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MSBR工艺介绍MSBR工艺MSBR技术起源于80年代，原先为类似于三氧化沟的三池系统，目前逐步发展成为多单元组合系统，其系统由7个单元格组成。MSBR(ModifiedSequencingBatchReactor)是改良式序列间歇反应器，MSBR既不需要初沉池和二沉池，又能在反应器全充满并在恒定液位下连续进水运行。采用单池多格方式，结合了传统活性污泥法和SBR技术的优点。不但无需间断流量，还省去了多池工艺所需要的更多的连接管、泵和阀门。通过中试研究及生产性应用，证明MSBR法是一种经济有效、运行可靠、易于实现计算机控制的污水处理工艺。关键词：MSBR；工艺特点；脱氮除磷；工艺管理；效果MSBR工艺介绍MSBR工艺介绍一．MSBR法的应用与发展MSBR技术已在国内几个污水处理厂应用。如深圳盐田污水处理厂、上海松江东部污水处理厂及长沙开福污水处理厂（日处理能力20万吨）。长沙开福污水处理厂经MSBR处理后的出水经计算及现场运行经验表明，可以达到如下指标：TSS:≤20mg/LBOD5:≤20mg/LTKN:≤20mg/LNH3-N冬季≤8mg/L夏季≤8mg/LTP：≤1.0mg/L实践表明MSBR是一种可连续进水、高效的污水处理工艺，且简单，容积小，单池。易于实现计算机自动控制。在较低的投资和运行费用下，能有效地去除含高浓度BOD5、TSS、氮和磷的污水。总之，系统在低HRT、低MLSS和低温情况下，具有优异的处理能力。MSBR技术的研究与发展方向如下：(1)MSBR技术的进一步发展是生物除磷或同时脱氮除磷。。(2)MSBR系统可以有各种不同配置，例如沟(渠)形式，并且现在已经在开发研究。(3)MSBR生物处理的动力学模式研究，以提供普遍的设计和运行依据。(4)MSBR运行过程智能化控制的研究，以实现系统的各操作过程具有适应性和最优控制。由于系统各格互联、交替操作，且可以通过选择、组合与取舍操作步骤，调整各操作步骤时间来控制运行，其运行过程比较复杂。此外，如果进水水质变化，MSBR法的运行过程更具有非线性、时变性与模糊性的特点，难于用数学模型根据传统控制理论进行有效控制，因此对MSBR法这样复杂系统MSBR工艺介绍进行在线模糊控制，将能得到其它控制方式无法实现的令人满意的控制效果。这也是MSBR法的一个重要研究方向。二．MSBR法的基本原理反应器由三个主要部分组成：曝气格和两个交替序批处理格。主曝气格在整个运行周期过程中保持连续曝气，而每半个周期过程中，两个序批处理格交替分别作为SBR和澄清池。如图1所示。三．MSBR系统的组成及运行方式MSBR系统可以根据不同的水质和处理要求灵活地设置运行方式，笔者在中试中所采用的装置主要由6个功能池组成，分别为厌氧池、缺氧池、主曝气池、泥水分离池和两个序批池(SBR1和SBR2)。MSBR系统的各功能池和运行示意见图。MSBR工艺介绍原污水经格栅、沉砂池等预处理设施处理后首先进入厌氧池，同回流污泥混合并完成微生物的释磷后，混合液进入主曝气池。主曝气池是连续曝气供氧，在好氧环境中，微生物进行过量吸磷，同时在主曝气池完成有机物的降解和氨氮的硝化。然后混合液分别进入两个序批池SBR1和SBR2。SBR1和SBR2交替地充当反应池和沉淀池而处于反应阶段和沉淀出水阶段。反应阶段可以设置为缺(厌)氧搅拌、好氧曝气和静止沉淀3个过程，在此阶段完成脱氮过程。当SBR1处于反应阶段的前两个过程时，开启回流泵，形成“主曝气池-SBR1-泥水分离池缺氧池-厌氧池(泥水分离池的上清液回流到主曝气池)”的污泥回流，回流混合液流经SBR1时，经历了缺氧搅拌和好氧曝气阶段，进行反硝化及进一步硝化，然后混合液进入缺氧区进一步反硝化，随后进入泥水分离池进行沉淀，经过泥水分离后，浓缩污泥进入厌氧池与原污水混合。而含硝酸盐氮的上清液被泵送入主曝气区。当SBR1进行上述反应时，SBR2处于沉淀出水状态，主曝气池的混合液以进水流量进入SBR2，在SBR2中沉淀下来的污泥在池底形成一个污泥悬浮层，对污水混合液起到过滤的作用，污水经污泥层过滤后流出系统。两个序批池SBR1和SBR2的形状和结构都完全相同，两者交替地完成反应阶段和沉淀出水阶段为一个运行周期，一个运行周期的时间长度可根据进水水质和处理要求灵活确定，一般为4h，6h，8h等，在反应阶段的运行方式也可根据需要设定。在中试运行中采用4h为一个运行周期，序批池的运行时间分配见下表。MSBR工艺介绍时段单元1单元2单元3单元4单元5单元6单元7时段1搅拌浓缩搅拌搅拌搅拌曝气沉淀时段2曝气浓缩搅拌搅拌搅拌曝气沉淀时段3预沉浓缩搅拌搅拌搅拌曝气沉淀时段4沉淀浓缩搅拌搅拌搅拌曝气搅拌时段5沉淀浓缩搅拌搅拌搅拌曝气曝气时段6沉淀浓缩搅拌搅拌搅拌曝气预沉设置泥水分离池的原因主要是为了：①避免上清液中的硝酸盐氮进入厌氧池而干扰聚磷菌在厌氧条件下对磷的释放。②混合液在序批池时，经过了缺氧-好氧-静止沉淀等反应过程。在这些过程中，一些被聚磷微生物在好氧条件下吸收的磷会再次被释放到环境中去，经泥水分离池泥水分离后，含有被再次释放出的磷的上清液就可以被送到主曝气池再次进行磷的吸收。将厌氧池分为A，B两个区域的目的是为了更好地避免进水中的溶解氧和硝酸盐氮对聚磷微生物在厌氧条件下的释磷造成影响。原污水经提升计量后进入厌氧池A，在厌氧池A中无论是分子态氧还是化合态氧很快被消耗殆尽，回流污泥中的硝酸盐氮也得到一定的去除，进入厌氧池B后溶解氧和硝酸盐氮对活性污泥中聚磷微生物释磷的影响就可以减少到最低程度。在序批池的底部安装有蝶板，当序批池处于沉淀出水状态时，混合液进入序批池遇到蝶板后均匀向上通过整个污泥层，泥水分离过程不仅有沉淀作用，还可通过污泥层实现过滤截留作用，这可大大降低出水中的悬浮物浓度。通过前面的介绍可以看出，在MSBR系统的运行中各功能池的切换较为频繁，如果单纯靠人工操作，不仅会使运行管理十分复杂，还会影响到系统运行的安全性和可靠性。随着自动控制技术的发展，使MSBR系统完全实现自动时段时间时段时间时段130min时段460min时段260min时段530min时段430min时段660minMSBR工艺介绍控制运行，已不是十分困难的事情，如采用PLC自动控制系统就是一个较好的方法。四．MSBR法的主要运行特点(1)MSBR系统能进行不同配置的设计和运行，以达到不同的处理目的。(2)每半个运行周期中，步骤的数量和每步骤所需的时间，取决于原水的特性和出水的要求。这里介绍了6个运行步骤，但所需总的步骤可以被系统设计者所选择。常常可以在实际运行中减少，以便使运行过程简单化。例如，步骤1和步骤2能通过延长步骤1和减少步骤2的时间来合并这两步为一步。增加步骤1的时间则增加序批处理格有机碳的量，这使得在不进原水的缺氧混合时间需要更长，以平衡步骤3。也可以增加步骤，进行更多的缺氧-好氧序批操作，来处理有机物和氨氮浓度更高的原水，以达到更低出水总氮的要求。(3)在每半个循环中，原水大部分时间是进入主曝气格。接着是部分或全部污水进入作为SBR的序批处理格。在主曝气格中完成了大部分有机碳、有机氮和氨氮的氧化。另外，主曝气格在完全混合状态下连续曝气，创造了一个稳定的生物反应环境。这使得整个设备能承受冲击负荷的影响。(4)从序批处理格到主曝气格的循环流动，使得前者积聚的悬浮固体运送到了后者。循环也把主曝气格内的被氧化的硝化氮运送到在半个循环的大部分时期处在缺氧搅拌状态下的序批处理格，实现脱氮的目的。(5)污泥层作为一个污泥过滤器，对改善出水质量和缺氧内源呼吸进行的反硝化有重要作用。五．MSBR系统生物除磷脱氮机理根据目前普遍接受的Comeau等人提出的生物除磷理论：在厌氧条件下，活性污泥中的聚磷微生物将细胞内的聚磷水解为正磷酸盐释放到胞外，以此为能量吸收污水中的易降解有机物(如：挥发性脂肪酸，VFA)，并将其合成为聚β羟基丁酸(PHB)储存在体内。在好氧条件下，聚磷微生物以游离氧作为电子受体氧化胞内储存的PHB，利用反应产生的能量从污水中过量摄取磷并合成为聚磷MSBR工艺介绍酸盐储存于胞内，微生物好氧摄取的磷远大于厌氧释放的磷，通过排放剩余污泥实现除磷。MSBR系统对除磷脱氮具有良好的效果和稳定性(如同A2/O除磷脱氮系统相比)，这是由其工艺特点决定的。根据MSBR系统的工艺流程，在空间和时间上可以认为系统是按照以下方式进行的：原污水→厌氧→好氧→缺氧→好氧→混合液回流(或沉淀出水)。这种运行方式相当于两级A/O系统的串联，对除磷十分有利：①聚磷微生物经过厌氧释磷后直接进入生化效率较高的好氧环境，聚磷微生物在厌氧池形成的吸磷动力可以充分地得以利用;而在A2/O系统中，厌氧释磷后要先经过生化效率较低的缺氧阶段再到好氧阶段，会使在厌氧环境中形成的吸磷动力有所损失。②系统中的污泥(排放的剩余污泥除外)可以全部完整地经过厌氧Ο好氧环境，完成磷的厌氧释放和好氧吸收过程使系统的除磷效率得以提高;而A2/O系统存在混合液回流，这部分污泥未经过厌氧状态，会降低除磷效率。③全部污泥完整地经过厌氧Ο好氧环境，有助于污泥中聚磷微生物的增长富集。④系统的回流污泥经过了脱氮处理，消除了NO-x-N的干扰，使聚磷微生物能够在绝对厌氧环境中进行聚磷的水解和释放。MSBR工艺介绍从系统的运行方式可以看出，脱氮作用是通过后置反硝化完成的。但污水经过了厌氧、好氧阶段的反应，有机物浓度已大为降低，反硝化作用所需的有机碳源是如何满足的呢?传统的反硝化理论显然难以圆满解释这一问题，我们有理由得出这样的结论：微生物是利用细胞内储存的有机物进行了反硝化，即内碳源反硝化。利用内碳源进行反硝化具有很多优点：可以取消前置反硝化常见的内回流系统，降低能耗，使系统的运行更为合理;另外还无需添加碳源。利用内碳源进行反硝化在国外已有报道，但对其机理的研究尚处于起步阶段，许多问题还有待于进一步的研究。六．MSBR工艺除磷影响因素MSBR工艺中影响除磷的因素很多，有进水COD/P、COD/N、内回流比R、曝气池MLSS等。各因素对TP去除效果的影响程度不同，在选定的影响因素中，进水COD/P对MSBR除磷的影响最大，其次是曝气池MLSS，再次是污泥回流比R，最后是进水COD/N，即影响程度的顺序为COD/PMLSSRCOD/N。进水COD/P对除磷的影响决定系统除磷效果好坏的关键是进水水质，尤其是进水碳磷比。见图2为进水COD400mg/l、NH+3-N40mg/l时进水COD/P对除磷的影响。由图可知，当进水COD/P为40～150，随着进水COD/P的增大，厌氧池基质相对增加，VFAs较充足，PAOs释磷增加，出水TP浓度逐渐降低。COD/P小于100时，出水TP随COD/P增大减小明显，但当COD/P大于100时，出水TP基本上不再变化。TP去除率在COD/P40～100时逐渐增大，当COD/P100时去除率逐渐减小。说明当COD/P比值增大到一定程度时，有机底物相对充足，而MSBR工艺介绍磷却处于相对缺乏的状态，故磷的去除率不再因COD/P的增大而增大，出水TP浓度下降趋缓。对于COD/P100时去除率下降趋势，分析其原因是PAOs(聚磷菌)与GAOs(聚糖菌)竞争的结果。当COD/P高时，污泥中的磷浓度就会很低，这种环境会减少PAOs体内多聚磷酸盐颗粒的含量，但是PAOs在厌氧条件下主要是依靠降解多聚磷酸盐颗粒来获得能量以吸收乙酸等基质并在体内合成PHA，所以PAOs体内多聚磷酸盐颗粒含量的减少就会相应地使得体内PHA含量降低。在另一方面，由于GAOs不会涉及到多聚磷酸盐颗粒代谢这一问题，所以它们就不会受到这种环境条件的制约，因此它们在厌氧条件下就会利用自身体内糖原的代谢来获取能量，吸收PAOs吸收不了的基质，并在体内合成PHA。在好氧条件下，PAOs就会由于体内聚集的PHA的量不断降低而逐渐降低在污泥中的比例，但GAOs却可以利用体内足够的PHA来增殖。PAOs比例下降从而导致去除率降低。污泥回流比R对除磷的影响在本实验中，R对6池除磷的影响见图