改良Bardenpho 工藝在污水處理廠(chǎng)中的應(yīng)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(zhèn)生活污水處理廠(chǎng)中應(yīng)用較為廣泛的水處理工藝為傳統(tǒng)A2/O 工藝，即厭氧-缺氧-好氧活性污泥法，不同的環(huán)境交替出現(xiàn)以實(shí)現(xiàn)同步脫氮除磷效果，具有工藝流程簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟、處理成本低以及不易發(fā)生污泥膨脹等優(yōu)點(diǎn)。但傳統(tǒng)A2/O 污水處理工藝也存在一定的問(wèn)題，如當(dāng)回流污泥中的硝態(tài)氮進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)時(shí)，反硝化菌會(huì)優(yōu)先利用碳源進(jìn)行反硝化作用而抑制聚磷菌對(duì)磷的釋放，從而影響到聚磷菌在好氧區(qū)對(duì)磷的過(guò)量吸收，除磷效果不是很理想[1]。因此，有必要對(duì)傳統(tǒng)A2/O 污水處理工藝進(jìn)行調(diào)整或者優(yōu)化，進(jìn)而演化出多種改良A2/O 污水處理工藝，如多點(diǎn)進(jìn)水倒置A2/O 工藝、UCT 工藝、MUCT 工藝、改良Bardenpho 工藝、多級(jí)A/O 工藝等，以實(shí)現(xiàn)更好地同步脫氮除磷效果[2]。

隨著地方高排放標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布實(shí)施，改良Bardenpho 工藝因具有較好的同步脫氮除磷效果而備受關(guān)注。改良Bardenpho 工藝[3]是在傳統(tǒng)A2/O 污水處理工藝前端設(shè)置了生物選擇池，后端增設(shè)了Ⅱ段缺氧池和Ⅱ段好氧池，以?xún)?yōu)化提高污水同步脫氮除磷效率。目前，改良Bardenpho 工藝已被國(guó)內(nèi)很多污水處理廠(chǎng)所運(yùn)用，為該工藝應(yīng)用于其他污水處理廠(chǎng)的運(yùn)行、維護(hù)和管理方面提供了一定的借鑒經(jīng)驗(yàn)[4]。本文對(duì)改良Bardenpho 工藝在太原市某城鎮(zhèn)生活污水處理廠(chǎng)中的運(yùn)用進(jìn)行深入研究。

1 工程概況

山西省太原市某城鎮(zhèn)生活污水處理廠(chǎng)一期工程位于太原市小店區(qū)劉家堡鄉(xiāng)東里解村，采用地上式布置方式，設(shè)計(jì)處理規(guī)模35 萬(wàn)m3/d。太原市某城鎮(zhèn)生活污水處理廠(chǎng)服務(wù)范圍包括汾河以東、南環(huán)過(guò)境高速路以南的太原市界內(nèi)區(qū)域，總覆蓋服務(wù)面積達(dá)到115km2，主要收集太原南部地區(qū)大量未經(jīng)處理的生活污水和少量經(jīng)過(guò)處理的工業(yè)廢水，設(shè)計(jì)出水水質(zhì)的COD、BOD5、NH3-N、TP 主要4 項(xiàng)指標(biāo)執(zhí)行《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）Ⅳ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，其余指標(biāo)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)與《再生水使用意向書(shū)》中汾河公園景觀補(bǔ)充水水質(zhì)要求中較嚴(yán)者，出水排入瀟河。根據(jù)城市總體建設(shè)規(guī)劃，一期工程再分步實(shí)施，其中一期一步設(shè)計(jì)規(guī)模15 萬(wàn)m3/d，處理工藝采用改良Bardenpho+深度處理工藝，工程于2017 年底開(kāi)工建設(shè)，2019 年12 月1 日建成投運(yùn)，污水處理廠(chǎng)設(shè)計(jì)污水進(jìn)出水指標(biāo)要求見(jiàn)表1。目前，污水處理廠(chǎng)已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)行，污水處理達(dá)標(biāo)率100%。

表1 污水處理廠(chǎng)設(shè)計(jì)污水進(jìn)出水指標(biāo)要求匯總表（單位：mg/L）

2 總體處理方案

太原市某城鎮(zhèn)生活污水處理廠(chǎng)一期一步工程采用改良Bardenpho+深度處理工藝，主要分為預(yù)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(chǎng)通過(guò)市政污水管網(wǎng)對(duì)居民生活污水以及少量經(jīng)過(guò)處理的工業(yè)廢水進(jìn)行收集，通過(guò)已鋪設(shè)的污水管道輸送至污水處理廠(chǎng)進(jìn)水總管口，經(jīng)水體自流首先進(jìn)入粗格柵，以攔截污水中呈懸浮或漂浮狀態(tài)的大塊固形物，之后經(jīng)過(guò)提升泵房提升后進(jìn)入細(xì)格柵，設(shè)置細(xì)格柵目的是對(duì)污水中較小漂浮物和懸浮物等進(jìn)行連續(xù)清除，過(guò)濾直徑最小可達(dá)到5mm，減輕后續(xù)工藝的處理負(fù)荷。經(jīng)過(guò)2 次過(guò)濾的污水進(jìn)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(jī)會(huì)，使污水中的大部分有機(jī)物從砂粒上沖刷下來(lái)，隨水流進(jìn)入后續(xù)的處理流程，而密度較大的無(wú)機(jī)顆粒被甩向外部沉入集砂槽。在曝氣沉砂池內(nèi)，污水中密度較大的無(wú)機(jī)顆粒、油脂以及部分有機(jī)物等得到有效去除。隨后，污水進(jìn)入初沉池，以去除污水中密度較大的固體懸浮顆粒，同時(shí)還可以起到調(diào)節(jié)池的作用。完成預(yù)處理階段之后進(jìn)入生物處理階段，生物處理階段主導(dǎo)工藝為改良 Bardenpho 工藝，經(jīng)過(guò)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(shí)現(xiàn)同步脫氮除磷的效果。之后混合液進(jìn)入二沉池進(jìn)行進(jìn)一步固液分離，經(jīng)過(guò)中間提升泵房再次提升后進(jìn)入深度處理階段，經(jīng)過(guò)NCE 池、高效沉淀池、V 型濾池、次氯酸鈉消毒調(diào)節(jié)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(dá)標(biāo)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(zhèn)生活污水處理廠(chǎng)生物處理工段主導(dǎo)工藝為改良Bardenpho 工藝，即在傳統(tǒng)的A2/O工藝前端設(shè)置了生物選擇池，后端增設(shè)了Ⅱ段缺氧池和Ⅱ段好氧池[5]。經(jīng)過(guò)預(yù)處理后的污水依次進(jìn)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(jù)排放標(biāo)準(zhǔn)及回用水要求對(duì)生物處理工段的出水進(jìn)行深度處理，剩余污泥排入儲(chǔ)泥池進(jìn)行濃縮脫水后外運(yùn)[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(fā)酵菌將污水中可生物降解的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為乙酸苷（VFAs），而聚磷菌將體內(nèi)存儲(chǔ)的聚磷酸鹽分解，所產(chǎn)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(huán)境中的乙酸苷，合成聚β 羥基丁酸（PHB）而存于體內(nèi)，分解聚磷酸鹽時(shí)產(chǎn)生的無(wú)機(jī)磷則釋放回污水中[7]。隨后污水進(jìn)入Ⅰ段缺氧池，反硝化菌將兼氧池回流混合液中的硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)忉尫懦鰜?lái)，達(dá)到脫氮目的，同時(shí)降低BOD5。接著污水進(jìn)入Ⅰ段好氧池，進(jìn)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(fù)，利用污水中殘留的可生物降解的有機(jī)物，通過(guò)分解體內(nèi)存儲(chǔ)的聚β 羥基丁酸（PHB）釋放能量來(lái)維持其生長(zhǎng)繁殖，同時(shí)過(guò)量地吸收污水中的溶解性磷酸鹽，并以聚磷的形式在體內(nèi)存儲(chǔ)，使污水中溶解磷濃度達(dá)到最低。Ⅰ段好氧池有機(jī)物的濃度因前段功能池的利用和消耗，濃度已經(jīng)很低，利于好氧池中自養(yǎng)型硝化菌的生長(zhǎng)繁殖，并能通過(guò)硝化作用將污水中的氨氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮[8]。

兼氧池設(shè)置為缺氧/好氧可調(diào)節(jié)段，即可根據(jù)工藝運(yùn)行調(diào)整為好氧池，亦可調(diào)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(nèi)源代謝產(chǎn)物或外加碳源進(jìn)行進(jìn)一步反硝化[9]，完成脫氮過(guò)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(jī)物含量得到控制，同時(shí)也可以改善污泥的沉降性能。另外，根據(jù)進(jìn)出水TN 實(shí)測(cè)濃度，考慮是否投加碳源提高反硝化效率，以保證出水TN 穩(wěn)定達(dá)標(biāo)[10]。

3.2 運(yùn)行方式

進(jìn)水可根據(jù)需求分流至生物選擇池和厭氧池，通過(guò)疊梁閥分配2 段的進(jìn)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(tài)氮對(duì)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(xù)生物除磷提供良好的厭氧環(huán)境，更有利于總磷的去除[11]。改良Bardenpho 工藝可通過(guò)設(shè)置不同進(jìn)水點(diǎn)，切換不同工藝運(yùn)行模式以適應(yīng)進(jìn)水水質(zhì)變化。

3.3 設(shè)計(jì)參數(shù)

設(shè)改良Bardenpho 生物池1 座，分2 池，鏡像分布，可獨(dú)立運(yùn)行。單池設(shè)計(jì)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(shù)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(shí)間為17.8h。

3.4 主要設(shè)備

潛水?dāng)嚢杵?0 臺(tái)，D=2.5m，N=7.5kW，安裝于厭氧段和一段缺氧段；潛水?dāng)嚢杵?2 臺(tái)，D=2.5m，N=4.5kW，安裝于兼氧段；潛水?dāng)嚢杵? 臺(tái)，D=2m，N=4.5kW，安裝于二段缺氧段；管式曝氣器4744 個(gè)，Q=7.9m3/（個(gè)?h），安裝于好氧段和兼氧段。

4 總體運(yùn)行評(píng)估及經(jīng)濟(jì)分析

太原市某城鎮(zhèn)生活污水處理廠(chǎng)一期一步工程于2017 年底開(kāi)工建設(shè)，2019 年12 月1 日建成投運(yùn)，目前污水處理廠(chǎng)已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)行。選取2022年1 月至12 月進(jìn)出水水質(zhì)指標(biāo)值，分析對(duì)有機(jī)物、懸浮物、氮和磷的去除效果。進(jìn)出水水質(zhì)情況見(jiàn)表2，污水處理廠(chǎng)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(zhì)穩(wěn)定可靠，各項(xiàng)指標(biāo)均明顯優(yōu)于設(shè)計(jì)標(biāo) 準(zhǔn)。COD、BOD5、SS、NH3-N、TP 和TN 的去除率分別達(dá)到94%、99.1%、97.7%、98.9%、98.2%和87.4%。

表2 進(jìn)出水水質(zhì)情況匯總表

從2022 年1 月到12 月，太原市某城鎮(zhèn)生活污水處理廠(chǎng)一期一步日均處理水量為16.11萬(wàn)m3/d，單位經(jīng)營(yíng)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(jié)論

以太原市某城鎮(zhèn)生活污水處理廠(chǎng)一期一步工程污水處理為研究對(duì)象，對(duì)污水整體處理方案進(jìn)行研究，城鎮(zhèn)生活污水處理廠(chǎng)采用改良Bardenpho+深度處理工藝進(jìn)行處理，對(duì)有機(jī)物、懸浮物、氮和磷的去除具有良好的處理效果，出水水質(zhì)能夠穩(wěn)定達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，可有效應(yīng)對(duì)進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)。而該污水處理廠(chǎng)的進(jìn)水低碳氮比，則是由于缺氧段反硝化脫氮過(guò)程需要提供充足的碳源，且后續(xù)化學(xué)除磷在一定程度上能夠彌補(bǔ)生物除磷的能力不足，因此進(jìn)水碳氮比低對(duì)TN 的去除影響更大，對(duì)出水TP 指標(biāo)達(dá)標(biāo)更有保障。生物處理工段采用改良Bardenpho 工藝，可根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)的波動(dòng)和回用水的要求對(duì)運(yùn)行工況進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)更優(yōu)的同步脫氮除磷效果。