SMBR 真空抽吸系统出水自控的研发

2019-07-10

当浸没式膜生物反应器(SMBR)采用真空抽吸系统出水时一般不能连续运行, 为此以高浓度中药废水为处理对象 ,对 SMBR 的真空抽吸出水自控系统进行了设计 。中试运行结果表明 ,采用该自控系统可确保真空罐内始终保持所需要的真空度,实现了 SMBR 的连续运行;膜通量随真空值的下降而降低, 为维持其稳定应控制压力在 0 .010 ~ 0 .020 MPa ,同时 SMBR 应低压启动、恒流运行。浸没式膜生物反应器(SMBR)的固液分离方式有两种,一种是采用真空抽吸 ,另一种是依靠静态水压差出水[ 1、2] 。采用静态水压差出水需要一定的高度差 ,实际情况很难满足 ;而采用真空抽吸出水一般为间歇式运行, 当希望连续进 、出水时就不能满足要求了。笔者设计了一套真空抽吸出水自控系统 , 实现了 SMBR 在真空抽吸作用下的连续运行, 这对于SMBR 的稳定运行和工程应用具有重要意义。

1 自控系统的设计

1.1 自控系统的组成

真空抽吸出水自控系统由真空罐 、水环真空泵、电接点压力表、气水分离器 、液位计、出水泵、电磁阀和电控柜等组成(见图 1)。真空罐下部存水 , 上部为空气 ,当水环真空泵开启后真空罐中的部分空气被抽出,于是在真空罐内形成了负压(可使真空罐内达到需要的真空度),迫使反应器中的水经膜组件进入真空罐 。当真空罐中的水达到一定液位后出水泵启动, 将罐内的存水排出, 从而实现了真空抽水过程。水环真空泵 、出水泵等一直为间歇循环运行, 于是真空罐内总能保持所需要的真空度, 使得 SMBR中的水在负压作用下连续不断地通过膜组件进入真空罐 ,即实现了 SMBR 的连续运行。

1.2 SMBR 连续出水的控制方法

真空抽吸出水自控系统通过预先设定电接点压力表及液位计的上、下限值来实现对 SMBR 出水的控制。电接点压力表的下限值用于启动水环真空泵,以便在罐内形成负压 ,在负压抽吸作用下 SMBR中的水经滤膜组件进入真空罐 ;当电接点压力表值达到预先设定的上限值时 ,水环真空泵自动关闭, 罐内的真空度不断减小;当电接点压力表值再次回到预先设定的下限值时 ,水环真空泵再次启动, 这样就完成了一个循环过程 。随着SMBR 出水不断流入真空罐则罐内的液位不断上升, 当液位达到上限值(真空罐高度的80 %)时出水泵启动, 抽吸出水;当液位降至下限值(真空罐高度的 20 %)时出水泵自动关闭。这样无论出水泵抽停与否 , 水环真空泵是开启还是关闭 ,真空罐内始终能保持所需要的真空度, 实现了 SMBR 的连续出水运行。

1.3 SMBR 出水流量的控制方法

对真空罐内真空度的控制可用开停水环真空泵来解决,控制策略采用滞回比较的方法 :预先设定电接点压力表的上 、下限值 ,真空度低于预先设定的电接点压力表的下限值就开泵, 高于则停泵 。如此只要合理设定电接点压力表的上、下限值,就可以灵活地控制 SMBR 的出水流量,使其基本保持稳定。

1.4 水环真空泵工作液的循环过程

在气水分离器内添加清水至溢流口, 在水环真空泵开动前打开工作液进口阀门, 气水分离器内的清水经过滤器进入水环真空泵内工作 。水环泵的排气口与气水分离器进口相连 。气水混合气体在扩散作用下, 水被留在气水分离器内参加水环泵的工作循环,而气体则被排到大气中。

2 自控系统的调试与运行

2.1 真空值和出水流量随运行时间的变化中试装置设在哈尔滨中药二厂的污水处理厂内(该厂的工艺流程为:原水※格栅 ※初沉池 ※调节池※换热罐※产酸反应器 ※产甲烷反应器※好氧反应池※二沉池※出水),其原水为产甲烷反应器出水。试验中控制 pH 值为6 .0 ~ 7 .0 ,温度为12 ~ 15 ℃,曝气量为 10 ~ 15 m3/h , DO 为 2 ~ 3 mg/L, 水力停留时间(HRT)为5 h , SMBR 反应器出水流量为 640 L/h ,图2 反映了运行过程中真空值的变化情况。


在一定的操作压力下 ,随着运行时间的加长则膜组件的出水流量下降不可避免 。为了维持恒定的膜组件出水流量 ,就必须逐渐增加操作压力 。由图2 可知 ,通过调整真空值可使膜组件出水流量基本保持稳定,但真空值(抽吸真空度)随时间的变化是非线性的 。例如, 当真空值从 6 kPa 上升到 10 kPa时上升速率较快, 而从 10 kPa 上升到 14 kPa 时则上升速率较慢。

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