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。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。

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。現(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60m³/d,確定設(shè)計處理水量為60m³/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)

1.3　工藝流程(見圖1)

        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0.4μm，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270μm，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(dá)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?br />
        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)

       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(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)，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0.4μm，雖然最小的細(xì)菌尺寸在0.3μm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

        注:*凈殘值取4%,折舊年限取10a。

        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0.57mg/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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