Bardenpho脱氮除磷工艺原理与设计参数解析

引言：Bardenpho工艺是在A/O基础上发展起来的高效生物脱氮工艺，典型形式为“缺氧—好氧—缺氧—好氧”四段串联。其突出特点是利用两段缺氧区进行两级反硝化，并在最后增设一段短时好氧区吹脱残留氮气、改善污泥沉降性能。由于总氮去除率高、对碳源要求相对宽松，Bardenpho及在此基础上增加厌氧段的改良型，长期被用作高标准脱氮除磷的代表工艺之一。理解它的关键，是看清多段串联如何逐级把硝酸盐“消化”干净。

一、工艺流程与各段功能

经典五段Bardenpho在第一段缺氧之前增设厌氧区，形成“厌氧—缺氧—好氧—缺氧—好氧”的布置，可同时脱氮除磷；四段式则以脱氮为主。以五段为例：

第一段缺氧区（缺氧1）：来自二沉池的回流污泥与进水混合，反硝化菌利用进水碳源，对回流液带入的大量硝酸盐进行第一级反硝化。这一段承担主要的脱氮任务，碳源充足、反应旺盛。

第一段好氧区（好氧1）：完成有机物氧化和氨氮硝化，把氨氮转化为硝酸盐。

第二段缺氧区（缺氧2）：混合液不经内回流，直接进入第二段缺氧，利用微生物自身内源代谢或残留有机物进行第二级反硝化，把好氧1生成的剩余硝酸盐进一步还原。这一段不需要外加碳源，靠内碳源完成“精脱氮”，是Bardenpho总氮去除率高的关键。

第二段好氧区（好氧2）：短时间曝气，主要作用是吹脱污泥中裹挟的氮气，防止后续二沉池因污泥带气而上浮，同时氧化掉残留的易降解物质。

二、脱氮效率高的原理

普通A/O工艺只靠一段缺氧反硝化，受内回流比限制，总有部分硝酸盐随出水流失。Bardenpho通过两段缺氧接力：第一段缺氧用进水碳源“吃掉”回流液中的大部分硝酸盐；第二段缺氧不依赖外加碳源，靠微生物内源反硝化把好氧段新生成的硝酸盐再处理一遍。两级叠加，使进入二沉池的硝酸盐大幅降低，因而总氮去除率可达到较高水平。

也正因为第二段缺氧利用内碳源，Bardenpho对进水碳源的依赖比单段A/O更宽松，在碳氮比偏低的场合仍能获得较好的脱氮效果，这是它被长期推崇的重要原因。

三、除磷的加入

在四段脱氮基础上于最前端增设厌氧区，即成为兼具除磷功能的五段工艺。回流污泥进入厌氧区，聚磷菌在此释磷，随后水流经缺氧、好氧各区，在好氧区超量吸磷，通过排放富磷剩余污泥实现除磷。需要注意的是，若回流污泥中硝酸盐进入厌氧区，会消耗碳源并干扰聚磷菌释磷，因此在五段布置中通常把污泥回流先引入第一段缺氧区“消耗掉”硝酸盐，再进入厌氧区，以保护厌氧释磷环境。

四、主要设计参数

以下为工程常用参考值，具体应按进水水质、水温与排放标准核算（示例/参考）：

第一段好氧区HRT：4～6h，承担硝化与碳化；第一段缺氧区HRT：1～3h，主要反硝化；第二段缺氧区HRT：2～4h，内源反硝化精脱氮；第二段好氧区HRT：0.5～1h，吹脱氮气、改善沉降；厌氧区（除磷时）HRT：1～1.5h；混合液污泥浓度MLSS：3000～4000mg/L；污泥龄SRT：15～25d，兼顾硝化与排泥除磷；各段DO：好氧区2mg/L左右，缺氧区0.5mg/L以下，厌氧区0.2mg/L以下。

五、工艺特点与适用场合

Bardenpho的优点是脱氮彻底、总氮去除率高，对碳源不足的适应力较强，运行稳定可靠；缺点是流程长、构筑物多、池容较大、投资和占地相对高。它适合对出水总氮要求严格、有一定占地条件的中型以上污水厂，尤其在早期高标准脱氮项目和升级改造中应用较多。对于中小水量项目，可将各段合理组合于一体化设备内，龙康污水处理在要求较高脱氮效率的项目中，也借鉴了多段缺氧、接力反硝化的设计思想。

六、运行要点

1. 碳源优先供第一段缺氧。进水易降解碳源应优先分配到第一缺氧区，保证主反硝化的碳源供应。

2. 第二段缺氧不需补碳。它依靠内源代谢，过度投加碳源反而浪费并抬高出水COD。

3. 最后好氧区勿过长。第二段好氧只作吹脱和复氧，过长会增加能耗并可能重新硝化。

4. 控制回流硝酸盐进厌氧。五段工艺要防止回流污泥硝酸盐扰动厌氧释磷环境。

5. 污泥沉降管理。Bardenpho后段缺氧产气较多，靠末段短时好氧吹脱改善沉降，运行中应关注二沉池浮泥情况。

七、工艺发展与选型建议

Bardenpho自提出以来，其多段反硝化思想深刻影响了后续脱氮工艺的发展。现代高标准脱氮工艺中常见的多级缺氧、分段进水、外加碳源精脱氮等做法，都能看到Bardenpho"两级接力、内碳源精脱氮"的影子。在工程选型上，当项目进水碳氮比偏低、出水总氮要求严格、又有一定占地条件时，Bardenpho及五段改良形式仍是稳妥选择；若占地紧张、预算有限，则应评估是否用更紧凑的A2O加碳源、MBR或深床反硝化滤池等组合替代。

对于中小水量项目，可将各段浓缩到一体化设备内，通过合理分区与时序运行实现类似的多段脱氮。龙康污水处理在高脱氮要求项目中借鉴其分段反硝化思路，以在有限容积内强化总氮去除。选型时应把脱氮目标、碳源条件和占地投资综合权衡，不必盲目追求流程完备，而应选择与项目条件匹配的最简有效组合。

八、设计算例参考

以日处理1万m3、出水总氮要求严格的城镇污水为例（示例/参考）：采用五段布置，厌氧1h、一段缺氧2h、一段好氧6h、二段缺氧3h、二段好氧0.5h，总HRT约12.5h。MLSS取3500mg/L，污泥龄20d。一段缺氧利用进水碳源完成大部分反硝化，二段缺氧靠内源代谢精脱氮，二段好氧短时间吹脱氮气、改善二沉沉降。

这种布置相比单段A/O，多了二级缺氧的"精处理"，使进入二沉池的硝酸盐大幅降低，在碳源一般的进水条件下仍能获得较低出水总氮。代价是池容比普通A/O大约多出三成，适合有占地、高标准脱氮的项目。

需要指出，Bardenpho流程较长、池容较大，工程中应结合占地与投资权衡，并非所有项目都需照搬完整五段。其真正价值在于"两级反硝化、内碳源精脱氮"的思想，可根据总氮要求裁剪段数，把有限的池容用在最需要的脱氮环节上。

小结：Bardenpho工艺以“多段接力、两级反硝化”见长，用第一段缺氧借进水碳源完成主要脱氮，用第二段缺氧靠内碳源精脱氮，再以短时好氧吹脱氮气、稳定沉降。它在碳源偏紧、总氮要求高的场合表现突出，代价是流程较长。工程中应把握各段停留时间配比与碳源分配，让两级反硝化各司其职，从而获得稳定、高效的脱氮效果。