MSBR技術詳細介紹

　　摘要：MSBR(Modified Sequencing Batch Reactor)是改良式序列間歇反應器,是C.Q.Yang等人根據SBR技術特點[1～3],結合傳統活性污泥法技術,研究開發的一種更為理想的污水處理系統。MSBR既不需要初沉池和二沉池,又能在反應器全充滿并在恒定液位下連續進水運行。采用單池多格方式,結合了傳統活性污泥法和SBR技術的優點[4～5]。不但無需間斷流量,還省去了多池工藝所需要的更多的連接管、泵和閥門。通過中試研究及生產性應用,證明MSBR法是一種經濟有效、運行可靠、易于實現計算機控制的污水處理工藝。

　　關鍵詞：MSBR 改良式序列間歇反應器 曝氣格 生物除磷

　　概述

　　MSBR(Modified Sequencing Batch Reactor)是改良式序列間歇反應器,是C.Q.Yang等人根據SBR技術特點[1～3],結合傳統活性污泥法技術,研究開發的一種更為理想的污水處理系統。MSBR既不需要初沉池和二沉池,又能在反應器全充滿并在恒定液位下連續進水運行。采用單池多格方式,結合了傳統活性污泥法和SBR技術的優點[4～5]。不但無需間斷流量,還省去了多池工藝所需要的更多的連接管、泵和閥門。通過中試研究及生產性應用,證明MSBR法是一種經濟有效、運行可靠、易于實現計算機控制的污水處理工藝。

　　1　MSBR法的基本原理與特點

　　1.1　MSBR的基本組成 反應器由三個主要部分組成：曝氣格和兩個交替序批處理格。主曝氣格在整個運行周期過程中保持連續曝氣,而每半個周期過程中,兩個序批處理格交替分別作為SBR和澄清池。

　　1.2　MSBR的操作步驟 在每半個運行周期中,主曝氣格連續曝氣,序批處理格中的一個作為澄清池(相當于普通活性污泥法的二沉池作用),另一個序批處理格則進行以下一系列操作步驟。

　　步驟1：原水與循環液混合,進行缺氧攪拌。 在這半個周期的開始,原水進入序批處理格,與被控制回到主曝氣格的回流液混合。在缺氧和豐富的硝化態氮條件下,序批處理格內的兼性反硝化菌利用硝酸鹽和亞硝酸鹽作為電子受體,以原水及內源呼吸所釋放的有機碳作為碳源,進行無氧呼吸代謝。由于初期序批處理格內MLSS濃度高,硝化態氮濃度較高,因此碳源成為反硝化速率的限制條件。隨著原水的加入,有機碳的濃度增加,提高了反硝化的速率。來自曝氣格和序批格原有的硝態氮經反硝化得以去除。另外,該階段運行也是序批處理格中較高濃度的污泥向曝氣格回流的過程,以提高曝氣格中的污泥濃度。

　　步驟2：部分原水和循環液混合,進行缺氧攪拌。 隨著步驟1中原水的不斷進入,序批處理格內有機物和氨氮的濃度逐漸增加。為阻止在序批處理格內有機物和氨氮的過分增加,原水分別流入序批處理格和主曝氣格。使序批處理格內維持一個適當的有機碳水平,以利于反硝化的進行。混合液通過循環,繼續使序批處理格原來積聚的MLSS向主曝氣格內流動。

　　步驟3：序批格停止進原水,循環液繼續缺氧攪拌。 此后中斷進入序批處理格的原水。原水在剩下的操作中,直接進入主曝氣格。這使得主曝氣格降解大量有機碳,并減弱微生物的好氧內源呼吸。序批處理格利用循環液中殘留的有機物作為電子供體,以硝化態氮作電子受體,繼續進行缺氧反硝化。由于有機碳源的減少,缺氧內源呼吸的速率將提高。來自主曝氣格的混合液具有較低的有機物和MLSS濃度。經循環,把序批處理格內的殘余有機物和活性污泥推入主曝氣格,在此進行曝氣反應降解有機物,并維持物質平衡。

　　步驟4：曝氣,并繼續循環。 進行曝氣,降低最初進水所殘余的有機碳、有機氮和氨氮,以及來自主曝氣格未被降解的有機物和內源呼吸釋放的氨氮,并吹脫在前面缺氧階段產生的截留在混合液中的氮氣。連續的循環增加了主曝氣格內的微生物量,同時進一步降低序批處理格中的懸浮固體,降低了MLSS濃度,有利于其在下半個周期中作為澄清池時,減少污泥量以提高沉淀池的效率。

　　步驟5：停止循環,延時曝氣。 為進一步降低序批處理格內的有機物和氮濃度,減少剩余的氮氣泡,采用延時曝氣。這步是在沒有循環,沒有進出流量的隔離狀態下進行。延時曝氣使序批處理格中的BOD5和TKN達到處理的要求水平。

　　步驟6：靜置沉淀。 延時曝氣停止后,在隔離狀態下,開始靜置沉淀,使活性污泥與上清液有效分離,為下半個周期作為澄清池出水做準備。沉淀開始時,由于仍存在剩余的溶解氧,沉淀污泥中的硝化菌繼續硝化殘余的氨,而好氧微生物繼續進行好氧內源呼吸。當混合液中氧減少到一定程度時,兼性菌開始利用硝化態氮作為電子受體進行缺氧內源呼吸,進行程度較低的反硝化作用。在整個半周期過程中,此時序批處理格中上清液的BOD、TKN、氨、硝酸鹽、亞硝酸鹽的濃度最低,懸浮固體總量也最少,因此該序批處理格在下半個周期作為沉淀池,其出水質量是可靠的。在這一步,可以從交替序批處理格中排放剩余污泥。

　　第二個半周期：步驟6的結束標志著處理運行的下半個循環操作開始。通過兩個半周期,改變交替序批處理格的操作形式。第二個半周期與第一個半周期的6個操作步驟相同。

　　2　MSBR法的主要運行特點

　　(1)MSBR系統能進行不同配置的設計和運行,以達到不同的處理目的。

　　(2)每半個運行周期中,步驟的數量和每步驟所需的時間,取決于原水的特性和出水的要求。這里介紹了6個運行步驟,但所需總的步驟可以被系統設計者所選擇。常常可以在實際運行中減少,以便使運行過程簡單化。例如,步驟1和步驟2能通過延長步驟1和減少步驟2的時間來合并這兩步為一步。增加步驟1的時間則增加序批處理格有機碳的量,這使得在不進原水的缺氧混合時間需要更長,以平衡步驟3。也可以增加步驟,進行更多的缺氧?好氧序批操作,來處理有機物和氨氮濃度更高的原水,以達到更低出水總氮的要求。

　　(3)在每半個循環中,原水大部分時間是進入主曝氣格。接著是部分或全部污水進入作為SBR的序批處理格。在主曝氣格中完成了大部分有機碳、有機氮和氨氮的氧化。另外,主曝氣格在完全混合狀態下連續曝氣,創造了一個穩定的生物反應環境。這使得整個設備能承受沖擊負荷的影響。

　　(4)從序批處理格到主曝氣格的循環流動,使得前者積聚的懸浮固體運送到了后者。循環也把主曝氣格內的被氧化的硝化氮運送到在半個循環的大部分時期處在缺氧攪拌狀態下的序批處理格,實現脫氮的目的。

　　(5)污泥層作為一個污泥過濾器,對改善出水質量和缺氧內源呼吸進行的反硝化有重要作用。

　　3　MSBR法的應用與發展 MSBR技術已在幾個污水處理廠應用。位于加拿大Saskatchewan的Estevan污水處理廠則為一實例。雖然由于嚴寒造成一些冰凍問題,但污水廠還是取得了相當好的處理效率。平均溫度為13℃。

　　實踐表明MSBR是一種可連續進水、高效的污水處理工藝,且簡單,容積小,單池。易于實現計算機自動控制。在較低的投資和運行費用下,能有效地去除含高濃度BOD5、TSS、氮和磷的污水。總之,系統在低HRT、低MLSS和低溫情況下,具有優異的處理能力。MSBR技術的研究與發展方向如下：

　　(1)MSBR技術的進一步發展是生物除磷或同時脫氮除磷。目前同濟大學環境科學與工程學院對此正在作進一步的研究,并已取得了有重要理論意義與應用價值的研究成果。

　　(2)MSBR系統可以有各種不同配置,例如溝(渠)形式,并且現在已經在開發研究。

　　(3)MSBR生物處理的動力學模式研究,以提供普遍的設計和運行依據。

　　(4)MSBR運行過程智能化控制的研究,以實現系統的各操作過程具有適應性和最優控制。由于系統各格互聯、交替操作,且可以通過選擇、組合與取舍操作步驟,調整各操作步驟時間來控制運行,其運行過程比較復雜。此外,如果進水水質變化,MSBR法的運行過程更具有非線性、時變性與模糊性的特點,難于用數學模型根據傳統控制理論進行有效控制,因此對MSBR法這樣復雜系統進行在線模糊控制,將能得到其它控制方式無法實現的令人滿意的控制效果。這也是MSBR法的一個重要研究方向。