摘要:介紹了MSBR工藝在污水處理中的現(xiàn)狀,其中包括工藝流程、運(yùn)行方式、基本特點(diǎn)和推薦的運(yùn)行參數(shù)及在國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用實(shí)例,指出了該工藝的研究與發(fā)展方向。 　　關(guān)鍵詞:MSBR工藝;污水處理;現(xiàn)狀;發(fā)展趨勢(shì)
　　中圖分類號(hào):X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
　　
　　常規(guī)型SBR工藝具有工藝流程簡(jiǎn)單、運(yùn)行效果好等優(yōu)點(diǎn),但由于其間歇進(jìn)水、間歇排水、處理周期較長(zhǎng),且當(dāng)連續(xù)進(jìn)水時(shí),對(duì)于多個(gè)SBR反應(yīng)器其進(jìn)水和排水的閥門自動(dòng)切換頻繁、設(shè)備閑置率高、潷水裝置構(gòu)造復(fù)雜、單位時(shí)間出水量有一定限制等缺點(diǎn),而制約了它大規(guī)模的應(yīng)用。
　　隨著計(jì)算機(jī)和自控技術(shù)的飛速發(fā)展,集曝氣池、沉淀池于一體的SBR工藝越來(lái)越受到人們的青睞。根據(jù)不同的水質(zhì)條件,使用場(chǎng)合和出水要求,在SBR工藝的基礎(chǔ)上,發(fā)展了許多新的變型工藝。如ICEAS、DAT-IAT、CASS、IDEA、UNITANK等。由缺氧池、厭氧池、好氧池、泥水分離池構(gòu)成內(nèi)循環(huán)式SBR系統(tǒng)簡(jiǎn)稱MSBR(Modified Sequencing Batch Reactor)系統(tǒng),其實(shí)質(zhì)上是將A2/O工藝與SBR串聯(lián)而成,在恒水位下連續(xù)運(yùn)行,采用單池多格方式,省去了許多閥門、泵、連接管和儀表,增加了污泥回流系統(tǒng),有很好的除磷脫氮效果,被認(rèn)為是最新、集約化程度最高的污水處理工藝[1]。
　　
　　
　　1 工藝流程和運(yùn)行方式
　　在工程實(shí)踐中,通常整個(gè)MSBR被設(shè)計(jì)成一座矩形池,并分為不同的單元,各單元起著不同的作用。兩個(gè)序批池的功能相同,均起著缺氧反硝化、好氧氧化、預(yù)沉淀和沉淀作用。
　　一般MSBR將一個(gè)運(yùn)行周期分為六個(gè)步驟,每三個(gè)步驟為一個(gè)半周期,在相鄰的兩個(gè)半周期內(nèi),除序批池的運(yùn)行方式不同外,其余各單元運(yùn)行方式完全一樣。在一個(gè)半周期內(nèi)MSBR的具體運(yùn)行情況如下:
　　步驟1
　　如圖1所示:污水進(jìn)入?yún)捬醭?在厭氧池內(nèi),進(jìn)水與泥水分離池回流的高濃度脫氮污泥混合,聚磷菌在此進(jìn)行磷的釋放,吸收低分子脂肪酸并以聚β羥基丁酸(PHB)等形式在體內(nèi)儲(chǔ)存起來(lái)。接著混合液進(jìn)入主曝氣池,聚磷菌分解體內(nèi)的PHB,獲得能量,過(guò)量吸收周圍環(huán)境中的正磷酸鹽,并以聚磷酸鹽的形式在細(xì)胞內(nèi)累積,同時(shí)碳化菌完成有機(jī)碳的降解,硝化菌完成氨氮的硝化。在溶解氧較低時(shí)還同時(shí)存在反硝化作用。主曝氣池混合液一部分進(jìn)入SBR1進(jìn)行缺氧攪拌,此時(shí)因不斷有曝氣池混合液循環(huán)至此,SBR1利用剩余碳源及微生物自身組織進(jìn)行反硝化。曝氣池混合液的另一部分進(jìn)入SBR2沉淀后作為出水流出系統(tǒng)。然后SBR1內(nèi)的混合液通過(guò)回流泵回流至缺氧池進(jìn)行反硝化脫氮,接著自流進(jìn)入泥水分離池。分離池的上清液進(jìn)入主曝氣池,沉淀下來(lái)的污泥進(jìn)入?yún)捬醭嘏c原污水混合。
　　步驟2
　　SBR1進(jìn)入好氧曝氣階段,進(jìn)一步降解有機(jī)碳和氨氮,以便穩(wěn)定出水水質(zhì)。其余單元操作與步驟1相同。
　　步驟3
　　如圖2所示:SBR1進(jìn)入預(yù)沉階段,不進(jìn)行回流,為下半個(gè)周期的沉淀出水做準(zhǔn)備。
　　下個(gè)半周期其余的運(yùn)行情況都不變,只是將主曝氣池的混合液引入SBR2,在這個(gè)時(shí)段內(nèi)SBR1剛好能進(jìn)行沉淀出水,如此循環(huán)。
　　缺氧池、厭氧池分別設(shè)置有攪拌裝置,序批池中為了在缺氧反應(yīng)時(shí)防止污泥沉淀,也設(shè)置有攪拌裝置;兩只序批池至泥水分離池各設(shè)有一只過(guò)墻回流泵,為了控制回流至厭氧池的污泥量,缺氧池至厭氧池也可設(shè)過(guò)墻回流泵;主曝氣池內(nèi)設(shè)曝氣裝置,空氣來(lái)自鼓風(fēng)機(jī),序批池設(shè)置的空氣堰由氣源控制自動(dòng)出水,便于兩序批池之間切換。且MSBR工藝要求主曝氣池和序批池安裝溶解氧測(cè)定儀,根據(jù)主曝氣池內(nèi)DO水平自控調(diào)節(jié)曝氣風(fēng)機(jī)運(yùn)行頻率,特別是在主曝氣池與序批池同時(shí)供氧切換為主曝氣池單獨(dú)供氧時(shí),可自動(dòng)調(diào)整鼓風(fēng)量,以節(jié)省能耗。運(yùn)行周期的切換及各設(shè)備的時(shí)序操作均可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。
　　
　　2 MSBR系統(tǒng)的特點(diǎn)和運(yùn)行參數(shù)
　　
　　2.1 MSBR系統(tǒng)的特點(diǎn)
　　(1)MSBR是一種高效率的反應(yīng)器,它綜合了A2/O,SBR ,UCT等工藝的優(yōu)點(diǎn)[2],結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、占地面積小、土建造價(jià)低、自動(dòng)化程度高。
　　(2)MSBR系統(tǒng)中的微生物完整地經(jīng)歷了厭氧、好氧、缺氧、沉淀4個(gè)階段,可以利用不同形態(tài)的氧作為電子受體,通過(guò)多種途徑進(jìn)行代謝,從而使除磷脫氮效果更好,有機(jī)物降解更為完全。
　　(3)由于MSBR系統(tǒng)中活性污泥交替地經(jīng)歷不同的環(huán)境條件,不僅篩選了優(yōu)勢(shì)菌種,而且抑制了絲狀菌的生長(zhǎng)和異養(yǎng)菌的大量繁殖,使污泥具有良好的沉降和脫水性能,剩余污泥濃度較高,污泥產(chǎn)率較低,降低了后續(xù)污泥處置的困難。
　　(4)MSBR增加了低水頭、低能耗的回流設(shè)施,既有污泥回流又有混合液回流,從而極大地改善了系統(tǒng)中各個(gè)單元內(nèi)MLSS的均勻性,特別是增加了連續(xù)運(yùn)行單元的MLSS濃度。
　　(5)MSBR系統(tǒng)采用空氣堰控制出水,而不是采用出水初期放空的形式排除已經(jīng)進(jìn)入集水槽內(nèi)的懸浮固體,防止了曝氣期間的任何懸浮物進(jìn)入出水堰,從而有效的控制了出水懸浮物,保證了出水水質(zhì)。
　　(6)在MSBR系統(tǒng)中,SBR池中間設(shè)置了底部擋板,使池前的水流由下而上,而非通常的平流狀態(tài),從而避免了水力射流的影響。系統(tǒng)混合液可利用高濃度沉淀底泥作為截流層,截流過(guò)濾污水中懸浮顆粒并同時(shí)完成底泥內(nèi)碳源反硝化作用。在過(guò)濾截流過(guò)程中能保證較高的沉淀污泥濃度,使得剩余污泥排放濃度高,排放流量小。
　　2.2 運(yùn)行參數(shù)
　　推薦的MSBR運(yùn)行參數(shù)見表1[3]:
　　
　　3 MSBR的應(yīng)用實(shí)例
　　
　　目前,MSBR系統(tǒng)主要應(yīng)用于北美和南美,韓國(guó)漢城建造了亞洲第一座采用該工藝的污水處理廠。加拿大Saskatchewan的Estevan污水處理廠也采用了MSBR技術(shù)。我國(guó)上海市為了合流污水處理廠的建設(shè),在上海浦東草頭鎮(zhèn)對(duì)MSBR進(jìn)行了中試運(yùn)行。深圳市鹽田污水處理廠采用了MSBR工藝,其工藝設(shè)計(jì)方案及配套設(shè)備均由美國(guó)Aqua公司提供,MSBR工藝應(yīng)用于大中型污水處理工程在國(guó)內(nèi)尚屬首次。
　　3.1 MSBR系統(tǒng)在上海市的中試運(yùn)行概況
　　中試運(yùn)行在位于上海浦東草頭鎮(zhèn)的上海合流污水一期工程預(yù)處理廠內(nèi)進(jìn)行。城市污水經(jīng)過(guò)粗、細(xì)格柵后進(jìn)入系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)運(yùn)行。結(jié)果表明:MSBR系統(tǒng)具有良好的除磷脫氮能力,在高水力負(fù)荷以及溫度較低時(shí)仍能保持較好的處理效果[4]。
　　3.2 深圳市鹽田污水處理廠[5]
　　3.2.1 工程概況
　　鹽田污水處理廠位于鹽田港碼頭附近的一片填海區(qū),近期占地6.33 萬(wàn)m2,遠(yuǎn)期總占地11.4萬(wàn)m2。此工程近期工程靜態(tài)總投資24045萬(wàn)元,其中單套MSBR系統(tǒng)引進(jìn)設(shè)備費(fèi)用為1457萬(wàn)元。
　　該廠近期處理規(guī)模為1.2*104m3/d,遠(yuǎn)期規(guī)模為2.0*104m3/d。污水性質(zhì)為城市污水,設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)如表2所示:
　　工藝流程如圖3所示:
　　MSBR系統(tǒng)單組設(shè)計(jì)規(guī)模4萬(wàn)m3/d,采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。其平面布置如圖4所示。
　　3.2.2 主要設(shè)計(jì)參數(shù)
　　水力停留時(shí)間HRT=14.31h;污泥設(shè)計(jì)泥齡為8～13d,根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況調(diào)整;平均設(shè)計(jì)污泥濃度MLSS=2200～4000mg/L;兩個(gè)SBR池和主曝池的水深為6m,其余單元水深為8m;MSBR混合液回流和活性污泥回流量為(1.3～1.5)Q,濃縮污泥回流量為(0.3～0.5)Q;單座MSBR池干污泥量為6880kg/d(BOD5=200mg/L),剩余污泥提升泵流量Q=115m3/h,含水率取99.4%;SBR池供氣量各為65.7～78.3m3/min(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)),主曝池供氣量為115.22～137.50m3/min(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)),氧氣利用率EA=22%～30%,動(dòng)力效率2.5～4.0kgO2/(kW•h);空氣出水堰負(fù)荷40m3/(m•h)。
　　3.2.3 工藝特點(diǎn)
　　MSBR系統(tǒng)各單元設(shè)置浮筒式攪拌器,以改善系統(tǒng)中各個(gè)單元的MLSS的均勻性;兩邊SBR池內(nèi)各設(shè)1套空氣堰系統(tǒng),每套空氣堰系統(tǒng)包括3個(gè)空氣堰罩、1套水位計(jì)、1個(gè)空氣管控制箱、1個(gè)電氣控制箱;SBR池中間設(shè)置一個(gè)高3.0m的底部擋板;曝氣器采用可升降式微孔曝氣器,包括電動(dòng)升降裝置、垂直升降支架、曝氣管支架、橡膠膜曝氣器、曝氣管調(diào)平裝置;為了便于空氣控制,SBR池和主曝池各設(shè)1個(gè)空氣環(huán)狀管網(wǎng),分別接自廠區(qū)空氣環(huán)網(wǎng)上,SBR池和主曝池內(nèi)溶氧儀和調(diào)節(jié)閥配合工作實(shí)現(xiàn)對(duì)其曝氣量的控制;采用自動(dòng)控制PLC軟件包及控制設(shè)備保證MSBR運(yùn)轉(zhuǎn)方式的實(shí)現(xiàn)。
　　
　　4 MSBR工藝研究與發(fā)展方向
　　
　　 (1)MSBR的進(jìn)一步發(fā)展是生物除磷或同時(shí)脫氮除磷。由于MSBR系統(tǒng)采用的是后置反硝化,碳源不足制約了系統(tǒng)的脫氮效果[6],同濟(jì)大學(xué)顧國(guó)維教授等進(jìn)行了將部分原水分流至缺氧區(qū)的試驗(yàn),得出脫氮率提高而除磷效果下降的結(jié)果[7];
　　(2)MSBR系統(tǒng)可以有各種不同的配置,如溝渠式,已在開發(fā)研究中[8];
　　(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)行根據(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;
　　(5)對(duì)MSBR系統(tǒng)進(jìn)行在線模糊控制,以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。
　　
　　5 結(jié)論與建議
　　
　　(1)MSBR工藝綜合了A2/O,SBR ,UCT等工藝的優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是最新、集約化程度最高的污水處理工藝,是一種值得在國(guó)內(nèi)大力推廣使用的工藝;
　　(2)目前,MSBR工藝尚無(wú)成熟的設(shè)計(jì)和運(yùn)行參數(shù),其設(shè)計(jì)與運(yùn)行可參考SBR工藝的設(shè)計(jì)及本文推薦的工藝參數(shù)運(yùn)行。有關(guān)方面應(yīng)在科研和運(yùn)行管理的基礎(chǔ)上,盡快制定出設(shè)計(jì)規(guī)范以利于MSBR工藝的推廣使用;
　　(3)MSBR工藝回流污泥泵采用的是大流量、低揚(yáng)程的過(guò)墻回流泵。而現(xiàn)階段國(guó)產(chǎn)泵大多數(shù)為小流量、高揚(yáng)程的泵,因此,盡快研究開發(fā)出符合MSBR工藝的專用回流泵是推廣MSBR工藝的關(guān)鍵。
　　
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