Biolak 工艺及其在设计中应注意的问题
摘 要: 介绍了 Biolak 工艺的产生背景和发展情况 ,给出了它的基本设计参数。从污泥负荷与停留时间、结构设计、沉淀池、稳定池和污泥处理等方面分析了该工艺存在的问题 ,最终提出了Biolak 工艺的适用范围。
关键词: Biolak工艺; 悬浮式曝气器; 污泥负荷; 结构形式; 污泥处理
1 工艺简介
Biolak 工艺(国内称之为百乐卡工艺或百乐克工艺) 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 - Frio x (悬浮式曝气器) ,并取得了成功。1984 年 ,德国夏萨克森州的 Algo rmissen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。
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) 。具体工艺流程见图 1 。
图 1 工艺流程
2 设计参数
根据德国 A TV 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。
表 1 常见工艺参数的取值
注 : D M S 为曝气池进水与回流污泥之混合液的悬浮物平均浓度。
3 设计中应注意的问题
311 污泥负荷与停留时间
Biolak 工艺在国外(尤其是在美国) 的应用中污泥负荷极低 , 曝气池的停留时间一般都在 20 h 以上 ,有的甚至达到 6 d 以上( 称为流通池) 。在国内污泥负荷的取值可以参照延时曝气法确定 ,这样就可使停留时间控制在 20 h 以内。
312 结构设计
Biolak 系统造价较低的主要原因在于悬浮式曝气器(Biolak - Frio x) 的使用 ,移动的曝气方式使得曝气池中不会发生明显的气体侵蚀现象 ,这样整个曝气池便可以采用土池防渗结构建造 ,从而大大节省了土建投资。防渗层根据地质条件的不同采用了不同规格的 HD P E 膜片 ( 在垃圾填埋场被广泛使用) ,但是这样的结构有两点不足: 一是与混凝土或管道接口处的处理比较麻烦 ,且不均匀沉降和由温度变化引起的伸缩都有可能造成膜片撕裂; 二是在地下水位比较高的情况下 ,当放空检修时地下水会把防渗层不均匀顶起 ,将影响构筑物的继续正常使用。根据近几年的经验 ,对于中、小型污水处理厂而言 ,采用土池加 HDPE 的结构是可靠的 , 大型污水处理厂采用混凝土结构则更为安全合理。
313 沉淀池池型
Biolak 系统虽然停留时间相对较长 , 但是占地面积相对于其他工艺并不多 ,这主要是因为它对构筑物平面形状的要求不严格 ,而且采用了数池合建的方式( 沉淀池两侧池壁与曝气池、稳定池共用) 。应该说这样的布置十分简洁 ,建造也十分方便 ,对于小型市政污水处理厂尤其适用。由于沉淀池为长边进水、长边出水 ,容易造成有效水流距离不足 ,致使出水中悬浮物含量升高。因此 ,在设计中也可采用其他形式的沉淀池 ,具体情况视进水水质情况和对出水指标的要求而定。
314 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 ,因此需设置稳定池。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。稳定池一般分为曝气段和沉淀段 ,其主要作用在于调节水中的溶解氧含量和进一步沉淀。一般来说 ,要求出水水质达到 GB 8978 —96 一级标准的污水处理厂应设稳定池 ,而出水水质需达到二级标准的污水处理厂可不设稳定池。
3 5 污泥处理系统
Biolak 工艺属于延时曝气工艺范畴 , 污泥龄较长 ,因此剩余污泥量较少且稳定(在欧洲很多小型污水处理厂仅设污泥贮池而不设污泥脱水机房) 。污泥贮池的容积一般按照 30～45 d 剩余污泥量考虑。但是污泥贮池容积较大 ,占地大且污染环境。对于有除磷要求的污水处理厂污泥 ,长时间停留还会造成磷的释放 ,影响除磷效果。因此 ,大、中型或有除磷要求的污水处理厂单纯采用污泥贮池进行污泥干化处理显然是不合适的 ,可以采用小型污泥贮池加机械脱水或沿用传统的浓缩池加机械脱水的处理方式。应当说明的是 ,由于小城镇污水处理厂距离农村比较近 ,采用贮池干化后的污泥经消毒和检测后可直接农用 ,简单、经济 ,值得大力推广。
4 工程范例
411 美国Franklin 污水处理厂1989 年 10 月投入运行 ,处理量为 1. 5 ×104 m3/ d ,构筑物分为平行的两组 , 每组包括曝气池、沉淀池、稳定池等三部分 ,曝气池和稳定池采用土池防渗结构。曝气池的停留时间为 48 h ,设 17 ×2 条曝气链。污泥经贮池干化后外运。自投入使用以来运转正常 ,处理效果良好(见表 2) 。
表 2 1996 年 2 月的运行数据 mg/ L
412 招远污水处理厂
1998 年开始建设 ,1999 年 10 月正式运行 ,处理规模为 2 ×104 m3 / d ,原水包括市政污水和部分工业废水。整个系统仅设一组构筑物: 污水在厂内先经粗格栅去除大的漂浮物后自流入集水井 ,再用泵提升至转鼓式格栅 ,然后依次流经除磷段(由推进器将进水和污泥混合) 、曝气段和澄清段 ,最后进入二次曝气段和稳定段进行曝气充氧稳定。曝气池和稳定池采用土池防渗结构 ,停留时间约为 20 h 。污泥处理采用污泥贮池加带式脱水机的方式。处理效果见表 3 。
表 3 招远污水处理厂的处理效果 mg/ L
5 工艺适用性的建议
根据 Biolak 工艺的特点 ,建议单组构筑物处理量 < 2 ×104 m3 / d 的污水处理厂采用该工艺的不同组合形式和土池防渗结构; 单组构筑物处理量在( 2～5) ×104 m3 / d 的污水处理厂可采用经过改良的Biolak 工艺(如沉淀池采用分建辐流形式 ,污泥采用浓缩池加机械脱水方式等) ,结构则可根据当地地质条件选用土池防渗结构或钢筋混凝土结构; 单组构筑物处理量 > 5 ×104 m3 / d 的污水处理厂不宜采用Biolak 工艺 ,但可以选用悬浮式曝气器作为传统微孔曝气器的替代产品。