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1、中水回用工程的MBR系统设计（张捍民,张兴文,刘毅） 刘毅卓摘要：大连香格里拉大饭店中水回用工程设计规模为60 m3/d，采纳MBR工艺。自2001年10月投产以来运行性能良好，出水水质COD为3.927.84 mg/L（平均6.16 mg/L），BOD为0.450.67 mg/L(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)。实践证明，MBR是一种简易、高效的污水处理技术。关键词：MBR 中水回用 膜污染膜生物反应器（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
2、的分别，而降解与分别之间又存在着协同作用，是一种高效、好用的污水处理技术。其出水中不含悬浮物，只需投加少量消毒剂避开管道的二次污染，就可以回用，实现污水的资源化1。以MBR为核心进行的探讨广而深化，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11019年超滤膜价格几乎是11019年的 1/22。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纳三级处理方法，处理效率低、占地面积大，没有实现完全的自动化，而且其处理实力远大于酒店最大回用水量
3、，又无法敏捷地调整，造成了人力、物力的奢侈，增加了成本。现采纳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。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%，为酒店节约了珍贵的空间。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，削减了设备需求，可使运行成本降低，故障点削减。酒店回用水量会由于
4、季节及客流量的改变有很大不同，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整并节约运行成本，具有高度的敏捷性。1.3.1细格栅细格栅用以除去污水中较大颗粒的杂质，防止泵的堵塞和损伤，减轻负荷。酒店来水具有肯定的作用水头，重力自流到细格栅，格栅出水重力自流入调整池。因来水为优质杂排水，水质较好，格栅采纳无动力式，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整池。1.3.2调整池调整池由原有水池改建而成，用以调整水量、均化水质，使后续处理工艺在相对稳定的条件下工作，同时调整池中风机曝气除臭降温，还可防止悬浮物沉积。调整池
5、出水由移送泵提升至MBR。调整池主要设计参数：有效水深为2.5 m；有效容积为48.7 m3；HRT为19.5 h。1.3.3MBR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 m，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 m，可被污泥快速阻住，对处理水质完全没有影响。鼓风机曝气，在供应微生物生长所必需的溶解氧之外，还使上升的气泡及其产生的紊动水流清洗膜丝表面，阻挡污泥聚集，保持膜通量稳定，设计
6、气水比为201。 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，上清液回流至调整池。因来水养分物质缺乏，为保证活性污泥反应正常进行，调整来水的养分平衡，在MBR的进水管道中注入养分剂（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肯定量的余氯，避开二次污染。2中水回用系统的自控设计酒店污水回用系统的限制全部集成在电控柜中。各设备的运行由电控柜中的PLC 限制， PLC由
7、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。如调整池和MBR的水位状况通过浮球液位计传送到PLC，通过PLC 限制移送泵和自吸泵的动作。当调整池超过肯定水位，并且MBR水位在中水位以下时，移送泵起先工作，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，自吸泵起先间歇工作，抽出的膜处理水送入回用水池，假如 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，直至调整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。投加消毒剂和养分剂的计量泵分别与
8、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爱护，全部潜水泵均有漏电爱护。风机、移送泵、自吸泵均为1用1备，24 h自动切换。变更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变更；还可以看到当前全部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。3MBR中膜污染限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限制膜污染，提高膜的运用性能及寿命。本工程采纳了低压、恒流、间歇抽吸出水和空曝气等
9、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，本工程采纳较低的操作压力，并且调整自吸泵出口的阀门，限制流量计的数值，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，延长超滤膜运用周期而实行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中肯定的空曝气时间。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，膜过滤性能有所复原。同时，在停抽过程中，由浓差极化引起的膜面
10、有机物积累也会由扩散作用返回混合液主体。众多措施的实行，使本工程中膜污染现象得到有效的限制，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(检验方法根据生活杂用水标准检验法（CJ25.2-89）进行检测)。由表2可见，系统稳定后，MBR出水中COD10 mg/L，BOD1 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
11、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，在此忽视）。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 kWh/m3。由于膜组件公称孔径为0.4 m，虽然最小的细菌尺寸在0.3 m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，可削减消毒剂用量；另外本工程无须看管，省去
12、了人工费。运行成本的详细分析见表3，合计运行成本为1.665元/ m3。目前大连市旅游业、商业等场所的自来水费为5元/m3，明显宾馆、写字楼等处采纳MBR工艺使污水回用是经济可行的。6结论(1)大连香格里拉大饭店中水回用工程采纳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，操作简洁，易于管理。 第10页 共10页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页