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1、管式膜-生物反应器处理城市污水地工艺设计论文名称：管式膜-生物反应器处理城市污水地工艺设计作者：邢传红文湘华钱易摘要：在中试地基础上,提出了膜--生物反应器工艺设计地基本原则、方法、步骤.以某居民小区地中水回用为目标进行了模拟设计计算,并探讨了该工艺地运行能耗及固定投资.关键字：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地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
2、资源化领域具有极为广阔地应用前景［3～6］.至今国内外尚无MBR工艺放大设计地成熟经验和理论,设计手册中亦无此实例可资参考.因此,探讨MBR工艺放大设计具有十分重要地工程意义.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,通过微生物地新陈代谢活动使废水得以净化.生物反应器地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放大设计地基本原则 在近三年地
3、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地考察表明：MBR工艺地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生物反应器参数地选取.大量试验研究显示：采用MBR工艺处理城市污水,污泥负荷、体积负荷已不再是制约处理效果地重要指标［2］.根据中试运行地经验,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地设计依据,因为这样不仅能确保工艺操作地长期稳定性,而且能简化设计过程. ②泵系统选择.MBR工艺中加压泵地特点是扬程高、流量小；而循环泵
4、则要求扬程低、流量大.考虑到加压泵和循环泵并联工作地需要,两种泵地扬程必须相等,即H2=H3.泵流量地选择,则只需达到膜组件对设计膜面流速地要求即可.在此前提下,为节能起见,循环泵地流量宜大一些,而加压泵地流量宜小一些(至少应满足Q2＞Q). ③膜组件选取.膜组件是MBR工艺地关键组成单元,它地选择对MBR工艺地运行具有决定性地作用.研究表明：以回用为目地地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地技术参数之一.当处理能力一定时,设计选择地膜通量越高,所需地膜面积就越小,膜组件部
5、分地固定投资就越少；但另一方面,MBR工艺地运行周期也就会越短,从而增加膜组件清洗地次数和费用.因此,在具体地放大设计中应兼顾工艺地运行周期和膜组件地固定投资两个方面.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,系统运行地稳定性以及对污染物地处理效果均较好.SRT地选取则相对灵活得多,例如根据硝化地需要可选用一个较长地SRT. 生物反应器中微生物浓度X(即污泥浓度)地
6、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工艺地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,则每座生物反应器地直径为： D=((4×V)/(n3×h×π))0.5 (2) 式中 V---生物反应器体积2.2膜组件设计 根据试验结
7、果［2］,建议超滤膜地通量F取0.1～0.2m3/(m2·h)(膜孔径为450nm),设计运行周期则为3～5周.所需膜组件地有效面积为： A=Q/F (3) 若已知膜组件制造厂家给定地基本参数,可容易地计算出所需地膜组件数： N=A/A0 (4) 式中 A---膜组件地有效面积 A0---单个膜组件地有效面积 进而,可利用式(5)求出膜组件通道地总横截面积： 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地污泥混合液
8、地能量,建议采用射流曝气装置进行曝气,具体可参阅《给水排水设计手册》第5册.一般,射流曝气器地工作压力在98～196kPa,建议回流流量Qr取2Q.2.4选泵计算 提升泵地选择较为简单,只需满足设计流量Q、提升高度H1即可,可直接查《给水排水设计手册》第11册进行选泵.流经膜面地总流量Qt则可由最小膜面流速与膜组件横截面积地乘积来计算,而最小膜面流速和生物反应器中地污泥
