百乐克工艺简介

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（生物磷反映区）、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。可以有效的去除COD、BOD，并能脱氮除磷。他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。该工艺及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人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5～6mm)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≤1mm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2021年《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2021)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5mrn／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0．85～1．0m／(m•h)，最大水平流速为1．0～2．0mm／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2．65t／m、粒径>0．2mm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1mm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×lOm／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，故建议采用细格栅问+沉砂池系统取代百乐克细格栅。

3．2设置独立脱氦区

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，同不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，它自然的拍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0.02～0.1kgBOD5/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垢和运行方式，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.池体结垢

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

[摘要]主要介绍Biolak污水处理工艺特点及在中小城市处理中的应用和注意事项;探讨低成本远行污水处理系统的途径和适用范围。

[关键词]Biolak工艺活性污泥爆气池“三低一少”

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。

一、Biolak工艺特点

Biolak工艺是一种具有除磷脱氮功能的多级活性污泥、污水处理系统,工艺设计简捷,其特点具体是:

1.低负荷活性污泥工艺。Biolak系统利用了含大量微生物的活性污泥来净水,回流量大、污泥浓度较高、相对曝气时间较长,所以污泥负荷较低。微生物把污染物作为养料来吸收,吸收率高,出水非常干净,污泥量小,不需要硝化处理和污泥矿化程度高,无嗅味以及泥龄长有利于硝化菌的繁殖。

2.曝气池采用土池结构。Biolak系统采用土池结构,使用HDPE防渗膜隔绝污水和地下水,克服了一般土池结构中容易造成对地下水的侵蚀;悬挂在浮管上的微孔曝气头避免了池底池壁孔安装的困难。与钢筋混凝土结构相比,价格低廉,易于开挖并能因地制宜,适用现场地形。HDPE渗膜的土池使用寿命不低于钢筋混凝池。

3.高效的曝气系统。Biolak曝气装置为微孔曝气形式,曝气器由浮管牵引悬挂在池中,曝气器与布气管间用软管相连,通气时曝气器由于受力不均在水中产生运动。在曝气的情况下运动连续不断像波浪一样变化,在反应池中形成耗氧区和厌氧区,随着氧的硝化反应和厌氧的反硝化反应阶段变化,污水中的氮可以去除得非常彻底,由于氧气可以直接从反硝化反应中得到一部分,因此需要的空气很少。它利用分段曝气可以节省能耗。

4.二次曝气和安全池。为了保证负荷变化对出水质量,Biolak工艺利用一个相对独立的池来进行二次曝气,以保证出水清洁且水中有足够的溶解氧。

5.二沉池曝气池中产生的污泥在二沉池中被分离并重新回到曝气池参与污水净化。也可将二沉池和曝气池合并到一起,可节省土建费用,二沉池沉淀的污泥由漂浮式刮泥机吸泥机排入污泥槽回流。二、Biolak工艺流程

污水在首先经过预处理和一级处理去除大的漂浮物后,出水先进入混合池,由推进器将进水和污泥进行混合,然后自流入Biolak生化池。利用曝气充氧进行好氧处理,处理后的污水,经沉淀池沉淀后达标排放。Biolak反应池产生的剩余污泥用污泥泵送入污泥浓缩池,污泥浓缩池产生的上清液自流入Biolak反应池的混合区。Biolak反应需要的氧气由风机供给,预处理设施产生的机械杂物外运填埋处置,产生的剩余污泥外运用作农肥。Biolak工艺流程如图所示。

1.污水的预处理。

来自城市排水截流干管的污水进入经过粗格栅去除大的漂浮物,然后自流入集水池。污水经立式污水泵提升至细格栅,细格栅的作用是拦截污水中较大的漂浮物和颗粒杂质等,细格栅可把杂物及砂粒从废水中分离出来,同时可除掉一部分有机负荷。

2.混合池。

经过预处理后,污水与回流污泥一起进入曝气池前端的混合池,在搅拌的作用下充分混合后,再进入曝气区。在混合区里,借助于搅拌作用,进水与回流污泥进行充分混合。除了起混合作用外,污水在混合区的缺氧环境下,可能发生部分水解酸化反应,提高废水的可生化性,减轻后续曝气区的负担,从而减轻动力消耗和曝气区的体积。混合区与好氧处理区的延时曝气相配合,对污水的脱氮脱磷可起到一定的作用。

3.曝气池。

在曝气池中,微生物群体聚居在呈悬浮状的活性污泥上,与进入曝气池的污水广泛接触。鼓风机通过在曝气池底浮动的空气扩散装置,以微小气泡的形式向池中提供空气。在曝气装置的搅拌作用下,污水与活性污泥更好地混合,微生物将污水中的有机物降解。

4.沉淀池。

经过生物处理后,污水进入沉淀池,使混合液澄清、浓缩、固液分离。沉淀池中的上清液经溢流堰流出,达标后排放。沉淀下来的污泥大部分由污泥泵输送回到曝气池,极少量的剩余污泥排入污泥池浓缩、贮存、待运。5.污泥处理。Biolak工艺的污泥产率很低。由于微生物在曝气池中长期处于内源呼吸期,只产生少量容易脱水的、无臭且较为稳定的污泥,不需要再进行厌氧硝化处理。三、Biolak污水处理系统在城市污水处理中的应用

Biolak系统有很好的除氮功能,可广泛适用于城市污水和工业废水的处理,在造纸、纺织、化工、制药仪器及生活污水处理上有其独特的优势,武汉晨鸣纸业、山东潍坊纸业、山东招远城镇污水处理厂都得到很好的应用。以山东招远污水处理为例,其处理效果见下表:

1.Biolak工艺采用土池结构,前期投资成本较低,又能因地制宜,不受地形限制。

2.有很好的HDPE防渗膜,有利于污水与地下水的隔离,防渗效果好,其使用寿命也不低于钢筋混凝土池。

3.Biolak系统占地面积较少,有利于节约土地。

4.Biolak工艺去除水中的污染物率较高,技术较先进。

通过Biolak工艺与其他工艺比较,可以看出其优势:

1.与氧化沟工艺的比较:氧化沟工艺为环形沟渠状,需全部采用钢筋混凝土结构,两者都具有延时曝气法的优点,但氧化沟工艺消耗的动力大,曝气池容积大。氧化沟工艺需采用20台转刷,每台功率45KW,而Biolak曝气装置的动力效率和氧的利用率高,采用4台分机,共520KW即可。2.与AB工艺的比较:AB工艺中A段正常运行必要条件是进水中必须有足够的已经适应污水的微生物。A段去除率的高低与进水微生物量直接相关,如果城市污水中工业废水比重大,污水中微生物浓度很低。A段曝气池得不到外源微生物的连续补充,生物絮凝吸附作用很弱,影响AB工艺的处理效果。可见Bi2olak污水处理工艺在工程总投资、日常运行能耗和设备维护检修方面有明显的优势。

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