Bardenpho工艺与多级AO工艺对比分析

AAO工艺为城镇污水处理厂常见的生物处理工艺，应用十分广泛。随着我国污水处理标准的不断提高，AAO工艺也不断发展，从最初的AO衍生出AAO、改良AAO、UCT、多模式AAO等[1～3]。近期Bardenpho工艺由于较高的脱氮效率，在TN日趋严格的背景下，越来越受到重视。目前国内采用Bardenpho工艺的污水处理厂已经很多，为该工艺的设计和运行积累了很多经验。工程应用结果表明，该工艺具有脱氮效率高的特点，但建设投资和运行成本较高，比较适合池容充足的污水处理厂提标改造。

分段进水多级AO工艺也属于AO活性污泥法的变形工艺，近年来逐步受到关注。目前国内已建有数座分段进水多级AO反应池。国内外的工艺试验和工程应用结果表明，该工艺具有脱氮效率高、所需池容小、建设投资和运行费用省等特点，适用于各种规模污水厂的改造和新厂建设，是具有发展前途的污水处理新工艺[4～5]。

Bardenpho工艺和多级AO工艺的工程应用不断增多，但设计者常常将两种工艺混淆，比如将Bardenpho工艺命名为两级AO或五段AO法等。Bardenpho工艺虽然为AAO+AO，从形式上和两级AO类似，但实际工艺设计和工艺原理有较大不同，因此有必要针对两种工艺，从原理和设计角度进行综合对比，以便根据工程需要，更好地进行工艺选择。

1 工艺原理

通常传统AAO工艺通过内回流，利用污水中的碳源进行反硝化。这种处理方式在TN较低的时候非常经济且效果稳定；但是据统计，当内回流比增加到300%以上时，系统的TN处理效率会下降，这是大量的含氧回流液对系统缺氧区的冲击造成的；回流比300%时的脱氮效率理论上仅为75%。因此，在现今脱氮效率往往要求高于80%的情况下，Bardenpho工艺和多级AO工艺开始受到重视。

1.1 Bardenpho五段工艺原理

Bardenpho五段工艺流程见图1。

图1 Bardenpho工艺流程

五段系统有厌氧、缺氧、好氧池分别用于处理磷、氮、碳。第二个缺氧池通过投加外碳源进行反硝化，最后的好氧池用于处理残留外碳源并尽量减少沉淀池中磷的释放。五段系统的SRT为10～20 d，比AAO工艺长，因而增加了碳氧化能力和硝化能力。

1.2 多级AO工艺原理

多级AO工艺由多个串联AO组成，见图2。

图2 多级AO工艺流程

回流污泥从首端进入，而污水则按一定比例从每个缺氧段进入，系统的SRT比相同池容的常规AO工艺长。由于回流污泥分步稀释，使反应池平均污泥浓度增加，而进入二沉池的水力负荷和固体负荷均没有变化。从缺氧段进水，为前一段好氧区的硝化液提供反硝化碳源，理论上无需硝化液回流系统即可实现脱氮功能。

2 工程实例

Bardenpho工艺是在传统AAO后面增加了用于反硝化的AO段，通过外加碳源提升系统TN处理能力。AAO+AO的模式和多级AO工艺非常相似，但实际上设计原理有较大不同，下面以一个项目设计方案为例，分析两种工艺的区别。

2.1 工程概况

某污水处理厂设计规模为10×104m3/d，进出水水质见表1。

表1 设计进出水水质 mg/L

要求的TN去除率为78%，对比工艺为Bardenpho工艺和四级AO工艺。

2.2 Bardenpho工艺的设计参数

第一段AO池是一段完整的AAO工艺，含有内回流系统。后面的AO池不进行配水，也无内回流系统，池容也远远小于第一级AO池。

进水首先进入厌氧段（A），然后进入第一级缺氧段（A1），利用污水中的碳源对内回流中的硝态氮进行反硝化，然后进入好氧区进行有机物降解、硝化和磷的吸收。经过处理后的污水进行第二级缺氧段（A2）并在该级缺氧段处设置碳源投加点，最后设置一小段好氧区用于去除系统残留的碳源，保证COD的处理效果。

SRT为18.9 d，水温10℃，污泥浓度3.5 g/L，污泥负荷BOD/MLSS为0.061，总停留时间26.6 h，其中厌氧池停留时间1.5 h，缺氧池停留时间7 h，好氧池停留时间12.5 h，第二段缺氧池停留时间3 h，第二段好氧池停留时间2.6 h，污泥回流比100%，混合液回流比300%。

2.3 四级AO工艺的设计参数

四级AO是四个连续AO进行串联的处理系统，通常可不设置内回流系统，每段A池都用原水进行配水。

SRT为16 d，水温10℃，污泥浓度3.5 g/L，污泥负荷BOD/MLSS为0.073，总停留时间19.6 h，其中第一段AO停留时间4.1 h、第二级AO停留时间4.1 h、第三级AO停留时间4.9 h、第四级AO停留时间6.5 h，污泥回流比100%。

3 两种工艺的对比分析

3.1 池容分配设计不同

Bardenpho工艺第一段AO池即为传统AAO工艺，完全按进出水水质要求设计，后面新增的一组AO池主要作为碳源投加点使用，因此设计容积远低于第一组AO池，容积比约为72%∶28%。四级AO工艺四段生物池容积各不相同，容积比约为21%∶21%∶25%∶33%，从前端到后端池容逐步增加。

从上述数据可以看出，Bardenpho工艺设计池容较高，这是由于后一段AO池容并未承担处理原污水的任务，而是作为新增容积，完全靠外加碳源对TN做进一步处理且需要通过内回流的方式去除TN，因此该方法无论建设投资还是运行成本都高于四级AO工艺。

3.2 配水点位不同

Bardenpho工艺在二段缺氧池未设置配水点，四级AO工艺则在四段均设置了配水点位。

从直观上讲，配水点位的设置目的就是尽可能利用污水中原有的碳源进行反硝化处理，因此配水点位设置的越多，原有碳源的利用率也就越高，这也表明Bardenpho工艺是不具备利用原有碳源能力的，因此其对碳源的利用率是较低的。

3.3 内回流设计不同

Bardenpho工艺第一级内回流比为300%，四级AO工艺往往可不设置内回流，也可在最后一段AO池设置，但末端内回流比不超过100%。

内回流主要用于去除污水中的TN，而四级AO工艺设计内回流比较低。因为四级AO工艺对TN的去除主要依靠原有碳源，相应的设计内回流比可以越低，更节省能耗。

3.4 污泥浓度不同

由于污泥回流点位的不同，生物池的设计污泥浓度有很大不同，其中Bardenpho工艺内回流从末端直接回流到前段，因此池内污泥浓度是均一的。

四级AO则完全不同，由于末端内回流仅回流至最后一级A池，因此对污泥浓度没有产生均一化作用，由于污水分步进入，池内污泥浓度整体是递减的且最后一级的设计污泥浓度同两级AO工艺和Bardenpho工艺的均一化浓度相同。

污泥浓度的差异会使每一段AO的污泥负荷均不相同，前端的高污泥浓度使系统的处理能力和缓冲提升，因此具有缩小池容的效果。

4 总结与分析

通过前述对比，Bardenpho和多级AO工艺的主要区别在于池容分配、配水点位、内回流设计和污泥浓度设计等方面，而最核心的区别在于对污水中现有碳源的利用率不同，这也是造成以上两种工艺巨大设计差异的最重要因素。由于多级AO工艺进行分配较复杂，不太适用于现有污水厂的改造，因此尽管Bardenpho工艺在建设成本和运行成本方面都不突出，但在提标改造工程中仍有很广泛的市场。未来Bardenpho工艺应主要致力于提高碳源利用率，进一步降低能耗，提供多种运行模式以提升系统的运行灵活性。