【摘要】本文介紹了一體化超聲波膜反應(yīng)器的原理及系統(tǒng)構(gòu)成，重點(diǎn)突出了臺(tái)達(dá)機(jī)電產(chǎn)品在一體化超聲波膜反應(yīng)器上的整合應(yīng)用。

【Abstract】This paper introduces the system principle and structure of integral ultrasonic membrane reactor.

【關(guān)鍵詞】一體化超聲波膜反應(yīng)器；PLC；人機(jī)界面

【Keywords】integral ultrasonic membrane reactor; PLC; interface

“一體化超聲波膜生物反應(yīng)器”是超聲波污水處理設(shè)備，是水源保護(hù)、城鎮(zhèn)節(jié)水、中水回用和水污染防治工程的理想環(huán)保裝備，主要適用于普通有機(jī)廢水產(chǎn)業(yè)，如市鎮(zhèn)生活廢水、機(jī)關(guān)院校、車站碼、食品業(yè)、醫(yī)院、油田、屠宰業(yè)、機(jī)械電子加工、造紙印刷業(yè)、石化行業(yè)、旅游度假風(fēng)景區(qū)、賓館飯店業(yè)與生活小區(qū)等；COD值高的廢水處理行業(yè)，如垃圾滲透液、印染、乳化油廢水、輪渡碼頭油污水；特性多變廢水之處理行業(yè)，制藥行業(yè)、化工生產(chǎn)行業(yè)。

1  一體化設(shè)備工藝原理

一體化超聲波膜生物反應(yīng)器是利用化學(xué)沉淀（氫氧化鈉沉淀鐵和鋅等）和膜分離技術(shù),并采用中空纖維膜（hollow fiber membrane）取代活性污泥法中的二沉池，進(jìn)行固液分離，有效地達(dá)到了泥水分離的目的。中空纖維膜是一種外形象纖維狀，具有自支撐作用的膜，是非對(duì)稱膜的一種，其致密層可位于纖維的外表面，如反滲透膜，也可位于纖維的內(nèi)表面，如微濾膜，納濾膜和超濾膜。對(duì)氣體分離膜來(lái)說(shuō)，致密層位于內(nèi)表面或外表面均可。

一體化超聲波膜生物反應(yīng)器（LC.CMBR）是在普通MBR技術(shù)的基礎(chǔ)上，首創(chuàng)性地與超聲波清洗技術(shù)相結(jié)合，利用超聲波清洗技術(shù)對(duì)MBR的膜組件進(jìn)行在線清洗，減少膜的反沖洗頻率和清洗藥劑的用量，從而大大延長(zhǎng)了膜組件的壽命，并降低了運(yùn)行成本。

2  設(shè)備工藝流程

圖1 工藝流程圖

3  設(shè)備工藝說(shuō)明

某公司切割車間的污水由總管匯集后，經(jīng)初沉淀，去除大的固體懸浮物后，再通過(guò)調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)每小時(shí)變化的水量均勻水質(zhì)，以保護(hù)后續(xù)的污水處理設(shè)備處于安全運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，避免管道泵閥堵塞。

客戶調(diào)節(jié)池的污水通過(guò)污水提升泵，進(jìn)入一體化超聲波膜生物反應(yīng)器的堿性沉淀池，該池安裝有PH儀表控制蠕動(dòng)泵向槽內(nèi)加堿（蠕動(dòng)泵的工作原理好比用手指夾擠一根充滿流體的軟管，隨著手指向前滑動(dòng)，管內(nèi)流體向前移動(dòng)，蠕動(dòng)泵由滾輪取代了手指，通過(guò)對(duì)泵的彈性輸送軟管交替進(jìn)行擠壓和釋放來(lái)泵送流體），并且該槽底部有氣流攪拌。

然后，流到PAC（聚氯化鋁）槽進(jìn)一步沉淀，該槽底部有氣流攪拌，并有蠕動(dòng)泵向槽內(nèi)加PAC(聚合氯化鋁)。再流入PAM槽，該槽底部也有氣流攪拌，并由蠕動(dòng)泵向槽內(nèi)加PAM(聚丙烯酰胺)。

接下來(lái)，污水流經(jīng)一個(gè)緩沖槽，讓絮體成型，再流到豎流沉淀池。

從豎流沉淀池流到膜池，污水通過(guò)自吸泵、膜組件的超濾作用后，清水流入澄清水槽（即中水槽），清水槽的清水可以回用（多余的中水達(dá)標(biāo)排放），其中回用水槽的一部分清水可用作膜組件反沖洗過(guò)程中的反沖洗備用水。

膜生物反應(yīng)槽上的膜組件的上端安裝有總吸水口和總曝氣口?？偲貧饪谘仄貧饪偣芡ǖ礁鞣种貧饽な鴥?nèi)下部，保證曝氣膜束可鼓形張開，在用于膜生物反應(yīng)器時(shí)可提高溶氧效率，有利于好氧菌(亦稱需氧菌、需氧微生物。在有氧環(huán)境中生長(zhǎng)繁殖，氧化有機(jī)物或無(wú)機(jī)物的產(chǎn)能代謝過(guò)程，以分子氧為最終電子受體，進(jìn)行有氧呼吸，包括大多數(shù)細(xì)菌、放線菌和真菌)吸附膜絲消化分解有機(jī)物。膜組件經(jīng)約15~40min過(guò)濾后，會(huì)有小部分活性污泥、細(xì)菌分泌物和膠體堵塞膜組件上的微孔，使真空壓力表壓力升高，當(dāng)壓力升高到0.06~0.08MPa時(shí)，需對(duì)膜絲進(jìn)行超聲波在線清洗和反沖洗。

本機(jī)設(shè)計(jì)了40kHz/100W和122kHz/100W雙頻超聲波定時(shí)清洗控制系統(tǒng)，并使振板按50~150mm/s的速度進(jìn)行超聲波上下定時(shí)掃描清洗。先用40kHz/100W超聲波通過(guò)空化作用清洗膜絲，去除、粉碎、分散膜絲表面和微孔外表面的膠體和較小顆粒堵塞物，然后再用120kHz高頻超聲波的熱解和自由基（.OH）效應(yīng)及傳質(zhì)觸變效應(yīng)，氧化、分解去除微孔內(nèi)的膠體和細(xì)菌分泌物，使膜絲恢復(fù)膜通量。另外由于將振板設(shè)計(jì)為“V”型裝置，通過(guò)超聲波的振動(dòng)傳質(zhì)作用將微氣泡聚焦于膜絲，進(jìn)一步提高了空氣中的曝氣溶氧率，使超聲波膜生物反應(yīng)器提高消化有機(jī)物的效率；此外，由于超聲波膜生物反應(yīng)器時(shí)間愈長(zhǎng)活性污泥濃度MLSS越來(lái)越大，處理的負(fù)荷減小，而污泥齡很長(zhǎng) (污泥齡是指在反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)，微生物從其生成到排出系統(tǒng)的平均停留時(shí)間，也就是反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)的微生物全部更新一次所需的時(shí)間)，從而大大降低了設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用，并節(jié)省占地面積。

4  結(jié)構(gòu)配置設(shè)計(jì)參數(shù)

該設(shè)備是一臺(tái)全自動(dòng)處理切割廢水的一體化設(shè)備，主要由化學(xué)處理單元、液體輸送系統(tǒng)、膜處理系統(tǒng)、超聲波掃描機(jī)構(gòu)、超聲波在線清洗裝置，以及各種傳感器和自動(dòng)控制系統(tǒng)組成。其中，化學(xué)處理單元由空氣攪拌，蠕動(dòng)泵加藥；PH調(diào)節(jié)由PH儀表監(jiān)測(cè)；液體輸送全部為sus304不銹鋼泵。

膜處理系統(tǒng)采用歐梅塞爾FLEXELL-20膜組件3套，并且具有曝氣裝置，自動(dòng)抽吸和反沖洗裝置，抽吸壓力和反沖洗壓力監(jiān)測(cè)裝置。

超聲波掃描機(jī)構(gòu)掃描順暢，速度可以調(diào)整，軌道為不銹鋼。

超聲波發(fā)生器，工作穩(wěn)定，有功率指示。

表1 控制系統(tǒng)電氣設(shè)備清單

5  設(shè)備操作原理

一體化超音波膜生物反應(yīng)器采用三相五線380V電源輸入。接好電源并有良好接地保護(hù)后，打開電箱空氣開關(guān)，再用鑰匙打開界面右方旋鈕，啟動(dòng)電源；旋鈕下方紅色按鈕為急停按鈕，用于機(jī)器故障急停。

上電后，點(diǎn)擊歡迎畫面，輸入正確密碼；

進(jìn)入選擇畫面，有自動(dòng)畫面、手動(dòng)畫面、報(bào)警畫面、監(jiān)視畫面，時(shí)間設(shè)定和功能選擇六個(gè)按鈕，點(diǎn)擊相應(yīng)的按鈕可進(jìn)入相應(yīng)畫面。

點(diǎn)擊“自動(dòng)畫面”進(jìn)入，如圖2所示，畫面除有自動(dòng)運(yùn)行啟動(dòng)、停止外，還有“監(jiān)控畫面”按鈕，點(diǎn)擊可進(jìn)入整機(jī)監(jiān)控畫面對(duì)機(jī)器運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

圖2 自動(dòng)操作界面

圖3 整機(jī)監(jiān)控界面

手動(dòng)畫面可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器的手動(dòng)操作；為安全考慮，機(jī)器動(dòng)作有諸多保護(hù)，在允許的正確的狀態(tài)下按各按鈕才有效。如自吸泵必須在自吸閥打開的前提下才能打開，關(guān)閉自吸閥前必須先關(guān)自吸泵。反沖泵、反沖閥和污泥泵、污泥閥也是一樣。其他可單獨(dú)啟動(dòng)。另還有一個(gè)“查看運(yùn)行”按鈕，點(diǎn)擊也可進(jìn)入整機(jī)監(jiān)控畫面對(duì)機(jī)器運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

圖4 手動(dòng)操作界面

報(bào)警畫面在機(jī)器報(bào)警時(shí)可查看詳細(xì)當(dāng)前報(bào)警信息，按報(bào)警信息進(jìn)行相應(yīng)的處理。

圖5 報(bào)警信息界面

點(diǎn)擊“時(shí)間設(shè)定”按鈕進(jìn)入時(shí)間設(shè)定畫面，可對(duì)各個(gè)時(shí)間根據(jù)工藝要求進(jìn)入設(shè)定。

圖6 時(shí)間設(shè)定界面

通過(guò)“功能選擇”可對(duì)兩提升泵進(jìn)行選擇，機(jī)器默認(rèn)狀態(tài)是提升泵1，說(shuō)明機(jī)器在自動(dòng)運(yùn)行過(guò)程中是提升泵1在工作，可在提升泵1和提升泵2之間進(jìn)行選擇；手動(dòng)狀態(tài)不受這個(gè)選擇控制。

點(diǎn)擊密碼修改按鈕進(jìn)行密碼修改畫面，如圖7所示。

圖7 密碼修改界面

6   配電系統(tǒng)供電設(shè)計(jì)

該項(xiàng)目中，配電系統(tǒng)的供電電源為功率小于等于10kW(P<=10kW)/~380V/50Hz，由建設(shè)單位低壓配電所引至污水處理站配電柜，負(fù)荷等級(jí)為三級(jí)；污水處理站的配電系統(tǒng)采用三相五線制，電纜采用防水電纜穿管敷設(shè)。

動(dòng)力配電及電纜敷設(shè)：污水處理設(shè)施設(shè)配電柜分別給各動(dòng)力設(shè)備供電；電力控制電纜選用BVV型防水電纜（BVV電纜全稱銅芯聚氯乙烯絕緣聚氯乙烯護(hù)套圓型護(hù)套線，又稱輕型聚氯乙烯護(hù)套電纜，俗稱硬護(hù)套線，是護(hù)套線的一種）；控制電纜選用KVV型，KVV聚氯乙烯絕緣聚氯乙烯護(hù)套（銅芯）控制電纜，K控制之意，適應(yīng)于交流額定電壓450/750及以下的控制、監(jiān)控回路、保護(hù)線路等場(chǎng)所。KVV聚氯乙烯絕緣聚氯乙烯護(hù)套（銅芯）控制電纜：使用導(dǎo)體長(zhǎng)期允許溫度70℃，使用交流電壓450/750V。BVV：聚氯乙烯絕緣聚氯乙烯護(hù)套固定布線用電纜，額定電壓450/750V，導(dǎo)體長(zhǎng)期運(yùn)行使用溫度為70℃，從電纜的制造角度來(lái)說(shuō)，兩種電纜的材料選用是一樣的，因此，KVV電纜的規(guī)格與BVV是一樣的，完全可以替代。但是， BVV是3C產(chǎn)品是國(guó)家強(qiáng)制性認(rèn)證的，雖然從使用角度來(lái)看KVV是完全可以替代的，但對(duì)于某些場(chǎng)合下，用KVV代替BVV不符合要求。此外，電纜經(jīng)PVC軟套管穿管敷設(shè)。振板采用PVC履帶軟套管防水電纜。

接地與防雷：利用建筑物的基礎(chǔ)鋼筋作自然接地體，或安裝人工接地極，接地電阻應(yīng)小于10歐姆；建筑物用避雷帶和短避雷計(jì)作防雷保護(hù)。

測(cè)量及自動(dòng)控制系統(tǒng)：利用液位控制器控制各池泵的運(yùn)行。采用手動(dòng)及自動(dòng)兩檔控制系統(tǒng)，膜池和調(diào)節(jié)池安裝液位控制器，液位過(guò)低和過(guò)滿的控制均接入PLC，異常情況實(shí)現(xiàn)緊急停車并報(bào)警；利用PLC可編程控制器控制曝氣系統(tǒng)，控制各反應(yīng)池的運(yùn)行以及全操作過(guò)程，既可全自動(dòng)操作，也可手動(dòng)操作；所有超聲波系統(tǒng)、泵電機(jī)、風(fēng)機(jī)、氣動(dòng)閥、曝氣系統(tǒng)、污泥循環(huán)、過(guò)濾系統(tǒng)可單獨(dú)控制，并有狀態(tài)顯示；配有獨(dú)立的配電箱，電路方面進(jìn)行功能分塊，強(qiáng)電、弱電分塊，以便于維護(hù)；排水口采用水表監(jiān)視排水量。

7  總結(jié)

該一體化超聲波膜反應(yīng)器污水處理設(shè)備具有友好的人機(jī)界面，達(dá)到了用戶應(yīng)用要求，也在實(shí)踐中切實(shí)解決了用戶的問(wèn)題，總體實(shí)施效果滿意。

作者簡(jiǎn)介：

李鐵成，,男，1974年4月出生，畢業(yè)于哈爾濱工程大學(xué)，工業(yè)自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)任中達(dá)電通股份有限公司工業(yè)控制系統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)處任高級(jí)應(yīng)用工程師，負(fù)責(zé)臺(tái)達(dá)機(jī)電產(chǎn)品的系統(tǒng)方案整合，具有9年臺(tái)達(dá)機(jī)電自動(dòng)化行業(yè)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。