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        船用污水脫氮裝置的設(shè)計(jì)和應(yīng)用

        2018-11-20 08:17:18田大冰
        裝備制造技術(shù) 2018年9期
        關(guān)鍵詞:船用真空泵水箱

        楊 真,田大冰,王 捷

        (滬東中華造船集團(tuán)有限公司,上海 200129)

        隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,人類對(duì)資源的需求越來越大,海洋是一個(gè)巨大的能源寶庫,并且隨著海洋開發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展,海洋資源的開采大量增加。但是隨著海洋資源的不斷開采,海洋污染問題也越來越嚴(yán)重,海洋污染問題成為全世界關(guān)注的重點(diǎn)問題。船舶是海洋資源的重要運(yùn)輸工具,全球大約80%的資源運(yùn)輸通過船舶進(jìn)行,船舶的污水排放對(duì)于對(duì)海洋造成了不同程度的污染和生態(tài)破壞,其中船舶生活污水中含氮元素眾多,這些氮元素對(duì)于海洋具有十分重要的危害作用,致使海洋富營(yíng)養(yǎng)化等問題的出現(xiàn),因此對(duì)于船舶生活污水進(jìn)行脫氮處理是海洋船舶污水治理的重要課題。船用MBR(Membrance Bio-Reactor,膜生物反應(yīng)器)是膜技術(shù)和生化處理技術(shù)有機(jī)結(jié)合而產(chǎn)生的高效污水處理技術(shù),目前在船用脫氮中較為常用的一種方法。但是目前對(duì)于MBR在船用脫氮處理方面還不夠成熟,因此,為了降低船舶污水處理設(shè)備體積、提升處理效率、同時(shí)克服惡劣的海洋環(huán)境對(duì)污水處理設(shè)備的穩(wěn)定性,展開對(duì)船用MBR的研究,設(shè)計(jì)了船用污水脫氮裝置,這就可以加大對(duì)船舶生活污水排放的控制,進(jìn)一步保護(hù)河流以及海洋環(huán)境,避免出現(xiàn)更多的海洋環(huán)境污染,對(duì)人類健康以及經(jīng)濟(jì)都造成破壞。

        1 基于船用MBR的污水處理流程

        膜生物反應(yīng)器(MBR)結(jié)合了膜分離技術(shù)以及生化處理技術(shù)的新型污水處理技術(shù),反應(yīng)器內(nèi)包含了大量的活性污泥,主要功效為凈化水體。MBR膜反應(yīng)技術(shù)是目前處理船舶生活污水重要的方式,相比其他方式具有設(shè)備小、處理效率高等優(yōu)點(diǎn),因此廣泛應(yīng)用在的海上船舶污水脫氮處理中。MBR膜生物反應(yīng)材料采用纖維膜材料,一般的纖維膜材料采用聚丙烯材料。

        基于船用MBR的污水處理流程如圖1所示,首先通過初步篩選系統(tǒng)將生活污水中的大顆粒漂浮物篩出,隨后將污水運(yùn)輸?shù)缴锝到庋b置中進(jìn)行生物降解,處理好的污水直接排放到海水中,底泥根據(jù)處理情況排入到焚燒爐中焚燒。

        圖1 MBR式船用生活污水處理流程

        在上述的流程,好氧曝氣柜跟膜分離裝置進(jìn)行一體化焊接,好氧曝氣柜的有效處理廢水容積為1.15 m3.將預(yù)處理的污水導(dǎo)入到曝氣柜中,經(jīng)過浸沒式膜組件過濾裝置,通過出水泵將處理好的污水排入到大海之中,而沉淀后的污泥排出。同時(shí)好氧曝氣柜的另一功能則是提供充足的氧氣,提高微生物降解有機(jī)物的效率,同時(shí)減少膜污染的發(fā)生。因此在該好氧曝氣柜中設(shè)置了5片膜反應(yīng)材料,膜反應(yīng)組件下方設(shè)置進(jìn)氣孔來生成氧氣。

        船舶生活污水進(jìn)入到在MBR中,以及凈化水的排出部分則是應(yīng)用PLC自動(dòng)控制技術(shù)運(yùn)用感應(yīng)器來控制水位、壓力、時(shí)間等參數(shù),且會(huì)將所有的控制信息都保存在核心處理器中,且可以根據(jù)需求調(diào)整、優(yōu)化感應(yīng)器參數(shù)。

        2 船用污水脫氮裝置的設(shè)計(jì)

        船用污水中會(huì)存在大量的氮,它會(huì)對(duì)海水產(chǎn)生較大的副作用,必須要在污水排放前進(jìn)行處理。本文設(shè)計(jì)的船用污水脫氮裝置基于多級(jí)環(huán)流氣升式MBR膜生物,結(jié)合了多級(jí)環(huán)流技術(shù)、膜技術(shù)和生化處理技術(shù)來進(jìn)行脫氮設(shè)計(jì),具體的設(shè)計(jì)如圖2所示。

        圖2 基于MBR膜生物的脫氮裝置圖

        本文設(shè)計(jì)的基于MBR膜生物的脫氮裝置包含了四個(gè)部分:

        (1)進(jìn)水系統(tǒng)則主要包含了配水箱、上水箱、粉碎泵等裝置,主要通過PLC系統(tǒng)來控制水量的進(jìn)出,浮球閥用來確保水箱內(nèi)水量的充足,上水泵則根據(jù)水箱內(nèi)的水位變化來選擇是否注入水。

        (2)進(jìn)水和反沖洗部分包含了出水箱、流量計(jì)、膜組件、電磁閥等部件。通過電磁閥來控制反應(yīng)池內(nèi)經(jīng)過了處理后的水是否排出,若需要排出則通過真空泵完成膜組件內(nèi)的反沖洗步驟。

        (3)曝氣部分包含了曝氣頭、曝氣泵、流量計(jì)等部件,主要是確保反應(yīng)器內(nèi)有充足的氧氣??諝馔ㄟ^曝氣泵的曝氣頭運(yùn)輸?shù)椒磻?yīng)器內(nèi),且曝氣頭還會(huì)控制氣體的均勻分布。

        該脫氮裝置主要是應(yīng)用在處理生活污水人數(shù)為30人,每人每天產(chǎn)生70 L污水,MBR反應(yīng)器每天的總處理量為:

        30×70=2 100 L

        每小時(shí)水流量為:

        2 100/24=87.5 L

        設(shè)定水力停留時(shí)間HRT=8 h,反應(yīng)器內(nèi)水每天三次循環(huán)更新,總?cè)萘繛? 100 L.

        8h處理量為:

        2 100/3=700 L

        故反應(yīng)器的有效容積:

        V≥700 L

        對(duì)膜組件作為膜反應(yīng)器的核心部件,對(duì)于膜反應(yīng)器的處理性能具有非常重要的影響。通過上述計(jì)算得到的反應(yīng)器計(jì)算量,接下來則要對(duì)膜組件的水箱容量以及水流量速度等進(jìn)行設(shè)計(jì)。膜組建的選型主要考慮設(shè)計(jì)流量、處理水質(zhì)和設(shè)計(jì)成本三方面的因素:當(dāng)水質(zhì)較差時(shí),則需要較多的膜組件成本則會(huì)增加;而當(dāng)水流量逐步也增大時(shí),對(duì)于成本的要求也會(huì)增高,因此必須要平衡三者之間的關(guān)鍵。綜合考慮之后選擇FP-AI型號(hào)膜組件進(jìn)行設(shè)計(jì)。膜組件參數(shù)如表1所示。

        表1 膜組件參數(shù)

        首先進(jìn)行實(shí)驗(yàn)裝置以及儀器的選擇,由于在整個(gè)過程中,裝置的密封性具備非常高的重要性,對(duì)于微生物的活動(dòng)有非常重要的影響以及空氣的控制等,因此本文主要闡述了真空泵的選擇。對(duì)于對(duì)于泵的選擇主要影響因素為膜端阻力、管道阻力、閥門阻力和泵的揚(yáng)程等,由此選擇真空泵作為出水泵,這就符合實(shí)驗(yàn)環(huán)境。而在分析了真空泵的控制層參數(shù)后,選擇真空泵的型號(hào)為25ZB-2-20,揚(yáng)程為20 m.見表2.

        表2 泵的計(jì)算參數(shù)

        在實(shí)驗(yàn)過程中采用預(yù)處理-曝氣-反洗復(fù)合工藝減緩膜污染,當(dāng)過濾膜被污染發(fā)生阻塞后,壓力傳感器觸發(fā)PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化學(xué)清洗。其中各個(gè)分析項(xiàng)目俊才用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)方法,例氮檢測(cè)應(yīng)用鈉式分光光度法、PH采用PH儀等。

        3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

        船用污水脫氮裝置基于多級(jí)環(huán)流氣升式MBR膜生物,常規(guī)分析項(xiàng)目包括COD、BOD5、溶解氧、Mlss、氨氮、PH、鹽度、污泥沉降比等,這些項(xiàng)目均采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)方法試驗(yàn),船用污水的具體水質(zhì)如表3所示。通過表3可知,當(dāng)前水質(zhì)偏酸性,且氮含量較高,因此要加強(qiáng)對(duì)廢水中氮元素的處理,污水在同故宮脫氮裝置后基本可以實(shí)現(xiàn)污染物質(zhì)的處理,達(dá)到污水排出要求,提高了水質(zhì)的凈化功能。

        表3 廢水水質(zhì)

        3.1 污水處理運(yùn)行參數(shù)

        在試驗(yàn)期間,水溫設(shè)置為17℃左右,PH值設(shè)置為7-8左右,污水中溶解氧為0.8-2.3 mg/L,出水流量為230 L/h.MBR處理有機(jī)物主要通過兩個(gè)方面去除膜生物反應(yīng)器中的微生物,一方面通過菌類的代謝溶解污水中的有機(jī)物,另一方面通過膜反應(yīng)裝置對(duì)大有機(jī)物進(jìn)行截留,通過增大有機(jī)物與菌類之間的接觸面積,增大有機(jī)物的代謝速度。這就可以實(shí)現(xiàn)更加穩(wěn)定的微生物群落處理機(jī)制,提高了對(duì)膜反應(yīng)裝置的處理質(zhì)量以及效果。

        出水處理則可以加強(qiáng)對(duì)脫氮裝置的容量設(shè)計(jì),當(dāng)水箱設(shè)計(jì)過小則會(huì)影響到出水的效果,過大則會(huì)占用大量的船體面積,因此這就需要控制水流量的設(shè)計(jì)。

        3.2 不同曝氣時(shí)間下SBR脫氮效果

        如下表所示為通過改變不同的曝氣時(shí)間,觀察膜反應(yīng)裝置的脫氮效果。如表4所示曝氣時(shí)間1h后污水中的污染物就降低到一定的程度了,考慮到實(shí)際試驗(yàn)中的各種誤差,因此在實(shí)際工程中采用1.5 h的曝氣時(shí)間,達(dá)到較好的去除污染物的效果,并提高了凈水的效果。

        表4 SBR脫氮效果表

        4 結(jié)論

        隨著海洋資源的不斷開采,海洋污染問題也越來越嚴(yán)重,海洋污染問題成為全世界關(guān)注的重點(diǎn)問題。船舶是海洋資源的重要運(yùn)輸工具,全球大約80%的資源運(yùn)輸通過船舶進(jìn)行,船舶的污水排放對(duì)于對(duì)海洋造成了不同程度的污染和生態(tài)破壞,其中船舶生活污水中含氮元素眾多,這些氮元素對(duì)于海洋具有十分重要的危害作用,通過對(duì)MBR生物膜在船舶污水處理中的設(shè)計(jì)進(jìn)行研究與推廣應(yīng)用,將有助于生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和水資源的循環(huán)利用。

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