一種新的污水處理技術(shù)MSBR法
摘要：介紹SBR法的新 發(fā)展 ??MSBR技術(shù)及其在污水處理中的 應(yīng)用 ，其中包括MSBR的基本原理、操作過程、技術(shù)特點與開發(fā) 研究 的重點等。MSBR法具有SBR技術(shù)與傳統(tǒng)活性污泥法兩者的優(yōu)點，可省去初沉池和二沉池，并在全充滿且維持恒定水位下連續(xù)進(jìn)水運行，是一種高效、 經(jīng)濟(jì) 、靈活、易于實現(xiàn) 計算 機(jī)自動控制的新型污水處理技術(shù)。
關(guān)鍵詞：SBR 活性污泥法 序批處理格 曝氣格
Abstract: The application of MSBR in wastewater treatment including its principal base, operational instruction and technical feature are presented. As a newly developed modified SBR (Sequential Batch Reactor) MSBR has the advantages of both SBR and conventional activated sludge processes. Both the primary and secondary sedimentation tanks can be omitted and continuous operation with full filling tanks of constant liquid level will be completed. This is a quite new technology for wastewater treatment of high effective, economical, flexible and easy to computer aided automation.
0 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[1～3]，結(jié)合傳統(tǒng)活性污泥法技術(shù)，研究開發(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[4～5]。不但無需間斷流量，還省去了多池工藝所需要的更多的連接管、泵和閥門。通過中試研究及生產(chǎn)性應(yīng)用，證明MSBR法是一種經(jīng)濟(jì)有效、運行可靠、易于實現(xiàn)計算機(jī)控制的污水處理工藝。
1 MSBR法的基本原理與特點
1.1 MSBR的基本組成
反應(yīng)器由三個主要部分組成：曝氣格和兩個交替序批處理格。主曝氣格在整個運行周期過程中保持連續(xù)曝氣，而每半個周期過程中，兩個序批處理格交替分別作為SBR和澄清池。如圖1所示。
圖1 MSBR平面布置圖
1.2 MSBR的操作步驟
在每半個運行周期中，主曝氣格連續(xù)曝氣，序批處理格中的一個作為澄清池(相當(dāng)于普通活性污泥法的二沉池作用)，另一個序批處理格則進(jìn)行以下一系列操作步驟，如圖2所示。
圖2 MSBR的運行過程示意圖
步驟1：原水與循環(huán)液混合，進(jìn)行缺氧攪拌。在這半個周期的開始，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，該階段運行也是序批處理格中較高濃度的污泥向曝氣格回流的過程，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^循環(huán)，繼續(xù)使序批處理格原來積聚的MLSS向主曝氣格內(nèi)流動。
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氣。連續(xù)的循環(huán)增加了主曝氣格內(nèi)的微生物量，同時進(jìn)一步降低序批處理格中的懸浮固體，降低了MLSS濃度，有利于其在下半個周期中作為澄清池時，減少污泥量以提高沉淀池的效率。
步驟5：停止循環(huán)，延時曝氣。為進(jìn)一步降低序批處理格內(nèi)的有機(jī)物和氮濃度，減少剩余的氮氣泡，采用延時曝氣。這步是在沒有循環(huán)，沒有進(jìn)出流量的隔離狀態(tài)下進(jìn)行。延時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。延時曝氣停止后，在隔離狀態(tài)下，開始靜置沉淀，使活性污泥與上清液有效分離，為下半個周期作為澄清池出水做準(zhǔn)備。沉淀開始時，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，兼性菌開始利用硝化態(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。在整個半周期過程中，此時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。第二個半周期：步驟6的結(jié)束標(biāo)志著處理運行的下半個循環(huán)操作開始。通過兩個半周期，改變交替序批處理格的操作形式。第二個半周期與第一個半周期的6個操作步驟相同。
2 MSBR法的主要運行特點
(1)MSBR系統(tǒng)能進(jìn)行不同配置的設(shè)計和運行，以達(dá)到不同的處理目的。
(2)每半個運行周期中，步驟的數(shù)量和每步驟所需的時間，取決于原水的特性和出水的要求。這里介紹了6個運行步驟，但所需總的步驟可以被系統(tǒng)設(shè)計者所選擇。常？梢栽趯嶋H運行中減少，以便使運行過程簡單化。例如，步驟1和步驟2能通過延長步驟1和減少步驟2的時間來合并這兩步為一步。增加步驟1的時間則增加序批處理格有機(jī)碳的量，這使得在不進(jìn)原水的缺氧混合時間需要更長，以平衡步驟3。也可以增加步驟，進(jìn)行更多的缺氧-好氧序批操作，來處理有機(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)在每半個循環(huán)中，原水大部分時間是進(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)造了一個穩(wěn)定的生物反應(yīng)環(huán)境。這使得整個設(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，使得前者積聚的懸浮固體運送到了后者。循環(huán)也把主曝氣格內(nèi)的被氧化的硝化氮運送到在半個循環(huán)的大部分時期處在缺氧攪拌狀態(tài)下的序批處理格，實現(xiàn)脫氮的目的。
(5)污泥層作為一個污泥過濾器，對改善出水質(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例。雖然由于嚴(yán)寒造成一些冰凍 問題 ，但污水廠還是取得了相當(dāng)好的處理效率。平均溫度為13℃，系統(tǒng)處理效果(測試時間1996年4月～1997年3月)如表1所示。
表1 Estevan污水處理廠MSBR測試結(jié)果
| 進(jìn)水 | 出水 | 去除率/% | ||
| BOD5/ | mg/L | 165 | 8.5 | 95 |
| TSS/ | mg/L | 212 | 11 | 95 |
| TKN/ | mg/L | 39 | 3.5 | 91 |
| TP/ | mg/L | 5.1 | 1.9 | 63 |
實踐表明MSBR是一種可連續(xù)進(jìn)水、高效的污水處理工藝，且簡單，容積小，單池。易于實現(xiàn) 計算 機(jī)自動控制。在較低的投資和運行費用下，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)在開發(fā)研究。
(3)MSBR生物處理的動力學(xué)模式研究，以提供普遍的設(shè)計和運行依據(jù)。
(4)MSBR運行過程智能化控制的研究，以實現(xiàn)系統(tǒng)的各操作過程具有適應(yīng)性和最優(yōu)控制。由于系統(tǒng)各格互聯(lián)、交替操作，且可以通過選擇、組合與取舍操作步驟，調(diào)整各操作步驟時間來控制運行，其運行過程比較復(fù)雜。此外，如果進(jìn)水水質(zhì)變化，MSBR法的運行過程更具有非線性、時變性與模糊性的特點，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法實現(xiàn)的令人滿意的控制效果。這也是MSBR法的一個重要研究方向。
參考 文獻(xiàn)
1 Ketchum L H et al. First cost analysis of sequencing batch biological reactor. J WPCF,1979,51(2)
2 Arora M L et al. Technology evaluation of sequencing batch reactor. J WPCF,1985,57(8)
3 Ng Wun-Jern. Sequencing batch reactor(SBR) treatment of waste～waters. Envirnonmental sanitation reviews,1989,28(9)
4 橋本獎，須藤隆一. 新型活性污泥法. 產(chǎn)業(yè)用水調(diào)查會，1986
5 彭永臻. SBR法的五大優(yōu)點. 中國 給水排水，1993，9(2)：29～31
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