msbr法簡介
更新時間：08-7-24 14:01
msbr(modified sequencing batch reactor)是改良式序列間歇反應器，是c.q.yang等人根據sbr技術特點，結合傳統活性汙泥法技術，研究開發的一種更為理想的汙水處理系統。
msbr既不需要初沉池和二沉池，又能在反應器全充滿並在恆定液位下連續進水執行。採用單池多格方式，結合了傳統活性汙泥法和sbr技術的優點。不但無需間斷流量，還省去了多池工藝所需要的更多的連線管、幫浦和閥門。
通過中試研究及生產性應用，證明msbr法是一種經濟有效、執行可靠、易於實現計算機控制的汙水處理工藝。
msbr法的應用與發展
更新時間：08-7-24 16:12
msbr技術已在幾個汙水處理廠應用。位於加拿大saskatchewan的estevan汙水處理廠則為一例項。雖然由於嚴寒造成一些冰凍問題，但汙水廠還是取得了相當好的處理效率。
平均溫度為13℃，系統處理效果(測試時間2023年4月～2023年3月)如表1所示。
表1 estevan汙水處理廠msbr測試結果
實踐表明msbr是一種可連續進水、高效的汙水處理工藝，且簡單，容積小，單池。易於實現計算機自動控制。在較低的投資和執行費用下，能有效地去除含高濃度bod5、tss、氮和磷的汙水。
總之，系統在低hrt、低mlss和低溫情況下，具有優異的處理能力。msbr技術的研究與發展方向如下：
(1)msbr技術的進一步發展是生物除磷或同時脫氮除磷。目前同濟大學環境科學與工程學院對此正在作進一步的研究，並已取得了有重要理論意義與應用價值的研究成果。
(2)msbr系統可以有各種不同配置，例如溝(渠)形式，並且現在已經在開發研究。
(3)msbr生物處理的動力學模式研究，以提供普遍的設計和執行依據。
(4)msbr執行過程智慧型化控制的研究，以實現系統的各操作過程具有適應性和最優控制。由於系統各格互聯、交替操作，且可以通過選擇、組合與取捨操作步驟，調整各操作步驟時間來控制執行，其執行過程比較複雜。此外，如果進水水質變化，msbr法的執行過程更具有非線性、時變性與模糊性的特點，難於用數學模型根據傳統控制理論進行有效控制，因此對msbr法這樣複雜系統進行**模糊控制，將能得到其它控制方式無法實現的令人滿意的控制效果。
這也是msbr法的乙個重要研究方向。
msbr法的基本原理
更新時間：08-7-24 14:05
msbr的基本組成
反應器由三個主要部分組成：曝氣格和兩個交替序批處理格。主曝氣格在整個執行週期過程中保持連續曝氣，而每半個週期過程中，兩個序批處理格交替分別作為sbr和澄清池。如圖1所示。
msbr的操作步驟
在每半個執行週期中，主曝氣格連續曝氣，序批處理格中的乙個作為澄清池(相當於普通活性汙泥法的二沉池作用)，另乙個序批處理格則進行以下一系列操作步驟，如圖2所示。
步驟1：原水與迴圈液混合，進行缺氧攪拌。在這半個週期的開始，原水進入序批處理格，與被控制回到主曝氣格的回流液混合。
在缺氧和豐富的硝化態氮條件下，序批處理格內的兼性反硝化菌利用硝酸鹽和亞硝酸鹽作為電子受體，以原水及內源呼吸所釋放的有機碳作為碳源，進行無氧呼吸代謝。由於初期序批處理格內mlss濃度高，硝化態氮濃度較高，因此碳源成為反硝化速率的限制條件。隨著原水的加入，有機碳的濃度增加，提高了反硝化的速率。
來自曝氣格和序批格原有的硝態氮經反硝化得以去除。另外，該階段執行也是序批處理格中較高濃度的汙泥向曝氣格回流的過程，以提高曝氣格中的汙泥濃度。
步驟2：部分原水和迴圈液混合，進行缺氧攪拌。隨著步驟1中原水的不斷進入，序批處理格內有機物和氨氮的濃度逐漸增加。
為阻止在序批處理格內有機物和氨氮的過分增加，原水分別流入序批處理格和主曝氣格。使序批處理格內維持乙個適當的有機碳水平，以利於反硝化的進行。混合液通過迴圈，繼續使序批處理格原來積聚的mlss向主曝氣格內流動。
步驟3：序批格停止進原水，迴圈液繼續缺氧攪拌。此後中斷進入序批處理格的原水。
原水在剩下的操作中，直接進入主曝氣格。這使得主曝氣格降解大量有機碳，並減弱微生物的好氧內源呼吸。序批處理格利用迴圈液中殘留的有機物作為電子供體，以硝化態氮作電子受體，繼續進行缺氧反硝化。
由於有機碳源的減少，缺氧內源呼吸的速率將提高。來自主曝氣格的混合液具有較低的有機物和mlss濃度。經迴圈，把序批處理格內的殘餘有機物和活性汙泥推入主曝氣格，在此進行曝氣反應降解有機物，並維持物質平衡。
步驟4：曝氣，並繼續迴圈。進行曝氣，降低最初進水所殘餘的有機碳、有機氮和氨氮，以及來自主曝氣格未被降解的有機物和內源呼吸釋放的氨氮，並吹脫在前面缺氧階段產生的截留在混合液中的氮氣。
連續的迴圈增加了主曝氣格內的微生物量，同時進一步降低序批處理格中的懸浮固體，降低了mlss濃度，有利於其在下半個週期中作為澄清池時，減少汙泥量以提高沉澱池的效率。
步驟5：停止迴圈，延時曝氣。為進一步降低序批處理格內的有機物和氮濃度，減少剩餘的氮氣泡，採用延時曝氣。
這步是在沒有迴圈，沒有進出流量的隔離狀態下進行。延時曝氣使序批處理格中的bod5和tkn達到處理的要求水平。
步驟6：靜置沉澱。延時曝氣停止後，在隔離狀態下，開始靜置沉澱，使活性汙泥與上清液有效分離，為下半個週期作為澄清池出水做準備。
沉澱開始時，由於仍存在剩餘的溶解氧，沉澱汙泥中的硝化菌繼續硝化殘餘的氨，而好氧微生物繼續進行好氧內源呼吸。當混合液中氧減少到一定程度時，兼性菌開始利用硝化態氮作為電子受體進行缺氧內源呼吸，進行程度較低的反硝化作用。在整個半週期過程中，此時序批處理格中上清液的bod、tkn、氨、硝酸鹽、亞硝酸鹽的濃度最低，懸浮固體總量也最少，因此該序批處理格在下半個週期作為沉澱池，其出水質量是可靠的。
在這一步，可以從交替序批處理格中排放剩餘汙泥。第二個半週期：步驟6的結束標誌著處理執行的下半個迴圈操作開始。
通過兩個半週期，改變交替序批處理格的操作形式。第二個半週期與第乙個半週期的6個操作步驟相同。
msbr系統的組成及執行方式
更新時間：08-7-24 14:51
msbr系統可以根據不同的水質和處理要求靈活地設定執行方式 ，筆者在中試中所採用的裝置主要由6 個功能池組成 ，分別為厭氧池、缺氧池、主曝氣池、泥水分離池和兩個序批池( sbr1 和sbr2) 。msbr系統的各功能池和執行示意見圖。
原汙水經格柵、沉砂池等預處理設施處理後首先進入厭氧池 ，同回流汙泥混合並完成微生物的釋磷後 ，混合液進入主曝氣池。主曝氣池是連續曝氣供氧 ，在好氧環境中 ，微生物進行過量吸磷 ，同時在主曝氣池完成有機物的降解和氨氮的硝化。然後混合液分別進入兩個序批池sbr1 和sbr2。
sbr1 和sbr2交替地充當反應池和沉澱池而處於反應階段和沉澱出水階段。反應階段可以設定為缺(厭)氧攪拌、好氧曝氣和靜止沉澱3 個過程 ，在此階段完成脫氮過程。當sbr1 處於反應階段的前兩個過程時 ，開啟回流幫浦 ，形成「主曝氣池 - sbr1 - 泥水分離池缺氧池 - 厭氧池(泥水分離池的上清液回流到主曝氣池)」的汙泥回流 ，回流混合液流經sbr1 時 ，經歷了缺氧攪拌和好氧曝氣階段 ，進行反硝化及進一步硝化 ，然後混合液進入缺氧區進一步反硝化 ，隨後進入泥水分離池進行沉澱 ，經過泥水分離後 ，濃縮汙泥進入厭氧池與原汙水混合。
而含硝酸鹽氮的上清液被幫浦送入主曝氣區。當sbr1 進行上述反應時 ，sbr2處於沉澱出水狀態 ，主曝氣池的混合液以進水流量進入sbr2 ，在 sbr2 中沉澱下來的汙泥在池底形成乙個汙泥懸浮層 ，對汙水混合液起到過濾的作用 ，汙水經汙泥層過濾後流出系統。
兩個序批池sbr1 和sbr2 的形狀和結構都完全相同 ，兩者交替地完成反應階段和沉澱出水階段為乙個執行週期 ，乙個執行週期的時間長度可根據進水水質和處理要求靈活確定 ，一般為4 h ，6 h ，8 h等 ，在反應階段的執行方式也可根據需要設定。在中試執行中採用4 h 為乙個執行週期 ，序批池的執行時間分配見表1。
設定泥水分離池的原因主要是為了： ①避免上清液中的硝酸鹽氮進入厭氧池而干擾聚磷菌在厭氧條件下對磷的釋放。②混合液在序批池時 ，經過了缺氧-好氧-靜止沉澱等反應過程。
在這些過程中 ，一些被聚磷微生物在好氧條件下吸收的磷會再次被釋放到環境中去 ，經泥水分離池泥水分離後 ，含有被再次釋放出的磷的上清液就可以被送到主曝氣池再次進行磷的吸收。將厭氧池分為a ，b 兩個區域的目的是為了更好地避免進水中的溶解氧和硝酸鹽氮對聚磷微生物在厭氧條件下的釋磷造成影響。原汙水經提公升計量後進入厭氧池a ，在厭氧池a中無論是分子態氧還是化合態氧很快被消耗殆盡，回流汙泥中的硝酸鹽氮也得到一定的去除，進入厭氧池b後溶解氧和硝酸鹽氮對活性汙泥中聚磷微生物釋磷的影響就可以減少到最低程度。
在序批池的底部安裝有蝶板，當序批池處於沉澱出水狀態時，混合液進入序批池遇到蝶板後均勻向上通過整個汙泥層，泥水分離過程不僅有沉澱作用，還可通過汙泥層實現過濾截留作用，這可大大降低出水中的懸浮物濃度。
通過前面的介紹可以看出 ，在msbr 系統的執行中各功能池的切換較為頻繁 ，如果單純靠人工操作 ，不僅會使執行管理十分複雜 ，還會影響到系統執行的安全性和可靠性。隨著自動控制技術的發展 ，使msbr系統完全實現自動控制執行 ，已不是十分困難的事情 ，如採用 plc自動控制系統就是乙個較好的方法。
msbr法的主要執行特點
更新時間：08-7-24 14:57
(1)msbr系統能進行不同配置的設計和執行，以達到不同的處理目的。
(2)每半個執行週期中，步驟的數量和每步驟所需的時間，取決於原水的特性和出水的要求。這裡介紹了6個執行步驟，但所需總的步驟可以被系統設計者所選擇。常常可以在實際執行中減少，以便使執行過程簡單化。
例如，步驟1和步驟2能通過延長步驟1和減少步驟2的時間來合併這兩步為一步。增加步驟1的時間則增加序批處理格有機碳的量，這使得在
不進原水的缺氧混合時間需要更長，以平衡步驟3。也可以增加步驟，進行更多的缺氧-好氧序批操作，來處理有機物和氨氮濃度更高的原水，以達到更低出水總氮的要求。
(3)在每半個迴圈中，原水大部分時間是進入主曝氣格。接著是部分或全部汙水進入作為sbr的序批處理格。在主曝氣格中完成了大部分有機碳、有機氮和氨氮的氧化。
另外，主曝氣格在完全混合狀態下連續曝氣，創造了乙個穩定的生物反應環境。這使得整個裝置能承受衝擊負荷的影響。
(4)從序批處理格到主曝氣格的迴圈流動，使得前者積聚的懸浮固體運送到了後者。迴圈也把主曝氣格內的被氧化的硝化氮運送到在半個迴圈的大部分時期處在缺氧攪拌狀態下的序批處理格，實現脫氮的目的。
(5)汙泥層作為乙個汙泥過濾器，對改善出水質量和缺氧內源呼吸進行的反硝化有重要作用。
msbr系統生物除磷脫氮機理
更新時間：08-7-24 15:29
根據目前普遍接受的 comeau 等人提出的生物除磷理論：在厭氧條件下，活性汙泥中的聚磷微生物將細胞內的聚磷水解為正磷酸鹽釋放到胞外，以此為能量吸收汙水中的易降解有機物(如：揮發性脂肪酸，vfa) ，並將其合成為聚β羥基丁酸( phb)儲存在體內。
在好氧條件下，聚磷微生物以游離氧作為電子受體氧化胞內儲存的phb，利用反應產生的能量從汙水中過量攝取磷並合成為聚磷酸鹽儲存於胞內 ，微生物好氧攝取的磷遠大於厭氧釋放的磷，通過排放剩餘汙泥實現除磷。msbr系統對除磷脫氮具有良好的效果和穩定性(如同 a2/ o 除磷脫氮系統相比)，這是由其工藝特點決定的。根據 msbr系統的工藝流程，在空間和時間上可以認為系統是按照以下方式進行的：
原汙水 →厭氧 →好氧 →缺氧→好氧 →混合液回流(或沉澱出水) 。
這種執行方式相當於兩級a/ o 系統的串聯，對除磷十分有利： ①聚磷微生物經過厭氧釋磷後直接進入生化效率較高的好氧環境，聚磷微生物在厭氧池形成的吸磷動力可以充分地得以利用;而在 a2/ o系統中，厭氧釋磷後要先經過生化效率較低的缺氧階段再到好氧階段，會使在厭氧環境中形成的吸磷動力有所損失。②系統中的汙泥(排放的剩餘汙泥除外)可以全部完整地經過厭氧ο 好氧環境，完成磷的厭氧釋放和好氧吸收過程使系統的除磷效率得以提高;而a2/ o 系統存在混合液回流，這部分汙泥未經過厭氧狀態，會降低除磷效率。
③全部汙泥完整地經過厭氧ο 好氧環境，有助於汙泥中聚磷微生物的增長富集。④系統的回流汙泥經過了脫氮處理，消除了 no-x - n 的干擾，使聚磷微生物能夠在絕對厭氧環境中進行聚磷的水解和釋放。
從系統的執行方式可以看出，脫氮作用是通過後置反硝化完成的。但汙水經過了厭氧、好氧階段的反應，有機物濃度已大為降低，反硝化作用所需的有機碳源是如何滿足的呢? 傳統的反硝化理論顯然難以圓滿解釋這一問題，我們有理由得出這樣的結論：
微生物是利用細胞內儲存的有機物進行了反硝化，即內碳源反硝化。利用內碳源進行反硝化具有很多優點：可以取消前置反硝化常見的內回流系統，降低能耗，使系統的執行更為合理;另外還無需新增碳源。
利用內碳源進行反硝化在國外已有報道，但對其機理的研究尚處於起步階段，許多問題還有待於進一步的研究。
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