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研制与开发新型一体化M-CASS设备

更新时间:2009-05-04 10:55 来源:中国环保频道 作者: 阅读:1246 网友评论0

 
时 间:2009-05-04 10:10:37  作者: 来 源:  浏览:4
 
摘 要:新型一体化M-CASS设备针对普通MBR和CASS设备存在的缺点,利用总污泥量综合设计法,保证了活性污泥的良好沉降性能和沉降污泥的压密实性,由水平悬浮滤膜系统作为新型一体化M-CASS设备的排水系统,保证了设备出水能够符合建设部颁布的《生活杂用水回用水质标准》(GB50335-2002)和《污水再生利用工程设计规范》(GB50336-2002),而且独特的排水方式使得该设备的运行周期长,膜污染的程度大大减少,维持较高的膜通量。

普通膜生物反应器(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,具有对有机污染物去除效率高、流程简单、结构紧凑、易操作等特点,在污水深度处理方面有着极其广阔的前景。但是,膜污染问题严重阻碍着膜生物反应器的应用与推广。

循环式活性污泥法(CASS)是SBR工艺的一种新形式。通常CASS反应池分三个反应区:生物选择器、缺氧区和好氧区,容积比一般为1:5:30。排水系统是CASS处理工艺设计的重要内容,也是其设计中最具特色和关系到系统运行成败的关键部分。而实际工程中的滗水器往往很难达到设计要求,出水的悬浮物较多,浊度较高,出水水质很难保证。普通CASS设备出水还不足以达到回用标准。

新型一体化M-CASS设备针对普通MBR和CASS设备存在的缺点,利用总污泥量综合设计法,保证了活性污泥的良好沉降性能和沉降污泥的压密实性,由水平悬浮滤膜系统作为新型一体化M-CASS设备的排水系统,保证了设备出水能够符合建设部颁布的《生活杂用水回用水质标准》(GB50335-2002)和《污水再生利用工程设计规范》(GB50336-2002),而且独特的排水方式使得该设备的运行周期长,膜污染的程度大大减少,维持较高的膜通量。

1 设备主要组成部分及其功能

新型一体化M-CASS设备主要由三大部分组成:CASS生化反应池、水平悬浮滤膜系统和自动控制系统。水平悬浮滤膜组件和自动控制系统是本实用新型设备的关键部分。

1.1 CASS生化反应池的设计
CASS生化反应池的体积随日处理量的不同而不同,具体的设计如下所述,其他主要设计参数如表1所示。

表1 主要设计参数
进水ρ(COD)/(mg·L-1) 出水ρ(COD)/(mg·L-1) 进水ρ(NH3-N)/(mg·L-1) 进水ρ(NH3-N)/(mg·L-1) 停留时间/h ρ(MLSS)/(mg·L-1) 气水比 Isv/(mL·g-1)
300-450 12-20 15-50 1-3 14 8000 20:1 37.5

由于本设备基于良好的污泥沉降性能而设计的,采用总污泥量综合设计法[3]。以一定的活性污泥量为前提,并满足适合的污泥体积指数(Isv)条件,保证在沉降阶段历时和排水阶段历时内的沉降距离和沉淀面积,据此推算出最低水深下的最小污泥沉降所需的体积,然后根据最大周期进水量求算贮水容积,两者之和即为所求CASS池容积,并由此验算曝气时间内的活性污泥浓度及最低水深下的污泥浓度,以判别计算结果的合理性。其计算式为:

Ts=naQ0(C0-Cr)tT·S (1)
Vmin=AHmin≥Ts·Isv·10-3 (2)
Hmin=Hmax-△H (3)
V=Vmin+△V (4)
式中:TS ——单个CASS池内干污泥总量,kg;
n——CASS 1d内的反应周期,个;
a——产泥系数,即单位BOD5所产生的剩余污泥量,kg[MLSS]/kg[BOD5];
Q0——进水水量,m3;
tT·S—— 总污泥龄,d;
A——CASS池几何平面积,m2;
Hmax,Hmin——曝气时最高水位和沉淀终了时最低水位,m;
V——生物反应器容积,m3;
Isv——污泥体积指数,mL/g;
Vmin——最低水位时的混合液容积,m3;
△V——最高水位与最低水位的容积之差,m3;
△H——最高水位与最低水位之差,m3;
C0——进水:BOD5质量浓度,mg/L;
Cr——出水BOD5质量浓度与出水悬浮物中溶解性BOD5质量浓度之差,其值为:
Cr=Ce-Z·Cse·1.42(1-eklt) (5)
式中:Cse——出水中悬浮物的质量浓度,kg/m3;
k1——耗氧速率,d-1;
t——BOD试验时间,d;
Z——活性污泥中异养菌所占比例,其值为:
 
B=0.555+4.167(1+ρ(TS0)/ρ(BOD5))Ns·1.072(15-θ) (7)
Ns=1/(a·tT·S) (8)
式中:Ns——BOD污泥负荷率,kg[BOD5]/(kg[MLSS],d);
a——产泥系数;即单位BOD5所产生的剩余污泥量,kg[MLSS]/kg[BOD5];其值为:

式中:ρ(TS0)——进水悬浮固体的质量浓度,kg/m3;
ρ(BOD5)——进水BOD5的质量浓度,kg/m3;
θ——污水水温,℃。

1.2水平悬浮滤膜系统

水平悬浮滤膜系统位于设备的末端。水平悬浮滤膜系统是该设备的关键部分,包括水平悬浮滤膜组件、膜组件悬浮球、膜组件集水管路框架、框架滑轨和塑料耐压软管及其他组成部分。

水平悬浮滤膜组件为偏氟聚乙烯(PVDF)中空纤维膜组件。膜组件公称孔径为0.2 μm。中空纤维膜丝较细,有较好的柔韧性,能保持较长的寿命,即使有膜丝破损的现象发生,由于膜丝内径仅为270μm,可被污泥迅速堵住,对处理水质完全没有影响,膜组件悬浮球一般由PVC塑料制成,呈半球状,悬浮球内充满空气,产生一定的浮力,均匀分布在膜组件塑料框架上,使水平悬浮滤膜组件始终保持在保护高度(距水面0.3~0.5m)的液面以下。膜组件集水管路框架由U-PVC塑料管连接而成,它把多层水平放置的膜组件固定为一体,膜滤出水通过此管路由泵吸出。框架滑轨由两条相对的、嵌入池体的“L”型不锈钢钢条制成,内形成倒“T”字槽,连接在膜组件集水管路框架上的“T”字型不锈钢体在其中滑动。塑料耐压软管是连接在集水管路框架上的输水管,可随着集水管路框架的升降而自由伸缩。

2 自动控制系统
新型一体化M-CASS设备的自动控制系统由监控管理计算机(上位机)、可编程控制器(PLC)、电气控制柜、现场执行机构及现场监测仪表组成。
自动控制系统包括单片机控制部分(由8031(10)为框架滑轨集水管路框架与滑轨连接芯片,2732芯片,74L373芯片,晶振电路组成)、输入通道(由超声波液位探测器,自制液位探测器组成)、输出通道(由光电耦合器,继电器组成)及控制面板。超声波液位探测器实时监控上清液高度、沉淀污泥层高度和混合液的高度。自制液位探测器实时监控膜组件在混合液中的位置,当膜组件露出水面后,自制液位探测器断开并发出警报,采取人工干预,调节膜组件在液面保护高度以下。
 
3 出水水质
试验平均进水的ρ(COD)为378.5 mg/L,ρ(NH3-N)为33.28 mg/L,平均出水的ρ(COD)为29.31 mg/L,ρ(NH3-N)为4.25 mg/L,从图4可以看出该设备表现出良好的去除率。膜污染程度很小,膜阻力上升速率缓慢,保持较高的膜通量。而该设备在保持一定的膜通量时的极限膜传递压差(TMP)为4.0× 10-2MPa。
 
4 结束语
新型M-CASS一体化设备的尺寸、水平悬浮滤膜组件的面积、提升泵及曝气系统随着日处理量的不同而不同。主体反应池采用污泥总量法设计,保证污泥的沉降性能。水平悬浮滤膜组件的独特结构保证了出水的回用要求,既经济又适用。新型M-CASS一体化设备的优点是:
①试验研究证明:新型M-CASS一体化设备出水水质好,出水ρ(COD)小于30mg/L,出水浊度可到0 NTU,达到建设部颁布的《生活杂用水回用水质标准》(GB50335-2002)。
②CASS生物反应器内能维持高浓度的微生物量,使处理装置容积负荷提高,占地面积大幅度减小。
③膜污染程度降低,在较长的运行周期表现出较高的膜通量。
④该设备适用于以优质杂排水为原水的中水回用系统,可广泛应用于住宅小区,别墅,高级宾馆等的中水系统。
⑤易于实现自动控制,操作管理方便。

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