中水回用工程的MBR系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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簡(jiǎn)介： 大連香格里拉大飯店中水回用工程設(shè)計(jì)規(guī)模為60 m3/d，采用MBR工藝。自2001年10月投產(chǎn)以來(lái)運(yùn)行性能良好，出水水質(zhì)COD為3.92～7.84 mg/L（平均6.16 mg/L），BOD為0.45～0.67 mg/L(平均0.57 mg/L)，SS=0 mg/L，其水質(zhì)完全達(dá)到《生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(CJ25.1-89)。實(shí)踐證明，MBR是一種簡(jiǎn)易、高效的污水處理技術(shù)。
關(guān)鍵字：MBR 中水回用 膜污染

膜生物反應(yīng)器（MBR）是將膜技術(shù)應(yīng)用于污水處理的一項(xiàng)新興技術(shù)。MBR 可在緊湊的空間內(nèi)同時(shí)實(shí)現(xiàn)微生物對(duì)污染物質(zhì)的降解和超濾膜對(duì)污染物質(zhì)的分離，而降解與分離之間又存在著協(xié)同作用，是一種高效、實(shí)用的污水處理技術(shù)。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(shí)現(xiàn)污水的資源化［1］。以MBR為核心進(jìn)行的研究廣而深入，但在國(guó)內(nèi)將其應(yīng)用于工程實(shí)際卻還是少數(shù)，這關(guān)鍵是由于膜的價(jià)格較高，造成工程投資的加大。不過(guò)隨著膜技術(shù)的成熟、膜組件的大規(guī)模生產(chǎn)，膜的價(jià)格在逐年降低。如美國(guó)Aquasource 公司1999年超濾膜價(jià)格幾乎是1989年的 1/2［2］。?

　1　中水回用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　1.1　工程概述

　　大連香格里拉大飯店原有的中水處理設(shè)施采用三級(jí)處理方法，處理效率低、占地面積大，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)完全的自動(dòng)化，而且其處理能力遠(yuǎn)大于酒店最大回用水量，又無(wú)法靈活地調(diào)節(jié)，造成了人力、物力的浪費(fèi)，增加了成本。現(xiàn)采用MBR工藝對(duì)原有系統(tǒng)進(jìn)行改造。

　1.2　水量及水質(zhì)

　　因處理后中水主要回用于沖廁、綠化、洗車(chē)等方面，最大回用水量為60 m³/d，確定設(shè)計(jì)處理水量為60 m³/d。來(lái)水為優(yōu)質(zhì)雜排水，其水質(zhì)見(jiàn)表1。

　　表1　進(jìn)　水　水　質(zhì) 參　數(shù)COD(mg/L)BOD(mg/L)SS(mg/L)濃　度≤100 ≤50 ≤150

1.3　工藝流程(見(jiàn)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(tǒng)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(tǒng)僅占地48 m²，是原占地面積的17%，為酒店節(jié)省了寶貴的空間。而且現(xiàn)有的中水回用系統(tǒng)將生物降解、沉淀、過(guò)濾集中為一體，減少了設(shè)備需求，可使運(yùn)行成本降低，故障點(diǎn)減少。

　　酒店回用水量會(huì)由于季節(jié)及客流量的變化有很大不同，而MBR系統(tǒng)可通過(guò)自吸泵間歇出水時(shí)間的調(diào)整以及鼓風(fēng)機(jī)間歇曝氣來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)并節(jié)省運(yùn)行成本，具有高度的靈活性。

　1.3.1　細(xì)格柵

　　細(xì)格柵用以除去污水中較大顆粒的雜質(zhì)，防止泵的阻塞和損傷，減輕負(fù)荷。酒店來(lái)水具有一定的作用水頭，重力自流到細(xì)格柵，格柵出水重力自流入調(diào)節(jié)池。因來(lái)水為優(yōu)質(zhì)雜排水，水質(zhì)較好，格柵采用無(wú)動(dòng)力式，截流下來(lái)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(diào)節(jié)池。

　1.3.2　調(diào)節(jié)池

　　調(diào)節(jié)池由原有水池改建而成，用以調(diào)節(jié)水量、均化水質(zhì)，使后續(xù)處理工藝在相對(duì)穩(wěn)定的條件下工作，同時(shí)調(diào)節(jié)池中風(fēng)機(jī)曝氣除臭降溫，還可防止懸浮物沉積。調(diào)節(jié)池出水由移送泵提升至MBR。

　　調(diào)節(jié)池主要設(shè)計(jì)參數(shù)：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(méi)膜組件，通過(guò)自吸泵的抽吸，利用膜絲內(nèi)腔的抽吸負(fù)壓來(lái)運(yùn)行。膜組件由日本三菱公司生產(chǎn)，材質(zhì)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(xì)，有較好的柔韌性，能保持較長(zhǎng)的壽命，即使有膜絲破損的現(xiàn)象發(fā)生，由于膜絲內(nèi)徑僅為 270 μm，可被污泥迅速阻住，對(duì)處理水質(zhì)完全沒(méi)有影響。

　　鼓風(fēng)機(jī)曝氣，在提供微生物生長(zhǎng)所必須的溶解氧之外，還使上升的氣泡及其產(chǎn)生的紊動(dòng)水流清洗膜絲表面，阻止污泥聚集，保持膜通量穩(wěn)定，設(shè)計(jì)氣水比為20∶1。 MBR中產(chǎn)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(diào)節(jié)池。因來(lái)水營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)缺乏，為保證活性污泥反應(yīng)正常進(jìn)行，調(diào)節(jié)來(lái)水的營(yíng)養(yǎng)平衡，在MBR的進(jìn)水管道中注入營(yíng)養(yǎng)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(shè)計(jì)參數(shù)：

　　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(jìn)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(tǒng)的自控設(shè)計(jì)

　　酒店污水回用系統(tǒng)的控制全部集成在電控柜中。各設(shè)備的運(yùn)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(xiàn)場(chǎng)的傳感器、變送器、自動(dòng)化儀表相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)管理。如調(diào)節(jié)池和MBR的水位情況通過(guò)浮球液位計(jì)傳送到PLC，通過(guò)PLC 控制移送泵和自吸泵的動(dòng)作。當(dāng)調(diào)節(jié)池超過(guò)一定水位，并且MBR水位在中水位以下時(shí)，移送泵開(kāi)始工作，將污水送至MBR，直到MBR水位達(dá)到高水位。當(dāng)MBR水位在低水位以上時(shí)，自吸泵開(kāi)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(huì)由移送泵自動(dòng)補(bǔ)充至高水位，此動(dòng)作反復(fù)進(jìn)行，直至調(diào)節(jié)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(shí)，自吸泵停止工作。

　　投加消毒劑和營(yíng)養(yǎng)劑的計(jì)量泵分別與移送泵和自吸泵同步，藥劑自動(dòng)投加。另外，泵與風(fēng)機(jī)均有熱過(guò)載和空開(kāi)過(guò)載保護(hù)，所有潛水泵均有漏電保護(hù)。風(fēng)機(jī)、移送泵、自吸泵均為1用1備，24 h自動(dòng)切換。

　　改變?cè)O(shè)備狀態(tài)的界面為電控柜上的觸摸屏。觸摸屏上包括系統(tǒng)中設(shè)備的列表，點(diǎn)擊后可以看到相應(yīng)設(shè)備的當(dāng)前工作狀態(tài)，并可以對(duì)設(shè)備現(xiàn)有狀態(tài)進(jìn)行改變；還可以看到當(dāng)前所有設(shè)備的累計(jì)工作時(shí)間、各水池的水位、系統(tǒng)運(yùn)行期間出現(xiàn)的報(bào)警等等；當(dāng)有報(bào)警發(fā)生時(shí)，觸摸屏上有相應(yīng)的報(bào)警畫(huà)面出現(xiàn)，同時(shí)有解決報(bào)警的提示出現(xiàn)。

　3　MBR中膜污染控制措施

　　膜污染是影響系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵問(wèn)題，適當(dāng)?shù)牟僮鞣椒梢杂行У乜刂颇の廴?，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(lái)延緩膜過(guò)濾阻力的增加。

　　膜面凝膠層會(huì)在高的操作壓力下變得更加密實(shí)，導(dǎo)致過(guò)濾阻力的增加。因此，本工程采用較低的操作壓力，并且調(diào)節(jié)自吸泵出口的閥門(mén)，控制流量計(jì)的數(shù)值，保持恒定的出水流量，使系統(tǒng)在穩(wěn)定的狀態(tài)下工作。

　　為延緩膜污染速度，延長(zhǎng)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(shè)定自吸泵雙計(jì)時(shí)器為9 min運(yùn)行，3 min停止，自吸泵的運(yùn)轉(zhuǎn)效率為75%，每日運(yùn)行時(shí)間為18 h，從而保證MBR中一定的空曝氣時(shí)間。自吸泵的間歇操作可通過(guò)定期地停止膜過(guò)濾，使混合液流向膜面的流速為零，而由于空曝氣產(chǎn)生的剪切作用，使膜面沉積的污物脫落，膜過(guò)濾性能有所恢復(fù)。同時(shí)，在停抽過(guò)程中，由濃差極化引起的膜面有機(jī)物積累也會(huì)由擴(kuò)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(xiàn)象得到有效的控制，在污水回用系統(tǒng)啟動(dòng)迄今3個(gè)月時(shí)間內(nèi)，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(zhì)

　　中水回用系統(tǒng)于2001年10月正式運(yùn)轉(zhuǎn)，在3個(gè)月的時(shí)間內(nèi)MBR出水水質(zhì)見(jiàn)表2(檢驗(yàn)方法按照《生活雜用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)法》（CJ25.2-89）進(jìn)行檢測(cè))。

　　表2　出　水　水　質(zhì) <>　 參數(shù)COD(mg/L)BOD(mg/L)SS(mg/L)最大值7.84 0.670最小值3.92 0.450平均值6.16 0.570

　　由表2可見(jiàn)，系統(tǒng)穩(wěn)定后，MBR出水中COD＜10 mg/L，BOD＜1 mg/L，并且沒(méi)有懸浮物檢出，其水質(zhì)完全達(dá)到《生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（CJ25.1-89）及日本建設(shè)省都市局、住宅局、衛(wèi)生部環(huán)衛(wèi)局提出的生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)［3］，不僅可回用于水洗廁所用水、空調(diào)冷卻水，還可回用于汽車(chē)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(yùn)行成本分析

　　本工程污泥提升泵為氣提式，不消耗電能，也無(wú)污泥回流系統(tǒng)，能耗主要來(lái)自移送泵、自吸泵和鼓風(fēng)機(jī)（兩套加藥系統(tǒng)計(jì)量泵裝機(jī)容量很小，在此忽略）。鼓風(fēng)機(jī)裝機(jī)容量為1.5 kW，每天24 h運(yùn)轉(zhuǎn)，移送泵和自吸泵的裝機(jī)容量分別為0.4 kW 和0.75 kW，每天運(yùn)行時(shí)間按18 h計(jì)，則該中水回用系統(tǒng)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(xì)菌尺寸在0.3 μm左右，但在MBR中細(xì)菌通常以菌膠團(tuán)形式存在，無(wú)法透過(guò)膜孔，因此MBR出水細(xì)菌含量少，可減少消毒劑用量；另外本工程無(wú)須看管，省去了人工費(fèi)。運(yùn)行成本的具體分析見(jiàn)表3，合計(jì)運(yùn)行成本為1.665元/ m³。

　　表3　運(yùn)行成本分析 <>　 項(xiàng)目 定額 單價(jià) 運(yùn)行費(fèi)用(元/m³)電費(fèi) 0.95 kW·h/m³0.6元/(kW·h) 0.57折舊費(fèi)??1.052消毒劑3 g/m³12元/kg 0.036營(yíng)養(yǎng)劑3.5 g/m³ 2元/kg 0.007運(yùn)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(yè)、商業(yè)等場(chǎng)所的自來(lái)水費(fèi)為5元/m³，顯然賓館、寫(xiě)字樓等處采用MBR工藝使污水回用是經(jīng)濟(jì)可行的。

　6　結(jié)論

　　(1)大連香格里拉大飯店中水回用工程采用MBR工藝。自2001年10月投產(chǎn)以來(lái)運(yùn)行性能良好，出水水質(zhì)COD平均6.16 mg/L，BOD平均0.57 mg/L，SS=0 mg/L，其水質(zhì)完全達(dá)到《生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（CJ25.1-89）。設(shè)計(jì)規(guī)模為60 m³/d的MBR污水回用系統(tǒng)運(yùn)行成本為1.665元/ m³，應(yīng)用于賓館、寫(xiě)字樓等處是經(jīng)濟(jì)可行的。

　　(2)MBR除污染效率高，出水水質(zhì)穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)單，易于管理。