BIOLAK工艺在城市污水处理中的应用

BIOLAK工艺在城市污水处理中的应用1概论当前城市建设和发展中存在的突出问题是水体污染严重，水资源紧缺。污染型的缺水现状，制约着城镇规模建设与工农业发展。据统计，目前我国532条河流已有82%受到不同程度的污染，流经全国42个大城市的44条河流，已有93%受到污染，其中污染较重的占79%。全国的668多座城市中，仅有123个城市有307座不同处理等级的城市污水处理厂，其中城市污水二级处理率10%左右。全国日排污水量1.56亿立方米，其中达到国家一级排放标准的处理率不20％。全国2200座县城与21700个建制镇的生活污水及类似水质的污水处理率近于10％。据估计，我国每年因水污染所造成的经济损失已达4000亿元[1]。日益严重的水环境污染，不仅影响到工农业的继续发展，而且影响到人们的身体健康及生存环境。可见，城市污水处理问题已刻不容缓，急待解决。城市污水处理厂是城市建设的主要组成部分，是用来处理城市污水不可缺少的市政设施。目前城市污水处理主要采取好氧生物法技术，由于这些处理工艺技术及其设备普遍存在投资高、处理成本高、管理要求高、产泥量多的问题，巨额工程投资使我国污水处理事业步履维艰，导致污水厂“建得起，用不起”。因此国家迫切需要经济适用的“三低一少”（投资低、运行费低、管理要求低、废泥量少）的城镇污水处理新技术[2]。本文所介绍的BIOLAK工艺就是一种高效低耗技术。BIOLAK系统是一种多级的常常还是多渠道的废水处理系统。它是德国VNO冯．诺顿西工程技术有限公司公司从七十年代起借助6项研究项目吸取了氧化塘工艺的低成本和活性污泥工艺的高效率，由氧化塘工艺逐渐系统发展起来的，它采用低负荷活性泥工艺，通过创造各类特种微生物的良好生长环境使其高效地降解有机物（COD、BOD），并通过波浪式氧化工艺对氮和磷进行高效去除。具有占地紧凑，工艺稳定，投资低廉，维护简单，运行费用低等特点[3]。工业用BIOLAK废水处理系统大方合理的设计及多极处理的方式，使BIOLAK系统能解决最疑难的废水处理问题。虽然城乡废水较易处理，但有可能出现水力学问题，尤其是在雨水高峰期。城乡用BIOLAK废水处理系统采用其漂浮在水面的分流装置及其水力学缓冲，有效地解决了此问题。通过整体缓冲系统避免或减轻了雨水滞留的总是，因此由于雨水及工业排水造成的水力学冲击能得到有效地缓冲。2BIOLAK废水处理工艺2.1工艺简介BIOLAK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-Friox(悬浮式曝气器)，并取得了成功。1984年，德国夏萨克森州的Algormissen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[4]。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)。2.2工艺原理[5]BIOLAK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，池体采用世界上先进的防渗膜(HDPE)。采用高效率的底部微孔曝气头，移动式曝气链，进一步提高氧气的传送效率。BIOLAK处理系统的原理图见1。BIOLAK处理系统主要分5级。第1级采用转速可调的组合筛选装置，把粗物及沙粒从废水中分离出来，浓缩处理。第2级通过移动性通气处理使污泥处于活动状态，且含氧量稳定。并在一个容量大小可变的反应区内进行生物性净化处理以清除磷。第3级废水的再次处理，时还进行沉淀处理，即所谓的保险级。第4级树根区及砂砾构成的过滤层。第5级再进一步的处理以达到最高的净化度。图1BIOLAK污水处理流程S—细筛；P—压制：FO—溢流浮子；SP—泥饼；J—悬浮气浮键；RS—回流污泥；ES—剩余污泥；SW—过量水；D—输送器；SD—污泥干燥为了加强生物去磷作用，在第2级前加入了生物去磷区。这样即使要求的净化度低于1mg磷/L，也只需要在1a中短时间内加入凝聚物。一般情况下，如果要求的净化度低于1mg磷/L，需要采用凝聚剂。在第2级中通气链的轮换作用及BIOLAK池特有的水力学特性相结合，能产生至少20次氮的硝化及脱氮反应。通过这种反复过程，达到了最好的除氮效果。2.2.1曝气系统[6]BIOLAK曝气系统的结构如下图2所示，曝气头悬挂在浮链上，停留在水深4－5m处，气泡在其表面逸出时，直径约为50μm。如此微小的气泡意味着氧气接触面积的增大和氧气传送效率的提高。BIOLAK工艺采用的浮动曝气、移动性通气链是BIOLAK通气系统的核心部分，它能有效地作用于大池的各个部位，并且供氧费用低。浮动式曝气链使所产生的气泡在水中的停留时间(11s)是传统固定曝气方式在水中停留时间的3倍。其曝气链的运动过程见下图3所示。2.2.2悬浮溢流系统[6]在废水的处理过程中，存在水力波动的问题特别是出现在降雨高峰区，BIOLAK废水处理工艺通过水力缓冲和悬浮及溢流系统有效的解决了这一问题。悬浮溢流采用可浮动的溢流浮子，能使水力缓冲体积达到总体积的10%，悬浮溢流系统见下图4所示。图4悬浮溢流系统2.3工艺参数[4]根据德国ATV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项目取值污泥负荷率[kgBOD/（kgMLSS·d）]0.05－0.2DMS（mg/L）2000－4000污泥容积指数(mg/L)50－80污泥回流比（％）50－150回流污泥浓度(mg/L)8000－12000注：DMS为曝气池进水与回流污泥之混合液的悬浮物平均浓度。3BIOLAK工艺流程3.1BIOLAK工艺流程[6]污水在首先经过预处理和一级处理去除大的漂浮物后，出水先进入混合池，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，处理后的污水，经沉淀池沉淀后达标排放。BIOLAK反应池产生的剩余污泥用污泥泵送入污泥浓缩池，污泥浓缩池产生的上清液自流入BIOLAK反应池的混合区。BIOLAK反应池需要的氧气由风机供给，预处理设施产生的机械杂物外运填埋处置，产生的剩余污泥外运用作农肥。BIOLAK工艺流程图如下所示：3.2工艺流程说明(1)污水的预处理[7]来自城市排水截流干管的污水首先进入经过粗格栅去除大的漂浮物，然后自流入集水池。污水经立式污水泵提升至细格栅，细格栅的作用是拦截污水中较大的飘浮物和颗粒粗杂质等，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，污水与回流污泥一起进入曝气池前端的混合池，在搅拌的作用下充分混合后，再进入曝气区。在混合区里，借助于搅拌作用，进水与回流污泥进行充分混合。除了起混合作用外，污水在混合区的缺氧环境下，可能发生部分水解酸化反应，提高废水的可生化性，减轻后续曝气区的负担，从而减轻动力消耗和曝气区的体积。混合区与好氧处理区的延时曝气相配合，对污水的脱氮脱磷可起到一定的作用。(3)曝气池在曝气池中，微生物群体聚居在呈悬浮状的活性污泥上，与进入曝气池的污水广泛接触。鼓风机通过在曝气池底浮动的空气扩散装置，以微小气泡的形式向池中提供空气。在曝气装置的搅动作用下，污水与活性污泥更好地混合，微生物将污水中的有机物降解。(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。沉淀池中的上清液经溢流堰流出，达标后排放。沉淀下来的污泥大部分由污泥泵输送回到曝气池，极少量的剩余污泥排入污泥池浓缩、贮存、待运。(5)污泥处理BIOLAK工艺的污泥产率很低。由于微生物在曝气池中长期处于内源呼吸期，只产生少量容易脱水的、无臭且较为稳定的污泥，不需要再进行厌氧消化处理。由于污泥量很少，从经济上考虑可不采用污泥机械脱水系统。污水处理厂周围就是农田，莱山区水资源又相对缺乏，含水量很高的污泥可直接作为农业肥料，不需再浇水稀释。剩余污泥泵将少量的剩余污泥排入污泥池。污泥在池中沉淀、浓缩后，上清液排回至曝气池。浓缩的污泥贮存一定时间后，用罐车运出作为肥料。4BIOLAK工艺特点BIOLAK工艺是一种具有除磷脱氮功能的多级活性污泥污水处理系统。它是由最初采用天然土池作反应池而发展起来的污水处理系统。自1972年以来，经多年研究形成了采用土池结构、利用浮在水面的移动式曝气链、底部挂有微孔曝气头的一种具有一定特色的活性污泥处理系统。由于采用土池而大大减少了建设投资，采用曝气链曝气系统进一步强化了氧的转移效率，并减少运行费用，大大提高了处理效果。工艺设计简捷，不需复杂的管理，在适宜的条件下具有较大的经济和社会效益。它具有一下8个特点，现在分别叙述如下。4.1低负荷活性污泥工艺[8,9]与废水中的污染水平比较，BIOLAK系统里利用了大量的微生物即活性污泥来净化污水。BIOLAK工艺污泥回流量大，污泥浓度较高，生物量大，相对曝气时间较长，所以污泥负荷较低。由于微生物把污染物作为养料来吸收，废水中的污染物被相对极大量的微生物吸收（分解）殆尽，所以出水非常干净。一般的污水处理厂(污泥负荷高的工艺)，微生物仅分解最有营养的部分，相对来讲净化效率较低。污水的生物处理采用延时曝气工艺有以下优点同氧化沟工艺。具有可不设初沉池；耐进水负荷冲击能力强；剩余污泥量小，不需消化处理和污泥矿化程度高，无嗅味以及由于泥龄长，有利于硝化菌的繁殖，可起到一定的脱氮作用。龙田污水厂BOD5污泥负荷率为0.057kgBOD/(kgMLSS·d)，污泥浓度为4000mg/L，污泥龄为29d，所以剩余污泥量很少。4.2曝气池采用土池结构[8]根据国家环保局1992年《工业废水处理设施的调查与研究》，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池。而龙田污水厂土建工程造价500万元，仅占总投资的20%。大的钢筋混凝土池不仅价格昂贵，而且施工难度大。但对于许多种曝气工艺来讲，都不考虑采用土池，因为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头是十分困难的。为了减少投资，BIOLAK技术在研究土池结构的曝气池上做了大量工作，首先是使用HDPE防渗膜隔绝污水和地下水，其次是悬挂在浮管上的微孔曝气头避免了在池底池壁穿孔安装。这种敷设HDPE防渗膜的土池不仅易于开挖、投资低廉，而且完全能满足污水处理池功能上的要求，并能因地制宜，极好地适应现场的地形，在某些特殊的地质条件下，如地震多发地区、土质疏松地区，其优点得到更充分的体现。敷设HDPE防渗膜的土池使用寿命远远超过钢筋混凝土池。4.3高效的曝气系统[9]BIOLAK曝气装置为微孔曝气形式，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。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，在曝气的情况下运动连续不断。它们象波浪一样地变化，在反应池中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阶段变化，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好得多。更重要的是它利用分段曝气，可以节省能耗，同时混合好，当负荷变化时，其优点特别明显。通过这样的波浪式曝气，可以减少池中生物性磷。很多百乐克污水处理厂的磷的去除率都可达到80－90％。与传统曝气装置相