摘要：本文通过对城镇污水处理厂中常见的MSBR工艺与改良性氧化沟工艺的介绍，比较了两个方案各自的优缺点。
关键词：MSBR工艺改良性氧化沟好氧 缺氧 厌氧
近年来，由于我国经济的飞速发展和对生态环境要求的日益提高，城镇污水处理厂建设的数量也越来越多。目前MSBR工艺与改良型氧化沟工艺在污水处理厂中都得到了成功得应用，本文通过对两种工艺的介绍，比较了两种工艺的优缺点，以供借鉴。
一、MSBR工艺
MSBR工艺是20世纪80年代后期发展起来的改良型SBR工艺，原先为类似于三沟氧化沟的三池系统，目前逐步发展成为多单元组合系统，系统目前通常由7个单元格组成，见图1。
单元1和单元7是SBR池，单元2是泥水分离池，单元3是预缺氧池，单元4是厌氧池，单元5是缺氧池，单元6是主曝气好氧池。
MSBR的流程的实质与传统A2/O工艺一样。由于MSBR工艺强化了各反应区的功能，为各优势菌种创造了更优越的环境和水力条件，无论从理论上分析，或者实际的运行结果看，MSBR工艺是最理想的污水生物除磷脱氮工艺，同时，MSBR工艺的厌氧区还可作为系统的厌氧酸化段，对进水中的高分子难降解有机物起到厌氧水解作用，聚磷菌释磷过程中释放的能量，可供聚磷菌主动吸收乙酸、H+、和e-、使之以PHB形式贮存在菌体内，从而促进有机物的酸化过程，提高污水的可生化性和好氧过程的反应速率，厌氧、缺氧、好氧过程的交替进行使厌氧区同时起到优化选择器的作用，一般来说，MSBR工艺合适各种规模污水处理。
城镇污水经预处理工序后直接进入MSBR反应池的厌氧池与预缺氧池的回流污泥混合，富含磷污泥在厌氧池进行释磷反应后进入缺氧池，缺氧池主要用于强化整个系统的反硝化效果，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有机物降解、硝化、磷吸收反应后再进入序批池I（1#SBR池）或序批池II（7# SBR池）。如果序批池I作为沉淀池出水，则序批池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，序批池的混合液通过回流泵回流到泥水分离池，分离池上清液进入缺氧池，沉淀污泥进入预缺氧池，经内源缺氧反硝化脱氮后提升进入厌氧池与进厂污水混合释磷，依次循环。
泥水分离池将从SBR池回流的污泥作了2～3倍的浓缩，同时将进入预缺氧池及厌氧池的回流量减少了70%以上，从而强化了系统的除磷效果。当进入预缺氧池的流量从1Q减少到0.25Q时，其实际停留时间增加了3倍，也即其反硝化反应的反应时间增加了3倍，而当其污泥浓度增加了2倍时，微生物内源降解所带来的反硝化反应速率增加了1倍，也即NOx-N的总去除率增加至8倍，将预缺氧池的反应体积减少一半后，其NOx-N的总去除率仍是无泥水分离区的4倍，使得进入预缺氧池的NOx浓度在最低点，保证厌氧区的厌氧状态及厌氧区的VFA能被聚磷菌优先使用。
进入厌氧区的NOx得到控制后，使得异氧细菌能在厌氧条件下，强化非VFA有机物的酸化反应，污泥浓度的增加提升了厌氧区异氧细菌的总量，更进一步促进了酸化反应的速率。而进入厌氧区的回流液从1Q减少到0.25Q使得厌氧区的实际反应停留时间增加了60%，更进一步增加了酸化反应的VFA总产量，与此同时，由于回流的污泥几乎不存在任何原废水有机碳源及VFA，当回流液体从1Q减少到0.25Q时，其对厌氧区VFA的稀释效应大大降低了，此效应可将厌氧区的VFA增加至1.6倍。由于厌氧区VFA的浓度是决定聚磷菌释磷速率的关键因素，上述VFA浓度效应的上升大大提高了聚磷菌的整体反应速率，实际反应时间增加及厌氧区污泥浓度的上升则更进一步提升了VFA吸附及PHB转化的总量。
单元6至单元5的回流，可根据对反硝化效率的要求的高低，通过变速调节回流泵来改变系统的回流量。为了保证系统有足够的反硝化反应，缺氧池设计停留时间近2h，同时也将曝气池至缺氧池最大回流量设计在2Q，为避免聚磷菌在预缺氧池中进行吸附释放，预缺氧池至厌氧池的污泥泵可变速调节，以保证预缺氧池的NOx-N控制在1～2.5mg/L，污泥泵的调节由预缺氧池的硝酸盐在线监测仪控制。
序批池至泥水分离池的回流泵同样可进行变速调节，以保证整个系统的污泥平衡。
与普通A2/O系统相比较，MSBR系统的SBR池在沉淀澄清时段并无回流，这样实际上的水力负荷及污泥负荷均减少了一半（一般情况下A2/O或改良A2/O均有1Q的回流），大大稳定了澄清时段的水流状态，特别对污泥层效应的稳定起到了很大的作用。本项目的实际SBR名义停留时间为3h，在水力负荷增加至3倍情况时，实际停留时间仍有1h（无回流状态），在此情况下（一般仅发生在夏季），系统仍能利用时间差缩短运行周期，来防止悬浮物被带出水体。
MSBR污水在通过7＃和1＃序批池澄清区污泥层时，前端有硝化反应及后端反硝化反应，实验数据及现场数据均证实污泥层的反硝化量很大，因此实际出水TN可控制在5～8mg/L。
二、改良型氧化沟
改良型氧化沟在工艺上可根据污水水质的不同，组合成不同比例的厌氧－好氧－缺氧（厌氧）－好氧－缺氧－好氧的生物处理。这种流程不但有良好的脱氮除磷效果，而且在厌氧和缺氧条件下能把大分子量的有机物裂解成易于好氧生物降解的低分子量有机物。它可分为以下几个部分：
①厌氧池
泥水混合液经配水井均匀分配后进入厌氧池，在没有溶解氧和硝态氮存在的厌氧条件下，兼性细菌可将溶解性BOD5 转化成低分子发酵产物，生物聚磷菌将优先吸附这些低分子发酵物，并将其运送到细胞内、同化成细胞内碳源存储物、所需能量来源于聚磷的水解及细胞内糖水解，并导致磷酸盐的释放。经厌氧状态释放磷酸盐的聚磷菌在后续的好氧段具有很强的吸磷能力，吸收、存储超出生长需求的磷量，并合成新的聚磷菌细胞、产生富磷污泥，通过剩余污泥的排放将磷从系统中出去。
②缺氧池
泥水混合液由厌氧池自流进入氧化沟的缺氧区（前置反硝化区），一部分聚磷菌利用后续工艺的混合液中硝酸盐作为最终电子受体以分解细胞内的PHB，产生的能量用于磷的吸收和聚磷的合成，同时反硝化菌可利用内回流带来的硝酸盐，以及污水中可生物降解的有机物作反硝化碳源进行反硝化，达到去除氨氮的目的。
③氧化沟主体
氧化沟主体兼有推流型和完全混合型反应池两者的特性，存在好氧、缺氧交替出现的区域，具有硝化、生物除磷、反硝化的条件。在氧化沟好氧区，聚磷菌除了吸收、利用污水中的可生物降解有机物外，主要是分解体内贮存的PHB，产生的能量可供自身生长繁殖，此外还可主动吸收周围环境中的溶解磷，并以聚磷的形式在体内超量贮存，吸收的磷远大于其释放的磷。同时污水中的氨氮在好氧区被亚硝酸菌、硝酸菌转化为亚硝酸盐和硝酸盐。在缺氧区反硝化菌利用亚硝酸盐和硝酸盐中的N3+和N5+（被还原为N2）作为能量代谢中的电子受体，O2-作为受氢体生成H2O 和OH-碱度，有机物作为碳源及电子供体提供能量并得到氧化稳定。氧化沟区的容积由好氧区和缺氧区组成。
改良型氧化沟工艺流程：
进水闸室→粗格栅及污水提升泵站→细格栅→旋流沉砂池→改良型氧化沟→污泥贮存池→接触消毒池→计量出水。
三、工艺方案比较
下面采用优缺点比较法对两种工艺在工程技术可靠性、投资估算、能源消耗、运行费用等基础上，进行多方面的综合分析与比较，详见表1。
四、结语
MSBR工艺和改良型氧化沟都在城镇污水处理厂中得到了成功应用，两种工艺各有优缺点。从投资角度看，改良型氧化沟工艺配套的设备国产程度很高，但占地面积较大，土建投资费用较高；MSBR工艺的优点是在水质、水量变化时运行参数调节的余地很大，但设备费用和自动化控制要求高，相比之下，MSBR工艺的设备供应商较少。不过在出水水质上，MSBR工艺的处理程度更高。因此，建议根据不同的处理需求，合理的选择两种处理工艺。
论文作者:刘玉洁
论文发表刊物:《基层建设》2017年第11期
论文发表时间:2017/8/9
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