设计案例 | MSBR工艺——污水处理厂工艺新宠？（一）
随着经济发展及人口增长，城市用地愈发紧张，集约的污水处理厂设计成为趋势。目前，污水处理厂的核心处理工艺采用的传统工艺，如AAO、氧化沟等，往往占地面积大，吨水用地指标偏高。MSBR工艺将SBR工艺与AAO工艺的优点结合，生化反应速率高，脱氮除磷效果好、运行灵活、控制方便，在处理效率、占地及运行费用方面均优于传统工艺。目前，MSBR工艺越来越多地应用于国内污水厂的建设和改造，为面临高排放标准、低投资、有限用地的污水厂提供技术支持。
本系列通过实际工程案例介绍MSBR工艺在国内的推广应用。
本期以江苏省某污水厂为例，介绍如何在脱氮要求高和用地紧张的污水处理中合理应用MSBR工艺。
01 工程概况
江苏某县的生活污水及工业废水由于天然河流造成分隔、管网输送距离较长，不适合经过收集再输送至现有的污水处理厂进行处理，需新建与之相匹配的污水处理设施。污水处理厂的远期设计规模为10万m³/d，近期设计规模为5万m³/d，其中，一阶段设备安装规模为2.5万m³/d。
进水由生活污水和工业废水组成，其中，工业废水约占25%。设计进水水质分别考虑生活及工业污水各自的水质特点，通过用水量权重加权平均可得。出水水质满足国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》中一级A标准，设计进出水水质如表所示。
02 工艺流程
2.1 核心工艺比选
本工程进水BOD/COD=0.45，可生化性较好，可以采用生物处理方法去除有机物。我国城市污水处理厂采用的二级处理核心工艺中，大部分仍然是传统活性污泥法在曝气方式、反应时间、反应池型等方面发展出的各种变型工艺，以氧化沟、AAO和SBR为主。
应用最多的AAO工艺为利用活性污泥在推流式厌氧-缺氧-好氧环境中的作用，实现有机物降解和除磷，以及混合液回流实现脱氮。推流式反应池中，底物浓度随水流呈梯度降低，其起端的反应速率高，末端的生物因已经开始内源呼吸，反应速率低，整体反应速率不高，导致反应池停留时间偏长，占地偏大。二沉池回流污泥中的硝态氮对厌氧区中聚磷菌的碳源利用有不利影响，影响除磷效果。AAO工艺不是一体化的，其还需后接单独的二沉池完成泥水分离，常用的圆形池型二沉池难以紧凑布置，导致AAO工艺的整体占地较不经济。
一体化工艺中较常用的是三沟式氧化沟和SBR。氧化沟是一种延时曝气活性污泥法，负荷低，曝气池的池容大，所需相关设备投资大，应用受到场地、设备等限制。相校于AAO工艺常用的6 m甚至7 m设计水深，氧化沟的设计水深往往不超过4.5 m，故占地面积更大。
SBR即序批式活性污泥法，间歇进水，将调节池、好氧池、缺氧池及二沉池的功能集中在一个单元内，通过一体化池交替进行不同模式的运行来实现活性污泥法的整个过程，本质是将推流式池型从空间上改为时间上实施。
MSBR是连续流序批式活性污泥法新工艺，前半段类似传统AAO工艺，后半段为2组交替进行循环缺氧反硝化、好氧稳定和沉淀作用的序批池。MSBR将SBR工艺与AAO工艺的优点结合，尤其是碳源的分配利用比较合理，系统的各单元为各优势菌种的生长繁殖创造了最佳的环境条件，生化反应速率高，脱氮除磷效果好，运行灵活，控制方便，在处理效率、占地及运行费用方面均优于传统工艺。
实际工程经验中，应用集中传统工艺的类似规模和水质的污水处理厂的吨水用地指标如下表所示。根据用地红线面积计算，该污水处理厂的综合用地指标为0.611 ㎡/(m³·d)，低于上述几种工艺的一般用地指标；按照《城市生活垃圾处理和给水与污水处理工程项目建设用地指标》，也属于城市污水处理厂建设用地控制面积的IV类低值，用地较为紧张。因此，本工程适合采用集约化、一体化程度高的生物处理工艺。
2.2 深度处理工艺比选
经过强化生物处理后，二级出水仍无法稳定达标的污染物主要为SS和TP。针对以上2种污染物，目前较为成熟的工艺有混凝-沉淀-过滤工艺和膜工艺。对于一级A出水标准下的生活污水而言，膜工艺的设备费用偏高，运行成本偏贵，故深度处理工艺较常采用混凝-沉淀-过滤工艺。采用微孔过滤技术的滤布滤池出水SS稳定，设备紧凑，反洗系统简单，水损也较砂滤池大幅减小，近年来在污水处理厂中的应用越来越多。
2.3 工艺流程
本工程的二级生物处理工艺采用MSBR，深度处理过滤工艺采用滤布滤池，工艺流程如图所示。
03 工艺设计
3.1 水解酸化池
新建水解酸化池1座，提高污水的可生化性。土建按5万m3/d建设，设备按2.5万m3/d配备，2格并联运行，单格处理规模为2.5万m3/d，停留时间为5 h。配置潜水推流器、剩余污泥泵、半固定填料等。
3.2 MSBR池
MSBR池是污水处理工艺的核心，主要功能是在提供足够氧气条件下，在生物反应池中营造厌氧、缺氧、好氧环境，利用生物反应池中大量繁殖的活性污泥，降解水中污染物，以达到净化水质的目的。
新建2座MSBR池，并联运行，单座处理规模为2.5万m3/d。单座MSBR池分为7个处理单元，分别编号池1~7。单池各处理单元的功能、编号及设计尺寸对应如表所示。
污水进入MSBR反应池后，首先进入厌氧池，与回流自预缺氧池的污泥混合，富含磷的污泥在厌氧池进行释磷反应后进入缺氧池。缺氧池在系统中的功能为反硝化，由主曝气池至缺氧池的回流系统提供硝态氮。缺氧池出水进入主曝气池，经曝气反应完成有机物的去除、硝化以及吸磷后，进入序批池I或序批池II。序批池I和序批池II中，沉淀和缺氧-好氧反应交替进行。当序批池I作为沉淀池出水时，序批池II首先进行缺氧反应，再进行好氧反应，或交替进行缺氧、好氧反应。在缺氧、好氧反应阶段或预沉阶段，序批池的混合液通过回流泵回流至泥水分离池，分离池也具有一定的污泥浓缩作用，其上清液进入主曝气池，沉淀污泥进入预缺氧池。预缺氧池的功能是让回流污泥进行一定程度的内源反硝化脱氮，以降低硝态氮对污泥中聚磷菌厌氧释磷的影响。经内源反硝化脱氮后的回流污泥再提升进入厌氧池，与进厂污水混合释磷，由此完成1个循环周期。一个运转周期为4 h，分为6个时段，3个时段组成1.5个周期，相邻的半周期仅序批池的运转方式不同。
设计总水力停留时间为16.2 h，其中，厌氧停留时间为1.2h，缺氧停留时间为1.25 h，好氧停留时间为6.7 h，序批停留时间为6.2 h。混合液回流比为150%，污泥回流比为150%。配置可升降式微孔曝气器、撇渣浮筒搅拌装置、低扬程回流泵、剩余污泥泵及空气堰等。
3.3 反应沉淀池
新建1座反应沉淀池，在反应段加入混凝药剂使污水胶体絮凝，在沉淀段分离较大粒径絮凝体，污水澄清后出水，减轻后续滤池的负荷。在沉淀池前端投加PAC化学除磷，保证出水TP和磷酸盐达标排放。土建按照5万m³/d规模建设，设备按照2.5万m³/d配置。平面尺寸为37.35 m×26.65 m，池深为6.6 m。设计反应时间为19.5 min，设计沉淀表面负荷为4.44 m³/(㎡·h)。PAC加药量为10 mg/L，PAM加药量为0.5 mg/L。配置浓缩刮泥机、加药搅拌器、反应搅拌机、污泥泵等。
3.4 滤布滤池及消毒池
作为深度处理的滤布滤池，主要功能是利用压差使悬浮物通过多孔性介质，使固体颗粒被截留，实现悬浮液中固、液的有效分离，进一步去除污水中的SS及附着在SS上的BOD5、CODCr和TP。新建1座2格滤池及消毒池，单格处理规模为2.5万m³/d。土建按照5万m³/d规模建设，设备按照2.5万m³/d配置。平面总尺寸为20.8 m×8.9 m，池深为3.5 m。配置圆盘形滤布过滤装置，设计水力负荷为2.79 L/(s·㎡)滤布，固体颗粒负荷为15.87 kg TSS/(㎡滤布·d)。
出水消毒采用紫外消毒。设计为渠道式消毒，设置2根并联渠道，每格沟道各设置1套消毒成套设备，用253.7 nm波长的紫外光照射澄清的出水，通过紫外光破坏细菌细胞蛋白质达到灭活细菌的目的。
04 实际运行情况
工程完成调试后于2017年投入生产运行。2018年9月—2019年2月的进出水主要污染物月平均浓度及去除率如图4、图5所示。
由图4~图5可知，MSBR对NH3-N及TN的去除效果良好，进水NH3-N平均浓度为28.9 mg/L，出水NH3-N平均浓度为0.61 mg/L，平均去除率达到97.9%。在进水NH3-N波动较大的情况下，出水NH3-N月平均浓度稳定低于1.0 mg/L。MSBR在去除NH3-N上具有良好的抗冲击负荷能力。
05 投资及成本
本工程总投资为10 507.33万元，单位处理成本为1.28元/m³，其中，单位经营成本为0.82元/m³，单位处理可变成本为0.35元/m³ 。
06 结论
（1）MSBR池为各功能区合建的高度集约一体化池体，与传统SBR相比，容积利用率更高，占地更小，泥水分离区进行脱氮后回流的污泥可减少对除磷的影响。
（2）水解酸化+MSBR+滤布滤池工艺的脱氮效果达到出水NH3-N浓度低于1.0 mg/L，出水TN浓度低于11.0 mg/L。
（3）MSBR工艺结合了AAO和SBR工艺优点，适合脱氮要求高和用地紧张的污水处理厂采用。
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