蘇錦明¹，周晴¹，傅金祥²，張家瑞³
(1．沈陽(yáng)建筑工程學(xué)院 市政與環(huán)境工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110168；2．沈陽(yáng)建筑工程學(xué)院 市政工程研究所，遼寧 沈陽(yáng) 110168；3．沈陽(yáng)建筑工程學(xué)院 信息與控制工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng)，110168)

　　摘要：針對(duì)膜生物反應(yīng)器的膜污染及SBR反應(yīng)器的潷水器局限性問(wèn)題，開(kāi)發(fā)了新型一體化M-CASS設(shè)備(一體化膜-序批式活性污泥設(shè)備)。利用總污泥量綜合設(shè)計(jì)法控制活性污泥的沉降性能，設(shè)計(jì)水平懸浮濾膜系統(tǒng)作為排水系統(tǒng)。試驗(yàn)進(jìn)水ρ(COD)為378．5mg／L，ρ(NH3-N)為33．28mg/L時(shí)，出水ρ(COD)為29．31 mg／L，ρ(NH3-N)為4．25mg／L，濁度為0NTU，大大提高了系統(tǒng)的出水水質(zhì)，使膜污染降低到最低程度。
　　關(guān)鍵詞：污水處理； 中水回用；膜生物反應(yīng)器；一體化M-CASS設(shè)備
　　中圖分類號(hào)：X703．3　　 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B　　 文章編號(hào)：1009-2455(2004)03-0072-04

　　普通膜生物反應(yīng)器(MBR)是膜分離與生物處理技術(shù)組合而成的廢水生物處理新工藝，具有對(duì)有機(jī)污染物去除效率高、流程簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊、易操作等特點(diǎn)，在污水深度處理方面有著極其廣闊的前景^[1]。但是，膜污染問(wèn)題嚴(yán)重阻礙著膜生物反應(yīng)器的應(yīng)用與推廣^[2]。
　　循環(huán)式活性污泥法(CASS)是SBR工藝的一種新形式。通常CASS反應(yīng)池分三個(gè)反應(yīng)區(qū)：生物選擇器、缺氧區(qū)和好氧區(qū)，容積比一般為1：5：30。排水系統(tǒng)是CASS處理工藝設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，也是其設(shè)計(jì)中最具特色和關(guān)系到系統(tǒng)運(yùn)行成敗的關(guān)鍵部分。而實(shí)際工程中的潷水器往往很難達(dá)到設(shè)計(jì)要求，出水的懸浮物較多，濁度較高，出水水質(zhì)很難保證。普通CASS設(shè)備出水還不足以達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)。
　　新型一體化M-CASS設(shè)備針對(duì)普通MBR和CASS設(shè)備存在的缺點(diǎn)，利用總污泥量綜合設(shè)計(jì)法，保證了活性污泥的良好沉降性能和沉降污泥的壓密實(shí)性，由水平懸浮濾膜系統(tǒng)作為新型一體化M-CASS設(shè)備的排水系統(tǒng)，保證了設(shè)備出水能夠符合建設(shè)部頒布的《生活雜用水回用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB50335-2002)和《污水再生利用工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50336-2002)，而且獨(dú)特的排水方式使得該設(shè)備的運(yùn)行周期長(zhǎng)，膜污染的程度大大減少，維持較高的膜通量。

1 設(shè)備主要組成部分及其功能

　　新型一體化M-CASS設(shè)備主要由三大部分組成：CASS生化反應(yīng)池、水平懸浮濾膜系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)。水平懸浮濾膜組件和自動(dòng)控制系統(tǒng)是本實(shí)用新型設(shè)備的關(guān)鍵部分。
　　圖1為新型一體化M-CASS設(shè)備的平剖面圖。

1．1 CASS生化反應(yīng)池的設(shè)計(jì)
　　CASS生化反應(yīng)池的體積隨日處理量的不同而不同，具體的設(shè)計(jì)如下所述，其他主要設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

表1　 主要設(shè)計(jì)參數(shù)

　　由于本設(shè)備基于良好的污泥沉降性能而設(shè)計(jì)的，采用總污泥量綜合設(shè)計(jì)法^[3]。以一定的活性污泥量為前提，并滿足適合的污泥體積指數(shù)(I_sv)條件，保證在沉降階段歷時(shí)和排水階段歷時(shí)內(nèi)的沉降距離和沉淀面積，據(jù)此推算出最低水深下的最小污泥沉降所需的體積，然后根據(jù)最大周期進(jìn)水量求算貯水容積，兩者之和即為所求CASS池容積，并由此驗(yàn)算曝氣時(shí)間內(nèi)的活性污泥濃度及最低水深下的污泥濃度，以判別計(jì)算結(jié)果的合理性。其計(jì)算式為：
　　T_s=naQ₀(C₀-C_r)t_T·S (1)
　　V_min=AH_min≥T_s·I_sv·10^-3 (2)
　　H_min=H_max-△H (3)
　　V=V_min+△V (4)
　　式中：T_S ——單個(gè)CASS池內(nèi)干污泥總量，kg；
　　　　　n——CASS 1d內(nèi)的反應(yīng)周期，個(gè)；
　　　　　a——產(chǎn)泥系數(shù)，即單位BOD5所產(chǎn)生的剩余污泥量，kg[MLSS]/kg[BOD₅]；
　　　　　Q₀——進(jìn)水水量，m³；　
　　　　　t_T·S—— 總污泥齡，d；
　　　　　A——CASS池幾何平面積，m²；
　　　　　H_max，H_min——曝氣時(shí)最高水位和沉淀終了時(shí)最低水位，m；　
　　　　　V——生物反應(yīng)器容積，m³；
　　　　　I_sv——污泥體積指數(shù)，mL／g；
　　　　　V_min——最低水位時(shí)的混合液容積，m³；
　　　　　△V——最高水位與最低水位的容積之差，m³；
　　　　　△H——最高水位與最低水位之差，m³；
　　　　　C₀——進(jìn)水：BOD₅質(zhì)量濃度，mg/L；
　　　　　C_r——出水BOD₅質(zhì)量濃度與出水懸浮物中溶解性BOD₅質(zhì)量濃度之差，其值為：
　　　　　C_r=C_e-Z·C_se·1.42(1-e^klt) (5)
　　式中：C_se——出水中懸浮物的質(zhì)量濃度，kg／m³；
　　　　　k₁——耗氧速率，d^-1；　
　　　　　t——BOD試驗(yàn)時(shí)間，d；
　　　　　Z——活性污泥中異養(yǎng)菌所占比例，其值為：
　　　 　
　　　　　B=0.555+4.167(1+ρ(TS₀)/ρ(BOD₅))Ns·1.072^(15-θ) (7)
　　　　　N_s=1／(a·t_T·S) (8)
　　式中：N_s——BOD污泥負(fù)荷率，kg[BOD₅]／(kg[MLSS]，d)；　
　　　　　a——產(chǎn)泥系數(shù)；即單位BOD5所產(chǎn)生的剩余污泥量，kg[MLSS]/kg[BOD5]；其值為：
　　　　　
　　式中：ρ(TS₀)——進(jìn)水懸浮固體的質(zhì)量濃度，kg／m³；　
　　　　　ρ(BOD₅)——進(jìn)水BOD5的質(zhì)量濃度，kg／m³；
　　　　　θ——污水水溫，℃。
1．2水平懸浮濾膜系統(tǒng)
　　水平懸浮濾膜系統(tǒng)位于設(shè)備的末端。水平懸浮濾膜系統(tǒng)是該設(shè)備的關(guān)鍵部分，包括水平懸浮濾膜組件、膜組件懸浮球、膜組件集水管路框架、框架滑軌和塑料耐壓軟管及其他組成部分。詳見(jiàn)圖1。

　　水平懸浮濾膜組件為偏氟聚乙烯(PVDF)中空纖維膜組件。膜組件公稱孔徑為0.2 μm。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270μm，可被污泥迅速堵住，對(duì)處理水質(zhì)完全沒(méi)有影響，膜組件懸浮球一般由PVC塑料制成，呈半球狀，懸浮球內(nèi)充滿空氣，產(chǎn)生一定的浮力，均勻分布在膜組件塑料框架上，使水平懸浮濾膜組件始終保持在保護(hù)高度(距水面0．3～0．5m)的液面以下。膜組件集水管路框架由U-PVC塑料管連接而成，它把多層水平放置的膜組件固定為一體，膜濾出水通過(guò)此管路由泵吸出?？蚣芑売蓛蓷l相對(duì)的、嵌入池體的“L”型不銹鋼鋼條制成，內(nèi)形成倒“T”字槽，連接在膜組件集水管路框架上的“T”字型不銹鋼體在其中滑動(dòng)，其連接圖如圖2所示。塑料耐壓軟管是連接在集水管路框架上的輸水管，可隨著集水管路框架的升降而自由伸縮。

2 自動(dòng)控制系統(tǒng)

　　新型一體化M-CASS設(shè)備的自動(dòng)控制系統(tǒng)由監(jiān)控管理計(jì)算機(jī)(上位機(jī))、可編程控制器(PLC)、電氣控制柜、現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)儀表組成。
　　自動(dòng)控制系統(tǒng)包括單片機(jī)控制部分(由8031(10)為框架滑軌圖2 集水管路框架與滑軌連接芯片，2732芯片，74L373芯片，晶振電路組成)、輸入通道(由超聲波液位探測(cè)器，自制液位探測(cè)器組成)、輸出通道(由光電耦合器，繼電器組成)及控制面板。超聲波液位探測(cè)器實(shí)時(shí)監(jiān)控上清液高度、沉淀污泥層高度和混合液的高度。自制液位探測(cè)器實(shí)時(shí)監(jiān)控膜組件在混合液中的位置，當(dāng)膜組件露出水面后，自制液位探測(cè)器斷開(kāi)并發(fā)出警報(bào)，采取人工干預(yù)，調(diào)節(jié)膜組件在液面保護(hù)高度以下。圖3為自動(dòng)控制流程圖。

3 出水水質(zhì)

　　試驗(yàn)平均進(jìn)水的ρ(COD)為378.5 mg／L，ρ(NH3-N)為33.28 mg／L，平均出水的ρ(COD)為29.31 mg／L，ρ(NH₃-N)為4.25 mg／L，從圖4可以看出該設(shè)備表現(xiàn)出良好的去除率。由圖5可以看出，膜污染程度很小，膜阻力上升速率緩慢，保持較高的膜通量。而該設(shè)備在保持一定的膜通量時(shí)的極限膜傳遞壓差(TMP)為4.0× 10^-2MPa。

4 結(jié)束語(yǔ)

　　新型M-CASS一體化設(shè)備的尺寸、水平懸浮濾膜組件的面積、提升泵及曝氣系統(tǒng)隨著日處理量的不同而不同。主體反應(yīng)池采用污泥總量法設(shè)計(jì)，保證污泥的沉降性能。水平懸浮濾膜組件的獨(dú)特結(jié)構(gòu)保證了出水的回用要求，既經(jīng)濟(jì)又適用。新型M-CASS一體化設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是：
　?、僭囼?yàn)研究證明：新型M-CASS一體化設(shè)備出水水質(zhì)好，出水ρ(COD)小于30mg／L，出水濁度可到0 NTU，達(dá)到建設(shè)部頒布的《生活雜用水回用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB50335-2002)^[4]。
　?、贑ASS生物反應(yīng)器內(nèi)能維持高濃度的微生物量^[5]，使處理裝置容積負(fù)荷提高，占地面積大幅度減小。
　?、勰の廴境潭冉档?，在較長(zhǎng)的運(yùn)行周期表現(xiàn)出較高的膜通量。
　?、茉撛O(shè)備適用于以優(yōu)質(zhì)雜排水為原水的中水回用系統(tǒng)，可廣泛應(yīng)用于住宅小區(qū)，別墅，高級(jí)賓館等的中水系統(tǒng)。
　?、菀子趯?shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，操作管理方便。

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作者簡(jiǎn)介：蘇錦明(1978-)，男，福建南安人，在讀研究生，電 話(024)24690709，3319592@sina．com。