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中水回用工程的MBR系統設計

2018-03-01

 膜生物反應器(MBR)是將膜技術應用于污水處理的一項新興技術。MBR 可在緊湊的空間內同時實現微生物對污染物質的降解和超濾膜對污染物質的分離,而降解與分離之間又存在著協同作用,是一種高效、實用的污水處理技術。其出水 中不含懸浮物,只需投加少量消毒劑避免管道的二次污染,就可以回用,實現污水的資源化[1]。以MBR為核心進行的研究廣而深入,但在國內將其應用于工程 實際卻還是少數,這關鍵是由于膜的價格較高,造成工程投資的加大。不過隨著膜技術的成熟、膜組件的大規模生產,膜的價格在逐年降低。如美國 Aquasource 公司1999年超濾膜價格幾乎是1989年的 1/2[2]。

     1 中水回用系統的設計

     1.1 工程概述

  大連香格里拉大飯店原有的中水處理設施采用三級處理方法,處理效率低、占地面積大,沒有實現完全的自動化,而且其處理能力遠大于酒店最大回用水量,又無法靈活地調節,造成了人力、物力的浪費,增加了成本?,F采用MBR工藝對原有系統進行改造。

    1.2 水量及水質

  因處理后中水主要回用于沖廁、綠化、洗車等方面,最大回用水量為60 m3/d,確定設計處理水量為60 m3/d。來水為優質雜排水,其水質見表1。

  表1 進 水 水 質

參 數

COD(mg/L)

BOD(mg/L)

SS(mg/L)

濃 度

≤100

≤50

≤150

       1.3 工藝流程(見圖1)


圖1 工藝流程

  大連香格里拉大飯店原有的中水回用系統是以接觸氧化池、沉淀池和砂濾罐為主體,共占地280 m2,改造后以MBR 為核心的中水回用系統僅占地48 m2,是原占地面積的17%,為酒店節省了寶貴的空間。而且現有的中水回用系統將生物降解、沉淀、過濾集中為一體,減少了設備需求,可使運行成本降低,故障點減少。

  酒店回用水量會由于季節及客流量的變化有很大不同,而MBR系統可通過自吸泵間歇出水時間的調整以及鼓風機間歇曝氣來進行調節并節省運行成本,具有高度的靈活性。

    1.3.1 細格柵

  細格柵用以除去污水中較大顆粒的雜質,防止泵的阻塞和損傷,減輕負荷。酒店來水具有一定 的作用水頭,重力自流到細格柵,格柵出水重力自流入調節池。因來水為優質雜排水,水質較好,格柵采用無動力式,截流下來的污物沿格柵弧面下滑至下部渣斗, 渣斗底部有箅子,污物在渣斗中沉積,含有的水分由箅子自流入調節池。

    1.3.2 調節池

  調節池由原有水池改建而成,用以調節水量、均化水質,使后續處理工藝在相對穩定的條件下工作,同時調節池中風機曝氣除臭降溫,還可防止懸浮物沉積。調節池出水由移送泵提升至MBR。

  調節池主要設計參數:有效水深為2.5 m;有效容積為48.7 m3;HRT為19.5 h。

    1.3.3 MBR

  中空纖維膜組件置于MBR中,污水浸沒膜組件,通過自吸泵的抽吸,利用膜絲內腔的抽吸負 壓來運行。膜組件由日本三菱公司生產,材質為聚乙烯。膜組件公稱孔徑為0.4 μm,是懸浮固體、膠體等的有效屏障;中空纖維膜絲較細,有較好的柔韌性,能保持較長的壽命,即使有膜絲破損的現象發生,由于膜絲內徑僅為 270 μm,可被污泥迅速阻住,對處理水質完全沒有影響。

 

  鼓風機曝氣,在提供微生物生長所必須的溶解氧之外,還使上升的氣泡及其產生的紊動水流清 洗膜絲表面,阻止污泥聚集,保持膜通量穩定,設計氣水比為20∶1。 MBR中產生的剩余污泥由氣提泵定量提升至污泥濃縮池,污泥在其中濃縮,并使污泥減容,上清液回流至調節池。因來水營養物質缺乏,為保證活性污泥反應正常 進行,調節來水的營養平衡,在MBR的進水管道中注入營養劑(由磷酸氫二銨和尿素配制),MBR出水由自吸泵抽送至回用水池。

  MBR由原水池改建而成,主要設計參數:

  有效水深為2.7 m; 
  有效容積為34.7 m3; 
  HRT為14 h。

    1.3.4 回用水池

  在回用水池的進水管道中注入消毒劑,并使回用水池出水中保持一定量的余氯,避免二次污染。

     2 中水回用系統的自控設計

  酒店污水回用系統的控制全部集成在電控柜中。各設備的運行由電控柜中的PLC 控制, PLC由電源、框架、處理器和I/O模板4部分組成,可以和現場的傳感器、變送器、自動化儀表相連,進行數據通訊、數據處理和數據管理。如調節池和MBR 的水位情況通過浮球液位計傳送到PLC,通過PLC 控制移送泵和自吸泵的動作。當調節池超過一定水位,并且MBR水位在中水位以下時,移送泵開始工作,將污水送至MBR,直到MBR水位達到高水位。當 MBR水位在低水位以上時,自吸泵開始間歇工作,抽出的膜處理水送入回用水池,如果 MBR的水位降至中水位以下,污水會由移送泵自動補充至高水位,此動作反復進行,直至調節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 時,自吸泵停止工作。

  投加消毒劑和營養劑的計量泵分別與移送泵和自吸泵同步,藥劑自動投加。另外,泵與風機均有熱過載和空開過載保護,所有潛水泵均有漏電保護。風機、移送泵、自吸泵均為1用1備,24 h自動切換。

  改變設備狀態的界面為電控柜上的觸摸屏。觸摸屏上包括系統中設備的列表,點擊后可以看到 相應設備的當前工作狀態,并可以對設備現有狀態進行改變;還可以看到當前所有設備的累計工作時間、各水池的水位、系統運行期間出現的報警等等;當有報警發 生時,觸摸屏上有相應的報警畫面出現,同時有解決報警的提示出現。

     3 MBR中膜污染控制措施

  膜污染是影響系統運行的關鍵問題,適當的操作方法可以有效地控制膜污染,提高膜的使用性能及壽命。

  本工程采用了低壓、恒流、間歇抽吸出水和空曝氣等方法來延緩膜過濾阻力的增加。

  膜面凝膠層會在高的操作壓力下變得更加密實,導致過濾阻力的增加。因此,本工程采用較低的操作壓力,并且調節自吸泵出口的閥門,控制流量計的數值,保持恒定的出水流量,使系統在穩定的狀態下工作。

  為延緩膜污染速度,延長超濾膜使用周期而采取的措施還包括出水方式。在電控柜中設定自吸 泵雙計時器為9 min"運行",3 min"停止",自吸泵的運轉效率為75%,每日運行時間為18 h,從而保證MBR中一定的空曝氣時間。自吸泵的間歇操作可通過定期地停止膜過濾,使混合液流向膜面的流速為零,而由于空曝氣產生的剪切作用,使膜面沉積 的污物脫落,膜過濾性能有所恢復。同時,在停抽過程中,由濃差極化引起的膜面有機物積累也會由擴散作用返回混合液主體。

  眾多措施的采取,使本工程中膜污染現象得到有效的控制,在污水回用系統啟動迄今3個月時間內,MBR操作壓力僅由2 kPa上升至6 kPa。

    4 中水回用處理工藝的出水水質

  中水回用系統于2001年10月正式運轉,在3個月的時間內MBR出水水質見表2(檢驗方法按照《生活雜用水標準檢驗法》(CJ25.2-89)進行檢測)。

  表2 出 水 水 質

參數

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可見,系統穩定后,MBR出水中COD<10 mg/L,BOD<1 mg/L,并且沒有懸浮物檢出,其水質完全達到《生活雜用水水質標準》(CJ25.1-89)及日本建設省都市局、住宅局、衛生部環衛局提出的生活雜用水 水質標準[3],不僅可回用于水洗廁所用水、空調冷卻水,還可回用于汽車等沖洗用水、灑水、掃地用水以及水池噴水。

     5 中水回用處理工藝運行成本分析

  本工程污泥提升泵為氣提式,不消耗電能,也無污泥回流系統,能耗主要來自移送泵、自吸泵 和鼓風機(兩套加藥系統計量泵裝機容量很小,在此忽略)。鼓風機裝機容量為1.5 kW,每天24 h運轉,移送泵和自吸泵的裝機容量分別為0.4 kW 和0.75 kW,每天運行時間按18 h計,則該中水回用系統單位能耗為0.945 kW·h/m3。由于膜組件公稱孔徑 為0.4 μm,雖然最小的細菌尺寸在0.3 μm左右,但在MBR中細菌通常以菌膠團形式存在,無法透過膜孔,因此MBR出水細菌含量少,可減少消毒劑用量;另外本工程無須看管,省去了人工費。運行 成本的具體分析見表3,合計運行成本為1.665元/ m3。

  表3 運行成本分析

項目

定額

單價

運行費用(元/m3)

電費

0.95 kW·h/m3

0.6元/(kW·h)

0.57

折舊費

1.052

消毒劑

3 g/m3

12元/kg

0.036

營養劑

3.5 g/m3

2元/kg

0.007

運行成本

1.665

 注:*凈殘值取4%[4], 折舊年限取10 a。

  目前大連市旅游業、商業等場所的自來水費為5元/m3,顯然賓館、寫字樓等處采用MBR工藝使污水回用是經濟可行的。

     6 結論

   (1)大連某飯店中水回用工程采用MBR工藝。自2001年10月投產以來運行性能良好,出水水質COD平均6.16 mg/L,BOD平均0.57 mg/L,SS=0 mg/L,其水質完全達到《生活雜用水水質標準》(CJ25.1-89)。設計規模為60 m3/d的MBR污水回用系統運行成本為1.665元/ m3,應用于賓館、寫字樓等處是經濟可行的。

  (2)MBR除污染效率高,出水水質穩定,操作簡單,易于管理。


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