente*: Cada celda de membrana tiene 8 casetes con un área de membrana de 12.800 m² por celda, y el flujo de corriente varía de 7,8 a 15,6 L/(m²·h).
Parámetros operativos*: El sistema continuará con la operación de encendido de 8 minutos/apagado de 2 minutos, con una piscina de membrana fuera de línea para limpieza cada día y otra en limpieza en línea cada hora. Para lograr los objetivos de capacidad, el área total de la membrana por lado debe ser de al menos 140.800 m², con requisitos de flujo entre 13,6 y 22,7 L/(m²·h).
3. Plan de actualización
Reemplazar los módulos actuales con membranas-de mayor rendimiento, actualizar el equipo asociado y mantener el casete, las tuberías y las estructuras de aireación originales. Los nuevos módulos tienen un flujo mínimo requerido de 18,2 L/(m²·h) en promedio, con una vida útil esperada de 5 años y una tasa de rotura inferior al 0,5% dentro de ese período.
Estimación de inversión
La inversión estimada para mejorar un lado (50.000 t/d) es de 22 millones de RMB, y los costos del equipo primario se estiman en función de los precios actuales del mercado.
Publicar-Actualizar rendimiento y optimización
Tras su puesta en servicio, el sistema mejorado alcanzó una capacidad máxima de 60.000 m³/día y una media de 52.000 m³/día, cumpliendo los requisitos de diseño. Los esfuerzos de optimización incluyeron:
1. Ajustar las rutinas de limpieza a una combinación de retrolavado con agua y retrolavado químico a 300 mg/L.
2. Modificación de los pasos de limpieza: retrolavado con agua de 2 minutos diarios; para CEB, detener la producción, inyectar químicos durante 15 min, airear durante 15 min y enjuagar con agua durante 10 min.
3. Minimizar la limpieza manual para evitar roturas de fibras.
4. Monitorear la efectividad del lavado de aire, ajustando el flujo de aire para evitar la acumulación de lodo.
5. Mejorar el pretratamiento para reducir los desechos en etapas posteriores.
Conclusión
1. La planta logró aumentar el área total de la membrana y mejorar el rendimiento de la misma sin alterar la infraestructura.
2. Después-de la actualización, se establecieron pasos de limpieza optimizados y rutinas de mantenimiento en función de la experiencia operativa.
3. La tecnología MBR tiene una alta calidad de efluente y un diseño compacto, pero puede estar limitada por requisitos operativos más altos. Este caso proporciona una referencia para otros clientes que buscan actualizar sus sistemas de membranas.