【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，重點突出了臺達(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。對氣體分離膜來說，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，從而大大延長了膜組件的壽命，并降低了運行成本。

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，再通過調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)每小時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儀表控制蠕動泵向槽內(nèi)加堿（蠕動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，管內(nèi)流體向前移動，蠕動泵由滾輪取代了手指，通過對泵的彈性輸送軟管交替進(jìn)行擠壓和釋放來泵送流體），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，并由蠕動泵向槽內(nèi)加PAM(聚丙烯酰胺)。

接下來，污水流經(jīng)一個緩沖槽，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)境中生長繁殖，氧化有機(jī)物或無機(jī)物的產(chǎn)能代謝過程，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過濾后，會有小部分活性污泥、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，需對膜絲進(jìn)行超聲波在線清洗和反沖洗。

本機(jī)設(shè)計了40kHz/100W和122kHz/100W雙頻超聲波定時清洗控制系統(tǒng)，并使振板按50~150mm/s的速度進(jìn)行超聲波上下定時掃描清洗。先用40kHz/100W超聲波通過空化作用清洗膜絲，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)計為“V”型裝置，通過超聲波的振動傳質(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)器時間愈長活性污泥濃度MLSS越來越大，處理的負(fù)荷減小，而污泥齡很長 (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間)，從而大大降低了設(shè)備的運行費用，并節(jié)省占地面積。

4  結(jié)構(gòu)配置設(shè)計參數(shù)

該設(shè)備是一臺全自動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控制系統(tǒng)組成。其中，化學(xué)處理單元由空氣攪拌，蠕動泵加藥；PH調(diào)節(jié)由PH儀表監(jiān)測；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，自動抽吸和反沖洗裝置，抽吸壓力和反沖洗壓力監(jiān)測裝置。

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，點擊歡迎畫面，輸入正確密碼；

進(jìn)入選擇畫面，有自動畫面、手動畫面、報警畫面、監(jiān)視畫面，時間設(shè)定和功能選擇六個按鈕，點擊相應(yīng)的按鈕可進(jìn)入相應(yīng)畫面。

點擊“自動畫面”進(jìn)入，如圖2所示，畫面除有自動運行啟動、停止外，還有“監(jiān)控畫面”按鈕，點擊可進(jìn)入整機(jī)監(jiān)控畫面對機(jī)器運行進(jìn)行實時監(jiān)控。

圖2 自動操作界面

圖3 整機(jī)監(jiān)控界面

手動畫面可以實現(xiàn)機(jī)器的手動操作；為安全考慮，機(jī)器動作有諸多保護(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。其他可單獨啟動。另還有一個“查看運行”按鈕，點擊也可進(jìn)入整機(jī)監(jiān)控畫面對機(jī)器運行進(jìn)行實時監(jiān)控。

圖4 手動操作界面

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

圖5 報警信息界面

點擊“時間設(shè)定”按鈕進(jìn)入時間設(shè)定畫面，可對各個時間根據(jù)工藝要求進(jìn)入設(shè)定。

圖6 時間設(shè)定界面

通過“功能選擇”可對兩提升泵進(jìn)行選擇，機(jī)器默認(rèn)狀態(tài)是提升泵1，說明機(jī)器在自動運行過程中是提升泵1在工作，可在提升泵1和提升泵2之間進(jìn)行選擇；手動狀態(tài)不受這個選擇控制。

點擊密碼修改按鈕進(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

該項目中，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)荷等級為三級；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)體長期運行使用溫度為70℃，從電纜的制造角度來說，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)品是國家強(qiáng)制性認(rèn)證的，雖然從使用角度來看KVV是完全可以替代的，但對于某些場合下，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作防雷保護(hù)。

測量及自動控制系統(tǒng)：利用液位控制器控制各池泵的運行。采用手動及自動兩檔控制系統(tǒng)，膜池和調(diào)節(jié)池安裝液位控制器，液位過低和過滿的控制均接入PLC，異常情況實現(xiàn)緊急停車并報警；利用PLC可編程控制器控制曝氣系統(tǒng)，控制各反應(yīng)池的運行以及全操作過程，既可全自動操作，也可手動操作；所有超聲波系統(tǒng)、泵電機(jī)、風(fēng)機(jī)、氣動閥、曝氣系統(tǒng)、污泥循環(huán)、過濾系統(tǒng)可單獨控制，并有狀態(tài)顯示；配有獨立的配電箱，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，也在實踐中切實解決了用戶的問題，總體實施效果滿意。

作者簡介：

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)處任高級應(yīng)用工程師，負(fù)責(zé)臺達(dá)機(jī)電產(chǎn)品的系統(tǒng)方案整合，具有9年臺達(dá)機(jī)電自動化行業(yè)應(yīng)用經(jīng)驗。