淺析MSBR污水處理工藝及自動化控制

摘要：結(jié)合某污水處理廠介紹了一種MSBR污水處理工藝，該工藝是一種改良型SBR工藝，具有流程簡潔、控制靈活、單元操作簡單而且占地省等特點，并介紹了該污水處理工藝的計算機(jī)自動控制方案。

關(guān)鍵詞：污水處理,MSBR工藝,改良型,自動控制

1 引言

MSBR（Modified Sequencing Batch Reactor）是改良式序列間歇反應(yīng)器，是C.Q.Yang等人根據(jù)SBR技術(shù)特點，結(jié)合傳統(tǒng)活性污泥法技術(shù)，研究開發(fā)的一種更為理想的污水處理系統(tǒng)。該工藝采用單池多格方式，結(jié)合了傳統(tǒng)活性污泥法和SBR技術(shù)的優(yōu)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接管、泵和閥門。通過中試研究及生產(chǎn)性應(yīng)用，證明MSBR法是一種經(jīng)濟(jì)有效、運(yùn)行可靠、易于實現(xiàn)計算機(jī)控制的污水處理工藝。

2 工程概述

現(xiàn)有某污水處理廠總規(guī)模16萬m3/d，近期8萬m3/d，一期實施4萬m3/d。該工程一期共設(shè)改進(jìn)型MSBR池2 座，單座設(shè)計規(guī)模2萬m3/d，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，單座反應(yīng)池平面尺寸58.9 m×42.1 m，有效水深6.2～8.0 m。

2.1 MSBR池體設(shè)計與優(yōu)化

每座MSBR系統(tǒng)由7個單元組成，分設(shè)在反應(yīng)池兩側(cè)的是SBR池，起著好氧氧化、缺氧反硝化、預(yù)沉淀和沉淀作用，內(nèi)設(shè)管式微孔曝氣器及潛水?dāng)嚢杵鳎⒃诔鏊幵O(shè)有浮渣收集管及空氣堰；設(shè)在SBR池池壁上設(shè)有混合液回流泵將混合液回流至污泥重力濃縮池，重力濃縮池前端設(shè)有配水槽，混合液經(jīng)濃縮后的活性污泥由底部進(jìn)入缺氧池2，上清液（富含硝酸鹽）則通過溢流堰及集水槽進(jìn)入主曝氣池；在缺氧池2中，不但回流污泥中溶解氧在本單元中被消耗，而且污泥中硝酸鹽也被微生物的自身氧化所消耗，缺氧池2內(nèi)設(shè)潛水?dāng)嚢杵?1 臺；缺氧池2和厭氧池壁板上設(shè)有2臺污泥回流泵，原污水進(jìn)入?yún)捬醭睾笈c從缺氧池2回流來的污泥在此進(jìn)行充分混合，釋放回流污泥中的磷酸鹽，厭氧池內(nèi)設(shè)潛水?dāng)嚢杵?臺；厭氧池的出水經(jīng)過缺氧池1進(jìn)入主曝氣池，主曝氣池設(shè)在反應(yīng)池的一端，內(nèi)設(shè)管式微孔曝氣器，其作用是氧化有機(jī)物并對污水進(jìn)行充分的硝化，讓聚磷菌在本單元中過量吸磷；缺氧池1設(shè)在厭氧池和主曝氣池之間，通過2臺混合液回流泵回流主曝氣池的混合液至缺氧1池進(jìn)行生物除氮，為防止污泥沉底，缺氧池1 內(nèi)設(shè)潛水?dāng)嚢杵?臺。如果不讓混合液進(jìn)入缺氧池1，則此時缺氧池1充當(dāng)了厭氧池的作用，可用于強(qiáng)化除磷效果。

2.2 運(yùn)行模式

每座改進(jìn)型MSBR系統(tǒng)由7個單元組成，濃縮池、缺氧池1、缺氧池2、厭氧池、主曝氣池始終處于連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)，SBR池1和SBR池2交替運(yùn)行，一個運(yùn)行周期為 4 h，改進(jìn)型MSBR池各單元運(yùn)行狀態(tài)如表1所示。

其中各時段的持續(xù)時間為：時段1和時段4為40 min；時段2和時段5為50 min；時段3和時段6為30 min。

2.3 MSBR系統(tǒng)工藝流程圖

MSBR系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。

3 MSBR工藝的主要特點

（1）單池多格形式，主曝氣單元在整個循環(huán)中相互替換作為序批反應(yīng)器及沉淀池，從而保證系統(tǒng)連續(xù)進(jìn)出水。（2） 設(shè)置低揚(yáng)程跨墻回流泵，增大曝氣單元中的 MLSS濃度，降低了SBR單元的污泥層厚度，剩余污泥含固率高（＞2%），省掉污泥濃縮處理單元，同時降低能耗。（3）在主曝氣單元之前增加缺氧單元，反硝化作用更高，能耗更低、污泥產(chǎn)量更小少。（4）SBR單元由底部進(jìn)水，污水通過高濃度污泥層進(jìn)行反硝化作用及內(nèi)源呼吸，污泥性能更穩(wěn)定，污泥層兼起接觸過濾作用、出水水質(zhì)更好。（5）完全自動化控制。（6）不需加藥可達(dá)到較好的脫氮除磷效果。（7）占地面積少，運(yùn)行成本低，同時也可以查看中國污水處理工程網(wǎng)更多關(guān)于MSBR污水處理工藝的技術(shù)文檔。

4 MSBR工藝自動控制系統(tǒng)的設(shè)計

該污水廠共有兩座2萬m3/d改進(jìn)型MSBR池，考慮兩座生化池獨(dú)立運(yùn)行，同時為了減少控制電纜和信號電纜的敷設(shè)，每座生化池各設(shè)一套現(xiàn)PLC現(xiàn)場控制分站，用于生化池的設(shè)備監(jiān)控及有關(guān)工藝參量的采集，并通過交換機(jī)將其采集的信號通過工業(yè)以太網(wǎng)送至中心控制室的監(jiān)控計算機(jī)。

4.1 主要設(shè)備和在線檢測儀表

（1）浮筒攪拌器7臺；（2）回流污泥泵5臺；（3）剩余污泥泵2臺；（4）電動閥2臺；（5）電動調(diào)節(jié)閥2臺；（6）超聲波液位計1臺；（7）溶氧儀3臺；（8）污泥濃度計1臺；（9）硝酸鹽分析儀1臺。

4.2 自動控制系統(tǒng)配置

控制系統(tǒng)采用兩級分布式控制系統(tǒng)，第一級為監(jiān)控計算機(jī)，設(shè)于中心控制室內(nèi)，中控室監(jiān)控計算機(jī)上安裝有監(jiān)控軟件，可監(jiān)控污水廠運(yùn)行的全過程，完成控制事件、故障報警、歷史數(shù)據(jù)、生產(chǎn)指標(biāo)、歷史趨勢曲線的登錄、儲存、顯示和查詢；生成、打印各類生產(chǎn)運(yùn)行管理報表。

第二級為現(xiàn)場控制分站，由一臺PLC構(gòu)成，每個PLC分站都有CPU模塊、電源模塊和I/O模塊，均可獨(dú)立運(yùn)行。通過工業(yè)以太網(wǎng)與中控室連接。作為就地控制單元，主要有以下作用：

（1） 就地控制：PLC分站直接與工藝設(shè)備進(jìn)行連接，可實現(xiàn)就地啟、停，和可編程設(shè)置設(shè)備保護(hù)功能，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)異常時可實現(xiàn)自動停機(jī)。

（2）就地顯示：在每臺PLC柜上配有10′彩色觸摸屏，可以通過觸摸屏查看設(shè)備運(yùn)行情況或?qū)υO(shè)備進(jìn)行控制操作。

（3） 數(shù)據(jù)上傳：PLC分站能夠自動識別本站地址，接受并執(zhí)行中控室的有效命令，并將其采集的設(shè)備運(yùn)行狀況和儀表信號上傳到中控室的監(jiān)控計算機(jī)。

4.3 DO（溶解氧）的控制

生化池溶解氧DO是污水廠運(yùn)行的一個重要參數(shù)，理論上達(dá)0.3 mg/L就基本上不影響生物的生理功能，但考慮到水質(zhì)水量的波動，一般保證入口處0.5～1mg/L，出口處2～3 mg/L即可。 MSBR主曝氣池與兩個SBR池被認(rèn)為是串聯(lián)的、獨(dú)立的池子，在每個單獨(dú)的池子中，其混合液的耗氧量是不同的。因此將曝氣池分為幾個控制區(qū)，在1#、6#、7#池內(nèi)各設(shè)了溶解氧在線分析儀，從而實現(xiàn)多點控制，按各控制區(qū)內(nèi)所需的溶解氧濃度供氣，從而使鼓風(fēng)機(jī)基本上一直處于最經(jīng)濟(jì)合理的運(yùn)行狀態(tài)。

5 結(jié)語

MSBR工藝由于結(jié)合了傳統(tǒng)A/A/O和SBR的優(yōu)點，在污染物去除，尤其是氮和磷的同時去除上有較大的優(yōu)勢，出水水質(zhì)優(yōu)且穩(wěn)定，同時具有流程簡潔、控制靈活、單元操作簡單而且占地省、投資和運(yùn)行費(fèi)用較低等特點。隨著我國水環(huán)境治理的不斷深入，中小型污水處理廠將會越來越多。MSBR基于其自身的眾多優(yōu)點，它必將在其中占有一席之地。到那時我國城鎮(zhèn)污水處理廠的投資、能耗和運(yùn)行成本將會越來越低，污水廠占地將會變小，將會有更多的環(huán)保型污水處理廠呈現(xiàn)在我們眼前。

參考文獻(xiàn)

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［4］ 趙誠，王中琪，王成端，趙麗.MSBR法污水處理過程中的節(jié)能分析[J].節(jié)能.2007（11）來源：水處理工程及設(shè)備 作者: 楊紅偉（南京市市政設(shè)計研究院有限責(zé)任公司）