Bardenpho工艺生化池沿程去除效果研究★

杨志宏 孙进才 陈宏平

(1.山西正阳污水净化有限公司，山西 晋中 030600； 2.太原理工大学环境科学与工程学院，山西 晋中 030600)

0 引言

我国城市污水排放标准不断提高[1,2]，污水厂新建及提标改造采用Bardenpho工艺的工程实例日益增多[3-5]。由于其生化池功能分区多，运行干扰因素多，各分区对氮、磷的专项作用效果变化复杂。晋中市正阳污水厂新建三期工程采用Bardenpho+深度处理工艺，部分出水经深度处理后回用于电厂及城市杂用，不回用部分经Bardenpho工艺处理后按准Ⅴ类标准直接排放。试运行期间出水COD，NH3-N逐步趋于稳定达标，TN，TP存在波动。为掌握生化池各功能区对氮、磷生物专项作用的真实效果，精准定位出现的问题，沿程布点监测。监测数据及小试结果揭示了一个Bardenpho工艺污水厂在处理城市污水时各功能区对氮、磷生化作用的真实效果，为现有工程在运行中应对脱氮除磷效果不稳定的问题、有预见性的调整运行参数和节能降耗提供依据[6,7]。针对运行中发现的工艺自身缺陷与不足，从设计角度对Bardenpho工艺提出改进和优化建议。

1 工程概况及监测点分布

正阳污水厂新建Bardenpho工艺系统设计处理能力5万m3/d，由前处理、生化处理和深度处理三部分组成。其中生化系统的功能分区依次为选择区、厌氧区、前缺氧区、前好氧区、后缺氧区、后好氧区、二沉池，设计水力停留时间分别为0.4 h，1.0 h，9.4 h，9.5 h，3.2 h，1.5 h，4.2 h，其中生化池的水力停留时间合计为25 h，外碳源在厌氧区及前、后缺氧区均可投加。前处理为粗细格栅、曝气沉砂池，深度处理为高密度沉淀池、V型滤池。三期工程设两个系列平行运行，将其中一个系列的生化池作为监测对象沿程布点取样，并根据需要试验性的调整运行参数验证改进方案的实施效果，另一个系列作为对照系列常规运行。监测系列生化池平面及取样点如图1所示。

2 厌氧释磷及缺氧反硝化小试装置

500 mL烧杯，六联磁力搅拌器。

3 分析项目及检测方法

4 结果及讨论

监测在2019年进行，每组数据重复取样间隔最小为24 h。监测期间进水水质及运行参数见表1。

表1 监测期间进水水质

MLSS 4 900 mg/L～8 790 mg/L，MLVSS 1 660 mg/L～3 615 mg/L；SRT 15 d左右。处理水量39 342 m3/d～52 002 m3/d，实际生化池水力停留时间23 h～31 h；进水70%进选择区、30%进厌氧区；硝化液回流比250%～300%；污泥回流比100%～150%，回流污泥可多点进入生化池，实际运行全部进入选择区；在生化池出水堰跌水处投加PFS除磷，投加量72 mg/L。常规运行补充碳源为液体乙酸钠，在前缺氧区第一廊道进口投加，投加量相当于补充COD 120 mg/L。

4.1 磷的去除功能

4.1.1 厌氧区释磷

7月18日～7月31日对厌氧区进、出口TP进行了11次重复监测，结果见图2。进、出口TP平均值分别为1.13 mg/L，1.05 mg/L，出口比进口最高高出0.64 mg/L，最低时低0.35 mg/L，没有释磷现象。

4.1.2 生化池磷的去除效果

二次监测厌氧区释磷效果的同时，也分别对生化池进水及末端TP进行了连续监测，结果见图5。

由图5可以看出，第一次监测期间，进水TP平均值5.32 mg/L，最高7.68 mg/L，最低4.08 mg/L；出水TP平均值0.63 mg/L，最高0.86 mg/L，最低0.40 mg/L，平均去除4.69 mg/L。第二次监测期间进水TP平均值7.35 mg/L，最高14.18 mg/L，最低4.00 mg/L；出水TP平均值0.37 mg/L,最高0.67 mg/L，最低0.10 mg/L，平均去除6.98 mg/L。

出水TP取样点在PFS投加点之前，其平均值接近排放标准。但投加PFS后的二沉池出水不能稳定达标，两个系列出水均改由深度处理后排放，并于10月17日停止在生化池出水口处投加PFS。停止投药的前15 d，两个系列生化池出水TP平均值分别为0.33 mg/L，0.42 mg/L。15 d后TP均开始上升，之后5次重复监测的平均值分别为0.95 mg/L，1.06 mg/L，且18 d后的TP急剧升高。

11月25日～12月6日对未加PFS 15 d以上的生化池TP沿程变化进行了6次重复监测，平均值见图6。TP总体呈缓慢下降趋势，平均去除0.22 mg/L，没有明显的释磷、吸磷现象。说明投加PFS期间生化池TP的减少并非由生物作用去除的，而是生化池末端取样点之后投加的PFS随回流污泥进入生化池后与磷发生化学作用的结果。由于PFS余量在污泥中长期积累，生化系统停止加药一段时间后其出水TP仍然较低。原有污泥逐渐被不含PFS的新生污泥取代后，化学除磷效果也相应变差。经过一个泥龄期，含PFS的污泥全部被置换出系统，出水TP即迅速升高[14-16]。

根据监测结果，生化池磷的去除主要依靠生化池出水中投加的PFS随回流污泥返回后，利用化学作用完成。依靠化学作用在生化池除磷，出水可以达标，但因水质波动偶有超标现象。

4.2 氮的去除

4.2.1 硝化

由图7可以看出，NH3-N在前缺氧区、前好氧区1廊道～3廊道下降明显。前缺氧区下降的原因是回流硝化液的稀释作用，是一个骤降的过程，在回流硝化液与厌氧区出水完全混合后即完成，前好氧区1廊道～4廊道末下降的原因则是硝化作用的结果。由于第1廊道内COD的浓度较高，异养菌降解COD与硝化菌争夺氧气，对硝化菌有抑制作用[17]，因而硝化速率相对较慢。进入第2廊道的混合液中COD已经被降解殆尽，硝化菌开始发挥作用。2廊道、3廊道内的硝化速率为0.001 3 g NH3-N /(gVSS·d)，明显高于第1廊道的0.000 7 g NH3-N/(gVSS·d)。NH3-N在第3廊道末端已经降解至2 mg/L以下，COD也降至30 mg/L，均满足排放标准。前好氧区曝气系统的供氧速率为1.65 mg O2/(L·min)。NH3-N在后缺氧区、后好氧区的下降平均值分别为0.05 mg/L，0.07 mg/L。

由NH3-N的沿程变化可知，生化池供氧速率高，硝化功能强，硝化效果稳定。

4.2.2 反硝化

4.3 脱氮除磷运行方案及Bardenpho工艺评价

4.3.1 生物除磷与化学除磷的选择

所监测的Bardenpho工艺生化池只有化学除磷作用，没有生物除磷作用，并非预期的生物除磷为主、化学除磷为辅的运行状态，碳源不足、絮凝剂对生物除磷的抑制作用都会成为导致生物除磷作用消失的决定性因素[14]。如果选择生物作用除磷，首先要在厌氧区投加乙酸钠作为补充碳源实现厌氧释磷，按COD 40 mg/L计，其最少投加量为200 mg/L。所用乙酸钠的单价为1 400元/t，成本为0.28元/m3。如果利用化学作用除磷，所用聚铁投加量为72 mg/L，单价为750元/t，成本为0.05元/m3。除经济因素外，运行时生物除磷、生物脱氮二者所要求的泥龄相互冲突，会给运行管理带来困难，且前期试验结果也证明生物除磷达标保证率没有化学除磷高[19,20]。今后运行，继续依靠化学作用除磷。

4.3.2 生物脱氮功能运行调控

生化池曝气系统供氧速率高，混合液在前好氧区的前三个廊道内即充分完成了硝化作用，保证NH3-N达标。今后运行拟实施精确曝气以减少曝气量，使硝化作用在前好氧区第四个廊道末完成，节省能源的同时也减少了回流硝化液和回流污泥中携带的DO浓度，减少对厌氧释磷的影响及反硝化碳源补充量。

前期试验结果证明，碳源补充充足时，反硝化作用可在1.5 h内完成[21]。实际运行时在后缺氧区补充碳源不及在前缺氧区补充碳源的反硝化效果好，其原因是前缺氧区进水COD浓度高，而后缺氧区进水COD已经低于40 mg/L。前、后缺氧区同样补充120 mg/L的乙酸钠作为碳源，前缺氧区的碳源满足反硝化的要求，而后缺氧区碳源仍然不足。今后运行继续在前缺氧区投加碳源，保证反硝化效果。

4.3.3 工艺自身局限性

Bardenpho工艺同一套污泥系统，由好氧异养菌、硝化菌、反硝化菌、聚磷菌等四大类细菌共同组成，流经不同功能区时分别在适宜自身环境条件的分区内发挥主导作用后即处于受抑制的状态，不利于其生物作用的充分发挥。加之污水厂为了保证出水NH3-N达标，实际运行时优先保证污泥系统中自养型硝化菌占比，致使其中的反硝化菌、聚磷菌受到较大程度的抑制。除TN去除效果不稳定外，单独依靠生物除磷作用无法满足TP的达标要求。利用化学作用辅助除磷，则投加的絮凝剂对生物厌氧释磷和好氧吸磷均产生抑制，最终导致Bardenpho工艺生物除磷的功能完全丧失。

如果在前好氧区、后缺氧区之间增设沉淀池，使前段的厌氧区、前缺氧区、前好氧区与后段的后缺氧区、后好氧区的污泥相互独立，形成前、后段两个污泥系统，前段以硝化菌为优势菌种，后段以反硝化菌为优势菌种，就可以分别强化前段的硝化作用和后段的反硝化作用，进一步提高TN的去除率。

5 结语

污水厂在实际运行时很难保持在理论和设计方案描述的理想状态，如何最大程度的接近和保持在预期的状态，是一个重要的研究内容。要达到此目的，前提是能够准确的掌握各处理单元的功能实效，特别是生化池各功能区专项作用的真实发挥情况。通过对一个新建Bardenpho工艺污水厂试运行过程的监测和小试研究，得到以下结论：

1)进水缺乏可被聚磷菌有效利用的碳源从而影响厌氧释磷，致生化池没有生物除磷的作用，TP依靠投加PFS利用化学作用去除，并非预期的生物除磷作用为主、化学除磷作用为辅。为保证TP稳定达标，出水经过深度处理后排放，当生化部分出水TP波动时，深度处理可以进一步降低TP值，利用多级屏障的原理提高了达标保证率。

2)生化池曝气装置供氧速率高，实控泥龄长，硝化效果良好。污泥中硝化菌的比例相对高，反硝化菌、聚磷菌受抑制程度较大，TN去除效果也受到影响，运行时需要补充碳源保证反硝化效果。由于前缺氧区进水COD高，可被反硝化菌利用的碳源多，在前缺氧区投加碳源实现反硝化的效果优于后缺氧区投加碳源。

3)Bardenpho工艺用同一套污泥系统在不同的功能区分别发挥不同的生物作用，好氧异养菌、硝化菌、反硝化菌、聚磷菌等在非主导功能区处于受抑制状态，不能充分发挥各自的作用。如果在前好氧区、后缺氧区之间增设沉淀池，使生化池形成前、后段两个污泥系统，就可以分别强化前段的硝化作用和后段的反硝化作用。