雨季合流污水通常具有流量与污染物负荷波动较大、暴发性、随机性强的污染特征，合流管网雨天污水溢流是导致城市河道雨天反复污染的重要原因，合流制溢流污染控制成为了当前我国城镇排水行业的难点和痛点。在雨污分流改造难以短期完成的情况下，充分挖掘城镇污水厂的处理潜能，提高城镇污水厂雨季处理能力，是解决当前我国合流制溢流污染问题的一种经济可行的技术路线。
改良式序批间歇反应器（MSBR）综合了A2/O、SBR工艺的优点，兼具厌氧、缺氧、好氧、序批反应、沉淀出水等功能，具有占地面积小、建设运行成本低、脱氮除磷效果好、控制灵活、抗冲击负荷能力强等特点，是一种先进、高效、稳定的生化处理工艺，在污水处理领域被广泛应用。为进一步提高MSBR工艺对大水量合流污水的处理效果，采用改进的多点进水MSBR工艺进行耐水力负荷冲击性能中试研究，以期为我国合流制溢流污染控制和在线亚洲精品自拍,精品乱码一区二区三四区视频二级生化工艺优化设计提供参考。
1、材料与方法
1.1 试验装置
多点进水MSBR工艺中试装置平面布置如图1所示。采用一池10单元池型，其中4#单元为厌氧池，5#、5A#单元分别为第一、第二缺氧池，6#单元为主曝气池，2#单元为污泥浓缩池，3#单元为预缺氧池，1A#、7A#单元分别为第一、第二缺/好氧池，1#、7#单元分别为第一、第二序批池。该装置与已工程应用的10单元MSBR工艺池型相同，但进行了多点进水和补充污泥回流的改进设计，即在厌氧池（4#）一个污水进水点和第一、第二序批池（1#、7#）向污泥浓缩池（2#）污泥回流设置的基础上，于主曝气池（6#）两侧增设了两个污水进水点和第一、第二序批池（1#、7#）增设了补充污泥回流泵实现活性污泥向厌氧池（4#）的强化回流。
中试装置按照《城镇在线亚洲精品自拍,精品乱码一区二区三四区视频污染物排放标准》（GB18918—2002）一级A排放标准进行设计，设计规模（Q）为12m3/d（总变化系数Kz=1.3），外形尺寸为3.2m×2.2m×2.1m。各项设计参数均按照旱季处理水量水质确定，具体如下：平均污泥浓度为3500mg/L，污泥龄为16d，剩余污泥量为2.4kgDS/d；有机负荷为0.12kgCOD/（kgMLSS·d）；气水比为7.2∶1，曝气量为60L/min，曝气池DO浓度为2~4mg/L；总水力停留时间（HRT）为22.53h，其中，厌氧池为1.31h、第一和第二缺氧池均为1.46h、主曝气池为6.34h、泥水分离池为0.42h、预缺氧池为0.50h、第一和第二缺/好氧池均为1.20h、第一和第二序批池均为4.32h；污泥外回流比（1#和7#→2#）为100%~200%，补充污泥回流比（1#和7#→4#）为100%~200%，好氧池硝化液回流比（6#→5#）为200%~400%，预缺氧浓缩污泥回流比（3#→4#）为50%~70%。
当污水进水量为旱季设计流量1Q时，污水进水只有厌氧池（4#）一个进水点，第一、第二序批池（1#、7#）的活性污泥向污泥浓缩池（2#）回流，并经预缺氧池（3#）反硝化脱氮后将高浓度活性污泥回流到厌氧池（4#）。当模拟的合流污水进水量超过旱季峰值流量1.3Q时，在保持向厌氧池（4#）进水1.3Q的同时，通过进水分配阀门将超出旱季峰值流量的这部分进水平均分流至主曝气池（6#）末端进行短程曝气处理，同步将第一、第二序批池（1#、7#）调整为同时连续沉淀出水运行工况，并启动两个序批池（1#、7#）增设的补充污泥回流泵工作，按照启动30min、停止30min的间歇运行方式将两个序批池的活性污泥补充回流至厌氧池（4#），从而避免两个序批池沉淀区因固体负荷过高而引起出水污泥流失（即“跑泥”）的情况。整个试验过程中，除补充污泥回流泵外，污泥回流泵和各反应池的其他设备均和已工程应用的10单元MSBR工艺的运行设置模式相同。
1.2 中试方法
多点进水MSBR中试于2023年9月—11月在长沙市洋湖再生水厂进行，采用项目一期旋流沉砂池出水作为试验原水，试验规模为12~54m3/d，即按1Q、2Q、3Q、4Q、4.5Q分5个阶段逐步提升试验流量，最后阶段再将试验流量恢复为1Q，各阶段水力负荷的调整在1~2h内完成，原计划在1Q工况下运行稳定后将各阶段试验时间均设为5d，但在实际试验过程中由于处理水量和水质的波动，各阶段试验时间进行了相应调整。试验前期，对中试装置进行了单机和联动调试，并采用项目一期MSBR池剩余污泥进行接种驯化，当主曝气池污泥浓度达到约3300mg/L并在1Q工况下稳定运行20d后，才开始正式水力负荷冲击试验，水力负荷冲击试验工况如表1所示，整个试验过程中均未添加外碳源和化学除磷药剂。
当试验流量为1Q、2Q时，采用旋流沉砂池出水作为试验进水，模拟在线亚洲精品自拍,精品乱码一区二区三四区视频污水进水或初期雨水的处理工况；当试验流量提高到3Q、4Q、4.5Q时，采用旋流沉砂池出水与中试装置出水按1∶1比例稀释调配，模拟降雨中后期的大水量合流污水冲击工况；最后将试验流量恢复为1Q，考察MSBR工艺在经历大水量冲击之后的恢复效果。
1.3 采样与分析方法
试验期间，采集中试装置在不同水力负荷下的进出水水样和主曝气池混合液。中试装置进出水水管上均设置取样龙头，每天09：00、12：00、15：00、18：00采集水样，混合后检测水质，检测项目包括pH、COD、SS、NH3-N、TN和TP，检测方法均为国家标准方法；活性污泥混合液每天采集1次，采用重量法检测混合液悬浮固体（MLSS）浓度。
2、结果与讨论
2.1 COD去除效果
不同水力负荷条件下进出水COD浓度的变化如图2所示。在整个试验过程中，进水COD在63~249mg/L范围内波动，浓度变化较大，具有明显的冲击效应。在1Q~4Q水力负荷条件下，出水COD基本在15~30mg/L之间，稳定达到一级A标准，COD去除率最高达到96.9%；在4.5Q水力负荷条件下，随着试验的进行，出水COD浓度迅速上升，最高达到75mg/L左右；但最后快速恢复到1Q水力负荷条件时，出水COD浓度迅速下降并达到一级A标准。试验表明，随着进水量的提高，进水有机负荷上升，实际水力停留时间逐渐降低，但MSBR生化工艺对有机物的降解始终较为充分，可见降解有机物的异养菌群适应性及增殖能力较强，可在较短时间内完成生物降解作用。
2.2 SS去除效果
不同水力负荷条件下进出水SS浓度的变化如图3所示。在整个试验过程中，进水SS在50~350mg/L范围内波动，浓度变化较大。在1Q~4Q水力负荷逐步提高和快速恢复到1Q水力负荷过程中，出水SS始终稳定在20mg/L以内，呈现出良好的SS去除效果；在4.5Q水力负荷条件下，出水出现严重的“跑泥”现象，出水SS出现较明显上升，最大值达到67mg/L左右。试验表明，在2Q及以上水力负荷冲击下，启动MSBR工艺多点进水分流短程曝气处理和补充污泥回流功能，同步将第一、第二序批池设置为同时连续沉淀出水运行工况，可有效避免进水大水量水力负荷冲击引起主曝气池活性污泥大量推流流失，进而导致第一、第二序批池沉淀区固体负荷快速急剧上升，确保了大水量水力负荷冲击条件下沉淀区的固体负荷始终处于一个较为稳定的水平，并呈现出良好的SS去除效果。
2.3 NH3-N去除效果
不同水力负荷条件下进出水NH3-N浓度的变化如图4所示。
在整个试验过程中，进水NH3-N在6~20mg/L范围内波动，浓度变化较大。在1Q~4Q水力负荷条件下，出水NH3-N保持在5mg/L以内，大部分时间维持在1.0mg/L以下，稳定达到一级A标准；在4.5Q水力负荷条件下，随着试验的进行，出水出现严重的“跑泥”现象，出水NH3-N浓度迅速上升，最高达到17.3mg/L；但在快速恢复到1Q水力负荷条件时，出水NH3-N浓度迅速下降并恢复达到一级A标准。试验表明，在2Q~4Q水力负荷条件下，启动改进的进水分流短程曝气处理和补充污泥回流功能，可以确保大水量冲击负荷条件下主曝气池不发生明显的活性污泥流失，实现活性污泥的泥龄大于硝化菌生长的世代时间，在主曝气池实现了充分的硝化反应，从而保证了NH3-N的稳定去除。
2.4 TN去除效果
不同水力负荷条件下进出水TN浓度的变化如图5所示。在整个试验过程中，进水TN在12~33mg/L范围内波动，浓度变化较大。在1Q~4Q水力负荷和不投加外碳源条件下，出水TN基本在4.5~11.5mg/L之间，稳定达到国家一级A标准，这表明MSBR工艺通过进水分流降低了水力负荷冲击对缺氧池反硝化时间的影响，同时利用补充污泥回流来维持缺氧池反硝化区域的污泥浓度和反应速率，确保了MSBR工艺在1Q~4Q水力负荷冲击工况下仍能够保证出水TN的稳定达标。在4.5Q水力负荷条件下，由于主曝气池、缺氧池等各反应池的水力停留时间都大幅缩短，并超出了该生化系统能够承受的极限，因此主曝气池NH3-N的硝化作用不彻底，同时已硝化产生的硝态氮在缺氧阶段的反硝化作用也不充分，从而导致出水TN迅速上升达到23mg/L左右，造成TN去除效率显著下降。试验流量再快速恢复到1Q水力负荷条件时，出水TN迅速下降并恢复达到一级A标准。
2.5 TP去除效果
不同水力负荷条件下进出水TP浓度的变化如图6所示。在1Q~4Q水力负荷和不投加除磷药剂条件下，出水TP在0.5mg/L左右波动，并稳定控制在1mg/L以内，达到了A2/O、氧化沟、SBR等传统二级生化工艺生物除磷效果，这表明MSBR工艺的进水分流功能有效避免前端厌氧池受到水力负荷冲击的影响，而对回流污泥浓缩进行预缺氧处理则尽可能地降低了硝酸盐对厌氧池厌氧释磷的影响，使得多点进水MSBR工艺在1Q~4Q水力负荷条件下的生物除磷过程均进行得较为充分。在4.5Q水力负荷条件下，出水TP迅速上升达到1.35mg/L，究其原因主要有两个方面，首先，4.5Q水力负荷条件下系统脱氮效率显著下降，使得通过两个序批池污泥回流进入到厌氧池的硝态氮不断增加，而较高浓度的硝态氮会抑制厌氧池聚磷菌的生物释磷，进而影响到后续好氧阶段的过量吸磷效果，这会导致出水TP浓度升高；其次，MSBR工艺因受到4.5Q水力负荷冲击而导致出水SS有所上升，其中所包含的颗粒态TP也进一步推高了出水TP浓度。实际工程应用中，在生物除磷的同时辅以化学除磷措施，可以确保出水TP稳定达到一级A标准。
2.6 主曝气池MLSS浓度变化
不同水力负荷条件下主曝气池MLSS浓度的变化如图7所示。在1Q~4Q水力负荷条件下，MSBR生化工艺每天生成的活性污泥量和排放的剩余污泥量基本相当，而且当进水量超过旱季峰值流量1.3Q时，从主曝气池流失到两个序批池的活性污泥可通过序批池补充污泥泵回流至厌氧池并最终返回到主曝气池，可以保证多点进水MSBR工艺主曝气池MLSS浓度稳定维持在3000~4000mg/L，可见进水分流及补充污泥回流等改进设计可有效应对水力负荷冲击引起主曝气池活性污泥流失的情况。当试验流量提高到4.5Q水力负荷时，主曝气池活性污泥流出速度大于污泥回流速度，主曝气池MLSS浓度迅速降低到3000mg/L以下，并呈现持续下降趋势，这也是NH3-N等指标在4.5Q水力负荷冲击下去除效率快速下降的原因之一。最后阶段将试验流量恢复到1Q水力负荷时，发现经过1~2d的运行后，4.5Q水力负荷冲击所导致的MSBR生化系统中被推流到两个序批池的活性污泥可以通过污泥回流和补充污泥回流重新返回到主曝气池，图7中第35和36天的数据表明主曝气池MLSS浓度又重新恢复到约3000mg/L，出水水质指标也相应恢复到1Q~4Q水力负荷下的正常水平。
2.7 耐大水量水力负荷冲击的机理
在1Q~4Q水力负荷条件下，多点进水MSBR工艺处理污水进水和模拟的超量合流污水中试取得了良好的效果，呈现出良好的耐大水量水力负荷冲击性能，这主要是因为MSBR工艺具有灵活的运行调控机制。首先，在大水量冲击工况下，将MSBR工艺两个序批池交替沉淀出水运行调整为同时连续沉淀出水运行状态，使得工艺的序批池沉淀区面积增加1倍，工艺可承受的表面水力负荷与固体负荷同步提高1倍，理论上工艺处理能力可提升至2Q~3Q旱季设计流量，且无需新增二沉池等构筑物。同时，我国雨季多发生在4月—9月，大水量合流污水冲击多发生在7月—9月，夏季水温一般比冬季高15℃以上，水温升高15℃可以使微生物的反应速率提升约1.5倍，因此夏季高温条件下生化池设计水力停留时间大大超出了实际需要的水力停留时间；水温升高还可以降低水的黏度，改善活性污泥的沉降性能和澄清功能，这也从客观上保证了大水量冲击下多点进水MSBR工艺两个序批池同时连续沉淀出水运行并能保持良好的沉淀效果。其次，通过在主曝气池增设两个进水点，将超过旱季设计流量的合流污水分流至曝气池末端，进行分流短程曝气处理，有效避免了大水量合流污水经主曝气池全程处理引起主曝气池活性污泥快速流失，进而引起序批池沉淀区的固体负荷快速上升，最终发生工艺系统活性污泥大量溢出而崩溃，相应确保了MSBR工艺的处理效果。最后，通过在序批池增设补充污泥回流泵，加强大水量工况下主曝气池向序批池沉淀区流失的活性污泥强化补充回流至厌氧池，有效保证了前端厌氧池、缺氧池和主曝气池的污泥浓度和反应速率，也有效避免了序批池沉淀区因固体负荷过高及泥层太厚而发生出水“跑泥”现象。
3、结论
当污水进水量为旱季设计流量1Q时，采用厌氧池单点进水的运行工况，MSBR工艺可实现稳定运行，出水COD、NH3-N和TN优于一级A标准。当模拟的合流污水量为2Q~4Q水力负荷时，采用厌氧池和主曝气池两侧多点进水运行工况，同步将MSBR工艺两侧两个序批池调整为连续沉淀出水运行状态，并启动两个序批池的补充污泥回流功能，多点进水MSBR工艺仍可连续稳定运行，主曝气污泥浓度稳定维持在3000~4000mg/L，出水COD、NH3-N和TN优于一级A标准，呈现出良好的耐大水量水力负荷冲击性能。但当模拟的合流污水量提高到4.5Q水力负荷时，多点进水MSBR工艺主曝气池的污泥浓度迅速降低到3000mg/L以下并呈持续下降趋势，出水水质指标快速上升并无法达标运行。（来源：可事托环保设备<上海>有限公司，湖南先导洋湖再生水有限公司）
