改进型MSBR工艺特点与运行效果

改进型 MSBR 工艺特点与运行效果 杨殿海 , 　顾国维 (同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室 ,上海 200092) 　　摘 　要 : 　介绍了 MSBR 污水处理 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 ,从水力学、生化反应动力学及微生物生长环境条件等 方面分析了 MSBR 工艺的运行特点。理论分析及实际运行效果都表明 ,MSBR 工艺运行灵活、控 制方便、生化反应速率高、脱氮除磷效果好 ,总体性能优良。 　　关键词 : 　污水处理 ; 　MSBR 工艺 ; 　性能分析 中图分类号 :X703. 1 　　文献标识码 :C 　　文章编号 :1000 - 4602 (2004) 01 - 0062 - 04 　　基金项目 :上海市重点学科建设资助项目 　　20 世纪 90 年代 ,同济大学顾国维教授课题组 对 MSBR 工艺进行了改进 ,推出多单元组合优化脱 氮除磷 MSBR 新工艺 ,采用组合方式使两个 SBR 池 交替进行序批反应和澄清作用 ,同时使系统的厌氧、 缺氧及主好氧区保持连续运行 ,该工艺具有占地面 积小、投资省、运行费用低、处理效果好等优势。 目前 MSBR 工艺已在国内的深圳盐田污水处 理厂、无锡新区污水处理厂、上海松江东部污水处理 厂成功运行 ,但许多设计单位及环境工程公司对 MSBR 工艺性能的了解比较片面 ,在设计和调试运 行过程中不懂得根据处理对象、出水要求及具体环 境条件进行数据模拟从而得到设计或运行参数 ,或 者根据实际的进水水质随时自动调整运行方式 ,这 样势必对 MSBR 工艺的运行和推广产生不良影响 , 故有必要对 MSBR 工艺进行性能和运行效果分析。 1 　MSBR 工艺特点 111 　MSBR 工艺流程 MSBR 流程的实质与传统 A2/ O 工艺一样 ,但 为了满足不同的进水水质和处理要求 ,MSBR 的流 程会作出相应的调整 ,如 :最初的 MSBR 系统主要 考虑去除有机污染物及悬浮固体 ,其形式为三池式 切换系统 ;在用于上海市的合流污水处理试验中 ,因 主要目的用于强化生物除磷 ,故在对回流污泥进行 中间浓缩之前进行反硝化脱氮、浓缩后进入厌氧池 进行磷的释放[1 ] 。目前城市污水处理的 MSBR 系 统通常以 7 单元组合系统出现 ,其典型的工艺流程 及平面布置形式如图 1、2 所示。 污水经预处理工序后直接进入 MSBR 反应池 的厌氧池与预缺氧池的回流污泥混合 ,富含磷的污 泥在厌氧池进行释磷反应后进入缺氧池 ,缺氧池主 要用于系统反硝化 ,由主曝气池至缺氧池的回流系 统提供好氧池含硝酸盐的混合液。缺氧池混合液进 入主曝气池经有机物降解、硝化、磷吸收反应后再进 入序批池 Ⅰ或 Ⅱ。如果以序批池 Ⅰ作为沉淀池 ,则 序批池 Ⅱ首先进行缺氧反应再进行好氧反应 ,或交 替进行缺氧、好氧反应 ,其作用相当于串联了一个多 级 A/ O 反应器。在缺氧、好氧反应阶段 ,序批池的 混合液通过回流泵回流到泥水分离池 ,分离池上清 液进入缺氧池 ,沉淀污泥进入预缺氧池 ,经内源缺氧 反硝化脱氮后回流进入厌氧池与进厂污水混合进行 磷释放 ,依次循环。 图 1 　MSBR 系统原理图 ·26· 　　　　中国给水排水 　　 2004 Vol. 20 　　　　　　　　　　CHINA WA TER & WASTEWA TER 　　　　　　　　　　　No. 1 图 2 　MSBR 平面布置图 　　6 # 单元至 5 # 单元的回流 ,可根据对反硝化效 率的要求 ,通过变速调节回流泵来改变系统的回流 量。序批池至泥水分离池的回流泵同样可以进行变 速调节。 为了防止硝酸盐影响厌氧池中的磷释放 ,在污 泥进入厌氧池之前设置了预缺氧池 ,依靠内碳源反 硝化去除污泥中的硝酸盐 ,好氧池后续的两个序批 反应池 ,将其中之一作为沉淀池使用时 ,通过特殊的 配水及中间碟板构造形式 ,使该序批池可对好氧池 的混合液进行接触絮凝沉淀作用 ,而且不会使系统 污泥在该池中过度积累 ;另一个序批池则进行缺氧、 好氧序批反应。根据进水水质和处理要求 ,可对序 批反应的缺氧、好氧时间进行调整 ,以达到稳定出水 水质的目的。 MSBR 的总体特点是借助大流量低扬程过墙式 回流泵、空气控制出水堰及表面搅拌器等设备 ,使各 处理功能区可以有机地组合在一起 ,配上自动控制 系统 ,各反应区域相互协调 ,功能上相互促进 ,使灵 活集约化的设计理念得以实现。 112 　水力学运行特性 传统 SBR 及其变形工艺采用滗水器排水 ,系统 有相当一部分时间不在高水位运行 ,其反应体积的 使用率降低 ,反应池容积没有得到充分利用 ,而 MSBR 系统始终保持满水位、恒水位运行 ,得以在较 小的体积内保持高的去除率。与传统 A2/ O 工艺相 比 ,MSBR 系统各单元 (包括序批池) 合建为一体化 处理构筑物 ,省略了各构筑物间的联络管道 ,既便于 平面布置 ,又减小了整个处理流程的水头损失 ,降低 了工程造价。 序批池作为沉淀池使用时 ,池体特别的水力设 计保证了污泥层的稳定及出水水质。序批池内设计 有一中间碟板 ,改善了其水力运行状态 ,缺氧或好氧 反应时这一碟板并不影响池体功能的发挥 ,但在进 入沉淀之前的预沉淀阶段 ,该池不进水而完全处于 静止沉淀过程 ,上层清液水质好、悬浮固体浓度低 , 在碟板前可形成一个稳定的污泥过滤层。在进入沉 淀阶段后底部污泥层作为接触过滤层 ,而上层清液 慢慢被置换排出 ,这相当于增加了一个过滤池 ,大大 降低了出水悬浮物浓度 ,保证了出水水质。系统运 行过程中在沉淀区没有污泥回流 ,从而降低了沉淀 区的水力及悬浮物固体负荷 ,减少了沉淀体积 ;反应 和沉淀的交替运行避免了任何的老化污泥及反硝化 污泥的上浮 ,稳定了污泥性质 ,排出的剩余污泥浓度 比一般工艺要高许多 (中试及实际运行数据测得污 泥含固率 > 2 %) ,可降低污泥处理的费用。所以 ,可 认为 MSBR 反应池的沉淀过程是一种活性污泥的 过滤澄清作用而不是传统的重力沉降。 因为 MSBR 系统的高度一体化 ,所以混合液回 流和污泥回流系统的扬程仅需克服相邻池体的水位 差 ,采用搅拌推进式过墙回流泵则大大降低了回流 系统的造价及运行能耗。 系统的两个序批池的运行方式及运行周期可根 据水质、水量的变化及处理要求的变更随时进行自 动或人工调整。序批池采用空气堰控制出水 ,控制 灵活 ,可有效防止表面浮渣及其他悬浮固体进入出 水管道 ,出水悬浮固体量的降低是保证较低的磷酸 盐浓度的重要前提。 1 . 3 　生化反应条件及微生物生长环境 ·36· 2004 Vol. 20 　　　　　　　　　　　　　　中国给水排水 　　　　　　　　　　　　　　　　No. 1 污水生化处理的反应速率与反应物的浓度成正 比 ,一个优秀的处理系统应在其前端具有较高的反 应速率 ,而后端应处于微生物的衰减期甚至内源呼 吸期 ,以降低混合液中有机物浓度 ,促进污泥絮体的 形成 ,达到排放标准。推流式曝气系统很好地利用 了能级分布特点 ,MSBR 系统的前段利用了推流式 特点 ,后续的 SBR 反应使混合液在低能级点上运 行 ,将推流式的空间控制与 SBR 的时间控制概念有 效地结合起来 ,前端保持系统的高反应速度 ,后端采 用转换时间改变运行方式 ,以稳定水质及进行泥水 分离 ,从而优化了反应速率组合 ,改善了系统的整体 效应 ,而其他完全混合式的处理工艺 (如 SBR 及其 变形工艺) ,因为进水稀释及同一池体出水的原因 , 其整体反应速率均较低。 MSBR 系统对碳源的分配利用比较合理 ,系统 在序批池反应过程中进行混合液回流 ,污泥进入厌 氧池之前有一个浓缩和预反硝化过程 ,浓缩过程保 证了在较小的污泥回流量下厌氧池内有足够的污泥 浓度 ,增加了厌氧池的实际水力停留时间 ,同时减少 了对进水的稀释 ,相当于提高了反应物的浓度 ,从而 增加了反应速率。预反硝化过程利用污泥的自身碳 源进行反硝化反应 ,虽然内碳源反硝化反应速率较 低 ,但系统 5 # 单元的反硝化作用使污泥中的硝酸盐 浓度本来就不高。不将原水碳源引入预缺氧池是为 了保证厌氧池中有足够的挥发性脂肪酸 ,原水直接 进入厌氧池 ,易降解有机物及在厌氧条件下产生的 挥发性脂肪酸优先供给聚磷菌使用 (据文献介绍 ,污 水生化处理系统中活性污泥约有 50 %的异养菌具 有过量摄磷功能) 。相对于厌氧池污泥浓度而言 ,提 高厌氧池的挥发性脂肪酸的浓度更有利于保证聚磷 菌的磷释放 ,从而提高系统的除磷效果。聚磷菌主 动吸收乙酸、H + 和 e - ,使之以 PHB 形式贮存在菌 体内 ,从而促进有机物的酸化过程 ,有利于厌氧过程 对高分子难降解有机物进行厌氧水解作用 ,提高污 水的可生化性和好氧过程的反应速率 ,厌氧、缺氧、 好氧过程的交替进行使厌氧区同时起到优化选择器 的作用。 相对于厌氧聚磷菌的释磷过程而言 ,反硝化菌反 硝化时对碳源的要求要低得多 ,利用碳源更具有广谱 性 ,MSBR工艺中原水碳源虽然经过厌氧阶段的利 用 ,但剩余碳源已经足够满足反硝化时的碳源需求 , 这样的布置使得污水中碳源得到了合理分配和充分 利用 ,既提高了释磷效率和反硝化速率 ,又减轻了后 续曝气池的负荷 ,促进了有机物的充分降解 ,使氨氮 硝化更完全。连续的厌氧池进水保证了较高的反应 物浓度 ,同时使得后续的缺氧池、好氧池一直处于高 效反应状态 ,系统体积效率较高 ,总容积就大幅减小。 MSBR 系统的序批池在反应过程中采用缺氧和 好氧间隔运行 ,缺氧运行时利用硝酸盐作为氧源进 行微生物的自身消化反应 ,稳定了污泥 ,减少了污泥 产量 ,降低了曝气需求量及能耗 ,同时抑制了丝状细 菌的生存。缺氧、好氧间隔交替运行改善了污泥的 絮凝、沉降及浓缩性能 ,使得预沉淀后的污泥层更稳 定密实 ,进一步保证了悬浮物不被出水带走。 MSBR 工艺的低能耗、低水头回流系统改善了 系统中的平衡 ,增加了连续运行单元的 ML S S 浓 度 ,使得序批池沉淀出水时的污泥层厚度减小 ,降低 了悬浮物被带出的几率。无回流的三沟式氧化沟、 UN ITAN K等工艺在周期切换前往往造成沉淀区 的污泥大量累积 ,使进水区的污泥浓度偏低 ,从而影 响了反应速率。 2 　MSBR 工艺运行效果 深圳盐田污水处理厂采用 MSBR 工艺 ,处理规 模为 12 ×104 m3/ d ,于 2001 年底建成并投入使用 , 目前运行稳定。进水水质与一般城市污水类似 ,出 水平均 COD 为 26 mg/ L , B OD5 为 8 mg/ L , S S 为 8 mg/ L , T P 为 0. 4 mg/ L ,这表明污水中的有机物 得到充分降解 ,特别是除磷效果优异 (与性能分析相 吻合) 。 对于一般城市污水水质 ,MSBR 工艺不设初沉 池 ,既有效保留了污水中有机物 ,同时又避免了在冬 季几个小时的停留时间中所造成的污水温度下降 , 增加了生化反应速率。 MSBR 系统的搅拌目前都采用浮筒式表面搅拌 器 ,在有效搅拌的同时不会形成液面的剧烈更替 ,降 低了空气的表面复氧率 ,保证了较为绝对的厌氧或 缺氧条件。 因为系统的多数单元不需要改变运行状态 ,仅 序批池进行周期切换 ,所以控制和调节方便。同时 在模拟量控制方面 ,系统根据主曝气池及好氧状态 下序批池的溶解氧量调节对应的曝气调节阀 (调节 阀开度影响空气总管压力) ,鼓风机控制系统根据压 力的变化及设定值自动调节鼓风机的进出口导叶片 或变频器的频率 ,节省运行电耗。系统的运行周期 ·46· 2004 Vol. 20 　　　　　　　　　　　　　　中国给水排水 　　　　　　　　　　　　　　　　No. 1 切换及序批反应时间的调整 ,既可人工在中控室或现 场控制柜的人机界面上设定 ,也可以根据在线的进水 水质自动调整 ,控制灵活 ,可实现多种方式运行。 3 　结论 MSBR 工艺是在生化反应动力学、生物学、工程 学等基础上 ,结合传统的污水处理工艺研究开发而 成 ,系统的各单元为各优势菌种的生长繁殖创造了 最佳的环境条件 ,生化反应速率高 ,脱氮除磷效果 好 ,运行灵活 ,控制方便 ,在处理效率、占地及运行费 用上都优于传统工艺。 参考文献 : [1 ] 　王闯 ,杨海真 ,顾国维. 改进型序批式反应器 ( MSBR) 的试验研究[J ] .中国给水排水 ,2003 ,19 (5) :41 - 43. 电话 : (021) 65982692 E - mail :yangdianhai @online. sh. cn 收稿日期 :2003 - 06 - 03 ·信息· Ei 收录我刊 2002 年发表的部分文章 (二) ·2002 ,18 (10) 1～5 SBR 法短程硝化及过程控制研究 作者 : 　王淑莹 　曾 　薇 (北京工业大学) 董文艺 　杜 　红 　陈 　韬 (哈尔滨工业大 学) ·2002 ,18 (10) 6～8 曝气生物滤池在上海周家渡水厂的应用 作者 : 　周 　云 　戴 　婕 (上海市自市水浦东有限公 司) 王占生 (清华大学) 朱 　亮 　张文妍 (河海大学) ·2002 ,18 (10) 9～11 改性石英砂滤料强化过滤处理含藻水 作者 : 　马 　军 　盛 　力 　王立宁 (哈尔滨工业大 学) ·2002 ,18 (10) 12～15 深床直接过滤工艺深度处理城市污水 作者 : 　李桂平 　栾兆坤 (中国科学院) ·2002 ,18 (10) 16～19 上海城市污水厂污泥的农用处置方法研究 作者 : 　朱南文 　张乐华 (上海交通大学) 高廷耀 　吴志超 (同济大学) ·2002 ,18 (10) 20～23 工艺循环冷却水旁流处理工艺及设备 作者 : 　高华生 (浙江大学) 俞建德 (宁波德安集团) 姬跃国 (河南省城乡规划设计研究院) ·2002 ,18 (10) 24～26 深圳市实施排水系统分流制的探讨 作者 : 　奉桂红 　刘世文 (深圳市市政工程设计院) 胡永龙 (中国市政工程华北设计研究院) ·2002 ,18 (10) 27～29 水资源需求预测及存在的主要问题探讨 作者 : 　傅金祥 　马兴冠 (沈阳建筑工程学院) ·2002 ,18 (10) 30～32 纳米光催化氧化水处理技术进展 作者 : 　马生明 　李志萍 　钟佐　 (中国地质大学) 王守伟 (中国肉类食品综合研究中心) ·2002 ,18 (10) 33～35 引水冲污治理苏州的水环境 作者 : 　薛朝霞 　汪 　　 　阮晓红 　冯 　骞 (河海大 学) 蒋小欣 (苏州市水利局) ·2002 ,18 (10) 36～38 城市污水热能利用系统对减轻大气污染的作用 作者 : 　尹 　军 　韦新东 (吉林建筑工程学院) (本刊编辑部 　供稿) ·56· 2004 Vol. 20 　　　　　　　　　　　　　　中国给水排水 　　　　　　　　　　　　　　　　No. 1