管式膜-生物反应器处理城市污水的工艺设计.doc

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1、管式膜-生物反应器处理城市污水的工艺设计摘要：在中试的基础上，提出了膜--生物反应器工艺设计的基本原则、方法、步骤。以某居民小区的中水回用为目标进行了模拟设计计算，并探讨了该工艺的运行能耗及固定投资。关键词：膜生物反应器城市污水工艺设计　　膜——生物反应器(MembranceBioreactor，简称MBR)是膜分离与生物处理技术组合而成的废水生物处理新工艺［１］,具有对有机污染物去除效率高、出水水质好、流程简单、结构紧凑等优点，在废水回用与资源化领域具有极为广阔的应用前景［3～6］。至今国内外尚无MBR工艺放大设计的成熟经验和理论，设计手册中亦无此实例可资参考。因此，探讨MBR工艺放大设计具

2、有十分重要的工程意义。1工艺设计基本原则1.1MBR工艺流程　　MBR工艺流程如图1所示。进水由提升泵提升至生物反应器后与活性污泥充分混合，通过微生物的新陈代谢活动使废水得以净化。生物反应器的混合液则经加压泵加压后，送入膜组件实现液固分离，清水透过膜流出；浓缩液被送回生物反应器，参与下一个循环或经循环泵提速后再进入膜组件。1.2放大设计的基本原则　　在近三年的中试规模试验研究期间，对MBR工艺流程各组成单元运行特性的考察表明：MBR工艺的放大设计应主要包括生物反应器设计参数选取、泵系统选择、膜组件选择等几个方面。　　①生物反应器参数的选取。大量试验研究显示：采用MBR工艺处理城市污水，污泥负

3、荷、体积负荷已不再是制约处理效果的重要指标［2］。根据中试运行的经验,可将水力停留时间HRT、污泥停留时间SRT作为MBR工艺生物反应器单元的设计依据，因为这样不仅能确保工艺操作的长期稳定性，而且能简化设计过程。　　②泵系统选择。MBR工艺中加压泵的特点是扬程高、流量小；而循环泵则要求扬程低、流量大。考虑到加压泵和循环泵并联工作的需要，两种泵的扬程必须相等，即H2=H3。泵流量的选择，则只需达到膜组件对设计膜面流速的要求即可。在此前提下，为节能起见，循环泵的流量宜大一些，而加压泵的流量宜小一些(至少应满足Q2＞Q)。　　③8膜组件选取。膜组件是MBR工艺的关键组成单元，它的选择对MBR工艺

4、的运行具有决定性的作用。研究表明：以回用为目的的城市污水生物处理应优先选用超滤膜组件［2］。膜通量是膜组件设计中最重要的技术参数之一。当处理能力一定时，设计选择的膜通量越高，所需的膜面积就越小，膜组件部分的固定投资就越少；但另一方面，MBR工艺的运行周期也就会越短，从而增加膜组件清洗的次数和费用。因此，在具体的放大设计中应兼顾工艺的运行周期和膜组件的固定投资两个方面。设计运行周期一般不小于3周。2放大设计方法与步骤2.1生物反应器设计　　从中试结果来看：当进水COD为50～2234mg/L，SS为80～1327mg/L，HRT在2.0～5.0h范围内时，系统运行的稳定性以及对污染物的处理效果均

5、较好。SRT的选取则相对灵活得多，例如根据硝化的需要可选用一个较长的SRT。　　生物反应器中微生物浓度X(即污泥浓度)的理论计算公式［2］如下：　　　　　　　(1)　　式中　Ci---进水COD浓度　　　　　Ce---出水COD浓度　　　　　Csup---污泥上清液COD浓度　　MBR工艺的生物反应器宜设计成完全混合式，其形状可根据具体情况选用，相应尺寸亦很容易确定。这里以圆形生物反应器为例进行计算，设计采用生物反应器n3座(考虑工程实际，n3≥2)，有效水深为h，则每座生物反应器的直径为：　　D=((4×V)/(n3×h×π))0.5　　　　　　　　　　　(2)　　式中　V---生物反

6、应器体积2.2膜组件设计　　根据试验结果［2］,建议超滤膜的通量F取0.1～0.2m3/(m2·h)(膜孔径为450nm)，设计运行周期则为3～5周。所需膜组件的有效面积为：　　A=Q/F　　　　(3)　　若已知膜组件制造厂家给定的基本参数，可容易地计算出所需的膜组件数：　　N=A/A0　　　　(4)　　式中　A---膜组件的有效面积　　　　　A0---单个膜组件的有效面积　　进而，可利用式(5)求出膜组件通道的总横截面积：　　A截＝N×n1×n2×π×(d/2)2　　　　　　　　(5)2.3曝气装置设计　　为有效利用高速循环的污泥混合液的能量，建议采用射流曝气装置进行曝气，具体可

7、参阅《给水排水设计手册》第5册。一般，射流曝气器的工作压力在98～196kPa,建议回流流量Qr取2Q。2.4选泵计算　　提升泵的选择较为简单，只需满足设计流量Q、提升高度H18即可，可直接查《给水排水设计手册》第11册进行选泵。流经膜面的总流量Qt则可由最小膜面流速与膜组件横截面积的乘积来计算，而最小膜面流速和生物反应器中的污泥浓度线性相关［2］。　　从图1中的流量平衡关系可知，流经膜面的总流量