百乐克工艺在城市污水处理中的应用
因水环境污染日益严重而造成的水资源紧缺是当前城市建设发展中存在的突出问题，而目前的污染型缺水现状又制约着城市进一步发展。
据统计，目前我国已有的532 条河流中被不同程度污染了的占到87%，其中44 条流经我国42个大城市的河流中受到污染高达93%，污染较重的达到79%。但与此形成鲜明对比的是全国668 座城市中，仅有173个城市中有407 座不同处理等级的城市污水处理厂，得到处理的城市污水仅占17%左右；全国2 200 座县城与21 700个建制镇的城市生活污水处理率近10％。日益严重的水环境污染，不仅影响到城市持续发展，而且必将影响到人们自身的健康及生存环境。综上所述，城市污水处理问题已刻不容缓并亟待解决。
作为城市污水处理必不可少的市政设施—污水处理厂，是城市发展的重要组成部分，目前污水处理工艺常用的是好氧生物法处理技术，由于此类处理工艺在技术及设备方面普遍存在投资高、运行费高、自动化程度高、产泥量多等问题，使我国污水处理事业步履维艰，多数城市尤其是中小城镇的生活污水处理厂存在“建得起，用不起”的尴尬局面。因此迫切需要一种经济适用的“三低一少”的城镇污水处理工艺（投资低、运行费低、管理要求低、产泥量少），而百乐克正符合这一要求。
百乐克工艺是德国VNO 冯·诺顿西工程技术有限公司从20 世纪70 年代起借助五项研究项目，在吸取氧化塘处理工艺低处理成本和活性污泥工艺高效率处理效果的优点下，由氧化塘工艺逐渐系统发展起来的。它采用的是低负荷活性泥工艺，创造各类特种微生物良好生长环境并使其高效地降解有机物（如：COD、BOD），同时利用波浪式氧化工艺对氮和磷进行高效去除。该工艺具有占地紧凑，工艺稳定，投资低廉，维护简单，运行费用低等优点。
1 百乐克城市污水处理工艺
（1）百乐克工艺历史
百乐克工艺自1977 年德国纽伦堡的St ． Wolfang 污水处理厂尝试在土池中使用BIOLAK-Friox (悬浮式曝气器)工艺技术处理城市生活污水以来，取得了较好的处理效果；1984 年，德国夏萨克森州的Algormissen 污水处理厂在此基础上开发了具有硝化和反硝化过程的工艺系统：BIOLAK-R 工艺；1991 年又将除磷技术应用到此污水处理工艺中，开发了BIOLAK-L 工艺。
至此，百乐克工艺发展成为具有结构紧凑、处理效果良好并可以实现同步脱氮除磷功能的综合活性污泥处理工艺。
（2）百乐克工艺组成
常规的百乐克系统由厌氧区、好氧区、沉淀区以及包含二次曝气的稳定区等四部分组成(可合建，但沉淀区和稳定区因设备安装需要易采用混凝土结构)。
百乐克工艺采用地下曝气结构(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，池体采用防渗膜(HDPE)；工艺采用高效率的底部微孔曝气头，移动式曝气链，可以进一步提高氧气的传送效率。
（3）百乐克工艺设计参数
根据《德国ATV 标准：ATV-DVWK-A 131E》并参考国内外已建成的百乐克工艺污水处理厂的运行情况，设计参数如表1。
表1 设计参数
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2 百乐克工艺特点
百乐克工艺是自1977 年以来，经无数学者多年研究形成的一种采用土池结构（也可是钢筋混凝土结构）、利用浮在水面上的移动式曝气链及其底部挂有的微孔曝气头进行充氧曝气的一种具有同步脱氮除磷功能的多级活性污泥处理工艺。
（1）低负荷活性污泥处理工艺
百乐克工艺具有污泥回流量大，污泥浓度较高，生物量大，相对曝气时间较长特点。百乐克处理类似于氧化沟工艺，具有可不设初沉池；耐进水负荷冲击能力强；剩余污泥量小，污泥可不经过硝化浓缩处理即直接进行脱水；由于泥龄长，有利于硝化菌的繁殖，可起到一定的脱氮作用。
九台市污水厂BOD5 污泥负荷率为0.1 kgBOD/(kg MLSS·d)，污泥浓度为4 000 mg/L，污泥龄为30 d，所以剩余污泥量很少。
（2）池子结构
根据以往工程统计，我国工业废水处理设施资金的54%用于土建工程设施，而只有36%用于设备，造成这种投资分配格局的主要原因是工艺池大都采用价格昂贵的钢筋混凝土材料，不仅价格昂贵，而且施工难度大、周期长。而不考虑采用土池，主要由于土池会造成地下水的侵蚀，同时也由于在土池基础上安装曝气设备十分困难等等。
百乐克工艺克服了这种困难，首先是使用HDPE 防渗膜隔绝污水和地下水，池子易于开挖、投资低廉，而且完全能满足反应池功能上的要求，并易于因地制宜，极好地适应不同场地的需要；其次是悬挂在浮管上的微孔曝气头避免了在池底和池壁穿孔安装的可能。
（3）高效曝气系统
曝气装置采用移动式微孔曝气形式，改变了传统曝气系统的固定模式，曝气器由浮管牵引，悬挂在池中，曝气器与布气管间用软管连接，两侧采用地脚螺栓方式固定在池周边。
通气时，曝气器由于受力不均在水中产生运动，当曝气器偏离浮管垂直轴时，气泡浮至水面并在浮管一侧爆裂，从而对浮管产生反向推动力使浮管运动，浮管又反过来带动曝气器运动，因此实现连续运动，正是这种波浪一样地变化，在曝气区形成耗氧区和厌氧区，随着耗氧的硝化反应和厌氧的反硝化反应的交替变化，污水中的氮可以被去除得非常彻底。
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；同时在一般情况下，即使氧的浓度很低时系统也能运行，同传统的方法相比，这样工艺的氧化效果更多。更重要的是它利用分段曝气，可以节省能耗，当负荷变化时，其适应性强的优点特别明显。
（4）污泥处理
工艺采用了大量的回流污泥，污水中所含有机物已被很好地分解，剩余污泥数量很少。由于剩余污泥是完全稳定的，它同传统工艺相比污泥更容易处理，节省了相应的消化、浓缩费用。
（5）沉淀区
好氧区产生的污泥在沉淀区被分离，其中一部分通过污泥回流泵提升重新回到好氧区参与污水净化。
（6）稳定区
为保证负荷变化时出水质量，设置一个相对独立的池以保证曝气后的出水稳定，根据国外运行经验（对于出水的含氧量有严格要求），在稳定区内设置曝气装置。
3 百乐克工艺流程
污水首先经过预处理去除大的漂浮物后，重力流入百乐克池，利用曝气充氧进行好氧处理，处理后污水经消毒达标后排放；产生的剩余污泥用污泥泵送入污泥脱水间进行脱水；百乐克池需氧量由罗茨风机供给。
工艺流程如图1 所示。
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图1 百乐克工艺流程
4 污水处理厂运行实例
九台市污水处理厂，2009 年10 月运行，处理水量3 万m3/d，构筑物分为平行2 组，单池尺寸：111.9 m×32.0 m×6.0 m，每组包括厌氧区、好氧区、沉淀区和稳定区四部分，厌氧区和好氧区采用土池+HDPE 防渗膜结构，设14×2 条曝气链，停留时间22.9 h。百乐克池自投入使用以来运转正常，处理效果良好(见表2)。
表2 九台市污水处理厂处理监测数值 mg/L
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5 存在问题与改进措施
通过几个月的运行，在实际应用中还是存在一些问题。
（1）污泥负荷与停留时间
百乐克工艺在国外(尤其是在美国)的应用中污泥负荷极低，反应池停留时间一般都在20 h 以上，有的甚至达到6 d 以上。污泥负荷过低，必然导致占地面积增大，过高负荷则处理效果不佳。
（2）结构设计
百乐克防渗层根据地质条件的不同采用了不同规格的HDPE 膜，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，影响构筑物的继续正常使用。根据经验，中、小型污水厂采用土池加HDPE 结构是可靠的，大型污水厂采用混凝土结构更安全合理。
（3）稳定池
百乐克在国外设计中多采用沉淀池后加稳定池的设计方案，主要考虑了国外对于处理后达标外排水中溶解氧的含量要求，而在中国缺少相关规范及检测要求。
6 结束语
从百乐克处理工艺的特点可以看出，该工艺在对城市污水处理上有以下优势：
(1) 无论大小规模的污水处理厂均可达到较好的处理效果；
(2) 采用多级系统，因此处理效果更稳定可靠；
(3) 具有较好的对雨水或突发性污水的适应能力；
(4) 一体化土池结构的设计有效的降低了工程投资和节省了占地面积。
参考文献:
[1] 文一波．发展适合中国国情的城市污水处理技术[J]．环境保护，1999,5:21-23.
[2] 王涛．BIOLAK 工艺及其在设计中应注意的问题[J]．中国给水排水，2003，19(10)：79-80．
[3] 曹向东，穆瑞林，胡国光,等．德国百乐卡(BIOLAK)工艺的设计和运行[J]．给水排水，2000，26(9)：6-8.
作者简介：许薇（1980-），女，工程师。
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