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水回用工程的MBR系統(tǒng)設(shè)計
簡介: 大連香格里拉大飯店中水回用工程設(shè)計規(guī)模為60 m3/d,采用MBR工藝。自2001年10月投產(chǎn)以來運行性能良好,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)完全達到《生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(CJ25.1-89)。實踐證明,MBR是一種簡易、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新興技術(shù)。MBR 可在緊湊的空間內(nèi)同時實現(xiàn)微生物對污染物質(zhì)的降解和超濾膜對污染物質(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,實現(xiàn)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(nèi)將其應(yīng)用于工程實際卻還是少數(shù),這關(guān)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(shù)的成熟、膜組件的大規(guī)模生產(chǎn),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(tǒng)的設(shè)計
1.1 工程概述
大連香格里拉大飯店原有的中水處理設(shè)施采用三級處理方法,處理效率低、占地面積大,沒有實現(xiàn)完全的自動化,而且其處理能力遠(yuǎn)大于酒店最大回用水量,又無法靈活地調(diào)節(jié),造成了人力、物力的浪費,增加了成本?,F(xiàn)采用MBR工藝對原有系統(tǒng)進行改造。
1.2 水量及水質(zhì)
因處理后中水主要回用于沖廁、綠化、洗車等方面,最大回用水量為60 m3/d,確定設(shè)計處理水量為60 m3/d。來水為優(yōu)質(zhì)雜排水,其水質(zhì)見表1。
表1 進 水 水 質(zhì)
參 數(shù)COD(mg/L)BOD(mg/L)SS(mg/L)濃 度≤100 ≤50 ≤1501.3 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(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、過濾集中為一體,減少了設(shè)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(jié)及客流量的變化有很大不同,而MBR系統(tǒng)可通過自吸泵間歇出水時間的調(diào)整以及鼓風(fēng)機間歇曝氣來進行調(diào)節(jié)并節(jié)省運行成本,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。因來水為優(yōu)質(zhì)雜排水,水質(zhì)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(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)處理工藝在相對穩(wěn)定的條件下工作,同時調(diào)節(jié)池中風(fēng)機曝氣除臭降溫,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,污水浸沒膜組件,通過自吸泵的抽吸,利用膜絲內(nèi)腔的抽吸負(fù)壓來運行。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,對處理水質(zhì)完全沒有影響。
鼓風(fēng)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(chǎn)生的紊動水流清洗膜絲表面,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。因來水營養(yǎng)物質(zhì)缺乏,為保證活性污泥反應(yīng)正常進行,調(diào)節(jié)來水的營養(yǎng)平衡,在MBR的進水管道中注入營養(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
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)場的傳感器、變送器、自動化儀表相連,進行數(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(dāng)調(diào)節(jié)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(dāng)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(fù)進行,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,自吸泵停止工作。
投加消毒劑和營養(yǎng)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(fēng)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(fēng)機、移送泵、自吸泵均為1用1備,24 h自動切換。
改變設(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),并可以對設(shè)備現(xiàn)有狀態(tài)進行改變;還可以看到當(dāng)前所有設(shè)備的累計工作時間、各水池的水位、系統(tǒng)運行期間出現(xiàn)的報警等等;當(dāng)有報警發(fā)生時,觸摸屏上有相應(yīng)的報警畫面出現(xiàn),同時有解決報警的提示出現(xiàn)。
3 MBR中膜污染控制措施
膜污染是影響系統(tǒng)運行的關(guān)鍵問題,適當(dāng)?shù)牟僮鞣椒梢杂行У乜刂颇の廴荆岣吣さ氖褂眯阅芗皦勖?
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(dǎo)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(diào)節(jié)自吸泵出口的閥門,控制流量計的數(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)定自吸泵雙計時器為9 min運行,3 min停止,自吸泵的運轉(zhuǎn)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(chǎn)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(fù)。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(xiàn)象得到有效的控制,在污水回用系統(tǒng)啟動迄今3個月時間內(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月正式運轉(zhuǎn),在3個月的時間內(nèi)MBR出水水質(zhì)見表2(檢驗方法按照《生活雜用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗法》(CJ25.2-89)進行檢測)。
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,系統(tǒng)穩(wěn)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(zhì)完全達到《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(tǒng),能耗主要來自移送泵、自吸泵和鼓風(fēng)機(兩套加藥系統(tǒng)計量泵裝機容量很小,在此忽略)。鼓風(fēng)機裝機容量為1.5 kW,每天24 h運轉(zhuǎn),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(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)菌通常以菌膠團形式存在,無法透過膜孔,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/m30.6元/(kW·h) 0.57折舊費??1.052消毒劑3 g/m312元/kg 0.036營養(yǎng)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(yè)、商業(yè)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(jīng)濟可行的。
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)以來運行性能良好,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)完全達到《生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(CJ25.1-89)。設(shè)計規(guī)模為60 m3/d的MBR污水回用系統(tǒng)運行成本為1.665元/ m3,應(yīng)用于賓館、寫字樓等處是經(jīng)濟可行的。
(2)MBR除污染效率高,出水水質(zhì)穩(wěn)定,操作簡單,易于管理。
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