MSBR基本工艺设计处理废水.doc

MSBR工艺MSBR技术起源于80年代，原先为类似于三氧化沟三池系统，现在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(Modified Sequencing Batch Reactor)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。采取单池多格方法，结合了传统活性污泥法和SBR技术优点。不仅无需间断流量，还省去了多池工艺所需要更多连接管、泵和阀门。经过中试研究及生产性应用，证实MSBR法是一个经济有效、运行可靠、易于实现计算机控制污水处理工艺。 关键词：MSBR；工艺特点；脱氮除磷；工艺管理；效果一MSBR法应用和发展MSBR技术已在中国多个污水处理厂应用。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MSBR处理后出水经计算及现场运行经验表明，能够达成以下指标：TSS:20mg/LBOD5:20mg/LTKN:20mg/LNH3-N冬季8mg/L夏季8mg/LTP：1.0mg/L实践表明MSBR是一个可连续进水、高效污水处理工艺，且简单，容积小，单池。易于实现计算机自动控制。在较低投资和运行费用下，能有效地去除含高浓度BOD5、TSS、氮和磷污水。总而言之，系统在低HRT、低MLSS和低温情况下，含有优异处理能力。MSBR技术研究和发展方向以下：(1)MSBR技术深入发展是生物除磷或同时脱氮除磷。(2)MSBR系统能够有多种不一样配置，比如沟(渠)形式，而且现在已经在开发研究。(3)MSBR生物处理动力学模式研究，以提供普遍设计和运行依据。(4)MSBR运行过程智能化控制研究，以实现系统各操作过程含有适应性和最优控制。因为系统各格互联、交替操作，且能够经过选择、组合和取舍操作步骤，调整各操作步骤时间来控制运行，其运行过程比较复杂。另外，假如进水水质改变，MSBR法运行过程更含有非线性、时变性和模糊性特点，难于用数学模型依据传统控制理论进行有效控制，所以对MSBR法这么复杂系统进行在线模糊控制，将能得到其它控制方法无法实现令人满意控制效果。这也是MSBR法一个关键研究方向。二MSBR法基础原理反应器由三个关键部分组成：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。图1所表示。三MSBR系统组成及运行方法 MSBR系统能够依据不一样水质和处理要求灵活地设置运行方法，笔者在中试中所采取装置关键由6个功效池组成，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)。MSBR系统各功效池和运行示意见图。原污水经格栅、沉砂池等预处理设施处理后首优异入厌氧池，同回流污泥混合并完成微生物释磷后，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降解和氨氮硝化。然后混合液分别进入两个序批池SBR1和SBR2。SBR1和SBR2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。反应阶段能够设置为缺(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(泥水分离池上清液回流到主曝气池)”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，进行反硝化及深入硝化，然后混合液进入缺氧区深入反硝化，随即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和原污水混合。而含硝酸盐氮上清液被泵送入主曝气区。当SBR1进行上述反应时，SBR2处于沉淀出水状态，主曝气池混合液以进水流量进入SBR2，在SBR2中沉淀下来污泥在池底形成一个污泥悬浮层，对污水混合液起到过滤作用，污水经污泥层过滤后流出系统。 两个序批池SBR1和SBR2形状和结构全部完全相同，二者交替地完成反应阶段和沉淀出水阶段为一个运行周期，一个运行周期时间长度可依据进水水质和处理要求灵活确定，通常为4h，6h，8h等，在反应阶段运行方法也可依据需要设定。在中试运行中采取4h为一个运行周期，序批池运行时间分配见下表。时段时间时段时间时段130min时段460 min时段260min时段530 min时段430min时段660 min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原因关键是为了： 避免上清液中硝酸盐氮进入厌氧池而干扰聚磷菌在厌氧条件下对磷释放。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，部分被聚磷微生物在好氧条件下吸收磷会再次被释放到环境中去，经泥水分离池泥水分离后，含有被再次释放出磷上清液就能够被送到主曝气池再次进行磷吸收。将厌氧池分为A，B两个区域目标是为了愈加好地避免进水中溶解氧和硝酸盐氮对聚磷微生物在厌氧条件下释磷造成影响。原污水经提升计量后进入厌氧池A，在厌氧池A中不管是分子态氧还是化合态氧很快被消耗殆尽，回流污泥中硝酸盐氮也得到一定去除，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影响就能够降低到最低程度。在序批池底部安装有蝶板，当序批池处于沉淀出水状态时，混合液进入序批池碰到蝶板后均匀向上经过整个污泥层，泥水分离过程不仅有沉淀作用，还可经过污泥层实现过滤截留作用，这可大大降低出水中悬浮物浓度。 经过前面介绍能够看出，在MSBR系统运行中各功效池切换较为频繁，假如单纯靠人工操作，不仅会使运行管理十分复杂，还会影响到系统运行安全性和可靠性。伴随自动控制技术发展，使MSBR系统完全实现自动控制运行，已不是十分困难事情，如采取 PLC自动控制系统就是一个很好方法。 四MSBR法关键运行特点(1)MSBR系统能进行不一样配置设计和运行，以达成不一样处理目标。(2)每半个运行周期中，步骤数量和每步骤所需时间，取决于原水特征和出水要求。这里介绍了6个运行步骤，但所需总步骤能够被系统设计者所选择。常常能够在实际运行中降低，方便使运行过程简单化。比如，步骤1和步骤2能经过延长步骤1和降低步骤2时间来合并这两步为一步。增加步骤1时间则增加序批处理格有机碳量，这使得在不进原水缺氧混合时间需要更长，以平衡步骤3。也能够增加步骤，进行更多缺氧-好氧序批操作，来处理有机物和氨氮浓度更高原水，以达成更低出水总氮要求。(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、有机氮和氨氮氧化。另外，主曝气格在完全混合状态下连续曝气，发明了一个稳定生物反应环境。这使得整个设备能承受冲击负荷影响。(4)从序批处理格到主曝气格循环流动，使得前者积聚悬浮固体运输到了后者。循环也把主曝气格内被氧化硝化氮运输到在半个循环大部分时期处于缺氧搅拌状态下序批处理格，实现脱氮目标。(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反硝化相关键作用。五MSBR系统生物除磷脱氮机理依据现在普遍接收Comeau等人提出生物除磷理论：在厌氧条件下，活性污泥中聚磷微生物将细胞内聚磷水解为正磷酸盐释放到胞外，以此为能量吸收污水中易降解有机物(如：挥发性脂肪酸，VFA)，并将其合成为聚羟基丁酸(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PHB，利用反应产生能量从污水中过量摄取磷并合成为聚磷酸盐储存于胞内 ，微生物好氧摄取磷远大于厌氧释放磷，经过排放剩下污泥实现除磷。MSBR系统对除磷脱氮含有良好效果和稳定性(如同A2/O 除磷脱氮系统相比)，这是由其工艺特点决定。依据 MSBR系统工艺步骤，在空间和时间上能够认为系统是根据以下方法进行：原污水厌氧好氧缺氧好氧混合液回流(或沉淀出水) 。这种运行方法相当于两级A/O系统串联，对除磷十分有利：聚磷微生物经过厌氧释磷后直接进入生化效率较高好氧环境，聚磷微生物在厌氧池形成吸磷动力能够充足地得以利用;而在 A2/O系统中，厌氧释磷后要先经过生化效率较低缺氧阶段再到好氧阶段，会使在厌氧环境中形成吸磷动力有所损失。系统中污泥(排放剩下污泥除外)能够全部完整地经过厌氧 好氧环境，完成磷厌氧释放和好氧吸收过程使系统除磷效率得以提升;而A2/O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。全部污泥完整地经过厌氧好氧环境，有利于污泥中聚磷微生物增加富集。系统回流污泥经过了脱氮处理，消除了NO-x-N干扰，使聚磷微生物能够在绝对厌氧环境中进行聚磷水解和释放。从系统运行方法能够看出，脱氮作用是经过后置反硝化完成。但污水经过了厌氧、好氧阶段反应，有机物浓度已大为降低，反硝化作用所需有机碳源是怎样满足呢? 传统反硝化理论显然难以圆满解释这一问题，我们有理由得出这么结论：微生物是利用细胞内储存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含有很多优点：能够取消前置反硝化常见内回流系统，降低能耗，使系统运行更为合理;另外还无需添加碳源。利用内碳源进行反硝化在国外已经有报道，但对其机理研究尚处于起步阶段，很多问题还有待于深入研究。六MSBR工艺除磷影响原因 MSBR工艺中影响除磷原因很多，有进水COD/P、COD/N、内回流比R、曝气池MLSS等。 各原因对TP去除效果影响程度不一样，在选定影响原因中，进水COD/P对MSBR除磷影响最大，其次是曝气池MLSS，再次是污泥回流比R，最终是进水COD/N，即影响程度次序为COD/PMLSSRCOD/N。 进水COD/P对除磷影响决定系统除磷效果好坏关键是进水水质，尤其是进水碳磷比。见图2为进水COD400 mg/l、NH+3-N40 mg/ l时进水COD/P对除磷影响。由图可知，当进水COD/P为40150，伴随进水COD/P增大，厌氧池基质相对增加，VFAs较充足， PAOs释磷增加，出水TP浓度逐步降低。COD/P小于100时，出水TP随COD/P增大减小显著，但当COD/P大于100时，出水TP基础上不再改变。TP去除率在COD/P40100时逐步增大，当COD/P 100时去除率逐步减小。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状态，故磷去除率不再因COD/P增大而增大，出水TP浓度下降趋缓。对于COD/P100时去除率下降趋势，分析其原因是PAOs(聚磷菌)和GAOs (聚糖菌)竞争结果。当COD/P高时，污泥中磷浓度就会很低，这种环境会降低PAOs体内多聚磷酸盐颗粒含量，不过PAOs在厌氧条件下关键是依靠降解多聚磷酸盐颗粒来取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降低就会对应地使得体内 PHA含量降低。在其次，因为GAOs不会包含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制约，所以它们在厌氧条件下就会利用本身体内糖原代谢来获取能量，吸收PAOs吸收不了基质，并在体内合成PHA。在好氧条件下，PAOs就会因为体内聚集PHA量不停降低而逐步降低在污泥中百分比，但GAOs却能够利用体内足够PHA来增殖。PAOs百分比下降从而造成去除率降低。污泥回流比R对除磷影响 在本试验中，R对6池除磷影响见图3。在进水TP浓度基础维持在34 mg/ l，COD/P约为100，进水COD/N为10，曝气池MLSS为3000情况下，改变MSBR系统污泥回流比R，出水TP随R增大出现先降后升趋势。当 R从 0 .3增加到0.5，厌氧池中污泥浓度逐步增加，TP去除率也逐步增加;继续提升污泥回流比，发觉TP去除率急剧下降 ，说明污泥回流携带硝酸盐已经严重影响了系统对磷去除。由图3可知在R为 0.5时工艺系统表现出相对最好TP出水效果。 进水COD/N对除磷影响在本试验中，进水COD/N对6池MSBR除磷效果影响图4所表示。进水COD/N对磷去除影响不是很显著 ，随进水COD/N增加，出水TP浓度有缓慢下降趋势，当COD/N7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/N7时趋于稳定。和通常脱氮除磷工艺要求进水 COD/N4.3相比，MSBR6池工艺要求更高进水COD/N比，这和MSBR后置反硝化反硝化方法相关，后置反硝化使得反硝化碳源不足，所以假如进水中N含量太高(COD/N90%，对磷去除效果愈加好，出水磷 0.5mg/L。8.1.2浓缩池、预缺氧池运行管理 MSBR工艺在厌氧池前设浓缩池(2单元)和预缺氧池(3单元) ，2单元沉降作用不仅提升了回流污泥浓度还将富含硝酸盐上清液分离，3单元关键依靠污泥絮体内源反硝化作用，尽管该反应机理研究尚不充足，但实践表明其效果显著(实测3单元硝酸盐浓度可达 0.1 mg/L以下)。实际运行中需控制3单元停留时间，若时间过长，硝酸盐浓度虽能够降得很低，但同时会造成磷无效释放，所以在管理上需天天监测3单元污泥浓度(保持其浓度是6单元浓度3倍左右)，常常检测上清液NO-3-N和TP，并以此为指导调整1或7单元至2单元和3单元至4单元回流比。当反硝化不充足时，还能够将2单元进水阀门打开，适度补充外加碳源。8.1.3缺氧池运行管理 MSBR工艺设置缺氧池(5单元)用于好氧池回流液反硝化脱氮。因为磷释放反应和反硝化反应竞争碳源 (DBOD)，所以实际运行时可依据进水碳源来调整运行方法。南方某厂进水BOD5平均为120 mg/L，DBOD5为8090 mg/L，不足以同时满足除磷脱氮需要，运行时就需依据磷去除情况来调整6单元到5单元回流比，或停用该回流，将2单元上清液回流到5单元，这么既可节省能耗又能够在满足磷释放反应需求基础上充足利用5单元来脱除硝酸盐和回收碱度。8.1.4脱氮运行管理 脱氮效果取决于工艺运行条件和进水水质，进水中必需有足够碱度进行硝化，又须有足够碳源完成反硝化。南方某厂进水关键为城市生活污水，总碱度为 180 mg/L左右 ，可用碱度为150 mg/L左右，出水通常要带走50 mg/L左右碱度，所以可供硝化利用碱度为 100 mg/L左右。根据GB18918一级 B标准出水氨氮应小于8mg/L，则最少要削减27 mg/L以上氨氮，因为硝化耗碱量为7.14 mg碱度/mgN，所以进水碱度不足，对氨氮硝化会造成一定影响。MSBR工艺设置了预缺氧(3单元)、缺氧(5单元)和SBR缺氧反应三个反硝化段，运行中可灵活设置运行参数，充足利用反硝化作用往返收碱度。若氨氮去除效果不佳，能够合适投加纯碱 (Na2CO3 )来驯化污泥，实践表明其效果很好，出水氨氮可达成2 mg/L以下。8.1.5泥龄确实定 除磷要求泥龄短，脱氮则要求泥龄长，所以对于兼有除磷脱氮功效工艺而言，泥龄确实定很关键。MSBR工艺设计泥龄为812d，实际泥龄则需依据温度、水质、污泥生长速度等原因来具体确定。实际生产中可基础保持其它运行参数不变，调整剩下污泥排放量，考察不一样 MLSS和除磷脱氮关系，能够显著观察到伴随MLSS增加(泥龄延长)，出水TP上升而NH3-N下降趋势，经过数次观察即可找到既能满足除磷又能符合脱氮要求最好泥龄范围。以南方某厂实际运行数据来看，6单元MLSS维持在2 0002 500 mg/L范围内，脱氮除磷同时达成很好效果。8.2MSBR运行管理难点8.2.1空气堰管理 空气堰出水是 MSBR工艺一大特色，使MSBR反应池一直保持满水位、恒水位运行，反应池容积利用率高。空气堰对自控要求比较高，因为SBR单元在交替反应和出水，空气堰必需确保在设定周期内正确动作，所以直接关系到系统运行稳定性，是运行管理关键和难点。空气堰需不停进行进气/放气操作，即使在不出水时段也需不停补气以满足液位控制要求，所以触点开关动作频繁，需要常常检验和维护。在空气堰内以气压控制液位是经过三根电极实现，电极易因表面绝缘层腐蚀、破损、被纤维状杂物缠绕等产生误信号，所以需要定时维护。空气堰最大问题是轻易产生虹吸 (尤其是在水量大时 ) ，造成出水水量不均，池面液位改变以致影响回流量，虹吸结束时造成空气堰罩震动等，甚至会造成跑泥，影响出水水质。实际运行中需尤其注意这种现象，一旦频繁发生，可改变进气方法给予处理。8.2.2曝气管膜管理 可提升式曝气器为曝气管膜维护带来了便利，可将曝气架提升到池面上进行维护而无需将反应池放空。因为曝气管膜表面易长生物膜、被杂物堵塞、破损等可能原因，全部会改变整套曝气器风压分布，造成出气不均而影响其曝气效率，运行中需定时依据鼓风机风压值、观察池面曝气状态等定时检验维护曝气管膜。美中不足是，供气环网支口和曝气器进气口之间软连接长度不够，无法将曝气器提升到靠近液面位置来观察管膜具体运行情况，难以确切找出破损或漏气部位。8.2.3浮渣管理 因为MSBR采取空气堰潜流出水，各单元之间经过底部连通或回流泵回流，所以浮渣一旦进入系统就富集于池面。设计上3、4、5、1或7单元全部设置了浮渣搜集管，但没有刮渣装置，仅仅靠水流推进浮渣进集渣管，效果欠佳。所以对于MSBR工艺应选择除渣效果好细格栅，在源头降低浮渣，同时改善池面集渣方法并加强池面保洁工作。九结语 MSBR工艺因为结合了传统A /A /O和SBR优点，在污染物去除，尤其是氮、磷同时去除上有较大优势，出水水质优且稳定。MS BR本身蕴涵了多个运行调整灵活性同时也对生产管理者提出了一定要求，需吃透其设计原理才能找到MSBR最好运行状态。另外，MSBR毕竟是新工艺，运行中出现部分问题也值得总结，以供设计、管理单位借鉴。参考文件1张玉魁.污水脱氮除磷MSBR系统特点及工艺设计J.市政技术,26(1):31-35.2樊杰,陶涛,游桂林,等.A-A2/O工艺处理低浓度城市污水效果分析J.中国给水排水,24(23):16-20.3严华勇,杨一帆,叶敏.MSBR工艺设计和运行J.中国新技术新产品,(16):142-143.致谢大学三年学习生活立即结束，这篇论文将作为我大学期间学习最终一份答卷。在大学这四年学习和生活中，我不仅学到了丰富专业知识，更学到了受益终生社会知识。在此，向各位老师表示由衷敬意和谢意！在本文构思和写作过程中，得到了曾老师悉心指导和帮助，在百忙之中抽出时间为我指导论文。在此我很感谢曾老师对我悉心指导！