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MSBR工藝

  目前污水處理工藝的發展趨勢是流程簡潔、控制靈活、單元操作簡單以及節約用地的一體化工藝流程,MSBR(改良型SBR)工藝在目前被認為是最新、集約化程度最高的污水處理工藝。從系統的可靠性、土建工程量、總裝機容量、節能、降低運行成本和節約用地等多方面來看,均具有明顯的優勢。

  目前MSBR系統主要在北美和南美應用,韓國漢城正在建造亞洲第一座采用該工藝的污水處理廠。我國僅有上海市為了合流污水處理廠的建設,對MSBR工藝進行了小試及中試,而深圳市鹽田污水處理廠將是國內建設的首座采用此工藝的城市污水處理廠。本文擬對MSBR系統的原理、運行方式及特點等作一介紹。

  1 工作原理

  MSBR工藝是80年代初期發展起來的污水處理工藝,經過不斷改進和發展,目前最新的工藝是第三代工藝,其工作原理如圖1所示。

  

新型污水處理工藝—MSBR(轉載)

 

  MSBR系統的運行原理如下:污水進入厭氧池,回流活性污泥中的聚磷菌在此進行充分放磷,然后混合液進入缺氧池進行反硝化。反硝化后的污水進入好氧池,有機物被好氧降解、活性污泥充分吸磷后再進入起沉淀作用的SBR池,澄清后污水排放。此時另一邊的SBR在1.5Q回流量的條件下進行反硝化、硝化,或進行靜置預沉。回流污泥首先進入濃縮池進行濃縮,上清液直接進入好氧池,而濃縮污泥則進入缺氧池。這樣,一方面可以進行反硝化,另一方面可先消耗掉回流濃縮污泥中的溶解氧和硝酸鹽,為隨后進行的缺氧放磷提供更為有利的條件。在好氧池與缺氧池之間有1.5Q的回流量,以便進行充分的反硝化。

  由其工作原理可以看出,MSBR是同時進行生物除磷及生物脫氮的污水處理工藝。

  在工程實踐中,通常將整個MSBR設計成為一座矩形池,并分為不同的單元,各單元起著不同的作用。典型的MSBR平面布置見圖2。

  

新型污水處理工藝—MSBR(轉載)

 

  單元1和7的功能是相同的,均起著好氧氧化、缺氧反硝化、預沉淀和沉淀作用;單元2是污泥濃縮池,被濃縮的活性污泥進入單元3,上清液(富含硝酸鹽)則進入單元6(也可以進入單元5);單元3是缺氧池,除回流活性污泥中溶解氧在本單元中被消耗外,回流活性污泥中的硝酸鹽也被微生物的自身氧化所消耗;單元4是厭氧池,原污水由本單元進入MSBR系統,回流的濃縮污泥在本單元中利用原污水中的快速降解有機物完成磷的釋放;單元5是缺氧池,污水與由曝氣單元6回流至此的混合液混合,完成生物脫氮過程;單元6是好氧池,其作用是氧化有機物并對污水進行充分的硝化,讓聚磷菌在本單元中過量吸磷。

  由此可以看出,MSBR系統實質上是A2/O工藝與SBR系統串聯而成。

  MSBR工藝中涉及的部分專利技術目前屬于美國的Aqua-Aerobic System Inc.所有。

  2 運行方式

  與T型氧化溝、Unitank等SBR系統類似,MSBR也是將運行過程分為不同的時間段,在同一周期的不同時段內,一些單元采用不同的運轉方式,以便完成不同的處理目的。

  MSBR將一個運轉周期分為6個時段,由3個時段組成一個半周期,在兩個相鄰的半周期內,除SBR池的運轉方式不同外,其余各個單元的運轉方式完全一樣。MSBR的運轉半周期持續120min,由3個時段組成,各時段的持續時間為:時段1,40min;時段2,50min;時段3,30min。

  第二個半周期內各時段(即時段4至6)的持續時間與第一個半周期相同。

  原污水由單元4進入,流經單元5、6,在第一個半周期內從單元7出水,在第二個半周期內從單元1出水。可見,第一個半周期內起沉淀作用的是單元7,而在第二個半周期內則由單元1起沉淀池的作用。

  MSBR系統的回流由兩部分組成:污泥回流和混合液回流。污泥回流又有兩條路徑:濃縮污泥回流路徑和上清液回流路徑。MSBR的污泥回流情況見表1。而混合液回流則較為簡單,在各時段均為從單元6至單元5、再由單元5回流至單元6。

  表1 MSBR的污泥回流

  時段 回流種類 回流途徑

  1 濃縮污泥回流 1→2→3→4→5→6→1

  上清液回流 1→2→6→1

  2 濃縮污泥回流 1→2→3→4→5→6→1

  上清液回流 1→2→6→1

  3 濃縮污泥回流 無回流

  上清液回流 無回流

  4 濃縮污泥回流 7→2→3→4→5→6→7

  上清液回流 7→2→6→7

  5 濃縮污泥回流 7→2→3→4→5→6→7

  上清液回流 7→2→6→7

  6 濃縮污泥回流 無回流

  上清液回流 無回流

  MSBR各單元的工作狀態根據各循環周期內的時段確定,見表2。

  表2 MSBR各單元的工作狀態

  時段 單元1 單元2 單元3 單元4 單元5 單元6 單元7

  1 攪拌 濃縮 攪拌 攪拌 攪拌 曝氣 沉淀

  2 曝氣 濃縮 攪拌 攪拌 攪拌 曝氣 沉淀

  3 預沉 濃縮 攪拌 攪拌 攪拌 曝氣 沉淀

  4 沉淀 濃縮 攪拌 攪拌 攪拌 曝氣 攪拌

  5 沉淀 濃縮 攪拌 攪拌 攪拌 曝氣 曝氣

  6 沉淀 濃縮 攪拌 攪拌 攪拌 曝氣 預沉

  注:

  3 MSBR的特點

  由MSBR的工作原理及運行方式可以看出,MSBR與一般的SBR工藝比較具有如下的特點:

  ① MSBR系統是從連續運行的單元(如厭氧池)進水,而不是從SBR單元進水,這樣就將大部分好氧量從SBR池轉移到連續運行的主曝氣池中,從而將需氧量也移到主曝氣池中,改善了設備的利用率。

  ② 由于所有的生化反應都與反應物的濃度有關,從連續運行的厭氧池進水也就加速了厭氧反應速率。厭氧后的污水進入缺氧池,然后再進入曝氣池,提高了缺氧區的反應速率及曝氣區的BOD5降解和硝化反應速率,從而改善了系統的整體處理效應,提高了出水水質,同時也使系統的體積效率大大提高,即系統的F/M值和容積負荷大大提高,從而達到縮小系統體積的目的。

  ③ 從連續運行單元進水極大地改善了系統承受水力沖擊負荷和有機物沖擊負荷的能力。因為在一般情況下,連續運行曝氣池容積都較大,其承受能力也較大,進水沖擊負荷在經過多級處理后,對出水水質的影響也就大為降低。

  ④ MSBR增加了低水頭、低能耗的回流設施,從而極大地改善了系統中各個單元內MLSS的均勻性,即增加了連續運行單元的MLSS濃度(特別是提高了硝化反應的反應速率)和減少了SBR池的MLSS濃度。

  MSBR系統SBR池的水力條件經過了專門處理。在SBR池中間設置的底部擋板避免了水力射流的影響,并且改善了水力狀態,使得SBR池前端的水流狀態是由下而上,而非通常的平流狀態。這樣SBR池在出水時起到的是懸浮污泥床的過濾作用而非一般的沉淀作用,這與其他SBR工藝的工作原理有著本質的區別。

  MSBR系統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進入集水槽內的懸浮固體,防止了曝氣期間的任何懸浮物進入出水堰,從而有效地控制了出水懸浮物。

  最新的MSBR附帶了一項最新的除磷工藝專利。在回流污泥進入厭氧池前增加了一個污泥濃縮區,這樣就減少了硝酸鹽進入厭氧區的機會,減少了VFA因回流而造成稀釋,增加了厭氧區的實際停留時間,從而大大提高了除磷效率。上海進行的測試也證實這項技術可以將總磷從7~8mg/L降到0.3mg/L以下。

  綜上所述,MSBR系統是由A2/O系統與SBR系統串聯組成,并集合了二者的全部優勢,因而出水水質穩定、高效,并有極大的凈化潛力。

  4 主要設計參數

  MSBR具有生物除磷脫氮功能,故其設計參數主要根據污水處理對除磷脫氮的要求來確定。也就是說,主要進行生物除磷時其設計泥齡應較短,而以生物脫氮為主時應采用較長的設計泥齡。MSBR的設計泥齡一般控制在7~20d左右,在實際運行過程中可根據進、出水水質對混合液污泥濃度進行調整,以達到調整泥齡的目的。

  MSBR的平均設計混合液污泥濃度MLSS為2200~3000mg/L,但設計供氧量往往按能滿足MLSS為4000~5000 mg/L的需要進行計算。這樣在設計MLSS較低(也就是F/M值較高)的情況下系統都能滿足要求,一般在MLSS較高(F/M值較低,而泥齡較長)時更容易達到要求的出水水質指標。

  水力停留時間與進水水質和處理要求有關,一般為12~14h。

  MSBR的單池規模最大可達5×104m3/d,超過此規模就宜進行再分組。

  MSBR可選擇的池深范圍較大,為3.50~6.00m,對于缺氧池和厭氧池還可以加大池深達8.00m左右,充分節約用地。

  MSBR的混合液回流(內回流)和活性污泥回流(外回流)比為(1.3~1.5)Q,濃縮污泥回流量為(0.3~0.5)Q。
 

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