MSBR工艺设计处理废水.docx

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MSBR工艺设计处理废水

MSBRC艺

MSB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（ModifiedSequencing

BatchReactor）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MSBF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法的应用与发展

MSBF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MSBF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

:

<20

mg/L

BOD

:

<20

mg/L

TKN

:

<20

mg/L

NHkN

冬季

<8

mg/L

夏季

<8

mg/L

TP

:

<1.0

mg/L

实践表明MSB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BOD5TSS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。

MSBF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MSBF法这样复杂系统进行在线模糊控制，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MSB法的一个重要研究方向。

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。

出水

3.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）MSBF系统的各功能池和运行示意见图。

MSBR晋面布雹图

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SBR和SBR2SBR和SBR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SBR进行上述反应时，SBR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SBR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SBR和SBR2勺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

时段

时间

时段

时间

时段1

30min

时段4

60min

时段2

60min

时段5

30min

时段4

30min

时段6

60min

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MSBF系统完全实现自动控制运行，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。

4.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。

5.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B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。

MSB系统对除磷脱氮具有良好的效果和稳定性（如同A2/0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）。

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这种运行方式相当于两级A/0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A2/0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0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A2/0

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0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。

农3试的运行结果t数抑为护均值）

顷目1

第一阶段

第二阶段

进水

mgL

mgL

去除率

/%

进水mgL

出水

mgL

去除零

r%

COD

160

35

7ft

2]2

56

73

BOI?

h-

14

79

77

24

64

SS

105

24

77

154

28

R2

TKN

31

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N、

17

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21

S

62

1.5

O.3

80

1-7

O.6

65

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。

6.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/RCOD/N内回流比R、曝气池MLSS等。

各因素对TR去除效果的影响程度不同，在选定的影响因素中，进水COD/R对MSB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/P>MLSS>R>CQJD/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/lNH+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/P>100寸去除率逐渐减小。

说明当COD/P比值增大到一定程度时，有机底物相对充足，而

磷却处于相对缺乏的状态，故磷的去除率不再因COD/P勺增大而增大，出水TP浓度下降趋缓。

图2进水CODP对除磷的影响

对于COD/P>10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GAO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勺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3。

在进水TP浓度基本维持在3〜4mg/I，COD/P约为100,进水COD/N为10,曝气池MLS助2000〜3000的情况下，改变MSBF系统的污泥回流比R,出水TP随R的增大出现先降后升的趋势。

当R从0.3增加到0.5，厌氧池中污泥浓度逐渐增加，TP去除率也逐渐增加；继续提高污泥回流比，发现TP去除率急剧下降，说明污泥回流携带的硝酸盐已经严重影响了系统对磷的去除。

由图3可知在R为0.5时工艺系统表现出相对最佳的TP出水效果。

*进水TP厂出水TP+去除率

进水COD/N对除磷的影响在本实验中，进水COD/N寸6池MSBR除磷效果的影响如图4所示。

进水COD/N对磷的去除影响不是很明显，随进水COD/N增加，出水TP浓度有缓慢下降的趋势，当COD/N＞时，下降趋势趋于平缓，出水TP稳定在1.5mg/l左右。

TP去除率在COD/N从3增加到7时增加，COD/N＞时趋于稳定。

与一般脱氮除磷工艺要求进水COD/N＞4.3相比，MSBF池工艺要求更高的进水COD/N：

匕，这与MSBF后置反硝化的反硝化方式有关，后置反硝化使得反硝化碳源不足，所以如果进水中N含量太高（COD/NV7），不充足的反硝化使大量的硝酸盐随污泥回流进入厌氧池，影响PAOS勺厌氧释磷，并最终使系统除磷效果下降。

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圏4进水ODDN对除磷的影响

进水CODS度对除磷的影响维持进水中COD/P=100COD/N=7不变，改变CODS度对去除磷的影响见表5。

表5进水（X）口对杀统除磷嫁响实验结果

进水a）D浓度范圉

进水TP

出水1P

厌氟池进

木浓度差

100—200

1.34

Q7

4Z76

\62

350-450

玄63

1.8

5Q41

&n

700-800

蛊38

3.73

5S46

IZ03

注：

厌氧池进水浓度差为厌氧池磷酸盐浓度与进水磷酸盐浓度的差值。

从表中数据可知，随着进水中CO［浓度的增加，系统的TP去除率也有所增加，但是增加程度不大，只从47.76%提高到55.46%。

厌氧池释磷量也随着增加，进水COD较低时（100〜200mg/l），厌氧池释磷状况不佳，但是由于进水TP浓度较低（1.34mg/l），还是获得了较低的出水TP浓度；进水COD较高时，基质充足，厌氧池释磷状况良好，浓度差从进水CO［浓度100〜200mg/l时的5.62增加到进水COD浓度700〜800mg/l时的12.03;但是由于进水中TP浓度较高（8.38mg/l），出水TP浓度较高（3.73mg/l）。

7.MSBR工艺的运行管理实践

MSBR工艺首先在委内瑞拉等南美国家使用，经过不断发展，现在普遍采用

的是MSBR勺第三代技术。

MSBRT艺流程简洁、控制灵活、单元操作简单而且占地省，被认为是目前最新、集约化程度最高的污水处理技术之一。

深圳盐田污水处理厂即采用了该工艺，另外无锡新区污水处理厂、上海松江东部污水处理厂和太原钢铁厂生活污水处理厂也采用了该工艺。

八.MSBR工艺的运行管理

8.1MSBR工艺的运行管理问题

&1.1对污染物的去除

MSBR生物反应池的停留时间较长（如HRT=14h）污染物有充足的时间被降解去除。

污水进入厌氧池经历释磷反应后在缺氧池进行反硝化，大量的有

机碳源被利用；进入好氧池和后续的SBF反应池后，混合液中的基质浓度已经很低，这为硝化菌创造了优势生长的条件；在好氧反应期间氨氮转化为硝态氮，同

时有机污染物被降解，磷被充分吸收到污泥絮体内；澄清出水时，污染物得到了很好的去除；回流的污泥先经过预缺氧脱氮后才回到厌氧池，避免了硝酸盐氮对

厌氧反应的干扰。

因此，MSBF系统对碳源的分配利用比较合理，前段利用推

流式的空间控制、能级分布的特点，后续SBR在低能级点运行，以稳定出水水质及进行泥水分离，从而优化了反应速率组合，改善了系统的整体效应。

值得一提的是，SBR池中部设置了底部挡板，它不仅避免了水力射流对出水区域的影响，并且改善了水力状态，使SBR池进水端的流态是由下而上，悬浮的污泥床起着截流过滤的作用，大大加强了澄清效果；另外MSBF工艺采用空气出水堰潜流出水，使得水中SS得到很好的去除，也对水中总磷的去除起了很大的作用。

南方某厂的运行数据表明：

MSBF工艺对COD勺去除率为86%,出水BOD和SS均在10mg/L以下，去除率＞90%对磷的去除效果更好，出水磷＜0.5mg/L。

8.1.2浓缩池、预缺氧池的运行管理

MSBR工艺在厌氧池前设浓缩池（2单元）和预缺氧池（3单元），2单元的沉降作用不仅提高了回流污泥的浓度还将富含硝酸盐的上清液分离，3单元主要

依靠污泥絮体的内源反硝化作用，尽管该反应机理的研究尚不充分，但实践表明其效果显著（实测3单元硝酸盐浓度可达0.1mg/L以下）。

实际运行中需控制3单元的停留时间，若时间过长，硝酸盐浓度虽可以降得很低，但同时会造成磷的无效释放，因此在管理上需每天监测3单元的污泥浓度（保持其浓度是6单元浓度的3倍左右），经常检测上清液的NO-3-N和TP,并以此为指导调节1或7单元至2单元和3单元至4单元的回流比。

当反硝化不充分时，还可以将2单元的进水阀门打开，适度补充外加碳源。

8.1.3缺氧池的运行管理

MSBR工艺设置缺氧池（5单元）用于好氧池回流液反硝化脱氮。

由于磷的释放反应和反硝化反应竞争碳源（DBOD），所以实际运行时可根据进水碳源来调节运行方式。

南方某厂进水BOD平均为120mg/L，DBOD为80〜90mg/L，不足以同时满足除磷脱氮的需要，运行时就需根据磷的去除情况来调节6单元到5单元的回流比，或者停用该回流，将2单元的上清液回流到5单元，这样既可节省能耗又可以在满足磷释放反应需求的基础上充分利用5单元来脱除硝酸盐和回收碱度。

&1.4脱氮的运行管理

脱氮的效果取决于工艺运行条件和进水水质，进水中必须有足够的碱度进行硝化，又须有足够的碳源完成反硝化。

南方某厂进水主要为城市生活污水，总碱度为180mg/L左右，可用碱度为150mg/L左右，出水一般要带走50mg/L左右碱度，因此可供硝化利用的碱度为100mg/L左右。

按照GB18918—2002—级B标准的出水氨氮应小于8mg/L，则至少要削减27mg/L以上的氨氮，由于硝化耗碱量为7.14mg碱度/mgN，所以进水碱度不足，对氨氮的硝化会造成一定的影响。

MSBR工艺设置了预缺氧（3单元）、缺氧（5单元）

和SBR的缺氧反应三个反硝化段，运行中可灵活设置运行参数，充分利用反硝化作用来回收碱度。

若氨氮的去除效果不佳，可以适当投加纯碱（Na2CO3）来

驯化污泥，实践表明其效果很好，出水氨氮可达到2mg/L以下。

8.1.5泥龄的确定

除磷要求泥龄短，脱氮则要求泥龄长，因此对于兼有除磷脱氮功能的工艺而言，泥龄的确定很重要。

MSB工艺的设计泥龄为8〜12d,实际泥龄则需根据温度、水质、污泥生长速度等因素来具体确定。

实际生产中可基本保持其他运行参数不变，调节剩余污泥排放量，考察不同MLSS与除磷脱氮的关系，

可以明显观察到随着MLSS的增加（泥龄延长），出水TP上升而NH3-N下降的趋势，经过多次观察即可找到既能满足除磷又能符合脱氮要求的最佳泥龄范围。

以南方某厂的实际运行数据来看，6单元的MLSS维持在2000〜2500mg/L的范围内，脱氮除磷同时达到较好的效果。

8.2MSBR运行管理的难点

8.2.1空气堰的管理

空气堰出水是MSBR工艺的一大特色，使MSB阪应池始终保持满水位、

恒水位运行，反应池的容积利用率高。

空气堰对自控的要求比较高，由于SBR

单元在交替反应和出水，空气堰必须保证在设定的周期内准确动作，因此直接关系到系统运行的稳定性，是运行管理的重点和难点。

空气堰需不断进行进气/放气的操作，即使在不出水时段也需不断补气以满足液位控制要求，因此触点开关动作频繁，需要经常检查和维护。

在空气堰内以气压控制液位是通过三根电极实现的，电极易因表面的绝缘层腐蚀、破损、被纤维状杂物缠绕等产生误信号，所以需要定期维护。

空气堰最大的问题是容易产生虹吸（尤其是在水量

大时），造成出水水量不均，池面液位变化以致影响回流量，虹吸结束时造成空气堰罩的震动等，甚至会造成跑泥，影响出水水质。

实际运行中需特别注意这种现象，一旦频繁发生，可改变进气方式予以解决。

822曝气管膜的管理

可提升式曝气器为曝气管膜的维护带来了便利，可将曝气架提升到池面上进行维护而无需将反应池放空。

由于曝气管膜表面易长生物膜、被杂物堵塞、破损等可能的原因，都会改变整套曝气器的风压分布，造成出气不均而影响其曝气效率，运行中需定期根据鼓风机风压值、观察池面曝气状态等定期检查维护曝气管膜。

美中不足的是，供气环网支口与曝气器进气口之间的软连接长度不够，无法将曝气器提升到