BIOLAK工艺在城市污水处理中的应用

摘要：本文详细地介绍了BIOLAK的工艺原理、工艺流程和工艺特点，并以山东招远污水处理厂为例，探讨了BIOLAK工艺在城市污水处理中的应用，最后分析了该工艺在设计和运行中存在的问题，提出解决方案和BIOLAK工艺的适用范围。

关键词：城市污水 BIOLAK工艺 实际应用 适用范围

1 概论
当前城市建设和发展中存在的突出问题是水体污染严重，水资源紧缺。污染型的缺水现状，制约着城镇规模建设与工农业发展。据统计，目前我国532条河流已有82%受到不同程度的污染，流经全国42个大城市的44条河流，已有93%受到污染，其中污染较重的占79%。全国的668多座城市中，仅有123个城市有307座不同处理等级的城市污水处理厂，其中城市污水二级处理率10%左右。全国日排污水量1.56亿立方米，其中达到国家一级排放标准的处理率不20％。全国2200座县城与21700个建制镇的生活污水及类似水质的污水处理率近于10％。据估计，我国每年因水污染所造成的经济损失已达4000亿元[1]。日益严重的水环境污染，不仅影响到工农业的继续发展，而且影响到人们的身体健康及生存环境。可见，城市污水处理问题已刻不容缓，急待解决。
城市污水处理厂是城市建设的主要组成部分，是用来处理城市污水不可缺少的市政设施。目前城市污水处理主要采取好氧生物法技术，由于这些处理工艺技术及其设备普遍存在投资高、处理成本高、管理要求高、产泥量多的问题，巨额工程投资使我国污水处理事业步履维艰，导致污水厂“建得起，用不起”。因此国家迫切需要经济适用的“三低一少”（投资低、运行费低、管理要求低、废泥量少）的城镇污水处理新技术[2]。
本文所介绍的BIOLAK工艺就是一种高效低耗技术。BIOLAK系统是一种多级的常常还是多渠道的废水处理系统。它是德国VNO冯．诺顿西工程技术有限公司公司从七十年代起借助6项研究项目吸取了氧化塘工艺的低成本和活性污泥工艺的高效率，由氧化塘工艺逐渐系统发展起来的，它采用低负荷活性泥工艺，通过创造各类特种微生物的良好生长环境使其高效地降解有机物（COD、BOD），并通过波浪式氧化工艺对氮和磷进行高效去除。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[3]。
工业用BIOLAK废水处理系统大方合理的设计及多极处理的方式，使BIOLAK系统能解决最疑难的废水处理问题。虽然城乡废水较易处理，但有可能出现水力学问题，尤其是在雨水高峰期。城乡用BIOLAK废水处理系统采用其漂浮在水面的分流装置及其水力学缓冲，有效地解决了此问题。通过整体缓冲系统避免或减轻了雨水滞留的总是，因此由于雨水及工业排水造成的水力学冲击能得到有效地缓冲。


2 BIOLAK废水处理工艺
2.1 工艺简介
BIOLAK工艺的雏形产生于20世纪70年代。1977年，德国纽伦堡的St．Wolfang市政污水处理厂首次尝试在土池中使用BIOLAK-Friox(悬浮式曝气器)，并取得了成功。1984年，德国夏萨克森州的Algormissen污水处理厂又发展了结合硝化和反硝化过程的新型BIOLAK系统(BIOLAK-R工艺)。到了1991年该技术被进一步完善，即在构筑物中考虑了除磷区，称之为BIOLAK-L工艺。至此，BIOLAK工艺发展成为结构紧凑、处理效果良好并可以实现除磷脱氮的综合活性污泥处理工艺[4]。
BIOLAK工艺基于多级A/O理论和非稳态理论，在同一构筑物中设置了多个A/O段，使污水能够经过多次的缺氧与好氧过程，强化了污泥的活性并兼有脱氮效果。通常情况下，BIOLAK系统由可选设除磷区的曝气池、沉淀池、包含二次曝气区的稳定池等三部分组成(三部分可以合建，曝气池和稳定池可采用土池防渗结构)。


2.2 工艺原理[5]
BIOLAK采用地下曝气结构(地盆式)，这种结构可以获得坚固和完全密封的反应池。为防止污水的渗漏，池体采用世界上先进的防渗膜(HDPE)。采用高效率的底部微孔曝气头，移动式曝气链，进一步提高氧气的传送效率。BIOLAK处理系统的原理图见1。
BIOLAK处理系统主要分5级。第1级采用转速可调的组合筛选装置，把粗物及沙粒从废水中分离出来，浓缩处理。第2级通过移动性通气处理使污泥处于活动状态，且含氧量稳定。并在一个容量大小可变的反应区内进行生物性净化处理以清除磷。第3级废水的再次处理，时还进行沉淀处理，即所谓的保险级。第4级树根区及砂砾构成的过滤层。第5级再进一步的处理以达到最高的净化度。
为了加强生物去磷作用，在第2级前加入了生物去磷区。这样即使要求的净化度低于1mg磷/L，也只需要在1a中短时间内加入凝聚物。一般情况下，如果要求的净化度低于1mg磷/L，需要采用凝聚剂。在第2级中通气链的轮换作用及BIOLAK池特有的水力学特性相结合，能产生至少20次氮的硝化及脱氮反应。通过这种反复过程，达到了最好的除氮效果。


2.2.1 曝气系统[6]
BIOLAK曝气系统的结构如下图2所示，曝气头悬挂在浮链上，停留在水深4－5 m处，气泡在其表面逸出时，直径约为50μm。如此微小的气泡意味着氧气接触面积的增大和氧气传送效率的提高。
BIOLAK工艺采用的浮动曝气、移动性通气链是BIOLAK通气系统的核心部分，它能有效地作用于大池的各个部位，并且供氧费用低。浮动式曝气链使所产生的气泡在水中的停留时间(11s)是传统固定曝气方式在水中停留时间的3倍。


2.2.2 悬浮溢流系统[6]
在废水的处理过程中，存在水力波动的问题特别是出现在降雨高峰区，BIOLAK废水处理工艺通过水力缓冲和悬浮及溢流系统有效的解决了这一问题。悬浮溢流采用可浮动的溢流浮子，能使水力缓冲体积达到总体积的10%。
2.3 工艺参数[4]
根据德国ATV标准并结合国内已建Biolak污水处理厂运行情况确定的工艺参数值如表1所示。

项 目	取 值
污泥负荷率[kgBOD/（kgMLSS·d）]	0.05－0.2
DMS（mg/L）	2000－4000
污泥容积指数(mg/L)	50－80
污泥回流比（％）	50－150
回流污泥浓度(mg/L)	8000－12000
注：　DMS为曝气池进水与回流污泥之混合液的悬浮物平均浓度。