高速公路服務(wù)區(qū)污水處理中的MBR技術(shù)應(yīng)用

羅 凱

(山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030000)

高速公路服務(wù)區(qū)污水處理中的MBR技術(shù)應(yīng)用

羅 凱

(山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030000)

本文分析了高速公路服務(wù)區(qū)污水的特點(diǎn)，選用了MBR技術(shù)來處理該類區(qū)域污水。研究對該系統(tǒng)的工藝流程和自動(dòng)化控制作出了探索，對相關(guān)區(qū)域的污水處理有借鑒意義。

高速公路服務(wù)區(qū)；MBR反應(yīng)器；PLC控制

高速公路區(qū)遠(yuǎn)離城市中心，產(chǎn)生的生活垃圾難以并入城市垃圾處理系統(tǒng)，尤其是產(chǎn)生的各類污水，不能并入城市污水處理管網(wǎng)。因此，需要對服務(wù)區(qū)的污水設(shè)置專門的獨(dú)立的處理系統(tǒng)。高速公路服務(wù)區(qū)的污水日均總量較少，可根據(jù)特點(diǎn)設(shè)計(jì)合適的污水處理工藝流程，MBR技術(shù)具有工序流程少，自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，對于小型污水區(qū)的處理具有較大優(yōu)勢。

1 高速公路服務(wù)區(qū)的污水特點(diǎn)

近年來隨著我國經(jīng)濟(jì)水平的迅速發(fā)展，我國高速公路建設(shè)的發(fā)展非常迅猛，高速公路從原來的幾條發(fā)展到如今縱橫交錯(cuò)的全國交通網(wǎng)，大大便利了貨運(yùn)交流和人員往來。高速公路上每隔60～80km設(shè)有一個(gè)服務(wù)區(qū)，其設(shè)施包括餐飲，廁所，商場、加油站和休息區(qū)等，以便于司機(jī)及乘客休息補(bǔ)充精力，保證貨運(yùn)和旅客出行安全。由于高速公路服務(wù)區(qū)一般遠(yuǎn)離城市，沒有配套的污水處理系統(tǒng)，污水若不經(jīng)處理排放或者處理不達(dá)標(biāo)，會對周邊環(huán)境造成嚴(yán)重污染。因此，高速公路服務(wù)區(qū)污水處理問題日益受到重視。高速公路服務(wù)區(qū)污水一般由生活污水，餐廳污水和洗車加油站污水等組成，而生活污水和洗車污水所占比例較大。服務(wù)區(qū)污水氨氮含量高，泥沙量大，化學(xué)需氧量大，磷重金屬、油污等污染物含量高。由于高速公路服務(wù)區(qū)來往人流不固定和受季節(jié)影響降水的隨機(jī)性，服務(wù)區(qū)水量波動(dòng)大，具有水質(zhì)復(fù)雜，水量波動(dòng)大等特點(diǎn)。

2 高速公路服務(wù)區(qū)MBR污水處理方案設(shè)計(jì)

MBR系統(tǒng)具有占地面積小，產(chǎn)泥量少和清洗方便等特點(diǎn)，而且對于小型污水處理系統(tǒng)來講，雖然需要額外的系統(tǒng)，但其強(qiáng)大的污水處理能力，可以縮減沉淀池、吸附過濾池等環(huán)節(jié)，實(shí)際上整體降低了運(yùn)營成本，而且MBR系統(tǒng)出水穩(wěn)定性高，一般優(yōu)于傳統(tǒng)工藝，這種特質(zhì)，使其在高速公路服務(wù)區(qū)的應(yīng)用有良好前景。

2.1 凈化工藝設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的生活污水處理方案環(huán)節(jié)多，而且活性污泥易發(fā)生膨脹，水質(zhì)控制較為困難，且工序多，運(yùn)營成本高。MBR生物反應(yīng)器占比面積小，可壓縮處理工藝，對于高速公路服務(wù)區(qū)來說，采用MBR技術(shù)優(yōu)點(diǎn)眾多。在工藝上，由于大的懸浮顆粒對后續(xù)的水流的管道運(yùn)輸?shù)犬a(chǎn)生較大障礙，因此需要采用格柵池去掉大的懸浮物。其次，高速公路服務(wù)區(qū)的生活污水毛發(fā)較多，油污較多，因此，應(yīng)在格柵池后設(shè)置可收集和阻擋毛發(fā)油污的懸浮細(xì)孔擋板，以阻截小的漂浮的不溶性雜質(zhì)。此后，污水即進(jìn)入生物反應(yīng)器池，由于負(fù)壓浸入式MBR生物反應(yīng)器池可以將曝氧和過濾等環(huán)節(jié)集于一體，因此，生物反應(yīng)池可以起到一步去除主要污染的作用。在生物反應(yīng)器池后，污水中的不可溶雜質(zhì)基本去除，但可能會有可溶性的有度化合物，所以可以在生物反應(yīng)池后設(shè)計(jì)一個(gè)氯氣消毒池，此后，污水的水質(zhì)基本上達(dá)到中水等級，可以直接排入湖泊等水體。

服務(wù)區(qū)的污水處理系統(tǒng)因?yàn)檫h(yuǎn)離市區(qū)，維修不方便，因此穩(wěn)定性和自動(dòng)化程度越高越好。采用PLC工控機(jī)，可實(shí)現(xiàn)工藝流程的自動(dòng)化控制。高速公路服務(wù)區(qū)的污水一般經(jīng)下水道系統(tǒng)進(jìn)入初級沉淀蓄水池，這個(gè)池的高程較低，為了方便后續(xù)工序的實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用提升泵將污水高程升高。因此。整個(gè)工藝應(yīng)包括蓄水池、格柵池、調(diào)節(jié)池、膜生物反應(yīng)器池、消毒池和出水池。相應(yīng)的配套設(shè)施包括污水提升泵房、真空泵房、加壓泵房、風(fēng)機(jī)房和加氯消毒控制房等。

2.2 MBR的方案選擇

根據(jù)高速公路服務(wù)區(qū)的污水水質(zhì)特點(diǎn)，可采用浸入式膜生物反應(yīng)器。膜反應(yīng)器池底設(shè)計(jì)曝氣管，在曝氣的同時(shí)開始負(fù)壓抽水。膜的材料以PVDF為主。PVDF具有抗壓和抗酸堿腐蝕，耐高溫等特點(diǎn)。根據(jù)現(xiàn)有的反應(yīng)器工藝，反應(yīng)器組件一般采用簾式組件架構(gòu)，組件為單根的中空纖維膜絲線組成，外徑在1mm左右。膜外殼采用ABS材料，采用環(huán)氧樹脂封裝，以保證抗壓性和密閉性。MBR膜反應(yīng)器的大小和數(shù)量可根據(jù)反應(yīng)池的污水處理區(qū)的每日污水總量來設(shè)計(jì)。一般單個(gè)反應(yīng)器組件的大小為0.5寬、1.2米長和1.5米高的外形。鑒于PVDF中空纖維材料的抗壓性，負(fù)壓差應(yīng)控制在0.03MPa左右。

在反應(yīng)器池外，設(shè)計(jì)曝氣系統(tǒng)，在運(yùn)行中，同時(shí)開啟曝氣系統(tǒng)。曝氣方式可以采用連續(xù)或者間歇式。具體以水質(zhì)條件為準(zhǔn)。反應(yīng)器池內(nèi)還應(yīng)首先接入活性污泥，以通過曝氣方式在好氧條件下凈化污水。曝氣池的氣體流量可根據(jù)池子的大小設(shè)計(jì)，其產(chǎn)生的剪切力不應(yīng)太大，防止沖斷中空纖維絲，但也不應(yīng)太小，避免池內(nèi)的水流流動(dòng)過緩，不能起到清洗膜組件表面的作用，而且不能有效低進(jìn)行好氧反應(yīng)。

2.3 自動(dòng)控制方案

系統(tǒng)的自動(dòng)控制可采用分布式PLC控制系統(tǒng)。PLC控制器具有編程簡單，穩(wěn)定性強(qiáng)的特點(diǎn)，在監(jiān)控設(shè)備的輔助下，可利用上位機(jī)對相關(guān)設(shè)備自動(dòng)化控制。根據(jù)上文設(shè)計(jì)的工藝流程，刻在人工處理效果差的環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)分散的自動(dòng)化控制節(jié)點(diǎn)。包括調(diào)節(jié)池的污水提升泵房、MBR反應(yīng)池的負(fù)壓抽吸和反沖洗控制、曝氣系統(tǒng)控制、氯氣消毒自動(dòng)控制等環(huán)節(jié)。污水提升泵房的自動(dòng)化控制主要是在格柵池水位計(jì)和調(diào)節(jié)池的水位計(jì)信號反饋下，來控制變頻水泵的運(yùn)行。當(dāng)調(diào)節(jié)池水位計(jì)達(dá)到設(shè)定的最高水位值時(shí)，水泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)格柵池水位降低到最低水位以下時(shí)，水泵也停止運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)格柵池水位超過最高警戒水位而調(diào)節(jié)池水位還未達(dá)到最高水位時(shí)，變頻水泵加壓運(yùn)轉(zhuǎn)。

MBR的反應(yīng)池的自動(dòng)化控制主要是當(dāng)反應(yīng)池的水位達(dá)到設(shè)定值A(chǔ)，即完全浸沒了反應(yīng)器時(shí)，負(fù)壓抽吸設(shè)備開始運(yùn)行，同時(shí)，曝氣裝置開始曝氣。當(dāng)水位降低到B，即即將低于反應(yīng)器的上表面時(shí)，抽吸設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)。如果服務(wù)區(qū)水量變化大，可設(shè)計(jì)多組膜反應(yīng)器組件，當(dāng)毛發(fā)收集池水位過高而消毒池水位過低時(shí)，可同時(shí)啟動(dòng)多臺膜組件，以加快污水處理速度。膜反應(yīng)器的負(fù)壓抽吸一般需要維持恒壓，其壓力在0.03MPa左右，可通過真空泵的壓力計(jì)顯示壓力狀況，當(dāng)上升到0.04MPa時(shí)，證明反應(yīng)器的中空纖維膜發(fā)生堵塞，需要開始清洗。這時(shí)應(yīng)停止抽吸，啟動(dòng)備用的反應(yīng)池，并且啟動(dòng)反清洗程序。反清洗程序啟動(dòng)前，要放空反應(yīng)池的污水，將之回流到調(diào)節(jié)池。放空后，開啟正壓沖水設(shè)備，從組件的出水通道反沖洗組件。如果膜組件堵塞頻率增加，還應(yīng)在沖洗水中通入氯氣，采用加藥沖洗的方式，徹底清洗組件。

氯氣消毒池的自動(dòng)化控制主要是根據(jù)中水池的余氯的含量來自動(dòng)通入氯氣。一般應(yīng)根據(jù)消毒池的進(jìn)水量Q來計(jì)算氯氣的通入量L，氯氣通過接入水槍的負(fù)壓真空室，溶入到水槍中，然后隨水槍的水流射入到消毒池中，水槍的流速一般是固定的，因此，只要通過控制液氯瓶的閥門就可控制氯氣的輸入量。根據(jù)國家規(guī)定，按照每L水中 氯氣含量不得超過4 mg的標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)公式：Q=K×L，得出消毒池進(jìn)水量Q與氯氣L的比值，根據(jù)中水池的余氯含量來控制氯氣的量。一般國家對自來水中余氯的含量是不得低于每L水中0.3mg/L，當(dāng)中水池的余氯含量低于這一值時(shí)，可以增加調(diào)高閥門進(jìn)氣量，相反，當(dāng)高于這一值的上限10%時(shí)，降低氯氣輸入量。從而將中水池出水的余氯含量控制在一定區(qū)間。

3 總 結(jié)

MBR污水處理技術(shù)具有設(shè)施維修成本小，占地面積少，污水處理效率高，系統(tǒng)抗沖擊力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，對于高速公路服務(wù)區(qū)的污水處理十分合適。隨著制膜工藝的成熟和膜成本的降低，MBR在污水處理中將得到越來越廣泛的應(yīng)用。

[1]姚東升.城鎮(zhèn)污水處理MBR工藝膜系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)[J].門窗，2014(12).

[2]楊巍，李彥龍.城鎮(zhèn)污水處理廠MBR工藝設(shè)計(jì)探討[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2016.

Application on MBR reactor in Sewage Treatment of Expressway Service Area

LUO Kai

(Shanxi Transportation Research Institute，Shanxi Taiyuan 030000)

This paper analyzes the characteristics of sewage in expressway service area，and selects MBR technology to deal with the sewage. The research on the process flow and automatic control of the system has been carried out. It can be used as a reference for wastewater treatment in the relevant areas.

expressway service area；MBR reactor；PLC control

羅凱，碩士，助理工程師，研究方向?yàn)槲鬯幚砉に嚺c設(shè)備節(jié)能

X21

A

1673-288X(2017)02-0110-02

引用文獻(xiàn)格式：羅 凱.高速公路服務(wù)區(qū)污水處理中的MBR技術(shù)應(yīng)用[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2017，42(2)：110-111.