本發明屬于環境保護廢水處理技術領域，特別涉及一種短程硝化與厭氧氨氧化結合的氨氮廢水生化脫氮處理裝置及工藝。
背景技術：
傳統生物脫氮是利用硝化細菌和反硝化細菌的硝化和反硝化作用來脫除廢水中的氨氮，硝化細菌通常分為兩類，一類是氨氧化細菌，另一類是亞硝酸氮氧化細菌，在好氧條件下氨氮首先被氨氧化細菌氧化成亞硝酸氮，接著亞硝酸鹽氧化菌將亞硝酸氮氧化成硝酸氮，此過程即為硝化過程。反硝化過程則在反硝化菌的作用下將硝酸氮轉化為氮氣。新型脫氮技術短程硝化是通過選擇性抑制亞硝酸氮氧化菌活性，將氨氮氧化控制為亞硝酸氮階段為止，不進行后續的亞硝酸氮氧化過程。厭氧氨氧化消耗氨氮和亞硝酸氮，反應產物主要為氮氣，整個過程無需碳源而且污泥產量低。由于短程硝化的產物亞硝酸氮是厭氧氨氧化菌的生長代謝基質，因此將短程硝化與厭氧氨氧化耦合，將會是廢水生化脫氮處理的新思路和技術開發導向。與傳統的硝化反硝化過程相比，短程硝化與厭氧氨氧化的結合不僅可節省曝氣量，而且無需碳源，污泥產量極低，占地面積少，是一種極為經濟高效的生物脫氮過程。
而短程硝化-厭氧氨氧化技術的關鍵是獲得持續穩定的亞硝酸氮積累作為厭氧氨氧化的進水基質。目前有關短程硝化的研究主要集中在利用活性污泥法對氨氮廢水的處理，已經進入工程化應用階段，如比利時gent實驗室開發的oland工藝，荷蘭delft大學開發的sharona工藝。但因亞硝酸氮的積累難持久穩定，亞硝酸氮短程硝化的大規模推廣應用仍受到極大的限制。在現有技術中，對于短程硝化存在著以下問題：通過控制高溫獲得短程硝化的能耗極高，而低溶解氧下活性污泥法容易發生污泥膨脹問題，且活性污泥法的停留時間較長，占地面積大。因而，開發出一種可高效穩定地實現氨氮廢水亞硝化，并與厭氧氨氧化工藝聯合起來的組合裝置，將為氨氮廢水的脫氮處理提供新的技術選擇。
技術實現要素：
為實現氨氮廢水的高效穩定亞硝化，促進廢水通過厭氧氨氧化反應的方式達到脫氮的目標，降低氨氮廢水處理過程中的運行成本，本發明保護了一種短程硝化與厭氧氨氧化結合的氨氮廢水生化脫氮處理裝置，該裝置由含有氨氮吸附功能填料的好氧反應床和厭氧氨氧化反應器組成，其中好氧反應床前置，厭氧氨氧化反應器后置。
本發明利用含有氨氮吸附功能填料的好氧反應床實現氨氮廢水的高效穩定亞硝化反應，得到可用于后續厭氧氨氧化反應的出水。出水進入厭氧氨氧化反應器后，發生厭氧氨氧化反應，達到去除廢水中氮元素的目的。
本發明解決了如何確保氨氮廢水高效穩定亞硝化的難題，并聯合厭氧氨氧化脫氮工藝實現經濟高效去除廢水中的氮元素，是各類氨氮廢水，如石化、化肥工業、印染工業、電路板行業和垃圾滲濾液等廢水脫氮處理的經濟有效方法。
本發明的目的通過下述技術方案實現：
一種短程硝化和厭氧氨氧化結合的氨氮廢水生化脫氮處理裝置，包括依次串聯的好氧反應裝置和厭氧氨氧化反應器，所述好氧反應裝置內部填充有附著好氧硝化生物膜的填料層，所述填料層的填料為能夠吸附氨氮的材料；所述好氧反應裝置的出水口與厭氧氨氧化反應器的進水口連接；所述好氧反應裝置的下端或底部設有曝氣裝置。
所述好氧反應裝置包括承托填料層的承托層；
所述好氧反應裝置包括進水口，所述的進水口設置在好氧反應裝置的下端；所述好氧反應裝置的出水口設置在好氧反應裝置一側的上端。
所述好氧反應裝置的進水口位于填料層的下方，所述出水口位于填料層的上方。
進水從好氧反應裝置的進水口進入依次經過承托層、填料層，然后從出水口流出排放。
所述填料層上附著的好氧硝化生物膜是通過以下方法得到：采用硝化污泥在填料層進行接種悶曝，其中污泥投加質量與反應器體積比為0.2～50g/l,反應器內溶解氧濃度為0.1～7.0mg/l,溫度為15～40℃下進行悶曝，悶曝時間為1～5天；然后連續進水培養，直至出水氨氮去除率超過90％，并且在連續進水培養的過程中控制反應器內溶解氧濃度為0.1～7.0mg/l,溫度為15～40℃。
所述填料為天然沸石、人工合成沸石或麥飯石中的一種或一種以上。
所述厭氧氨氧化反應器中厭氧氨氧化菌是以污泥的形式投加至反應器中，污泥的投加量為8000～15000mg/l。
所述厭氧氨氧化反應器，包括出水口、攪拌器，所述出水口設置在厭氧氨氧化反應器一側的上端。
所述厭氧氨氧化反應器的進水口設置在厭氧氨氧化反應器的下端或底部。
一種短程硝化和厭氧氨氧化結合的氨氮廢水生化脫氮處理工藝，包含以下具體步驟：
(1)好氧反應裝置進行短程硝化處理：氨氮廢水進入好氧反應裝置中，與附著硝化細菌生物膜的填料層接觸，在溶解氧條件下，廢水中氨氮與硝化細菌生物膜中氨氧化細菌進行亞硝化反應，出水，用于后續的厭氧氨氧化脫氮處理；所述亞硝化反應中水力停留時間為水力停留時間為1.0-20.0h，優選1～8h；
(2)厭氧氨氧化反應器進行厭氧氨氧化處理：在攪拌和厭氧的條件下，將經過短程硝化處理的廢水送至厭氧氨氧化反應器中，與厭氧氨氧化反應器中的厭氧氨氧化菌污泥接觸，廢水中的氨氮和亞硝酸氮與厭氧氨氧化菌發生厭氧氨氧化反應，出水，從而實現氨氮廢水生化脫氮處理；所述厭氧氨氧化反應中水力停留時間為8-24.0h，優選10～16h。
步驟(1)中所述廢水為氨氮廢水，氨氮廢水為各種類型的含氨氮廢水，如垃圾滲濾液原水或其經生化預處理后的出水、無機氨氮廢水或其他類型的氨氮廢水中的一種；
步驟(1)中所述廢水中氨氮濃度為100-1000mg/l；
步驟(1)中所述廢水的ph為7.0-9.0；
步驟(1)中所述廢水的水溫為15-40℃；
步驟(1)中所述填料為天然沸石、人工合成沸石或麥飯石中的一種或一種以上。
步驟(1)中所述填料層裝填高度為1.5-4.0m。
步驟(1)中所述溶解氧的濃度為0.1-7.0mg/l；
步驟(1)中所述出水中亞硝酸氮濃度遠大于硝酸鹽氮濃度，且亞硝酸氮濃度與氨氮濃度的質量比為1:2-2:1。出水中氨氮和亞硝酸氮濃度比例基本滿足厭氧氨氧化反應進水要求。
步驟(2)中所述廢水中的氨氮和亞硝酸氮與厭氧氨氧化菌發生厭氧氨氧化反應是指廢水中的氨氮和亞硝酸氮轉化為氮氣和硝酸鹽氮，硝酸鹽氮在出水中的濃度為10-70mg/l。
本發明原理為：在氨氮廢水進入裝置后，首先在好氧反應裝置中，利用具有氨氮吸附性能的填料對氨氮的吸附作用，大幅度的降低進水氨氮濃度對好氧反應床中亞硝化細菌為主的生物膜的沖擊負荷，隨后通過利用填料對氨氮吸附解吸保持游離氨濃度的平衡來有效抑制硝酸氮氧化菌的活性，促進氨氧化菌進行亞硝化反應和成為優勢的硝化菌種，從而實現高效穩定的出水中亞硝酸氮濃度積累；隨后，好氧反應裝置中含有亞硝酸氮和氨氮的出水進入后續的厭氧氨氧化反應器，在該反應器中進行厭氧氨氧化反應，實現高效經濟的脫氮處理，以達到廢水氮元素的去除。
與現有技術相比，本發明具有以下優點和有益效果：
(1)本發明首先實現高效穩定的氨氮廢水亞硝化反應和亞硝酸氮濃度的積累，隨后進行厭氧氨氧化反應達到廢水脫氮的目標，可減少硝化反應所需的曝氣量，降低能耗；同時通過厭氧氨氧化途徑達到脫氮目的，可節約有機碳源的消耗，進一步降低工藝運行成本；
(2)本發明操作相對簡易，所需設備占地面積小，所需設備較少，適用于各類氨氮廢水的脫氮處理。
附圖說明
圖1為本發明的短程硝化和厭氧氨氧化結合的氨氮廢水生化脫氮處理裝置的示意圖；其中，1-好氧反應裝置，2-厭氧氨氧化反應器，3-好氧反應裝置上進水口的進水方向，4-曝氣口的曝氣方向，5-填料層，6-承托層，7--攪拌器，8-厭氧氨氧化反應器上出水口的出水方向；好氧反應裝置與厭氧氨氧化反應器之間的箭頭方向表示的是廢水從好氧反應裝置的出水口出水，然后從厭氧氨氧化反應器的進水口進入厭氧氨氧化反應器中。
具體實施方式
下面結合實施例和附圖對本發明做進一步地詳細描述，但本發明的實施方式不限于此。
一種短程硝化和厭氧氨氧化結合的氨氮廢水生化脫氮處理裝置，包括依次串聯的好氧反應裝置1和厭氧氨氧化反應器2，所述好氧反應裝置內部填充有附著好氧硝化生物膜的填料層5，所述填料層的填料為能夠吸附氨氮的材料；所述好氧反應裝置的出水口與厭氧氨氧化反應器的進水口連接；所述好氧反應裝置的一側的下端設有曝氣口(曝氣方向4)。
所述好氧反應裝置包括承托填料層的承托層6，進水口3；所述的進水口設置在好氧反應裝置的下端；所述好氧反應裝置的出水口設置在好氧反應裝置一側的上端。所述好氧反應裝置的進水口位于填料層的下方，所述出水口位于填料層的上方。
所述填料層上附著的好氧硝化生物膜是通過以下方法得到：采用硝化污泥在填料層進行接種悶曝，其中污泥投加質量與反應器體積比為0.2～50g/l,反應器內溶解氧濃度為0.1～7.0mg/l，溫度為15～40℃下進行悶曝，悶曝時間為1～5天；然后連續進水培養，直至出水氨氮去除率超過90％，并且在連續進水培養的過程中控制反應器內溶解氧濃度為0.1～7.0mg/l，溫度為15～40℃。
所述厭氧氨氧化反應器中厭氧氨氧化菌是以污泥的形式投加至反應器中，污泥的投加量為8000～15000mg/l。
所述厭氧氨氧化反應器，包括出水口(出水方向8)、攪拌器7，所述出水口設置在厭氧氨氧化反應器一側的上端。
所述厭氧氨氧化反應器的進水口設置在厭氧氨氧化反應器的下端或底部。
實施例1
一種短程硝化和厭氧氨氧化結合的氨氮廢水生化脫氮處理工藝，包含以下具體步驟：
(1)好氧反應裝置進行短程硝化處理：氨氮廢水(氨氮濃度為197.2mg/l，ph為7.35，水溫為18.3℃)進入好氧反應裝置中，與附著硝化細菌生物膜的填料層(填料床層高度為2.0m)接觸，在溶解氧條件下(6.0-7.0mg/l)，廢水中氨氮與硝化細菌生物膜中氨氧化細菌進行亞硝化反應(水力停留時間為2h)，出水(氨氮濃度為72.7mg/l，亞硝酸氮濃度為125.3mg/l)，用于后續的厭氧氨氧化脫氮處理；
(2)厭氧氨氧化反應器進行厭氧氨氧化處理：在攪拌和厭氧的條件下，將經過短程硝化處理的廢水送至厭氧氨氧化反應器中，與厭氧氨氧化反應器中的厭氧氨氧化菌污泥接觸(污泥的濃度為8500mg/l)，廢水中的氨氮和亞硝酸氮與厭氧氨氧化菌發生厭氧氨氧化反應(水力停留時間為12h)，出水，從而實現氨氮廢水生化脫氮處理；出水中亞硝酸氮濃度為29.5mg/l，硝酸氮濃度為19.0mg/l，總氮去除率為75.4％。
所述填料層上附著的好氧硝化生物膜是通過以下方法得到：采用硝化污泥在填料層進行接種悶曝，其中污泥投加質量與反應器體積比為2g/l，反應器內溶解氧濃度為6～7.0mg/l，溫度為18.3℃下進行悶曝，悶曝時間為4天；然后連續進水培養，直至出水氨氮去除率超過90％，并且在連續進水培養的過程中控制反應器內溶解氧濃度為6.0～7.0mg/l，溫度為18.3℃。
實施例2
一種短程硝化和厭氧氨氧化結合的氨氮廢水生化脫氮處理工藝，包含以下具體步驟：
(1)好氧反應裝置進行短程硝化處理：氨氮廢水(氨氮濃度為574.2mg/l，ph為7.85，水溫為38.3℃)進入好氧反應裝置中，與附著硝化細菌生物膜的填料層(填料床層高度為3.0m)接觸，在溶解氧條件下(3.0-4.0mg/l)，廢水中氨氮與硝化細菌生物膜中氨氧化細菌進行亞硝化反應(水力停留時間為10h)，出水(氨氮濃度為250.3mg/l，亞硝酸氮濃度為324.5mg/l)，用于后續的厭氧氨氧化脫氮處理；
(2)厭氧氨氧化反應器進行厭氧氨氧化處理：在攪拌和厭氧的條件下，將經過短程硝化處理的廢水送至厭氧氨氧化反應器中，與厭氧氨氧化反應器中的厭氧氨氧化菌污泥接觸(污泥的濃度為12000mg/l)，廢水中的氨氮和亞硝酸氮與厭氧氨氧化菌發生厭氧氨氧化反應(水力停留時間為16h)，出水，從而實現氨氮廢水生化脫氮處理；出水中亞硝酸氮濃度為36.9mg/l，硝酸氮濃度為56.7mg/l，總氮去除率為78.1％。
所述填料層上附著的好氧硝化生物膜是通過以下方法得到：采用硝化污泥在填料層進行接種悶曝，其中污泥投加質量與反應器體積比為2g/l，反應器內溶解氧濃度為3～4.0mg/l，溫度為38.3℃下進行悶曝，悶曝時間為4天；然后連續進水培養，直至出水氨氮去除率超過90％，并且在連續進水培養的過程中控制反應器內溶解氧濃度為3.0～4.0mg/l，溫度為38.3℃。
實施例3
一種短程硝化和厭氧氨氧化結合的氨氮廢水生化脫氮處理工藝，包含以下具體步驟：
(1)好氧反應裝置進行短程硝化處理：氨氮廢水(氨氮濃度為361.9mg/l，ph為8.68，水溫為26.4℃)進入好氧反應裝置中，與附著硝化細菌生物膜的填料層(填料床層高度為1.5m)接觸，在溶解氧條件下(0.1-1.0mg/l)，廢水中氨氮與硝化細菌生物膜中氨氧化細菌進行亞硝化反應(水力停留時間為8h)，出水(氨氮濃度為126.3mg/l，亞硝酸氮濃度為234.5mg/l)，用于后續的厭氧氨氧化脫氮處理；
(2)厭氧氨氧化反應器進行厭氧氨氧化處理：在攪拌和厭氧的條件下，將經過短程硝化處理的廢水送至厭氧氨氧化反應器中，與厭氧氨氧化反應器中的厭氧氨氧化菌污泥接觸(污泥的濃度為10000mg/l)，廢水中的氨氮和亞硝酸氮與厭氧氨氧化菌發生厭氧氨氧化反應(水力停留時間為16h)，出水，從而實現氨氮廢水生化脫氮處理；出水中亞硝酸氮濃度為67.2mg/l，硝酸氮濃度為28.4mg/l，總氮去除率為73.6％。
所述填料層上附著的好氧硝化生物膜是通過以下方法得到：采用硝化污泥在填料層進行接種悶曝，其中污泥投加質量與反應器體積比為1.5g/l，反應器內溶解氧濃度為0.1～1.0mg/l，溫度為26.4℃下進行悶曝，悶曝時間為4天；然后連續進水培養，直至出水氨氮去除率超過90％，并且在連續進水培養的過程中控制反應器內溶解氧濃度為0.1～1.0mg/l，溫度為26.4℃。
實施例4
一種短程硝化和厭氧氨氧化結合的氨氮廢水生化脫氮處理工藝，包含以下具體步驟：
(1)好氧反應裝置進行短程硝化處理：氨氮廢水(氨氮濃度為942.8mg/l，ph為8.28，水溫為32.4℃，將厭氧氨氧化反應器出水回流至好氧反應床進水處對進水進行稀釋，控制稀釋后的進水氨氮濃度為560mg/l)進入好氧反應裝置中，與附著硝化細菌生物膜的填料層(填料床層高度為3.5m)接觸，在溶解氧條件下(4.5-5.0mg/l)，廢水中氨氮與硝化細菌生物膜中氨氧化細菌進行亞硝化反應(水力停留時間為15h)，出水(氨氮濃度為376.3mg/l，亞硝酸氮濃度為214.5mg/l)，用于后續的厭氧氨氧化脫氮處理；
(2)厭氧氨氧化反應器進行厭氧氨氧化處理：在攪拌和厭氧的條件下，將經過短程硝化處理的廢水送至厭氧氨氧化反應器中，與厭氧氨氧化反應器中的厭氧氨氧化菌污泥接觸(污泥的濃度為15000mg/l)，廢水中的氨氮和亞硝酸氮與厭氧氨氧化菌發生厭氧氨氧化反應(水力停留時間為15h)，出水，從而實現氨氮廢水生化脫氮處理；出水中亞硝酸氮濃度為215.2mg/l，硝酸氮濃度為56.8mg/l，總氮去除率為71.1％。
所述填料層上附著的好氧硝化生物膜是通過以下方法得到：采用硝化污泥在填料層(天然沸石)進行接種悶曝，其中污泥投加質量與反應器體積比為3.5g/l，反應器內溶解氧濃度為4.5～5.0mg/l，溫度為32.4℃下進行悶曝，悶曝時間為4天；然后連續進水培養，直至出水氨氮去除率超過90％，并且在連續進水培養的過程中控制反應器內溶解氧濃度為4.5～5.0mg/l，溫度為32.4℃。
上述實施例為本發明較佳的實施方式，但是本發明的實施方式不受上述實例限制，其他的任何未背離本發明精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化均為等效。