改良Bardenpho 工艺在污水处理厂中的应用

孙 洁

（太原市城市排水管理中心 山西 太原 030006）

引言

目前，城镇生活污水处理厂中应用较为广泛的水处理工艺为传统A2/O 工艺，即厌氧-缺氧-好氧活性污泥法，不同的环境交替出现以实现同步脱氮除磷效果，具有工艺流程简单、技术成熟、处理成本低以及不易发生污泥膨胀等优点。但传统A2/O 污水处理工艺也存在一定的问题，如当回流污泥中的硝态氮进入厌氧区时，反硝化菌会优先利用碳源进行反硝化作用而抑制聚磷菌对磷的释放，从而影响到聚磷菌在好氧区对磷的过量吸收，除磷效果不是很理想[1]。因此，有必要对传统A2/O 污水处理工艺进行调整或者优化，进而演化出多种改良A2/O 污水处理工艺，如多点进水倒置A2/O 工艺、UCT 工艺、MUCT 工艺、改良Bardenpho 工艺、多级A/O 工艺等，以实现更好地同步脱氮除磷效果[2]。

随着地方高排放标准的发布实施，改良Bardenpho 工艺因具有较好的同步脱氮除磷效果而备受关注。改良Bardenpho 工艺[3]是在传统A2/O 污水处理工艺前端设置了生物选择池，后端增设了Ⅱ段缺氧池和Ⅱ段好氧池，以优化提高污水同步脱氮除磷效率。目前，改良Bardenpho 工艺已被国内很多污水处理厂所运用，为该工艺应用于其他污水处理厂的运行、维护和管理方面提供了一定的借鉴经验[4]。本文对改良Bardenpho 工艺在太原市某城镇生活污水处理厂中的运用进行深入研究。

1 工程概况

山西省太原市某城镇生活污水处理厂一期工程位于太原市小店区刘家堡乡东里解村，采用地上式布置方式，设计处理规模35 万m3/d。太原市某城镇生活污水处理厂服务范围包括汾河以东、南环过境高速路以南的太原市界内区域，总覆盖服务面积达到115km2，主要收集太原南部地区大量未经处理的生活污水和少量经过处理的工业废水，设计出水水质的COD、BOD5、NH3-N、TP 主要4 项指标执行《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）Ⅳ类标准，其余指标执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级A 标准与《再生水使用意向书》中汾河公园景观补充水水质要求中较严者，出水排入潇河。根据城市总体建设规划，一期工程再分步实施，其中一期一步设计规模15 万m3/d，处理工艺采用改良Bardenpho+深度处理工艺，工程于2017 年底开工建设，2019 年12 月1 日建成投运，污水处理厂设计污水进出水指标要求见表1。目前，污水处理厂已经稳定运行，污水处理达标率100%。

表1 污水处理厂设计污水进出水指标要求汇总表（单位：mg/L）

2 总体处理方案

太原市某城镇生活污水处理厂一期一步工程采用改良Bardenpho+深度处理工艺，主要分为预处理阶段、生物处理阶段和深度处理阶段。污水总体处理工艺流程如图1 所示。该污水处理厂通过市政污水管网对居民生活污水以及少量经过处理的工业废水进行收集，通过已铺设的污水管道输送至污水处理厂进水总管口，经水体自流首先进入粗格栅，以拦截污水中呈悬浮或漂浮状态的大块固形物，之后经过提升泵房提升后进入细格栅，设置细格栅目的是对污水中较小漂浮物和悬浮物等进行连续清除，过滤直径最小可达到5mm，减轻后续工艺的处理负荷。经过2 次过滤的污水进入曝气沉砂池，在旋流水力作用下增加砂粒之间相互碰撞与摩擦的机会，使污水中的大部分有机物从砂粒上冲刷下来，随水流进入后续的处理流程，而密度较大的无机颗粒被甩向外部沉入集砂槽。在曝气沉砂池内，污水中密度较大的无机颗粒、油脂以及部分有机物等得到有效去除。随后，污水进入初沉池，以去除污水中密度较大的固体悬浮颗粒，同时还可以起到调节池的作用。完成预处理阶段之后进入生物处理阶段，生物处理阶段主导工艺为改良 Bardenpho 工艺，经过生物选择池、厌氧池、Ⅰ段缺氧池、Ⅰ段好氧池、兼氧池、Ⅱ段缺氧池和Ⅱ段好氧池处理，实现同步脱氮除磷的效果。之后混合液进入二沉池进行进一步固液分离，经过中间提升泵房再次提升后进入深度处理阶段，经过NCE 池、高效沉淀池、V 型滤池、次氯酸钠消毒调节池处理完成后，净化后的出水自流至出水泵房，最后将净化后达标水体排入地表河流。

图1 污水总体处理工艺流程

3 改良Bardenpho 工艺

3.1 工艺介绍

太原市某城镇生活污水处理厂生物处理工段主导工艺为改良Bardenpho 工艺，即在传统的A2/O工艺前端设置了生物选择池，后端增设了Ⅱ段缺氧池和Ⅱ段好氧池[5]。经过预处理后的污水依次进入生物选择池→厌氧池→Ⅰ段缺氧池→Ⅰ段好氧池→兼氧池→Ⅱ段缺氧池→Ⅱ段好氧池，最后出水至二沉池。根据排放标准及回用水要求对生物处理工段的出水进行深度处理，剩余污泥排入储泥池进行浓缩脱水后外运[6]。改良Bardenpho工艺流程如图2 所示。

图2 改良Bardenpho 工艺流程

厌氧池主要作用是使聚磷菌充分的释放磷。在厌氧条件下，厌氧发酵菌将污水中可生物降解的有机物转化为乙酸苷（VFAs），而聚磷菌将体内存储的聚磷酸盐分解，所产生的能量一部分供聚磷菌维持生存，另一部分能量可供聚磷菌吸收环境中的乙酸苷，合成聚β 羟基丁酸（PHB）而存于体内，分解聚磷酸盐时产生的无机磷则释放回污水中[7]。随后污水进入Ⅰ段缺氧池，反硝化菌将兼氧池回流混合液中的硝态氮转化为氮气释放出来，达到脱氮目的，同时降低BOD5。接着污水进入Ⅰ段好氧池，进行好氧摄磷和硝化作用。在好氧条件下，聚磷菌的活力得到恢复，利用污水中残留的可生物降解的有机物，通过分解体内存储的聚β 羟基丁酸（PHB）释放能量来维持其生长繁殖，同时过量地吸收污水中的溶解性磷酸盐，并以聚磷的形式在体内存储，使污水中溶解磷浓度达到最低。Ⅰ段好氧池有机物的浓度因前段功能池的利用和消耗，浓度已经很低，利于好氧池中自养型硝化菌的生长繁殖，并能通过硝化作用将污水中的氨氮转化为硝态氮[8]。

兼氧池设置为缺氧/好氧可调节段，即可根据工艺运行调整为好氧池，亦可调整为缺氧池。Ⅱ段缺氧段主要是反硝化菌利用混合液中的内源代谢产物或外加碳源进行进一步反硝化[9]，完成脱氮过程。Ⅱ段好氧段主要作用是提高混合液中的溶解氧，使生物池出水中有机物含量得到控制，同时也可以改善污泥的沉降性能。另外，根据进出水TN 实测浓度，考虑是否投加碳源提高反硝化效率，以保证出水TN 稳定达标[10]。

3.2 运行方式

进水可根据需求分流至生物选择池和厌氧池，通过叠梁阀分配2 段的进水比例。混合液回流从兼氧池回流至Ⅰ段缺氧池，回流污泥从二沉池回流至生物选择池，一方面可有效降低回流污泥中硝态氮对厌氧池聚磷菌释磷的不利影响，另一方面也能有效去除回流污泥中的溶解氧，为后续生物除磷提供良好的厌氧环境，更有利于总磷的去除[11]。改良Bardenpho 工艺可通过设置不同进水点，切换不同工艺运行模式以适应进水水质变化。

3.3 设计参数

设改良Bardenpho 生物池1 座，分2 池，镜像分布，可独立运行。单池设计流量为8.625×104m3/d，单池有效池容63950m3，有效水深为7m，生物池水量变化系数K为1.15，混合液污泥浓度为3500mg/L，污泥回流比为100%～150%，混合液回流比为100%～150%，总水力停留时间为17.8h。

3.4 主要设备

潜水搅拌器20 台，D=2.5m，N=7.5kW，安装于厌氧段和一段缺氧段；潜水搅拌器12 台，D=2.5m，N=4.5kW，安装于兼氧段；潜水搅拌器8 台，D=2m，N=4.5kW，安装于二段缺氧段；管式曝气器4744 个，Q=7.9m3/（个•h），安装于好氧段和兼氧段。

4 总体运行评估及经济分析

太原市某城镇生活污水处理厂一期一步工程于2017 年底开工建设，2019 年12 月1 日建成投运，目前污水处理厂已经稳定运行。选取2022年1 月至12 月进出水水质指标值，分析对有机物、悬浮物、氮和磷的去除效果。进出水水质情况见表2，污水处理厂出水COD、BOD5、SS、NH3-N、TP 和TN 的平均浓度分别为18.81 mg/L、2mg/L、5mg/L、0.38mg/L、0.09mg/L 和6.74mg/L。出水水质稳定可靠，各项指标均明显优于设计标 准。COD、BOD5、SS、NH3-N、TP 和TN 的去除率分别达到94%、99.1%、97.7%、98.9%、98.2%和87.4%。

表2 进出水水质情况汇总表

从2022 年1 月到12 月，太原市某城镇生活污水处理厂一期一步日均处理水量为16.11万m3/d，单位经营成本1.33 元/m3，日均耗电量为56921kWh，单位水处理电耗为0.35kWh/m3，平均日污泥量为146.84t，脱水后污泥含水率约78.5%。

结论

以太原市某城镇生活污水处理厂一期一步工程污水处理为研究对象，对污水整体处理方案进行研究，城镇生活污水处理厂采用改良Bardenpho+深度处理工艺进行处理，对有机物、悬浮物、氮和磷的去除具有良好的处理效果，出水水质能够稳定达到设计标准，可有效应对进水水质波动。而该污水处理厂的进水低碳氮比，则是由于缺氧段反硝化脱氮过程需要提供充足的碳源，且后续化学除磷在一定程度上能够弥补生物除磷的能力不足，因此进水碳氮比低对TN 的去除影响更大，对出水TP 指标达标更有保障。生物处理工段采用改良Bardenpho 工艺，可根据进水水质的波动和回用水的要求对运行工况进行调整，实现更优的同步脱氮除磷效果。