基于超滤膜技术的生活污水处理系统设计

顾益民，季禹

（南通航运职业技术学院轮机工程系，江苏南通 226010）

基于超滤膜技术的生活污水处理系统设计

顾益民，季禹

（南通航运职业技术学院轮机工程系，江苏南通 226010）

文章对超滤膜技术的原理及其特点等进行了阐述，并就超滤膜技术处理生活污水进行了系统设计，以减少废水排放，保护环境。

超滤膜；生活污水；处理

0 引言

超滤是一种膜分离技术，能够将溶液净化、分离或者浓缩。其膜孔径范围一般为0.05μm-1nm，能从溶液中分离大分子物质（如细菌）和胶体。超滤膜采用耐化学性好的聚偏氟乙烯（PVDF）为原材料，能够耐受酸、碱、氧化剂等化学药剂的清洗，填充率高，过滤面积大，抗污染能力强，有很好的机械性能，反复多次进行气洗、水洗的情况下都不会出现断丝现象，寿命长，而且高通量，低能耗，在进行有效的清洗后，通量恢复性好。[1]由于膜表面均匀分布非常细小的微孔，使得膜丝的过滤精度高，出水水质也稳定。将超滤膜以一定的形式组装在一个基本单元设备内构成超滤膜组件，在一定驱动力作用下，可完成混合物中组分的分离。膜分离过程是一种纯物理过程，目前已成为生活污水处理过程中性价比优势显著的新型分离技术。为了提高污水处理的效果，污水处理实现自动化控制是关键，本文就超滤膜技术处理生活污水系统进行设计。

1 基于超滤膜技术的生活污水处理系统设计方案

超滤系统的设计主要是根据水质的具体情况及要求的产水流量、产水水质去选择膜材质、强度、透水及截留性能以及膜的产水压力要求等，并且进行合理的连接，制定合理有效的系统工艺流程，从而使超滤膜能最大限度地发挥其功能，并能有效地维持系统长期稳定的运行。

本系统主要由压缩空气、循环水系统、反冲水系统、膜装置、控制系统等组成，其组成框图如图1所示。现场仪表的选择为：压缩空气系统中储气罐的压力表PIC选电接点压力表；循环水罐LIT液位指示选液位变送器（压力变送器）；循环水泵输出管道压力PIC选电接点压力表；反冲水罐LIT液位指示选压力变送器；反冲水泵输出管道压力PIC选电接点压力表；管道流量计选浮球流量计；PD-1到PD-8选气动切断阀。

工艺过程：将生活污水收集到污水计量槽，当污水计量槽液位达到一定高度时进行自动处理。处理过程：首先通过格栅去除水中粗大的悬浮物和杂物，以保护后续处理设施能正常运行，然后通过污水泵将污水计量槽的污水输送至膜生物反应器内，进行一段时间的处理后，把部分清水排放到清水池，浓污水回到污水计量槽，进行循环处理；再经过一段时间把进水阀和出水阀关闭，开启空压机对膜生物反应器内的污水进行曝气，去除水中的氨氮，当达到回用水水质标准后，再排放到清水池内。超滤装置在运行过程中，由于膜的截留作用，部分被截留物会附着在膜表面上，甚至膜孔也会被更为细小的被截留物堵塞而使膜的透水速率下降，水中极少量的杂质也会因日积月累而使膜的分离性能逐渐受到影响。[2]因此，为了维持膜透水速率的稳定，超滤系统需要建立清洗措施，本系统采用反向冲洗法，就是从膜的背面（多孔支撑层）向正面（致密层）进行冲洗。

图1 基于超滤膜技术的生活污水处理系统框图

2 系统功能的实现

2.1 补水功能

由于在气冲和水冲过程中，会造成一定的水损耗，通过PLC判断循环水桶的水位（LT101）和控制进水电磁阀（K1）来对循环水实现补水的功能。

2.2 自动冲洗功能

（1）水冲（5分钟）。冲洗水量为2.5m3/h（通过调节手动阀门来控制冲洗水强度）。控制过程：开循环水泵P101，开进水阀PD-7，开浓水排空阀PD-5，将膜壳内化石粉冲洗干净后进入产水阶段。

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（2）产水（10分钟）。产水量为2m3/h（通过调节手动阀门来控制水量）。控制过程：开循环水泵P101，开进水阀PD-7，关闭浓水排空阀PD-5，开净水出水阀PD-2，开浓水出水阀PD-4，开始正常产水。

（3）气冲。气量为4m3/h（通过调节手动阀门来控制曝气量），气冲时间为40s。控制过程：待产水时间到后，关闭进水阀PD-7，关闭循环水泵P101，待进水阀PD-7关到位后，打开浓水出排空PD-5、关闭净水出水阀PD-2、关闭浓水出水阀PD-4，待三只阀门到位后，打开气冲阀PD-6开始气冲，并开始计时。

（4）水反冲洗。水反冲洗水量为2.5m3/h（通过调节手动阀门来控制冲洗水强度），反冲洗冲时间为40s（时间可以设定）。控制过程：气冲时间到后，关闭气冲阀PD-6，开启冲洗水泵P201、水冲阀PD-3，待阀门开到位、冲洗水泵开启后开始计时。

（5）排放。排放时间：20S（时间可以设定）。控制过程：反冲洗结束后，关闭水冲阀PD-3，关闭冲洗水泵P201，打开浓水排空阀PD-5，打开下排水阀PD-8，开始排放计时。

（6）继续产水。回到产水步骤，然后进行循环控制。

2.3 回水阀自动控制功能（控制反冲洗水罐水位）

PLC程序通过判断反冲洗水罐的水位（LT201）和控制进回水阀（PD-1）来对冲洗水罐的水位实现自动控制的功能。

3 控制系统的实现

3.1 可编程控制系统

为了满足上面提到系统功能控制要求，采用ABB公司的PM554-T可编程控制器。其有128KB程序内存，带8DI、6DO（晶体管输出），供电电压24V DC。[3]本系统选用1个TA562-RS COM2扩展接口，2个AX561（4通道模拟量输入/2通道模拟量输出模块），2个DX561（16通道输入/输出模块自定义）。控制系统测点及输入和输出点分配如表1所示，系统控制流程如图2所示。

表1 控制系统测点及输入和输出点分配表

图2 系统控制流程图

3.2 触摸屏

MCGS TPC1062KS触摸屏是一套以嵌入式低功耗CPU为核心（ARM CPU，主频400MHz）的高性能嵌入式一体化触摸屏。该产品设计采用了7英寸高亮度TFT液晶显示屏（分辨率800×480），四线电阻式触摸屏（分辨率1 024×1 024），自带MCGS组态软件（嵌入版）。MCGS嵌入版采用全中文、可视化、面向窗口的开发界面，以动画显示、报警处理、流程控制和报表输出等多种方式向用户提供解决实际工程问题。[4]针对本系统，笔者构造了运行系统的图形界面，如图3所示。其控制包括补水系统、冲洗系统以及回水系统的控制，具体如下：

图3 系统触摸屏控制界面

（1）补水系统。补水系统包括手动补水及自动补水功能两种。手动补水功能是指将触摸屏控制面板上的补水控制阀点到“手动控制”位置，然后点击电磁阀K1的“阀控”按钮，即可控制补水电磁阀的开关。自动补水功能是在触摸屏的控制面板上点击“参数设定”，然后在“循环水罐补水控制”栏设置好循环水罐水位的上下限，点击“流程图”进入操作画面，将循环水罐补水控制阀K1点到“程控自动”，系统将进行自动补水。

（2）冲洗系统。在冲洗系统开启前先开启空气压缩机，设置空气压缩机的输出压力为下限0.4Mpa、上限0.5Mpa，并且将空气压缩机的出气阀门打开，将超滤膜组件气动阀门的总进气阀和气冲时系统的进气手动阀打开。冲洗系统包括手动冲洗及自动冲洗功能两种。手动冲洗功能是将触摸屏控制面板上的“步序控制”点到“手动控制”位置，可根据工艺流程对此系统的任意一台设备进行手动控制。自动冲洗功能是点击“参数设定”，对“流程步序程序控制”中各个过程的运行时间根据工艺要求进行设定，进入“流程图”操作画面，将触摸屏控制面板上的“步序控制”点到“程控自动”位置，然后点击下方的“自动启动”即可进行自动控制。

（3）回水系统。回水系统包括手动及自动回水功能两种。手动回水功能是将触摸屏控制面板上的回水控制阀点到“手动控制”位置，然后点击气动阀PD-1的“阀控”按钮，即可控制回水气动阀的开关。自动回水功能是在触摸屏的控制面板上点击“参数设定”，然后在“反冲洗水罐水位控制”栏设置好反冲洗水罐水位的上下限，点击“流程图”进入操作画面，将反冲洗水罐水位控制阀PD-1点到“程控自动”，系统将进行自动补水。

4 结束语

本系统经调试后成功运行，实现了系统各功能。实践证明，超滤膜技术在生活污水处理回用系统中处理后的水质得到改善，减少了外排废水，环保效益十分明显。

[1]李琳琳.超滤技术在水处理中的应用研究[J].安全与环境工程,2010(6):7-9.

[2]李振.PVDF/PVP改进超滤膜用于城市污水再生时的膜清洗方式与调控试验研究[J].水处理技术，2013(2):70-72.

[3]王树东.ABB PLC与组太王6.53在污水处理厂中的应用[J].电气自动化，2012(4):70-72.

[4]宋宝海.S7-200与MCGS触摸屏在恒温加热炉中的应用[J].新疆有色金属，2013(1):212-213.

The Design of the Domestic Sewage Treatment System Based on Ultrafiltration Technology

GU Yi-min，JI Yu
（Dept.of Marine Engineering,Nantong Vocational&Technical Shipping College，Nantong 226010，China）

Based on an introduction of the principles and characteristics of the ultrafiltration technology,this article attempts to design the domestic sewage treatment system based on this technology so as to reduce the discharge of water and protect the environment as well.

Ultrafiltration membrane;Domestic sewage;Treatment

X703

A

1671-9891（2014）03-0035-04

10.3969/j.issn.1671—9891.2014.03.010

2014-03-25

2012年江苏省交通科学研究计划项目“基于超滤膜技术的环保型内河船舶生活污水排放系统设计”（项目编号：2012C07-1）；2013年江苏省交通科学研究重大项目“内河船舶生活污水综合处理技术应用”（项目编号：2013Y02）。

顾益民（1965—），男，江苏南通人，南通航运职业技术学院轮机工程系副教授。