近年来，为加快流域性水环境问题的解决和适应城镇水环境管理的需要，我国10多个省、直辖市发布了有关城镇污水处理厂水污染物排放的地方标准；污水处理厂为满足更高的出水排放标准，需要在二级生化工艺后增设膜生物反应器(MBR)、反硝化深床滤池或超滤膜等深度处理工艺,然而日本采用（二级生化+砂滤）工艺就能达到极其严格的出水水质(TN为5.5mg/L、TP为0.06mg/L),因此为助力我国污水处理行业节能减排和绿色发展，对二级生化工艺进行进一步改良设计和研究具有重要的意义。

1、工艺原理：改良式序批间歇反应器(MSBR)是20世纪80年代发展起来的二级生化工艺,综合了A²/。、SBR 等工艺的优点，具有占地面积小、运行成本低、脱氮除磷效果好、控制灵活等特点，在美国、加拿大、韩国等国家得到推广应用，经过不断改进和完善,出现了3、4、5、6、7、9等多单元工艺构型；迄今为止我国已有40余座污水处理厂采用了MSBR工艺，其中80%采用了7单元MSBR工艺构型，针对低C/N比污水处理需求和当前更严格的氮磷排放标准,10单元改进型MSBR工艺已被开发 应用，10单元MSBR工艺原理如图1所示：

    污水首先进入10单元MSBR的厌氧池(4#)，与预缺氧池(3#)的回流污泥混合，富含磷的污泥在厌氧池(4#)进行释磷反应后依次进入第一缺氧池(5#)、第二缺氧池(5A#)，两个缺氧池组成主缺氧反应功能区，主要用于反硝化脱氮；由主曝气池(6#)至第一缺氧池(5#)的回流系统提供富含硝酸盐的混合液，依次经第一缺氧池(5#)、第二缺氧池(5A#)进行反硝化脱氮。第二缺氧池(5A#)混合液进入主曝气池(6#)，经有机物降解、硝化、磷吸收反应后再 进入缺/好氧池(1A#)、序批池(1#)或缺/好氧池(7A#)、序批池(7#)；序批池(1#、7#)交替运行，如果序批池(1#)作为沉淀池，则序批池(7#)依次进行 缺氧反应、好氧反应，或交替进行缺氧、好氧反应，其 作用相当于串联了一个多级A/O反应器。在缺氧反应、好氧反应和出水阶段，序批池的混合液通过回 流泵回流至泥水分离池(2#)，分离池上清液可控制 进入缺氧池(5#、5A#)、主曝气池(6#)、序批池(1#、7#)，沉淀污泥进入预缺氧池(3#)经内源缺氧反硝化脱氮后，回流进入厌氧池(4#)与污水进水混合进 行释磷反应，整个工艺依此循环运行；针对低C/N值进水和当前更高脱氮除磷效率的技术需求,10单元改进型MSBR工艺在反应功能区、进水碳源的分配利用、污泥回流的设计和运行控制上较之前多单元MSBR工艺更为合理；首先厌氧池释磷处理后含较多剩余有机物的混合液与主曝气池回流的含高浓度硝态氮的混合液，在第一缺氧池以较高反应速率进行反硝化，之后含有相对较少有机物和硝态氮的混合液在第二缺氧池以较低反应速率进行反硝化，很明显在缺氧反应功能区体积相同的情况下，串联的两座缺氧池较一座缺氧池可以减缓反应池内的混合液短流现象和充分利用进水有 机碳源，从而提高反硝化脱氮效率；其次两座缺/好氧池可以接收厌氧池分流过来一定量的处理液或 添加的外碳源，通过分流进水碳源或补充外碳源进 —步提咼脱氮效果；第三,两座缺/好氧池的运行状 态可设置为多种模式，当设置为全过程搅拌缺氧反 应状态，相当于增加了工艺反硝化时间，从而较好适应低C/N值进水水质和强化工艺脱氮效果；当设置为全过程曝气好氧反应状态，此时可看成主曝气池 的衍生或扩大，比较适合高C/N值进水水质;设置为一段或多段缺氧、好氧反应交替运行状态，相当于在7单元MSBR工艺中多串联了一级或多级A/O反应器，从而改善脱氮除磷效果。最后，针对序批池到泥水分离池、预缺氧池、厌氧池的污泥浓缩和回流 过程,10单元MSBR较之前的多单元MSBR增加了出水阶段更高浓度沉淀污泥的补充回流设置，这有 助于泥水分离池更好的泥水分离和预缺氧池更佳的 内源反硝化反应，从而确保厌氧池具有更低的硝态 氮浓度和足够的污泥浓度，相当于增加了厌氧池的 实际水力停留时间,减少了对进水的稀释，提高了反应物浓度,提供了最佳的厌氧释磷条件，因而实现工艺更好的生物除磷效果。

2、工艺设计：某高排放标准污水处理厂设计规模为8 X10⁴ m³/d,生化处理采用10单元MSBR工艺，设置2座MSBR生化池，单座MSBR池配置的设备包括浮筒搅拌器10台、硝化液内回流泵2台、污泥外回流泵 2台、浓缩污泥输送泵2台、剩余污泥排放泵4台、空气出水堰4套、可提升微孔管式曝气器10套、固定微孔管式曝气器和电气自控设备等，单座MSBR池平面尺寸为92.6 mx54.8 m,有效容积为32000m³、总水力停留时间为19.2h，其他主要设计参数如表1所示。与7单元MSBR⑻相比，10单元 MSBR增加了第二缺氧池和第一、第二缺/好氧池3个单元，具有更长的缺氧反应水力停留时间,还增加 了进水碳源分流设计和加大了硝化液内回流，这些 都是针对更高出水排放标准进行的合理优化设计；在设计进水水量、水质和水温条件下,10单元MSBR 出水水质可达到更为严格的排放限值(TN!10 mg/L)o

               表1-10单元MSBR工艺主要设计参数

3、工艺调试：工艺调试期间，进厂水量波动较大，当进水负荷超过设计负荷的70%时,10单元MSBR的序批池从预沉淀状态切换到出水状态的第10min开始，空气 出水堰附近区域发现有污泥上翻现象，这造成MSBR出水SS较高，最高超过200m/L,远远超过出水SS设计限值(20m/L)，但序批池在切换到出水状态约45min以后,之前上翻污泥完全沉降变为上清液出水，从而恢复到正常运行状态，出水SS恢复到出水设计限值以下；初步分析认为，工艺调试期间由于脱水污泥外 运的管控,MSBR系统没有及时合理排泥引起污泥浓度较高是出水SS超出设计限值的原因，检测也表明主曝气池污泥浓度约6000 m/L,序批池污泥浓度约8000-10000mg/L,序批池出水阶段的污泥 层厚度超过4m,序批池上清液层厚度不足2m,进水负荷在短时间内波动较大时，出水水流容易引起序批池沉淀污泥上翻。经沟通协调后，有计划地加 大剩余污泥排泥和序批池污泥回流，MSBR序批池 和主曝气池污泥浓度分别恢复到约4500~6000、3000-4000mg/L的正常水平，但序批池仍存在轻 微的污泥上翻，出水SS略超出设计限值；为进一步调查原因,进行了MSBR序批池运行工况调试试验，序批池序批周期和回流泵运行调试 方案如图2所示。

    首先序批池参数设置如图2(a)和图2(b)阶段一所示，一个序批周期包括缺氧、好氧、预沉淀和 出水4个时间段，时间分别为40、20、60、120 min,总时间为240 min,其中回流泵运行时间为缺氧40 min、好氧20 min和出水前20 min,总回流时间为80min；分析认为,序批池出水阶段污泥回流加大了进入序批池的混合液流量,再叠加进水负荷冲击,出水很容易将沉淀污泥带入上清液层而发生污泥上翻；然后,序批池参数设置调整为如图2(a)和图2(b)阶段二所示，缺氧反应时间由40 min增加到50min,出水阶段污泥回流时间缩短到10min,发现阶 段二MSBR出水SS较阶段一有所降低，但仍没有将SS控制在出水设计限值以内。最后,将序批池参数设置调整为如图2(a)和图2(b)阶段三所示，出水前10 min的污泥回流调整到出水结束前最后10min,发现调整后MSBR出水SS可以稳定控制在出 水设计限值以内，分析认为10min内污泥回流叠加进水负荷冲击引起的序批池污泥扰动或上翻影响还没有到达上清液层，更没有到达空气出水堰附近区域,此时序批池已进入下一个周期的缺氧搅拌反应 阶段；因此合理的补充回流设置不仅不会影响MSBR出水水质，而且有助于提高生物除磷效果；通过上面的工艺调试过程，容易发现10单元MSBR和之前多单元MSBR工艺一样，具有抗冲击负荷能力不强和运行控制复杂的缺点，较大的进水负荷变化冲击叠加不合理的序批反应和污泥外回流设置等对10单元MSBR出水水质影响较大，甚至引起出水水质超出设计限值的情况。

                  表2-10单元MSBR稳定运行期进、出水水质

4、工艺运行效果：工艺调试完成后,10单元MSBR稳定运行期某月实际进 、出水水质指标如表2所示，由表2可见进水B0D/TN=3,属于低C/N进水水质,进水经10单元MSBR工艺处理后，COD、BOD、NH₃-N、TN和TP都得到了明显的去除，出水水质稳定达到《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)的准I类水质(TN-10mg/L、TP-0.3mg/L);10单元MSBR工艺通过合理分配进水碳源、增加缺氧反应时间、增加序批池沉淀污泥补充回流、精细化运行管理等措 施,在不添加或少量添加碳源、PAC化学除磷药剂 的情况下，可以显著提高低C/N污水生化处理的脱氮除磷效率，实现10单元MSBR工艺出水水质达到高排放标准的排放限值要求;因此,与传统生化工艺相比，采用10单元改进 型MSBR工艺并辅以精细化运行管理，可大幅提升脱氮除磷效率、降低运行成本和减少占地面积，满足我国当前高排放标准污水处理厂建设的技术需求, 具有一定的推广应用价值。

5、结论：针对低C/N比污水处理需求和当前更严格的氮磷排放标准,10单元改进型MSBR工艺已被开发并获得了工程应用，与传统生化工艺相比单元MSBR工艺可以大幅提升脱氮除磷效率、降低运行成本和减少占地面积，出水主要指标可以稳定达到 地表水准I类水质(TN-10m/L)标准，这为高排放标准污水处理厂的新建或升级改造提供了有力的技术支撑。