生物倍增工艺(Bio-dopp)是德国发明的一种新颖污水处理工艺,其将所有单一工艺(生物硝化、反硝化,释磷、吸磷,有机物氧化、沉淀等多个单元)组合在一个相邻分隔有几个不同处理单元的矩形池中,并且采用低溶解氧(通常0.3~0.5毫克/升)实现纵向短程硝化/反硝化脱氮,高污泥浓度(通常5~8克/升)确保处理高效持续稳定(低溶氧及高污泥浓度是其工艺二大特色)。较相关的水处理工艺具有:操作简单,低溶氧下高效生物脱氮和良好除磷效果,同池实现同步及短程硝化/反硝化脱氮,运行高效、持续,出水稳定,低污泥产出,剩余污泥可比传统工艺少40-60%,维护工作量小,占地面积小,使用长方形水池节约了大量土地,污水处理厂只需一个常规工艺污水处理厂一半面积,并大减少了管道投资省,投资与运行成本低,投资、运行成本大致可减少一半左右。因而在污水处理中得到重视和推广。
截至2010年6月,相关的生物倍增工艺,处理池平面布置基本结构如图1,在一个矩形池内,相邻分隔出曝气好氧区3、空气提升区2、进水混合厌氧反应区1(释磷区),内置泥水分离填料8及刮/吸泥机9的沉淀区4。处理水进入进水混合厌氧反应区1,与原得到初步处理的泥水混合物稀释混合,并在其内进行厌氧释磷处理,然后通过底部连通进入气提区2,由气提装置提升进入设有曝气软管的曝气好氧区3,在曝气好氧区进行好氧处理,再经沉淀区4进入进水混合厌氧反应区,形成单一处理循环。沉淀池污泥部分通过底部连通进水混合厌氧反应区补充,其余由刮/吸泥机排出。然而在实际工程运行中,由于工艺处理池布局上的缺陷,使得实际运行难以达到要求的低溶氧(例如0.3~0.5毫克/升)、高活性污泥(例如5~8克/升)运行的理想状态,因而实际工程运行难以达到设计效果,原因:
在处理单一循环中,泥水混合及流动主要依靠底部曝气软管及气提产生的水动力,低溶解氧曝气和高污泥浓度矛盾难以协调,例如满足低溶解氧,曝气产生动力低,高含量污泥极易发生污泥沉淀,不仅造成运行污泥浓度降低,影响处理效果,而且污泥沉降还影响底部曝气设备正常运行;为防止污泥沉降,加大曝气量,又因溶氧过大又难以实现处理高效的短程硝化/反硝化,实际工程中溶解氧通常达到2毫克/升左右,导致短程硝化/反硝化效果达不到设计要求,造成脱氮效率不高,容易出现出水氮不达标。其次,泥水混合循环流动力主要依靠气提形成的液位差,流速相对较低加之处理水循环流距离较长,也限制了污泥浓度提高,难以实现生物倍增要求的高污泥浓度。污泥浓度降低又反过来影响短程硝化/反硝化,同时仅靠气提产生液位差提供的循环动力,以及循环液通过沉淀池,造成混合液循环量小,回流比可调性差,抗负荷冲击及曝雨冲击能力差,例如在进水水质异常或暴雨时,不能保持稳定的污泥活性及浓度。再就是,沉淀区与曝气好氧区相邻并列布置,沉淀区承担循环过流,不仅难以确保澄清所要求水流静态,影响澄清效果,而且容易出现环流死角产生流动泥水中污泥沉淀,也造成环流污水中污泥浓度降低;在遇暴雨进水量突然增大,又容易造成大流量进水引起污泥流失,同样造成雨后环流污泥浓度降低,如果关闭气提,虽然可以减少污泥流失,但又会造成因缺乏污泥更新循环,使得维持微生物代谢所需营养不够,造成微生物代谢营养不足而产生微生物无营养源“饥饿死亡”,造成雨后系统恢复时间较长,影响正常出水,因此抗暴雨冲击能力差。此外,此池型处理单元布局,处理过程泥水混合物只有一种循环,各池呈串联运行,形成封闭单一循环,这样任何一池检修,均影响其他池的运行。前述由于处理池结构带来的缺陷,严重影响生物倍增工艺应有优势和处理效果,导致实际工程运行难以达到设计效果,限制了生物倍增工艺优势的发挥。
再就是,生物倍增工艺中低的溶解氧,对于氨氮含量较低的废水,能够处理达标并节省能耗,但当处理污水氨氮(NH3-N)浓度较高,例如制革废水、酒精废水等(NH3-N≥100毫克/升),低溶解氧会导致好氧区供氧不足很难实现氮氮的完全氧化,影响氨氮的去除效果,因此限制了其在高氨氮废水中的应用,造成工艺的局限性。
中国专利CN101602541生物污水处理工艺及装置,其处理池型仍然同典型的生物倍增,其上述由池型结构带来的缺点仍然没有得到克服。
上述不足仍有值得改进的地方。