苏锦明1，周晴1，傅金祥2，张家瑞3
(1．沈阳建筑工程学院 市政与环境工程学院，辽宁 沈阳 110168；2．沈阳建筑工程学院 市政工程研究所，辽宁 沈阳 110168；3．沈阳建筑工程学院 信息与控制工程学院，辽宁 沈阳，110168) 摘要：针对膜生物反应器的膜污染及SBR反应器的滗水器局限性问题，开发了新型一体化M-CASS设备(一体化膜-序批式活性污泥设备)。利用总污泥量综合设计法控制活性污泥的沉降性能，设计水平悬浮滤膜系统作为排水系统。试验进水ρ(COD)为378．5mg／L，ρ(NH3-N)为33．28mg/L时，出水ρ(COD)为29．31 mg／L，ρ(NH3-N)为4．25mg／L，浊度为0NTU，大大提高了系统的出水水质，使膜污染降低到最低程度。
关键词：污水处理； 中水回用；膜生物反应器；一体化M-CASS设备
中图分类号：X703．3 文献标识码：B 文章编号：1009-2455(2004)03-0072-04 普通膜生物反应器(MBR)是膜分离与生物处理技术组合而成的废水生物处理新工艺，具有对有机污染物去除效率高、流程简单、结构紧凑、易操作等特点，在污水深度处理方面有着极其广阔的前景[1]。但是，膜污染问题严重阻碍着膜生物反应器的应用与推广[2]。
循环式活性污泥法(CASS)是SBR工艺的一种新形式。通常CASS反应池分三个反应区：生物选择器、缺氧区和好氧区，容积比一般为1：5：30。排水系统是CASS处理工艺设计的重要内容，也是其设计中最具特色和关系到系统运行成败的关键部分。而实际工程中的滗水器往往很难达到设计要求，出水的悬浮物较多，浊度较高，出水水质很难保证。普通CASS设备出水还不足以达到回用标准。
新型一体化M-CASS设备针对普通MBR和CASS设备存在的缺点，利用总污泥量综合设计法，保证了活性污泥的良好沉降性能和沉降污泥的压密实性，由水平悬浮滤膜系统作为新型一体化M-CASS设备的排水系统，保证了设备出水能够符合建设部颁布的《生活杂用水回用水质标准》(GB50335-2002)和《污水再生利用工程设计规范》(GB50336-2002)，而且独特的排水方式使得该设备的运行周期长，膜污染的程度大大减少，维持较高的膜通量。 1 设备主要组成部分及其功能 新型一体化M-CASS设备主要由三大部分组成：CASS生化反应池、水平悬浮滤膜系统和自动控制系统。水平悬浮滤膜组件和自动控制系统是本实用新型设备的关键部分。
图1为新型一体化M-CASS设备的平剖面图。 1．1 CASS生化反应池的设计
CASS生化反应池的体积随日处理量的不同而不同，具体的设计如下所述，其他主要设计参数如表1所示。 表1 主要设计参数 | 进水ρ（COD）/（mg·L-1) | 出水ρ（COD）/（mg·L-1) | 进水ρ（NH3-N）/（mg·L-1) | 进水ρ（NH3-N）/（mg·L-1) | 停留时间/h | ρ（MLSS）/（mg·L-1) | 气水比 | Isv/(mL·g-1) | | 300-450 | 12-20 | 15-50 | 1-3 | 14 | 8000 | 20:1 | 37.5 |
由于本设备基于良好的污泥沉降性能而设计的，采用总污泥量综合设计法[3]。以一定的活性污泥量为前提，并满足适合的污泥体积指数(Isv)条件，保证在沉降阶段历时和排水阶段历时内的沉降距离和沉淀面积，据此推算出最低水深下的最小污泥沉降所需的体积，然后根据最大周期进水量求算贮水容积，两者之和即为所求CASS池容积，并由此验算曝气时间内的活性污泥浓度及最低水深下的污泥浓度，以判别计算结果的合理性。其计算式为：
Ts=naQ0(C0-Cr)tT·S (1)
Vmin=AHmin≥Ts·Isv·10-3 (2)
Hmin=Hmax-△H (3)
V=Vmin+△V (4)
式中：TS ——单个CASS池内干污泥总量，kg；
n——CASS 1d内的反应周期，个；
a——产泥系数，即单位BOD5所产生的剩余污泥量，kg[MLSS]/kg[BOD5]；
Q0——进水水量，m3；
tT·S—— 总污泥龄，d；
A——CASS池几何平面积，m2；
Hmax，Hmin——曝气时最高水位和沉淀终了时最低水位，m；
V——生物反应器容积，m3；
Isv——污泥体积指数，mL／g；
Vmin——最低水位时的混合液容积，m3；
△V——最高水位与最低水位的容积之差，m3；
△H——最高水位与最低水位之差，m3；
C0——进水：BOD5质量浓度，mg/L；
Cr——出水BOD5质量浓度与出水悬浮物中溶解性BOD5质量浓度之差，其值为：
Cr=Ce-Z·Cse·1.42(1-eklt) (5)
式中：Cse——出水中悬浮物的质量浓度，kg／m3；
k1——耗氧速率，d-1；
t——BOD试验时间，d；
Z——活性污泥中异养菌所占比例，其值为：
B=0.555+4.167(1+ρ(TS0)/ρ(BOD5))Ns·1.072(15-θ) (7)
Ns=1／(a·tT·S) (8)
式中：Ns——BOD污泥负荷率，kg[BOD5]／(kg[MLSS]，d)；
a——产泥系数；即单位BOD5所产生的剩余污泥量，kg[MLSS]/kg[BOD5]；其值为：
式中：ρ(TS0)——进水悬浮固体的质量浓度，kg／m3；
ρ(BOD5)——进水BOD5的质量浓度，kg／m3；
θ——污水水温，℃。
1．2水平悬浮滤膜系统
水平悬浮滤膜系统位于设备的末端。水平悬浮滤膜系统是该设备的关键部分，包括水平悬浮滤膜组件、膜组件悬浮球、膜组件集水管路框架、框架滑轨和塑料耐压软管及其他组成部分。详见图1。 
水平悬浮滤膜组件为偏氟聚乙烯(PVDF)中空纤维膜组件。膜组件公称孔径为0.2 μm。中空纤维膜丝较细，有较好的柔韧性，能保持较长的寿命，即使有膜丝破损的现象发生，由于膜丝内径仅为270μm，可被污泥迅速堵住，对处理水质完全没有影响，膜组件悬浮球一般由PVC塑料制成，呈半球状，悬浮球内充满空气，产生一定的浮力，均匀分布在膜组件塑料框架上，使水平悬浮滤膜组件始终保持在保护高度(距水面0．3～0．5m)的液面以下。膜组件集水管路框架由U-PVC塑料管连接而成，它把多层水平放置的膜组件固定为一体，膜滤出水通过此管路由泵吸出。框架滑轨由两条相对的、嵌入池体的“L”型不锈钢钢条制成，内形成倒“T”字槽，连接在膜组件集水管路框架上的“T”字型不锈钢体在其中滑动，其连接图如图2所示。塑料耐压软管是连接在集水管路框架上的输水管，可随着集水管路框架的升降而自由伸缩。 
2 自动控制系统 新型一体化M-CASS设备的自动控制系统由监控管理计算机(上位机)、可编程控制器(PLC)、电气控制柜、现场执行机构及现场监测仪表组成。
自动控制系统包括单片机控制部分(由8031(10)为框架滑轨图2 集水管路框架与滑轨连接芯片，2732芯片，74L373芯片，晶振电路组成)、输入通道(由超声波液位探测器，自制液位探测器组成)、输出通道(由光电耦合器，继电器组成)及控制面板。超声波液位探测器实时监控上清液高度、沉淀污泥层高度和混合液的高度。自制液位探测器实时监控膜组件在混合液中的位置，当膜组件露出水面后，自制液位探测器断开并发出警报，采取人工干预，调节膜组件在液面保护高度以下。图3为自动控制流程图。 
3 出水水质 试验平均进水的ρ(COD)为378.5 mg／L，ρ(NH3-N)为33.28 mg／L，平均出水的ρ(COD)为29.31 mg／L，ρ(NH3-N)为4.25 mg／L，从图4可以看出该设备表现出良好的去除率。由图5可以看出，膜污染程度很小，膜阻力上升速率缓慢，保持较高的膜通量。而该设备在保持一定的膜通量时的极限膜传递压差(TMP)为4.0× 10-2MPa。 
4 结束语 新型M-CASS一体化设备的尺寸、水平悬浮滤膜组件的面积、提升泵及曝气系统随着日处理量的不同而不同。主体反应池采用污泥总量法设计，保证污泥的沉降性能。水平悬浮滤膜组件的独特结构保证了出水的回用要求，既经济又适用。新型M-CASS一体化设备的优点是：
①试验研究证明：新型M-CASS一体化设备出水水质好，出水ρ(COD)小于30mg／L，出水浊度可到0 NTU，达到建设部颁布的《生活杂用水回用水质标准》(GB50335-2002)[4]。
②CASS生物反应器内能维持高浓度的微生物量[5]，使处理装置容积负荷提高，占地面积大幅度减小。
③膜污染程度降低，在较长的运行周期表现出较高的膜通量。
④该设备适用于以优质杂排水为原水的中水回用系统，可广泛应用于住宅小区，别墅，高级宾馆等的中水系统。
⑤易于实现自动控制，操作管理方便。 参考文献：
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[3] 胡大锵．SBR反应池容积计算方法及评价[J]．中国给水排水，2002，18(6)：61-63．
[4] 李军，傅金祥，汪力，等．IMBR法处理洗浴污水的试验研究[J]．沈阳建筑工程学院学报，2003，19(1)：53-58.
[5] 汪力，傅金祥，王长生，等．IMBR法处理生活污水的试验研究[J]．沈阳建筑工程学院学报，2003，19(1)：50-52．
作者简介：苏锦明(1978-)，男，福建南安人，在读研究生，电 话(024)24690709，3319592@sina．com。 | 
