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管式膜-生物反应器城市污水的工艺设计
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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( Membrance Bioreactor,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)。
  ③ 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。
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