BIOLAK工藝在城市污水處理中的應用

管向偉

摘要：本文詳細地介紹了BIOLAK的工藝原理、工藝流程和工藝特點，并以山東招遠污水處理廠為例，探討了BIOLAK工藝在城市污水處理中的應用，最后分析了該工藝在設計和運行中存在的問題，提出解決方案和BIOLAK工藝的適用范圍。

關鍵詞：城市污水 BIOLAK工藝實際應用適用范圍

1 概論

當前城市建設和發展中存在的突出問題是水體污染嚴重，水資源緊缺。污染型的缺水現狀，制約著城鎮規模建設與工農業發展。據統計，目前我國532條河流已有82%受到不同程度的污染，流經全國42個大城市的44條河流，已有93%受到污染，其中污染較重的占79%。全國的668多座城市中，僅有123個城市有307座不同處理等級的城市污水處理廠，其中城市污水二級處理率10%左右。全國日排污水量1.56億立方米，其中達到國家一級排放標準的處理率不20％。全國2200座縣城與21700個建制鎮的生活污水及類似水質的污水處理率近于10％。據估計，我國每年因水污染所造成的經濟損失已達4000億元[1]。日益嚴重的水環境污染，不僅影響到工農業的繼續發展，而且影響到人們的身體健康及生存環境。可見，城市污水處理問題已刻不容緩，急待解決。

城市污水處理廠是城市建設的主要組成部分，是用來處理城市污水不可缺少的市政設施。目前城市污水處理主要采取好氧生物法技術，由于這些處理工藝技術及其設備普遍存在投資高、處理成本高、管理要求高、產泥量多的問題，巨額工程投資使我國污水處理事業步履維艱，導致污水廠“建得起，用不起”。因此國家迫切需要經濟適用的“三低一少”（投資低、運行費低、管理要求低、廢泥量少）的城鎮污水處理新技術[2]。

本文所介紹的BIOLAK工藝就是一種高效低耗技術。BIOLAK系統是一種多級的常常還是多渠道的廢水處理系統。它是德國VNO馮．諾頓西工程技術有限公司公司從七十年代起借助6項研究項目吸取了氧化塘工藝的低成本和活性污泥工藝的高效率，由氧化塘工藝逐漸系統發展起來的，它采用低負荷活性泥工藝，通過創造各類特種微生物的良好生長環境使其高效地降解有機物（COD、BOD），并通過波浪式氧化工藝對氮和磷進行高效去除。具有占地緊湊，工藝穩定，投資低廉，維護簡單，運行費用低等特點[3]。

工業用BIOLAK廢水處理系統大方合理的設計及多極處理的方式，使BIOLAK系統能解決最疑難的廢水處理問題。雖然城鄉廢水較易處理，但有可能出現水力學問題，尤其是在雨水高峰期。城鄉用BIOLAK廢水處理系統采用其漂浮在水面的分流裝置及其水力學緩沖，有效地解決了此問題。通過整體緩沖系統避免或減輕了雨水滯留的總是，因此由于雨水及工業排水造成的水力學沖擊能得到有效地緩沖。

2 BIOLAK廢水處理工藝

2.1 工藝簡介

BIOLAK工藝的雛形產生于20世紀70年代。1977年，德國紐倫堡的St．Wolfang市政污水處理廠首次嘗試在土池中使用BIOLAK-Friox(懸浮式曝氣器)，并取得了成功。1984年，德國夏薩克森州的Algormissen污水處理廠又發展了結合硝化和反硝化過程的新型BIOLAK系統(BIOLAK-R工藝)。到了1991年該技術被進一步完善，即在構筑物中考慮了除磷區，稱之為BIOLAK-L工藝。至此，BIOLAK工藝發展成為結構緊湊、處理效果良好并可以實現除磷脫氮的綜合活性污泥處理工藝[4]。

BIOLAK工藝基于多級A/O理論和非穩態理論，在同一構筑物中設置了多個A/O段，使污水能夠經過多次的缺氧與好氧過程，強化了污泥的活性并兼有脫氮效果。通常情況下，BIOLAK系統由可選設除磷區的曝氣池、沉淀池、包含二次曝氣區的穩定池等三部分組成(三部分可以合建，曝氣池和穩定池可采用土池防滲結構)。

2.2 工藝原理[5]

BIOLAK采用地下曝氣結構(地盆式)，這種結構可以獲得堅固和完全密封的反應池。為防止污水的滲漏，池體采用世界上先進的防滲膜(HDPE)。采用高效率的底部微孔曝氣頭，移動式曝氣鏈，進一步提高氧氣的傳送效率。BIOLAK處理系統的原理圖見1。

BIOLAK處理系統主要分5級。第1級采用轉速可調的組合篩選裝置，把粗物及沙粒從廢水中分離出來，濃縮處理。第2級通過移動性通氣處理使污泥處于活動狀態，且含氧量穩定。并在一個容量大小可變的反應區內進行生物性凈化處理以清除磷。第3級廢水的再次處理，時還進行沉淀處理，即所謂的保險級。第4級樹根區及砂礫構成的過濾層。第5級再進一步的處理以達到最高的凈化度。

為了加強生物去磷作用，在第2級前加入了生物去磷區。這樣即使要求的凈化度低于1mg磷/L，也只需要在1a中短時間內加入凝聚物。一般情況下，如果要求的凈化度低于1mg磷/L，需要采用凝聚劑。在第2級中通氣鏈的輪換作用及BIOLAK池特有的水力學特性相結合，能產生至少20次氮的硝化及脫氮反應。通過這種反復過程，達到了最好的除氮效果。

2.2.1 曝氣系統[6]

BIOLAK曝氣系統的結構如下圖2所示，曝氣頭懸掛在浮鏈上，停留在水深4－5 m處，氣泡在其表面逸出時，直徑約為50μm。如此微小的氣泡意味著氧氣接觸面積的增大和氧氣傳送效率的提高。

BIOLAK工藝采用的浮動曝氣、移動性通氣鏈是BIOLAK通氣系統的核心部分，它能有效地作用于大池的各個部位，并且供氧費用低。浮動式曝氣鏈使所產生的氣泡在水中的停留時間(11s)是傳統固定曝氣方式在水中停留時間的3倍。其曝氣鏈的運動過程見下圖3所示。

2.2.2 懸浮溢流系統[6]

在廢水的處理過程中，存在水力波動的問題特別是出現在降雨高峰區，BIOLAK廢水處理工藝通過水力緩沖和懸浮及溢流系統有效的解決了這一問題。懸浮溢流采用可浮動的溢流浮子，能使水力緩沖體積達到總體積的10%，懸浮溢流系統見下圖4所示。

2.3 工藝參數[4]

根據德國ATV標準并結合國內已建Biolak污水處理廠運行情況確定的工藝參數值如表1所示。

注：DMS為曝氣池進水與回流污泥之混合液的懸浮物平均濃度。

3 BIOLAK工藝流程

3.1 BIOLAK工藝流程[6]

污水在首先經過預處理和一級處理去除大的漂浮物后，出水先進入混合池，由推進器將進水和污泥進行混合，然后自流入BIOLAK生化池，利用曝氣充氧進行好氧處理，處理后的污水，經沉淀池沉淀后達標排放。BIOLAK反應池產生的剩余污泥用污泥泵送入污泥濃縮池，污泥濃縮池產生的上清液自流入BIOLAK反應池的混合區。BIOLAK反應池需要的氧氣由風機供給，預處理設施產生的機械雜物外運填埋處置，產生的剩余污泥外運用作農肥。

BIOLAK工藝流程圖如下所示：

3.2 工藝流程說明

(1)污水的預處理[7]

來自城市排水截流干管的污水首先進入經過粗格柵去除大的漂浮物，然后自流入集水池。污水經立式污水泵提升至細格柵，細格柵的作用是攔截污水中較大的飄浮物和顆粒粗雜質等，細格柵可把雜物及砂粒從廢水中分離出來，同時可除掉一部分有機負荷。

(2)混合池

經過預處理后，污水與回流污泥一起進入曝氣池前端的混合池，在攪拌的作用下充分混合后，再進入曝氣區。在混合區里，借助于攪拌作用，進水與回流污泥進行充分混合。除了起混合作用外，污水在混合區的缺氧環境下，可能發生部分水解酸化反應，提高廢水的可生化性，減輕后續曝氣區的負擔，從而減輕動力消耗和曝氣區的體積。混合區與好氧處理區的延時曝氣相配合，對污水的脫氮脫磷可起到一定的作用。

(3)曝氣池

在曝氣池中，微生物群體聚居在呈懸浮狀的活性污泥上，與進入曝氣池的污水廣泛接觸。鼓風機通過在曝氣池底浮動的空氣擴散裝置，以微小氣泡的形式向池中提供空氣。在曝氣裝置的攪動作用下，污水與活性污泥更好地混合，微生物將污水中的有機物降解。

(4)沉淀池

經過生物處理后，污水進入沉淀池，使混合液澄清、濃縮、固液分離。沉淀池中的上清液經溢流堰流出，達標后排放。沉淀下來的污泥大部分由污泥泵輸送回到曝氣池，極少量的剩余污泥排入污泥池濃縮、貯存、待運。

(5)污泥處理

BIOLAK工藝的污泥產率很低。由于微生物在曝氣池中長期處于內源呼吸期，只產生少量容易脫水的、無臭且較為穩定的污泥，不需要再進行厭氧消化處理。由于污泥量很少，從經濟上考慮可不采用污泥機械脫水系統。污水處理廠周圍就是農田，萊山區水資源又相對缺乏，含水量很高的污泥可直接作為農業肥料，不需再澆水稀釋。

剩余污泥泵將少量的剩余污泥排入污泥池。污泥在池中沉淀、濃縮后，上清液排回至曝氣池。濃縮的污泥貯存一定時間后，用罐車運出作為肥料。

4 BIOLAK工藝特點

BIOLAK工藝是一種具有除磷脫氮功能的多級活性污泥污水處理系統。它是由最初采用天然土池作反應池而發展起來的污水處理系統。自1972年以來，經多年研究形成了采用土池結構、利用浮在水面的移動式曝氣鏈、底部掛有微孔曝氣頭的一種具有一定特色的活性污泥處理系統。

由于采用土池而大大減少了建設投資，采用曝氣鏈曝氣系統進一步強化了氧的轉移效率，并減少運行費用，大大提高了處理效果。工藝設計簡捷，不需復雜的管理，在適宜的條件下具有較大的經濟和社會效益。它具有一下8個特點，現在分別敘述如下。

4.1 低負荷活性污泥工藝[8，9]

與廢水中的污染水平比較，BIOLAK系統里利用了大量的微生物即活性污泥來凈化污水。BIOLAK工藝污泥回流量大，污泥濃度較高，生物量大，相對曝氣時間較長，所以污泥負荷較低。由于微生物把污染物作為養料來吸收，廢水中的污染物被相對極大量的微生物吸收（分解）殆盡，所以出水非常干凈。一般的污水處理廠(污泥負荷高的工藝)，微生物僅分解最有營養的部分，相對來講凈化效率較低。污水的生物處理采用延時曝氣工藝有以下優點同氧化溝工藝。具有可不設初沉池；耐進水負荷沖擊能力強；剩余污泥量小，不需消化處理和污泥礦化程度高，無嗅味以及由于泥齡長，有利于硝化菌的繁殖，可起到一定的脫氮作用。龍田污水廠BOD5污泥負荷率為0.057 kgBOD/(kgMLSS·d)，污泥濃度為4000 mg/L，污泥齡為29 d，所以剩余污泥量很少。

4.2 曝氣池采用土池結構[8]

根據國家環保局1992年《工業廢水處理設施的調查與研究》，我國工業廢水處理設施資金的54%用于土建工程設施，而只有36%用于設備，造成這種投資分配格局的主要原因是工藝池大都采用價格昂貴的鋼筋混凝土池。而龍田污水廠土建工程造價500萬元，僅占總投資的20%。

大的鋼筋混凝土池不僅價格昂貴，而且施工難度大。但對于許多種曝氣工藝來講，都不考慮采用土池，因為土池會造成地下水的侵蝕，同時也由于在土池基礎上安裝曝氣頭是十分困難的。為了減少投資，BIOLAK技術在研究土池結構的曝氣池上做了大量工作，首先是使用HDPE防滲膜隔絕污水和地下水，其次是懸掛在浮管上的微孔曝氣頭避免了在池底池壁穿孔安裝。

這種敷設HDPE防滲膜的土池不僅易于開挖、投資低廉，而且完全能滿足污水處理池功能上的要求，并能因地制宜，極好地適應現場的地形，在某些特殊的地質條件下，如地震多發地區、土質疏松地區，其優點得到更充分的體現。敷設HDPE防滲膜的土池使用壽命遠遠超過鋼筋混凝土池。

4.3 高效的曝氣系統[9]

BIOLAK曝氣裝置為微孔曝氣形式，改變了傳統曝氣系統的固定模式，曝氣器由浮管牽引，懸掛在池中，曝氣器與布氣管間用軟管連接。通氣時，曝氣器由于受力不均在水中產生運動。當曝氣器偏離浮管垂直軸時，氣泡浮至水面并在浮管一側爆裂，從而對浮管產生反向推動力使浮管運動，浮管又反過來帶動曝氣器運動，在曝氣的情況下運動連續不斷。它們象波浪一樣地變化，在反應池中形成耗氧區和厭氧區，隨著耗氧的硝化反應和厭氧的反硝化反應的階段變化，污水中的氮可以被去除得非常徹底。由于氧氣可以直接從反硝化反應中得到一部分，因此，需要的空氣很少；同時在一般情況下，即使氧的濃度很低時系統也能運行，同傳統的方法相比，這樣工藝的氧化效果好得多。更重要的是它利用分段曝氣，可以節省能耗，同時混合好，當負荷變化時，其優點特別明顯。通過這樣的波浪式曝氣，可以減少池中生物性磷。很多百樂克污水處理廠的磷的去除率都可達到80－90％。與傳統曝氣裝置相比，BIOLAK曝氣系統有以下優點：

(1)傳統曝氣器頂部至水面的區域，始終處于過飽和狀態，而其它水域則處于不飽和狀態，氧的利用率低。BIOLAK曝氣裝置在水中的運動使池中不存在氧的過飽和區域，氧的利用率提高。

(2)BIOLAK曝氣器產生的微氣泡在水中的運行距離長，停留時間長，使氧的利用率明顯提高，相應的能耗得以降低。固定式曝氣器產生的氣泡在水中的停留時間為5-6秒，而BIOLAK曝氣裝置產生的氣泡可在水中停留11秒以上。

(3)BIOLAK曝氣器的空隙率為80%，表面不容易堵塞。

(4)傳動的固定式曝氣器固定在池底，可能造成池底局部侵蝕，曝氣池通常采用混凝土結構，而BIOLAK曝氣器安裝在浮動的懸鏈上，每條鏈在池中一定的區域內運動，不會對池子的某一部分造成局部侵蝕，曝氣池可采用土池，大大減小了基建投資。

(5)固定式曝氣器的檢修或更換需停止曝氣并排空水池，不但費時費力，還要重新培養活性污泥。而BIOLAK系統可在不停氣放水的情況下，直接將曝氣鏈提出水面維修，既方便又經濟。同時，因為氣泡向上運動的過程中，不斷受到水流流動，浮鏈擺動等擾動，因此氣泡并不是垂直向上的運動，而是斜向運動，這樣延長了在水中的停留時間，同時也提高氧氣傳遞效率。運行表明：BIOLAK懸掛鏈的氧氣傳遞率，遠遠高于一般的曝氣工藝以及固定在底部的微孔曝氣工藝。

BIOLAK曝氣頭懸掛在浮動鏈上，浮動鏈被松弛地固定在曝氣池兩側，每條浮鏈可在池中的一定區域蛇形運動(見上圖2)。在曝氣鏈的運動過程中，自身的自然擺動就可以達到很好的混合效果，節省了混合所需的能耗。

采用BIOLAK系統的曝氣池中混合作用所需的能耗僅為1.5 W/m3，而一般的傳統曝氣法中混合作用的能耗為10－15 W/m3。由于BIOLAK曝氣頭(BIOLAK-Friox)特殊的結構，即使在很復雜的環境里曝氣頭也不至于阻塞，這意味著曝氣裝置可運行幾年不維修，所需維護費用很少。曝氣系統與配套的高效鼓風機保證了很高的氧氣傳遞效率，供氧能力為2.5 kgO2/(kWh)，而傳統的污水處理廠該值為1 kgO2。鼓風機就設在池邊，減少了鼓風機房和空氣輸送管道的費用。

4.4 簡單而有效的污泥處理

BIOLAK工藝的另一特點是大量地回流活性污泥，剩余污泥的數量很少，所含有機物已被很好地分解、礦化，其剩余污泥比傳統工藝少許多。在恒定的負荷條件下，BIOLAK工藝的污泥在曝氣池中的停留時間是傳統工藝的幾倍。

由于污泥池中的污泥是完全穩定的，它不會再腐爛，即使長期存放也不會產生氣味，這就是污泥沒有臭味的原因。這也是它同傳統工藝相比污泥更容易處理的原因。而且污泥池完全可以做成土池結構，節省了土建費用。

4.5 簡單易行的維修[9]

BIOLAK系統沒有水下固定部件，維修時不用排干池中的水，而用小船到維修地點將曝氣鏈下的曝氣頭提起即可。實踐表明，曝氣頭運行幾年也不用任何維修，這主要是因為曝氣管是由很細的纖維(直徑約0.003mm)做成，并用聚合物充填，以達到防水和防臟物的目的。同時，曝氣頭有大約80% 的自由空隙和20% 的表面，和傳統曝氣頭剛好相反。因此，微生物可生長的面積很小，并很容易被去除。當曝氣頭必須維修時，也不影響整個污水處理場的運行。

該工藝的移動部件和易老化部件都很少。在選擇設備和材料時，都采用了可靠耐用的材料。該工藝無需太多的自動化。它既不需要任何易損的探測器，也不需要任何復雜的控制系統，而操作這些控制系統還需要專門的技術和昂貴的配件。

4.6 二次曝氣和安全池

為了保證負荷變化時出水質量，BIOLAK工藝利用一個相對獨立的池來進行二次曝氣，以保證出水清潔，保證水中有足夠的溶解氧。

4.7 二沉池

曝氣池中產生的污泥在二沉池中被分離，并重新回到曝氣池參與污水凈化。有的BIOLAK工藝的二沉池和曝氣池合并到一起，進一步節省了土建費用和占地面積。二沉池沉淀污泥由漂浮式刮泥機、吸泥機排入污泥槽回流。

4.8土地的利用[9]

盡管BIOLAK系統需要的曝氣池體積比所謂密集型的大，但所需的總面積并不大，有時甚至更小，這主要有以下原因：

（1）不需初沉池；

（2）二沉池可以和曝氣池合建在一起；

（3）池的設計和布置的自由度大，對地形的適應性強。

5 BIOLAK在城市污水處理中的應用

BIOLAK系統可廣泛適用于城市污水和工業廢水的處理。到目前為止全世界已有600多座BIOLAK污水處理廠在穩定運行，由初期幾百人口使用的小型系統發展到今天90萬人口使用的大型系統，日處理水量從數千噸到數十萬噸不等。其中一半是城市污水處理系統在城市污水處理方面。

BIOLAK技術已在我國市政污水處理上成功應用。BIOLAK系統已廣泛應用于造紙、紡織、石化、化工、制藥、食品等行業。如在造紙\檸檬酸混合廢水[7]、漂白蔗渣漿污水[10]、制漿造紙廢水[11]和蔗渣漿廢水[12]中都有應用。它正以其獨特的工藝特點越來越受到造紙廢水處理界的關注。該技術先后在武漢層鳴紙業有限公司、山東晨鳴紙業有限公司、山東濰坊紙業、山東齊河紙業等的中段廢水處理工程中已得到成功應用。

5.1 BIOLAK在國內城市污水處理中的應用

在我國，第一個應用BIOLAK工藝的是山東招遠城鎮污水處理廠，龍田污水處理廠是第二例。以山東招遠城鎮污水處理廠為例探討一下BIOLAK在國內城市污水處理中的應用[4]。

5.1.1 工藝流程

山東招遠城鎮污水處理廠，1998年開始建設，1999年10月正式運行，處理規模為2×104m3/d，原水包括市政污水和部分工業廢水。工藝流程圖見下圖6。整個系統僅設一組構筑物：污水在廠內先經粗格柵去除大的漂浮物后自流入集水井，再用泵提升至轉鼓式格柵，然后依次流經除磷段(由推進器將進水和污泥混合)、曝氣段和澄清段，最后進入二次曝氣段和穩定段進行曝氣充氧穩定。曝氣池和穩定池采用土池防滲結構，停留時間約為20 h。污泥處理采用污泥貯池加帶式脫水機的方式。

5.1.2 方案比較

從技術方面分析，與常規活性污泥法比較，BIOLAK工藝、氧化溝工藝和AB工藝各有特點，都具有耐沖擊負荷能力強、處理穩定性高和處理效果好的優點。但在技術、經濟等方面存在一定的差別，其主要方面比較如下。

（1）與氧化溝工藝的比較

氧化溝工藝和BIOLAK工藝都采用延時曝氣法，同樣具備延時曝氣法的優點。而延時曝氣法的主要缺點：曝氣時間長使動力消耗大以及曝氣池容積大，占地面積大，氧化溝工藝卻很難避免。

1氧化溝工藝需采用20臺轉刷，每臺功率45 kW，曝氣轉刷總功率為900 kW，加上螺旋槳水下攪拌器，僅氧化溝設備的裝機容量就達949.6kW。相比之下，由于BIOLAK曝氣裝置的動力效率和氧的利用率較高(在5米水深時為28.8%)，采用4臺風機，每臺130 kW，共520 kW，能耗明顯降低。

2氧化溝為環形溝渠狀，需全部采用鋼筋混凝土結構，雖然一體式氧化溝系統不需建二次沉淀池，但氧化溝的土建投資就達650萬元。BIOLAK工藝的曝氣池采用土池，內砌毛石，加上混凝土結構的沉淀池，土建投資共為250萬元。

（2）與AB工藝的比較

1AB工藝中A段正常運行的必要條件是進水中必須有足夠的己經適應該污水的微生物，A段去除率的高低與進水微生物量直接相關。如果城市污水中工業廢水比重較大，污水中微生物濃度很低，A段曝氣池得不到外源微生物的連續補充，生物絮凝吸附作用很弱，就會導致A段去除率與初沉池相近，這類污水不宜采用AB工藝。我國很多中小城市的排水現狀，由于大量的工業廢水未經處理直接排入，以及沒有完善的管網系統，使城市污水的成分比較復雜，這就影響了AB工藝的處理效果。

2由于AB法工藝比傳統的活性污泥法多了一個處理階段，需要增加吸附池、中間沉淀池和污泥回流系統等，使土建、設備的投資以及能耗費用大為增加。AB工藝的處理構筑物土建費用645萬元，處理設備的裝機容量為702 kW。而BIOLAK工藝的處理構筑物土建投資為284 萬元，處理設備裝機容量616 kW。

（3）三種方案的比較

從上面的分析可以看出，與氧化溝工藝和AB工藝相比，BIOLAK污水處理工藝在工程總投資、日常運行能耗和設備維護檢修方面都具有明顯的優勢。

根據幾方面的綜合分析考慮：

(1)保證污水處理工程能夠穩定、可靠地運行；

(2)保證處理后廢水達標排放；

(3)有利于今后污水的深度處理和回用；

(4)盡可能地使構筑物和主要設備結構簡單、維修方便；

(5)最大限度地節省土地、基建投資和日常運行費用。

我們推薦采用BIOLAK污水處理工藝，曝氣裝置采用德國VNO公司的專利產品。其處理效果如下表2所示。

5.2 在國外的應用[4]

美國Franklin污水處理廠，1989年10月投入運行，處理量為1.5×104ｍ3/d，構筑物分為平行的兩組，每組包括曝氣池、沉淀池、穩定池等三部分，曝氣池和穩定池采用土池防滲結構。曝氣池的停留時間為48h，設17×2條曝氣鏈，污泥經貯池干化后外運。自投入使用以來運轉正常，處理效果良好(見表3)。

6 存在的問題與改進措施

百樂卡工藝是一種具有除磷脫氮功能的多級活性污泥污水處理系統。它是由最初采用天然土池作反應池而發展起來的污水處理系統。經多年研究形成了采用土池結構、利用浮在水面的移動式曝氣鏈、底部掛有微孔曝氣頭的一種具有一定特色的活性污泥處理系統。由于采用土池而大大減少了建設投資，采用曝氣鏈曝氣系統進一步強化了氧的磚移效率，并減少運行費用，大大提高了處理效果。工藝設計簡捷，不需復雜的管理，在適宜的條件下具有較大的經濟和社會效益。但是在實際應用中還是存在不少的問題。

6.1工藝設計中應注意的問題[4]

6.1.1 污泥負荷與停留時間

BIOLAK工藝在國外(尤其是在美國)的應用中污泥負荷極低，曝氣池的停留時間一般都在20h以上，有的甚至達到6d以上(稱為流通池)。污泥負荷過低，必然導致占地面積增大，過高則處理效果不佳。在國內污泥負荷的取值可以參照延時曝氣法確定，這樣就可使停留時間控制在20h以內。

6.1.2 結構設計

BIOLAK系統造價較低的主要原因在于懸浮式曝氣器(BIOLAK-Friox)的使用，移動的曝氣方式使得曝氣池中不會發生明顯的氣體侵蝕現象，這樣整個曝氣池便可以采用土池防滲結構建造，從而大大節省了土建投資。防滲層根據地質條件的不同采用了不同規格的HDPE膜片(在垃圾填埋場被廣泛使用)，但是這樣的結構有兩點不足：一是與混凝土或管道接口處的處理比較麻煩，且不均勻沉降和由溫度變化引起的伸縮都有可能造成膜片撕裂；二是在地下水位比較高的情況下，當放空檢修時地下水會把防滲層不均勻頂起，將影響構筑物的繼續正常使用。根據近幾年的經驗，對于中、小型污水處理廠而言，采用土池加HDPE的結構是可靠的，大型污水處理廠采用混凝土結構則更為安全合理。

6.1.3 沉淀池池型

BIOLAK系統雖然停留時間相對較長，但是占地面積相對于其他工藝并不多，這主要是因為它對構筑物平面形狀的要求不嚴格，而且采用了數池合建的方式(沉淀池兩側池壁與曝氣池、穩定池共用)。應該說這樣的布置十分簡潔，建造也十分方便，對于小型市政污水處理廠尤其適用。由于沉淀池為長邊進水、長邊出水，容易造成有效水流距離不足，致使出水中懸浮物含量升高。因此，在設計中也可采用其他形式的沉淀池，具體情況視進水水質情況和對出水指標的要求而定。

6.1.4 穩定池

歐盟國家污水處理廠的出水指標包含對溶解氧濃度的要求，因此需設置穩定池。而在中國，加設穩定池的作用主要在于彌補沉淀效果的不足。穩定池一般分為曝氣段和沉淀段，其主要作用在于調節水中的溶解氧含量和進一步沉淀。一般來說，要求出水水質達到GB8978—96一級標準的污水處理廠應設穩定池，而出水水質需達到二級標準的污水處理廠可不設穩定池。

6.1.5 污泥處理系統

BIOLAK工藝屬于延時曝氣工藝范疇，污泥齡較長，因此剩余污泥量較少且穩定(在歐洲很多小型污水處理廠僅設污泥貯池而不設污泥脫水機房)。污泥貯池的容積一般按照30－45 d剩余污泥量考慮。但是污泥貯池容積較大，占地大且污染環境。對于有除磷要求的污水處理廠污泥，長時間停留還會造成磷的釋放，影響除磷效果。因此，大、中型或有除磷要求的污水處理廠單純采用污泥貯池進行污泥干化處理顯然是不合適的，可以采用小型污泥貯池加機械脫水或沿用傳統的濃縮池加機械脫水的處理方式。應當說明的是，由于小城鎮污水處理廠距離農村比較近，采用貯池干化后的污泥經消毒和檢測后可直接農用，簡單、經濟，值得大力推廣。

6.2 工藝運行中活性污泥膨脹的問題

活性污泥法治理廢水，具有處理出水水質好，工藝比較穩妥可靠的優點。但污泥膨脹問題是在運行管理中一直困擾人們的難題之一。目前，雖然對污泥膨脹的成因及其控制措施已有較多的研究，但由于引起污泥膨脹的原因是多方面的，而這些因素又是相互影響、相互聯系、相互制約的，所以至今仍未徹底解決此問題。同樣，BIOLAK污水處理系統也存在污泥膨脹現象。

BIOLAK處理系統發生污泥膨脹。其現象是有較多細碎污泥絮體的高粘性泡沫彌漫于池面，整個曝氣階段都沒有衰減，污泥沉降性能變差，SVI（污泥體積指數）高達400 mL/g以上，二沉池有細小污泥不斷外漂，出水渾濁，水質變差。在顯微鏡下觀察，污泥解絮，細碎的污泥絮體散落各處，有較多的草履蟲和豆形蟲等原生動物散落其中。

資料表明，當進水pH值在6.0－8.0；曝氣池的DO值在2.0 mg/L以上；進水COD濃度在800－1200 ｍg/L，亦不可能造成負荷沖擊。鏡檢沒有發現絲狀菌，污泥內部也沒有缺氧跡象，即解體的污泥絮體呈黃褐色（中心無缺氧變黑的區域），輪蟲和鐘蟲等后生動物活躍，說明溶解氧的傳遞和滲透性良好，不存在微觀狀態中的缺氧。

上述因素不是引起污泥膨脹的主要原因，這種沒有大量的絲狀菌存在的活性污泥的膨脹稱為非絲狀菌污泥膨脹。這種膨脹是由于在活性污泥菌體外積蓄高粘性多糖類物質而形成的。對高粘性膨脹的研究，在一些專業書籍中只是作了簡單的討論，未能得到更多的啟示。該污水處理系統是如何發生高粘性膨脹呢？蔗渣漿廢水中，磷的平均含量為1.50mg/L，氨氮含量未檢出。若進水BOD5波動范圍較大，則可按照生化系數CODcr近似計算BIOLAK。投加氮、磷的比例是BOD：N：P=100：5：1。在連續進水，連續投加氮、磷的過程中，由于無法及時掌握BOD5的波動數值，是造成整個生化系統缺乏氮、磷狀態下運行的原因之一。所使用化肥含氮、磷量的準確含量及其溶解性能，是造成高粘度膨脹的原因之二。另外，在夏季的7月，氣溫很高，進水溫度達到了35－41℃。據有關經驗介紹，在高溫情況下，也可能發生非絲狀菌污泥膨脹。這是因為，廢水中含糖類碳水化合物較多時，微生物在代謝過程中來不及將有機物完全氧化消耗，而以多糖類高粘性物質貯存起來，并形成菌體外高粘性物質覆蓋和積累，從而導致了污泥的高粘性膨脹。而蔗渣漿廢水中含纖維素、糖類較多，易造成高粘性膨脹，進水溫度高是原因之三。

根據以上分析，我們可以采取以下措施來預防產生污泥膨脹：

首先為保證出水效果，通過投加絮凝劑來提高污泥的壓密性以改善污泥沉降性能。調整混合液中營養物質平衡，即保證BOD：N：P=100：5：1的要求，通過測定出水的氮、磷含量（控制在1.0－2.0 mg/L），確保水中的營養鹽充足。利用噴水槍噴灑清水到曝氣池進行消泡降溫。加大回流污泥量，通過這一措施，高粘性膨脹的致因物質，即多糖類物質降低了，高粘性膨脹得到抑制。同時根據對每日的SV（污泥沉降比）測定來確定剩余污泥排放量，以使曝氣池內污泥濃度保持相對穩定。

7 結論

7.1 總結

從BIOLAK廢水處理工藝的特點可以看出，該工藝在對城市污水和工業廢水的處理上有以下優勢：

(1) 即使對于小型工廠也有高的處理水平；

(2) 由于是多級系統使得處理效果更為可靠；

(3) 它良好的緩沖能力可以較好的適應水力及污染物的波動；

(4) 一體化的建造設計可降低其經濟投入和減少占地面積；

(5) 地池的可變容積能適應水力負荷的波動；

(6) 同時它的地盆式建造使整個流程不高于地面，與周圍環境和諧統一。

7.2 建議

根據BIOLAK工藝的特點，建議單組構筑物處理量<2×104m3/d的污水處理廠采用該工藝的不同組合形式和土池防滲結構；單組構筑物處理量在(2-5)×104 m3/d的污水處理廠可采用經過改良的BIOLAK工藝(如沉淀池采用分建輻流形式，污泥采用濃縮池加機械脫水方式等)，結構則可根據當地地質條件選用土池防滲結構或鋼筋混凝土結構；單組構筑物處理量>5×104 m3/d的污水處理廠不宜采用BIOLAK工藝，但可以選用懸浮式曝氣器作為傳統微孔曝氣器的替代產品。

7.3 個人感想

寫了這么多了，就在最后談談自己的一點感想吧。我個人覺得，BIOLAK工藝是基于土建投資少、占地面積大、自動化程度高等條件的處理工藝。誠然，BIOLAK是一項技術先進、工藝成熟、設備新穎而且技術經濟性較佳的污水處理技術，尤其適合于中小城鎮污水及造紙等工業廢水的集中處理，為當前我國城鎮污水處理工藝的篩選提供了一種新的選擇。但是，國外先進的技術如果一味地照搬照套，不顧我國的基本國情，往往并不能發揮其最佳的技術經濟效益。例如網上有關資料表明，招遠污水處理廠采用BIOLAK工藝，在運行中發現了不少問題，究其根本原因，并非BIOLAK存在明顯的技術缺陷，而是在于我國的國情與國外存在一定的差異，比如：我國絕大多數的城鎮污水排放仍采用雨污合流形式，污水中泥砂量較大；工業廢水在總污水量中所占的比重較大，污水性質復雜；我國對排放出水的溶解氧沒有硬性的規定等等，這些因素對BIOLAK的運行和效果或多或少造成了一些不良影響。另外，防滲采用HDPE，池子的整體性差，抗震不好；地下水水位高于池底時無法抗浮，不能用BIOLAK；當地的地質條件，BIOLAK的壩體最好使用粘土，沙土不適合；BIOLAK專利設備很貴，投資未必少。如果能結合我國基本國情、結合工程實際情況，因地制宜，實事求是地對BIOLAK技術進行消化吸收，取長補短，加以改進完善，并實現關鍵設備的國產化，那么，必將使其技術經濟優勢得以充分發揮，其應用和推廣的前景將更加廣闊。

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