楊淇椋，陳博儒，陳 瓊，古 偉，王文明，宋鳳鳴

（湖南先導(dǎo)洋湖再生水有限公司，湖南 長沙 410208）

0 引言

活性污泥法及其衍生工藝現(xiàn)已成為城市污水處理應(yīng)用最廣的方法。常用的活性污泥法以氧化溝、AAO 和SBR 為主，其中氧化溝存在能耗高，泥齡偏長，易產(chǎn)生泡沫，流速不均和污泥沉積等問題；AAO工藝流程簡(jiǎn)單，但系統(tǒng)部分參數(shù)無法滿足高效生物脫氮除磷的要求；SBR 工藝變水位間歇運(yùn)行，能耗較高，污泥穩(wěn)定性差，3 種工藝都各有其局限性。改良式序列間歇反應(yīng)器（MSBR）工藝[1]則兼具了AAO和SBR 兩者的優(yōu)點(diǎn)。

經(jīng)過幾十年的發(fā)展，MSBR 技術(shù)本身也在不斷地革新和完善，在應(yīng)用方面也得到進(jìn)一步的推廣。本研究通過對(duì)10 池型改良MSBR 工藝的簡(jiǎn)介、MSBR技術(shù)發(fā)展變化的分析和MSBR 技術(shù)應(yīng)用推廣的狀況的總結(jié)，對(duì)MSBR 技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行論述。

1 MSBR 及其技術(shù)原理

MSBR 是楊企星博士等在傳統(tǒng)SBR 基礎(chǔ)上結(jié)合AAO，Bardenpho（巴頓甫）等連續(xù)流工藝特點(diǎn)開發(fā)而成的一種污水處理系統(tǒng)。MSBR 不需要初沉池和二沉池，能在恒定液位下連續(xù)進(jìn)水運(yùn)行，因而被認(rèn)為是集約化程度較高的一體化水處理新工藝，在總裝機(jī)容量、土建工程量、節(jié)能降耗和節(jié)約用地等多方面有明顯的優(yōu)勢(shì)[2]。

MSBR 系統(tǒng)主要在厭氧區(qū)、主曝區(qū)和缺氧區(qū)內(nèi)降解和去除污染物。主曝氣區(qū)在整個(gè)運(yùn)行周期過程中保持連續(xù)曝氣，2 個(gè)序批單元在每半個(gè)周期過程中交替作為SBR 池和沉淀池。系統(tǒng)中污泥經(jīng)過“厭氧區(qū)-主曝區(qū)-缺氧區(qū)-厭氧區(qū)”的厭氧-好氧切換的循環(huán)，聚磷菌獲得指數(shù)級(jí)增長，通過SBR 區(qū)富磷的剩余污泥排放實(shí)現(xiàn)磷的去除。硝化細(xì)菌在好氧條件下將氨氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，通過污泥回流利用反硝化細(xì)菌在缺氧條件下與碳源進(jìn)行反硝化實(shí)現(xiàn)脫氮。有機(jī)物的去除主要依賴于厭氧區(qū)聚磷菌的吸收、硝化細(xì)菌的反硝化消耗，以及主曝區(qū)好氧異養(yǎng)菌和聚磷菌對(duì)有機(jī)物的分解。

2 MSBR 技術(shù)的變化趨勢(shì)

2.1 技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

MSBR 最早為類似于三氧化溝的三池系統(tǒng)，只有厭氧、好氧和序批3 個(gè)單元，如早期加拿大阿爾伯塔省歐克托克市污水處理廠的MSBR 系統(tǒng)僅用于去除BOD 和SS。從80 年代初發(fā)展起來到現(xiàn)在，經(jīng)過不斷改進(jìn)和完善，MSBR 工藝逐步發(fā)展成為多單元組合系統(tǒng)，由四池、五池、六池、七池發(fā)展到八池、十池。MSBR 在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)污水水質(zhì)和處理要求，設(shè)計(jì)成只去除BOD 或兼有硝化、脫氮、除磷功能的不同工藝構(gòu)型，表現(xiàn)出很大的設(shè)計(jì)靈活性。各工藝構(gòu)型的系統(tǒng)組成見表1。

表1 MSBR 工藝構(gòu)型變化

隨著技術(shù)的更新，污染物去除效率獲得了顯著提升。七池MSBR 工藝實(shí)質(zhì)上是SBR 和AAO 工藝的有機(jī)結(jié)合，將連續(xù)流工藝引入SBR 中，使反應(yīng)過程更加符合生化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，具有較高的脫氮除磷效率，出水可達(dá)GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)B 排放標(biāo)準(zhǔn)。近年來出現(xiàn)的八池MSBR 工藝具2 個(gè)缺氧單元，提高了總氮去除效率，適用于高C/N 污水處理，出水可達(dá)一級(jí)A 排放標(biāo)準(zhǔn)。十池MSBR 工藝在八池工藝的基礎(chǔ)上增加了2 個(gè)缺/好氧單元，因而大幅提高了總氮去除效率，出水可達(dá)準(zhǔn)Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 10 池型MSBR 的基本組成及工藝流程

（1）10 池型 MSBR 基本構(gòu)成

MSBR 生化池由 10 個(gè)單元格組成[5]，單元 1 和單元 7：SBR 池；單元 1A 和單元 7A：缺/好氧池；單元 2：泥水分離池(濃縮池)單元3：預(yù)缺氧池；單元4：厭氧池；單元5 和5A：缺氧池；單元6：主曝氣好氧池。

（2）10 池型 MSBR 主要設(shè)計(jì)參數(shù)

以4 t 單池系統(tǒng)為例，系統(tǒng)單池有效容積為31 919.9 m3。單元 2，3，4，5，5A 有效水深為 8 m，單元1，1A，6，7，7A 有效水深為 6 m?？偹νＡ魰r(shí)間為19.2 h，總設(shè)計(jì)污泥泥齡 19.82 d。污泥質(zhì)量濃度（MLSS）為 3 500 mg/L，污泥負(fù)荷為 0.043 kg/（kg·d）。

（3）10 池型 MSBR 水力流程

10 個(gè)單元格MSBR 工藝構(gòu)型見圖1。序批單元1或7的1個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)周期分成 6 個(gè)時(shí)段，時(shí)段 1，2，4，5一般設(shè)置為 30 min； 時(shí)段 3，6 一般設(shè)置為 60 min；1個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)周期總時(shí)間為240 min，包括由時(shí)段1～3 和4～6 組成的上下半周期。在上下半周期，單元1 和7，1A 和7A 工作狀態(tài)一一對(duì)應(yīng)，交替運(yùn)行；在上半周期時(shí)段1～3，單元1 依次處于攪拌、曝氣、預(yù)沉狀態(tài)，單元7 處于沉淀出水狀態(tài)，單元1A 依次處于攪拌、攪拌、曝氣狀態(tài)，單元7A 處于曝氣狀態(tài)，下半周期時(shí)段4～6 各單元工作狀態(tài)和對(duì)應(yīng)單元相同。其他單元工作狀態(tài)與廣泛應(yīng)用的7 單元格MSBR 相同單元完全一樣，單元2 處于泥水分離濃縮狀態(tài)，單元3，4，5（5A）處于攪拌狀態(tài)，單元6 處于持續(xù)曝氣狀態(tài)。

圖1 10 池型MSBR 工藝構(gòu)型

10 單元格MSBR 的回流包括混合液回流和污泥回流?；旌弦夯亓魇侵竼卧? 的混合液經(jīng)泵提升后通過回流渠輸送至單元5，再由單元5 推流至單元5A 和單元6，經(jīng)此周而復(fù)始連續(xù)運(yùn)行，單元5 和5A 較 7 單元格MSBR 單元 5 延長了約 1 倍的缺氧水力停留時(shí)間，且混合液回流比由100%～150%提升到約350%，從而提升反硝化脫氮效果。污泥回流是指序批單元1 或7 處于攪拌、曝氣反應(yīng)狀態(tài)時(shí)，單元1 或7 的污泥通過泵提升至單元2，污泥回流比約150%，在單元2 發(fā)生泥水分離后分離的上清液經(jīng)上清液渠流至單元5，5A 或6，沉淀濃縮污泥進(jìn)入單元3 發(fā)生內(nèi)源缺氧反硝化脫氮將硝態(tài)氮質(zhì)量濃度降低至1～2.5 mg/L 后，經(jīng)泵提升進(jìn)入單元4 與進(jìn)入污水混合高效釋磷，單元3 至單元4 的濃縮污泥回流比約50%。

為進(jìn)一步增強(qiáng)10 個(gè)單元格MSBR 的反硝化脫氮效果和提高進(jìn)水碳源利用率，10 個(gè)單元格MSBR還設(shè)計(jì)了單元4 至單元1A，7A 的進(jìn)水分流功能，進(jìn)水碳源分流比約10%，以給單元1A，7A 單元補(bǔ)充碳源，從而進(jìn)一步提高反硝化脫氮效果，減少乙酸鈉外碳源的投加量。

2.3 MSBR 在污水處理中的應(yīng)用研究

MSBR 技術(shù)在我國的出現(xiàn)時(shí)間較短，發(fā)展時(shí)間不足20 a，但10 多年間以MSBR 作為二級(jí)生化系統(tǒng)的污水設(shè)施數(shù)量比例整體呈上升趨勢(shì)。通過與預(yù)處理、深度處理工藝組合，MSBR 可應(yīng)用于城鎮(zhèn)污水處理、工業(yè)廢水處理、農(nóng)業(yè)廢水處理和污水廠提標(biāo)改造項(xiàng)目。

（1）MSBR 在城鎮(zhèn)污水處理中的應(yīng)用

MSBR主要有0.25，1，1.25，1.5，1.75，2，2.5，3，3.5，4，5，6 t/d 共 12種不同規(guī)模的池型，其 中1.5，2，2.5，4，5，6 t/d 的池型是應(yīng)用較多的池型，應(yīng)用的比例分別為 7.79%，10.39%，22.08%，14.29%，14.29%，7.79%。不同規(guī)模的池型可適應(yīng)0.5～20 t/d不同規(guī)模的城鎮(zhèn)污水處理，MSBR 在中大型污水處理廠、縣級(jí)污水廠、小型污水廠均有應(yīng)用案例[5-6]。

從應(yīng)用案例來看，MSBR 在湖南、江蘇、上海、廣西、廣東應(yīng)用案例相對(duì)較多，分別占MSBR 項(xiàng)目的20.00%，20.00%，15.00%，17.50%和 7.50%。這些省份人口密度相對(duì)較大，城區(qū)用地相對(duì)緊張，這時(shí)占地面積較小的MSBR 便極具優(yōu)勢(shì)。MSBR 技術(shù)穩(wěn)定，受氣候影響小，如加拿大 Saskatchewan 的Estevan 污水處理廠在嚴(yán)寒下依然可保持較好的處理效率，技術(shù)理論上沒有地域性限制。因此，MSBR 在我國其他許多地區(qū)仍有較大的推廣應(yīng)用的潛力。

MSBR 抗污染負(fù)荷沖擊的能力強(qiáng)，在北方典型高濃度城鎮(zhèn)污水處理[7]、低濃度城鎮(zhèn)污水處理[8]、高含砂污水處理[9]均有成功的應(yīng)用案例。通過工藝調(diào)控或與其他處理技術(shù)配合，MSBR 也可穩(wěn)定處理含油污水[10]、垃圾滲濾液[11]、工業(yè)園混合污水[12-14]等成分相對(duì)復(fù)雜的混合型城鎮(zhèn)污水。沈浙萍等[15]通過初沉預(yù)處理+水解酸化+MSBR 工藝處理城鎮(zhèn)綜合污水研究得出，MSBR 工藝比CASS 工藝處理能力提高10%，達(dá)標(biāo)穩(wěn)定性好。

（2）MSBR 在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用

MSBR 應(yīng)用于工業(yè)廢水處理的小試或中試試驗(yàn)已有較多研究報(bào)道，如MSBR 法處理焦化廢水[16]實(shí)驗(yàn)研究。朱玉高[17]采用氣浮法＋改良式序列間歇反應(yīng)器(DAF+MSBR)聯(lián)合法研究榆林某焦化廠焦化廢水處理，使出水氨氮和COD 達(dá)標(biāo)。劉開強(qiáng)[18]利用“納米溶氣變頻超聲聚焦裂解+MSBR 工藝污水處理實(shí)驗(yàn)裝置”，通過對(duì)啤酒廢水、制藥廢水等工業(yè)廢水的參數(shù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)研究，使出水水質(zhì)優(yōu)于國家規(guī)定排放標(biāo)準(zhǔn)。

目前，MSBR 組合工藝應(yīng)用于高濃度、難降解工業(yè)廢水處理已有較多實(shí)際案例。如湖南某油脂生產(chǎn)廠[19]采用UASB+MSBR+Fenton+ 混凝組合工藝處理30 m3/d 油脂廢水。浙江某助劑公司[20]采用Fenton氧化+ MSBR 工藝處理200 m3/d 環(huán)氧大豆油廢水。寧夏某煤工業(yè)園[21]以生物強(qiáng)化穩(wěn)定床+兩相MSBR池+臭氧氧化塔+ SBAF 反應(yīng)器為主體工藝處理5 000 m3/d 煤化工廢水。浙江某工業(yè)園染化污水處理廠[22]采用混凝氣浮+MSBR 處理10 萬t/d 染化廢水。浙江新市鎮(zhèn)污水處理廠[23]通過MSBR+混凝沉淀工藝，通過延長MSBR 沉淀時(shí)間、維持高濃度活性污泥，使3 t/d 高COD 印染廢水達(dá)標(biāo)排放。某綜合性工業(yè)園[24]采用厭氧分解+MSBR 工藝處理生產(chǎn)廢水, 實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定良好脫氮除磷效果。

MSBR 與水解酸化、沉淀等工藝結(jié)合，應(yīng)用于制藥廢水處理的實(shí)際案例頗多。如江蘇某藥廠污水站采用隔油+化學(xué)沉淀預(yù)處理+水解酸化+MSBR 工藝處理300 m3/d 胰島素制藥廢水[25]。某制藥企業(yè)采用初沉調(diào)節(jié)池+混凝沉淀池+水解酸化池+MSBR 組合工藝處理3 000 m3/d 的發(fā)酵類制藥廢水[26]。某解熱鎮(zhèn)痛藥和化工防腐設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)采用水解酸化+MSBR 工藝處理6 000 m3/d 制藥廢水[27]。福州江陰工業(yè)區(qū)污水廠采用厭氧水解+MSBR+ 臭氧氧化+絮凝沉淀+曝氣生物濾池復(fù)合工藝處理2 t/d 以抗生素類制藥為主的混合工業(yè)廢水[28]。

（3）MSBR 在農(nóng)業(yè)廢水處理中的應(yīng)用

通過與ABR 反應(yīng)器、UASB 等工藝結(jié)合，MSBR也可用于處理農(nóng)業(yè)廢水。如湘潭某屠宰場(chǎng)[29]采用預(yù)處理+ UASB + MSBR + 混凝沉淀組合工藝處理120 m3/d 的屠宰廢水。雷英春等[30-31]采用厭氧折流板反應(yīng)器（ABR）+改良序批式反應(yīng)器（MSBR）聯(lián)合工藝處理畜禽污水，并通過單因素試驗(yàn)研究了厭氧污泥顆粒形成過程中各因素的影響規(guī)律，研究了沉淀時(shí)間、停留時(shí)間、回流比、進(jìn)水COD 等各因素對(duì)養(yǎng)殖廢水脫氮效果的影響規(guī)律，并通過正交實(shí)驗(yàn)獲得影響因素的排序和最佳工藝條件。劉玉浩等[32]采用CSTR 作為產(chǎn)甲烷反硝化反應(yīng)器和MSBR 作為短程硝化反硝化反應(yīng)器的串聯(lián)工藝，進(jìn)行了屠宰廢水處理中試試驗(yàn)，考察了組合工藝對(duì)屠宰廢水的處理效果，并進(jìn)一步分析了各反應(yīng)器對(duì)污染物的去除貢獻(xiàn)。

（4）MSBR 在污水廠提標(biāo)改造中的應(yīng)用

從采用MSBR 工藝的污水處理項(xiàng)目來看，MSBR 在 2008～2010 年、2017～2018 年應(yīng)用案例相對(duì)較多，多為七池型和十池型。12.5%的項(xiàng)目采用十池型，均為準(zhǔn)IV 類出水；5%項(xiàng)目采用八池型，均為一級(jí) A 出水；82.5%項(xiàng)目采用七池工藝，其中27.5%執(zhí)行一級(jí)B 排放標(biāo)準(zhǔn)，55%為一級(jí)A。較多七池型MSBR 污水處理廠采用了人工濕地、膜技術(shù)等深度凈化技術(shù)，使出水標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)。

MSBR 的高效脫氮除磷和占地面積小的特點(diǎn)使其在污水廠提標(biāo)改造中更具優(yōu)勢(shì)。青島某污水處理廠成功地將AB 工藝改造為MSBR 工藝[33]，石獅市某污水處理廠將Carrousel2000 型氧化溝改造為MSBR 工藝[34]，長三角地區(qū)某污水處理廠通過MSBR+MBBR 工藝組合[35]，無錫梅村污水廠采用MSBR+濾布濾池+ 超濾工藝[1]，昆明某污水處理廠采用MSBR工藝+ 濾布濾池工藝[36]，均實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)Ⅳ類水提標(biāo)改造。隨著污水排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，未來執(zhí)行準(zhǔn)IV 類出水的污水處理廠將會(huì)增加，10 池型MSBR 在污水廠提標(biāo)改造中的應(yīng)用也會(huì)隨之增加，技術(shù)發(fā)展?jié)摿薮螅袌?chǎng)前景廣闊。

3 結(jié)論

MSBR 工藝雖然具備很多優(yōu)點(diǎn)，但目前在污水處理設(shè)施的應(yīng)用占比仍較小，發(fā)展空間巨大。MSBR工藝構(gòu)型的變化趨勢(shì)表明，該工藝的集成化程度不斷提高，但功能分區(qū)增加，污泥回流等管線增多，結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，導(dǎo)致工藝運(yùn)行操作較為復(fù)雜。特別水質(zhì)水量有較大變化時(shí)，應(yīng)對(duì)負(fù)荷沖擊的調(diào)控管理難度增大，要求管理人員具備豐富的專業(yè)理論知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。這可能也是MSBR 在欠發(fā)達(dá)地區(qū)以及廣大農(nóng)村污水處理[37]應(yīng)用較少的原因之一。因此，針對(duì)MSBR 的工藝參數(shù)優(yōu)化、提高自動(dòng)化控制和智能化管理水平、進(jìn)一步降低運(yùn)行能耗[38]應(yīng)該是將來的熱點(diǎn)研究方向。若能通過工藝改進(jìn)研發(fā)降低其復(fù)雜性，同時(shí)又能保持原來優(yōu)勢(shì)，兼具環(huán)保、智能、節(jié)能、可操作性強(qiáng)、運(yùn)作成本低等特質(zhì)，MSBR 工藝必能得到更好的推廣應(yīng)用。