MSBR工艺

　　目前污水处理工艺的发展趋势是流程简洁、控制灵活、单元操作简单以及节约用地的一体化工艺流程，MSBR(改良型SBR)工艺在目前被认为是最新、集约化程度最高的污水处理工艺。从系统的可靠性、土建工程量、总装机容量、节能、降低运行成本和节约用地等多方面来看，均具有明显的优势。

　　目前MSBR系统主要在北美和南美应用，韩国汉城正在建造亚洲第一座采用该工艺的污水处理厂。我国仅有上海市为了合流污水处理厂的建设，对MSBR工艺进行了小试及中试，而深圳市盐田污水处理厂将是国内建设的首座采用此工艺的城市污水处理厂。本文拟对MSBR系统的原理、运行方式及特点等作一介绍。

　　1 工作原理

　　MSBR工艺是80年代初期发展起来的污水处理工艺，经过不断改进和发展，目前最新的工艺是第三代工艺，其工作原理如图1所示。

　　MSBR系统的运行原理如下：污水进入厌氧池，回流活性污泥中的聚磷菌在此进行充分放磷，然后混合液进入缺氧池进行反硝化。反硝化后的污水进入好氧池，有机物被好氧降解、活性污泥充分吸磷后再进入起沉淀作用的SBR池，澄清后污水排放。此时另一边的SBR在1.5Q回流量的条件下进行反硝化、硝化，或进行静置预沉。回流污泥首先进入浓缩池进行浓缩，上清液直接进入好氧池，而浓缩污泥则进入缺氧池。这样，一方面可以进行反硝化，另一方面可先消耗掉回流浓缩污泥中的溶解氧和硝酸盐，为随后进行的缺氧放磷提供更为有利的条件。在好氧池与缺氧池之间有1.5Q的回流量，以便进行充分的反硝化。

　　由其工作原理可以看出，MSBR是同时进行生物除磷及生物脱氮的污水处理工艺。

　　在工程实践中，通常将整个MSBR设计成为一座矩形池，并分为不同的单元，各单元起着不同的作用。典型的MSBR平面布置见图2。

　　单元1和7的功能是相同的，均起着好氧氧化、缺氧反硝化、预沉淀和沉淀作用;单元2是污泥浓缩池，被浓缩的活性污泥进入单元3，上清液(富含硝酸盐)则进入单元6(也可以进入单元5);单元3是缺氧池，除回流活性污泥中溶解氧在本单元中被消耗外，回流活性污泥中的硝酸盐也被微生物的自身氧化所消耗;单元4是厌氧池，原污水由本单元进入MSBR系统，回流的浓缩污泥在本单元中利用原污水中的快速降解有机物完成磷的释放;单元5是缺氧池，污水与由曝气单元6回流至此的混合液混合，完成生物脱氮过程;单元6是好氧池，其作用是氧化有机物并对污水进行充分的硝化，让聚磷菌在本单元中过量吸磷。

　　由此可以看出，MSBR系统实质上是A2/O工艺与SBR系统串联而成。

　　MSBR工艺中涉及的部分专利技术目前属于美国的Aqua-Aerobic System Inc.所有。

　　2 运行方式

　　与T型氧化沟、Unitank等SBR系统类似，MSBR也是将运行过程分为不同的时间段，在同一周期的不同时段内，一些单元采用不同的运转方式，以便完成不同的处理目的。

　　MSBR将一个运转周期分为6个时段，由3个时段组成一个半周期，在两个相邻的半周期内，除SBR池的运转方式不同外，其余各个单元的运转方式完全一样。MSBR的运转半周期持续120min，由3个时段组成，各时段的持续时间为：时段1，40min;时段2，50min;时段3，30min。

　　第二个半周期内各时段(即时段4至6)的持续时间与第一个半周期相同。

　　原污水由单元4进入，流经单元5、6，在第一个半周期内从单元7出水，在第二个半周期内从单元1出水。可见，第一个半周期内起沉淀作用的是单元7，而在第二个半周期内则由单元1起沉淀池的作用。

　　MSBR系统的回流由两部分组成：污泥回流和混合液回流。污泥回流又有两条路径：浓缩污泥回流路径和上清液回流路径。MSBR的污泥回流情况见表1。而混合液回流则较为简单，在各时段均为从单元6至单元5、再由单元5回流至单元6。

　　表1 MSBR的污泥回流

　　时段 回流种类 回流途径

　　1 浓缩污泥回流 1→2→3→4→5→6→1

　　上清液回流 1→2→6→1

　　2 浓缩污泥回流 1→2→3→4→5→6→1

　　上清液回流 1→2→6→1

　　3 浓缩污泥回流 无回流

　　上清液回流 无回流

　　4 浓缩污泥回流 7→2→3→4→5→6→7

　　上清液回流 7→2→6→7

　　5 浓缩污泥回流 7→2→3→4→5→6→7

　　上清液回流 7→2→6→7

　　6 浓缩污泥回流 无回流

　　上清液回流 无回流

　　MSBR各单元的工作状态根据各循环周期内的时段确定，见表2。

　　表2 MSBR各单元的工作状态

　　时段 单元1 单元2 单元3 单元4 单元5 单元6 单元7

　　1 搅拌 浓缩 搅拌 搅拌 搅拌 曝气 沉淀

　　2 曝气 浓缩 搅拌 搅拌 搅拌 曝气 沉淀

　　3 预沉 浓缩 搅拌 搅拌 搅拌 曝气 沉淀

　　4 沉淀 浓缩 搅拌 搅拌 搅拌 曝气 搅拌

　　5 沉淀 浓缩 搅拌 搅拌 搅拌 曝气 曝气

　　6 沉淀 浓缩 搅拌 搅拌 搅拌 曝气 预沉

　　注：

　　3 MSBR的特点

　　由MSBR的工作原理及运行方式可以看出，MSBR与一般的SBR工艺比较具有如下的特点：

　　① MSBR系统是从连续运行的单元(如厌氧池)进水，而不是从SBR单元进水，这样就将大部分好氧量从SBR池转移到连续运行的主曝气池中，从而将需氧量也移到主曝气池中，改善了设备的利用率。

　　② 由于所有的生化反应都与反应物的浓度有关，从连续运行的厌氧池进水也就加速了厌氧反应速率。厌氧后的污水进入缺氧池，然后再进入曝气池，提高了缺氧区的反应速率及曝气区的BOD5降解和硝化反应速率，从而改善了系统的整体处理效应，提高了出水水质，同时也使系统的体积效率大大提高，即系统的F/M值和容积负荷大大提高，从而达到缩小系统体积的目的。

　　③ 从连续运行单元进水极大地改善了系统承受水力冲击负荷和有机物冲击负荷的能力。因为在一般情况下，连续运行曝气池容积都较大，其承受能力也较大，进水冲击负荷在经过多级处理后，对出水水质的影响也就大为降低。

　　④ MSBR增加了低水头、低能耗的回流设施，从而极大地改善了系统中各个单元内MLSS的均匀性，即增加了连续运行单元的MLSS浓度(特别是提高了硝化反应的反应速率)和减少了SBR池的MLSS浓度。

　　MSBR系统SBR池的水力条件经过了专门处理。在SBR池中间设置的底部挡板避免了水力射流的影响，并且改善了水力状态，使得SBR池前端的水流状态是由下而上，而非通常的平流状态。这样SBR池在出水时起到的是悬浮污泥床的过滤作用而非一般的沉淀作用，这与其他SBR工艺的工作原理有着本质的区别。

　　MSBR系统采用空气堰控制出水，而不是采用出水初期放空的形式排除已经进入集水槽内的悬浮固体，防止了曝气期间的任何悬浮物进入出水堰，从而有效地控制了出水悬浮物。

　　最新的MSBR附带了一项最新的除磷工艺专利。在回流污泥进入厌氧池前增加了一个污泥浓缩区，这样就减少了硝酸盐进入厌氧区的机会，减少了VFA因回流而造成稀释，增加了厌氧区的实际停留时间，从而大大提高了除磷效率。上海进行的测试也证实这项技术可以将总磷从7～8mg/L降到0.3mg/L以下。

　　综上所述，MSBR系统是由A2/O系统与SBR系统串联组成，并集合了二者的全部优势，因而出水水质稳定、高效，并有极大的净化潜力。

　　4 主要设计参数

　　MSBR具有生物除磷脱氮功能，故其设计参数主要根据污水处理对除磷脱氮的要求来确定。也就是说，主要进行生物除磷时其设计泥龄应较短，而以生物脱氮为主时应采用较长的设计泥龄。MSBR的设计泥龄一般控制在7～20d左右，在实际运行过程中可根据进、出水水质对混合液污泥浓度进行调整，以达到调整泥龄的目的。

　　MSBR的平均设计混合液污泥浓度MLSS为2200～3000mg/L，但设计供氧量往往按能满足MLSS为4000～5000 mg/L的需要进行计算。这样在设计MLSS较低(也就是F/M值较高)的情况下系统都能满足要求，一般在MLSS较高(F/M值较低，而泥龄较长)时更容易达到要求的出水水质指标。

　　水力停留时间与进水水质和处理要求有关，一般为12～14h。

　　MSBR的单池规模最大可达5×104m3/d，超过此规模就宜进行再分组。

　　MSBR可选择的池深范围较大，为3.50～6.00m，对于缺氧池和厌氧池还可以加大池深达8.00m左右，充分节约用地。

　　MSBR的混合液回流(内回流)和活性污泥回流(外回流)比为(1.3～1.5)Q，浓缩污泥回流量为(0.3～0.5)Q。
 

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