百樂克工藝在城市污水處理中的應用
因水環境污染日益嚴重而造成的水資源緊缺是當前城市建設發展中存在的突出問題，而目前的污染型缺水現狀又制約著城市進一步發展。
據統計，目前我國已有的532 條河流中被不同程度污染了的占到87%，其中44 條流經我國42個大城市的河流中受到污染高達93%，污染較重的達到79%。但與此形成鮮明對比的是全國668 座城市中，僅有173個城市中有407 座不同處理等級的城市污水處理廠，得到處理的城市污水僅占17%左右；全國2 200 座縣城與21 700個建制鎮的城市生活污水處理率近10％。日益嚴重的水環境污染，不僅影響到城市持續發展，而且必將影響到人們自身的健康及生存環境。綜上所述，城市污水處理問題已刻不容緩并亟待解決。
作為城市污水處理必不可少的市政設施—污水處理廠，是城市發展的重要組成部分，目前污水處理工藝常用的是好氧生物法處理技術，由于此類處理工藝在技術及設備方面普遍存在投資高、運行費高、自動化程度高、產泥量多等問題，使我國污水處理事業步履維艱，多數城市尤其是中小城鎮的生活污水處理廠存在“建得起，用不起”的尷尬局面。因此迫切需要一種經濟適用的“三低一少”的城鎮污水處理工藝（投資低、運行費低、管理要求低、產泥量少），而百樂克正符合這一要求。
百樂克工藝是德國VNO 馮·諾頓西工程技術有限公司從20 世紀70 年代起借助五項研究項目，在吸取氧化塘處理工藝低處理成本和活性污泥工藝高效率處理效果的優點下，由氧化塘工藝逐漸系統發展起來的。它采用的是低負荷活性泥工藝，創造各類特種微生物良好生長環境并使其高效地降解有機物（如：COD、BOD），同時利用波浪式氧化工藝對氮和磷進行高效去除。該工藝具有占地緊湊，工藝穩定，投資低廉，維護簡單，運行費用低等優點。
1 百樂克城市污水處理工藝
（1）百樂克工藝歷史
百樂克工藝自1977 年德國紐倫堡的St ． Wolfang 污水處理廠嘗試在土池中使用BIOLAK-Friox (懸浮式曝氣器)工藝技術處理城市生活污水以來，取得了較好的處理效果；1984 年，德國夏薩克森州的Algormissen 污水處理廠在此基礎上開發了具有硝化和反硝化過程的工藝系統：BIOLAK-R 工藝；1991 年又將除磷技術應用到此污水處理工藝中，開發了BIOLAK-L 工藝。
至此，百樂克工藝發展成為具有結構緊湊、處理效果良好并可以實現同步脫氮除磷功能的綜合活性污泥處理工藝。
（2）百樂克工藝組成
常規的百樂克系統由厭氧區、好氧區、沉淀區以及包含二次曝氣的穩定區等四部分組成(可合建，但沉淀區和穩定區因設備安裝需要易采用混凝土結構)。
百樂克工藝采用地下曝氣結構(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，池體采用防滲膜(HDPE)；工藝采用高效率的底部微孔曝氣頭，移動式曝氣鏈，可以進一步提高氧氣的傳送效率。
（3）百樂克工藝設計參數
根據《德國ATV 標準：ATV-DVWK-A 131E》并參考國內外已建成的百樂克工藝污水處理廠的運行情況，設計參數如表1。
表1 設計參數
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2 百樂克工藝特點
百樂克工藝是自1977 年以來，經無數學者多年研究形成的一種采用土池結構（也可是鋼筋混凝土結構）、利用浮在水面上的移動式曝氣鏈及其底部掛有的微孔曝氣頭進行充氧曝氣的一種具有同步脫氮除磷功能的多級活性污泥處理工藝。
（1）低負荷活性污泥處理工藝
百樂克工藝具有污泥回流量大，污泥濃度較高，生物量大，相對曝氣時間較長特點。百樂克處理類似于氧化溝工藝，具有可不設初沉池；耐進水負荷沖擊能力強；剩余污泥量小，污泥可不經過硝化濃縮處理即直接進行脫水；由于泥齡長，有利于硝化菌的繁殖，可起到一定的脫氮作用。
九臺市污水廠BOD5 污泥負荷率為0.1 kgBOD/(kg MLSS·d)，污泥濃度為4 000 mg/L，污泥齡為30 d，所以剩余污泥量很少。
（2）池子結構
根據以往工程統計，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材料，不僅價格昂貴，而且施工難度大、周期長。而不考慮采用土池，主要由于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設備十分困難等等。
百樂克工藝克服了這種困難，首先是使用HDPE 防滲膜隔絕污水和地下水，池子易于開挖、投資低廉，而且完全能滿足反應池功能上的要求，并易于因地制宜，極好地適應不同場地的需要；其次是懸掛在浮管上的微孔曝氣頭避免了在池底和池壁穿孔安裝的可能。
（3）高效曝氣系統
曝氣裝置采用移動式微孔曝氣形式，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，兩側采用地腳螺栓方式固定在池周邊。
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，因此實現連續運動，正是這種波浪一樣地變化，在曝氣區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交替變化，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更多。更重要的是它利用分段曝氣，可以節省能耗，當負荷變化時，其適應性強的優點特別明顯。
（4）污泥處理
工藝采用了大量的回流污泥，污水中所含有機物已被很好地分解，剩余污泥數量很少。由于剩余污泥是完全穩定的，它同傳統工藝相比污泥更容易處理，節省了相應的消化、濃縮費用。
（5）沉淀區
好氧區產生的污泥在沉淀區被分離，其中一部分通過污泥回流泵提升重新回到好氧區參與污水凈化。
（6）穩定區
為保證負荷變化時出水質量，設置一個相對獨立的池以保證曝氣后的出水穩定，根據國外運行經驗（對于出水的含氧量有嚴格要求），在穩定區內設置曝氣裝置。
3 百樂克工藝流程
污水首先經過預處理去除大的漂浮物后，重力流入百樂克池，利用曝氣充氧進行好氧處理，處理后污水經消毒達標后排放；產生的剩余污泥用污泥泵送入污泥脫水間進行脫水；百樂克池需氧量由羅茨風機供給。
工藝流程如圖1 所示。
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圖1 百樂克工藝流程
4 污水處理廠運行實例
九臺市污水處理廠，2009 年10 月運行，處理水量3 萬m3/d，構筑物分為平行2 組，單池尺寸：111.9 m×32.0 m×6.0 m，每組包括厭氧區、好氧區、沉淀區和穩定區四部分，厭氧區和好氧區采用土池+HDPE 防滲膜結構，設14×2 條曝氣鏈，停留時間22.9 h。百樂克池自投入使用以來運轉正常，處理效果良好(見表2)。
表2 九臺市污水處理廠處理監測數值 mg/L
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5 存在問題與改進措施
通過幾個月的運行，在實際應用中還是存在一些問題。
（1）污泥負荷與停留時間
百樂克工藝在國外(尤其是在美國)的應用中污泥負荷極低，反應池停留時間一般都在20 h 以上，有的甚至達到6 d 以上。污泥負荷過低，必然導致占地面積增大，過高負荷則處理效果不佳。
（2）結構設計
百樂克防滲層根據地質條件的不同采用了不同規格的HDPE 膜，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，影響構筑物的繼續正常使用。根據經驗，中、小型污水廠采用土池加HDPE 結構是可靠的，大型污水廠采用混凝土結構更安全合理。
（3）穩定池
百樂克在國外設計中多采用沉淀池后加穩定池的設計方案，主要考慮了國外對于處理后達標外排水中溶解氧的含量要求，而在中國缺少相關規范及檢測要求。
6 結束語
從百樂克處理工藝的特點可以看出，該工藝在對城市污水處理上有以下優勢：
(1) 無論大小規模的污水處理廠均可達到較好的處理效果；
(2) 采用多級系統，因此處理效果更穩定可靠；
(3) 具有較好的對雨水或突發性污水的適應能力；
(4) 一體化土池結構的設計有效的降低了工程投資和節省了占地面積。
參考文獻:
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作者簡介：許薇（1980-），女，工程師。
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