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                中水回用工程的MBR系统设计

                2018-03-01

                 膜生物反应器(MBR)是将膜技术应用于污水处理的一项新兴技术。MBR 可在紧凑的空间内同时实现微生物对污染物质的↘降解和超滤膜对污染物质的分离,而降解与分离之间又存在着协同作用,是一种高效、实用的污水处理技术。其出水 中不含悬浮物》,只需投加少量消毒剂避▅免管道的二次污染,就Ψ 可以回用,实现污水的资源化[1]。以MBR为核心进行的研究广而深入,但在国内将其应用于工程 实际却还是少数,这关键是由于膜的价格较▃高,造成工程投资的加大。不过随着膜技术①的成熟、膜组件的大规模生产,膜的价格在逐年降低。如美国 Aquasource 公司1999年超滤膜价格几乎是1989年的 1/2[2]。

                     1 中水回用系统╱的设计

                     1.1 工程概述

                  大连香格里→拉大饭店原有的中水处理设施采用三级处∞理方法,处理效率低、占地面积大,没有实现完全的自动化,而且其处理能力远大于酒店最大回用水量,又无法灵活地调节,造成了人力、物力※的浪费,增加了成本。现采用MBR工艺对原有系统进行改造。

                    1.2 水量『及水质

                  因处理后中水主要回用于冲厕、绿化、洗车等方面︾,最大回用水量为60 m3/d,确定设计处理水量为60 m3/d。来水为优质杂排水,其水质见表1。

                  表1 进 水 水 质

                参 数

                COD(mg/L)

                BOD(mg/L)

                SS(mg/L)

                浓 度

                ≤100

                ≤50

                ≤150

                       1.3 工艺流程(见图1)


                图1 工艺流程

                  大连香格里拉大饭店原有的中水回用系统是以接触氧化︽池、沉淀池和砂滤罐为主体,共占地280 m2,改造后以MBR 为核心的中水回用¤系统仅占地48 m2,是原占地面积的17%,为酒店节省了宝贵的空间。而且现有的中水回用系统将〓生物降解、沉淀、过滤集中为一体,减少了设备需求,可使运行成本降¤低,故障点减少。

                  酒店回用水量会由于季节及客流量的变化有很大不同,而MBR系统可↓通过自吸泵间歇出水时间的调整以及鼓风机间◣歇曝气来进行调节并节省运行成本,具有高度的灵活性。

                    1.3.1 细格栅

                  细格栅用以除去污水中较大颗粒的杂质,防止泵的阻塞和损伤,减轻负荷。酒店来水╲具有一定 的作用水头,重力№自流到细格栅,格栅出水重力自①流入调节池。因来水为优质杂排水,水质较好,格栅采用无动力式,截流下来的污物沿格栅弧面下滑至下部渣斗, 渣斗底部有箅【子,污物→在渣斗中沉积,含有的水分由箅子自流入调节池。

                    1.3.2 调节池

                  调节池由原有水池改建而成,用以调节水量、均化水质,使后续处理工艺在相对稳定的条件下工作,同时调节池中风机曝气除臭降温,还可防止悬↑浮物沉积。调节※池出水由移送泵提升至MBR。

                  调节池主要设计◣参数:有效水深为2.5 m;有效容积为48.7 m3;HRT为19.5 h。

                    1.3.3 MBR

                  中空纤维膜组件置于MBR中,污水浸〖没膜组件,通过自吸泵的抽吸,利用膜丝内『腔的抽吸负 压来运行。膜组件由日本三菱公司生产,材质为聚乙烯。膜组件公称孔径为0.4 μm,是悬浮∏固体、胶体∑ 等的有效屏障;中空纤维膜丝较细,有较好的柔韧性,能保持较长的寿命,即使有膜丝破损的现象发生,由于膜丝内径仅为 270 μm,可被污泥◤迅速阻住,对处理水质完全没有影响。

                 

                  鼓风机曝气,在提供微生物生长所必须的溶解氧之外,还使上升的气泡及其产生的紊动水流清 洗膜丝表面,阻⊙止污泥聚集,保持膜通量稳定,设□计气水比为20∶1。 MBR中产生的剩余污泥由气提泵定量提升至污泥浓缩池,污泥在其中浓缩,并使污♀泥减容,上清液回流至调节池①。因来水营养物质缺乏,为保证活性污泥反应正常 进行,调节来水的营养平衡,在MBR的进水管道中注入营养剂(由磷酸氢二铵和♀尿素配制),MBR出水由自吸泵抽送至回用水池。

                  MBR由原水池改建而成,主要设计参数:

                  有效水深为2.7 m; 
                  有效容积为34.7 m3; 
                  HRT为14 h。

                    1.3.4 回用水池

                  在回用水池的进水管道中注入消毒剂,并使回用水池出水中保持一定量〗的余氯,避免二次↓污染。

                     2 中水回用系统的自控设计

                  酒店污水回用系统的控制全部集成在电控柜中。各设备的运行由电控柜中的PLC 控制, PLC由电源、框架、处理器和I/O模板4部分组成,可以和现场的传感器、变送器、自动化仪表相连,进行数据通讯、数据处理和数据管理。如调节池和MBR 的水位情况通过浮球液位计传送到PLC,通过PLC 控制移送泵和自吸泵的动作。当调节池超过一定水位,并且MBR水位在中水位以下时⌒ ,移送泵开始工作,将污水送至MBR,直到MBR水位达到高水位。当 MBR水位在低水位以上时,自吸泵开始间歇工☆作,抽出的膜处理水送入回用水池,如果 MBR的水位降至中水位以▼下,污水会由移送泵自动补充至高水位,此动作反复进行,直至调节池水位下降至低水位,移送泵停止,而MBR水位降至低水位以下 时,自吸泵停止工作。

                  投加消毒剂和营养剂的计量泵分别与移送泵和自吸泵同步,药剂自动投加。另外,泵与风机均有热过载和空开过载保护,所有潜水泵均♂有漏电保护。风机、移送泵、自吸▂泵均为1用1备,24 h自动切换。

                  改变设备状态的界面为电控柜上的触摸屏。触摸屏上包括系统中设备的列表,点击后可以看到 相应设备的当前工作状态,并可以对设备现有状态进行改变;还可以看ぷ到当前所有设备的累计工作时间、各水池的水位、系统运行期间出现的报警∩等等;当有报警发 生时,触摸屏上有相应的报警画面出现,同时有解决报警的提示出现。

                     3 MBR中膜污染控制措施

                  膜污染是影响系统运行的关键问题,适当的操作方法可以有效地控制膜污染,提高膜的使用性能及寿命。

                  本工程采用了低压、恒流、间歇抽吸出水和空曝气等方法来延缓膜过滤阻力的增加。

                  膜面凝胶层会在高的操作压力下变得更加密实,导致过滤阻力的增加。因此,本工程采用较低的操作压力,并且调节自吸泵出口的阀门,控制流量█计的数值,保持恒定的出水流量,使系统在稳定的状态下工作。

                  为延缓膜污染速度,延长超滤膜使用周期而采取的措施还包括出水方式。在电控柜中设定自吸 泵双计时器为9 min"运行",3 min"停止",自吸泵的︻运转效率为75%,每日运行时间为18 h,从而保证MBR中一定的空曝气时间。自吸泵的间歇操作可通过定期地停止膜过滤,使混合液流向膜面的流速为零,而由于空曝气产生的剪切作用,使膜面沉积 的污物脱落,膜过滤性能有所恢复。同时,在停抽过程中,由浓差极化引起的膜面有机物积累也会由扩散作用返回混合液主体。

                  众多措╳施的采取,使本工程中膜污染现象得到有效的控制,在污水回用系统启动迄今3个月时间内,MBR操作压力仅由2 kPa上升至6 kPa。

                    4 中水回用处理工艺的出水水质

                  中水回用系统于2001年10月正式运转,在3个月的♀时间内MBR出水水质见表2(检验方法按照《生活杂用水标准检验法》(CJ25.2-89)进行检测)。

                  表2 出 水 水 质

                参数

                COD(mg/L)

                BOD(mg/L)

                SS(mg/L)

                最大值

                7.84

                0.67

                0

                最小值

                3.92

                0.45

                0

                平均值

                6.16

                0.57

                0

                  由表2可见,系统稳定后,MBR出水中COD<10 mg/L,BOD<1 mg/L,并且没有悬浮物检出,其水质完全达到《生活杂用『水水质标准》(CJ25.1-89)及日本建设省都市局、住宅局、卫生部环卫局提出的生活杂用水 水质标准[3],不仅可回用于水洗厕所用水、空调冷却水,还可回用于汽车等冲洗用水、洒水、扫地用水以及水池喷水。

                     5 中水回用处理工艺运行成本分析

                  本工程污泥提升泵为气提式,不消耗电能,也无污泥回流系统,能耗主要来自移送泵、自吸泵 和鼓风机(两套加药系统计量泵装机容量很小,在此忽略)。鼓风机装机容量为1.5 kW,每天24 h运转,移送泵和自吸泵的装机容量分别为0.4 kW 和0.75 kW,每天运行时间按18 h计,则该中水回用系统单位能耗为0.945 kW·h/m3。由于膜组件公称孔㊣径 为0.4 μm,虽然最小的细菌尺寸在0.3 μm左右,但在MBR中细菌通常以菌胶团形式存在,无法透过膜孔,因此MBR出水细菌含量少,可减少消毒剂用量;另外本工程无须看管,省去了人№工费。运行 成本的具体分析见表3,合计运行成本为1.665元/ m3

                  表3 运行成本分析

                项目

                定额

                单价

                运行费用(元/m3)

                电费

                0.95 kW·h/m3

                0.6元/(kW·h)

                0.57

                折旧费

                1.052

                消毒剂

                3 g/m3

                12元/kg

                0.036

                营养剂

                3.5 g/m3

                2元/kg

                0.007

                运行成本

                1.665

                 注:*净残值取4%[4], 折旧年限取10 a。

                  目前大连市旅游业、商业等场所的自来水费为5元/m3,显然宾馆、写字楼等处采用MBR工艺使污水回用是经济可行的。

                     6 结论

                   (1)大连某饭店中水回用工程采用MBR工艺。自2001年10月投产以来运行性能良好,出水水质COD平均6.16 mg/L,BOD平均0.57 mg/L,SS=0 mg/L,其水质完全达到《生活杂用水水质标☆准》(CJ25.1-89)。设计♂规模为60 m3/d的MBR污水回用系统运行成本为1.665元/ m3,应用于宾馆』、写字楼等处是经济可行的。

                  (2)MBR除污染效率高,出水水质稳定,操作简单,易于管理。