Bardenpho工藝與多級(jí)AO工藝對(duì)比分析

AAO工藝為城鎮(zhèn)污水處理廠常見(jiàn)的生物處理工藝，應(yīng)用十分廣泛。隨著我國(guó)污水處理標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，AAO工藝也不斷發(fā)展，從最初的AO衍生出AAO、改良AAO、UCT、多模式AAO等[1～3]。近期Bardenpho工藝由于較高的脫氮效率，在TN日趨嚴(yán)格的背景下，越來(lái)越受到重視。目前國(guó)內(nèi)采用Bardenpho工藝的污水處理廠已經(jīng)很多，為該工藝的設(shè)計(jì)和運(yùn)行積累了很多經(jīng)驗(yàn)。工程應(yīng)用結(jié)果表明，該工藝具有脫氮效率高的特點(diǎn)，但建設(shè)投資和運(yùn)行成本較高，比較適合池容充足的污水處理廠提標(biāo)改造。

分段進(jìn)水多級(jí)AO工藝也屬于AO活性污泥法的變形工藝，近年來(lái)逐步受到關(guān)注。目前國(guó)內(nèi)已建有數(shù)座分段進(jìn)水多級(jí)AO反應(yīng)池。國(guó)內(nèi)外的工藝試驗(yàn)和工程應(yīng)用結(jié)果表明，該工藝具有脫氮效率高、所需池容小、建設(shè)投資和運(yùn)行費(fèi)用省等特點(diǎn)，適用于各種規(guī)模污水廠的改造和新廠建設(shè)，是具有發(fā)展前途的污水處理新工藝[4～5]。

Bardenpho工藝和多級(jí)AO工藝的工程應(yīng)用不斷增多，但設(shè)計(jì)者常常將兩種工藝混淆，比如將Bardenpho工藝命名為兩級(jí)AO或五段AO法等。Bardenpho工藝雖然為AAO+AO，從形式上和兩級(jí)AO類似，但實(shí)際工藝設(shè)計(jì)和工藝原理有較大不同，因此有必要針對(duì)兩種工藝，從原理和設(shè)計(jì)角度進(jìn)行綜合對(duì)比，以便根據(jù)工程需要，更好地進(jìn)行工藝選擇。

1 工藝原理

通常傳統(tǒng)AAO工藝通過(guò)內(nèi)回流，利用污水中的碳源進(jìn)行反硝化。這種處理方式在TN較低的時(shí)候非常經(jīng)濟(jì)且效果穩(wěn)定；但是據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)內(nèi)回流比增加到300%以上時(shí)，系統(tǒng)的TN處理效率會(huì)下降，這是大量的含氧回流液對(duì)系統(tǒng)缺氧區(qū)的沖擊造成的；回流比300%時(shí)的脫氮效率理論上僅為75%。因此，在現(xiàn)今脫氮效率往往要求高于80%的情況下，Bardenpho工藝和多級(jí)AO工藝開(kāi)始受到重視。

1.1 Bardenpho五段工藝原理

Bardenpho五段工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 Bardenpho工藝流程

五段系統(tǒng)有厭氧、缺氧、好氧池分別用于處理磷、氮、碳。第二個(gè)缺氧池通過(guò)投加外碳源進(jìn)行反硝化，最后的好氧池用于處理殘留外碳源并盡量減少沉淀池中磷的釋放。五段系統(tǒng)的SRT為10～20 d，比AAO工藝長(zhǎng)，因而增加了碳氧化能力和硝化能力。

1.2 多級(jí)AO工藝原理

多級(jí)AO工藝由多個(gè)串聯(lián)AO組成，見(jiàn)圖2。

圖2 多級(jí)AO工藝流程

回流污泥從首端進(jìn)入，而污水則按一定比例從每個(gè)缺氧段進(jìn)入，系統(tǒng)的SRT比相同池容的常規(guī)AO工藝長(zhǎng)。由于回流污泥分步稀釋，使反應(yīng)池平均污泥濃度增加，而進(jìn)入二沉池的水力負(fù)荷和固體負(fù)荷均沒(méi)有變化。從缺氧段進(jìn)水，為前一段好氧區(qū)的硝化液提供反硝化碳源，理論上無(wú)需硝化液回流系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)脫氮功能。

2 工程實(shí)例

Bardenpho工藝是在傳統(tǒng)AAO后面增加了用于反硝化的AO段，通過(guò)外加碳源提升系統(tǒng)TN處理能力。AAO+AO的模式和多級(jí)AO工藝非常相似，但實(shí)際上設(shè)計(jì)原理有較大不同，下面以一個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案為例，分析兩種工藝的區(qū)別。

2.1 工程概況

某污水處理廠設(shè)計(jì)規(guī)模為10×104m3/d，進(jìn)出水水質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì) mg/L

要求的TN去除率為78%，對(duì)比工藝為Bardenpho工藝和四級(jí)AO工藝。

2.2 Bardenpho工藝的設(shè)計(jì)參數(shù)

第一段AO池是一段完整的AAO工藝，含有內(nèi)回流系統(tǒng)。后面的AO池不進(jìn)行配水，也無(wú)內(nèi)回流系統(tǒng)，池容也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于第一級(jí)AO池。

進(jìn)水首先進(jìn)入?yún)捬醵危ˋ），然后進(jìn)入第一級(jí)缺氧段（A1），利用污水中的碳源對(duì)內(nèi)回流中的硝態(tài)氮進(jìn)行反硝化，然后進(jìn)入好氧區(qū)進(jìn)行有機(jī)物降解、硝化和磷的吸收。經(jīng)過(guò)處理后的污水進(jìn)行第二級(jí)缺氧段（A2）并在該級(jí)缺氧段處設(shè)置碳源投加點(diǎn)，最后設(shè)置一小段好氧區(qū)用于去除系統(tǒng)殘留的碳源，保證COD的處理效果。

SRT為18.9 d，水溫10℃，污泥濃度3.5 g/L，污泥負(fù)荷BOD/MLSS為0.061，總停留時(shí)間26.6 h，其中厭氧池停留時(shí)間1.5 h，缺氧池停留時(shí)間7 h，好氧池停留時(shí)間12.5 h，第二段缺氧池停留時(shí)間3 h，第二段好氧池停留時(shí)間2.6 h，污泥回流比100%，混合液回流比300%。

2.3 四級(jí)AO工藝的設(shè)計(jì)參數(shù)

四級(jí)AO是四個(gè)連續(xù)AO進(jìn)行串聯(lián)的處理系統(tǒng)，通常可不設(shè)置內(nèi)回流系統(tǒng)，每段A池都用原水進(jìn)行配水。

SRT為16 d，水溫10℃，污泥濃度3.5 g/L，污泥負(fù)荷BOD/MLSS為0.073，總停留時(shí)間19.6 h，其中第一段AO停留時(shí)間4.1 h、第二級(jí)AO停留時(shí)間4.1 h、第三級(jí)AO停留時(shí)間4.9 h、第四級(jí)AO停留時(shí)間6.5 h，污泥回流比100%。

3 兩種工藝的對(duì)比分析

3.1 池容分配設(shè)計(jì)不同

Bardenpho工藝第一段AO池即為傳統(tǒng)AAO工藝，完全按進(jìn)出水水質(zhì)要求設(shè)計(jì)，后面新增的一組AO池主要作為碳源投加點(diǎn)使用，因此設(shè)計(jì)容積遠(yuǎn)低于第一組AO池，容積比約為72%∶28%。四級(jí)AO工藝四段生物池容積各不相同，容積比約為21%∶21%∶25%∶33%，從前端到后端池容逐步增加。

從上述數(shù)據(jù)可以看出，Bardenpho工藝設(shè)計(jì)池容較高，這是由于后一段AO池容并未承擔(dān)處理原污水的任務(wù)，而是作為新增容積，完全靠外加碳源對(duì)TN做進(jìn)一步處理且需要通過(guò)內(nèi)回流的方式去除TN，因此該方法無(wú)論建設(shè)投資還是運(yùn)行成本都高于四級(jí)AO工藝。

3.2 配水點(diǎn)位不同

Bardenpho工藝在二段缺氧池未設(shè)置配水點(diǎn)，四級(jí)AO工藝則在四段均設(shè)置了配水點(diǎn)位。

從直觀上講，配水點(diǎn)位的設(shè)置目的就是盡可能利用污水中原有的碳源進(jìn)行反硝化處理，因此配水點(diǎn)位設(shè)置的越多，原有碳源的利用率也就越高，這也表明Bardenpho工藝是不具備利用原有碳源能力的，因此其對(duì)碳源的利用率是較低的。

3.3 內(nèi)回流設(shè)計(jì)不同

Bardenpho工藝第一級(jí)內(nèi)回流比為300%，四級(jí)AO工藝往往可不設(shè)置內(nèi)回流，也可在最后一段AO池設(shè)置，但末端內(nèi)回流比不超過(guò)100%。

內(nèi)回流主要用于去除污水中的TN，而四級(jí)AO工藝設(shè)計(jì)內(nèi)回流比較低。因?yàn)樗募?jí)AO工藝對(duì)TN的去除主要依靠原有碳源，相應(yīng)的設(shè)計(jì)內(nèi)回流比可以越低，更節(jié)省能耗。

3.4 污泥濃度不同

由于污泥回流點(diǎn)位的不同，生物池的設(shè)計(jì)污泥濃度有很大不同，其中Bardenpho工藝內(nèi)回流從末端直接回流到前段，因此池內(nèi)污泥濃度是均一的。

四級(jí)AO則完全不同，由于末端內(nèi)回流僅回流至最后一級(jí)A池，因此對(duì)污泥濃度沒(méi)有產(chǎn)生均一化作用，由于污水分步進(jìn)入，池內(nèi)污泥濃度整體是遞減的且最后一級(jí)的設(shè)計(jì)污泥濃度同兩級(jí)AO工藝和Bardenpho工藝的均一化濃度相同。

污泥濃度的差異會(huì)使每一段AO的污泥負(fù)荷均不相同，前端的高污泥濃度使系統(tǒng)的處理能力和緩沖提升，因此具有縮小池容的效果。

4 總結(jié)與分析

通過(guò)前述對(duì)比，Bardenpho和多級(jí)AO工藝的主要區(qū)別在于池容分配、配水點(diǎn)位、內(nèi)回流設(shè)計(jì)和污泥濃度設(shè)計(jì)等方面，而最核心的區(qū)別在于對(duì)污水中現(xiàn)有碳源的利用率不同，這也是造成以上兩種工藝巨大設(shè)計(jì)差異的最重要因素。由于多級(jí)AO工藝進(jìn)行分配較復(fù)雜，不太適用于現(xiàn)有污水廠的改造，因此盡管Bardenpho工藝在建設(shè)成本和運(yùn)行成本方面都不突出，但在提標(biāo)改造工程中仍有很廣泛的市場(chǎng)。未來(lái)Bardenpho工藝應(yīng)主要致力于提高碳源利用率，進(jìn)一步降低能耗，提供多種運(yùn)行模式以提升系統(tǒng)的運(yùn)行靈活性。