改良Bardenpho 工藝在污水處理廠中的應用

孫 潔

（太原市城市排水管理中心 山西 太原 030006）

引言

目前，城鎮生活污水處理廠中應用較為廣泛的水處理工藝為傳統A2/O 工藝，即厭氧-缺氧-好氧活性污泥法，不同的環境交替出現以實現同步脫氮除磷效果，具有工藝流程簡單、技術成熟、處理成本低以及不易發生污泥膨脹等優點。但傳統A2/O 污水處理工藝也存在一定的問題，如當回流污泥中的硝態氮進入厭氧區時，反硝化菌會優先利用碳源進行反硝化作用而抑制聚磷菌對磷的釋放，從而影響到聚磷菌在好氧區對磷的過量吸收，除磷效果不是很理想[1]。因此，有必要對傳統A2/O 污水處理工藝進行調整或者優化，進而演化出多種改良A2/O 污水處理工藝，如多點進水倒置A2/O 工藝、UCT 工藝、MUCT 工藝、改良Bardenpho 工藝、多級A/O 工藝等，以實現更好地同步脫氮除磷效果[2]。

隨著地方高排放標準的發布實施，改良Bardenpho 工藝因具有較好的同步脫氮除磷效果而備受關注。改良Bardenpho 工藝[3]是在傳統A2/O 污水處理工藝前端設置了生物選擇池，后端增設了Ⅱ段缺氧池和Ⅱ段好氧池，以優化提高污水同步脫氮除磷效率。目前，改良Bardenpho 工藝已被國內很多污水處理廠所運用，為該工藝應用于其他污水處理廠的運行、維護和管理方面提供了一定的借鑒經驗[4]。本文對改良Bardenpho 工藝在太原市某城鎮生活污水處理廠中的運用進行深入研究。

1 工程概況

山西省太原市某城鎮生活污水處理廠一期工程位于太原市小店區劉家堡鄉東里解村，采用地上式布置方式，設計處理規模35 萬m3/d。太原市某城鎮生活污水處理廠服務范圍包括汾河以東、南環過境高速路以南的太原市界內區域，總覆蓋服務面積達到115km2，主要收集太原南部地區大量未經處理的生活污水和少量經過處理的工業廢水，設計出水水質的COD、BOD5、NH3-N、TP 主要4 項指標執行《地表水環境質量標準》（GB 3838—2002）Ⅳ類標準，其余指標執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）一級A 標準與《再生水使用意向書》中汾河公園景觀補充水水質要求中較嚴者，出水排入瀟河。根據城市總體建設規劃，一期工程再分步實施，其中一期一步設計規模15 萬m3/d，處理工藝采用改良Bardenpho+深度處理工藝，工程于2017 年底開工建設，2019 年12 月1 日建成投運，污水處理廠設計污水進出水指標要求見表1。目前，污水處理廠已經穩定運行，污水處理達標率100%。

表1 污水處理廠設計污水進出水指標要求匯總表（單位：mg/L）

2 總體處理方案

太原市某城鎮生活污水處理廠一期一步工程采用改良Bardenpho+深度處理工藝，主要分為預處理階段、生物處理階段和深度處理階段。污水總體處理工藝流程如圖1 所示。該污水處理廠通過市政污水管網對居民生活污水以及少量經過處理的工業廢水進行收集，通過已鋪設的污水管道輸送至污水處理廠進水總管口，經水體自流首先進入粗格柵，以攔截污水中呈懸浮或漂浮狀態的大塊固形物，之后經過提升泵房提升后進入細格柵，設置細格柵目的是對污水中較小漂浮物和懸浮物等進行連續清除，過濾直徑最小可達到5mm，減輕后續工藝的處理負荷。經過2 次過濾的污水進入曝氣沉砂池，在旋流水力作用下增加砂粒之間相互碰撞與摩擦的機會，使污水中的大部分有機物從砂粒上沖刷下來，隨水流進入后續的處理流程，而密度較大的無機顆粒被甩向外部沉入集砂槽。在曝氣沉砂池內，污水中密度較大的無機顆粒、油脂以及部分有機物等得到有效去除。隨后，污水進入初沉池，以去除污水中密度較大的固體懸浮顆粒，同時還可以起到調節池的作用。完成預處理階段之后進入生物處理階段，生物處理階段主導工藝為改良 Bardenpho 工藝，經過生物選擇池、厭氧池、Ⅰ段缺氧池、Ⅰ段好氧池、兼氧池、Ⅱ段缺氧池和Ⅱ段好氧池處理，實現同步脫氮除磷的效果。之后混合液進入二沉池進行進一步固液分離，經過中間提升泵房再次提升后進入深度處理階段，經過NCE 池、高效沉淀池、V 型濾池、次氯酸鈉消毒調節池處理完成后，凈化后的出水自流至出水泵房，最后將凈化后達標水體排入地表河流。

圖1 污水總體處理工藝流程

3 改良Bardenpho 工藝

3.1 工藝介紹

太原市某城鎮生活污水處理廠生物處理工段主導工藝為改良Bardenpho 工藝，即在傳統的A2/O工藝前端設置了生物選擇池，后端增設了Ⅱ段缺氧池和Ⅱ段好氧池[5]。經過預處理后的污水依次進入生物選擇池→厭氧池→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。根據排放標準及回用水要求對生物處理工段的出水進行深度處理，剩余污泥排入儲泥池進行濃縮脫水后外運[6]。改良Bardenpho工藝流程如圖2 所示。

圖2 改良Bardenpho 工藝流程

厭氧池主要作用是使聚磷菌充分的釋放磷。在厭氧條件下，厭氧發酵菌將污水中可生物降解的有機物轉化為乙酸苷（VFAs），而聚磷菌將體內存儲的聚磷酸鹽分解，所產生的能量一部分供聚磷菌維持生存，另一部分能量可供聚磷菌吸收環境中的乙酸苷，合成聚β 羥基丁酸（PHB）而存于體內，分解聚磷酸鹽時產生的無機磷則釋放回污水中[7]。隨后污水進入Ⅰ段缺氧池，反硝化菌將兼氧池回流混合液中的硝態氮轉化為氮氣釋放出來，達到脫氮目的，同時降低BOD5。接著污水進入Ⅰ段好氧池，進行好氧攝磷和硝化作用。在好氧條件下，聚磷菌的活力得到恢復，利用污水中殘留的可生物降解的有機物，通過分解體內存儲的聚β 羥基丁酸（PHB）釋放能量來維持其生長繁殖，同時過量地吸收污水中的溶解性磷酸鹽，并以聚磷的形式在體內存儲，使污水中溶解磷濃度達到最低。Ⅰ段好氧池有機物的濃度因前段功能池的利用和消耗，濃度已經很低，利于好氧池中自養型硝化菌的生長繁殖，并能通過硝化作用將污水中的氨氮轉化為硝態氮[8]。

兼氧池設置為缺氧/好氧可調節段，即可根據工藝運行調整為好氧池，亦可調整為缺氧池。Ⅱ段缺氧段主要是反硝化菌利用混合液中的內源代謝產物或外加碳源進行進一步反硝化[9]，完成脫氮過程。Ⅱ段好氧段主要作用是提高混合液中的溶解氧，使生物池出水中有機物含量得到控制，同時也可以改善污泥的沉降性能。另外，根據進出水TN 實測濃度，考慮是否投加碳源提高反硝化效率，以保證出水TN 穩定達標[10]。

3.2 運行方式

進水可根據需求分流至生物選擇池和厭氧池，通過疊梁閥分配2 段的進水比例?；旌弦夯亓鲝募嫜醭鼗亓髦立穸稳毖醭?，回流污泥從二沉池回流至生物選擇池，一方面可有效降低回流污泥中硝態氮對厭氧池聚磷菌釋磷的不利影響，另一方面也能有效去除回流污泥中的溶解氧，為后續生物除磷提供良好的厭氧環境，更有利于總磷的去除[11]。改良Bardenpho 工藝可通過設置不同進水點，切換不同工藝運行模式以適應進水水質變化。

3.3 設計參數

設改良Bardenpho 生物池1 座，分2 池，鏡像分布，可獨立運行。單池設計流量為8.625×104m3/d，單池有效池容63950m3，有效水深為7m，生物池水量變化系數K為1.15，混合液污泥濃度為3500mg/L，污泥回流比為100%～150%，混合液回流比為100%～150%，總水力停留時間為17.8h。

3.4 主要設備

潛水攪拌器20 臺，D=2.5m，N=7.5kW，安裝于厭氧段和一段缺氧段；潛水攪拌器12 臺，D=2.5m，N=4.5kW，安裝于兼氧段；潛水攪拌器8 臺，D=2m，N=4.5kW，安裝于二段缺氧段；管式曝氣器4744 個，Q=7.9m3/（個?h），安裝于好氧段和兼氧段。

4 總體運行評估及經濟分析

太原市某城鎮生活污水處理廠一期一步工程于2017 年底開工建設，2019 年12 月1 日建成投運，目前污水處理廠已經穩定運行。選取2022年1 月至12 月進出水水質指標值，分析對有機物、懸浮物、氮和磷的去除效果。進出水水質情況見表2，污水處理廠出水COD、BOD5、SS、NH3-N、TP 和TN 的平均濃度分別為18.81 mg/L、2mg/L、5mg/L、0.38mg/L、0.09mg/L 和6.74mg/L。出水水質穩定可靠，各項指標均明顯優于設計標 準。COD、BOD5、SS、NH3-N、TP 和TN 的去除率分別達到94%、99.1%、97.7%、98.9%、98.2%和87.4%。

表2 進出水水質情況匯總表

從2022 年1 月到12 月，太原市某城鎮生活污水處理廠一期一步日均處理水量為16.11萬m3/d，單位經營成本1.33 元/m3，日均耗電量為56921kWh，單位水處理電耗為0.35kWh/m3，平均日污泥量為146.84t，脫水后污泥含水率約78.5%。

結論

以太原市某城鎮生活污水處理廠一期一步工程污水處理為研究對象，對污水整體處理方案進行研究，城鎮生活污水處理廠采用改良Bardenpho+深度處理工藝進行處理，對有機物、懸浮物、氮和磷的去除具有良好的處理效果，出水水質能夠穩定達到設計標準，可有效應對進水水質波動。而該污水處理廠的進水低碳氮比，則是由于缺氧段反硝化脫氮過程需要提供充足的碳源，且后續化學除磷在一定程度上能夠彌補生物除磷的能力不足，因此進水碳氮比低對TN 的去除影響更大，對出水TP 指標達標更有保障。生物處理工段采用改良Bardenpho 工藝，可根據進水水質的波動和回用水的要求對運行工況進行調整，實現更優的同步脫氮除磷效果。