膜生物反應(yīng)器中自吸泵汽蝕解決措施探討＊

鄭秋生劉麗明

（1.中海油能源發(fā)展股份有限公司安全環(huán)保分公司；2.渤海石油水電服務(wù)公司）

膜生物反應(yīng)器中自吸泵汽蝕解決措施探討＊

鄭秋生1劉麗明2

（1.中海油能源發(fā)展股份有限公司安全環(huán)保分公司；2.渤海石油水電服務(wù)公司）

簡要介紹了膜生物反應(yīng)器（MembraneBio-Reactor，MBR）的污水處理工藝流程，通過真空度表達(dá)式與有效汽蝕余量表達(dá)式分析了膜生物反應(yīng)器中自吸泵汽蝕的主要原因是膜的臟堵、進(jìn)水管路布置不合理導(dǎo)致進(jìn)水條件不好、管路結(jié)垢導(dǎo)致總阻力損失增大和污水性狀的改變等。通過將膜的反洗時間確定為每2h反洗一次、在線化學(xué)清洗時間確定為每100h清洗一次，SV30（污泥沉降比）控制在15%～25%，并減小膜與自吸泵間的管路長度、減少彎頭和附件，運行條件變好，可以較好地解決自吸泵使用過程中的汽蝕問題。

MBR；自吸泵；汽蝕原因；解決措施

0 引 言

膜生物反應(yīng)器（MBR）是膜技術(shù)和活性污泥生物處理技術(shù)有機結(jié)合的新型廢水處理系統(tǒng)，MBR出水水質(zhì)穩(wěn)定、效果良好［1］。自吸泵是MBR工藝中較為關(guān)鍵的設(shè)備，其主要是將氣液混合原理與泵的特殊結(jié)構(gòu)相結(jié)合，通過抽吸在膜絲內(nèi)部形成負(fù)壓，水在壓力推動下透過膜壁完成污水固液分離，達(dá)到水質(zhì)凈化的目的［2］。但其在運行過程中出現(xiàn)的汽蝕現(xiàn)象影響泵的壽命及工藝流程的穩(wěn)定性，因此，有必要對MBR工藝中泵的汽蝕影響因素及解決措施進(jìn)行探討。

1 MBR生活污水處理工藝

1.1 MBR工藝介紹

生活污水經(jīng)管網(wǎng)收集進(jìn)入化糞池經(jīng)過簡易處理后進(jìn)入污水調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)池污水用泵提升到厭氧池，通過厭氧微生物將大分子有機物降解成易生化處理的小分子。厭氧池出水進(jìn)入好氧池與MBR池，通過風(fēng)機對廢水進(jìn)行供氧，利用好氧微生物對污水中的污染物進(jìn)行分解去除，MBR可高效進(jìn)行固液分離，出水可以達(dá)到處理要求。工藝流程如圖1所示。

MBR系統(tǒng)包括MBR膜裝置、自吸系統(tǒng)、反洗系統(tǒng)、曝氣系統(tǒng)、污泥回流系統(tǒng)等。自吸泵在較低的負(fù)壓狀態(tài)下運行，利用泵抽吸方式將水由外向內(nèi)進(jìn)行負(fù)壓抽濾，實現(xiàn)低跨膜壓差、適度膜通量平穩(wěn)運行的直流式全量過濾。水在壓力推動下透過膜壁從外部向中間過濾，在收縮壓作用下，中空纖維膜向內(nèi)部收縮，膜孔距越來越小，這樣可以保證過濾效果。若膜孔堵塞，過濾自吸負(fù)壓將增加，當(dāng)跨膜壓差達(dá)到一定程度時開始進(jìn)行反洗。反洗時，透過液（MBR產(chǎn)水）從中空纖維膜內(nèi)部透過膜壁往外沖洗，膜孔距擴大把污染物沖出，恢復(fù)膜性能［3-7］。

圖1 污水處理工藝流程

1.2 MBR膜基本參數(shù)

裝置中所用MBR膜的基本性能參數(shù)見表1。

2 自吸泵產(chǎn)生汽蝕原因

2.1 原因分析

自吸泵產(chǎn)生汽蝕是由于泵內(nèi)局部壓力低于水的飽和蒸汽壓力，或者說汽化是形成汽蝕的先決條件。自吸泵產(chǎn)生汽蝕的普遍原因有：自吸泵安裝高度過高；實際工況偏離設(shè)計工況點較遠(yuǎn)；進(jìn)水條件不好；安裝地點海拔較高，輸送的水溫較高等［8］。針對MBR流程中自吸泵產(chǎn)生汽蝕的現(xiàn)象，分析汽蝕產(chǎn)生的原因：

表1 膜基本性能參數(shù)

◆MBR長時間運行后經(jīng)歷了初期污染和長期污染。初期污染是由于濃差極化造成初始膜通量下降，混合液中溶解性物質(zhì)在膜內(nèi)表面積累，使膜面表層滲透能力減?。婚L期污染是由于溶質(zhì)吸附和粒子沉積造成膜表面溶質(zhì)濃度較高，導(dǎo)致凝膠層在膜表面形成，膠體粒子遷移至膜表面，從而形成沉積，減小了水力滲透性和膜通量［9］。膜通量降低導(dǎo)致了自吸泵吸入液面上的壓力PA增大，真空度HS增大。裝置中當(dāng)自吸負(fù)壓＞0.03MPa時，可能產(chǎn)生汽蝕。

真空度表達(dá)式見公式（1），有效汽蝕余量表達(dá)式見公式（2）。

式中，HS為泵的吸入真空度，MPa；PA為泵吸入液面上的壓力，MPa；PS為泵吸入口的壓力，MPa；ρ為液體密度，kg／m3；g為重力加速度，m／s2。ΔhS為有效汽蝕余量，m；Pt為泵吸入口的壓力，MPa；Hgl為吸入口與液面之間的高度差，m；hL為泵吸入管路的流動摩擦阻力損失，m。

自吸泵的進(jìn)水條件不好。泵前的管路彎曲較多，由于彎道流速壓力分布不均，造成自吸泵葉輪進(jìn)口流速分布也不均勻；進(jìn)水池產(chǎn)生漩渦會使進(jìn)入自吸泵的水預(yù)旋或?qū)⒖諝鈳?，同樣造成葉輪進(jìn)口處流速、壓力分布不均勻，從而導(dǎo)致汽穴及汽蝕的發(fā)生。同時，由于曝氣裝置不斷曝氣，水中含氣量越大，越容易發(fā)生汽蝕。長時間運轉(zhuǎn)后，由于污水中含有垢類，在管路上沉積，會造成式（2）中吸入管路的總阻力損失hL增大，有效汽蝕余量ΔhS減小，易導(dǎo)致汽蝕。隨活性污泥的不斷積累，反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度過高時，會造成污水黏度增大，污水性狀改變，ρ增大，有效汽蝕余量ΔhS減小，易導(dǎo)致汽蝕。

2.2 MBR工藝中自吸泵汽蝕的危害

MBR工藝中自吸泵的汽蝕會造成泵的易損和整個流程的故障。

發(fā)生汽蝕時，泵內(nèi)局部壓力低于水的飽和蒸汽壓力，形成許多蒸汽與氣體混合的小氣泡。當(dāng)氣泡隨同水流從低壓區(qū)流向高壓區(qū)時，氣泡在高壓作用下破裂，高壓水以極高的速度流向原氣泡占有的空間，形成一股沖擊力。金屬表面在水擊壓力作用下，形成疲勞損壞，而遭到嚴(yán)重破壞；水擊局部地點的高溫使機械強度降低，導(dǎo)致泵壽命縮短。

泵內(nèi)液體流動的連續(xù)性遭到破壞，泵的流量、揚程和效率等參數(shù)會明顯下降，嚴(yán)重時會出現(xiàn)“抽空”斷流現(xiàn)象。設(shè)備整體處理能力降低，自吸泵汽蝕造成污水積存，導(dǎo)致化糞池“冒罐”造成環(huán)境污染。

3 自吸泵汽蝕的解決措施

通過現(xiàn)場實踐，解決自吸泵汽蝕的措施主要包括：

加強膜的反洗及在線化學(xué)清洗頻率。將反洗頻率由原來的每4h反洗一次改為每2h反洗一次，在線次氯酸鈉化學(xué)清洗頻率由原來的每168h清洗一次改為每100h在線化學(xué)清洗一次。通過加強反洗的頻率降低污染物在膜內(nèi)外表面及管道內(nèi)表面的附著，增大膜的通量和減小管路總阻力損失。

對MBR池中活性污泥濃度進(jìn)行嚴(yán)格控制。活性污泥濃度過低，污水中污染物處理效果不達(dá)標(biāo)，濃度過高將可能導(dǎo)致污水性狀改變，保持SV30為15%～25%，當(dāng)SV30＞40%時進(jìn)行排泥。同時，應(yīng)控制污泥回流比。

建議MBR設(shè)計中，應(yīng)盡量減小膜與自吸泵間的管路長度，減少彎頭和附件等。

通過以上措施可保證MBR工藝中自吸泵的正常、高效運行。

4 結(jié)束語

通過MBR工藝中自吸泵的現(xiàn)場應(yīng)用、理論分析及調(diào)試，發(fā)現(xiàn)膜的臟堵、進(jìn)水管路布置不合理造成進(jìn)水條件不好、管路結(jié)垢，從而導(dǎo)致總阻力損失增大和污水性狀的微變是自吸泵易產(chǎn)生汽蝕的主要原因。通過加強膜的反洗和在線化學(xué)清洗及控制活性污泥濃度等措施可以解決自吸泵的汽蝕問題。

因此，縮短膜反洗及化學(xué)清洗時間間隔、減少管路路徑長度及彎頭數(shù)量是今后MBR設(shè)計及使用過程中需要重點關(guān)注的問題。

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式中，A，B，C，D，E，F(xiàn)分別表示各一級指標(biāo)單項指數(shù)；WA，WB，WC，WD，WE，WF分別表示各一級指標(biāo)權(quán)重值分別表示各二級指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)值；Wi表示各二級指標(biāo)權(quán)重值。

3 結(jié)束語

海洋石油已成為未來石油產(chǎn)量增長的重要來源，清潔生產(chǎn)是其可持續(xù)發(fā)展的必由之路。本文研究提出的海洋石油工程清潔生產(chǎn)綜合指數(shù)可以快速、定量評估油田清潔生產(chǎn)水平，挖掘油田清潔生產(chǎn)潛能，對于提高海洋石油工程能源資源利用率，減少廢棄物排放，減緩海洋環(huán)境損害意義重大。

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（收稿日期 2014-06-09）

（編輯 石津銘）

10.3969／j.issn.1005-3158.2015.01.003

：1005-3158（2015）01-0007-03

2014-03-27）（編輯 王薇）

中國海洋石油總公司重大科技項目（項目編號：CNOOC-KJ125ZDXM26THYNFCY2014-01）。

鄭秋生，2011年畢業(yè)于西安工程大學(xué)機械專業(yè)，碩士，現(xiàn)在中海油能源發(fā)展股份有限公司安全環(huán)保分公司從事油田污水處理設(shè)備的技術(shù)研發(fā)、設(shè)計、建造和項目管理工作。通信地址：天津市塘沽區(qū)渤海石油路688號濱海新村寫字樓南樓321室，300452