【生活污水處理】MSBR法—一種新的污水處理技術(shù)
提要: 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)進水運行,是一種高效、經(jīng)濟、靈活、易于實現(xiàn)計算機自動控制的新型污水處理技術(shù)。
關(guān)鍵詞：SBR法 活性污泥法 序批處理格 曝氣格
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,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。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)濟有效、運行可靠、易于實現(xiàn)計算機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。
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行以下一系列操作步驟。
步驟1：原水與循環(huán)液混合,進行缺氧攪拌。
在這半個周期的開始,原水進入序批處理格,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碳作為碳源,進行無氧呼吸代謝。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,進行缺氧攪拌。
隨著步驟1中原水的不斷進入,序批處理格內(nèi)有機物和氨氮的濃度逐漸增加。為阻止在序批處理格內(nèi)有機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碳水平,以利于反硝化的進行?；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：序批格停止進原水,循環(huán)液繼續(xù)缺氧攪拌。
此后中斷進入序批處理格的原水。原水在剩下的操作中,直接進入主曝氣格。這使得主曝氣格降解大量有機碳,并減弱微生物的好氧內(nèi)源呼吸。序批處理格利用循環(huán)液中殘留的有機物作為電子供體,以硝化態(tài)氮作電子受體,繼續(xù)進行缺氧反硝化。由于有機碳源的減少,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物和MLSS濃度。經(jīng)循環(huán),把序批處理格內(nèi)的殘余有機物和活性污泥推入主曝氣格,在此進行曝氣反應(yīng)降解有機物,并維持物質(zhì)平衡。
步驟4：曝氣,并繼續(xù)循環(huán)。
進行曝氣,降低最初進水所殘余的有機碳、有機氮和氨氮,以及來自主曝氣格未被降解的有機物和內(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。
為進一步降低序批處理格內(nèi)的有機物和氮濃度,減少剩余的氮氣泡,采用延時曝氣。這步是在沒有循環(huán),沒有進出流量的隔離狀態(tài)下進行。延時曝氣使序批處理格中的BOD5和TKN達到處理的要求水平。
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)氮作為電子受體進行缺氧內(nèi)源呼吸,進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)能進行不同配置的設(shè)計和運行,以達到不同的處理目的。
(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碳的量,這使得在不進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,進行更多的缺氧好氧序批操作,來處理有機物和氨氮濃度更高的原水,以達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入主曝氣格。接著是部分或全部污水進入作為SBR的序批處理格。在主曝氣格中完成了大部分有機碳、有機氮和氨氮的氧化。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
項目 BOD5 (MG/L) TSS(MG/L) TKN(MG/L) TP(MG/L)
進水 165 212 39 5.1
出水 8.5 11 3.5 1.9
去除率（%） 95 95 91 63
實踐表明MSBR是一種可連續(xù)進水、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?？傊?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)的進一步發(fā)展是生物除磷或同時脫氮除磷。目前同濟大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院對此正在作進一步的研究,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)控制理論進行有效控制,因此對MSBR法這樣復(fù)雜系統(tǒng)進行在線模糊控制,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。
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