膜生物反應器中自吸泵汽蝕解決措施探討＊

鄭秋生劉麗明

（1.中海油能源發展股份有限公司安全環保分公司；2.渤海石油水電服務公司）

膜生物反應器中自吸泵汽蝕解決措施探討＊

鄭秋生1劉麗明2

（1.中海油能源發展股份有限公司安全環保分公司；2.渤海石油水電服務公司）

簡要介紹了膜生物反應器（MembraneBio-Reactor，MBR）的污水處理工藝流程，通過真空度表達式與有效汽蝕余量表達式分析了膜生物反應器中自吸泵汽蝕的主要原因是膜的臟堵、進水管路布置不合理導致進水條件不好、管路結垢導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

膜生物反應器（MBR）是膜技術和活性污泥生物處理技術有機結合的新型廢水處理系統，MBR出水水質穩定、效果良好［1］。自吸泵是MBR工藝中較為關鍵的設備，其主要是將氣液混合原理與泵的特殊結構相結合，通過抽吸在膜絲內部形成負壓，水在壓力推動下透過膜壁完成污水固液分離，達到水質凈化的目的［2］。但其在運行過程中出現的汽蝕現象影響泵的壽命及工藝流程的穩定性，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

生活污水經管網收集進入化糞池經過簡易處理后進入污水調節池，調節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。厭氧池出水進入好氧池與MBR池，通過風機對廢水進行供氧，利用好氧微生物對污水中的污染物進行分解去除，MBR可高效進行固液分離，出水可以達到處理要求。工藝流程如圖1所示。

MBR系統包括MBR膜裝置、自吸系統、反洗系統、曝氣系統、污泥回流系統等。自吸泵在較低的負壓狀態下運行，利用泵抽吸方式將水由外向內進行負壓抽濾，實現低跨膜壓差、適度膜通量平穩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，過濾自吸負壓將增加，當跨膜壓差達到一定程度時開始進行反洗。反洗時，透過液（MBR產水）從中空纖維膜內部透過膜壁往外沖洗，膜孔距擴大把污染物沖出，恢復膜性能［3-7］。

圖1 污水處理工藝流程

1.2 MBR膜基本參數

裝置中所用MBR膜的基本性能參數見表1。

2 自吸泵產生汽蝕原因

2.1 原因分析

自吸泵產生汽蝕是由于泵內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；實際工況偏離設計工況點較遠；進水條件不好；安裝地點海拔較高，輸送的水溫較高等［8］。針對MBR流程中自吸泵產生汽蝕的現象，分析汽蝕產生的原因：

表1 膜基本性能參數

◆MBR長時間運行后經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在膜內表面積累，使膜面表層滲透能力減小；長期污染是由于溶質吸附和粒子沉積造成膜表面溶質濃度較高，導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。裝置中當自吸負壓＞0.03MPa時，可能產生汽蝕。

真空度表達式見公式（1），有效汽蝕余量表達式見公式（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，造成自吸泵葉輪進口流速分布也不均勻；進水池產生漩渦會使進入自吸泵的水預旋或將空氣帶入，同樣造成葉輪進口處流速、壓力分布不均勻，從而導致汽穴及汽蝕的發生。同時，由于曝氣裝置不斷曝氣，水中含氣量越大，越容易發生汽蝕。長時間運轉后，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，易導致汽蝕。隨活性污泥的不斷積累，反應器內污泥濃度過高時，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。

發生汽蝕時，泵內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。當氣泡隨同水流從低壓區流向高壓區時，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，而遭到嚴重破壞；水擊局部地點的高溫使機械強度降低，導致泵壽命縮短。

泵內液體流動的連續性遭到破壞，泵的流量、揚程和效率等參數會明顯下降，嚴重時會出現“抽空”斷流現象。設備整體處理能力降低，自吸泵汽蝕造成污水積存，導致化糞池“冒罐”造成環境污染。

3 自吸泵汽蝕的解決措施

通過現場實踐，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，在線次氯酸鈉化學清洗頻率由原來的每168h清洗一次改為每100h在線化學清洗一次。通過加強反洗的頻率降低污染物在膜內外表面及管道內表面的附著，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行嚴格控制?；钚晕勰酀舛冗^低，污水中污染物處理效果不達標，濃度過高將可能導致污水性狀改變，保持SV30為15%～25%，當SV30＞40%時進行排泥。同時，應控制污泥回流比。

建議MBR設計中，應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 結束語

通過MBR工藝中自吸泵的現場應用、理論分析及調試，發現膜的臟堵、進水管路布置不合理造成進水條件不好、管路結垢，從而導致總阻力損失增大和污水性狀的微變是自吸泵易產生汽蝕的主要原因。通過加強膜的反洗和在線化學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，縮短膜反洗及化學清洗時間間隔、減少管路路徑長度及彎頭數量是今后MBR設計及使用過程中需要重點關注的問題。

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式中，A，B，C，D，E，F分別表示各一級指標單項指數；WA，WB，WC，WD，WE，WF分別表示各一級指標權重值分別表示各二級指標標準化后的數值；Wi表示各二級指標權重值。

3 結束語

海洋石油已成為未來石油產量增長的重要來源，清潔生產是其可持續發展的必由之路。本文研究提出的海洋石油工程清潔生產綜合指數可以快速、定量評估油田清潔生產水平，挖掘油田清潔生產潛能，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年畢業于西安工程大學機械專業，碩士，現在中海油能源發展股份有限公司安全環保分公司從事油田污水處理設備的技術研發、設計、建造和項目管理工作。通信地址：天津市塘沽區渤海石油路688號濱海新村寫字樓南樓321室，300452