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一、百乐克工艺介绍
百乐克（ BIOLAK）工艺是一个含有脱氮除磷功效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”意思。即湖体内采取生物方法处理污水、废水工艺。它是由最初采取天然土池做反应池而发展起来污水处理系统。自1972年以来,经多年研究形成了采取土池结构，利用浮在水面移动式曝气链、底部挂有微孔曝气头一个含有一定特色活性污泥处理系统。

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。它含有占地紧凑、工艺稳定、投资低廉、维护简单、运行费用低等特点。该工艺在中国外已经有上百座污水处理厂应用实例，技术成熟，积累了丰富实践经验能够有效去除COD、BOD，并能脱氮除磷。她关键工艺特点是采取了悬挂式曝气头。其池形和结构方法灵活,可依据地形,采取曝气和澄清一体化工艺,可采取投资低廉易于开挖土池结构。铺设HDPE防渗透膜隔绝污水和地下水。该工艺及适适用于城市污水处理，也适适用于工厂、企业生产废水处理，投资少，效率高，适合中国国情。
二、        百乐克工艺基础原理
活性污泥法是经过微生物代谢反应和活性污泥物理化学作用去除污水中BOD、N、P，还能够使污泥稳定化。活性污泥系统关键由曝气池、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微生物即活性污泥来净化污水。图1为百乐克工艺步骤图。

百乐克工艺是基于延时曝气多级A/O活性污泥处理方法。它是借助六项研究结果，经过完善形成一个新活性污泥法水处理工艺。它由早期提供几百人口使用小型使用小型处理系统发展到今天90万以上人口使用大型处理系统。它工艺特点以下：含有除磷脱氮功效；采取土地结构做反应池；采取曝气链曝气系统；工艺设计简捷，不需复杂管理；适宜条件下含有较大经济和社会效益。
常规A/O法工艺中缺氧区和好氧区是独立、单一反应段。不一样水质针对设计A段（缺氧段）和O段（好氧段）停留时间是不一样。对于可生化性很好污水，活性污泥反硝化速率可达成硝化速率3～4倍，此时A/O容积比较小；对可生化性较差污水，所采取A/O容积比较大。但在单一A/O系统中，A段和O段池容是确定。当水质或水量改变大时候，固定池容适应能力有限。
多级A/O在生化池内有多个A/O段，是多个单级A/O组合。它是经过运行中控制一些区域曝气头状态，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，系统内能够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。在生化池中有足够停留时间就能够用控制曝气区域方法实现A/O工艺。因为自控参与，多级A/O能够调整曝气区域，使A/O容积比依据水质、水量改变而改变。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。对污染物处理效果以下式： 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工艺周期个数。

三、        百乐克(BIOLAK)工艺不足分析及优化设计
1 工艺步骤
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1 mm)，使杂物及砂粒分离并压缩处理。出水优异入厌氧池由搅拌器将水和回流污泥混合进行厌氧处理，目标是去除污水中磷；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，对污水进行交替好氧和缺氧处理，去除污水中BOD 氮、磷等污染物；处理后混合液在澄清池(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 缺乏沉砂预处理步骤
百乐克工艺步骤中不设沉砂池，仅靠间距为1mm细格栅来拦截砂粒。此细格栅间距较有沉砂池细格栅(栅条间距通常为5～6 mm)小很多，这使栅渣量增多，且因为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细砂，细砂进入后续生物处理池除磷区时，因为流速较低而易堆积，甚至板结，难以清除。
2．2 多级A／O法难以确保稳定脱氮效果
百乐克工艺缺氧区和好氧区未严格分离且距离较近，仅靠曝气链交替曝气／不曝气而形成缺氧区和好氧区，因为水流动、缺氧区和好氧区距离较近及曝气链摆动，好氧区中氧气易带人缺氧区，较难形成一个溶解氧浓度极低或缺氧环境，所以百乐克工艺即使有一定脱氮效果，但要达成稳定脱氮效果还有一定难度。尤其是《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-)中控制了TN排放标准，百乐克工艺脱氮效果稳定性问题更应引发重视。
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》中确定平流沉淀池设计数据为：① 池子长宽比以3～5为宜，大型沉淀池可考虑设导流墙；② 池子长深比通常采取8～12；③ 通常按表面负荷计算，按水平流速校核，二沉池最大水平流速为5 mrn／s百乐克工艺采取平流沉淀池，受池体一体化合建限制，生物池出水由二沉池长边进入，二沉池长宽比为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。能够看出，百乐克工艺平流沉淀池和常规平流沉淀池设计参数相比，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设计参数，尤其是长宽比相差约10倍。两种平流沉淀池池型水力参数指标比较见表1。

从表1能够看出，百乐克沉淀池弗罗德数远远小于传统平流沉淀池，说明其长端进水水流稳定性远低于传统平流沉淀池短端进水水流稳定性。两池雷诺数基础相当，均为紊流。百乐克工艺沉淀池由长端进水，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发沉淀效率及沉淀池容积利用率降低。另外百乐克工艺沉淀池沿池子长端刮吸泥，这将引发进水水流紊流扩散和脉动，也使得颗粒沉淀受到干扰。
3 优化设计
3．1 增加沉砂系统
沉砂系统关键去除污水中密度为2．65 t／m 、粒径>0．2 mm砂粒，使无机砂粒和有机物分离开来，便于后续生物处理。
百乐克一级处理采取栅条问隙为1 mm细格栅(含自清洗装置)去除污水中无机砂粒及固体杂质，现将其和现在市政污水常见一级处理细格栅+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能够看出，百乐克细格栅系统工程总造价较高，且存在栅渣中有机物含量较高和细砂板结问题，故提议采取细格栅问+沉砂池系统替换百乐克细格栅。
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环境从而影响脱氮效果问题，提议在除磷区后设置独立脱氮区，因为土池不便分隔，故脱氮区可采取钢筋混凝土结构，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升脱氮效果。
3．3 在沉淀池后增设稳定池
为确保出水稳定性，克服百乐克沉淀池因为长端进水造成横断面上水流分布不均匀、稳定性较差缺点，可在沉淀池后增设稳定池，以深入延长沉淀时间、增加沉淀池长度、改善长宽比，提升水流稳定性。
四、        百乐克工艺组成
百乐克工艺系统由预处理单元、生物处理单元和出水单元组成。 预处理单元和常规活性污泥法基础一致。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，为强化除磷效果，污水优异入厌氧池，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，同不进入还有终沉池排出含磷回流污泥，厌氧池内设置搅拌机，流态为完全混合，其关键功效是释放磷和部分有机物氨化。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。曝气采取悬挂链曝气装置，池面漂浮可移动通气链，链上挂着数个浮动微孔曝气头（Biolak-Friox）。悬挂链端固定在曝气池两侧，悬挂链在水中能够蛇形运动，它自然拍动能够起到有效混合作用。通气时，曝气头产生气泡直径约50um，微小气泡意味着氧气接触面积增大和氧转效率提升。因为水流波动和链条混合搅拌作用，使悬浮在池底曝气头在一定范围内运动，气泡斜向上升，延长了在水中停留时间，大于11sed（4～5m），是固定式曝气头三倍左右。另外，经过控制局部曝气头供气方法在池内可形成多级A/O反应段，进行硝化、反硝化一系列循环反应，不需要消化液回流，就能够实现反硝化脱氮。因为特殊曝气方法，池内混合效果好，氧转效率高，有利于微生物降解水中有机物。　　
A/O池采取低污泥负荷，通常为0.05～0.3kgBOD5/kgMLSS.d，严寒地域采取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
处理水进入下一个步骤——终沉池。终沉池除了进行泥水分离，还有着污泥浓缩、储存污泥功效。因为进入是泥、水、气三相混合液，而活性污泥质量较轻，沉淀池选型至关关键。活性污泥含有絮凝性能，沉淀属于成层沉淀，沉降时泥水之间有清楚界面，絮凝体结成整体下沉。百乐克合建沉淀池配水在池体长边方向，水流以较低流速经过絮凝层，大部分污泥被截留，上清池由溢流堰搜集进入稳定池。污泥在池底沉积浓缩，由吸泥车潜水泵提升至吃定污泥回流渠至生化池进水处，小部分剩下污泥排入污泥处理单元。
鉴于百乐克合建沉淀池单边进水，单边出水，步骤较短，表面负荷取值偏低，所以提议依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，采取其它形式效率较高沉淀池，以确保出水水质。
3、 稳定池
欧盟国家污水处理厂出水指标包含对溶解氧浓度要求，所以系统设置了稳定池。而在中国，加设稳定池作用关键在于填补沉淀效果不足，这么造成占地面积增加。稳定池分为曝气段和沉淀段。据相关资料，出水达成一级标准污水处理厂应设置稳定池；出水水质需达成二级标准污水处理厂能够不设置稳定池。
五、百乐克工艺关键特点
1. 低负荷处理系统
百乐克工艺是低负荷运行生物处理构筑物，它含有良好缓冲能力，能够很好适应水量和水质波动。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。因为曝气头特殊结垢和运行方法，是她氧利用效率高，这意味着电能节省；同时曝气头在复杂环境中运行也极少阻塞，在池底呈旋风态，池底无紧固件或预埋件。当曝气头必需检修时，不需要排干池中污水，运行管理方便。
3. 池体结垢
传统百乐克工艺是因地制宜，利用天然洼地池塘形成，采取土地结构，上敷HDPE防渗透，避免污水渗透和曝气产生气泡蚀化土地。这在地质条件适宜，地下水位低且有天然洼地地方有较大优势。但实际工程中常会碰到生化池高出地面几米情况，采取土池结构需要大量护坡；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. 步骤紧凑，用地节省
生化池、终沉池。稳定池能够灵活组合，步骤紧凑顺畅，在一定条件下用地节省。
总而言之，百乐克工艺和传统活性污泥法、SBR、氧化沟等活性污泥法相比有以下优势：
1. 土建方法灵活，因地制宜，可采取毛石春黏土池、防渗透池或混凝土池。
2. 投资经济，因为百乐克工艺设计十分简练流畅，再加上土建方法灵活，所以造价低，在总投资商有很强竞争力
3. 维修简单，污泥处理量少。
4. 运行费用低，因为采取最为节省能耗曝气装置，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：因为采取波浪式氧化系统，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
相关磷去除和常规AAO工艺类似，是利用聚磷菌类微生物过量吸收生理生长需要外部环境磷，并以聚合形态储存在菌体里，行策划那个高磷污泥，排除系统外，达成除磷目标。就现在研究其基础过程为：厌氧条件下，即DO基础为零和NOx-基础为零时，聚磷菌体内ATP水解，释放出磷酸和能量；在好氧段，菌体在不停分解体内有机物同时向外部环境过剩摄取磷酸，从而去除污水中磷。在曝气区前端用隔墙分出厌氧区可进行生物除磷，据中国资料统计很多采取百乐克工艺污水厂磷去除率全部可达成80～90％。
七、Biolak工艺在中小城市污水处理中应用前景
[摘　要]关键介绍Biolak污水处理工艺特点及在中小城市处理中应用和注意事项;探讨低成本远行污水处理系统路径和适用范围。
[关键词]Biolak工艺　活性污泥　爆气池“三低一少”　　
Biolak工艺就是一个高效低耗、多级、多渠道废水处理系统。由德国VNO冯•诺顿西工程和技术从七十代起研究、发展、完善起来一项低成本、低负荷活性泥,能发明各类特种微生物良好生长环境,使其更高效地降解有机物COD.BOD),并经过波浪式氧化工艺对氮和磷进行高效去除技术(并在雨水期利用整体缓冲系统避免或减轻了雨水滞留问题),在中小城市污水处理中有很好前景。
一、Biolak工艺特点
Biolak工艺是一个含有除磷脱氮功效多级活性污泥、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,出水很洁净,污泥量小,不需要硝化处理和污泥矿化程度高,无嗅味和泥龄长有利于硝化菌繁殖。
2.曝气池采取土池结构。Biolak系统采取土池结构,使用HDPE防渗膜隔绝污水和地下水,克服了通常土池结构中轻易造成对地下水侵蚀;悬挂在浮管上微孔曝气头避免了池底池壁孔安装困难。和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渗膜土池使用寿命不低于钢筋混凝池。
3.高效曝气系统。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,曝气器和布气管间用软管相连,通气时曝气器因为受力不均在水中产生运动。在曝气情况下运动连续不停像波浪一样改变,在反应池中形成耗氧区和厌氧区,伴随氧硝化反应和厌氧反硝化反应阶段改变,污水中氮能够去除得很根本,因为氧气能够直接从反硝化反应中得到一部分,所以需要空气极少。它利用分段曝气能够节省能耗。
4.二次曝气和安全池。为了确保负荷改变对出水质量,Biolak工艺利用一个相对独立池来进行二次曝气,以确保出水清洁且水中有足够溶解氧。
5.二沉池曝气池中产生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,二沉池沉淀污泥由漂浮式刮泥机吸泥机排入污泥槽回流。
二、Biolak工艺步骤
污水在首先经过预处理和一级处理去除大漂浮物后,出水优异入混合池,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,处理后污水,经沉淀池沉淀后达标排放。Biolak反应池产生剩下污泥用污泥泵送入污泥浓缩池,污泥浓缩池产生上清液自流入Biolak反应池混合区。Biolak反应需要氧气由风机供给,预处理设施产生机械杂物外运填埋处理,产生剩下污泥外利用作农肥。Biolak工艺步骤图所表示。
1.污水预处理。
来自城市排水截流干管污水进入经过粗格栅去除大漂浮物,然后自流入集水池。污水经立式污水泵提升至细格栅,细格栅作用是拦截污水中较大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,污水和回流污泥一起进入曝气池前端混合池,在搅拌作用下充足混合后,再进入曝气区。在混合区里,借助于搅拌作用,进水和回流污泥进行充足混合。除了起混合作用外,污水在混合区缺氧环境下,可能发生部分水解酸化反应,提升废水可生化性,减轻后续曝气区负担,从而减轻动力消耗和曝气区体积。混合区和好氧处理区延时曝气相配合,对污水脱氮脱磷可起到一定作用。
3.曝气池。
在曝气池中,微生物群体聚居在呈悬浮状活性污泥上,和进入曝气池污水广泛接触。鼓风机经过在曝气池底浮动空气扩散装置,以微小气泡形式向池中提供空气。在曝气装置搅拌作用下,污水和活性污泥愈加好地混合,微生物将污水中有机物降解。
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。沉淀池中上清液经溢流堰流出,达标后排放。沉淀下来污泥大部分由污泥泵输送回到曝气池,极少许剩下污泥排入污泥池浓缩、贮存、待运。5.污泥处理。Biolak工艺污泥产率很低。因为微生物在曝气池中长久处于内源呼吸期,只产生少许轻易脱水、无臭且较为稳定污泥,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应用
Biolak系统有很好除氮功效,可广泛适适用于城市污水和工业废水处理,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全部得到很好应用。以山东招远污水处理为例,其处理效果见下表:

1.Biolak工艺采取土池结构,前期投资成本较低,又能因地制宜,不受地形限制。
2.有很好HDPE防渗膜,有利于污水和地下水隔离,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,有利于节省土地。
4.Biolak工艺去除水中污染物率较高,技术较优异。
经过Biolak工艺和其它工艺比较,能够看出其优势:
1.和氧化沟工艺比较:氧化沟工艺为环形沟渠状,需全部采取钢筋混凝土结构,二者全部含有延时曝气法优点,但氧化沟工艺消耗动力大,曝气池容积大。氧化沟工艺需采取20台转刷,每台功率45KW,而Biolak曝气装置动力效率和氧利用率高,采取4台分机,共520KW即可。2.和AB工艺比较:AB工艺中A段正常运行必需条件是进水中必需有足够已经适应污水微生物。A段去除率高低和进水微生物量直接相关,假如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连续补充,生物絮凝吸附作用很弱,影响AB工艺处理效果。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显著优势。