MSBR污水处理工艺的现状及发展趋势

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摘要:介绍了msbr工艺在污水处理中的现状,其中包括工艺流程、运行方式、基本特点和推荐的运行参数及在国内外的应用实例,指出了该工艺的研究与发展方向。

关键词:MSBR工艺;污水处理;现状;发展趋势

中图分类号:X703 文献标识码:A

常规型SBR工艺具有工艺流程简单、运行效果好等优点,但由于其间歇进水、间歇排水、处理周期较长,且当连续进水时,对于多个SBR反应器其进水和排水的阀门自动切换频繁、设备闲置率高、滗水装置构造复杂、单位时间出水量有一定限制等缺点,而制约了它大规模的应用。

随着计算机和自控技术的飞速发展,集曝气池、沉淀池于一体的SBR工艺越来越受到人们的青睐。根据不同的水质条件,使用场合和出水要求,在SBR工艺的基础上,发展了许多新的变型工艺。如ICEAS、DAT-IAT、CASS、IDEA、UNITANK等。由缺氧池、厌氧池、好氧池、泥水分离池构成内循环式SBR系统简称MSBR(Modified Sequencing Batch Reactor)系统,其实质上是将A2/O工艺与SBR串联而成,在恒水位下连续运行,采用单池多格方式,省去了许多阀门、泵、连接管和仪表,增加了污泥回流系统,有很好的除磷脱氮效果,被认为是最新、集约化程度最高的污水处理工艺[1]。

1 工艺流程和运行方式

在工程实践中,通常整个MSBR被设计成一座矩形池,并分为不同的单元,各单元起着不同的作用。两个序批池的功能相同,均起着缺氧反硝化、好氧氧化、预沉淀和沉淀作用。

一般MSBR将一个运行周期分为六个步骤,每三个步骤为一个半周期,在相邻的两个半周期内,除序批池的运行方式不同外,其余各单元运行方式完全一样。在一个半周期内MSBR的具体运行情况如下:

步骤1

如图1所示:污水进入厌氧池,在厌氧池内,进水与泥水分离池回流的高浓度脱氮污泥混合,聚磷菌在此进行磷的释放,吸收低分子脂肪酸并以聚β羟基丁酸(PHB)等形式在体内储存起来。接着混合液进入主曝气池,聚磷菌分解体内的PHB,获得能量,过量吸收周围环境中的正磷酸盐,并以聚磷酸盐的形式在细胞内累积,同时碳化菌完成有机碳的降解,硝化菌完成氨氮的硝化。在溶解氧较低时还同时存在反硝化作用。主曝气池混合液一部分进入SBR1进行缺氧搅拌,此时因不断有曝气池混合液循环至此,SBR1利用剩余碳源及微生物自身组织进行反硝化。曝气池混合液的另一部分进入SBR2沉淀后作为出水流出系统。然后SBR1内的混合液通过回流泵回流至缺氧池进行反硝化脱氮,接着自流进入泥水分离池。分离池的上清液进入主曝气池,沉淀下来的污泥进入厌氧池与原污水混合。

步骤2

SBR1进入好氧曝气阶段,进一步降解有机碳和氨氮,以便稳定出水水质。其余单元操作与步骤1相同。

步骤3

如图2所示:SBR1进入预沉阶段,不进行回流,为下半个周期的沉淀出水做准备。

下个半周期其余的运行情况都不变,只是将主曝气池的混合液引入SBR2,在这个时段内SBR1刚好能进行沉淀出水,如此循环。

缺氧池、厌氧池分别设置有搅拌装置,序批池中为了在缺氧反应时防止污泥沉淀,也设置有搅拌装置;两只序批池至泥水分离池各设有一只过墙回流泵,为了控制回流至厌氧池的污泥量,缺氧池至厌氧池也可设过墙回流泵;主曝气池内设曝气装置,空气来自鼓风机,序批池设置的空气堰由气源控制自动出水,便于两序批池之间切换。且MSBR工艺要求主曝气池和序批池安装溶解氧测定仪,根据主曝气池内DO水平自控调节曝气风机运行频率,特别是在主曝气池与序批池同时供氧切换为主曝气池单独供氧时,可自动调整鼓风量,以节省能耗。运行周期的切换及各设备的时序操作均可实现自动控制。

2 MSBR系统的特点和运行参数

2.1 MSBR系统的特点

(1)MSBR是一种高效率的反应器,它综合了A2/O,SBR ,UCT等工艺的优点[2],结构简单紧凑、占地面积小、土建造价低、自动化程度高。

(2)MSBR系统中的微生物完整地经历了厌氧、好氧、缺氧、沉淀4个阶段,可以利用不同形态的氧作为电子受体,通过多种途径进行代谢,从而使除磷脱氮效果更好,有机物降解更为完全。

(3)由于MSBR系统中活性污泥交替地经历不同的环境条件,不仅筛选了优势菌种,而且抑制了丝状菌的生长和异养菌的大量繁殖,使污泥具有良好的沉降和脱水性能,剩余污泥浓度较高,污泥产率较低,降低了后续污泥处置的困难。

(4)MSBR增加了低水头、低能耗的回流设施,既有污泥回流又有混合液回流,从而极大地改善了系统中各个单元内MLSS的均匀性,特别是增加了连续运行单元的MLSS浓度。

(5)MSBR系统采用空气堰控制出水,而不是采用出水初期放空的形式排除已经进入集水槽内的悬浮固体,防止了曝气期间的任何悬浮物进入出水堰,从而有效的控制了出水悬浮物,保证了出水水质。

(6)在MSBR系统中,SBR池中间设置了底部挡板,使池前的水流由下而上,而非通常的平流状态,从而避免了水力射流的影响。系统混合液可利用高浓度沉淀底泥作为截流层,截流过滤污水中悬浮颗粒并同时完成底泥内碳源反硝化作用。在过滤截流过程中能保证较高的沉淀污泥浓度,使得剩余污泥排放浓度高,排放流量小。

2.2 运行参数

推荐的MSBR运行参数见表1[3]:

3 MSBR的应用实例

目前,MSBR系统主要应用于北美和南美,韩国汉城建造了亚洲第一座采用该工艺的污水处理厂。加拿大Saskatchewan的Estevan污水处理厂也采用了MSBR技术。我国上海市为了合流污水处理厂的建设,在上海浦东草头镇对MSBR进行了中试运行。深圳市盐田污水处理厂采用了MSBR工艺,其工艺设计方案及配套设备均由美国Aqua公司提供,MSBR工艺应用于大中型污水处理工程在国内尚属首次。

3.1 MSBR系统在上海市的中试运行概况

中试运行在位于上海浦东草头镇的上海合流污水一期工程预处理厂内进行。城市污水经过粗、细格栅后进入系统进行试验运行。结果表明:MSBR系统具有良好的除磷脱氮能力,在高水力负荷以及温度较低时仍能保持较好的处理效果[4]。

3.2 深圳市盐田污水处理厂[5]

3.2.1 工程概况

盐田污水处理厂位于盐田港码头附近的一片填海区,近期占地6.33 万m2,远期总占地11.4万m2。此工程近期工程静态总投资24045万元,其中单套MSBR系统引进设备费用为1457万元。

该厂近期处理规模为1.2*104m3/d,远期规模为2.0*104m3/d。污水性质为城市污水,设计进出水水质如表2所示:

工艺流程如图3所示:

MSBR系统单组设计规模4万m3/d,采用钢筋混凝土结构。其平面布置如图4所示。

3.2.2 主要设计参数

水力停留时间HRT=14.31h;污泥设计泥龄为8～13d,根据实际运行情况调整;平均设计污泥浓度MLSS=2200～4000mg/L;两个SBR池和主曝池的水深为6m,其余单元水深为8m;MSBR混合液回流和活性污泥回流量为(1.3～1.5)Q,浓缩污泥回流量为(0.3～0.5)Q;单座MSBR池干污泥量为6880kg/d(BOD5=200mg/L),剩余污泥提升泵流量Q=115m3/h,含水率取99.4%;SBR池供气量各为65.7～78.3m3/min(标准状态),主曝池供气量为115.22～137.50m3/min(标准状态),氧气利用率EA=22%～30%,动力效率2.5～4.0kgO2/(kW•h);空气出水堰负荷40m3/(m•h)。

3.2.3 工艺特点

MSBR系统各单元设置浮筒式搅拌器,以改善系统中各个单元的MLSS的均匀性;两边SBR池内各设1套空气堰系统,每套空气堰系统包括3个空气堰罩、1套水位计、1个空气管控制箱、1个电气控制箱;SBR池中间设置一个高3.0m的底部挡板;曝气器采用可升降式微孔曝气器,包括电动升降装置、垂直升降支架、曝气管支架、橡胶膜曝气器、曝气管调平装置;为了便于空气控制,SBR池和主曝池各设1个空气环状管网,分别接自厂区空气环网上,SBR池和主曝池内溶氧仪和调节阀配合工作实现对其曝气量的控制;采用自动控制PLC软件包及控制设备保证MSBR运转方式的实现。

4 MSBR工艺研究与发展方向

(1)MSBR的进一步发展是生物除磷或同时脱氮除磷。由于MSBR系统采用的是后置反硝化,碳源不足制约了系统的脱氮效果[6],同济大学顾国维教授等进行了将部分原水分流至缺氧区的试验,得出脱氮率提高而除磷效果下降的结果[7];

(2)MSBR系统可以有各种不同的配置,如沟渠式,已在开发研究中[8];

(3)MSBR生物处理的动力学模式研究,以提供普遍的设计和运行根据;

(4)MSBR运行过程智能化控制的研究,以实现系统的各操作过程具有适应性和最优控制;

(5)对MSBR系统进行在线模糊控制,以得到其它控制方式无法实现的令人满意的控制效果。

5 结论与建议

(1)MSBR工艺综合了A2/O,SBR ,UCT等工艺的优点,被认为是最新、集约化程度最高的污水处理工艺,是一种值得在国内大力推广使用的工艺;

(2)目前,MSBR工艺尚无成熟的设计和运行参数,其设计与运行可参考SBR工艺的设计及本文推荐的工艺参数运行。有关方面应在科研和运行管理的基础上,尽快制定出设计规范以利于MSBR工艺的推广使用;

(3)MSBR工艺回流污泥泵采用的是大流量、低扬程的过墙回流泵。而现阶段国产泵大多数为小流量、高扬程的泵,因此,尽快研究开发出符合MSBR工艺的专用回流泵是推广MSBR工艺的关键。

参考文献

[1]汪大晖, 雷乐成. 水处理新技术及工程设计[M]. 北京: 化学工业出版社, 2001.

[2]Ng Wun-Jern.Sequencing batch reacter(SBR) treatment of wastewaters.Environmental Sanitation reviews,1989(9).

[3]常新国, 杨海真. 污水处理的改良型SBR工艺[J]. 交通环保, 1999(5).

[4]任洁, 顾国维. MSBR系统的特点极其除磷脱氮的机理分析[J]. 给水排水, 2002(1).

[5]赵忠富, 付忠志. 污水MSBR系统工艺设计[J]. 给水排水, 2000(11).

[6]Mino T,et al.Modeling Glycogen Storage and Denitrification capability of Microorganis ms in Enhanced Biological Phosphorus Removal Process,Wat Sci Tech,1995(2).

[7]李春鞠, 顾国维等. 改善MSBR系统脱氮效果的试验研究[J]. 中国给水排水, 2001(1).

[8]李探微, 彭永臻等. 一种新的污水处理技术--MSBR法[J]. 给水排水, 1999(6).