发布时间：2022-10-05 10:06 热度：
摘要：介绍了BNR工艺原理，重点分析了BNR工艺在天津某污水处理厂改造中的具体应用及生产性试验阶段取得的初步成果。
关键词：污水厂; BNR工艺; 升级改造;氨氮;总氮
Abstract: The paper introduces the BNR process principle, and analyses the BNR process in Tianjin sewage treatment plant and providing the application and productive experiment results of stage.
Key Words: sewage plant; BNR process; upgraded; ammonia nitrogen; total nitrogen
中图分类号： R123. 文献标识码：A 文章编号：
1. BNR工艺原理介绍
BIONUTRE®工艺，简称BNR工艺，即用生物处理的方法，达到强化脱氮除磷的目的。它的设计理念既适用于新建污水处理厂，也可用于老厂升级改造。
BNR工艺采用生物脱氮除磷技术，具有节能的优点。该工艺中通过控制其生化反应池中各个反应段的运行参数，达到提高池容有效利用率的目的。
BNR工艺的生物处理系统为具有溶解氧梯度的生化反应池，兼有推流和完全混合工艺的特点。该工艺的核心理念为：缺氧曝气，引入ORP参量对系统各个工况段的溶解氧进行精确控制。同时在生物处理工段中形成溶解氧梯度，使各工段溶解氧的浓度不同。既提高氧传递速率，又使得硝化-反硝化在系统中同步进行，并实现短程反硝化。因在反应前段中对其进行限制性缺氧曝气使得这一区域内既有氧、碳源有机物、氨、硝化/反硝化等菌种，又在宏观上处于缺氧状态，在这种环境下即可以实现：
氨—亚硝酸盐—硝酸盐—亚硝酸盐—氮气，5步脱氮的同时反硝化，也会出现：氨—亚硝酸盐—氮气，3步短程反硝化。
BNR工艺既节省能耗，又提高整个工艺系统的氮磷等营养物质的去除率。这一工艺在美国已有较多成功的应用业绩。在国内也有成功应用的实例。
2. 工程改造
2.1 背景介绍
天津某污水处理厂于 2004年建成以来执行GB18918-2002的二级标准。由于国家对污水处理的治理力度逐步加大，特别是响应由国家环保总局规划设计院出台的“重点流域水污染防治“十一五”规划”的要求。
天津市环保局在《天津市建设管理委员会“十一五”水污染物总量消减目标责任书》中明确要求，新建、扩建、改建的城市污水处理厂出水水质一律要达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中规定的一级排放标准。而天津市地方标准《污水综合排放标准》(DB12/356-2008)也规定：已建成的城市污水处理厂进行改造，排水执行GB18918中“水污染物排放标准一级标准B标准”。为了达到天津环保局和天津市地方新排放标准的要求，就需要对现有污水处理厂进行升级改造。
2.2 天津某污水处理厂基本情况
整个污水处理厂的处理规模为45万吨/天，共分5个系列运行，每个系列的处理规模为9万吨/天。曝气池总容积为34,300 m3;总停留时间为 9.2 hrs。泥龄：10天。原工艺为：除磷型AO工艺。设计采用渐减曝气法。
2.3 对原工艺的改造
2.3.1 进水水质：
根据现有污水厂原水监测数据，现有曝气池升级改造的系统设计基于以下初沉池的出水水质：
表2-2：生物反应池进水水质
参数单位设计值
日均流量m3/d90,000
PH6-8
CODmg/l340
TSSmg/l150
BOD5mg/l165
NH3-Nmg/l35
TNmg/l45
最高温度℃25
最低温度℃10
2.3.2出水水质
系统改造后，考虑到后系统还要进行深度处理达到再生水回用的要求。生物处理系统地的出水水质指标见下表2-1。
表2-1 出水排放指标限值
参数单位二级一级B一级A改造后出水标准
BOD5mg/l30201020
TSSmg/l30201020
CODmg/l100605060
NH3- N1mg/l25(30)12(8)5(8)5(8)
TNmg/l-201515
TPmg/l310.51
注：括号外为水温>12℃时的控制指标，括号内数值为水温<12℃时的控制指标。
通过多次技术交流最终确定：生物处理系统出水氨氮和总氮执行一级A标准，其余指标执行一级B标准，最终通过深度处理系统和辅助化学除磷系统使最终出水满足一级A标准。
由以上分析可见通过升级改造要求污水处理厂的出水有一个很大的提升。因此对所选择的改造工艺是一个极大的挑战。
2.3.3工程试验改造方案系统描述
由于本次改造中污水厂的处理规模不变，进水水质没有变化，只是出水水质由原来的二级排放标准提高到1B 标准(其中氨氮、总氮达到1A)，因此不需要对污水厂的预处理、初沉池、二沉池进行改造，只需对AO 生化反应池进行改造，来提高BOD、氨氮和磷的去除率。为了确保污水厂的升级改造可以成功运行，现先对其中1组曝气池进行工程试验研究。污水处理厂生化反应池的工程试验采用西门子水技术公司的BNR工艺。该工艺把生物处理工序分成了三段，在每一段中保持溶解氧的浓度不同，在不同阶段采用0-2mg/L的溶解氧梯度分布。该工艺在第一段采用了同步硝化-反硝化的专有技术，即通过控制溶解氧浓度在第一级生物反应池内来完成同时硝化和反硝化，可以提高氮和磷的去除。这一工艺在美国已有几十项成功的应用业绩。
本次工程改造中，保留原有生化池主要结构尺寸不变，进行内部局部修改，使其成为西门子的BNR工艺，生物反应池由一个曝气缺氧的VLR立环氧化沟和2级微孔曝气池组成。
2.4 改造工艺特色
BNR- VertiCel工艺前半部分采用表面机械曝气，后半部分采用微孔曝气。这种混合曝气的方式能够最大程度的提高曝气效率，从而节能。其原因在于：微孔曝气在清水中的氧传输效率最高，而在污水中，需要考虑σ系数。对于微孔曝气，污水中影响σ系数的主要组分是表面活性剂。表面活性剂对气液两相界面的影响相当大，降低了两相界面的表面张力，使传氧更困难。气泡越小，传氧越困难。对于大部分曝气设计，气泡越小，σ系数越低，导致污水中的曝气效率越低。而对于机械曝气，表面活性剂的影响是不同的。表面活性剂帮助产生更小的水滴，提高氧传输的可利用表面积，提高机械曝气的曝气效率。而随着表面活性剂在活性污泥工艺中被分解，它们的影响也随之减小。因此，微孔曝气之前设置机械曝气的BNR-VertiCel工艺在节能方面具有相当大的优势。
3.改造后与原工艺的处理效果对比
3.1 BOD去除效果对比三系列出水BOD5明显低于对比的二系列，不仅满足设计的一级B出水要求，还达到了出水一级A的排放标准，二系列出水BOD5波动则较大，出水效果及稳定性都不如三系列。
3.2 NH3-N的去除效率对比
通过以上对比曲线图可见，BNR系列虽然还处于调试阶段，均已取得了氨氮满足一级A的排放标准的要求。且绝大多数时间内出水氨氮浓度非常低，基本处于未检出的状态。可见在BNR系统内很好地实现了较难于稳定实现的硝化过程。而对比的为改造系列虽然在部分时段内也能实现硝化过程。但出水效果不稳定。在大部分时间内均不能满足出水一级A的要求。
3.3 TN 去除效果与碳氮比的关系
目前系统总氮还没有满足一级A的排放标准，但通过以上曲线图可见TN去除率与原水中BOD/TN的比值有较为统一的变化趋势，当BOD/TN的比值偏高时TN去除率也略好，且由于原水中的BOD/TN的总体比值偏低，基本小于3(原水处于碳源不足的状态)，下一步可通过增加沉降污泥在初沉池中的停留时间，使悬浮污泥在初沉池中发酵提高溶解性BOD的浓度和部分或全部超越初沉池等措施来增加碳源并逐步提高TN去除率。
4.0 结语
通过自2008年7月-2008年底约半年的生产性实验研究表明，Verticle-BNR工艺在进水有机负荷(COD和BOD数值)波动和超过设计条件的情况下，均已好于出水一级B的排放要求，并达到了一级A的排放标准。通过在缺氧曝气的状态下运行系统也逐渐在系统内部培养驯化成功了BNR系统所特有的硝化菌种，使得硝化反应在系统内能稳定进行，并取得了出水绝大多数时间内NH3-N未检出的效果。试验稳定运行以来，取得了NH3-N出水远远好于设计一级A排放标准的要求。
当然由于目前系统的C/N比值较低，TN还没有达到出水一级A排放标准的要求。但通过挖掘系统内部可以利用的碳源，延长初沉池内沉降污泥的停留时间，并加大初沉池的超越比例，可以逐步改善C/N比值，进而逐步提高TN的去除率。随着实验进程的推进，对于TN的达标排放还是相当乐观的，这对于国内大量须提高污水排放标准的污水处理厂是一个很好的借鉴。
