一种检测MABR工艺氧气利用效能的系统及方法与流程

一种检测mabr工艺氧气利用效能的系统及方法
技术领域
1.本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种检测mabr工艺氧气利用效能的系统及方法。


背景技术：

2.膜曝气生物膜反应器(membraneaerated biofilm reactor,mabr)是一种新型污水处理技术。mabr利用曝气性膜材料作为供氧装置与生物膜的载体，提高了溶解氧与基质的扩散通量。在曝气膜两侧氧分压差的推动下，膜丝管腔内的氧透过膜壁扩散进入膜丝管腔外的液体中，在保持氧分压低于泡点压力的情况下，可实现向生物反应器的无泡供氧。
3.mabr膜能够在缺氧混合液中支持硝化和反硝化微生物在膜材料上生长。氧气从膜的空气侧透过膜后，扩散到污水侧，形成硝化细菌生物膜层。硝化细菌能够在富氧、低碳源层中将氨氮转化为硝酸盐氮。由于外部悬浮污泥混合液处于缺氧状态，反硝化细菌能够利用硝酸盐和污水中的碳源进行反硝化反应，从而实现同步硝化与反硝化过程。
4.经检索发现，申请号202010680869.0，申请日2020年7月15日的中国发明专利申请公开了一种测试mabr膜传氧性能的装置及方法，所述的装置包括反应器本体、循环单元、供气单元和进水单元，所述的反应器本体上设置有溶氧仪。该发明需要向反应器本体内投加脱氧剂和催化剂，进行脱氧反应后，再进行曝气，检测反应器内溶解氧浓度和硫酸根浓度，根据溶解氧浓度、硫酸根浓度等计算传氧性能。
5.但由于mabr工艺的同步硝化反硝化特征，mabr膜组件外部混合液处于缺氧状态，该工艺实际运行时的溶解氧浓度应稳定控制在0.3mg/l以下。因此，采用反应器内溶氧仪测量的混合液溶解氧浓度不能准确评估mabr工艺的传氧性能或氧气利用效率。同时，在实际运行的mabr工艺中投加脱氧剂和催化剂来检测其传氧性能可操作性不强，也不能够得到实时的mabr工艺氧气利用效能结果，监测mabr工艺的曝气运行效果。


技术实现要素：

6.针对现有技术中无法实时监测mabr工艺氧气利用效能，以及现有检测技术在实际运行中可操作性不强的问题，本发明旨在提供一种检测mabr工艺氧气利用效能的系统及方法，以实现mabr工艺氧气利用效能的实时监测，进而为优化mabr工艺曝气和节能降耗运行打下基础。
7.本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
8.一种检测mabr工艺氧气利用效能的系统，其特征在于，包括mabr膜组件、供气单元、尾气单元、氧气利用效能在线计算单元。
9.进一步地，供气单元包括空气过滤器、鼓风机、鼓风机电表(带传感器)、空气流量计、电动球阀、空气压力传感器、空气温度传感器和供气管路。所述的空气过滤器、鼓风机、空气流量计、电动球阀、空气压力传感器、空气温度传感器依次布置在供气管路上；鼓风机电表(带传感器)布置在鼓风机上；鼓风机电表(带传感器)和空气流量计与plc通过电气连
接。
10.进一步地，尾气单元包括汽水分离器、冷凝水排放电动球阀、冷凝水排放管路、空气流量计、空气压力传感器、空气温度传感器、尾气管路、尾气排放单元和尾气检测单元。所述的汽水分离器、空气流量计、空气压力传感器、空气温度传感器依次布置在尾气管路上；汽水分离器、冷凝水排放电动球阀依次布置在冷凝水排放管路上。所述的尾气排放单元和尾气检测单元并联与尾气管路连接。
11.进一步地，尾气排放单元包括尾气排放电动球阀和尾气排放管路。所述的尾气排放电动球阀布置在尾气排放管路上；尾气排放管路与尾气管路连接。
12.进一步地，尾气检测单元包括尾气检测电动球阀、干燥器、尾气采样气泵、样气过滤器、氧气浓度分析仪和尾气检测管路。所述的尾气检测电动球阀、干燥器、尾气采样气泵、样气过滤器、氧气浓度分析仪依次布置于尾气检测管路上；尾气检测管路与尾气管路连接；氧气浓度分析仪与plc通过电气连接。所述的氧气浓度分析仪能够耐受尾气中2％～4％的二氧化碳含量，并具有温度补偿功能，控制样气温度在25℃左右。
13.进一步地，氧气利用效能在线计算单元包括plc和终端显示器。所述的plc通过电气与终端显示器连接。
14.进一步地，所述的鼓风机选用变频式鼓风机，并配有变频器。
15.本发明还提供一种检测mabr工艺氧气利用效能的方法，其特征在于：
16.s1、mabr膜组件供气、尾气排放和尾气检测的运行；
17.通过供气单元将空气传送至mabr膜组件底部，空气中的氧气透过膜组件的曝气膜丝传递至生物膜，同时空气自下而上穿过膜丝，直至膜组件顶部。
18.进一步地，mabr膜组件曝气后的尾气从膜组件顶部进入尾气单元：首先经过汽水分离器进行汽水分离，通过电动阀门将冷凝水排除系统；经过汽水分离器的尾气通过尾气管路依次经过空气流量计、压力传感器和温度传感器。
19.进一步地，当无需检测mabr工艺氧气利用效能时，关闭尾气检测管路电动球阀，开启尾气排放管路电动球阀，尾气通过尾气排放管路排入到空气中。
20.进一步地，当需要检测mabr工艺氧气利用效能时，关闭尾气排放管路电动球阀，开启尾气检测管路电动球阀，尾气进入尾气检测管路；尾气经过干燥器的预处理后，通过气泵进行样气采集，样气经过滤后进入氧气浓度分析仪，进行氧含量分析；剩余尾气通过尾气检测管路排入到空气中。
21.s2、mabr工艺氧气利用效能的计算方法；
22.将鼓风机电表、供气空气流量计和氧气浓度分析仪的实时数据传输至plc，进行氧气利用效能计算，计算公式如下：
[0023][0024][0025]
[0026][0027]
式(1)中，ote为氧转移效率，即向mabr膜组件供给的空气中传递到生物膜的氧气比例，％；o
2,in
为进入mabr膜组件空气中的氧气百分含量，恒定值为20.9％；o
2,out
为mabr膜组件尾气中的氧气百分含量，％；fv为体积损失系数，通过式(2)进行计算。
[0028]
式(3)中，otr为氧转移速率，go2/m2/h；q
air
为空气流量，l/h；32为氧气的相对分子质量；22.4为气体标况摩尔体积常数；s
bf
为mabr生物膜面积，m2。
[0029]
式(4)中，ae为鼓风机的充氧动力效率，kgo2/kwh；w为鼓风机能耗，kw。
[0030]
进一步地，将plc计算所得的ote、otr和ae结果传输至终端显示器，实现在线监测mabr工艺的氧气利用效能。
[0031]
与现有技术相比，本发明的优势在于：(1)无需停止工艺运行，无需外加药剂，即可实现mabr工艺氧气利用效能的实时检测；(2)检测mabr曝气剩余尾气中的氧含量，而非反应器内溶解氧浓度，能够更直接地反映mabr的氧气利用效能。
附图说明
[0032]
图1为本发明实施例提供的一种检测mabr工艺氧气利用效能的系统示意图。
[0033]
图1中：1.空气过滤器、2.鼓风机、3.鼓风机电表(带传感器)、4.空气流量计(供气管路)、5.电动球阀(供气管路)、6.空气压力传感器(供气管路)、7.空气温度传感器(供气管路)、8.供气管路、9.mabr膜组件、10.汽水分离器、11.冷凝水排放电动球阀、12.冷凝水排放管路、13.空气流量计(尾气管路)、14.空气压力传感器(尾气管路)、15.空气温度传感器(尾气管路)、16.尾气管路、17.电动球阀(尾气排放管路)、18.尾气排放管路、19.电动球阀(尾气检测管路)、20.干燥器、21.尾气采样气泵、22.样气过滤器、23.氧气浓度分析仪、24.尾气检测管路、25.plc、26.终端显示器。
具体实施方式
[0034]
下文将结合说明书附图和实施例详细说明本发明的实施方案。
[0035]
本实施例提供一种检测mabr工艺氧气利用效能的系统及方法，包括mabr膜组件、供气单元、尾气单元、氧气利用效能在线计算单元。所述的mabr膜组件(9)规格为2.1m*1.05m*2.1m(长*宽*高)。mabr膜组件(9)的一端为供气单元，另一端为尾气单元；供气单元和尾气单元均与氧气利用效能在线计算单元连接。
[0036]
如图1所示，一种检测mabr工艺氧气利用效能的系统，供气单元包括空气过滤器(1)、鼓风机(2)、带传感器的鼓风机电表(3)、空气流量计(4)、电动球阀(5)、空气压力传感器(6)、空气温度传感器(7)和供气管路(8)。所述的空气过滤器(1)、鼓风机(2)、空气流量计(4)、电动球阀(5)、空气压力传感器(6)、空气温度传感器(7)依次布置在供气管路(8)上；带传感器的鼓风机电表(3)布置在鼓风机(2)上；传感器的鼓风机电表(3)和空气流量计(4)与plc(25)通过电气连接。
[0037]
如图1所示，尾气单元包括汽水分离器(10)、冷凝水排放电动球阀(11)、冷凝水排放管路(12)、空气流量计(13)、空气压力传感器(14)、空气温度传感器(15)和尾气管路(16)。冷凝水排放管路(12)设置在mabr膜组件(9)的出口处，所述的汽水分离器(10)、空气
流量计(13)、空气压力传感器(14)、空气温度传感器(15)依次布置在尾气管路(16)上；汽水分离器(10)、冷凝水排放电动球阀(11)依次布置在冷凝水排放管路(12)上。
[0038]
如图1所示，一种检测mabr工艺氧气利用效能的系统，其上的尾气单元还包括尾气排放单元和尾气检测单元。
[0039]
尾气排放单元包括尾气排放电动球阀(17)和尾气排放管路(18)。所述的尾气排放电动球阀(17)布置在尾气排放管路(18)上；尾气排放管路(18)与尾气管路(16)连接。
[0040]
尾气检测单元包括尾气检测电动球阀(19)、干燥器(20)、尾气采样气泵(21)、样气过滤器(22)、氧气浓度分析仪(23)和尾气检测管路(24)。所述的尾气检测电动球阀(19)、干燥器(20)、尾气采样气泵(21)、样气过滤器(22)、氧气浓度分析仪(23)依次布置于尾气检测管路(24)上；尾气检测管路(24)与尾气管路(16)连接；氧气浓度分析仪(23)与plc(25)通过电气连接。所述的尾气排放管路(18)和尾气检测管路(24)并联与尾气管路(12)连接。
[0041]
如图1所示，一种检测mabr工艺氧气利用效能的系统，其上有氧气利用效能在线计算单元，包括plc(25)和终端显示器(26)。所述的plc(25)通过电气与终端显示器(26)连接。
[0042]
通过供气单元将空气传送至mabr膜组件(9)底部，空气沿膜丝腔内自下而上，直至mabr膜组件(9)顶部，之后进入尾气单元。尾气依次通过汽水分离器(10)、空气流量计(13)、空气压力传感器(14)、空气温度传感器(15)，尾气中的冷凝水通过冷凝水排放电动球阀(11)排出。当检测mabr膜组件的氧气利用效能时，关闭尾气排放电动球阀(17)，开启尾气检测电动球阀(19)。尾气经过干燥器(20)干燥后，由尾气采样气泵(21)采集，经过样气过滤器(22)进行气体过滤后，尾气进入氧气浓度分析仪(23)进行氧含量分析，数据结果传输至plc(25)计算ote、otr和ae后，在终端显示器(26)呈现结果。
[0043]
mabr膜组件曝气后，通过氧气浓度分析仪(23)分析尾气中的氧气含量为16％。基于ote、otr和ae的计算公式，得到mabr工艺的ote为28.2％，otr为0.48go2/m2/h，ae为5.3kgo2/kwh。
[0044]
plc(25)采用西门子1512sp-1pn并配有数字量输入模块、数字量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、通讯模块等。
[0045]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。