蘇錦明¹，周晴¹，傅金祥²，張家瑞³
(1．沈陽建筑工程學院 市政與環境工程學院，遼寧 沈陽 110168；2．沈陽建筑工程學院 市政工程研究所，遼寧 沈陽 110168；3．沈陽建筑工程學院 信息與控制工程學院，遼寧 沈陽，110168)

　　摘要：針對膜生物反應器的膜污染及SBR反應器的潷水器局限性問題，開發了新型一體化M-CASS設備(一體化膜-序批式活性污泥設備)。利用總污泥量綜合設計法控制活性污泥的沉降性能，設計水平懸浮濾膜系統作為排水系統。試驗進水ρ(COD)為378．5mg／L，ρ(NH3-N)為33．28mg/L時，出水ρ(COD)為29．31 mg／L，ρ(NH3-N)為4．25mg／L，濁度為0NTU，大大提高了系統的出水水質，使膜污染降低到最低程度。
　　關鍵詞：污水處理； 中水回用；膜生物反應器；一體化M-CASS設備
　　中圖分類號：X703．3　　 文獻標識碼：B　　 文章編號：1009-2455(2004)03-0072-04

　　普通膜生物反應器(MBR)是膜分離與生物處理技術組合而成的廢水生物處理新工藝，具有對有機污染物去除效率高、流程簡單、結構緊湊、易操作等特點，在污水深度處理方面有著極其廣闊的前景^[1]。但是，膜污染問題嚴重阻礙著膜生物反應器的應用與推廣^[2]。
　　循環式活性污泥法(CASS)是SBR工藝的一種新形式。通常CASS反應池分三個反應區：生物選擇器、缺氧區和好氧區，容積比一般為1：5：30。排水系統是CASS處理工藝設計的重要內容，也是其設計中最具特色和關系到系統運行成敗的關鍵部分。而實際工程中的潷水器往往很難達到設計要求，出水的懸浮物較多，濁度較高，出水水質很難保證。普通CASS設備出水還不足以達到回用標準。
　　新型一體化M-CASS設備針對普通MBR和CASS設備存在的缺點，利用總污泥量綜合設計法，保證了活性污泥的良好沉降性能和沉降污泥的壓密實性，由水平懸浮濾膜系統作為新型一體化M-CASS設備的排水系統，保證了設備出水能夠符合建設部頒布的《生活雜用水回用水質標準》(GB50335-2002)和《污水再生利用工程設計規范》(GB50336-2002)，而且獨特的排水方式使得該設備的運行周期長，膜污染的程度大大減少，維持較高的膜通量。

1 設備主要組成部分及其功能

　　新型一體化M-CASS設備主要由三大部分組成：CASS生化反應池、水平懸浮濾膜系統和自動控制系統。水平懸浮濾膜組件和自動控制系統是本實用新型設備的關鍵部分。
　　圖1為新型一體化M-CASS設備的平剖面圖。

1．1 CASS生化反應池的設計
　　CASS生化反應池的體積隨日處理量的不同而不同，具體的設計如下所述，其他主要設計參數如表1所示。

表1　 主要設計參數

　　由于本設備基于良好的污泥沉降性能而設計的，采用總污泥量綜合設計法^[3]。以一定的活性污泥量為前提，并滿足適合的污泥體積指數(I_sv)條件，保證在沉降階段歷時和排水階段歷時內的沉降距離和沉淀面積，據此推算出最低水深下的最小污泥沉降所需的體積，然后根據最大周期進水量求算貯水容積，兩者之和即為所求CASS池容積，并由此驗算曝氣時間內的活性污泥濃度及最低水深下的污泥濃度，以判別計算結果的合理性。其計算式為：
　　T_s=naQ₀(C₀-C_r)t_T·S (1)
　　V_min=AH_min≥T_s·I_sv·10^-3 (2)
　　H_min=H_max-△H (3)
　　V=V_min+△V (4)
　　式中：T_S ——單個CASS池內干污泥總量，kg；
　　　　　n——CASS 1d內的反應周期，個；
　　　　　a——產泥系數，即單位BOD5所產生的剩余污泥量，kg[MLSS]/kg[BOD₅]；
　　　　　Q₀——進水水量，m³；　
　　　　　t_T·S—— 總污泥齡，d；
　　　　　A——CASS池幾何平面積，m²；
　　　　　H_max，H_min——曝氣時最高水位和沉淀終了時最低水位，m；　
　　　　　V——生物反應器容積，m³；
　　　　　I_sv——污泥體積指數，mL／g；
　　　　　V_min——最低水位時的混合液容積，m³；
　　　　　△V——最高水位與最低水位的容積之差，m³；
　　　　　△H——最高水位與最低水位之差，m³；
　　　　　C₀——進水：BOD₅質量濃度，mg/L；
　　　　　C_r——出水BOD₅質量濃度與出水懸浮物中溶解性BOD₅質量濃度之差，其值為：
　　　　　C_r=C_e-Z·C_se·1.42(1-e^klt) (5)
　　式中：C_se——出水中懸浮物的質量濃度，kg／m³；
　　　　　k₁——耗氧速率，d^-1；　
　　　　　t——BOD試驗時間，d；
　　　　　Z——活性污泥中異養菌所占比例，其值為：
　　　 　
　　　　　B=0.555+4.167(1+ρ(TS₀)/ρ(BOD₅))Ns·1.072^(15-θ) (7)
　　　　　N_s=1／(a·t_T·S) (8)
　　式中：N_s——BOD污泥負荷率，kg[BOD₅]／(kg[MLSS]，d)；　
　　　　　a——產泥系數；即單位BOD5所產生的剩余污泥量，kg[MLSS]/kg[BOD5]；其值為：
　　　　　
　　式中：ρ(TS₀)——進水懸浮固體的質量濃度，kg／m³；　
　　　　　ρ(BOD₅)——進水BOD5的質量濃度，kg／m³；
　　　　　θ——污水水溫，℃。
1．2水平懸浮濾膜系統
　　水平懸浮濾膜系統位于設備的末端。水平懸浮濾膜系統是該設備的關鍵部分，包括水平懸浮濾膜組件、膜組件懸浮球、膜組件集水管路框架、框架滑軌和塑料耐壓軟管及其他組成部分。詳見圖1。

　　水平懸浮濾膜組件為偏氟聚乙烯(PVDF)中空纖維膜組件。膜組件公稱孔徑為0.2 μm。中空纖維膜絲較細，有較好的柔韌性，能保持較長的壽命，即使有膜絲破損的現象發生，由于膜絲內徑僅為270μm，可被污泥迅速堵住，對處理水質完全沒有影響，膜組件懸浮球一般由PVC塑料制成，呈半球狀，懸浮球內充滿空氣，產生一定的浮力，均勻分布在膜組件塑料框架上，使水平懸浮濾膜組件始終保持在保護高度(距水面0．3～0．5m)的液面以下。膜組件集水管路框架由U-PVC塑料管連接而成，它把多層水平放置的膜組件固定為一體，膜濾出水通過此管路由泵吸出。框架滑軌由兩條相對的、嵌入池體的“L”型不銹鋼鋼條制成，內形成倒“T”字槽，連接在膜組件集水管路框架上的“T”字型不銹鋼體在其中滑動，其連接圖如圖2所示。塑料耐壓軟管是連接在集水管路框架上的輸水管，可隨著集水管路框架的升降而自由伸縮。

2 自動控制系統

　　新型一體化M-CASS設備的自動控制系統由監控管理計算機(上位機)、可編程控制器(PLC)、電氣控制柜、現場執行機構及現場監測儀表組成。
　　自動控制系統包括單片機控制部分(由8031(10)為框架滑軌圖2 集水管路框架與滑軌連接芯片，2732芯片，74L373芯片，晶振電路組成)、輸入通道(由超聲波液位探測器，自制液位探測器組成)、輸出通道(由光電耦合器，繼電器組成)及控制面板。超聲波液位探測器實時監控上清液高度、沉淀污泥層高度和混合液的高度。自制液位探測器實時監控膜組件在混合液中的位置，當膜組件露出水面后，自制液位探測器斷開并發出警報，采取人工干預，調節膜組件在液面保護高度以下。圖3為自動控制流程圖。

3 出水水質

　　試驗平均進水的ρ(COD)為378.5 mg／L，ρ(NH3-N)為33.28 mg／L，平均出水的ρ(COD)為29.31 mg／L，ρ(NH₃-N)為4.25 mg／L，從圖4可以看出該設備表現出良好的去除率。由圖5可以看出，膜污染程度很小，膜阻力上升速率緩慢，保持較高的膜通量。而該設備在保持一定的膜通量時的極限膜傳遞壓差(TMP)為4.0× 10^-2MPa。

4 結束語

　　新型M-CASS一體化設備的尺寸、水平懸浮濾膜組件的面積、提升泵及曝氣系統隨著日處理量的不同而不同。主體反應池采用污泥總量法設計，保證污泥的沉降性能。水平懸浮濾膜組件的獨特結構保證了出水的回用要求，既經濟又適用。新型M-CASS一體化設備的優點是：
　　①試驗研究證明：新型M-CASS一體化設備出水水質好，出水ρ(COD)小于30mg／L，出水濁度可到0 NTU，達到建設部頒布的《生活雜用水回用水質標準》(GB50335-2002)^[4]。
　　②CASS生物反應器內能維持高濃度的微生物量^[5]，使處理裝置容積負荷提高，占地面積大幅度減小。
　　③膜污染程度降低，在較長的運行周期表現出較高的膜通量。
　　④該設備適用于以優質雜排水為原水的中水回用系統，可廣泛應用于住宅小區，別墅，高級賓館等的中水系統。
　　⑤易于實現自動控制，操作管理方便。

參考文獻：
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作者簡介：蘇錦明(1978-)，男，福建南安人，在讀研究生，電 話(024)24690709，3319592@sina．com。