高速公路服务区污水处理MBR无人值守离线清洗技术的应用

罗 凯

（山西省交通新技术发展有限公司，山西 太原 030012）

0 引言

随着环保理念的不断深入，高速公路服务区的污水处理设备也不断完善。同时受限于服务区地处偏远无法接入城市污水管网，多数污水经过处理后需要满足冲厕、绿化、场地冲洗等应用环境的需求以避免造成环境危害，对产水的指标要求较高。故MBR（Membrane Bio-Reactor，膜生物反应器）工艺凭借其产水稳定、水质好、便于自动化控制等优势近年来被广泛运用于高速公路服务区污水处理[1]。

MBR工艺是由膜分离技术与生物处理技术有机结合的废水处理工艺，该工艺以膜组件取代传统生物处理技术末端的二沉池，同时在反应器中保持较高的活性污泥浓度以提高水处理有机负荷，进而大幅减少了污泥的排放量并在一定程度上降低了日常维护的频率。但是，由于较大的系统污泥浓度和物理性质的膜分离原理，不论采用何种材质的膜材料均无法避免膜污染的出现，在必要的情况下，需要对膜组件进行清洗以恢复其处理能力。由于该过程涉及的技术工作较多需要技术人员现场操作，该操作对于中大型的污水处理厂易于实现，但在高速公路服务区这种小型水处理站则性价比较低，主要表现在技术人员到场的服务费、差旅费占比过高，同时随着站点数量的上升也会出现技术力量不足的情况，故实现MBR膜无人值守离线清洗对于高速公路服务区的污水处理设备管理具有较大的意义。

1 MBR膜无人值守离线清洗技术

实现MBR膜无人值守离线清洗主要包括水处理设备优化和自动化运行逻辑优化两个部分。

1.1 水处理设备优化

实现MBR膜无人值守离线清洗首先需要对水处理设备进行优化以便自动控制系统能够准确地识别各组件状态并操控指定设备完成工作，同时完善药液加注口及标志标牌等方便现场人员操作。改进后的设备工作流程见图1。

图1 实现MBR膜无人值守离线清洗的改进工艺

污水经过一系列的前段处理工艺后进入MBR池，MBR池中设置多种传感器，应包括液位变送器和污泥浓度传感器。液位变送器可实时显示膜池液位，方便远程控制；污泥浓度传感器可帮助技术人员远程判断污泥的处置方法。同时，MBR池设置回流外排系统，通过电动三通阀控制污泥去向，日常运行的情况下污泥直接回流至前段，在离线清洗模式下可根据需要远程控制电动阀将污泥排至污泥池，同时该部分管路也具备外排功能，可将清洗结束后的药液排至应急池方便后续处理。加药采取加药器加药或注药口加药方式，管理人员可将清洗药液储存于加药器中待清洗时直接定量加入使用，也可按照技术人员的计算用量委托运输公司将药液运至现场并由注药口注入膜池，该过程不需要技术人员到场参与，仅需运输人员将药品倾泻于指定注药口。最后，由清水池通过在线反洗管路将清水注入膜池以稀释药液达到目标浓度。

1.2 自动化运行逻辑优化

MBR工艺一般采用水泵提升的方式控制反应器内污水的流动，相比传统沉淀池式的工艺需要更严谨的控制逻辑，一般情况下均采用PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）进行控制[2]。PLC具有很强的扩展性能和逻辑编程能力，在编入相关控制逻辑后，能够精准地实现无人值守条件下设备的各种运行模式，离线清洗也基于该模式实现（见图2）。

图2 实现MBR膜无人值守离线清洗的逻辑控制

PLC可设置远程管理模块激活离线反洗模式或由现场人员手动激活，PLC进入该模式后随即停止曝气及进出水，使设备进入静置状态，主要目的为防止设备继续工作破坏清洗环节，同时沉淀膜池污泥以便下阶段操作，该阶段静置时间30 min；随后PLC打开水泵进行污泥回流或外排，可根据实际需要调节阀门将污泥外排至浓缩池或前段反应器，液位变送器显示低液位后表示膜池已经排空可进入下一环节；开启清水泵向膜池注入清水达到液位后停止，同时开启加药泵或由注药口注入药剂，保持静置，静置时间按照膜产品特点确定；达到预设时间后开启外排泵，排出膜池内药液至低液位；最后恢复运行，开始产水。

2 实用效果

MBR膜的清洗周期一般在1个季度左右，根据膜实际的污染情况可适当延长或缩短，判断膜是否已经污染并需要进行离线清洗的标志是膜压力。MBR膜在产水时需要自吸泵进行抽吸，在抽吸过程中位于自吸泵和膜之间管路的真空度即是膜压力。在一般的应用环境中，当前膜压力超出膜初始状态压力0.03 MPa以上则说明膜污染严重，继续运行会导致产水不足甚至系统损坏。以山西省某高速干线服务区的污水处理设备为例，该站点设计日处理能力为120 m3/d，采用AO+MBR工艺，在为期1年的运行维护中，采用了常规离线清洗和无人离线清洗的方式进行试验，并得出该站点膜设备在清洗完毕后最佳状态下的日平均膜压力为0.35 MPa，在日平均膜压达到或接近0.65 MPa时进行停机离线清洗。按照运维管理的设计及预算要求，年度离线清洗的次数不应大于4次，即每次清洗的时间间隔应大于90 d。在进行完1次无人值守的离线清洗后，对膜压力进行了为期90 d的跟踪（见图3），最终的膜压力低于0.65 MPa，说明采用无人值守方式进行离线清洗的效果可满足设备运行维护需要。

图3 某站点无人值守离线清洗后膜系统压力变化

3 意义分析

传统的MBR膜离线清洗方式常采用水枪冲洗膜丝表面然后用药液浸泡的方式，该方法可很好地恢复膜通量以提高污水处理效率。在实际使用中发现，采用传统膜清洗的方式相比无人值守的方式在清理深度和最终效果上虽然依旧存在一定优势，但实际已非常接近，均可达到90 d以上的清洗周期。由于无人值守的清洗方式在一定程度上节约了人员技术费用及交通费，致使其在缩短清洗周期并增加清洗次数后依然有优于传统清洗方式的费用优势。同时，采用无人值守的清洗方式缩短了膜清洗的准备周期，应对膜污染的响应速度更快、效率更高，对未来全面实现高速公路服务区污水处理站的无人值守运行管理具有较强的实用意义。

4 结语

MBR膜工艺应用于小型分散式污水处理时，虽然在水质、占地、可靠性上有着巨大的优势，但由于其较高的维护成本和定期离线清洗的需求在很大程度上提高了维护的技术难度，导致其在实用过程中的评价褒贬不一，也致使该工艺的推广一再受阻。通过对现有工艺的优化和实际应用情况的分析，MBR工艺完全可以通过更完善的自动化控制和远程管理实现离线清洗的无人值守，克服离线清洗的技术难度后，MBR工艺基本摆脱了现场管理的技术门槛，运维费用也进一步降低，成为高速公路服务区高品质污水处理和中水回用环保工程的优选工艺。