سعی بر آن است که مطالب مرجع تخصصی آب و فاضلاب شامل مسایل ، مقالات و اخبار عمران آب و فاضلاب,آب و فاضلاب و به صورت تخصصی فرآیند های تصفیه آب و فاضلاب،مهندسی آب و فاضلاب و صنعت آب و فاضلاب باشد.
دانشنامه آنلاین آب و فاضلاب
رشته های مرتبط:مهندسی عمران آب و فاضلاب،مهندسی تکنولوژی آب و فاضلاب،مهندسی آب و فاضلاب،محیط زیست،مهندسی بهداشت محیط،مهندسی آب،مهندسی شیمی و...
امیرحسین ستوده بیدختی
,.
هزینه ی مجموعه ی تاسیسات بیورآکتور غشایی
۱۳۸۹/۱۲/۱۸
17:7
|
هزینه ی مجموعه ی تاسیسات بیورآکتور غشایی
H. Fletcher, T. Mackley, S. Judd_
Centre for Water Science, Cranfield University, Cranfield MK43 0AL, UK
خلاصه
هزینه ی سرمایه گذاری اولیه و هزینه های بهره برداری مربوط به یک مجموعه ی MBR کوچک برای مصارف محلی در ابعاد کوچک بر مبنای یک فاضلاب شهری با قدرت متوسط بر آورد شده است. سه [حالت] اصلی پیکربندی مورد ملاحظه قرار گرفتند، این لوله های چند تایی، رشته های تو خالی و ورقهای صاف با مناسبترین طراحی تاسیساتی برای هر پیکربندی انتخاب گردیدند. تحلیل [این امر] از طریق در نظر گرفتن هزینه های برآور شده ی مربوط به سرمایه گذاری استهلاکی اجزای منفرد تاسیسات و نصب آنها همراه با هزینه های بهره برداری که اساسا بر مبنای نیاز به انرژی و مدیریت ابقایی میباشند ادامه یافت. نیاز به انرژی از طریق [محاسبه ی] هزینه های تلمبه زنی[(پمپ کردن)] و هوادهی، که هوادهی آن بر مبنای مجموعه ای از روابط تجربی در خصوص هوادهی غشایی و موازنه ی جرمی و نسخه ی 2 مدل لجن فعال اصلاح شده برای برآورد اندازه ی حوض[(تانک)] و تولید لجن برآورد گردید.
نتایج نشاندهنده ی آن بودند که ساخت یک MBR منفرد خانگی با هزینه ی سرمایه گذاری مشابه با هزینه ی بازار فعلی در خصوص تصفیه خانه های مجموعه ای[(پکیج)] امکانپذیر است. لجن زدایی و نگهداری این تاسیسات[(Plant)] مشابه بوده ولی نیاز به نیرو برای یک MBR حدود 4 برابر است که مربوط به مجموعه ی تاسیسات سنتی تر میباشد. صرفه جویی هایتولید انبوه از 6_20p.e تاسیسات بودند اما [در خصوص موارد]بالای 20p.e تفاوت هزینه های کمی به ازای هر فرد وجود دارد که مربوط به فرضیات طراحی انجام گرفته میباشد. CAPEX و OPEX تا حدی قابل معاوضه میباشند؛ کاهش در CAPEX مرتبط با افزایش در OPEX بوده و بلعکس. علاوه بر آنکه هزینه ها بالاست، بازار مجموعه ی MBR بشکل چشمگیری متاثر از پتانسیل بازیافت پساب تولیدی میباشد.
1. مقدمه
یک مجموعه ی تاسیساتی[(package plant)] یک واحد کامل است که در یک کارخانه ساخته شده و برای نصب مستقیم و بمنظور تقابل با تاسیسات سنتی تری که در محل تاسیس شده اند [به محل] حمل میشود. فناوریهای اصلی فرایند هوازی که برای این تاسیسات کارخانه –ساز مورد استفاده قرار گرفته اند، صافی هوا داده شده ی غوطه ور(SAF)، لجن فعال سنتی(CAS)، تماس دهنده های زیستی چرخان(RBCs)، راکتور متوالی دسته ای[(sequencing batch reactor)](SBR)، صافی چکنده(TF)، و صافی فعال شده ی زیستی(BAF) میباشند. اگر چه هر کدام از این فرایندها مزایای خاص خود را دارند اما هیچکدام باعث ایجاد پساب ضدعفونی یا تصفیه ی بسیار بالا نمیگردند.
MBR ها در خلال 15 سال گذشته در بازار بخش تصفیه ی آب شهری نفوذ قابل توجهی داشته اند. مزایای آنها بر روشهای سنتی بخوبی مستند شده است همانطور که بسبب رسوب در غشا دارای محدودیت نیز میباشند. کاربردهای دامنه ی متنوع و رو به رشد فناوریهای تجاری موجود تمایلی به محدود شدن در دامنه ی بین 10 و 50000 M3/day از ظرفیت ثابت را نشان میدهد. اگرچه سال به سال MBR های بزرگتری در حال ساخت هستند. از طرف دیگر کمیابی رو به گسترش آب همراه با قوانین سخت یک MBR منفرد خانگی (<5M3/day) را با پسابی برای کاربردهای بدون تماس برای انسان همچون آبیاری، شستشو، و سیفون دستشویی طلب کرده که از نقطه نظر اقتصادی نیز بالقوه ماندگار هستند. با اینهمه عقیده بر آن است که یک MBR منفرد خانگی در مقایسه با مخزن آب شیرین و تخلیه ی مستقر شده پر هزینه است. (P1) در واقع در قاره ی اروپا برای جریانهای 0.8-1.6m3/day(معادل 4-8 نفر جمعیت یا p.e)بر مبنای پیکربندی غشای ورق مسطح تنها یک محصول مستقر موجود است. دیگر فناوریهای تجاری مجموعه ی تاسیسات MBR گرایش به مورد گزینش قرار گرفتن در جریانهای بالاتر تا 125p.e.(25m3/day) دارند.
تصفیه خانه های مجموعه ای دچار محدودیتهای بسیار خاصی هستند که از انواع کاربردی تا انواعی که مربوط به قراردادهای تصفیه خانه های شهری میشوند متغیرند. آنها ممکن است زمانی برای 3-12 ماه بدون متصدی رها شوند؛ بنابراین ساختمان و فرایند طراحی بایستی به گونه ای قدرتمند باشد تا از عهده ی اینچنین روش نگهداری بر آید. ساخت تاسیساتی که نصب آن آسان باشد بسیار مطلوب است چرا که نصب عموما توسط افرادی انجام میگیرد که بجای تخصص در تصفیه ی فاضلاب و زهکشی، در اصول و مبانی کار تخصص دارند. از همه مهمتر انکه سرمایه گذاریهای مربوط به هزینه ها[ی جانبی] بایستی پایین باشد. از آنجایی که نیاز کلی به انژی به ازای هر واحد زمانی، حتی اگر نیاز اختصاصی به انرژی (به ازای حجم پساب تصفیه شده) بالا باشد، عموما پایین است، هزینه های عملیاتی در این بازار بندرت در نظر گرفته میشوند. طراحی بایستی بمنظور قابلیت کاربرد در دامنه ی گسترده از کیفیتهایی[که در مورد] آب تغذیه کننده در نظر است از قابلیت انعطاف کافی برخرودار باشد چرا که بر خلاف نصب سفارشی در محل[مشخص] فناوری مربوط به این فرایند عموما بمنظور کاهش هزینه های تولیدی از طریق تولید انبوه محدود به طراحی یک تاسیسات[(دستگاه)] منفرد است.
علی رغم نگرش سنتی بر پایه ی هزینه های مربوط به سرمایه گذاری، بااینهمه به صلاح است که هزینه های اجرایی تولید یک مجموعه تاسیسات MBR را به جهت اثبات قابلیت اقتصادی در هر دو شکل هزینه های سرمایه گذاری و عملیاتی در نظر بگیریم. محاسبات از طریق در نظر گرفتن ویژگیهای اختصاصی و احتمالا دامنه ای از هزینه های اجزای انفرادی سیستم و هزینه های عملیاتی وابسته به طراحی سیستم و بیوکینتیک افزایش خواهند یافت. داده های موجود در مورد سیستمهای فعلی میتوانند بمنظور مرتبط کردن نفوذپذیری غشا با نیاز به انرژی و نیازمندیهای مربوط به نگهداری مورد استفاده قرار گیرند. نیاز به انرژی پیش از هر چیز از ترکیبی از هوادهی و تلمبه کردن سیال بوجود میاید و بخش کوچکی از آن به نگهداری از تجهیزات کنترل الکتریکی اختصاص میابد. گستردگی تلمبه کردن سیال و هوادهی به طراحی سیستم وابسته است. هر طراحی به نوبت و هزینه های دخیل در [آن] در گستره ای از جریانها مورد بررسی قرار میگیرند.
2. روشها
2.1 شرایط مرزی
در حال حاضر یک معیار اروپایی(prEN 12566-3, 2006) بمنظور حصول اطمینان از آنکه تمامی مجموعه های تصفیه خانه ها با مشخصات یکسانی طراحی شده اند وجود دارد. هدف این معیار تعیین "نیازهای اساسی ، اجرای فرایند، آزمون، علامت گذاری و نیازهای کنترل کیفی"برای تاسیساتی تا 50p.e میباشد. تاسیسات بالای 50p.e میتوانند توسط معیارهای منتشر شده توسط Dwr Cymru و Wessex Water که برای تاسیسات مجموعه ای پذیرفتنی است تامین گردند. (P3) متن پیش رو در مواردی که این معیارها میتواند برای مقایسات مرسوم بکار گرفته شود به تاسیسات مجموعه ای میپردازد. در نتیجه ی این اطلاعات، با توجه به مواردی که در مقیاسهای مختلف مرتبط با تاسیسات MBR هستند، برخی فرضیات اساسی با در نظر گرفتن یک مجموعه ی تاسیساتی MBR میتواند در نظر گرفته شود:
1. ظرفیت جریانی 200L/(p.e) (لیتر به ازای هر نفر در روز)
2. حداکثر 10% جریان روزانه در دوره ی زمانی یک ساعت تخلیه شود، یعنی 20L/(h.person).
3. کیفیت پساب ورودی 300mg/L BOD, 600mg/L COD،375 mg/L جامدات معلق و 45 mg/L NH4-N
4. هیچ حذف ماده ی مغذی ای مورد نیاز نباشد: تنها یک منطقه ی زیستی هوازی مورد استفاده قرار گیرد.
5. کیفیت پساب خروجی 20:0:5 COD:SS:NH4-N.
6. حوضچه های در دسترس از نظر تجاری که حاوی استوانه هایی از ساختمان پلی اتیلن بشکل عمودی باشند.
7. هزینه های نصب بر مبنای حفاری خاک در صورتی که هیچ آستر بتونی مورد نیاز نباشد. حجم [محل] نصب بر مبنای حفره ی مربعی که گوشه هایش پهنایی مشابه قطر حوضچه داشته باشند. به منظور جلوگیری از فرو ریختن گودال، هر ضلع با زاویه ی 45 درجه حفاری گردیده(زاویه ی قرینه). هزینه های حفاوی 80 یورو به ازای هر متر مکعب از خاک جابجا شده بر آورد میگردد.
8. 600 میلی متر اضافی بمنظور دسترسی و 200 میلی متر اضافی شکاف هوا 800 میلیمتر به قله ی آب طراحی شده می افزایند.
9. تاسیسات قادر به بهره برداری مستمر شش ماهه بدون سرکشیهای مربوط به تعمیر و نگهداری باشند.
10. ظرفیت تاسیسات بدون فراهم کردن افزایش[در سیستم] در دامنه ی 6-49 p.e. باشد. 50% افزایش در 50-200p.e.؛
11. نیاز به هوادهی توسط پیکربندی عمومی غشا تعیین گردد(یعنی FS, HF or MT به ترتیب برای صفحات تخت، رشته های توخالی و چند لوله) که مستقل از فروشنده باشد.
اجزای سیستمی که در این مقایسه مورد استفاده قرار گرفته اند در جدول 1 فهرست شده و هزینه های عملیاتی مفروض بشکل اجمالی در جدول 2 آورده شده اند. فرضیات اتخاذ شده در برابر طراحی کلی سیستم مستقل هستند. گزینه های [مربوط به اشکال] غوطه ور و [مربوط به] جریان جانبی[(Sidestream)] (به ترتیب iMBR و sMBR) در نظر گرفته شده اند و بر طبق نوع غشا(FS یا HF) در یک iMBR یا MT برای یک sMBR مورد دسته بندی بیشتر نیز قرار گرفته اند. از انجایی که غشاهای sMBR MT تلمبه میشوند، غشاهای iMBR ها بشکل هوادهی شده فرض میشوند. فرایند پیکربندی بنابر موارد فوق بدین ترتیب است( شکل (1-3)):
a) HF iMBR یا HF هوادهی شده ی غشایی
b) FS iMBR یا FS هوادهی شده ی غشایی
c) MT sMBR یا MT تلمبه شده
جدول 1- دامنه ی اقلام مربوط به سرمایه گذاری
(P3)
2.2 طراحی: تصفیه ی زیستی
2.2.1 روش براورد اولیه ی حوضچه
برای FS iMBR یک حوضچه ی تن نشینی اولیه مورد استفاده قرار میگیرد. این حوضچه 10 لیتر (PE هفته) لجن را در انتهای دو سوم حوضچه ذخیره میکند(Bs 6297:1983):
فاضلاب ته نشین شده بار BOD و SS کمتری نسبت به فاضلاب خام دارد که که بر حجم حوضچه ی هوادهی پایین دست(Downstream)، تولید لجن و نیازهای مربوط به فرایند سازی هوا تاثیر گذار است. قدرت پساب ورودی به محفظه ی راکتور 400:150:45 COD:TSS:NH4-N میباشد؛
2.2.2. طراحی راکتور
بیشتر کار انجام شده بر روی الگو سازی بیوکینتیک MBR بوده است که دامنه ای از مقادیر را برای عوامل دخیل در سیستم MBR گردآوری میکند(جدول 3).
2.2.3. اندازه ی حوضچه و تولید لجن اضافی
با چیدن دوباره ی رابطه در خصوص غلظت لجن در بیورآکتور یا MLSS ون و همکاران، حجم حوضچه را میتوان از رابطه ی زیر بدست آورد:
با فرض آنکه 85% از COD در بیورآکتور و 12% توسط جداسازی غشایی حذف میگردد، Csupبرابر با 0.15Ci و Ce برابر 0.03Ci یا رابطه ی (2) خواهد بود که میتوان انرا به رابطه ی (3) ساده کرد:
تولید لجن را میتوان از رابطه ی زیر برآورد کرد:
2.2.4 هوادهی
نیاز به اکسیژن برای نگهداری اجتماعی از میکروارگانیسم ها و تجزیه ی COD و آمونیاک و نیتریت به نیترات میتواند از تعادلی جمعی در سیستم بوجود آید: (P4)
تنها بخش تجزیه پذیر COD مصرف کننده ی اکسیژن خواهد بود و بنابراین این رابطه یک برآورد محافظه کارانه نتیجه خواهد داد. NOx نشان دهنده ی مقداری از آمونیاک است که توسط سیستم اکسید میشود و از تعادل نیتروژن در سیستم محاسبه میشود:
بیشتر اکسیژن از میان زیست توده(Biomass) ای که غیر محلول باقی میماند بصورت حباب خارج میشود. اثرات انتقال جمعی بشکلی که توسط ضریب انتقال جمعی حجمی kLa بر حسب واحد زمان تعیین گردده بایستی به حساب آیند. میزان انتقال اکسیژن بصورت زیر است:
که C و C* مقادیر غلظت اکسیژن محلول و اشباع بر حسب kg/m3 هستند. برای آب خالص و شرایط تعادل، C با استفاده از قانون هانری محاسبه میشود. انتقال اکسیژن مستقیما در تناسب با عمق آب است و از آنجایی که حبابها بطور طبیعی رشد میکنند، در حوضچه های عمیق تر زمان ماند بالاتری دارند. سازندگان پخش کننده ها، برآوردی از بازده انتقال اکسیژن برای تولیداتشان فراهم کرده اند. یک بررسی بازاری نشان داد که OTE بر حسب عمق m در حدود 2.5 % حبابهای درشت و 4.5% حبابهای ریز هوادهنده هاست. این امر میتواند برای شرایط پردازش از طریق بکار بردن سه ضریب تصحیح (α،β وΦ) که توجیه کننده ی خصوصیاتی از لجن هستند که بر انتقال اکسیژن تاثیر میگذارند معادل سازی شود.
که β نماینده ی اثرات نمک و ذرات است و عموما برای فاضلاب ها در حدود 95% بوده و Φمرتبط با اثر دماست که از رابطه ی زیر بدست می آید.
که T یطور میانگین 12 درجه ی سانتی گراد در نظر گرفته میشود.
ضریب α تفاوت در انتقال جرمی(kLa) بین آب تمیز و آب در جریان است و بارز ترین تاثیر را در بازده هوادهی این سه عامل تبدیلی دارد. مطالعات اثر غلظت جامدات بر انتقال اکسیژن در سیستم های زیستی تصفیه ی فاضلاب تماما با افزایش غلظت جامدات بدون توجه به سیستم مورد مطالعه کاهشی در OTE نشان میدهند با اینهمه این رابطه وابسته به سیستم و آب تغذیه کننده است. در شماری از مطالعات تصفیه ی فاضلاب، یک رابطه ی نمایی بین ضریب α و غلظت MLSS مشاهده شده است. طبق مطالعات Krampe و Krauth و Gunder داریم:
در MBR غوطه ور، بخشی از اکسیژن مورد استفاده برای هوادهی غشایی به زیست توده منتقل خواهد شد و میتواند نیاز به اکسیژن را کاهش دهد. با معکوس کردن این محاسبات در این الگو این انتقال به حساب خواهد امد.
2.3. طراحی: غشا
نفوذ پذیری غشا پیش از هر چیز با سرعت جریان متقاطع(Crossflow) در یک سیستم جریان جانبی(Sidestream) و هوادهی در یک سیستم غوطه ور کنترل میشود. مجموعه ای از جریان معکوس(Backflush) تکمیلی(سیستم HF)، تخفیف(سیستمهای HF و FS)، و پاکسازی شیمیایی نیز برای ابقای نفوذپذیری در یک سطح قابل قبول مورد استفاده قرار میگیرند.
2.3.1 سیلان(Flux)
طراحی سیلان هر دو عامل نیاز هوادهی(برای iMBR) یا سرعت جریان متقاطع (برای sMBR) و نیاز به سطح غشا را تحمیل میکند. براوردهای محافظه کارانه ی متوسط خالص معقول سیلان بشکل پایدار از داده های واقعی تاسیسات بدست آمده و بشکل زیر محاسبه شدند:
· HF iMBR 15 LMH
· FS iMBR 15LMH
· MT sMBR 50LMH
2.3.2. پاکسازی فیزیکی و شیمیایی
با توجه به روشهای هوادهی و جریان رو به عقب(Backflush)، داده های واقعی تاسیسات ارائه کننده ی پیش نویس زیر برای ابقای نفوذ پذیری از طریق پاکسازی میباشند:
· وقفه 10 دقیقه ای در پاکسازی فیزیکی
· مدت 1 دقیقه ای پاکسازی فیزیکی
· وقفه 6 ماهه در پاکسازی شیمیایی
· مدت 2 ساعته ی پاکسازی شیمیایی
· قدرت پاکسازی 500g/m3 واکنشگر
· حجم واکنشگر برای پاکسازی=حجم حوضچه ی راکتور
2.3.3. هوادهی غشایی
هوادهی یک واحد غشای غوطه ور در یک MBR برای ارتقاء صاف سازی جریان متقاطع ضروریست. Ueda و همکاران دریافتند که شدت هوادهی(مساحت کف واحد/جریان هوا) تاثیری عمده بر رسوب غشا دارد. افزایش میزان ارتفاع غشا بنابر این به افزایش مسیر حباب منجر خواهد شد. با اینهمه، تاسیسات مجموعه ای بمنظور کاهش مشکلات نصب مرتبط با سطح ایستایی مرتفع و سنگ بستر کم عمق بایستی واحدهایی نسبتا کم عمق باشند. واضح است که این امر بایستی با نیازهای موجود در خصوص ساخت واحدهای باریک و عمیق به منظور به حداکثر رساندن بازده هوادهی غشا تطبیق داده شود.
داده ها برای میزان هوادهی غشا بر حسب مساحت غشای واحد به Nm3/(h m2)، توسط Judd گردآوری شده است. این داده ها را میتوان با استفاده از اطلاعات موجود در مورد تراکم بارگذاری(Packing)، بمنظور رسیدن به شدت هوادهی یا qm ویرایش کرد:
شدت هوادهی را میتوان با توجه به هندسه ی واحد غشا و ابعاد آن به جریان هوای مورد نیاز تبدیل کرد:
از این خلاصه ی داده های میانگین، کمیتهایی برای قابلیت نفوذ و شدت هوادهی بدست میاید که برای دو فناوری غوطه ور مورد استفاده قرار میگیرد:
· FS:qm=100m3/m2/h
· HF:qm=220m3/m2/h
(P5)
تحقیقات در زمینه ی اثرات سرعت جریان متقاطع بر نفوذپذیری غشا برای MT sMBR ها (جدول 4) در ابعاد آزمایشی در سرعتهای جریان متقاطعی بین 1.5 و 4.7 انجام گرفته و نفوذپذیریهایی بین 4 و 227 را بوجود آورده است. Derrance و Jaffrin رابطه ای خطی بین سرعت جریان متقاطع و جریان بحرانی را در مطالعه ی خود در زمینه ی غشای چند مجرای سرامیکی مشاهده کردند. کمیت متوسط 3m/s برای این کار برگزیده شد.
2.4.محاسبه ی هزینه
هزینه های عملیاتی شامل مجموع مخارج سالانه ی نیرو، تعمیرات، لجن زدایی و مواد شیمیایی میباشد. موارد مربوط به هزینه های سرمایه گذاری در جدول 1 فهرست شده اند. هزینه ی وام بر مبنای پرداخت سالانه برای وامی با نرخ سود 5.25% بوده است و شرایط وام با توجه به عمر محصول گزینش گردیده است.
3. نتایج و تشریح مطالب
3.1. هزینه های تاسیسات
تاسیسات مجموعه ای خانگی منفرد در حال حاضر با قیمت 1800-6000 یورو به ازای هر واحد موجودند. هزینه های مربوط به نصب بستگی به اندازه ی واحد و شکل آن دارد. بکار بردن روش مشابه به آن شکلی که در این متن بکار رفته است هزینه ی نصب متوسطی در حدود 2000 یورو را نتیجه میدهد. با فرض تولید حدود 60% هزینه های مواد مربوط به تاسیسات بمنظور آنکه شرکت امکان [برآورد] مخارج کلی و سود ناخالص را داشته باشد، تمامی هزینه های مربوط به تاسیسات بطور متوسط دامنه ای از 3080 تا 5600 یورو خواهند داشت. این دامنه از هزینه ها فناوری MBR را در زمینه ی کاربرد منفرد خانگی به یکی از موارد گراقیمت تر تبدیل کرده اما با اینهمه در دامنه ی محصولات تجاری حاضر قرار گرفته است. بیشتر هزینه های عملیاتی سالانه ی تاسیسات مجموعه ای، لجن زدایی تاسیسات و تعمیر و در حدود 1080 یورو در سال میباشد. این هزینه ها برای MBR مشابه تاسیسات سنتی میباشند. هزینه های مربوط به نیرو بشکل سنتی اغلب مرتبط با هوادهی برای تصفیه ی هوازی COD و آمونیاک بوده که بطور متوسط 20 تا 30 یورو در سال میباشند. (P6)
برایMBR یک هوادهی اضافی در پاکسازی غشا مورد نیاز است و همچنین فرایندهای جریان جانبی نیز نیازمند نیرویی بیشتر برای فرایندهای تلمبه کردن نسبت به هوادهی در iMBR ها میباشند.
بر خلاف تاسیسات در مقیاس کامل، هزینه های عملیاتی بندرت در هنگام گزینش تاسیسات مجموعه ای تصفیه به حساب آورده میشوند از این رو هزینه به ازای واحد زمان اندک است. با اینهمه در مورد sMBR نیاز به نیرو 20 برابر تاسیسات مجموعه ای سنتی میباشد.
3.2اندازه ی تاسیسات
شکل 4 مجموع هزینه ی سالانه ی تاسیسات را به ازای هر شخص در هر سال برای 6-49 p.e. نشان میدهد. سرمایه ی متناظر و هزینه های عملیاتی به ترتیب در شکل 5 و 6 نشان داده شده اند.
مجموع هزینه شامل هزینه های مربوط به نصب و تجهیزات، استهلاک در طی دوره ی عمر تاسیسات و هزینه های عملیاتی میباشد. تمامی فناوریها کاهش سریع و مورد انتظاری را در هزینه ی مربوط به تاسیسات به ازای هر فرد در اندازه های بسیار کوچک از تاسیسات نشان دادند که گرایشی در رسیدن به کمیتی ثابت در حدود 20p.e. داشت. تفاوت در مجموع هزینه ی سالانه به ازای شخص در تاسیسات بین 4 و 20 p.e. دامنه ای از 240-260 یورو داشت که با نوع تاسیسات مرتبط بود در حالیکه بین 20 و 49 p.e. این تفاوت 38-41 یورو بود. در 50p.e. افزایشی سریع در هزینه ی تاسیسات وجود دارد(از 40-63یورو، جدول 5) که بدلیل افزونگی 50 % در تاسیسات میباشد. بالاتر از 50p.e. تفاوت اندکی در هزینه ی سالانه وجود داشته(حدود 26 یورو) تا 200p.e.، و این روند از نوع تاسیسات تاثیر نمیپذیرد. تمامی تاسیسات روال مشابهی را بر حسب الگوهای اقتصادی شاخص نشان میدهند ولی هزینه های خالص متفاوت است.(P8) در مجموع سیستم HF کم هزینه ترین و MT گرانقیمت ترین است. سیستم FS پایین ترین بهره برداری را داشته اما بالاترین هزینه های خرید و نصب را بخود اختصاص میدهد و عکس این مطلب در مورد سیستم MT صادق است. اگر هزینه های کلی بشکل یکباره اخذ شود و سپس خصوصیات گزینش گردد، سیستم HF بوضوح نسبت به دیگر انواع تاسیسات برتر خواهد بود. بهر حال، در خصوص تاسیسات مجموعه ای اغلب این هزینه ی خرید است که عاملی حیاتی بشمار میرود. بر طبق جدول 6، که هزینه ی برآورد شده ی کل بصورت تخمینی به ازای هر نوع تاسیسات را ارائه میکند، تفاوت در هزینه بین پایین ترین هزینه(MT) و بالاترین هزینه ی تاسیسات(FS) برای تاسیسات 6p.e. تفاوتی h1390-a %35 است. این روال در مورد تمامی تاسیسات در هر اندازه که مورد مطالعه قرار گرفته اند شامل میشود. یک عامل حیاتی دیگر درسیستمهای تاسیسات مجموعه ای پیچیدگی عملیاتی است. گنجاندن یک نقاب در سیستمهای MT و HF ممکن است پی آمدهایی در خصوص مسائل اعتباری پدید آورد. همچنین بدلیل آنکه HF و FS نیازمند جریان معکوس و یا تخفیف میباشند، یک کلید زمان سنج بایستی گنجانده شود. گنجاندن این مورد در کنار پوششی اضافی برای نشت تلمبه در زمان آغاز و توقف، تعمیر این سیستمها را دشوارتر خواهد کرد. پاکسازی پخشی جزئی از خدمات منظم تاسیسات مجموعه ای است و پخش کننده های افزوده در سیستمهای غوطه ور، جزئی اضافی را برای تعمیرات اضافه خواهد کرد. دیگر عامل با اهمیت زمانیست که برای نصب تاسیسات در کارخانه و در محل مورد استفاده قرار میگیرد. دیگر اجزا به این زمان افزوده خواهند شد و هزینه ی خرید را افزایش میدهند. هزینه ی نصب ته نشینی اولیه در یک سیستم FS در هزینه های نصب و حوضچه گنجانده شده است.عوامل دیگری که در مقابل گزینش یک تاسیسات بزرگ وجود دارند در نظر گرفته نشده اند. اگر فضا به نفع[سرمایه گذار] باشد، سیستمهای کوچکتر احتمالا جذاب تر خواهند بود. جایگزینی ته نشینی اولیه ی سیستم FS با یک غربال اندازه ی تاسیسات و CAPEX را کاهش خواهد داد اما باعث پیچیدگی فرایند و OPEX خواهد شد.
3.3.عمق حوضچه
عمق سیستمهای مجموعه ای اختصاصا مناسب تلقی میگردد چرا که سیستمهای کم عمق بجهت سهولت نصب ترجیح داده میشوند در حالی که هزینه های عملیاتی مربوط به این سیستمها بدلیل افت در بازده اکسیژن [عموما] بالاتر هستند. تغییر در هزینه ها برای یک تاسیسات 100 p.e در شکل 7 نشان داده شده است. مساحت کاهش یافته ی کف در زیر واحد غشا، هزینه های عملیاتی در تمامی سیستمها را کاهش میدهد اما از آنجایی که هزینه های مربوط به تلمبه زنی بالاتر از هزینه های نیروی دمنده برای سیستم MT هستند، کاهش در OPEX بشکل موردی تندتر است.
4.نتیجه گیری ها
بر مبنای مفروضات انجام شده این مطالعه:
· یک تاسیسات مجموعه ای منفرد خانگی MBR میتواند با هزینه ی سرمایه گذاری موجود در مرزهای تاسیسات مجموعه ای از نظر تجاری موجود تولید گردد، ولو اینکه در انتهای بالای دامنه قرار گیرد.
·صرفه جوییهای مربوط به تولید انبوه از تاسیسات 6-20 p.e. بچشم میخورند؛ بالاتر از این اندازه تغییر در هزینه ی اختصاصی در اندازه بدلیل فرضیات مربوط به نیازها برای 50% افزونگی(بر مبنای خصوصیات شرکت آب) محدود است.
· هزینه های عملیاتی یک MBR در مورد آن مواردی که مربوط به طراحی های تاسیسات مجموعه ای سنتی تر هستند بشکل چشمگیری افزایش میابند.
· گرانقیمت ترین تاسیسات برای[رسیدن به مرحله ی] تولید پایین ترین هزینه های عملیاتی را فراهم میکنند که این امر بدلیل تلفیق عناصر طراحی مربوط به بازده بیشتر میباشند.
· اگر هزینه ی طول عمر سیستم جریان جانبی در مقایسه با هزینه هایی که مربوط به سیستم غوطه ور بالاتر هستند، طبیعت بازار تاسیسات مجموعه ای در حال تاثیر گرفتن از CAPEX بوده که ممکن است سبب ایجاد هزینه ی سرمایه گذاری پایین تاسیسات و بهره برداری ساده بعنوان جذاب ترین گزینه باشد.
H. Fletcher, T. Mackley, S. Judd_
Centre for Water Science, Cranfield University, Cranfield MK43 0AL, UK
خلاصه
هزینه ی سرمایه گذاری اولیه و هزینه های بهره برداری مربوط به یک مجموعه ی MBR کوچک برای مصارف محلی در ابعاد کوچک بر مبنای یک فاضلاب شهری با قدرت متوسط بر آورد شده است. سه [حالت] اصلی پیکربندی مورد ملاحظه قرار گرفتند، این لوله های چند تایی، رشته های تو خالی و ورقهای صاف با مناسبترین طراحی تاسیساتی برای هر پیکربندی انتخاب گردیدند. تحلیل [این امر] از طریق در نظر گرفتن هزینه های برآور شده ی مربوط به سرمایه گذاری استهلاکی اجزای منفرد تاسیسات و نصب آنها همراه با هزینه های بهره برداری که اساسا بر مبنای نیاز به انرژی و مدیریت ابقایی میباشند ادامه یافت. نیاز به انرژی از طریق [محاسبه ی] هزینه های تلمبه زنی[(پمپ کردن)] و هوادهی، که هوادهی آن بر مبنای مجموعه ای از روابط تجربی در خصوص هوادهی غشایی و موازنه ی جرمی و نسخه ی 2 مدل لجن فعال اصلاح شده برای برآورد اندازه ی حوض[(تانک)] و تولید لجن برآورد گردید.
نتایج نشاندهنده ی آن بودند که ساخت یک MBR منفرد خانگی با هزینه ی سرمایه گذاری مشابه با هزینه ی بازار فعلی در خصوص تصفیه خانه های مجموعه ای[(پکیج)] امکانپذیر است. لجن زدایی و نگهداری این تاسیسات[(Plant)] مشابه بوده ولی نیاز به نیرو برای یک MBR حدود 4 برابر است که مربوط به مجموعه ی تاسیسات سنتی تر میباشد. صرفه جویی هایتولید انبوه از 6_20p.e تاسیسات بودند اما [در خصوص موارد]بالای 20p.e تفاوت هزینه های کمی به ازای هر فرد وجود دارد که مربوط به فرضیات طراحی انجام گرفته میباشد. CAPEX و OPEX تا حدی قابل معاوضه میباشند؛ کاهش در CAPEX مرتبط با افزایش در OPEX بوده و بلعکس. علاوه بر آنکه هزینه ها بالاست، بازار مجموعه ی MBR بشکل چشمگیری متاثر از پتانسیل بازیافت پساب تولیدی میباشد.
1. مقدمه
یک مجموعه ی تاسیساتی[(package plant)] یک واحد کامل است که در یک کارخانه ساخته شده و برای نصب مستقیم و بمنظور تقابل با تاسیسات سنتی تری که در محل تاسیس شده اند [به محل] حمل میشود. فناوریهای اصلی فرایند هوازی که برای این تاسیسات کارخانه –ساز مورد استفاده قرار گرفته اند، صافی هوا داده شده ی غوطه ور(SAF)، لجن فعال سنتی(CAS)، تماس دهنده های زیستی چرخان(RBCs)، راکتور متوالی دسته ای[(sequencing batch reactor)](SBR)، صافی چکنده(TF)، و صافی فعال شده ی زیستی(BAF) میباشند. اگر چه هر کدام از این فرایندها مزایای خاص خود را دارند اما هیچکدام باعث ایجاد پساب ضدعفونی یا تصفیه ی بسیار بالا نمیگردند.
MBR ها در خلال 15 سال گذشته در بازار بخش تصفیه ی آب شهری نفوذ قابل توجهی داشته اند. مزایای آنها بر روشهای سنتی بخوبی مستند شده است همانطور که بسبب رسوب در غشا دارای محدودیت نیز میباشند. کاربردهای دامنه ی متنوع و رو به رشد فناوریهای تجاری موجود تمایلی به محدود شدن در دامنه ی بین 10 و 50000 M3/day از ظرفیت ثابت را نشان میدهد. اگرچه سال به سال MBR های بزرگتری در حال ساخت هستند. از طرف دیگر کمیابی رو به گسترش آب همراه با قوانین سخت یک MBR منفرد خانگی (<5M3/day) را با پسابی برای کاربردهای بدون تماس برای انسان همچون آبیاری، شستشو، و سیفون دستشویی طلب کرده که از نقطه نظر اقتصادی نیز بالقوه ماندگار هستند. با اینهمه عقیده بر آن است که یک MBR منفرد خانگی در مقایسه با مخزن آب شیرین و تخلیه ی مستقر شده پر هزینه است. (P1) در واقع در قاره ی اروپا برای جریانهای 0.8-1.6m3/day(معادل 4-8 نفر جمعیت یا p.e)بر مبنای پیکربندی غشای ورق مسطح تنها یک محصول مستقر موجود است. دیگر فناوریهای تجاری مجموعه ی تاسیسات MBR گرایش به مورد گزینش قرار گرفتن در جریانهای بالاتر تا 125p.e.(25m3/day) دارند.
تصفیه خانه های مجموعه ای دچار محدودیتهای بسیار خاصی هستند که از انواع کاربردی تا انواعی که مربوط به قراردادهای تصفیه خانه های شهری میشوند متغیرند. آنها ممکن است زمانی برای 3-12 ماه بدون متصدی رها شوند؛ بنابراین ساختمان و فرایند طراحی بایستی به گونه ای قدرتمند باشد تا از عهده ی اینچنین روش نگهداری بر آید. ساخت تاسیساتی که نصب آن آسان باشد بسیار مطلوب است چرا که نصب عموما توسط افرادی انجام میگیرد که بجای تخصص در تصفیه ی فاضلاب و زهکشی، در اصول و مبانی کار تخصص دارند. از همه مهمتر انکه سرمایه گذاریهای مربوط به هزینه ها[ی جانبی] بایستی پایین باشد. از آنجایی که نیاز کلی به انژی به ازای هر واحد زمانی، حتی اگر نیاز اختصاصی به انرژی (به ازای حجم پساب تصفیه شده) بالا باشد، عموما پایین است، هزینه های عملیاتی در این بازار بندرت در نظر گرفته میشوند. طراحی بایستی بمنظور قابلیت کاربرد در دامنه ی گسترده از کیفیتهایی[که در مورد] آب تغذیه کننده در نظر است از قابلیت انعطاف کافی برخرودار باشد چرا که بر خلاف نصب سفارشی در محل[مشخص] فناوری مربوط به این فرایند عموما بمنظور کاهش هزینه های تولیدی از طریق تولید انبوه محدود به طراحی یک تاسیسات[(دستگاه)] منفرد است.
علی رغم نگرش سنتی بر پایه ی هزینه های مربوط به سرمایه گذاری، بااینهمه به صلاح است که هزینه های اجرایی تولید یک مجموعه تاسیسات MBR را به جهت اثبات قابلیت اقتصادی در هر دو شکل هزینه های سرمایه گذاری و عملیاتی در نظر بگیریم. محاسبات از طریق در نظر گرفتن ویژگیهای اختصاصی و احتمالا دامنه ای از هزینه های اجزای انفرادی سیستم و هزینه های عملیاتی وابسته به طراحی سیستم و بیوکینتیک افزایش خواهند یافت. داده های موجود در مورد سیستمهای فعلی میتوانند بمنظور مرتبط کردن نفوذپذیری غشا با نیاز به انرژی و نیازمندیهای مربوط به نگهداری مورد استفاده قرار گیرند. نیاز به انرژی پیش از هر چیز از ترکیبی از هوادهی و تلمبه کردن سیال بوجود میاید و بخش کوچکی از آن به نگهداری از تجهیزات کنترل الکتریکی اختصاص میابد. گستردگی تلمبه کردن سیال و هوادهی به طراحی سیستم وابسته است. هر طراحی به نوبت و هزینه های دخیل در [آن] در گستره ای از جریانها مورد بررسی قرار میگیرند.
2. روشها
2.1 شرایط مرزی
در حال حاضر یک معیار اروپایی(prEN 12566-3, 2006) بمنظور حصول اطمینان از آنکه تمامی مجموعه های تصفیه خانه ها با مشخصات یکسانی طراحی شده اند وجود دارد. هدف این معیار تعیین "نیازهای اساسی ، اجرای فرایند، آزمون، علامت گذاری و نیازهای کنترل کیفی"برای تاسیساتی تا 50p.e میباشد. تاسیسات بالای 50p.e میتوانند توسط معیارهای منتشر شده توسط Dwr Cymru و Wessex Water که برای تاسیسات مجموعه ای پذیرفتنی است تامین گردند. (P3) متن پیش رو در مواردی که این معیارها میتواند برای مقایسات مرسوم بکار گرفته شود به تاسیسات مجموعه ای میپردازد. در نتیجه ی این اطلاعات، با توجه به مواردی که در مقیاسهای مختلف مرتبط با تاسیسات MBR هستند، برخی فرضیات اساسی با در نظر گرفتن یک مجموعه ی تاسیساتی MBR میتواند در نظر گرفته شود:
1. ظرفیت جریانی 200L/(p.e) (لیتر به ازای هر نفر در روز)
2. حداکثر 10% جریان روزانه در دوره ی زمانی یک ساعت تخلیه شود، یعنی 20L/(h.person).
3. کیفیت پساب ورودی 300mg/L BOD, 600mg/L COD،375 mg/L جامدات معلق و 45 mg/L NH4-N
4. هیچ حذف ماده ی مغذی ای مورد نیاز نباشد: تنها یک منطقه ی زیستی هوازی مورد استفاده قرار گیرد.
5. کیفیت پساب خروجی 20:0:5 COD:SS:NH4-N.
6. حوضچه های در دسترس از نظر تجاری که حاوی استوانه هایی از ساختمان پلی اتیلن بشکل عمودی باشند.
7. هزینه های نصب بر مبنای حفاری خاک در صورتی که هیچ آستر بتونی مورد نیاز نباشد. حجم [محل] نصب بر مبنای حفره ی مربعی که گوشه هایش پهنایی مشابه قطر حوضچه داشته باشند. به منظور جلوگیری از فرو ریختن گودال، هر ضلع با زاویه ی 45 درجه حفاری گردیده(زاویه ی قرینه). هزینه های حفاوی 80 یورو به ازای هر متر مکعب از خاک جابجا شده بر آورد میگردد.
8. 600 میلی متر اضافی بمنظور دسترسی و 200 میلی متر اضافی شکاف هوا 800 میلیمتر به قله ی آب طراحی شده می افزایند.
9. تاسیسات قادر به بهره برداری مستمر شش ماهه بدون سرکشیهای مربوط به تعمیر و نگهداری باشند.
10. ظرفیت تاسیسات بدون فراهم کردن افزایش[در سیستم] در دامنه ی 6-49 p.e. باشد. 50% افزایش در 50-200p.e.؛
11. نیاز به هوادهی توسط پیکربندی عمومی غشا تعیین گردد(یعنی FS, HF or MT به ترتیب برای صفحات تخت، رشته های توخالی و چند لوله) که مستقل از فروشنده باشد.
اجزای سیستمی که در این مقایسه مورد استفاده قرار گرفته اند در جدول 1 فهرست شده و هزینه های عملیاتی مفروض بشکل اجمالی در جدول 2 آورده شده اند. فرضیات اتخاذ شده در برابر طراحی کلی سیستم مستقل هستند. گزینه های [مربوط به اشکال] غوطه ور و [مربوط به] جریان جانبی[(Sidestream)] (به ترتیب iMBR و sMBR) در نظر گرفته شده اند و بر طبق نوع غشا(FS یا HF) در یک iMBR یا MT برای یک sMBR مورد دسته بندی بیشتر نیز قرار گرفته اند. از انجایی که غشاهای sMBR MT تلمبه میشوند، غشاهای iMBR ها بشکل هوادهی شده فرض میشوند. فرایند پیکربندی بنابر موارد فوق بدین ترتیب است( شکل (1-3)):
a) HF iMBR یا HF هوادهی شده ی غشایی
b) FS iMBR یا FS هوادهی شده ی غشایی
c) MT sMBR یا MT تلمبه شده
جدول 1- دامنه ی اقلام مربوط به سرمایه گذاری
(P3)
2.2 طراحی: تصفیه ی زیستی
2.2.1 روش براورد اولیه ی حوضچه
برای FS iMBR یک حوضچه ی تن نشینی اولیه مورد استفاده قرار میگیرد. این حوضچه 10 لیتر (PE هفته) لجن را در انتهای دو سوم حوضچه ذخیره میکند(Bs 6297:1983):
فاضلاب ته نشین شده بار BOD و SS کمتری نسبت به فاضلاب خام دارد که که بر حجم حوضچه ی هوادهی پایین دست(Downstream)، تولید لجن و نیازهای مربوط به فرایند سازی هوا تاثیر گذار است. قدرت پساب ورودی به محفظه ی راکتور 400:150:45 COD:TSS:NH4-N میباشد؛
2.2.2. طراحی راکتور
بیشتر کار انجام شده بر روی الگو سازی بیوکینتیک MBR بوده است که دامنه ای از مقادیر را برای عوامل دخیل در سیستم MBR گردآوری میکند(جدول 3).
2.2.3. اندازه ی حوضچه و تولید لجن اضافی
با چیدن دوباره ی رابطه در خصوص غلظت لجن در بیورآکتور یا MLSS ون و همکاران، حجم حوضچه را میتوان از رابطه ی زیر بدست آورد:
با فرض آنکه 85% از COD در بیورآکتور و 12% توسط جداسازی غشایی حذف میگردد، Csupبرابر با 0.15Ci و Ce برابر 0.03Ci یا رابطه ی (2) خواهد بود که میتوان انرا به رابطه ی (3) ساده کرد:
تولید لجن را میتوان از رابطه ی زیر برآورد کرد:
2.2.4 هوادهی
نیاز به اکسیژن برای نگهداری اجتماعی از میکروارگانیسم ها و تجزیه ی COD و آمونیاک و نیتریت به نیترات میتواند از تعادلی جمعی در سیستم بوجود آید: (P4)
تنها بخش تجزیه پذیر COD مصرف کننده ی اکسیژن خواهد بود و بنابراین این رابطه یک برآورد محافظه کارانه نتیجه خواهد داد. NOx نشان دهنده ی مقداری از آمونیاک است که توسط سیستم اکسید میشود و از تعادل نیتروژن در سیستم محاسبه میشود:
بیشتر اکسیژن از میان زیست توده(Biomass) ای که غیر محلول باقی میماند بصورت حباب خارج میشود. اثرات انتقال جمعی بشکلی که توسط ضریب انتقال جمعی حجمی kLa بر حسب واحد زمان تعیین گردده بایستی به حساب آیند. میزان انتقال اکسیژن بصورت زیر است:
که C و C* مقادیر غلظت اکسیژن محلول و اشباع بر حسب kg/m3 هستند. برای آب خالص و شرایط تعادل، C با استفاده از قانون هانری محاسبه میشود. انتقال اکسیژن مستقیما در تناسب با عمق آب است و از آنجایی که حبابها بطور طبیعی رشد میکنند، در حوضچه های عمیق تر زمان ماند بالاتری دارند. سازندگان پخش کننده ها، برآوردی از بازده انتقال اکسیژن برای تولیداتشان فراهم کرده اند. یک بررسی بازاری نشان داد که OTE بر حسب عمق m در حدود 2.5 % حبابهای درشت و 4.5% حبابهای ریز هوادهنده هاست. این امر میتواند برای شرایط پردازش از طریق بکار بردن سه ضریب تصحیح (α،β وΦ) که توجیه کننده ی خصوصیاتی از لجن هستند که بر انتقال اکسیژن تاثیر میگذارند معادل سازی شود.
که β نماینده ی اثرات نمک و ذرات است و عموما برای فاضلاب ها در حدود 95% بوده و Φمرتبط با اثر دماست که از رابطه ی زیر بدست می آید.
که T یطور میانگین 12 درجه ی سانتی گراد در نظر گرفته میشود.
ضریب α تفاوت در انتقال جرمی(kLa) بین آب تمیز و آب در جریان است و بارز ترین تاثیر را در بازده هوادهی این سه عامل تبدیلی دارد. مطالعات اثر غلظت جامدات بر انتقال اکسیژن در سیستم های زیستی تصفیه ی فاضلاب تماما با افزایش غلظت جامدات بدون توجه به سیستم مورد مطالعه کاهشی در OTE نشان میدهند با اینهمه این رابطه وابسته به سیستم و آب تغذیه کننده است. در شماری از مطالعات تصفیه ی فاضلاب، یک رابطه ی نمایی بین ضریب α و غلظت MLSS مشاهده شده است. طبق مطالعات Krampe و Krauth و Gunder داریم:
در MBR غوطه ور، بخشی از اکسیژن مورد استفاده برای هوادهی غشایی به زیست توده منتقل خواهد شد و میتواند نیاز به اکسیژن را کاهش دهد. با معکوس کردن این محاسبات در این الگو این انتقال به حساب خواهد امد.
2.3. طراحی: غشا
نفوذ پذیری غشا پیش از هر چیز با سرعت جریان متقاطع(Crossflow) در یک سیستم جریان جانبی(Sidestream) و هوادهی در یک سیستم غوطه ور کنترل میشود. مجموعه ای از جریان معکوس(Backflush) تکمیلی(سیستم HF)، تخفیف(سیستمهای HF و FS)، و پاکسازی شیمیایی نیز برای ابقای نفوذپذیری در یک سطح قابل قبول مورد استفاده قرار میگیرند.
2.3.1 سیلان(Flux)
طراحی سیلان هر دو عامل نیاز هوادهی(برای iMBR) یا سرعت جریان متقاطع (برای sMBR) و نیاز به سطح غشا را تحمیل میکند. براوردهای محافظه کارانه ی متوسط خالص معقول سیلان بشکل پایدار از داده های واقعی تاسیسات بدست آمده و بشکل زیر محاسبه شدند:
· HF iMBR 15 LMH
· FS iMBR 15LMH
· MT sMBR 50LMH
2.3.2. پاکسازی فیزیکی و شیمیایی
با توجه به روشهای هوادهی و جریان رو به عقب(Backflush)، داده های واقعی تاسیسات ارائه کننده ی پیش نویس زیر برای ابقای نفوذ پذیری از طریق پاکسازی میباشند:
· وقفه 10 دقیقه ای در پاکسازی فیزیکی
· مدت 1 دقیقه ای پاکسازی فیزیکی
· وقفه 6 ماهه در پاکسازی شیمیایی
· مدت 2 ساعته ی پاکسازی شیمیایی
· قدرت پاکسازی 500g/m3 واکنشگر
· حجم واکنشگر برای پاکسازی=حجم حوضچه ی راکتور
2.3.3. هوادهی غشایی
هوادهی یک واحد غشای غوطه ور در یک MBR برای ارتقاء صاف سازی جریان متقاطع ضروریست. Ueda و همکاران دریافتند که شدت هوادهی(مساحت کف واحد/جریان هوا) تاثیری عمده بر رسوب غشا دارد. افزایش میزان ارتفاع غشا بنابر این به افزایش مسیر حباب منجر خواهد شد. با اینهمه، تاسیسات مجموعه ای بمنظور کاهش مشکلات نصب مرتبط با سطح ایستایی مرتفع و سنگ بستر کم عمق بایستی واحدهایی نسبتا کم عمق باشند. واضح است که این امر بایستی با نیازهای موجود در خصوص ساخت واحدهای باریک و عمیق به منظور به حداکثر رساندن بازده هوادهی غشا تطبیق داده شود.
داده ها برای میزان هوادهی غشا بر حسب مساحت غشای واحد به Nm3/(h m2)، توسط Judd گردآوری شده است. این داده ها را میتوان با استفاده از اطلاعات موجود در مورد تراکم بارگذاری(Packing)، بمنظور رسیدن به شدت هوادهی یا qm ویرایش کرد:
شدت هوادهی را میتوان با توجه به هندسه ی واحد غشا و ابعاد آن به جریان هوای مورد نیاز تبدیل کرد:
از این خلاصه ی داده های میانگین، کمیتهایی برای قابلیت نفوذ و شدت هوادهی بدست میاید که برای دو فناوری غوطه ور مورد استفاده قرار میگیرد:
· FS:qm=100m3/m2/h
· HF:qm=220m3/m2/h
(P5)
تحقیقات در زمینه ی اثرات سرعت جریان متقاطع بر نفوذپذیری غشا برای MT sMBR ها (جدول 4) در ابعاد آزمایشی در سرعتهای جریان متقاطعی بین 1.5 و 4.7 انجام گرفته و نفوذپذیریهایی بین 4 و 227 را بوجود آورده است. Derrance و Jaffrin رابطه ای خطی بین سرعت جریان متقاطع و جریان بحرانی را در مطالعه ی خود در زمینه ی غشای چند مجرای سرامیکی مشاهده کردند. کمیت متوسط 3m/s برای این کار برگزیده شد.
2.4.محاسبه ی هزینه
هزینه های عملیاتی شامل مجموع مخارج سالانه ی نیرو، تعمیرات، لجن زدایی و مواد شیمیایی میباشد. موارد مربوط به هزینه های سرمایه گذاری در جدول 1 فهرست شده اند. هزینه ی وام بر مبنای پرداخت سالانه برای وامی با نرخ سود 5.25% بوده است و شرایط وام با توجه به عمر محصول گزینش گردیده است.
3. نتایج و تشریح مطالب
3.1. هزینه های تاسیسات
تاسیسات مجموعه ای خانگی منفرد در حال حاضر با قیمت 1800-6000 یورو به ازای هر واحد موجودند. هزینه های مربوط به نصب بستگی به اندازه ی واحد و شکل آن دارد. بکار بردن روش مشابه به آن شکلی که در این متن بکار رفته است هزینه ی نصب متوسطی در حدود 2000 یورو را نتیجه میدهد. با فرض تولید حدود 60% هزینه های مواد مربوط به تاسیسات بمنظور آنکه شرکت امکان [برآورد] مخارج کلی و سود ناخالص را داشته باشد، تمامی هزینه های مربوط به تاسیسات بطور متوسط دامنه ای از 3080 تا 5600 یورو خواهند داشت. این دامنه از هزینه ها فناوری MBR را در زمینه ی کاربرد منفرد خانگی به یکی از موارد گراقیمت تر تبدیل کرده اما با اینهمه در دامنه ی محصولات تجاری حاضر قرار گرفته است. بیشتر هزینه های عملیاتی سالانه ی تاسیسات مجموعه ای، لجن زدایی تاسیسات و تعمیر و در حدود 1080 یورو در سال میباشد. این هزینه ها برای MBR مشابه تاسیسات سنتی میباشند. هزینه های مربوط به نیرو بشکل سنتی اغلب مرتبط با هوادهی برای تصفیه ی هوازی COD و آمونیاک بوده که بطور متوسط 20 تا 30 یورو در سال میباشند. (P6)
برایMBR یک هوادهی اضافی در پاکسازی غشا مورد نیاز است و همچنین فرایندهای جریان جانبی نیز نیازمند نیرویی بیشتر برای فرایندهای تلمبه کردن نسبت به هوادهی در iMBR ها میباشند.
بر خلاف تاسیسات در مقیاس کامل، هزینه های عملیاتی بندرت در هنگام گزینش تاسیسات مجموعه ای تصفیه به حساب آورده میشوند از این رو هزینه به ازای واحد زمان اندک است. با اینهمه در مورد sMBR نیاز به نیرو 20 برابر تاسیسات مجموعه ای سنتی میباشد.
3.2اندازه ی تاسیسات
شکل 4 مجموع هزینه ی سالانه ی تاسیسات را به ازای هر شخص در هر سال برای 6-49 p.e. نشان میدهد. سرمایه ی متناظر و هزینه های عملیاتی به ترتیب در شکل 5 و 6 نشان داده شده اند.
مجموع هزینه شامل هزینه های مربوط به نصب و تجهیزات، استهلاک در طی دوره ی عمر تاسیسات و هزینه های عملیاتی میباشد. تمامی فناوریها کاهش سریع و مورد انتظاری را در هزینه ی مربوط به تاسیسات به ازای هر فرد در اندازه های بسیار کوچک از تاسیسات نشان دادند که گرایشی در رسیدن به کمیتی ثابت در حدود 20p.e. داشت. تفاوت در مجموع هزینه ی سالانه به ازای شخص در تاسیسات بین 4 و 20 p.e. دامنه ای از 240-260 یورو داشت که با نوع تاسیسات مرتبط بود در حالیکه بین 20 و 49 p.e. این تفاوت 38-41 یورو بود. در 50p.e. افزایشی سریع در هزینه ی تاسیسات وجود دارد(از 40-63یورو، جدول 5) که بدلیل افزونگی 50 % در تاسیسات میباشد. بالاتر از 50p.e. تفاوت اندکی در هزینه ی سالانه وجود داشته(حدود 26 یورو) تا 200p.e.، و این روند از نوع تاسیسات تاثیر نمیپذیرد. تمامی تاسیسات روال مشابهی را بر حسب الگوهای اقتصادی شاخص نشان میدهند ولی هزینه های خالص متفاوت است.(P8) در مجموع سیستم HF کم هزینه ترین و MT گرانقیمت ترین است. سیستم FS پایین ترین بهره برداری را داشته اما بالاترین هزینه های خرید و نصب را بخود اختصاص میدهد و عکس این مطلب در مورد سیستم MT صادق است. اگر هزینه های کلی بشکل یکباره اخذ شود و سپس خصوصیات گزینش گردد، سیستم HF بوضوح نسبت به دیگر انواع تاسیسات برتر خواهد بود. بهر حال، در خصوص تاسیسات مجموعه ای اغلب این هزینه ی خرید است که عاملی حیاتی بشمار میرود. بر طبق جدول 6، که هزینه ی برآورد شده ی کل بصورت تخمینی به ازای هر نوع تاسیسات را ارائه میکند، تفاوت در هزینه بین پایین ترین هزینه(MT) و بالاترین هزینه ی تاسیسات(FS) برای تاسیسات 6p.e. تفاوتی h1390-a %35 است. این روال در مورد تمامی تاسیسات در هر اندازه که مورد مطالعه قرار گرفته اند شامل میشود. یک عامل حیاتی دیگر درسیستمهای تاسیسات مجموعه ای پیچیدگی عملیاتی است. گنجاندن یک نقاب در سیستمهای MT و HF ممکن است پی آمدهایی در خصوص مسائل اعتباری پدید آورد. همچنین بدلیل آنکه HF و FS نیازمند جریان معکوس و یا تخفیف میباشند، یک کلید زمان سنج بایستی گنجانده شود. گنجاندن این مورد در کنار پوششی اضافی برای نشت تلمبه در زمان آغاز و توقف، تعمیر این سیستمها را دشوارتر خواهد کرد. پاکسازی پخشی جزئی از خدمات منظم تاسیسات مجموعه ای است و پخش کننده های افزوده در سیستمهای غوطه ور، جزئی اضافی را برای تعمیرات اضافه خواهد کرد. دیگر عامل با اهمیت زمانیست که برای نصب تاسیسات در کارخانه و در محل مورد استفاده قرار میگیرد. دیگر اجزا به این زمان افزوده خواهند شد و هزینه ی خرید را افزایش میدهند. هزینه ی نصب ته نشینی اولیه در یک سیستم FS در هزینه های نصب و حوضچه گنجانده شده است.عوامل دیگری که در مقابل گزینش یک تاسیسات بزرگ وجود دارند در نظر گرفته نشده اند. اگر فضا به نفع[سرمایه گذار] باشد، سیستمهای کوچکتر احتمالا جذاب تر خواهند بود. جایگزینی ته نشینی اولیه ی سیستم FS با یک غربال اندازه ی تاسیسات و CAPEX را کاهش خواهد داد اما باعث پیچیدگی فرایند و OPEX خواهد شد.
3.3.عمق حوضچه
عمق سیستمهای مجموعه ای اختصاصا مناسب تلقی میگردد چرا که سیستمهای کم عمق بجهت سهولت نصب ترجیح داده میشوند در حالی که هزینه های عملیاتی مربوط به این سیستمها بدلیل افت در بازده اکسیژن [عموما] بالاتر هستند. تغییر در هزینه ها برای یک تاسیسات 100 p.e در شکل 7 نشان داده شده است. مساحت کاهش یافته ی کف در زیر واحد غشا، هزینه های عملیاتی در تمامی سیستمها را کاهش میدهد اما از آنجایی که هزینه های مربوط به تلمبه زنی بالاتر از هزینه های نیروی دمنده برای سیستم MT هستند، کاهش در OPEX بشکل موردی تندتر است.
4.نتیجه گیری ها
بر مبنای مفروضات انجام شده این مطالعه:
· یک تاسیسات مجموعه ای منفرد خانگی MBR میتواند با هزینه ی سرمایه گذاری موجود در مرزهای تاسیسات مجموعه ای از نظر تجاری موجود تولید گردد، ولو اینکه در انتهای بالای دامنه قرار گیرد.
·صرفه جوییهای مربوط به تولید انبوه از تاسیسات 6-20 p.e. بچشم میخورند؛ بالاتر از این اندازه تغییر در هزینه ی اختصاصی در اندازه بدلیل فرضیات مربوط به نیازها برای 50% افزونگی(بر مبنای خصوصیات شرکت آب) محدود است.
· هزینه های عملیاتی یک MBR در مورد آن مواردی که مربوط به طراحی های تاسیسات مجموعه ای سنتی تر هستند بشکل چشمگیری افزایش میابند.
· گرانقیمت ترین تاسیسات برای[رسیدن به مرحله ی] تولید پایین ترین هزینه های عملیاتی را فراهم میکنند که این امر بدلیل تلفیق عناصر طراحی مربوط به بازده بیشتر میباشند.
· اگر هزینه ی طول عمر سیستم جریان جانبی در مقایسه با هزینه هایی که مربوط به سیستم غوطه ور بالاتر هستند، طبیعت بازار تاسیسات مجموعه ای در حال تاثیر گرفتن از CAPEX بوده که ممکن است سبب ایجاد هزینه ی سرمایه گذاری پایین تاسیسات و بهره برداری ساده بعنوان جذاب ترین گزینه باشد.
·بازار MBR های مجموعه ای بشکل چشمگیری از پتانسیل بازیافت پساب تولیدی متاثر میگردد. تحقیقات بیشتر بمنظور ارزیابی مزایای مالی و محیطی توسط این قبیل فناوری[ها]، بخصوص بمنظور خدمات بازیافت پیشنهاد میشود.
فلوئور در تصفیه خانه های آب - سه شنبه بیست و یکم تیر 1390
معرفی انواع سد ها و سفره های آب زیرزمینی - سه شنبه بیست و یکم تیر 1390
شناسائي و كاهش آب بحساب نيامده در شبكه هاي آبرساني شهري 4 - سه شنبه بیست و یکم تیر 1390
شناسائي و كاهش آب بحساب نيامده در شبكه هاي آبرساني شهري 3 - سه شنبه بیست و یکم تیر 1390
شناسائي و كاهش آب بحساب نيامده در شبكه هاي آبرساني شهري 2 - سه شنبه بیست و یکم تیر 1390
شناسائي و كاهش آب بحساب نيامده در شبكه هاي آبرساني شهري 1 - سه شنبه بیست و یکم تیر 1390
روناب - شنبه هجدهم تیر 1390
فاضلاب و زباله شهري - شنبه هجدهم تیر 1390
استفاده مجدد از فاضلاب در كشاورزي و چالش هاي بهداشتي - شنبه هجدهم تیر 1390
بررسی روش اقتصادی انتخاب لوله - شنبه هجدهم تیر 1390
آب زیرزمینی - شنبه هجدهم تیر 1390
اساس کار پمپ - شنبه هجدهم تیر 1390
حفاظت آب Water Conversion - شنبه هجدهم تیر 1390
دلايل فني تخريب سدها - شنبه هجدهم تیر 1390
نگاه «محیط زیستی» از کجا آمده؟ - پنجشنبه شانزدهم تیر 1390
اقتصاد مهندسي - پنجشنبه شانزدهم تیر 1390
خوردگی - پنجشنبه شانزدهم تیر 1390
جذب سطحی اسید استیک روی زغال فعال - پنجشنبه شانزدهم تیر 1390
حملات شيميائي و حفاظت از منابع آب - چهارشنبه پانزدهم تیر 1390
آب شرب سالم - چهارشنبه پانزدهم تیر 1390
بررسي نحوه بهره برداري از دستگاههاي كلرزني به عنوان روشی جهت گندزدائي آب شرب - چهارشنبه پانزدهم تیر 1390
لاگون هوادهي - چهارشنبه پانزدهم تیر 1390
آلودگي آب شهري - چهارشنبه پانزدهم تیر 1390
اسپكتروفتومترها - دوشنبه سیزدهم تیر 1390
تعیین غلظت آهن در آب به روش اسپکتر و فتومتری - دوشنبه سیزدهم تیر 1390
خوردگی فلزات - دوشنبه سیزدهم تیر 1390
اهميت آب - دوشنبه سیزدهم تیر 1390
كيفيت آب (Water Quality) - دوشنبه سیزدهم تیر 1390
لوله كشي سيستم فاضلاب و تصفيه استخر - دوشنبه سیزدهم تیر 1390
تاثير آبهاي زير زميني بر توسعه منابع طبيعي - دوشنبه سیزدهم تیر 1390
اهميت آب در روند توسعه کشورها - دوشنبه سیزدهم تیر 1390
چالش هاي فراروي مديريت آب ايران در توسعه پايدار - دوشنبه سیزدهم تیر 1390
اهمیت مدیریت لجن در تصفیه خانه های آب - دوشنبه سیزدهم تیر 1390
ارزیابی پمپ های گریز از مرکز و عوامل ایجاد کاویتاسیون - شنبه یازدهم تیر 1390
سيستم دفع فاضلاب ساختمان ها - شنبه یازدهم تیر 1390
انواع کاویتاسیون در پمپ ها - شنبه یازدهم تیر 1390
آلودگی های زیست محیطی شهر مشهد و راهکار های کاهش آن - شنبه یازدهم تیر 1390
فيزيولوژي جذب آب در گياهان - جمعه دهم تیر 1390
بررسي شوري خاک در سيستم هاي مختلف آبياري - جمعه دهم تیر 1390
تاثير آبياري بر رشد گياهان گلخانه اي - جمعه دهم تیر 1390
اندازه گیری جامدات در آب و فاضلاب - جمعه دهم تیر 1390
روش اندازه گیری سیانید (تیتراسیون) - جمعه دهم تیر 1390
اندازه گیری سولفات به روش توربیدیمتری - جمعه دهم تیر 1390
اندازه گیری فسفات به روش کلرید استانوز - جمعه دهم تیر 1390
اندازه گیری فنل به روش فوتومتریک (اسپکتروفتومتر) - جمعه دهم تیر 1390
اندازه گیری نیتریت به روش رنگ سنجی - جمعه دهم تیر 1390
اندازه گیری نیترات به روش اسپکتروفتومتر - جمعه دهم تیر 1390
اندازه گیری آمونیاک به روش نسلر - جمعه دهم تیر 1390
کيفيت خاک مراتع - فرسايش آبي - جمعه دهم تیر 1390
سیستم لوله های فاضلابی - پنجشنبه نهم تیر 1390
اوتریفیکاسیون - یکشنبه بیست و یکم شهریور 1389
روزنامه تايمز انگليس: "آب"، نفت قرن آينده است - یکشنبه بیست و یکم شهریور 1389
آب شناسی - شنبه بیستم شهریور 1389
باران اسیدی - شنبه بیستم شهریور 1389
وجود آرسنيک در آب آشاميدني با ابتلا به ديابت ارتباط دارد - جمعه نوزدهم شهریور 1389
اصطلاحات آبي - جمعه نوزدهم شهریور 1389
سیستم زه کشی چند جریانه - پنجشنبه هجدهم شهریور 1389
اثرات MTBE در آلودگي منابع آب - پنجشنبه هجدهم شهریور 1389
کشتن میکربها با افزودن کلر به آب بیمارستان ها - چهارشنبه هفدهم شهریور 1389