高速公路服務區污水處理MBR無人值守離線清洗技術的應用

羅 凱

（山西省交通新技術發展有限公司，山西 太原 030012）

0 引言

隨著環保理念的不斷深入，高速公路服務區的污水處理設備也不斷完善。同時受限于服務區地處偏遠無法接入城市污水管網，多數污水經過處理后需要滿足沖廁、綠化、場地沖洗等應用環境的需求以避免造成環境危害，對產水的指標要求較高。故MBR（Membrane Bio-Reactor，膜生物反應器）工藝憑借其產水穩定、水質好、便于自動化控制等優勢近年來被廣泛運用于高速公路服務區污水處理[1]。

MBR工藝是由膜分離技術與生物處理技術有機結合的廢水處理工藝，該工藝以膜組件取代傳統生物處理技術末端的二沉池，同時在反應器中保持較高的活性污泥濃度以提高水處理有機負荷，進而大幅減少了污泥的排放量并在一定程度上降低了日常維護的頻率。但是，由于較大的系統污泥濃度和物理性質的膜分離原理，不論采用何種材質的膜材料均無法避免膜污染的出現，在必要的情況下，需要對膜組件進行清洗以恢復其處理能力。由于該過程涉及的技術工作較多需要技術人員現場操作，該操作對于中大型的污水處理廠易于實現，但在高速公路服務區這種小型水處理站則性價比較低，主要表現在技術人員到場的服務費、差旅費占比過高，同時隨著站點數量的上升也會出現技術力量不足的情況，故實現MBR膜無人值守離線清洗對于高速公路服務區的污水處理設備管理具有較大的意義。

1 MBR膜無人值守離線清洗技術

實現MBR膜無人值守離線清洗主要包括水處理設備優化和自動化運行邏輯優化兩個部分。

1.1 水處理設備優化

實現MBR膜無人值守離線清洗首先需要對水處理設備進行優化以便自動控制系統能夠準確地識別各組件狀態并操控指定設備完成工作，同時完善藥液加注口及標志標牌等方便現場人員操作。改進后的設備工作流程見圖1。

圖1 實現MBR膜無人值守離線清洗的改進工藝

污水經過一系列的前段處理工藝后進入MBR池，MBR池中設置多種傳感器，應包括液位變送器和污泥濃度傳感器。液位變送器可實時顯示膜池液位，方便遠程控制；污泥濃度傳感器可幫助技術人員遠程判斷污泥的處置方法。同時，MBR池設置回流外排系統，通過電動三通閥控制污泥去向，日常運行的情況下污泥直接回流至前段，在離線清洗模式下可根據需要遠程控制電動閥將污泥排至污泥池，同時該部分管路也具備外排功能，可將清洗結束后的藥液排至應急池方便后續處理。加藥采取加藥器加藥或注藥口加藥方式，管理人員可將清洗藥液儲存于加藥器中待清洗時直接定量加入使用，也可按照技術人員的計算用量委托運輸公司將藥液運至現場并由注藥口注入膜池，該過程不需要技術人員到場參與，僅需運輸人員將藥品傾瀉于指定注藥口。最后，由清水池通過在線反洗管路將清水注入膜池以稀釋藥液達到目標濃度。

1.2 自動化運行邏輯優化

MBR工藝一般采用水泵提升的方式控制反應器內污水的流動，相比傳統沉淀池式的工藝需要更嚴謹的控制邏輯，一般情況下均采用PLC（Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器）進行控制[2]。PLC具有很強的擴展性能和邏輯編程能力，在編入相關控制邏輯后，能夠精準地實現無人值守條件下設備的各種運行模式，離線清洗也基于該模式實現（見圖2）。

圖2 實現MBR膜無人值守離線清洗的邏輯控制

PLC可設置遠程管理模塊激活離線反洗模式或由現場人員手動激活，PLC進入該模式后隨即停止曝氣及進出水，使設備進入靜置狀態，主要目的為防止設備繼續工作破壞清洗環節，同時沉淀膜池污泥以便下階段操作，該階段靜置時間30 min；隨后PLC打開水泵進行污泥回流或外排，可根據實際需要調節閥門將污泥外排至濃縮池或前段反應器，液位變送器顯示低液位后表示膜池已經排空可進入下一環節；開啟清水泵向膜池注入清水達到液位后停止，同時開啟加藥泵或由注藥口注入藥劑，保持靜置，靜置時間按照膜產品特點確定；達到預設時間后開啟外排泵，排出膜池內藥液至低液位；最后恢復運行，開始產水。

2 實用效果

MBR膜的清洗周期一般在1個季度左右，根據膜實際的污染情況可適當延長或縮短，判斷膜是否已經污染并需要進行離線清洗的標志是膜壓力。MBR膜在產水時需要自吸泵進行抽吸，在抽吸過程中位于自吸泵和膜之間管路的真空度即是膜壓力。在一般的應用環境中，當前膜壓力超出膜初始狀態壓力0.03 MPa以上則說明膜污染嚴重，繼續運行會導致產水不足甚至系統損壞。以山西省某高速干線服務區的污水處理設備為例，該站點設計日處理能力為120 m3/d，采用AO+MBR工藝，在為期1年的運行維護中，采用了常規離線清洗和無人離線清洗的方式進行試驗，并得出該站點膜設備在清洗完畢后最佳狀態下的日平均膜壓力為0.35 MPa，在日平均膜壓達到或接近0.65 MPa時進行停機離線清洗。按照運維管理的設計及預算要求，年度離線清洗的次數不應大于4次，即每次清洗的時間間隔應大于90 d。在進行完1次無人值守的離線清洗后，對膜壓力進行了為期90 d的跟蹤（見圖3），最終的膜壓力低于0.65 MPa，說明采用無人值守方式進行離線清洗的效果可滿足設備運行維護需要。

圖3 某站點無人值守離線清洗后膜系統壓力變化

3 意義分析

傳統的MBR膜離線清洗方式常采用水槍沖洗膜絲表面然后用藥液浸泡的方式，該方法可很好地恢復膜通量以提高污水處理效率。在實際使用中發現，采用傳統膜清洗的方式相比無人值守的方式在清理深度和最終效果上雖然依舊存在一定優勢，但實際已非常接近，均可達到90 d以上的清洗周期。由于無人值守的清洗方式在一定程度上節約了人員技術費用及交通費，致使其在縮短清洗周期并增加清洗次數后依然有優于傳統清洗方式的費用優勢。同時，采用無人值守的清洗方式縮短了膜清洗的準備周期，應對膜污染的響應速度更快、效率更高，對未來全面實現高速公路服務區污水處理站的無人值守運行管理具有較強的實用意義。

4 結語

MBR膜工藝應用于小型分散式污水處理時，雖然在水質、占地、可靠性上有著巨大的優勢，但由于其較高的維護成本和定期離線清洗的需求在很大程度上提高了維護的技術難度，導致其在實用過程中的評價褒貶不一，也致使該工藝的推廣一再受阻。通過對現有工藝的優化和實際應用情況的分析，MBR工藝完全可以通過更完善的自動化控制和遠程管理實現離線清洗的無人值守，克服離線清洗的技術難度后，MBR工藝基本擺脫了現場管理的技術門檻，運維費用也進一步降低，成為高速公路服務區高品質污水處理和中水回用環保工程的優選工藝。