Параметры управления процессом МБР разделены на четыре категории: параметры системы осадка, параметры работы мембраны, параметры биохимической среды, а также параметры возврата и сброса осадка. Каждый параметр напрямую влияет на эффективность процесса и качество сточных вод. Корректировка параметров должна осуществляться по принципу «стабильности и постепенного изменения»; резкие изменения строго запрещены. Конкретные параметры приведены ниже:
I. Параметры системы осадка
1. MLSS (взвешенные твердые частицы в смешанной жидкости)
| Параметр | Диапазон регулирования | Значение | Принципы и меры предосторожности при адаптации |
|---|---|---|---|
| МЛСС | 8,000 – 12,000 мг/л; Для процесса денитрификации/низкой температуры: 10 000–12 000 мг/л; Для промышленных сточных вод: концентрация может быть скорректирована до 12 000–15 000 мг/л. |
Представляет собой общую микробную массу в биореакторе; ключевой показатель эффективности биохимической реакции. Высокая способность МБР к обработке взвешенных твердых веществ в иле является важным преимуществом, повышающим эффективность разложения и устойчивость к ударным нагрузкам. | Меры предосторожности: 1. Слишком высокое давление: ускоряет загрязнение мембраны, приводит к быстрому повышению трансмембранного давления и увеличению энергопотребления. 2. Слишком низкий уровень: недостаточная способность к разложению, превышение значений ХПК и аммиачного азота в сточных водах. 3. Регулировка: контролируется объемом сброса осадка. Если концентрация взвешенных твердых веществ в активном иле слишком высока, увеличьте объем сброса осадка; если слишком низка, уменьшите объем сброса осадка и увеличьте коэффициент возврата осадка. |
2. Время удержания осадка (SRT)
| Параметр | Диапазон регулирования | Значение | Принципы и меры предосторожности при адаптации |
|---|---|---|---|
| СТО | 15–30 дней; Для высокой потребности в денитрификации: 20–30 дней; При низких температурах (<15°C): 25–30 дней |
Определяет структуру микробного сообщества. Нитрифицирующие бактерии имеют длительный цикл генерации (10-20 дней) и требуют длительного времени удержания осадка (SRT) для поддержания жизнедеятельности, что обеспечивает удаление аммиачного азота. Также влияет на активность ила и загрязнение мембран. | 1. Слишком короткий срок: гибель нитрифицирующих бактерий, превышение концентрации аммиачного азота; осадок обладает высокой активностью, но его концентрацию трудно поддерживать. 2. Слишком длительный срок: старение осадка, снижение активности, ускоренное загрязнение мембран, повышение ХПК в сточных водах. 3. Регулировка: контролируется объемом сбрасываемого осадка. SRT = Общая масса осадка в биореакторе ÷ Суточный объем сброса осадка. |
| SV30 (Объем осадка после 30 минут отстаивания) | 80–95% (значительно выше, чем при традиционных процессах, благодаря высокой концентрации взвешенных твердых веществ в активном иле). | Быстрый индикатор для оценки эффективности осаждения и концентрации осадка, помогающий корректировать концентрацию активного ила и объем сброса осадка. | 1. >95%: указывает на чрезмерно высокую концентрацию осадка или плохую осаждаемость осадка; необходимо увеличить объем сброса осадка. 2. <80%: указывает на недостаточную концентрацию осадка; следует уменьшить сброс осадка и увеличить коэффициент возврата. 3. Примечание: Значение SV30 в МБР не следует оценивать по общепринятым технологическим стандартам; 80–95% обычно считается нормой. |
| SVI (индекс объема осадка) | 80–150 мл/г (соответствует традиционным процессам) | Точно характеризует осаждаемость и плотность осадка; помогает определить вспучивание осадка, которое косвенно влияет на скорость загрязнения мембраны. | 1. >150 мл/г: вспучивание осадка, рыхлые хлопья, склонность к закупорке пор мембраны; увеличить содержание растворенного кислорода, контролировать соотношение флюорит/минерализация, увеличить сброс осадка. 2. <80 мл/г: минерализация или старение осадка, низкая активность; уменьшить сброс осадка, добавить питательные вещества. 3. Проводите регулярный мониторинг, как минимум раз в неделю. |
| F/M (соотношение пищи и микроорганизмов) | 0.05–0.2 кг БПК₅/(кг MLVSS·сут) (Низкие цены по сравнению с традиционными процессами) |
Отражает соотношение «предложение пищи и спрос» на микроорганизмы. Низкое значение F/M способствует нитрификации и стабилизации осадка, а также снижает загрязнение мембран. | 1. Слишком высокая концентрация: микроорганизмы интенсивно метаболизируют вещества, хлопья осадка разрыхляются, что ускоряет загрязнение мембраны. 2. Слишком низкий уровень: старение осадка, снижение активности, уменьшение эффективности разложения. 3. Корректировка: регулируется путем изменения скорости притока сточных вод и концентрации взвешенных твердых веществ в активном иле (MLSS). Если отношение F/M слишком высокое, следует увеличить MLSS или уменьшить приток сточных вод. |
II. Параметры работы мембраны
| Параметр | Диапазон регулирования | Значение | Принципы и меры предосторожности при адаптации |
|---|---|---|---|
| Мембранный поток | 15–25 л/(м²·ч); Погружной мембранный биореактор: 15–20 л/(м²·ч); Внешний (боковой) МБР: 20–25 л/(м²·ч) |
Скорость потока пермеата на единицу площади мембраны в единицу времени; ключевой показатель эффективности работы мембраны, напрямую определяющий производительность очистки. | 1. Слишком высокое давление: резко ускоряет загрязнение мембраны, быстрое повышение трансмембранного давления, риск повреждения мембраны. 2. Слишком низкий уровень: низкая эффективность обработки, неэффективные затраты энергии. 3. Регулировка: регулировка осуществляется путем управления частотой всасывающего насоса и циклом включения/выключения в зависимости от изменений трансмембранного давления. Избегайте резких скачков потока. |
| Трансмембранное давление (ТМП) | Нормальное давление: <15 кПа; Предупреждение: 25–30 кПа; Требуется химическая очистка: >35 – 40 кПа; Удаление мембран (окончание срока службы): >50 кПа |
Характеризует степень загрязнения мембраны. Более высокое значение ТМП указывает на более сильное загрязнение и большее сопротивление проникновению воды. | 1. Трансмембранное давление повышается до 15-25 кПа: необходимо усилить онлайн-очистку (увеличить частоту, продлить продолжительность). 2. Трансмембранное давление повышается до 25-35 кПа: немедленно провести химическую очистку в режиме онлайн, приостановить проницаемость. 3. Трансмиссионное давление >35 кПа: выполнить химическую очистку вне линии производства. 4. Проводите мониторинг ежедневно, записывайте данные ежечасно. |
| Режим всасывания | Прерывистая аспирация: 7-9 мин. включения, 1-3 мин. выключения; Низкая температура/начальное загрязнение: 6-8 мин. включения, 2-3 мин. выключения. |
Предотвращает накопление осадка на поверхности мембраны, вызванное непрерывным всасыванием, снижает загрязнение мембраны и продлевает срок ее службы. | 1. Строго избегайте непрерывного всасывания (никаких перерывов в работе); это быстро усугубляет загрязнение, вызывая кратковременный скачок трансмембранного давления. 2. Время простоя можно регулировать в зависимости от температуры воздуха; при быстром повышении температуры воздуха время простоя следует увеличить. 3. Время работы должно быть постоянным, избегая неравномерных циклов. |
| Аэрация мембранной очистки | 24 часа непрерывно; Расход промывочного воздуха: погружной МБР: 10–15 м³/(м²·ч); Внешний мембранный биореактор: без промывочной аэрации (фильтрация под давлением). |
Генерирует пузырьки, которые перемешивают волокна мембраны, удаляя осадок с поверхности мембраны, предотвращая его прилипание и уменьшая загрязнение. Также обеспечивает небольшое количество кислорода для поддержания активности осадка в мембранном резервуаре. | 1. Аэрация для промывки не должна прерываться (прерывание более чем на 30 минут может привести к быстрому прикреплению и уплотнению осадка на поверхности мембраны, вызывая засорение). 2. Обеспечьте равномерную аэрацию, чтобы избежать локального недостаточного размыва. 3. Регулярно очищайте аэрационные трубы и диффузоры, чтобы предотвратить засорение и обеспечить стабильный поток воздуха. |
| Параметры очистки мембран | 1. Онлайн-очистка: концентрация гипохлорита натрия 500–1000 мг/л, концентрация лимонной кислоты 1%–2%; продолжительность очистки: 30–60 мин; частота: 1–2 раза в день. 2. Очистка вне линии электропередачи: концентрация гипохлорита натрия 2000–5000 мг/л, концентрация лимонной кислоты 2%–3%; продолжительность замачивания: 12–24 часа. |
Удаляет органические и неорганические загрязнения с поверхности и пор мембраны, восстанавливая поток через мембрану и продлевая срок ее службы. | 1. Чередование использования гипохлорита натрия (для удаления органических и биологических загрязнений) и лимонной кислоты (для удаления неорганических загрязнений) во время онлайн-очистки. 2. Концентрация чистящих средств не должна быть слишком высокой, чтобы избежать повреждения мембранных модулей. 3. Очистка в автономном режиме выполняется только в том случае, если очистка в режиме реального времени не позволяет восстановить флюс. После очистки в автономном режиме необходимо тщательно промыть систему, чтобы избежать остатков химических веществ. |
III. Параметры биохимической среды
| Параметр | Диапазон регулирования | Значение | Принципы и меры предосторожности при адаптации |
|---|---|---|---|
| Растворенный кислород (DO) | Аэробная зона: 2.0–3.5 мг/л; При высокой потребности в нитрификации/низкой температуре: 3.0–4.0 мг/л; Зона аноксии: <0.5 мг/л; Анаэробная зона: <0.2 мг/л |
Ключевой фактор, влияющий на микробную активность. Недостаток растворенного кислорода в аэробной зоне подавляет нитрификацию и аэробное поглощение фосфора. Избыток растворенного кислорода в аноксических/анаэробных зонах подавляет денитрификацию и высвобождение фосфора. | 1. Регулировка содержания растворенного кислорода в аэробной зоне: контроль осуществляется с помощью потока воздуха, создаваемого воздуходувкой. Увеличьте поток воздуха, если содержание растворенного кислорода слишком низкое; уменьшите, если оно слишком высокое. 2. Аноксические/анаэробные зоны: строго избегать аэрации; поддерживать умеренную интенсивность перемешивания, чтобы предотвратить попадание воздуха, вызывающее повышение уровня растворенного кислорода. 3. Проводите мониторинг ежедневно, записывайте данные каждые 2 часа. |
| pH | Общая оценка: 6.5 – 8.0; Оптимальное значение для нитрификации: 7.5 – 8.5; Оптимальное значение для денитрификации: 6.5 – 7.5; Анаэробная зона: 6.5 – 8.0 |
Влияет на активность микробных ферментов. Дисбаланс pH напрямую подавляет микробный метаболизм, что приводит к снижению биохимической эффективности. | 1. pH <6.5: отрегулируйте путем добавления извести или бикарбоната натрия (предпочтительнее бикарбонат натрия из-за его мягкого, не вызывающего шока эффекта). 2. pH > 8.5: отрегулируйте путем добавления серной кислоты. 3. Избегайте резких колебаний pH (изменение ≤0.5 в час), так как они могут подавлять активность микроорганизмов. |
| щелочность | ≥100 мг/л (в пересчете на CaCO₃); Для высокой потребности в нитрификации: ≥150 мг/л |
В процессе нитрификации расходуется значительное количество щелочности (7.14 мг CaCO₃ щелочности на 1 мг нитрифицированного аммиачного азота). Недостаток щелочности приводит к снижению pH, что подавляет нитрификацию. | 1. Недостаточная щелочность: добавьте бикарбонат натрия. Избегайте добавления извести (она может вызвать образование накипи и засорение мембранных модулей). 2. Проводите регулярный, ежедневный мониторинг. Увеличьте частоту мониторинга в периоды активной нитрификации. |
| Температура воды | Оптимальная температура: 15–35 °C; 10–15 °C: эффективность обработки снижается; <10°C: эффективность резко падает, нитрификация практически прекращается. |
Влияет на микробную активность. Низкие температуры замедляют микробный метаболизм, снижая биохимическую эффективность. | 1. Низкая температура (<15°C): увеличить концентрацию взвешенных твердых веществ в иле до 10 000–12 000 мг/л, увеличить время удержания осадка до 25–30 дней, увеличить содержание растворенного кислорода в аэробной зоне до 3.0–4.0 мг/л, рассмотреть возможность добавления источника углерода. 2. Высокая температура (>35°C): увеличить аэрацию, снизить концентрацию взвешенных твердых веществ в активном иле для предотвращения старения осадка. 3. Обеспечьте теплоизоляцию резервуара (зимой), избегайте резких перепадов температуры. |
| Соотношение C/N (углерод к азоту) | ≥4 (для денитрификации); Для высокой потребности в денитрификации: ≥5 |
Денитрифицирующим бактериям необходим достаточный источник углерода (органическое вещество) для завершения процесса денитрификации. Недостаток углерода приводит к превышению общего содержания азота. | 1. Соотношение C/N <4: добавить внешний источник углерода (ацетат натрия, глюкозу) выше по течению от анаэробной зоны. Предпочтительнее использовать ацетат натрия (высокая скорость утилизации, отсутствие вторичного загрязнения). 2. Избегайте чрезмерного добавления углерода, так как это может увеличить ХПК в аэробной зоне и ускорить загрязнение мембраны. |
IV. Параметры возврата и сброса осадка
| Параметр | Диапазон регулирования | Значение | Принципы и меры предосторожности при адаптации |
|---|---|---|---|
| Коэффициент возврата осадка (внешний возврат) | 100% - 200%; Для денитрификации/низкотемпературного процесса: 150% – 200%; Для промышленных сточных вод: можно регулировать в диапазоне 200% – 300%. |
Возвращает осадок, удерживаемый мембранным резервуаром, в биореактор, поддерживая стабильную концентрацию взвешенных твердых веществ в биореакторе и пополняя общую микробную массу. | 1. Слишком низкий уровень: недостаточное содержание взвешенных твердых веществ в биореакторе, снижение эффективности разложения. 2. Слишком высокая концентрация: увеличивает потребление энергии и может переносить нитраты из мембранного резервуара в анаэробную зону, препятствуя высвобождению фосфора. 3. Регулировка: контролируется скоростью потока обратного насоса. Регулировка должна производиться постепенно в зависимости от изменений концентрации взвешенных твердых частиц в активном иле, избегая резких и значительных изменений. |
| Коэффициент внутренней возвратной способности (рециркуляция нитратов) | 200% - 400%; Для высокой потребности в денитрификации: 400% – 500% |
Возвращает нитрифицированную жидкость (содержащую нитраты) из аэробной зоны в аноксическую зону, обеспечивая нитратами денитрифицирующие бактерии и гарантируя удаление азота. | 1. Слишком низкий уровень: недостаточное поступление нитратов, неполная денитрификация, превышение общего содержания азота. 2. Слишком высокая концентрация: увеличивает потребление энергии и может переносить кислород из аэробной зоны в аноксическую, подавляя процесс денитрификации. 3. Корректировка: корректировка производится на основе общей концентрации азота в сточных водах. Увеличьте коэффициент внутренней возвратной циркуляции, если общая концентрация азота превышает допустимый предел. |
| Сброс осадка сточных вод | Непрерывный сброс с низким расходом; Объем сброса: регулируется временем удержания ила (SRT). Суточный объем сброса = Общая масса ила в биореакторе ÷ SRT. |
Удаляет из системы отложенный осадок и неорганические примеси, поддерживая стабильные значения MLSS и SRT. Также удаляет из системы организмы, накапливающие фосфор, для достижения эффективного удаления фосфора. | 1. Строго избегайте длительных периодов без сброса осадка: это приводит к старению осадка, ускоренному загрязнению мембран и потенциальному превышению допустимого уровня общего фосфора/общего азота. 2. Строго избегайте больших периодических сбросов осадка: они вызывают резкие колебания концентрации взвешенных твердых веществ в активном иле, что влияет на биохимическую эффективность и работу мембран. 3. Точка сброса: дно мембранного резервуара (где удерживается осадок с высоким содержанием фосфора). После сброса необходимо контролировать концентрацию взвешенных твердых веществ в активном иле и соответствующим образом корректировать объем сброса. |
V. Краткое описание основных принципов управления параметрами
-
Контроль за образованием осадка: Необходимо поддерживать высокую концентрацию взвешенных твердых веществ в активном иле (8,000–12,000 мг/л), длительное время удержания осадка (15–30 дней), стабильные значения SV30 и SVI, а также избегать вспучивания или старения осадка.
-
Управление мембранной системой: Используйте прерывистое всасывание (например, 7 мин. включения, 1-3 мин. выключения), 24-часовую промывочную аэрацию, строго контролируйте трансмембранное давление (целевое значение <15 кПа), проводите регулярную очистку и предотвращайте загрязнение мембраны.
-
Контроль биохимической среды: Поддерживайте содержание растворенного кислорода в аэробных средах на уровне 2.0–3.5 мг/л, строго контролируйте содержание растворенного кислорода в аноксических/анаэробных зонах, pH в пределах 6.5–8.0, щелочность ≥100 мг/л и соотношение C/N ≥4.
-
Контроль возврата и сброса осадка: Для поддержания баланса системы необходимо поддерживать коэффициент возврата на внешнем уровне в пределах 100–200%, коэффициент возврата на внутреннем уровне в пределах 200–400% и непрерывно сбрасывать отработанный осадок с низкой скоростью потока.