Khí cho màng (SADₘ/SADₚ) & tối ưu năng lượng trong MBR

1) Vai trò của khí cho màng trong MBR

• Thủy khí động – lực cắt: bọt khí lớn kéo theo dòng cuốn quanh bề mặt màng → giảm tốc độ hình thành cake, làm bong lớp bám lỏng lẻo ⇒ R_c tăng chậm hơn.

• Phân tán, khuấy trộn vùng màng: tránh vùng chết, hạn chế lắng cục bộ.

• (Tác dụng phụ) Cấp oxy: một phần khí cho màng cũng bổ sung oxy; cần tách bạch với khí sục sinh học khi tính năng lượng.

2) Định nghĩa, đơn vị và mối liên hệ

2.1 Định nghĩa

• SADₘ (Specific Aeration Demand – membrane): nhu cầu khí riêng cho màng, chuẩn theo diện tích màng.
  Đơn vị: Nm³/(m²·h) (khí ở điều kiện chuẩn 20 °C, 1 bar).

• SADₚ (Specific Aeration Demand – permeate): nhu cầu khí riêng theo thể tích permeate.
  Đơn vị: Nm³/m³.

2.2 Liên hệ với flux

Thứ nguyên \[[\mathrm{m^3/m^2/h}]=J[\mathrm{LMH}]/1000\]

3) Dải giá trị điển hình

• HF (sợi rỗng): ≈ 0,26–0,30 Nm³/(m²·h)

• FS (tấm phẳng): ≈ 0,45–0,50 Nm³/(m²·h)

• FS tối ưu hoá (multi-deck/corrugated, phân phối khí tốt): có thể < 0,30 trong điều kiện thích hợp.

SADₚ thường gặp: ≈ 10–50 Nm³ khí/m³ permeate (tăng khi flux thấp, FS đơn tầng, phân phối khí kém).

4) Tính toán – quy đổi – ước tính điện năng

4.1 Từ SADₘ/SADₚ suy ra lưu lượng khí

• Tổng khí chuẩn theo diện tích (Nm³/h) : \[Q_{N,\mathrm{air}} = \text{SAD}_m \times A\]

• Tổng khí chuẩn theo lưu lượng permeate (Nm³/h): \[Q_{N,\mathrm{air}} = \text{SAD}_p \times Q_p\]

4.2 Quy đổi điều kiện đo về Nm³/h

Nếu lưu lượng kế hiển thị ở điều kiện thực (am³/h), quy đổi gần đúng:

\[Q_N \approx Q_\text{thực}\times \frac{P_\text{thực}}{P_\text{chuẩn}}\times \frac{T_\text{chuẩn}}{T_\text{thực}}\]

(với T tính theo Kelvin; có thể cần hiệu chỉnh ẩm nếu dùng kế đo khối lượng khô).

4.3 Ước tính công suất quạt

\[P_\text{trục} \approx \frac{Q_{N}\,[\mathrm{m^3/s}] \times \Delta P\,[\mathrm{Pa}]}{\eta}\]

• ΔP: áp tăng của quạt (thường ~40–80 kPa).

• η: hiệu suất “điện-đến-khí” tổng thể (khoảng 0,55–0,70).

5) Đặt setpoint khí — điều khiển theo trạng thái màng

Mục tiêu: giữ TMP trong vùng xanh và dốc tăng TMP (dTMP/dt) nhỏ, với SADₘ thấp nhất có thể.

5.1 Chiến lược cơ bản

• Giữ liên tục (constant aeration): đơn giản, dễ vận hành; tiêu chuẩn ban đầu khi chưa có dữ liệu tối ưu.

• Gián đoạn (intermittent/cyclic): bật/tắt theo chu kỳ (ví dụ 10 s bật/20 s tắt) hoặc luân phiên theo dãy cassette → giảm 20–40% khí nếu TMP vẫn ổn định.

5.2 Điều khiển theo chỉ số màng

• Theo TMP setpoint: tăng khí khi TMP vượt ngưỡng; hạ khi TMP hạ về mức mục tiêu.

• Theo dTMP/dt: dùng đạo hàm TMP th...