COMPARISON OF DIFFERENT

Transcriptie

1

2 COMPARISON OF DIFFERENT MEMBRANE CONFIGURATIONS Piet De Langhe

3 O N Z E D I E N S T E N design & optimalisatie bouw exploitatie & nazorg onderzoek & ontwikkeling financiering energieaudits

4 2. Cross flow membraanfiltratie Karakteristieken -Extern opgesteld -Tubulair, 8mm diameter -27m² per module -In serie opgebouwd -Maximaal zes modules of 162m² -PVDF -0,03 µ

5 2. Cross flow membraanfiltratie Skid mounted

6 2. Cross flow membraanfiltratie

7 2. Cross flow membraanfiltratie Werking -Filtreren (basisfase, verloopt continu) -Verdringen (bij stoppen van de filtratie) -CIP: vullen, weken, circuleren, weken, verdringen, spoelen en opnieuw beginnen

8 2. Cross flow membraanfiltratie Operationele gegevens -Circulatiedebiet van 260 m³/h (4 m/sec) -Drukverlies over elke module 0,7 bar -Flux variabel tussen 60 en 120 l/m²,h -Rendement is 100% (exclusief reiniging) -Conductiviteit heeft grote impact -MLSS wordt eerder beperkt door de efficiëntie van de beluchting dan door een dalende flux (12-18 g/l) -Intensieve reiniging is mogelijk (aparte CIP unit)

9 2. Cross flow membraanfiltratie Operationele kosten -Energie verbruik ligt zeer hoog: tot 6 kwh/m³ maar is lineair met het debiet (nul als er geen debiet te verwerken valt) -Optimalisatie door ontwikkeling van helix membraan: meer turbulentie en dus meer flux of minder hoge pompsnelheid; op de Hooge Maey tot 30% hogere flux -Energie verbruik op Hooge Maey +/- 2 kwh/m³

10 2. Cross flow membraanfiltratie Operationele kosten: effect helix op de flux

11 2. Cross flow membraanfiltratie Operationele kosten -Reiniging is afhankelijk van de toepassing. Op stortplaatsen tweewekelijks met 3-5 ml/l javel bij hogere ph en een combinatie van zuur en detergent -Laag verbruik aan chemicaliën door beperkt volume (2 m³ aan oplossing per reiniging) -Levensduur membranen: na tien jaar zijn alle modules eens vervangen -Levensduur wordt vooral bepaald door prikfrequentie!

12 2. Cross flow membraanfiltratie Gevoeligheden -Vaste deeltjes in het afvalwater of die in de bioreactor terecht komen: verstoppen van de tubulaire membranen -Belang van overdekken en zeven op ingaand water -Instrumentatie (druk en debiet) voor opvolging -Prikken als noodoplossing (neemt tijd in beslag en beschadigt membranen)

13 2. Cross flow membraanfiltratie Gevoeligheden -Opwarming door hoge pomp energie en door afdekken van de bioreactor -Koeling is vaak nodig (ook afhankelijk van de samenstelling van het afvalwater)

14 2. Cross flow membraanfiltratie Positieve punten -eenvoudig (weinig regeling mogelijk) -intensieve reiniging is mogelijk -hoge MLSS mogelijk -container kan (nipt)

15 2. Cross flow membraanfiltratie Kostprijs en ruimtebeslag -Voor beperkt debiet tot 15 m³/h competitief -Boven 15 m³/h is de kostprijs vrij lineair (behalve CIP) -Ruimte beslag ongeveer 1 m²/m³.h

16 2. Cross flow membraanfiltratie Besluit -Toepasbaar wanneer intensieve reiniging te verwachten valt en wanneer het debiet voldoende laag is om een hoger energie verbruik te verantwoorden -Eenvoudig en betrouwbaar -Opgelet voor vaste stoffen en temperatuur -Toepassing leachate, tankcleaning, textiel

17 3. Air lift membraanfiltratie Karakteristieken -Extern opgesteld -Tubulair, 5,2mm diameter -33m² per module -In parallel opgebouwd -PVDF -0,03 µ

18 3. Air lift membraanfiltratie Skid mounted in een gebouw (perceptie)

19 3. Air lift membraanfiltratie

20 3. Air lift membraanfiltratie

21 3. Air lift membraanfiltratie

22 3. Air lift membraanfiltratie Werking -Filtratie gedurende minuten -Terugspoelen aan 300 l/m².h gedurende 15 sec -Na afwisselingen een drain -Chemische reiniging: vullen, weken, drainen

23 3. Air lift membraanfiltratie Werking -Circulatiedebiet van m³/h en per module (en ook per m³ permeaat) en aan drukval van 0,4 bar -Luchtdebiet van 10 m³/module aan 0,5 bar -Flux variabel tussen 25 en 45 l/m² -Rendement is 70-80% (exclusief reiniging) -TMD 0,1 tot 0,3 bar, laag is beter! -Terugspoelen aan 300 l/m².h is zeer belangrijk -MLSS wordt eerder beperkt door de efficiëntie van de beluchting dan door een dalende flux (12-18 g/l) -Intensieve reiniging is mogelijk (maar minder dan bij cross flow drukgedreven)

24 TMD (bar) 3. Air lift membraanfiltratie 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 12/12/ /01/ /03/ /05/ /06/ /08/2016 7/10/2016 MBR1 MBR2

25 Efficiëntie (%) 3. Air lift membraanfiltratie /12/ /01/ /03/ /05/ /06/ /08/2016 7/10/2016 MBR1 MBR2

26 L/m²*h ; m³/h 3. Air lift membraanfiltratie /12/ /01/ /03/ /05/ /06/ /08/2016 7/10/2016 Flux MBR1 Permeaat debiet MBR1

27 3. Air lift membraanfiltratie Operationele kosten -Energie verbruik variabel tussen 0,4 en 0,6 kwh/m³ -Laag verbruik door efficiënte (beperkte) beluchting -Ongeveer lineair verbruik: installatie stopt als er geen water meer is (membranen worden met permeaat gevuld) -Invloed van helix membranen zijn nog onbekend -Reiniging gebeurt gemiddeld elke twee weken, meestal alleen met javel, soms of met een lagere regelmaat ook met zuur

28 3. Air lift membraanfiltratie Operationele kosten -Chemicaliën oplossing beperkt volume: 60 l per module plus wat leidingen -Per reiniging slechts een fractie nodig in vergelijking met andere MBR configuraties -Omdat het slib uit de membranen wordt gedraind: efficiënte reiniging!

29 3. Air lift membraanfiltratie Operationele kosten -Membraanvervanging: oudste installatie draait zes jaar met dezelfde membranen en zonder verlies aan rendement

30 3. Air lift membraanfiltratie Gevoeligheden -Warme CIP is niet mogelijk (vergelijken met cross flow) -(en dus) hardheid van het water -(en dus) antischuim -rendement van de installatie en afhankelijkheid van back wash (op korte tijd veel debiet geven) -een goede slibstructuur (voedingscyclus) (helpt ook bij een calamiteit)

31 3. Air lift membraanfiltratie Positieve punten -veel minder gevoelig voor vaste stoffen door de drain stap -werken bij hoge MLSS is mogelijk -veel eenvoudiger en met minder chemicaliën te reinigen dan dompelmembranen -eenvoudig uitwisselbaar -mooi opgesteld in een technisch gebouw: eerste stap richting hergebruik - dichte membranen

32 3. Air lift membraanfiltratie Kostprijs en ruimtebeslag -Opbouw van skid is competitief -Noodzaak van een technisch gebouw (6m) niet -Vrij compact met 1 m³/m².h (opgelet hoogte)

33 3. Air lift membraanfiltratie Besluit -een air lift membraanfiltratie wordt gekenmerkt door een hoge flux en is operationeel (energie en chemicaliën) gunstig -compacte configuratie en perceptie dat afvalwater ooit eens proceswater kan worden -duur voor scherpe markt -je krijgt het moeilijk in een container (hoogte) -algemeen toepasbaar in voedingssector en HH

34 4. Terugspoelbare platen (BFM) Karakteristieken -dompelmembraan -PVDF -Modules van 90m² -Stapelbaar tot drie lagen -Poriëngrootte 0,08 µm -Gecoat op textiel -terugspoelbaar

35 Containerized 4. Terugspoelbare platen (BFM)

36 4. Terugspoelbare platen (BFM)

37 4. Terugspoelbare platen (BFM) Werking Filtratie van alle modules Backwash van één van de torens Filtratie van alle modules. Reiniging per toren met javel en citroenzuur

38 4. Terugspoelbare platen (BFM) Operationele gegevens -Circulatiedebiet van 3 tot 5 keer permeaat -Flux tussen 25 en 45 l/m².h: Huishoudelijk afvalwater Brouwerij Martens NLDC Mouterij (Koch 8) (in opstart) -Terugspoelen met dubbele flux (50-90) -Beluchting met individuele beluchting per toren, bij een flux van 30 en twee torens 10 m³/m³ -Rendement gemakkelijk meer dan 80% door lage BW debiet -Slibconcentraties tot 15 g/l getest

39 4. Terugspoelbare platen (BFM) Operationele kosten -Energieverbruik full scale is 0,8 kwh/m³ met één laag modules -Twee lagen geeft halvering van specifiek energie verbruik, 0,4 kwh/m³ is de verwachting -Levensduur membranen: testen worden momenteel uitgevoerd met membranen van drie jaar oud -Chemicaliën verbruik: vergelijkbaar met dompelmembranen, reiniging preventief elke twee weken een minuten met javel en BW pomp

40 4. Terugspoelbare platen (BFM) Gevoeligheden -Behalve de usual suspects: intensieve reiniging van de membranen is niet mogelijk -Is het nodig? -gedrag van de membranen bij uitvallen van de beluchting (lijkt geen probleem) -vaste stoffen

41 4. Terugspoelbare platen (BFM) Positieve punten -Hogere fluxen mogelijk door terugspoelbaar zijn van de membranen -Betere reiniging in vergelijking met andere flat sheets -Lage operationele kost door stapelen -Snelle interventie mogelijk op bestaande zuiveringen -Productie en intensieve CIP in België

42 4. Terugspoelbare platen (BFM) Kostprijs en ruimtebeslag -Door de hoge flux, de opbouw van de module en het stapelbaar zijn is een compacte bouw mogelijk (1-2 m³/m².h) -er is geen nood aan een technisch gebouw dus prijsgunstig ontwerp -meer capaciteit is niet lineair met de kost

43 4. Terugspoelbare platen (BFM) Besluit -Testen tot heden geven aan dat de BFM vergelijkbare resultaten opleveren als air lift (flux, operationeel,..) -De opbouw is compacter en goedkoper -Aandacht voor stabiele werking op lange termijn (reinigen? Of is dat een onnodige schrik voor dompelmembranen) -Algemeen inzetbaar voor voedingssector en HH en eenvoudig voor grote debieten

44 5. SBR Karakteristieken -Oneindig grote flux en levensduur -Operationele kost voor slibbezinking herleid tot nul (met de energiezuinigste MBR kan je 1 kg COD/m³ oxideren ) -Kleine lastposten spoelen uit -Ons granulair slib laat MLSS tot 10 g/l toe -Beheersing van de voedingscyclus is belangrijk -Overweging hergebruik

45 6. Besluit aerobe MBR -MBR technologie is bewezen -Drukgedreven cross flow is interessant indien CIP top moet zijn; helix verzacht de energie pil -Air lift en BFM ontlopen elkaar niet veel wat betreft performantie (flux en operationele kost) -Air lift in een technisch gebouw is clean -BFM is flexibeler en goedkoper en meer geschikt voor grote capaciteit -Vergeet de SBR niet voor geconcentreerde stromen -Hergebruik en normen kunnen bepalend zijn voor de keuze

46 7. Anaerobe MBR Werking -Gebaseerd op air lift technologie -Lucht wordt vervangen door biogas -Bijkomend wordt een warme CIP unit voorzien om intensief reinigen mogelijk te maken

47 Werking 7. Anaerobe MBR

48 Werkingsprincipe A n a e r o b e G a s l i f t M B R O n t g a s s i n g s k o l o m 5 M e m b r a n e n H o o g e M a e y B i o g a s c o m p r e s s o r AQUARAMA ANAEROBE MBR - PANTAREIN WATER 48

49 A n a e r o b e G a s l i f t M B R Eigenschappen Hooge Maey E I G E N S C H A P P E N m ³ b i o l o g i e k g C O D / d a g H y d r a u l i s c h v e r m o g e n v a n 3 0 m ³/ d a g O B J E C T I E V E N H o g e C O D s M o e i l i j k a f b r e e k b a r e s t r o m e n H o o g e M a e y H o g e z o u t c o n c e n t r a t i e s AQUARAMA ANAEROBE MBR - PANTAREIN WATER 49

50 Exploitatie A n a e r o b e G a s l i f t M B R I N F L U E N T C O D m g / l C o n d u c t i v i t e i t 13 ms/ c m F e n o l m g / l H o o g e M a e y E F F L U E N T C O D < m g / l F e n o l < 5 0 m g / l AQUARAMA ANAEROBE MBR - PANTAREIN WATER 50

51 Resultaten anmbr A n a e r o b e G a s l i f t M B R F i l t r a t i e p e r f o r m a n t i e A a n s t u r i n g o p f l u x ( n i e t T M D ) H o g e r e c r o s s f l o w s n e l h e i d ( 0, 2 m / s 0, 4 m / s ) g e e f t t r a g e r e f l u x a f n a m e S t a b i e l e f l u x ( l / m ² h ) S l e c h t s 3 C I P s u i t g e v o e r d AQUARAMA ANAEROBE MBR - PANTAREIN WATER 51

52 Conclusie anmbr A n a e r o b e G a s l i f t M B R A n a e r o b e t e c h n o l o g i e a l s d u u r z a a m a l t e r n a t i e f v o o r a e r o b e w a t e r z u i v e r i n g M e m b r a n e n v o o r k o m e n s l i b u i t s p o e l i n g G a s l i f t z o r g t v o o r e n e r g e t i s c h g u n s t i g e f i l t r a t i e A n a e r o b e M B R h e e f t v e e l p o t e n t i e e l a l s c o m p a c t e i n s t a l l a t i e b i j k l e i n e b e d r i j v e n To e p a s s i n g v o o r g e c o n c e n t r e e r d e r e s t s t r o m e n e n g e c o m b i n e e r d e v e r g i s t i n g AQUARAMA ANAEROBE MBR - PANTAREIN WATER 52

53