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MBR设计工艺及主要附属设备

MBR设计工艺及主要附属设备

作者:北京欧博尔科技有    来源:OBL 文章关键词:MBR,设计,工艺,及,主要,附属,设备,3.1,设计,    发布时间:2020-04-23 10:45    浏览量:
3.1 设计宗旨及要领
 
        膜生物反应器处理系统由膜组件、生物反应池、供气系统、控制系统,出水系统、在线清洗系统等组成。膜生物反应器不同于一般活性污泥法的特点是反应池中的污泥浓度高,可达60015000mg/L,因此其容积负荷较高,污泥负荷较低,污泥龄长。
 
3.1.1 膜生物反应器设计和传统工艺的区别
 
       在传统的污水生物处理技术(图3-1)中,泥水分离是在沉淀池中靠重力作用完成的其分离效率依赖于活性污泥的沉降性能,沉降性能越好,泥水分离效率越高。
由于沉淀池固液分离的要求,曝气池的污泥不能维持较高浓度,一般在3500mg/L,从而限制了生化反应速率。水力停留时间(HRT)与污泥龄(SRT)相互依赖,提高容积负荷与降低污泥负荷往往形成矛盾。系统在运行过程中还产生了大量的剩余污泥,其处置费用占污水处理厂运行费用的25%~40%31传统活性污泥处理系统还容易出现污泥膨胀现象,出水中含有悬浮固体,出水水质恶化。
  

       MBR工艺(图32)通过将分离工程中的膜分离技术与传统废水生物处理技术有机结合,不仅省去了二沉池的建设,而且大大提高了固液分离效率,并且由于曝气池中活性污泥浓度的增大和污泥中特效菌(特别是优势菌群)的出现,提高了生化反应速率。同时,通过降低F/M,减少剩余污泥产生量.

 
3.1.2 污水水量的计算

     常规生活污水的水量估算往往是依靠人口数量和用水量来确定,城市给水水量计算依据室外给水设计规范(GB 50013-2006)来确定,见表 3-1.
 
                                                表3-1  居民生活用水定额                                                               单位: L/(人*d)
                 注:1.特大城市指市区和近郊区非农业人口100万及以上的城市;
                  大城市指市区和近郊区非农业人口50万及以上、不满100万的城市;
                  中、小城市指市区和近郊区非农业人口不满50万的城市。
                  2. 一区包括湖北、湖南、江西、浙江、福建、广东、广西、海南、上海、江苏、安徽、重庆;
                      二区包括四川、贵州、云南、黑龙江、吉林、辽宁、北京、天津、河北、山西、河南、山东、宁夏、陕西、内蒙古河套以东和甘肃黄河以东的地区;
                      三区包括新疆、青海、西藏、内蒙古河套以西和甘肃黄河以西的地区。

         表3-2中各区域的日变化系数应根据供水规模、用水量组成、生活水平、气候条件,结合当地相似供水工程的年内供水变化情况综合分析确定,可在1.3-1.6范围内取值。
 
表3-2  最高日居民生活用水定额
主要用(供)水条件 一区 二区 三区 四区 五区
集中供水点取水,或水龙头入户且无洗涤池和其他卫生设施 30~40 30~45 30~50 40~55 40~70
水龙头入户,有洗涤池,其他卫生设施较少 40~60 45~65 50~70 50~75 60~100
全日供水,户内有洗涤池和部分卫生设施 60~80 65~85 70~90 75~95 90~140
全日供水,室内有给水、排水设施且卫生设施较齐全 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养畜禽用水量、散用汽车和拖拉机用水量、家庭小作坊生产用水量。
                            2. 一区包括新疆、西藏、青海、甘肃、宁夏、内蒙古西北部,陕西和山西两省黄土沟壑区,四川西部。
                                 二区包括黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古西北部意外的地区,河北北部。
                                 三区包括北京、天津、山东、河南,河北北部以外、陕西和山西两省黄土沟壑区以外的地区,安徽、江苏两省的北部。
                                 四区包括重庆、贵州、云南,四川西部以外地区,广西西北部,湖北、湖南两省的西部山区。
                                 五区包括上海、浙江、福建、江西、广东、海南、台湾,安徽、江苏两省北部以外的地区,广西西北部、湖北、湖南两省西部山区以外的地区。
                             3. 取值时,应对各村镇居民的用水现状、用水条件、供水方式、经济条件、用水习惯、发展潜力等情况进行调查分析,并综合考虑以下情况:村庄一般比镇区低;定时供水比全日供水低;发展潜力小取较低值;制水成本高取较低值;村内有其他清洁水源便于使用时取较低值。调查分析与本表有出入时,应根据当地实际情况适当增减。
                             4. 表中的卫生设施主要指洗涤池、洗衣机、淋浴器和水冲厕所等。

       居民生活污水定额和综合生活污水定额应根据当地采用的用水定额,结合建筑内部给排水设施水平和排水系统普及程度等因素确定,可按当地相关用水定额的80%-90%采用。

3.1.3污水流量的确定
 
      污水管道系统的设计流量采用最大日最大时流量,污水设计流量分为生活污水设计流量和工业废水设计流量。
 
3.1.3.1生活污水设计流量
 
    (1)居住区生活污水设计流量
                       (3-1)
     式中,Q1为居住区生活污水设计流量,L/s;n为居住区生活污水量标准,L/(人d):N为设计人口数:K,为生活污水量总变化系数。
    ①生活污水量标准
    a. 生活污水排水定额:在居住区污水排水系统设计中所采用的每人每日所排出的平均污水量
    b. 相关因素:用水量标准、室内卫生设备情况、气候、居住条件,生活水平及其他地方条件等。
    c. 生活污水量标准确定方法: 《室外排水设计规范》规定的居住区生活污水定额;《室外给水设计规范》中生活用水定额按一定比例取用
   ②设计人口
    a. 设计期限终期的规划人口数:设计人口=人口密度x面积,按照城市总体规划采用
    b. 总人口密度:所采用地区面积包括街道、公园、运动场、水体等在内。规划阶段或初步设计阶段污水量计算采用
    c. 街区人口密度:所采用地区面积只是街区内的建筑面积:技术设计或施工图设计阶段污水量计算采用
   ③生活污水量总变化系数
   1. 变化系数:表征污水量的变化程度日。
   2. 日变化系数(Kd):一年中最大日污水量与平均日污水量的比值。
   3. 时变化系数(Kh):最大日中最大时污水量与该日平均时污水量的比值。
   4. 总变化系数(Kz):最大日最大时污水量与平均日平均时污水量的比值。
   总变化系数随人口的多少和污水量标准的高低而变化,人口多(日平均流量大),污水量标准高时,总变化系数就小;人口少(日平均流量小),污水量标准低时,总变化系数就大,
   b. 总变化系数的确定方法,理论上:K,=Kd×Ks
   实际上有以下两种做法。
   1. 根据《室外排水设计规范》(GB50014-2006)采用的居住区生活污水量总变化系数表(表3-3)选用。
 
  表3-3  生活污水量总变化系数
 
污水平均日流量/(L/s) 5 15 40 70 100 200 500 1000
日总变化系数(Kz) 2.3 2.0 1.8 1.7 1.6 1.5 1.4 1.3
 
                                                    注:1. 当污水平均日流量为中间数值时,日总变化系数采内插法求得。
                                                            2. 当居住区有实际生活污水量变化资料时,可按实际数据采用。

      2.  按照综合分析得出的总变化系数与平均流量间的关系式求得。
                                          Kz=2.7/Q0.11

      式中,Q为平均日平均时污水量,L/s。当Q<5L/s时,Kz =2.3;Q>1000L/s 时, Kz=1.3。 
     (2) 公共建筑物生活污水设计流量
       主要包括公共浴室、洗衣房、医院、饭店、学校和影剧院等。
       计算方法:在设计时作为集中污水流量单独计算,具体计算方法参见《建筑给排水设计规范》(GB50015-2003)或《建筑给水排水》。、
   (3)工业企业生活污水及淋浴污水的设计流量
       工厂生产区的生活污水及淋浴污水流量是指来自生产区的厕所、食堂和浴室等的污水。
                                   Q2=(A1B1K1+A2B2K2)/3600 + (C1D1+C2D2)/3600
       式中,Q2为工业企业生活污水及淋浴污水设计流量,L/s ;A1 为一般车间最大班职工数,人;A2 为热车间最大班职工数,人;B1 为一般车间职工生活污水量标准,L/(人*班);B2 为热车间职工生活污水量标准,L/(人*班);K1 为一般车间生活污水时变化系数;K2 为热车间生活污水时变化系数;C1 为一般车间最大班使用淋浴的职工人数,人;C2 为热车间最大班使用淋浴的职工人数,人;D1 为一般车间淋浴污水量标准,L/(人*班); D2 为热车间淋浴污水量标准,L/(人*班)。
      淋浴时间以60min计。
      工厂生产区生活污水量标准见表3-4.

表3-4 工厂生产区的生活污水量标准
车间性质 每班生活污水量标准/[L/(人*班)] 时变化系数 每班每人淋浴污水量标准/[L/(人*班)]
热车间 35 2.5 60
一般车间 25 3.0 40
             注:淋浴污水在每班下班后一小时内均匀排出。

3.1.3.2 工业废水设计流量

       (1)工业企业的废水量确定方法

          
① 按照单位产品或加工单位数量原料所排出的平均废水量计算。
          
② 按照生产设备数量和每一生产设备的每日废水量进行计算。

       (2)计算公式
                              Q3=mMKz/3600T
          式中,Q3为工业废水量设计流量,L/s;m 为生产过程中每单位产品的废水量标准,L/单位产品;M为产品的平均日产量;T为每日生产时数,h;Kz 为总变化系数。
          
① 工业废水量标准:生产单位产品或加工单位数量原料所排出的平均废水量,也称为生产过程中单位产品的废水量定额。
          ②总变化系数:工业废水的日变化系数取为1.0;时变化系数取决于产品种类和生产过程、管理水平、供水情况等,并随行业、生产工艺等不同而不同。
          ③ 时变化系数参考值:冶金工业1.0~1.1;化学工业1.3~1.5;纺织工业1.5~2.0;食品工业1.5~2.0;皮革工业1.5~2.0;造纸工业1.3~1.8.

3.1.3.3城市污水设计总流量
 
     城市生活污水设计流量是居住区生活污水、工业企业生活污水和工业废水设计流量三者之和。
                     Q=Q1+Q2+Q3            (3-6)
     其中公共建筑生活污水流量包括在居住区生活污水中,几点说明如下
     ①上式计算的结果是假定排出的污水都在同一时间内出现最大流量,用于污水管道设计。
     ②计算方法得到的流量用于污水泵站和污水厂设计不经济,应利用一日污水量逐时变化曲线,求出最大时流量作为总设计流量较为合理。但缺乏资料时,仍采用上式计算。
     ③实际工程设计中,往往在上式的基础上还要加上10%~20%的地下水渗入量。
 
3.1.4有机负荷
 
       生物反应器中污泥的有机负荷和污泥浓度MLSs的设计若大一些,生物反应器的容积就可以小一些,同时这两个参数数值的大小也会影响处理效果,就活性污泥法而言,一般不采用高负荷而采用常负荷,即污泥负荷一般<0.15 kgBOD/( kRMLSS·d),如果要求氮素转入硝化阶段,一般采用0.13 kgBOD3/( kgMLSS·d),MBR的有机负荷一般<0.10 kgBODe/( kRMLSS·d),与活性污泥法相当;而MBR的体积负荷比活性污泥法高数倍,达 kgCOD3/(m3·d)级,但由于MBR可完全实现泥水分离,从而保证了优良的出水水质和较高的污泥浓度膜生物反应器中较高的污泥浓度,又使得MBR中的负荷率或FM较低,较低的FM可以减少剩余污泥,同时延长了污泥龄。较长的污泥龄有利于世代期较长的硝化细菌的生长,但过长的污泥龄会使反应器中产生溶解性微生物产物(SMP)若MBR中积累了一定量的SMP,不但会加速膜污染,还会导致出水水质变差。低F/M值还会使MBR污泥中产生胞外聚合物,使混合液的黏度升高,膜过滤阻力变大,同时,F/M值越小意味着反应器的池容就越大,建造成本也就越高。
 
3.1.5水力停留时间
 
        由于MBR系统可实现HRT和SRT的单独控制,当选定膜组件后,HRT也就决定了生物反应器容积的大小和MBR的产水量,过长的HRT将直接增大生物反应器的容积,过短的HRT将会导致系统内溶解性有机物的积累,进而引起膜通量的下降。为充分利用设备的充氧能力,生化池HRT值可设计得长一些,以尽量维持系统内溶解性有机物的平衡,设计时可考虑气池容积有一定的调节容量,这样,可降低剩余活性污泥量,系统更能适应冲击负荷。
 
3.1.6MBR系统构型的确定
 
       MBR主要有一体式和分置式两种构型一体式MBR具有体积小,设备紧凑、工作压力小、无水循环和能耗低等特点,由于曝气形成的剪切和素动使污泥很难积聚在膜表面,因此不易造成膜孔堵塞。一体式MBR一般只能用于好氧工艺处理,在设计时,中空纤推膜的装填密度( Packing Density)、选用的曝气器模式以及反应器底部曝气器的精确安放为关键因素。
       分置式MBR可以使SRT和HRT得到有效控制,达到较高的有机物去除率,同时世代时间较长的硝化菌得以富集,提高了硝化效果。分置式膜生物反应器既能用于好氧处理,也能用于厌氧处理。
       由于在MBR中,通过膜组件的是含有大量污泥的高浓度污水,所以膜极易受到污染。因此,选择合适的抗污染性强的膜及膜组件成为膜生物反应器的关键因素。
 
3.1.7MBR预处理——膜格栅
 
       格栅是城镇污水处理厂不可缺少的前端预处理机械设备。在污水处理过程中,格栅是用来去除那些可能堵塞水泵机组及管道阀门的较粗大悬浮物,并保证后续处理设施能正常运行的一种装置,可分为粗格栅、中格栅和细格栅,在形式上可分为钢丝绳牵引格栅、回转式格栅、弧形格栅、阶梯格栅等。
      在市政污水处理领域,传统的污水处理系统中,机械预处理系统主要是去除粗大物质(格栅间隙>6mm),而在膜处理装置内则要求去除细小物质。例如头发和细小纤维状物质
的去除,头发和细小纤维物质容易缠绕在膜丝上堵塞膜孔,造成膜污染,降低膜的通量。因此MBR的预处理一般推荐用0.5~2mm的转鼓细格栅或内径流格栅来去除毛发和纤维状物
质,这是确保MBR正常运转的基本条件。
 
3.1.8体式MBR——膜曝气
 
      曝气主要有三方面作用:①为膜生物反应池的微生物提供氧气;②冲刷膜来防止膜快速污染;③使活性污泥悬浮在水中。
     一体式MBR依靠曝气冲刷膜表面来减轻膜污染,膜抽吸泵运行的过程中必须有曝气,如果没有曝气膜很快就会被污染,膜孔堵塞。曝气是一体式膜生物反应器的基本保障,膜曝
气在膜组件的下部,离池底大约300mm,一般用穿孔管曝气,孔径为2~20mm,通过曝气在膜组件内部形成升流,膜组件内部通过混合液升流和气泡扰动冲洗膜面。
       膜曝气系统为膜生物反应池的微生物生长代谢提供氧气,主要有以下三个方面:①微生物氧化分解有机物的需氧量;②微生物自身细胞物质的氧化分解的需氧量;③对污水中氨氮进行氧化所需氧量。
       膜曝气系统同时应与前段的生化曝气系统协同考虑,两种曝气系统共同为污水处理生化系统供氧,但两者的充氧效率和氧利用率不同。因此,选择合适的曝气配比,成为MBR降低能耗的主要手段。
 

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