摘要： MSBR(Modified Sequencing Batch Reactor)是改良式序列間歇反應(yīng)器,是C.Q.Yang等人根據(jù)SBR技術(shù)特點(diǎn)[1～3],結(jié)合傳統(tǒng)活性污泥法技術(shù),研究開(kāi)發(fā)的一種更為理想的污水處理系統(tǒng)。MSBR既不需要初沉池和二沉池,又能在反應(yīng)器全充滿并在恒定液位下連續(xù)進(jìn)水運(yùn)行。采用單池多格方式,結(jié)合了傳統(tǒng)活性污泥法和SBR技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)[4～5]。不但無(wú)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(mén)。通過(guò)中試研究及生產(chǎn)性應(yīng)用,證明MSBR法是一種經(jīng)濟(jì)有效、運(yùn)行可靠、易于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制的污水處理工藝。

關(guān)鍵詞： MSBR 改良式序列間歇反應(yīng)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(yīng)器,是C.Q.Yang等人根據(jù)SBR技術(shù)特點(diǎn)[1～3],結(jié)合傳統(tǒng)活性污泥法技術(shù),研究開(kāi)發(fā)的一種更為理想的污水處理系統(tǒng)。MSBR既不需要初沉池和二沉池,又能在反應(yīng)器全充滿并在恒定液位下連續(xù)進(jìn)水運(yùn)行。采用單池多格方式,結(jié)合了傳統(tǒng)活性污泥法和SBR技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)[4～5]。不但無(wú)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(mén)。通過(guò)中試研究及生產(chǎn)性應(yīng)用,證明MSBR法是一種經(jīng)濟(jì)有效、運(yùn)行可靠、易于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制的污水處理工藝。

1　MSBR法的基本原理與特點(diǎn)

1.1　MSBR的基本組成 反應(yīng)器由三個(gè)主要部分組成：曝氣格和兩個(gè)交替序批處理格。主曝氣格在整個(gè)運(yùn)行周期過(guò)程中保持連續(xù)曝氣,而每半個(gè)周期過(guò)程中,兩個(gè)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(gè)運(yùn)行周期中,主曝氣格連續(xù)曝氣,序批處理格中的一個(gè)作為澄清池(相當(dāng)于普通活性污泥法的二沉池作用),另一個(gè)序批處理格則進(jìn)行以下一系列操作步驟。

步驟1：原水與循環(huán)液混合,進(jìn)行缺氧攪拌。 在這半個(gè)周期的開(kāi)始,原水進(jìn)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(tài)氮條件下,序批處理格內(nèi)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(nèi)源呼吸所釋放的有機(jī)碳作為碳源,進(jìn)行無(wú)氧呼吸代謝。由于初期序批處理格內(nèi)MLSS濃度高,硝化態(tài)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(jī)碳的濃度增加,提高了反硝化的速率。來(lái)自曝氣格和序批格原有的硝態(tài)氮經(jīng)反硝化得以去除。另外,該階段運(yùn)行也是序批處理格中較高濃度的污泥向曝氣格回流的過(guò)程,以提高曝氣格中的污泥濃度。

步驟2：部分原水和循環(huán)液混合,進(jìn)行缺氧攪拌。 隨著步驟1中原水的不斷進(jìn)入,序批處理格內(nèi)有機(jī)物和氨氮的濃度逐漸增加。為阻止在序批處理格內(nèi)有機(jī)物和氨氮的過(guò)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(nèi)維持一個(gè)適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)碳水平,以利于反硝化的進(jìn)行�；旌弦和ㄟ^(guò)循環(huán),繼續(xù)使序批處理格原來(lái)積聚的MLSS向主曝氣格內(nèi)流動(dòng)。

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

步驟4：曝氣,并繼續(xù)循環(huán)。 進(jìn)行曝氣,降低最初進(jìn)水所殘余的有機(jī)碳、有機(jī)氮和氨氮,以及來(lái)自主曝氣格未被降解的有機(jī)物和內(nèi)源呼吸釋放的氨氮,并吹脫在前面缺氧階段產(chǎn)生的截留在混合液中的氮?dú)�。連續(xù)的循環(huán)增加了主曝氣格內(nèi)的微生物量,同時(shí)進(jìn)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(gè)周期中作為澄清池時(shí),減少污泥量以提高沉淀池的效率。

步驟5：停止循環(huán),延時(shí)曝氣。 為進(jìn)一步降低序批處理格內(nèi)的有機(jī)物和氮濃度,減少剩余的氮?dú)馀?采用延時(shí)曝氣。這步是在沒(méi)有循環(huán),沒(méi)有進(jìn)出流量的隔離狀態(tài)下進(jìn)行。延時(shí)曝氣使序批處理格中的BOD5和TKN達(dá)到處理的要求水平。

步驟6：靜置沉淀。 延時(shí)曝氣停止后,在隔離狀態(tài)下,開(kāi)始靜置沉淀,使活性污泥與上清液有效分離,為下半個(gè)周期作為澄清池出水做準(zhǔn)備。沉淀開(kāi)始時(shí),由于仍存在剩余的溶解氧,沉淀污泥中的硝化菌繼續(xù)硝化殘余的氨,而好氧微生物繼續(xù)進(jìn)行好氧內(nèi)源呼吸。當(dāng)混合液中氧減少到一定程度時(shí),兼性菌開(kāi)始利用硝化態(tài)氮作為電子受體進(jìn)行缺氧內(nèi)源呼吸,進(jìn)行程度較低的反硝化作用。在整個(gè)半周期過(guò)程中,此時(shí)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(gè)周期作為沉淀池,其出水質(zhì)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(gè)半周期：步驟6的結(jié)束標(biāo)志著處理運(yùn)行的下半個(gè)循環(huán)操作開(kāi)始。通過(guò)兩個(gè)半周期,改變交替序批處理格的操作形式。第二個(gè)半周期與第一個(gè)半周期的6個(gè)操作步驟相同。

2　MSBR法的主要運(yùn)行特點(diǎn)

(1)MSBR系統(tǒng)能進(jìn)行不同配置的設(shè)計(jì)和運(yùn)行,以達(dá)到不同的處理目的。

(2)每半個(gè)運(yùn)行周期中,步驟的數(shù)量和每步驟所需的時(shí)間,取決于原水的特性和出水的要求。這里介紹了6個(gè)運(yùn)行步驟,但所需總的步驟可以被系統(tǒng)設(shè)計(jì)者所選擇。常�？梢栽趯�(shí)際運(yùn)行中減少,以便使運(yùn)行過(guò)程簡(jiǎn)單化。例如,步驟1和步驟2能通過(guò)延長(zhǎng)步驟1和減少步驟2的時(shí)間來(lái)合并這兩步為一步。增加步驟1的時(shí)間則增加序批處理格有機(jī)碳的量,這使得在不進(jìn)原水的缺氧混合時(shí)間需要更長(zhǎng),以平衡步驟3。也可以增加步驟,進(jìn)行更多的缺氧�埠醚跣蚺�操作,來(lái)處理有機(jī)物和氨氮濃度更高的原水,以達(dá)到更低出水總氮的要求。

(3)在每半個(gè)循環(huán)中,原水大部分時(shí)間是進(jìn)入主曝氣格。接著是部分或全部污水進(jìn)入作為SBR的序批處理格。在主曝氣格中完成了大部分有機(jī)碳、有機(jī)氮和氨氮的氧化。另外,主曝氣格在完全混合狀態(tài)下連續(xù)曝氣,創(chuàng)造了一個(gè)穩(wěn)定的生物反應(yīng)環(huán)境。這使得整個(gè)設(shè)備能承受沖擊負(fù)荷的影響。

(4)從序批處理格到主曝氣格的循環(huán)流動(dòng),使得前者積聚的懸浮固體運(yùn)送到了后者。循環(huán)也把主曝氣格內(nèi)的被氧化的硝化氮運(yùn)送到在半個(gè)循環(huán)的大部分時(shí)期處在缺氧攪拌狀態(tài)下的序批處理格,實(shí)現(xiàn)脫氮的目的。

(5)污泥層作為一個(gè)污泥過(guò)濾器,對(duì)改善出水質(zhì)量和缺氧內(nèi)源呼吸進(jìn)行的反硝化有重要作用。

3　MSBR法的應(yīng)用與發(fā)展 MSBR技術(shù)已在幾個(gè)污水處理廠應(yīng)用。位于加拿大Saskatchewan的Estevan污水處理廠則為一實(shí)例。雖然由于嚴(yán)寒造成一些冰凍問(wèn)題,但污水廠還是取得了相當(dāng)好的處理效率。平均溫度為13℃。

實(shí)踐表明MSBR是一種可連續(xù)進(jìn)水、高效的污水處理工藝,且簡(jiǎn)單,容積小,單池。易于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制。在較低的投資和運(yùn)行費(fèi)用下,能有效地去除含高濃度BOD5、TSS、氮和磷的污水。總之,系統(tǒng)在低HRT、低MLSS和低溫情況下,具有優(yōu)異的處理能力。MSBR技術(shù)的研究與發(fā)展方向如下：

(1)MSBR技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展是生物除磷或同時(shí)脫氮除磷。目前同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院對(duì)此正在作進(jìn)一步的研究,并已取得了有重要理論意義與應(yīng)用價(jià)值的研究成果。

(2)MSBR系統(tǒng)可以有各種不同配置,例如溝(渠)形式,并且現(xiàn)在已經(jīng)在開(kāi)發(fā)研究。

(3)MSBR生物處理的動(dòng)力學(xué)模式研究,以提供普遍的設(shè)計(jì)和運(yùn)行依據(jù)。

(4)MSBR運(yùn)行過(guò)程智能化控制的研究,以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各操作過(guò)程具有適應(yīng)性和最優(yōu)控制。由于系統(tǒng)各格互聯(lián)、交替操作,且可以通過(guò)選擇、組合與取舍操作步驟,調(diào)整各操作步驟時(shí)間來(lái)控制運(yùn)行,其運(yùn)行過(guò)程比較復(fù)雜。此外,如果進(jìn)水水質(zhì)變化,MSBR法的運(yùn)行過(guò)程更具有非線性、時(shí)變性與模糊性的特點(diǎn),難于用數(shù)學(xué)模型根據(jù)傳統(tǒng)控制理論進(jìn)行有效控制,因此對(duì)MSBR法這樣復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行在線模糊控制,將能得到其它控制方式無(wú)法實(shí)現(xiàn)的令人滿意的控制效果。這也是MSBR法的一個(gè)重要研究方向。