基于超濾膜技術(shù)的生活污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

顧益民，季禹

（南通航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院輪機(jī)工程系，江蘇南通 226010）

基于超濾膜技術(shù)的生活污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

顧益民，季禹

（南通航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院輪機(jī)工程系，江蘇南通 226010）

文章對(duì)超濾膜技術(shù)的原理及其特點(diǎn)等進(jìn)行了闡述，并就超濾膜技術(shù)處理生活污水進(jìn)行了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以減少廢水排放，保護(hù)環(huán)境。

超濾膜；生活污水；處理

0 引言

超濾是一種膜分離技術(shù)，能夠?qū)⑷芤簝艋?、分離或者濃縮。其膜孔徑范圍一般為0.05μm-1nm，能從溶液中分離大分子物質(zhì)（如細(xì)菌）和膠體。超濾膜采用耐化學(xué)性好的聚偏氟乙烯（PVDF）為原材料，能夠耐受酸、堿、氧化劑等化學(xué)藥劑的清洗，填充率高，過濾面積大，抗污染能力強(qiáng)，有很好的機(jī)械性能，反復(fù)多次進(jìn)行氣洗、水洗的情況下都不會(huì)出現(xiàn)斷絲現(xiàn)象，壽命長(zhǎng)，而且高通量，低能耗，在進(jìn)行有效的清洗后，通量恢復(fù)性好。[1]由于膜表面均勻分布非常細(xì)小的微孔，使得膜絲的過濾精度高，出水水質(zhì)也穩(wěn)定。將超濾膜以一定的形式組裝在一個(gè)基本單元設(shè)備內(nèi)構(gòu)成超濾膜組件，在一定驅(qū)動(dòng)力作用下，可完成混合物中組分的分離。膜分離過程是一種純物理過程，目前已成為生活污水處理過程中性價(jià)比優(yōu)勢(shì)顯著的新型分離技術(shù)。為了提高污水處理的效果，污水處理實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制是關(guān)鍵，本文就超濾膜技術(shù)處理生活污水系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1 基于超濾膜技術(shù)的生活污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

超濾系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是根據(jù)水質(zhì)的具體情況及要求的產(chǎn)水流量、產(chǎn)水水質(zhì)去選擇膜材質(zhì)、強(qiáng)度、透水及截留性能以及膜的產(chǎn)水壓力要求等，并且進(jìn)行合理的連接，制定合理有效的系統(tǒng)工藝流程，從而使超濾膜能最大限度地發(fā)揮其功能，并能有效地維持系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定的運(yùn)行。

本系統(tǒng)主要由壓縮空氣、循環(huán)水系統(tǒng)、反沖水系統(tǒng)、膜裝置、控制系統(tǒng)等組成，其組成框圖如圖1所示?，F(xiàn)場(chǎng)儀表的選擇為：壓縮空氣系統(tǒng)中儲(chǔ)氣罐的壓力表PIC選電接點(diǎn)壓力表；循環(huán)水罐LIT液位指示選液位變送器（壓力變送器）；循環(huán)水泵輸出管道壓力PIC選電接點(diǎn)壓力表；反沖水罐LIT液位指示選壓力變送器；反沖水泵輸出管道壓力PIC選電接點(diǎn)壓力表；管道流量計(jì)選浮球流量計(jì)；PD-1到PD-8選氣動(dòng)切斷閥。

工藝過程：將生活污水收集到污水計(jì)量槽，當(dāng)污水計(jì)量槽液位達(dá)到一定高度時(shí)進(jìn)行自動(dòng)處理。處理過程：首先通過格柵去除水中粗大的懸浮物和雜物，以保護(hù)后續(xù)處理設(shè)施能正常運(yùn)行，然后通過污水泵將污水計(jì)量槽的污水輸送至膜生物反應(yīng)器內(nèi)，進(jìn)行一段時(shí)間的處理后，把部分清水排放到清水池，濃污水回到污水計(jì)量槽，進(jìn)行循環(huán)處理；再經(jīng)過一段時(shí)間把進(jìn)水閥和出水閥關(guān)閉，開啟空壓機(jī)對(duì)膜生物反應(yīng)器內(nèi)的污水進(jìn)行曝氣，去除水中的氨氮，當(dāng)達(dá)到回用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)后，再排放到清水池內(nèi)。超濾裝置在運(yùn)行過程中，由于膜的截留作用，部分被截留物會(huì)附著在膜表面上，甚至膜孔也會(huì)被更為細(xì)小的被截留物堵塞而使膜的透水速率下降，水中極少量的雜質(zhì)也會(huì)因日積月累而使膜的分離性能逐漸受到影響。[2]因此，為了維持膜透水速率的穩(wěn)定，超濾系統(tǒng)需要建立清洗措施，本系統(tǒng)采用反向沖洗法，就是從膜的背面（多孔支撐層）向正面（致密層）進(jìn)行沖洗。

圖1 基于超濾膜技術(shù)的生活污水處理系統(tǒng)框圖

2 系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)

2.1 補(bǔ)水功能

由于在氣沖和水沖過程中，會(huì)造成一定的水損耗，通過PLC判斷循環(huán)水桶的水位（LT101）和控制進(jìn)水電磁閥（K1）來對(duì)循環(huán)水實(shí)現(xiàn)補(bǔ)水的功能。

2.2 自動(dòng)沖洗功能

（1）水沖（5分鐘）。沖洗水量為2.5m3/h（通過調(diào)節(jié)手動(dòng)閥門來控制沖洗水強(qiáng)度）?？刂七^程：開循環(huán)水泵P101，開進(jìn)水閥PD-7，開濃水排空閥PD-5，將膜殼內(nèi)化石粉沖洗干凈后進(jìn)入產(chǎn)水階段。

在作文教學(xué)中，“情”“理”“法”是寫好作文的三大關(guān)鍵點(diǎn)，教師在作文教學(xué)中引領(lǐng)學(xué)生把握好這三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，就能逐步征服作文教學(xué)這片“海洋”。

（2）產(chǎn)水（10分鐘）。產(chǎn)水量為2m3/h（通過調(diào)節(jié)手動(dòng)閥門來控制水量）?？刂七^程：開循環(huán)水泵P101，開進(jìn)水閥PD-7，關(guān)閉濃水排空閥PD-5，開凈水出水閥PD-2，開濃水出水閥PD-4，開始正常產(chǎn)水。

（3）氣沖。氣量為4m3/h（通過調(diào)節(jié)手動(dòng)閥門來控制曝氣量），氣沖時(shí)間為40s。控制過程：待產(chǎn)水時(shí)間到后，關(guān)閉進(jìn)水閥PD-7，關(guān)閉循環(huán)水泵P101，待進(jìn)水閥PD-7關(guān)到位后，打開濃水出排空PD-5、關(guān)閉凈水出水閥PD-2、關(guān)閉濃水出水閥PD-4，待三只閥門到位后，打開氣沖閥PD-6開始?xì)鉀_，并開始計(jì)時(shí)。

（4）水反沖洗。水反沖洗水量為2.5m3/h（通過調(diào)節(jié)手動(dòng)閥門來控制沖洗水強(qiáng)度），反沖洗沖時(shí)間為40s（時(shí)間可以設(shè)定）?？刂七^程：氣沖時(shí)間到后，關(guān)閉氣沖閥PD-6，開啟沖洗水泵P201、水沖閥PD-3，待閥門開到位、沖洗水泵開啟后開始計(jì)時(shí)。

（5）排放。排放時(shí)間：20S（時(shí)間可以設(shè)定）。控制過程：反沖洗結(jié)束后，關(guān)閉水沖閥PD-3，關(guān)閉沖洗水泵P201，打開濃水排空閥PD-5，打開下排水閥PD-8，開始排放計(jì)時(shí)。

（6）繼續(xù)產(chǎn)水?；氐疆a(chǎn)水步驟，然后進(jìn)行循環(huán)控制。

2.3 回水閥自動(dòng)控制功能（控制反沖洗水罐水位）

PLC程序通過判斷反沖洗水罐的水位（LT201）和控制進(jìn)回水閥（PD-1）來對(duì)沖洗水罐的水位實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的功能。

3 控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

3.1 可編程控制系統(tǒng)

為了滿足上面提到系統(tǒng)功能控制要求，采用ABB公司的PM554-T可編程控制器。其有128KB程序內(nèi)存，帶8DI、6DO（晶體管輸出），供電電壓24V DC。[3]本系統(tǒng)選用1個(gè)TA562-RS COM2擴(kuò)展接口，2個(gè)AX561（4通道模擬量輸入/2通道模擬量輸出模塊），2個(gè)DX561（16通道輸入/輸出模塊自定義）。控制系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)及輸入和輸出點(diǎn)分配如表1所示，系統(tǒng)控制流程如圖2所示。

表1 控制系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)及輸入和輸出點(diǎn)分配表

圖2 系統(tǒng)控制流程圖

3.2 觸摸屏

MCGS TPC1062KS觸摸屏是一套以嵌入式低功耗CPU為核心（ARM CPU，主頻400MHz）的高性能嵌入式一體化觸摸屏。該產(chǎn)品設(shè)計(jì)采用了7英寸高亮度TFT液晶顯示屏（分辨率800×480），四線電阻式觸摸屏（分辨率1 024×1 024），自帶MCGS組態(tài)軟件（嵌入版）。MCGS嵌入版采用全中文、可視化、面向窗口的開發(fā)界面，以動(dòng)畫顯示、報(bào)警處理、流程控制和報(bào)表輸出等多種方式向用戶提供解決實(shí)際工程問題。[4]針對(duì)本系統(tǒng)，筆者構(gòu)造了運(yùn)行系統(tǒng)的圖形界面，如圖3所示。其控制包括補(bǔ)水系統(tǒng)、沖洗系統(tǒng)以及回水系統(tǒng)的控制，具體如下：

圖3 系統(tǒng)觸摸屏控制界面

（1）補(bǔ)水系統(tǒng)。補(bǔ)水系統(tǒng)包括手動(dòng)補(bǔ)水及自動(dòng)補(bǔ)水功能兩種。手動(dòng)補(bǔ)水功能是指將觸摸屏控制面板上的補(bǔ)水控制閥點(diǎn)到“手動(dòng)控制”位置，然后點(diǎn)擊電磁閥K1的“閥控”按鈕，即可控制補(bǔ)水電磁閥的開關(guān)。自動(dòng)補(bǔ)水功能是在觸摸屏的控制面板上點(diǎn)擊“參數(shù)設(shè)定”，然后在“循環(huán)水罐補(bǔ)水控制”欄設(shè)置好循環(huán)水罐水位的上下限，點(diǎn)擊“流程圖”進(jìn)入操作畫面，將循環(huán)水罐補(bǔ)水控制閥K1點(diǎn)到“程控自動(dòng)”，系統(tǒng)將進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)水。

（2）沖洗系統(tǒng)。在沖洗系統(tǒng)開啟前先開啟空氣壓縮機(jī)，設(shè)置空氣壓縮機(jī)的輸出壓力為下限0.4Mpa、上限0.5Mpa，并且將空氣壓縮機(jī)的出氣閥門打開，將超濾膜組件氣動(dòng)閥門的總進(jìn)氣閥和氣沖時(shí)系統(tǒng)的進(jìn)氣手動(dòng)閥打開。沖洗系統(tǒng)包括手動(dòng)沖洗及自動(dòng)沖洗功能兩種。手動(dòng)沖洗功能是將觸摸屏控制面板上的“步序控制”點(diǎn)到“手動(dòng)控制”位置，可根據(jù)工藝流程對(duì)此系統(tǒng)的任意一臺(tái)設(shè)備進(jìn)行手動(dòng)控制。自動(dòng)沖洗功能是點(diǎn)擊“參數(shù)設(shè)定”，對(duì)“流程步序程序控制”中各個(gè)過程的運(yùn)行時(shí)間根據(jù)工藝要求進(jìn)行設(shè)定，進(jìn)入“流程圖”操作畫面，將觸摸屏控制面板上的“步序控制”點(diǎn)到“程控自動(dòng)”位置，然后點(diǎn)擊下方的“自動(dòng)啟動(dòng)”即可進(jìn)行自動(dòng)控制。

（3）回水系統(tǒng)?；厮到y(tǒng)包括手動(dòng)及自動(dòng)回水功能兩種。手動(dòng)回水功能是將觸摸屏控制面板上的回水控制閥點(diǎn)到“手動(dòng)控制”位置，然后點(diǎn)擊氣動(dòng)閥PD-1的“閥控”按鈕，即可控制回水氣動(dòng)閥的開關(guān)。自動(dòng)回水功能是在觸摸屏的控制面板上點(diǎn)擊“參數(shù)設(shè)定”，然后在“反沖洗水罐水位控制”欄設(shè)置好反沖洗水罐水位的上下限，點(diǎn)擊“流程圖”進(jìn)入操作畫面，將反沖洗水罐水位控制閥PD-1點(diǎn)到“程控自動(dòng)”，系統(tǒng)將進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)水。

4 結(jié)束語

本系統(tǒng)經(jīng)調(diào)試后成功運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)各功能。實(shí)踐證明，超濾膜技術(shù)在生活污水處理回用系統(tǒng)中處理后的水質(zhì)得到改善，減少了外排廢水，環(huán)保效益十分明顯。

[1]李琳琳.超濾技術(shù)在水處理中的應(yīng)用研究[J].安全與環(huán)境工程,2010(6):7-9.

[2]李振.PVDF/PVP改進(jìn)超濾膜用于城市污水再生時(shí)的膜清洗方式與調(diào)控試驗(yàn)研究[J].水處理技術(shù)，2013(2):70-72.

[3]王樹東.ABB PLC與組太王6.53在污水處理廠中的應(yīng)用[J].電氣自動(dòng)化，2012(4):70-72.

[4]宋寶海.S7-200與MCGS觸摸屏在恒溫加熱爐中的應(yīng)用[J].新疆有色金屬，2013(1):212-213.

The Design of the Domestic Sewage Treatment System Based on Ultrafiltration Technology

GU Yi-min，JI Yu
（Dept.of Marine Engineering,Nantong Vocational&Technical Shipping College，Nantong 226010，China）

Based on an introduction of the principles and characteristics of the ultrafiltration technology,this article attempts to design the domestic sewage treatment system based on this technology so as to reduce the discharge of water and protect the environment as well.

Ultrafiltration membrane;Domestic sewage;Treatment

X703

A

1671-9891（2014）03-0035-04

10.3969/j.issn.1671—9891.2014.03.010

2014-03-25

2012年江蘇省交通科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目“基于超濾膜技術(shù)的環(huán)保型內(nèi)河船舶生活污水排放系統(tǒng)設(shè)計(jì)”（項(xiàng)目編號(hào)：2012C07-1）；2013年江蘇省交通科學(xué)研究重大項(xiàng)目“內(nèi)河船舶生活污水綜合處理技術(shù)應(yīng)用”（項(xiàng)目編號(hào)：2013Y02）。

顧益民（1965—），男，江蘇南通人，南通航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院輪機(jī)工程系副教授。