MSBR 在污水處理中的應用現狀與展望

楊淇椋，陳博儒，陳 瓊，古 偉，王文明，宋鳳鳴

（湖南先導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已成為城市污水處理應用最廣的方法。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，易產生泡沫，流速不均和污泥沉積等問題；AAO工藝流程簡單，但系統部分參數無法滿足高效生物脫氮除磷的要求；SBR 工藝變水位間歇運行，能耗較高，污泥穩定性差，3 種工藝都各有其局限性。改良式序列間歇反應器（MSBR）工藝[1]則兼具了AAO和SBR 兩者的優點。

經過幾十年的發展，MSBR 技術本身也在不斷地革新和完善，在應用方面也得到進一步的推廣。本研究通過對10 池型改良MSBR 工藝的簡介、MSBR技術發展變化的分析和MSBR 技術應用推廣的狀況的總結，對MSBR 技術的應用現狀與發展趨勢進行論述。

1 MSBR 及其技術原理

MSBR 是楊企星博士等在傳統SBR 基礎上結合AAO，Bardenpho（巴頓甫）等連續流工藝特點開發而成的一種污水處理系統。MSBR 不需要初沉池和二沉池，能在恒定液位下連續進水運行，因而被認為是集約化程度較高的一體化水處理新工藝，在總裝機容量、土建工程量、節能降耗和節約用地等多方面有明顯的優勢[2]。

MSBR 系統主要在厭氧區、主曝區和缺氧區內降解和去除污染物。主曝氣區在整個運行周期過程中保持連續曝氣，2 個序批單元在每半個周期過程中交替作為SBR 池和沉淀池。系統中污泥經過“厭氧區-主曝區-缺氧區-厭氧區”的厭氧-好氧切換的循環，聚磷菌獲得指數級增長，通過SBR 區富磷的剩余污泥排放實現磷的去除。硝化細菌在好氧條件下將氨氮轉化為硝態氮，通過污泥回流利用反硝化細菌在缺氧條件下與碳源進行反硝化實現脫氮。有機物的去除主要依賴于厭氧區聚磷菌的吸收、硝化細菌的反硝化消耗，以及主曝區好氧異養菌和聚磷菌對有機物的分解。

2 MSBR 技術的變化趨勢

2.1 技術發展趨勢

MSBR 最早為類似于三氧化溝的三池系統，只有厭氧、好氧和序批3 個單元，如早期加拿大阿爾伯塔省歐克托克市污水處理廠的MSBR 系統僅用于去除BOD 和SS。從80 年代初發展起來到現在，經過不斷改進和完善，MSBR 工藝逐步發展成為多單元組合系統，由四池、五池、六池、七池發展到八池、十池。MSBR 在實際應用中，可根據污水水質和處理要求，設計成只去除BOD 或兼有硝化、脫氮、除磷功能的不同工藝構型，表現出很大的設計靈活性。各工藝構型的系統組成見表1。

表1 MSBR 工藝構型變化

隨著技術的更新，污染物去除效率獲得了顯著提升。七池MSBR 工藝實質上是SBR 和AAO 工藝的有機結合，將連續流工藝引入SBR 中，使反應過程更加符合生化反應動力學，具有較高的脫氮除磷效率，出水可達GB 18918—2002《城鎮污水排放標準》一級B 排放標準。近年來出現的八池MSBR 工藝具2 個缺氧單元，提高了總氮去除效率，適用于高C/N 污水處理，出水可達一級A 排放標準。十池MSBR 工藝在八池工藝的基礎上增加了2 個缺/好氧單元，因而大幅提高了總氮去除效率，出水可達準Ⅳ類水標準。

2.2 10 池型MSBR 的基本組成及工藝流程

（1）10 池型 MSBR 基本構成

MSBR 生化池由 10 個單元格組成[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 主要設計參數

以4 t 單池系統為例，系統單池有效容積為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。總水力停留時間為19.2 h，總設計污泥泥齡 19.82 d。污泥質量濃度（MLSS）為 3 500 mg/L，污泥負荷為 0.043 kg/（kg·d）。

（3）10 池型 MSBR 水力流程

10 個單元格MSBR 工藝構型見圖1。序批單元1或7的1個運轉周期分成 6 個時段，時段 1，2，4，5一般設置為 30 min； 時段 3，6 一般設置為 60 min；1個運轉周期總時間為240 min，包括由時段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 工作狀態一一對應，交替運行；在上半周期時段1～3，單元1 依次處于攪拌、曝氣、預沉狀態，單元7 處于沉淀出水狀態，單元1A 依次處于攪拌、攪拌、曝氣狀態，單元7A 處于曝氣狀態，下半周期時段4～6 各單元工作狀態和對應單元相同。其他單元工作狀態與廣泛應用的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，單元3，4，5（5A）處于攪拌狀態，單元6 處于持續曝氣狀態。

圖1 10 池型MSBR 工藝構型

10 單元格MSBR 的回流包括混合液回流和污泥回流。混合液回流是指單元6 的混合液經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，經此周而復始連續運行，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、曝氣反應狀態時，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 發生泥水分離后分離的上清液經上清液渠流至單元5，5A 或6，沉淀濃縮污泥進入單元3 發生內源缺氧反硝化脫氮將硝態氮質量濃度降低至1～2.5 mg/L 后，經泵提升進入單元4 與進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%。

為進一步增強10 個單元格MSBR 的反硝化脫氮效果和提高進水碳源利用率，10 個單元格MSBR還設計了單元4 至單元1A，7A 的進水分流功能，進水碳源分流比約10%，以給單元1A，7A 單元補充碳源，從而進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 在污水處理中的應用研究

MSBR 技術在我國的出現時間較短，發展時間不足20 a，但10 多年間以MSBR 作為二級生化系統的污水設施數量比例整體呈上升趨勢。通過與預處理、深度處理工藝組合，MSBR 可應用于城鎮污水處理、工業廢水處理、農業廢水處理和污水廠提標改造項目。

（1）MSBR 在城鎮污水處理中的應用

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種不同規模的池型，其 中1.5，2，2.5，4，5，6 t/d 的池型是應用較多的池型，應用的比例分別為 7.79%，10.39%，22.08%，14.29%，14.29%，7.79%。不同規模的池型可適應0.5～20 t/d不同規模的城鎮污水處理，MSBR 在中大型污水處理廠、縣級污水廠、小型污水廠均有應用案例[5-6]。

從應用案例來看，MSBR 在湖南、江蘇、上海、廣西、廣東應用案例相對較多，分別占MSBR 項目的20.00%，20.00%，15.00%，17.50%和 7.50%。這些省份人口密度相對較大，城區用地相對緊張，這時占地面積較小的MSBR 便極具優勢。MSBR 技術穩定，受氣候影響小，如加拿大 Saskatchewan 的Estevan 污水處理廠在嚴寒下依然可保持較好的處理效率，技術理論上沒有地域性限制。因此，MSBR 在我國其他許多地區仍有較大的推廣應用的潛力。

MSBR 抗污染負荷沖擊的能力強，在北方典型高濃度城鎮污水處理[7]、低濃度城鎮污水處理[8]、高含砂污水處理[9]均有成功的應用案例。通過工藝調控或與其他處理技術配合，MSBR 也可穩定處理含油污水[10]、垃圾滲濾液[11]、工業園混合污水[12-14]等成分相對復雜的混合型城鎮污水。沈浙萍等[15]通過初沉預處理+水解酸化+MSBR 工藝處理城鎮綜合污水研究得出，MSBR 工藝比CASS 工藝處理能力提高10%，達標穩定性好。

（2）MSBR 在工業廢水處理中的應用

MSBR 應用于工業廢水處理的小試或中試試驗已有較多研究報道，如MSBR 法處理焦化廢水[16]實驗研究。朱玉高[17]采用氣浮法＋改良式序列間歇反應器(DAF+MSBR)聯合法研究榆林某焦化廠焦化廢水處理，使出水氨氮和COD 達標。劉開強[18]利用“納米溶氣變頻超聲聚焦裂解+MSBR 工藝污水處理實驗裝置”，通過對啤酒廢水、制藥廢水等工業廢水的參數優化實驗研究，使出水水質優于國家規定排放標準。

目前，MSBR 組合工藝應用于高濃度、難降解工業廢水處理已有較多實際案例。如湖南某油脂生產廠[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 環氧大豆油廢水。寧夏某煤工業園[21]以生物強化穩定床+兩相MSBR池+臭氧氧化塔+ SBAF 反應器為主體工藝處理5 000 m3/d 煤化工廢水。浙江某工業園染化污水處理廠[22]采用混凝氣浮+MSBR 處理10 萬t/d 染化廢水。浙江新市鎮污水處理廠[23]通過MSBR+混凝沉淀工藝，通過延長MSBR 沉淀時間、維持高濃度活性污泥，使3 t/d 高COD 印染廢水達標排放。某綜合性工業園[24]采用厭氧分解+MSBR 工藝處理生產廢水, 實現穩定良好脫氮除磷效果。

MSBR 與水解酸化、沉淀等工藝結合，應用于制藥廢水處理的實際案例頗多。如江蘇某藥廠污水站采用隔油+化學沉淀預處理+水解酸化+MSBR 工藝處理300 m3/d 胰島素制藥廢水[25]。某制藥企業采用初沉調節池+混凝沉淀池+水解酸化池+MSBR 組合工藝處理3 000 m3/d 的發酵類制藥廢水[26]。某解熱鎮痛藥和化工防腐設備生產企業采用水解酸化+MSBR 工藝處理6 000 m3/d 制藥廢水[27]。福州江陰工業區污水廠采用厭氧水解+MSBR+ 臭氧氧化+絮凝沉淀+曝氣生物濾池復合工藝處理2 t/d 以抗生素類制藥為主的混合工業廢水[28]。

（3）MSBR 在農業廢水處理中的應用

通過與ABR 反應器、UASB 等工藝結合，MSBR也可用于處理農業廢水。如湘潭某屠宰場[29]采用預處理+ 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器（ABR）+改良序批式反應器（MSBR）聯合工藝處理畜禽污水，并通過單因素試驗研究了厭氧污泥顆粒形成過程中各因素的影響規律，研究了沉淀時間、停留時間、回流比、進水COD 等各因素對養殖廢水脫氮效果的影響規律，并通過正交實驗獲得影響因素的排序和最佳工藝條件。劉玉浩等[32]采用CSTR 作為產甲烷反硝化反應器和MSBR 作為短程硝化反硝化反應器的串聯工藝，進行了屠宰廢水處理中試試驗，考察了組合工藝對屠宰廢水的處理效果，并進一步分析了各反應器對污染物的去除貢獻。

（4）MSBR 在污水廠提標改造中的應用

從采用MSBR 工藝的污水處理項目來看，MSBR 在 2008～2010 年、2017～2018 年應用案例相對較多，多為七池型和十池型。12.5%的項目采用十池型，均為準IV 類出水；5%項目采用八池型，均為一級 A 出水；82.5%項目采用七池工藝，其中27.5%執行一級B 排放標準，55%為一級A。較多七池型MSBR 污水處理廠采用了人工濕地、膜技術等深度凈化技術，使出水標準達到一級A 標準。

MSBR 的高效脫氮除磷和占地面積小的特點使其在污水廠提標改造中更具優勢。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]，均實現了準Ⅳ類水提標改造。隨著污水排放標準的提高，未來執行準IV 類出水的污水處理廠將會增加，10 池型MSBR 在污水廠提標改造中的應用也會隨之增加，技術發展潛力巨大，市場前景廣闊。

3 結論

MSBR 工藝雖然具備很多優點，但目前在污水處理設施的應用占比仍較小，發展空間巨大。MSBR工藝構型的變化趨勢表明，該工藝的集成化程度不斷提高，但功能分區增加，污泥回流等管線增多，結構越來越復雜，導致工藝運行操作較為復雜。特別水質水量有較大變化時，應對負荷沖擊的調控管理難度增大，要求管理人員具備豐富的專業理論知識和實踐經驗。這可能也是MSBR 在欠發達地區以及廣大農村污水處理[37]應用較少的原因之一。因此，針對MSBR 的工藝參數優化、提高自動化控制和智能化管理水平、進一步降低運行能耗[38]應該是將來的熱點研究方向。若能通過工藝改進研發降低其復雜性，同時又能保持原來優勢，兼具環保、智能、節能、可操作性強、運作成本低等特質，MSBR 工藝必能得到更好的推廣應用。