百乐克工艺技术

百乐克工艺技术

一、百乐克工艺简介

百乐克（ BIOLAK）工艺是一种具有脱氮除磷功能的多级活性污泥污水处理系统。百乐克BIOLAK，顾名思义，BIO－LAKE是“生化湖”的意思。即湖体内采用生物方法处理污水、废水的工艺。它是由最初采用天然土池做反应池而发展起来的污水处理系统。自1972年以来,经多年研究形成了采用土池结构，利用浮在水面的移动式曝气链、底部挂有微孔曝气头的一种具有一定特色的活性污泥处理系统。

 

整个池体分为四个区域：厌氧区（生物磷反应区）、曝气区、沉淀区和稳定区。它具有占地紧凑、工艺稳定、投资低廉、维护简单、运行费用低等特点。该工艺在国内外已有上百座污水处理厂的应用实例，技术成熟，积累了丰富的实践经验。可以有效地去除COD、BOD，并能脱氮除磷。它的主要工艺特点是采用了悬挂式曝气头。其池形和结构方式灵活,可根据地形,采用曝气和澄清一体化工艺,可采用投资低廉易于开挖的土池结构。铺设HDPE防渗透膜隔绝污水和地下水。该工艺既适用于城市污水的处理，也适用于工厂、企业的生产废水处理，投资少，效率高，适合中国国情。

二、百乐克工艺的基本原理

活性污泥法是通过微生物的代谢反应和活性污泥的物理化学作用去除污水中的BOD、N、P的，还可以使污泥稳定化。活性污泥系统主要由曝气池、二沉池及污泥回流设备组成。而百乐克系统只要利用了大量的微生物即活性污泥来净化污水。图1为百乐克工艺流程图。 

 

百乐克工艺是基于延时曝气的多级A/O活性污泥处理方法。它是借助六项研究成果，经过完善形成的一种新的活性污泥法的水处理工艺。它由初期提供几百人口使用的小型使用的小型处理系统发展到今天90万以上人口使用的大型处理系统。它的工艺特点如下：具有除磷脱氮的功能；采用土地结构做反应池；采用曝气链曝气系统；工艺设计简捷，不需复杂管理；适宜条件下具有较大的经济和社会效益。

常规的A/O法工艺中缺氧区和好氧区是独立的、单一的反应段。不同的水质针对设计的A段（缺氧段）和O段（好氧段）的停留时间是不同的。对于可生化性较好的污水，活性污泥反硝化速率可达到硝化速率的3～4倍，此时A/O容积比较小；对可生化性较差的污水，所采用的A/O容积比较大。但在单一的A/O系统中，A段和O段的池容是确定的。当水质或者水量变化大的时候，固定的池容适应能力有限。

多级A/O在生化池内有多个A/O段，是多个单级A/O的组合。它是通过运行中控制某些区域曝气头的状态，造成停气－曝气－停气－曝气－……等区域，在池中形成多个氧气不饱和和过饱和区域，从而实现多个缺氧段和好氧段，系统内可以经历多个反硝化和硝化区域。这种多级A/O系统理论基础是非稳定状态理论和硝化－反硝化反应机理。在生化池中有足够的停留时间就可以用控制曝气区域的方法实现A/O工艺。由于自控的参与，多级A/O可以调整曝气的区域，使A/O容积比根据水质、水量的变化而变化。经历了一次A/O周期，完成了其处理要求，处理效果是依次累加的。对污染物的处理效果如下式： E总　= 1-(1-E)n

式中：E总――污染物总处理效率；E－每个A/O周期污染物处理效率；n－A/O工艺周期的个数。

 

三、百乐克(BIOLAK)工艺不足分析及优化设计

1 工艺流程

污水首先经粗格栅去除漂浮物，然后自流进入集水池。经污水泵提升至旋转细格栅(栅条间距为1mm)，使杂物及砂粒分离并压缩处理。出水先进入厌氧池由搅拌器将水和回流污泥混合进行厌氧处理，目的是去除污水中的磷；然后自流进入百乐克(BIOLAK)生物池，悬链式曝气器沿水流方向前后摆动并向水中充氧，对污水进行交替的好氧与缺氧处理，去除污水中的BOD、氮、磷等污染物；处理后的混合液在澄清池(二沉池)实现固液分离，上清液经稳定池充氧稳定后流入接触池加氯消毒处理，出水可直接排放或经深度处理后回用。

2 存在问题及分析

2．1 缺少沉砂预处理步骤

百乐克工艺流程中不设沉砂池，仅靠间距为1mm的细格栅来拦截砂粒。此细格栅间距较有沉砂池的细格栅(栅条间距一般为5～6 mm)小很多，这使栅渣量增多，且由于颗粒物质表面附着粘性有机物质而使栅渣中有机物含量较高，易造成二次污染。同时，因细格栅无法去除粒径≤1 mm的细砂，细砂进入后续生物处理池的除磷区时，由于流速较低而易堆积，甚至板结，难以清除。

2．2 多级A／O法难以保证稳定的脱氮效果

百乐克工艺的缺氧区和好氧区未严格分离且距离较近，仅靠曝气链的交替曝气／不曝气而形成缺氧区和好氧区，由于水的流动、缺氧区和好氧区距离较近及曝气链的摆动，好氧区中的氧气易带人缺氧区，较难形成一个溶解氧浓度极低或缺氧的环境，因此百乐克工艺虽然有一定的脱氮效果，但要达到稳定的脱氮效果尚有一定难度。特别是2002年《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)中控制了TN的排放标准，百乐克工艺脱氮效果的稳定性问题更应引起重视。

2．3 二沉池沉淀效果稳定性不理想

《给水排水工程快速设手册》中确定的平流沉淀池设计数据为：① 池子的长宽比以3～5为宜，大型沉淀池可考虑设导流墙；② 池子的长深比一般采用8～12；③ 一般按表面负荷计算，按水平流速校核，二沉池最大水平流速为5 mrn／s。百乐克工艺采用平流沉淀池，受池体一体化合建的限制，生物池出水由二沉池长边进入，二沉池的长宽比为0．2～0．5，长深比为3～5，表面负荷为0．85～1．0 m ／(m ?h)，最大水平流速为1．0～2．0 mm／s。可以看出，百乐克工艺的平流沉淀池与常规平流沉淀池的设计参数相比，除表面负荷一致外，其长宽比、长深比、最大水平流速均低于常规平流沉淀池的设计参数，特别是长宽比相差约10倍。两种平流沉淀池池型的水力参数指标比较见表1。

 

从表1可以看出，百乐克沉淀池的弗罗德数远远小于传统平流沉淀池，说明其长端进水水流的稳定性远低于传统平流沉淀池短端进水水流的稳定性。两池雷诺数基本相当，均为紊流。百乐克工艺的沉淀池由长端进水，使水流在整个横断面上分布较不均匀，横向速度分布不均比竖向速度分布不均更易引起沉淀效率及沉淀池容积利用率的降低。另外百乐克工艺沉淀池沿池子长端刮吸泥，这将引起进水水流的紊流扩散与脉动，也使得颗粒的沉淀受到干扰。

3 优化设计

3．1 增加沉砂系统

沉砂系统主要去除污水中密度为2．65 t／m3 、粒径>0．2 mm的砂粒，使无机砂粒与有机物分离开来，便于后续生物处理。
百乐克一级处理采用栅条问隙为1 mm的细格栅(含自清洗装置)去除污水中无机砂粒及固体杂质，现将其与目前市政污水常用的一级处理细格栅+沉砂池系统(Q=4×lO m ／d)进行比较，具体见表2

 

表2 两种沉砂系统比较

从表2可以看出，百乐克细格栅系统的工程总造价较高，且存在栅渣中有机物含量较高和细砂板结问题，故建议采用细格栅+沉砂池系统取代百乐克细格栅。

3．2 设置独立脱氮区

针对百乐克工艺缺氧区难以形成一个溶解氧浓度极低或缺氧的环境从而影响脱氮效果的问题，建议在除磷区后设置独立的脱氮区，由于土池不便分隔，故脱氮区可采用钢筋混凝土结构，同时方便安装墙壁式混合液回流泵。厌氧、缺氧和好氧三个区严格分开后可提高脱氮效果。
3．3 在沉淀池后增设稳定池
为保证出水稳定性，克服百乐克沉淀池由于长端进水导致横断面上水流分布不均匀、稳定性较差的缺点，可在沉淀池后增设稳定池，以进一步延长沉淀时间、增加沉淀池长度、改善长宽比，提高水流稳定性。

四、百乐克的工艺组成

百乐克工艺的系统由预处理单元、生物处理单元和出水单元组成。预处理单元和常规的活性污泥法基本一致。系统内可不设置初沉池。生化单元是为了去除BOD5、氮和磷而设计的，为强化除磷效果，污水先进入厌氧池，再自流至多级A/O池。A/O池内总体流呈推流，活性污泥在交替出现的好氧区、缺氧区、厌氧区……内进行硝化、反硝化一系列反应，从而使污水中大量的污染物被去除。出水单元通常有终沉池、稳定池和消毒池。

1、 厌氧池

城市污水经过预处理后，进入厌氧池，同步进入的还有终沉池排出的含磷回流污泥，厌氧池内设置搅拌机，流态为完全混合，其主要的功能是释放磷和部分有机物的氨化。其停留时间在2.5hr左右。

2、 A/O池

污水经过均匀分配进入A/O池。曝气采用悬挂链曝气装置，池面漂浮可移动的通气链，链上挂着数个浮动的微孔曝气头（Biolak-Friox）。悬挂链端固定在曝气池两侧，悬挂链在水中可以蛇形运动，它自然的摆动可以起到有效的混合作用。通气时，曝气头产生的气泡直径约50um，微小的气泡意味着氧气接触面积的增大和氧转效率的提高。由于水流波动和链条的混合搅拌作用，使悬浮在池底的曝气头在一定范围内运动，气泡斜向上升，延长了在水中的停留时间，大于11sed（4～5m），是固定式曝气头的三倍左右。此外，通过控制局部曝气头的供气方式在池内可形成多级A/O反应段，进行硝化、反硝化一系列的循环反应，不需要消化液回流，就可以实现反硝化脱氮。由于特殊的曝气方式，池内混合效果好，氧转效率高，有利于微生物降解水中的有机物。　　

A/O池采用低污泥负荷，一般为0.05～0.3kgBOD5/kgMLSS.d，寒冷地区采用0.02～0.1 kgBOD5/kgMLSS.d；停留时间为12～48hr；混合液悬浮固体浓度为2～4g/L。

终沉池

处理水进入下一个环节——终沉池。终沉池除了进行泥水分离，还有着污泥浓缩、储存污泥的功能。因为进入的是泥、水、气三相混合液，而活性污泥质量较轻，沉淀池选型至关重要。活性污泥具有絮凝性能，沉淀属于成层沉淀，沉降时泥水之间有清晰的界面，絮凝体结成整体下沉。百乐克合建的沉淀池配水在池体长边方向，水流以较低的流速经过絮凝层，大部分污泥被截留，上清池由溢流堰收集进入稳定池。污泥在池底沉积浓缩，由吸泥车的潜水泵提升至吃定的污泥回流渠至生化池进水处，小部分剩余污泥排入污泥处理单元。
鉴于百乐克合建的沉淀池单边进水，单边出水，流程较短，表面负荷取值偏低，所以建议根据进水水质和出水水质，将百乐克生化池和终沉池分开建设，采用其他形式效率较高的沉淀池，以保证出水水质。

3、 稳定池

欧盟国家污水处理厂的出水指标包含对溶解氧浓度的要求，因此系统设置了稳定池。而在中国，加设稳定池的作用主要在于弥补沉淀效果的不足，这样导致占地面积的增加。稳定池分为曝气段和沉淀段。据相关资料，出水达到一级标准的污水处理厂应设置稳定池；出水水质需达到二级标准的污水处理厂可以不设置稳定池。

五、百乐克工艺的主要特点

1、低负荷处理系统

百乐克工艺是低负荷运行的生物处理构筑物，它具有良好的缓冲能力，可以较好的适应水量和水质的波动。污泥龄长，污泥稳定。

 2. 悬浮链曝气装置

该工艺关键设备是悬浮链曝气装置。由于曝气头特殊的结构和运行方式，是他的氧利用效率高，这意味着电能的节省；同时曝气头在复杂的环境中运行也很少阻塞，在池底呈旋风态，池底无紧固件或预埋件。当曝气头必须检修时，不需要排干池中的污水，运行管理方便。

3.池体结构

传统的百乐克工艺是因地制宜，利用天然的洼地池塘形成，采用土地结构，上敷HDPE防渗透，避免污水的渗透和曝气产生的气泡蚀化土地。这在地质条件适宜，地下水位低且有天然洼地的地方有较大的优势。但实际工程中常会遇到生化池高出地面几米的情况，采用土池结构需要大量的护坡；或是地下水位较高，池体须抗浮时，令土建费用增加，此时须作技术经济比较后确定池体结构。

4. 流程紧凑，用地节省

生化池、终沉池。稳定池可以灵活组合，流程紧凑顺畅，在一定条件下用地节省。

综上所述，百乐克工艺与传统活性污泥法、SBR、氧化沟等活性污泥法相比有以下优势：
1.土建方式灵活，因地制宜，可采用毛石春黏土池、防渗透池或者混凝土池。
2. 投资经济，由于百乐克工艺设计十分简洁流畅，再加上土建方式灵活，因而造价低，在总投资商有很强的竞争力。
3. 维修简单，污泥处理量少。
4. 运行费用低，由于采用最为节约能耗的曝气装置，维修简单，污泥处理量少，所以运行费用低。
5. 生化脱磷脱氮效果好：由于采用波浪式氧化系统，使水中形成多级A/O工艺，实现多级脱氮。
6. 整个系统抗冲击负荷能力强。

六、百乐克工艺除磷原理

关于磷的去除和常规的AAO工艺类似，是利用聚磷菌类的微生物过量的吸收生理生长需要的外部环境的磷，并以聚合的形态储存在菌体里，行策划那个高磷污泥，排除系统外，达到除磷的目的。就目前的研究其基本过程为：厌氧条件下，即DO基本为零和NOx-基本为零时，聚磷菌体内的ATP水解，释放出磷酸和能量；在好氧段，菌体在不断分解体内有机物的同时向外部环境过剩的摄取磷酸，从而去除污水中的磷。在曝气区前端用隔墙分出厌氧区可进行生物除磷，据国内资料统计很多采用百乐克工艺的污水厂磷的去除率都可达到80～90％。

七、Biolak工艺在中小城市污水处理中的应用前景

Biolak工艺就是一种高效低耗、多级、多渠道的废水处理系统。由德国VNO冯?诺顿西工程和技术有限公司从七十代起研究、发展、完善起来的一项低成本、低负荷活性泥,能创造各类特种微生物的良好生长环境,使其更高效地降解有机物(COD.BOD),并通过波浪式氧化工艺对氮与磷进行高效去除的技术(并在雨水期利用整体缓冲系统避免或减轻了雨水滞留的问题),在中小城市污水处理中有较好的前景。