MSBR 在污水处理中的应用现状与展望

杨淇椋，陈博儒，陈 琼，古 伟，王文明，宋凤鸣

（湖南先导洋湖再生水有限公司，湖南 长沙 410208）

0 引言

活性污泥法及其衍生工艺现已成为城市污水处理应用最广的方法。常用的活性污泥法以氧化沟、AAO 和SBR 为主，其中氧化沟存在能耗高，泥龄偏长，易产生泡沫，流速不均和污泥沉积等问题；AAO工艺流程简单，但系统部分参数无法满足高效生物脱氮除磷的要求；SBR 工艺变水位间歇运行，能耗较高，污泥稳定性差，3 种工艺都各有其局限性。改良式序列间歇反应器（MSBR）工艺[1]则兼具了AAO和SBR 两者的优点。

经过几十年的发展，MSBR 技术本身也在不断地革新和完善，在应用方面也得到进一步的推广。本研究通过对10 池型改良MSBR 工艺的简介、MSBR技术发展变化的分析和MSBR 技术应用推广的状况的总结，对MSBR 技术的应用现状与发展趋势进行论述。

1 MSBR 及其技术原理

MSBR 是杨企星博士等在传统SBR 基础上结合AAO，Bardenpho（巴顿甫）等连续流工艺特点开发而成的一种污水处理系统。MSBR 不需要初沉池和二沉池，能在恒定液位下连续进水运行，因而被认为是集约化程度较高的一体化水处理新工艺，在总装机容量、土建工程量、节能降耗和节约用地等多方面有明显的优势[2]。

MSBR 系统主要在厌氧区、主曝区和缺氧区内降解和去除污染物。主曝气区在整个运行周期过程中保持连续曝气，2 个序批单元在每半个周期过程中交替作为SBR 池和沉淀池。系统中污泥经过“厌氧区-主曝区-缺氧区-厌氧区”的厌氧-好氧切换的循环，聚磷菌获得指数级增长，通过SBR 区富磷的剩余污泥排放实现磷的去除。硝化细菌在好氧条件下将氨氮转化为硝态氮，通过污泥回流利用反硝化细菌在缺氧条件下与碳源进行反硝化实现脱氮。有机物的去除主要依赖于厌氧区聚磷菌的吸收、硝化细菌的反硝化消耗，以及主曝区好氧异养菌和聚磷菌对有机物的分解。

2 MSBR 技术的变化趋势

2.1 技术发展趋势

MSBR 最早为类似于三氧化沟的三池系统，只有厌氧、好氧和序批3 个单元，如早期加拿大阿尔伯塔省欧克托克市污水处理厂的MSBR 系统仅用于去除BOD 和SS。从80 年代初发展起来到现在，经过不断改进和完善，MSBR 工艺逐步发展成为多单元组合系统，由四池、五池、六池、七池发展到八池、十池。MSBR 在实际应用中，可根据污水水质和处理要求，设计成只去除BOD 或兼有硝化、脱氮、除磷功能的不同工艺构型，表现出很大的设计灵活性。各工艺构型的系统组成见表1。

表1 MSBR 工艺构型变化

随着技术的更新，污染物去除效率获得了显著提升。七池MSBR 工艺实质上是SBR 和AAO 工艺的有机结合，将连续流工艺引入SBR 中，使反应过程更加符合生化反应动力学，具有较高的脱氮除磷效率，出水可达GB 18918—2002《城镇污水排放标准》一级B 排放标准。近年来出现的八池MSBR 工艺具2 个缺氧单元，提高了总氮去除效率，适用于高C/N 污水处理，出水可达一级A 排放标准。十池MSBR 工艺在八池工艺的基础上增加了2 个缺/好氧单元，因而大幅提高了总氮去除效率，出水可达准Ⅳ类水标准。

2.2 10 池型MSBR 的基本组成及工艺流程

（1）10 池型 MSBR 基本构成

MSBR 生化池由 10 个单元格组成[5]，单元 1 和单元 7：SBR 池；单元 1A 和单元 7A：缺/好氧池；单元 2：泥水分离池(浓缩池)单元3：预缺氧池；单元4：厌氧池；单元5 和5A：缺氧池；单元6：主曝气好氧池。

（2）10 池型 MSBR 主要设计参数

以4 t 单池系统为例，系统单池有效容积为31 919.9 m3。单元 2，3，4，5，5A 有效水深为 8 m，单元1，1A，6，7，7A 有效水深为 6 m。总水力停留时间为19.2 h，总设计污泥泥龄 19.82 d。污泥质量浓度（MLSS）为 3 500 mg/L，污泥负荷为 0.043 kg/（kg·d）。

（3）10 池型 MSBR 水力流程

10 个单元格MSBR 工艺构型见图1。序批单元1或7的1个运转周期分成 6 个时段，时段 1，2，4，5一般设置为 30 min； 时段 3，6 一般设置为 60 min；1个运转周期总时间为240 min，包括由时段1～3 和4～6 组成的上下半周期。在上下半周期，单元1 和7，1A 和7A 工作状态一一对应，交替运行；在上半周期时段1～3，单元1 依次处于搅拌、曝气、预沉状态，单元7 处于沉淀出水状态，单元1A 依次处于搅拌、搅拌、曝气状态，单元7A 处于曝气状态，下半周期时段4～6 各单元工作状态和对应单元相同。其他单元工作状态与广泛应用的7 单元格MSBR 相同单元完全一样，单元2 处于泥水分离浓缩状态，单元3，4，5（5A）处于搅拌状态，单元6 处于持续曝气状态。

图1 10 池型MSBR 工艺构型

10 单元格MSBR 的回流包括混合液回流和污泥回流。混合液回流是指单元6 的混合液经泵提升后通过回流渠输送至单元5，再由单元5 推流至单元5A 和单元6，经此周而复始连续运行，单元5 和5A 较 7 单元格MSBR 单元 5 延长了约 1 倍的缺氧水力停留时间，且混合液回流比由100%～150%提升到约350%，从而提升反硝化脱氮效果。污泥回流是指序批单元1 或7 处于搅拌、曝气反应状态时，单元1 或7 的污泥通过泵提升至单元2，污泥回流比约150%，在单元2 发生泥水分离后分离的上清液经上清液渠流至单元5，5A 或6，沉淀浓缩污泥进入单元3 发生内源缺氧反硝化脱氮将硝态氮质量浓度降低至1～2.5 mg/L 后，经泵提升进入单元4 与进入污水混合高效释磷，单元3 至单元4 的浓缩污泥回流比约50%。

为进一步增强10 个单元格MSBR 的反硝化脱氮效果和提高进水碳源利用率，10 个单元格MSBR还设计了单元4 至单元1A，7A 的进水分流功能，进水碳源分流比约10%，以给单元1A，7A 单元补充碳源，从而进一步提高反硝化脱氮效果，减少乙酸钠外碳源的投加量。

2.3 MSBR 在污水处理中的应用研究

MSBR 技术在我国的出现时间较短，发展时间不足20 a，但10 多年间以MSBR 作为二级生化系统的污水设施数量比例整体呈上升趋势。通过与预处理、深度处理工艺组合，MSBR 可应用于城镇污水处理、工业废水处理、农业废水处理和污水厂提标改造项目。

（1）MSBR 在城镇污水处理中的应用

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种不同规模的池型，其 中1.5，2，2.5，4，5，6 t/d 的池型是应用较多的池型，应用的比例分别为 7.79%，10.39%，22.08%，14.29%，14.29%，7.79%。不同规模的池型可适应0.5～20 t/d不同规模的城镇污水处理，MSBR 在中大型污水处理厂、县级污水厂、小型污水厂均有应用案例[5-6]。

从应用案例来看，MSBR 在湖南、江苏、上海、广西、广东应用案例相对较多，分别占MSBR 项目的20.00%，20.00%，15.00%，17.50%和 7.50%。这些省份人口密度相对较大，城区用地相对紧张，这时占地面积较小的MSBR 便极具优势。MSBR 技术稳定，受气候影响小，如加拿大 Saskatchewan 的Estevan 污水处理厂在严寒下依然可保持较好的处理效率，技术理论上没有地域性限制。因此，MSBR 在我国其他许多地区仍有较大的推广应用的潜力。

MSBR 抗污染负荷冲击的能力强，在北方典型高浓度城镇污水处理[7]、低浓度城镇污水处理[8]、高含砂污水处理[9]均有成功的应用案例。通过工艺调控或与其他处理技术配合，MSBR 也可稳定处理含油污水[10]、垃圾渗滤液[11]、工业园混合污水[12-14]等成分相对复杂的混合型城镇污水。沈浙萍等[15]通过初沉预处理+水解酸化+MSBR 工艺处理城镇综合污水研究得出，MSBR 工艺比CASS 工艺处理能力提高10%，达标稳定性好。

（2）MSBR 在工业废水处理中的应用

MSBR 应用于工业废水处理的小试或中试试验已有较多研究报道，如MSBR 法处理焦化废水[16]实验研究。朱玉高[17]采用气浮法＋改良式序列间歇反应器(DAF+MSBR)联合法研究榆林某焦化厂焦化废水处理，使出水氨氮和COD 达标。刘开强[18]利用“纳米溶气变频超声聚焦裂解+MSBR 工艺污水处理实验装置”，通过对啤酒废水、制药废水等工业废水的参数优化实验研究，使出水水质优于国家规定排放标准。

目前，MSBR 组合工艺应用于高浓度、难降解工业废水处理已有较多实际案例。如湖南某油脂生产厂[19]采用UASB+MSBR+Fenton+ 混凝组合工艺处理30 m3/d 油脂废水。浙江某助剂公司[20]采用Fenton氧化+ MSBR 工艺处理200 m3/d 环氧大豆油废水。宁夏某煤工业园[21]以生物强化稳定床+两相MSBR池+臭氧氧化塔+ SBAF 反应器为主体工艺处理5 000 m3/d 煤化工废水。浙江某工业园染化污水处理厂[22]采用混凝气浮+MSBR 处理10 万t/d 染化废水。浙江新市镇污水处理厂[23]通过MSBR+混凝沉淀工艺，通过延长MSBR 沉淀时间、维持高浓度活性污泥，使3 t/d 高COD 印染废水达标排放。某综合性工业园[24]采用厌氧分解+MSBR 工艺处理生产废水, 实现稳定良好脱氮除磷效果。

MSBR 与水解酸化、沉淀等工艺结合，应用于制药废水处理的实际案例颇多。如江苏某药厂污水站采用隔油+化学沉淀预处理+水解酸化+MSBR 工艺处理300 m3/d 胰岛素制药废水[25]。某制药企业采用初沉调节池+混凝沉淀池+水解酸化池+MSBR 组合工艺处理3 000 m3/d 的发酵类制药废水[26]。某解热镇痛药和化工防腐设备生产企业采用水解酸化+MSBR 工艺处理6 000 m3/d 制药废水[27]。福州江阴工业区污水厂采用厌氧水解+MSBR+ 臭氧氧化+絮凝沉淀+曝气生物滤池复合工艺处理2 t/d 以抗生素类制药为主的混合工业废水[28]。

（3）MSBR 在农业废水处理中的应用

通过与ABR 反应器、UASB 等工艺结合，MSBR也可用于处理农业废水。如湘潭某屠宰场[29]采用预处理+ UASB + MSBR + 混凝沉淀组合工艺处理120 m3/d 的屠宰废水。雷英春等[30-31]采用厌氧折流板反应器（ABR）+改良序批式反应器（MSBR）联合工艺处理畜禽污水，并通过单因素试验研究了厌氧污泥颗粒形成过程中各因素的影响规律，研究了沉淀时间、停留时间、回流比、进水COD 等各因素对养殖废水脱氮效果的影响规律，并通过正交实验获得影响因素的排序和最佳工艺条件。刘玉浩等[32]采用CSTR 作为产甲烷反硝化反应器和MSBR 作为短程硝化反硝化反应器的串联工艺，进行了屠宰废水处理中试试验，考察了组合工艺对屠宰废水的处理效果，并进一步分析了各反应器对污染物的去除贡献。

（4）MSBR 在污水厂提标改造中的应用

从采用MSBR 工艺的污水处理项目来看，MSBR 在 2008～2010 年、2017～2018 年应用案例相对较多，多为七池型和十池型。12.5%的项目采用十池型，均为准IV 类出水；5%项目采用八池型，均为一级 A 出水；82.5%项目采用七池工艺，其中27.5%执行一级B 排放标准，55%为一级A。较多七池型MSBR 污水处理厂采用了人工湿地、膜技术等深度净化技术，使出水标准达到一级A 标准。

MSBR 的高效脱氮除磷和占地面积小的特点使其在污水厂提标改造中更具优势。青岛某污水处理厂成功地将AB 工艺改造为MSBR 工艺[33]，石狮市某污水处理厂将Carrousel2000 型氧化沟改造为MSBR 工艺[34]，长三角地区某污水处理厂通过MSBR+MBBR 工艺组合[35]，无锡梅村污水厂采用MSBR+滤布滤池+ 超滤工艺[1]，昆明某污水处理厂采用MSBR工艺+ 滤布滤池工艺[36]，均实现了准Ⅳ类水提标改造。随着污水排放标准的提高，未来执行准IV 类出水的污水处理厂将会增加，10 池型MSBR 在污水厂提标改造中的应用也会随之增加，技术发展潜力巨大，市场前景广阔。

3 结论

MSBR 工艺虽然具备很多优点，但目前在污水处理设施的应用占比仍较小，发展空间巨大。MSBR工艺构型的变化趋势表明，该工艺的集成化程度不断提高，但功能分区增加，污泥回流等管线增多，结构越来越复杂，导致工艺运行操作较为复杂。特别水质水量有较大变化时，应对负荷冲击的调控管理难度增大，要求管理人员具备丰富的专业理论知识和实践经验。这可能也是MSBR 在欠发达地区以及广大农村污水处理[37]应用较少的原因之一。因此，针对MSBR 的工艺参数优化、提高自动化控制和智能化管理水平、进一步降低运行能耗[38]应该是将来的热点研究方向。若能通过工艺改进研发降低其复杂性，同时又能保持原来优势，兼具环保、智能、节能、可操作性强、运作成本低等特质，MSBR 工艺必能得到更好的推广应用。