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MBR設計工藝及主要附屬設備

MBR設計工藝及主要附屬設備

作者:北京歐博爾科技有????來源:OBL 文章關鍵詞:MBR,設計,工藝,及,主要,附屬,設備,3.1,設計,????發布時間:2020-04-23 10:45????瀏覽量:
3.1 設計宗旨及要領
 
        膜生物反應器處理系統由膜組件、生物反應池、供氣系統、控制系統,出水系統、在線清洗系統等組成。膜生物反應器不同于一般活性污泥法的特點是反應池中的污泥濃度高,可達60015000mg/L,因此其容積負荷較高,污泥負荷較低,污泥齡長。
 
3.1.1 膜生物反應器設計和傳統工藝的區別
 
       在傳統的污水生物處理技術(圖3-1)中,泥水分離是在沉淀池中靠重力作用完成的其分離效率依賴于活性污泥的沉降性能,沉降性能越好,泥水分離效率越高。
由于沉淀池固液分離的要求,曝氣池的污泥不能維持較高濃度,一般在3500mg/L,從而限制了生化反應速率。水力停留時間(HRT)與污泥齡(SRT)相互依賴,提高容積負荷與降低污泥負荷往往形成矛盾。系統在運行過程中還產生了大量的剩余污泥,其處置費用占污水處理廠運行費用的25%~40%31傳統活性污泥處理系統還容易出現污泥膨脹現象,出水中含有懸浮固體,出水水質惡化。
  

       MBR工藝(圖32)通過將分離工程中的膜分離技術與傳統廢水生物處理技術有機結合,不僅省去了二沉池的建設,而且大大提高了固液分離效率,并且由于曝氣池中活性污泥濃度的增大和污泥中特效菌(特別是優勢菌群)的出現,提高了生化反應速率。同時,通過降低F/M,減少剩余污泥產生量.

 
3.1.2 污水水量的計算

     常規生活污水的水量估算往往是依靠人口數量和用水量來確定,城市給水水量計算依據室外給水設計規范(GB 50013-2006)來確定,見表 3-1.
 
                                                表3-1  居民生活用水定額                                                               單位: L/(人*d)
                 注:1.特大城市指市區和近郊區非農業人口100萬及以上的城市;
                  大城市指市區和近郊區非農業人口50萬及以上、不滿100萬的城市;
                  中、小城市指市區和近郊區非農業人口不滿50萬的城市。
                  2. 一區包括湖北、湖南、江西、浙江、福建、廣東、廣西、海南、上海、江蘇、安徽、重慶;
                      二區包括四川、貴州、云南、黑龍江、吉林、遼寧、北京、天津、河北、山西、河南、山東、寧夏、陜西、內蒙古河套以東和甘肅黃河以東的地區;
                      三區包括新疆、青海、西藏、內蒙古河套以西和甘肅黃河以西的地區。

         表3-2中各區域的日變化系數應根據供水規模、用水量組成、生活水平、氣候條件,結合當地相似供水工程的年內供水變化情況綜合分析確定,可在1.3-1.6范圍內取值。
 
表3-2  最高日居民生活用水定額
主要用(供)水條件 一區 二區 三區 四區 五區
集中供水點取水,或水龍頭入戶且無洗滌池和其他衛生設施 30~40 30~45 30~50 40~55 40~70
水龍頭入戶,有洗滌池,其他衛生設施較少 40~60 45~65 50~70 50~75 60~100
全日供水,戶內有洗滌池和部分衛生設施 60~80 65~85 70~90 75~95 90~140
全日供水,室內有給水、排水設施且衛生設施較齊全 80~110 85~115 90~120 95~130 120~180
       
                    注:1. 表中所列用水量包括了居民散養畜禽用水量、散用汽車和拖拉機用水量、家庭小作坊生產用水量。
                            2. 一區包括新疆、西藏、青海、甘肅、寧夏、內蒙古西北部,陜西和山西兩省黃土溝壑區,四川西部。
                                 二區包括黑龍江、吉林、遼寧、內蒙古西北部意外的地區,河北北部。
                                 三區包括北京、天津、山東、河南,河北北部以外、陜西和山西兩省黃土溝壑區以外的地區,安徽、江蘇兩省的北部。
                                 四區包括重慶、貴州、云南,四川西部以外地區,廣西西北部,湖北、湖南兩省的西部山區。
                                 五區包括上海、浙江、福建、江西、廣東、海南、臺灣,安徽、江蘇兩省北部以外的地區,廣西西北部、湖北、湖南兩省西部山區以外的地區。
                             3. 取值時,應對各村鎮居民的用水現狀、用水條件、供水方式、經濟條件、用水習慣、發展潛力等情況進行調查分析,并綜合考慮以下情況:村莊一般比鎮區低;定時供水比全日供水低;發展潛力小取較低值;制水成本高取較低值;村內有其他清潔水源便于使用時取較低值。調查分析與本表有出入時,應根據當地實際情況適當增減。
                             4. 表中的衛生設施主要指洗滌池、洗衣機、淋浴器和水沖廁所等。

       居民生活污水定額和綜合生活污水定額應根據當地采用的用水定額,結合建筑內部給排水設施水平和排水系統普及程度等因素確定,可按當地相關用水定額的80%-90%采用。

3.1.3污水流量的確定
 
      污水管道系統的設計流量采用最大日最大時流量,污水設計流量分為生活污水設計流量和工業廢水設計流量。
 
3.1.3.1生活污水設計流量
 
    (1)居住區生活污水設計流量
                       (3-1)
     式中,Q1為居住區生活污水設計流量,L/s;n為居住區生活污水量標準,L/(人d):N為設計人口數:K,為生活污水量總變化系數。
    ①生活污水量標準
    a. 生活污水排水定額:在居住區污水排水系統設計中所采用的每人每日所排出的平均污水量
    b. 相關因素:用水量標準、室內衛生設備情況、氣候、居住條件,生活水平及其他地方條件等。
    c. 生活污水量標準確定方法: 《室外排水設計規范》規定的居住區生活污水定額;《室外給水設計規范》中生活用水定額按一定比例取用
   ②設計人口
    a. 設計期限終期的規劃人口數:設計人口=人口密度x面積,按照城市總體規劃采用
    b. 總人口密度:所采用地區面積包括街道、公園、運動場、水體等在內。規劃階段或初步設計階段污水量計算采用
    c. 街區人口密度:所采用地區面積只是街區內的建筑面積:技術設計或施工圖設計階段污水量計算采用
   ③生活污水量總變化系數
   1. 變化系數:表征污水量的變化程度日。
   2. 日變化系數(Kd):一年中最大日污水量與平均日污水量的比值。
   3. 時變化系數(Kh):最大日中最大時污水量與該日平均時污水量的比值。
   4. 總變化系數(Kz):最大日最大時污水量與平均日平均時污水量的比值。
   總變化系數隨人口的多少和污水量標準的高低而變化,人口多(日平均流量大),污水量標準高時,總變化系數就小;人口少(日平均流量小),污水量標準低時,總變化系數就大,
   b. 總變化系數的確定方法,理論上:K,=Kd×Ks
   實際上有以下兩種做法。
   1. 根據《室外排水設計規范》(GB50014-2006)采用的居住區生活污水量總變化系數表(表3-3)選用。
 
  表3-3  生活污水量總變化系數
 
污水平均日流量/(L/s) 5 15 40 70 100 200 500 1000
日總變化系數(Kz) 2.3 2.0 1.8 1.7 1.6 1.5 1.4 1.3
 
                                                    注:1. 當污水平均日流量為中間數值時,日總變化系數采內插法求得。
                                                            2. 當居住區有實際生活污水量變化資料時,可按實際數據采用。

      2.  按照綜合分析得出的總變化系數與平均流量間的關系式求得。
                                          Kz=2.7/Q0.11

      式中,Q為平均日平均時污水量,L/s。當Q<5L/s時,Kz =2.3;Q>1000L/s 時, Kz=1.3。 
     (2) 公共建筑物生活污水設計流量
       主要包括公共浴室、洗衣房、醫院、飯店、學校和影劇院等。
       計算方法:在設計時作為集中污水流量單獨計算,具體計算方法參見《建筑給排水設計規范》(GB50015-2003)或《建筑給水排水》。、
   (3)工業企業生活污水及淋浴污水的設計流量
       工廠生產區的生活污水及淋浴污水流量是指來自生產區的廁所、食堂和浴室等的污水。
                                   Q2=(A1B1K1+A2B2K2)/3600 + (C1D1+C2D2)/3600
       式中,Q2為工業企業生活污水及淋浴污水設計流量,L/s ;A1 為一般車間最大班職工數,人;A2 為熱車間最大班職工數,人;B1 為一般車間職工生活污水量標準,L/(人*班);B2 為熱車間職工生活污水量標準,L/(人*班);K1 為一般車間生活污水時變化系數;K2 為熱車間生活污水時變化系數;C1 為一般車間最大班使用淋浴的職工人數,人;C2 為熱車間最大班使用淋浴的職工人數,人;D1 為一般車間淋浴污水量標準,L/(人*班); D2 為熱車間淋浴污水量標準,L/(人*班)。
      淋浴時間以60min計。
      工廠生產區生活污水量標準見表3-4.

表3-4 工廠生產區的生活污水量標準
車間性質 每班生活污水量標準/[L/(人*班)] 時變化系數 每班每人淋浴污水量標準/[L/(人*班)]
熱車間 35 2.5 60
一般車間 25 3.0 40
             注:淋浴污水在每班下班后一小時內均勻排出。

3.1.3.2 工業廢水設計流量

       (1)工業企業的廢水量確定方法

          
① 按照單位產品或加工單位數量原料所排出的平均廢水量計算。
          
② 按照生產設備數量和每一生產設備的每日廢水量進行計算。

       (2)計算公式
                              Q3=mMKz/3600T
          式中,Q3為工業廢水量設計流量,L/s;m 為生產過程中每單位產品的廢水量標準,L/單位產品;M為產品的平均日產量;T為每日生產時數,h;Kz 為總變化系數。
          
① 工業廢水量標準:生產單位產品或加工單位數量原料所排出的平均廢水量,也稱為生產過程中單位產品的廢水量定額。
          ②總變化系數:工業廢水的日變化系數取為1.0;時變化系數取決于產品種類和生產過程、管理水平、供水情況等,并隨行業、生產工藝等不同而不同。
          ③ 時變化系數參考值:冶金工業1.0~1.1;化學工業1.3~1.5;紡織工業1.5~2.0;食品工業1.5~2.0;皮革工業1.5~2.0;造紙工業1.3~1.8.

3.1.3.3城市污水設計總流量
 
     城市生活污水設計流量是居住區生活污水、工業企業生活污水和工業廢水設計流量三者之和。
                     Q=Q1+Q2+Q3            (3-6)
     其中公共建筑生活污水流量包括在居住區生活污水中,幾點說明如下
     ①上式計算的結果是假定排出的污水都在同一時間內出現最大流量,用于污水管道設計。
     ②計算方法得到的流量用于污水泵站和污水廠設計不經濟,應利用一日污水量逐時變化曲線,求出最大時流量作為總設計流量較為合理。但缺乏資料時,仍采用上式計算。
     ③實際工程設計中,往往在上式的基礎上還要加上10%~20%的地下水滲入量。
 
3.1.4有機負荷
 
       生物反應器中污泥的有機負荷和污泥濃度MLSs的設計若大一些,生物反應器的容積就可以小一些,同時這兩個參數數值的大小也會影響處理效果,就活性污泥法而言,一般不采用高負荷而采用常負荷,即污泥負荷一般<0.15 kgBOD/( kRMLSS·d),如果要求氮素轉入硝化階段,一般采用0.13 kgBOD3/( kgMLSS·d),MBR的有機負荷一般<0.10 kgBODe/( kRMLSS·d),與活性污泥法相當;而MBR的體積負荷比活性污泥法高數倍,達 kgCOD3/(m3·d)級,但由于MBR可完全實現泥水分離,從而保證了優良的出水水質和較高的污泥濃度膜生物反應器中較高的污泥濃度,又使得MBR中的負荷率或FM較低,較低的FM可以減少剩余污泥,同時延長了污泥齡。較長的污泥齡有利于世代期較長的硝化細菌的生長,但過長的污泥齡會使反應器中產生溶解性微生物產物(SMP)若MBR中積累了一定量的SMP,不但會加速膜污染,還會導致出水水質變差。低F/M值還會使MBR污泥中產生胞外聚合物,使混合液的黏度升高,膜過濾阻力變大,同時,F/M值越小意味著反應器的池容就越大,建造成本也就越高。
 
3.1.5水力停留時間
 
        由于MBR系統可實現HRT和SRT的單獨控制,當選定膜組件后,HRT也就決定了生物反應器容積的大小和MBR的產水量,過長的HRT將直接增大生物反應器的容積,過短的HRT將會導致系統內溶解性有機物的積累,進而引起膜通量的下降。為充分利用設備的充氧能力,生化池HRT值可設計得長一些,以盡量維持系統內溶解性有機物的平衡,設計時可考慮氣池容積有一定的調節容量,這樣,可降低剩余活性污泥量,系統更能適應沖擊負荷。
 
3.1.6MBR系統構型的確定
 
       MBR主要有一體式和分置式兩種構型一體式MBR具有體積小,設備緊湊、工作壓力小、無水循環和能耗低等特點,由于曝氣形成的剪切和素動使污泥很難積聚在膜表面,因此不易造成膜孔堵塞。一體式MBR一般只能用于好氧工藝處理,在設計時,中空纖推膜的裝填密度( Packing Density)、選用的曝氣器模式以及反應器底部曝氣器的精確安放為關鍵因素。
       分置式MBR可以使SRT和HRT得到有效控制,達到較高的有機物去除率,同時世代時間較長的硝化菌得以富集,提高了硝化效果。分置式膜生物反應器既能用于好氧處理,也能用于厭氧處理。
       由于在MBR中,通過膜組件的是含有大量污泥的高濃度污水,所以膜極易受到污染。因此,選擇合適的抗污染性強的膜及膜組件成為膜生物反應器的關鍵因素。
 
3.1.7MBR預處理——膜格柵
 
       格柵是城鎮污水處理廠不可缺少的前端預處理機械設備。在污水處理過程中,格柵是用來去除那些可能堵塞水泵機組及管道閥門的較粗大懸浮物,并保證后續處理設施能正常運行的一種裝置,可分為粗格柵、中格柵和細格柵,在形式上可分為鋼絲繩牽引格柵、回轉式格柵、弧形格柵、階梯格柵等。
      在市政污水處理領域,傳統的污水處理系統中,機械預處理系統主要是去除粗大物質(格柵間隙>6mm),而在膜處理裝置內則要求去除細小物質。例如頭發和細小纖維狀物質
的去除,頭發和細小纖維物質容易纏繞在膜絲上堵塞膜孔,造成膜污染,降低膜的通量。因此MBR的預處理一般推薦用0.5~2mm的轉鼓細格柵或內徑流格柵來去除毛發和纖維狀物
質,這是確保MBR正常運轉的基本條件。
 
3.1.8體式MBR——膜曝氣
 
      曝氣主要有三方面作用:①為膜生物反應池的微生物提供氧氣;②沖刷膜來防止膜快速污染;③使活性污泥懸浮在水中。
     一體式MBR依靠曝氣沖刷膜表面來減輕膜污染,膜抽吸泵運行的過程中必須有曝氣,如果沒有曝氣膜很快就會被污染,膜孔堵塞。曝氣是一體式膜生物反應器的基本保障,膜曝
氣在膜組件的下部,離池底大約300mm,一般用穿孔管曝氣,孔徑為2~20mm,通過曝氣在膜組件內部形成升流,膜組件內部通過混合液升流和氣泡擾動沖洗膜面。
       膜曝氣系統為膜生物反應池的微生物生長代謝提供氧氣,主要有以下三個方面:①微生物氧化分解有機物的需氧量;②微生物自身細胞物質的氧化分解的需氧量;③對污水中氨氮進行氧化所需氧量。
       膜曝氣系統同時應與前段的生化曝氣系統協同考慮,兩種曝氣系統共同為污水處理生化系統供氧,但兩者的充氧效率和氧利用率不同。因此,選擇合適的曝氣配比,成為MBR降低能耗的主要手段。
 

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