本發明涉及一種低氧硝化耦合短程反硝化厭氧氨氧化處理生活污水的裝置及方法，屬于生化法污水生物處理技術領域。將富集馴化的低溶解氧硝化反應器與短程反硝化厭氧氨氧化工藝相結合，在無外加碳源條件下，通過優化工藝參數及進水流量分配實現該裝置的深度脫氮同時降低處理能耗。特別適用于低c/n城鎮污水及工業廢水的深度脫氮處理。
背景技術：
活性污泥法廣泛用于各類污水中的氮磷等污染物的去除，利用活性污泥法進行的傳統生物脫氮過程是在好氧條件下將氨氮轉化為硝態氮，缺氧階段利用有機物作為電子供體將硝態氮還原為氮氣實現氮的去除。
在硝化過程中，溶解氧濃度是影響硝化效率和運行成本的主要參數之一，與其相關的曝氣能耗占污水處理總能耗的50％以上。為降低處理成本，低能耗短程硝化關鍵技術成為近年來的研究熱點，但其存在難啟動、易破壞等缺點制約了短程硝化技術的廣泛應用。研究發現，在長期低溶解氧條件下可以馴化富集得到穩定的低溶解氧全程硝化污泥，該活性污泥與傳統硝化污泥相比，具有較穩定的比硝化速率，同時可以節省溶解氧消耗。
在傳統反硝化脫氮過程中，反硝化菌利用有機物作為電子供體，將硝態氮還原為氮氣，每還原1g硝態氮為氮氣需要消耗cod的理論值為2.85g。對于低c/n比城市生活污水，常常需要在反硝化階段投加甲醇等有機碳源以保證出水中硝態氮的達標排放，這無疑會增加處理成本。短程反硝化厭氧氨氧化聯用技術是在缺氧狀態下，首先利用異養反硝化菌將硝態氮還原為亞硝態氮，然后利用厭氧氨氧化菌，以亞硝酸氮為電子受體，將氨氮氧化為氮氣的生物自養脫氮過程。與傳統反硝化脫氮技術相比，短程反硝化厭氧氨氧化聯用技術降低了對有機碳源的需求量，同時具有污泥產率低和運行穩定等優點。
城市生活污水普遍存在碳源不足的問題，在使用傳統活性污泥處理工藝時會導致碳源不足引起的脫氮效率較低，難以達標排放。若增加深度處理則會提高運行成本高、增加占地面積。因此，如何通過耦合污水脫氮處理的關鍵技術開發出節能降耗污水深度脫氮工藝，提高低c/n比生活污水中碳源的有效利用，在保證廢水高效脫氮基礎上降低處理成本及運行費用，實現節能、高效深度脫氮技術于一體的組合系統，已成為現階段污水處理領域的重大需求。
技術實現要素：
本發明的目的是針對處理低c/n城市污水面臨處理效率低和運行能耗高的兩大技術難題，結合馴化富集低溶解氧硝化污泥、同步硝化反硝化和短程反硝化厭氧氨氧化聯用等關鍵技術，提出一種節能降耗深度處理低c/n生活污水的裝置及方法，即生活污水分為兩股依次進入兩個sbr中，在第一個sbr中，富集馴化低溶解氧全程硝化污泥，同時通過優化進水方式充分利用第一股進水中的有機碳源，強化系統的同步硝化反硝化效果；在第二個sbr中，首先利用第二股生活污水中的有機碳源將第一個sbr反應器出水中的硝態氮還原為亞硝態氮，隨后厭氧氨氧化菌以還原產物亞硝態氮和進水中的氨氮為底物進行自養脫氮，厭氧氨氧化反應產生的部分硝態氮可以在下一個周期中被還原為亞硝態氮而得到去除，使系統中不會發生硝態氮的積累，提高總氮去除率。本發明通過投加填料富集功能菌種、優化進水流量分配、排水比及進水方式等運行參數，在不外加有機碳源的條件下，實現低c/n生活污水的深度脫氮，同時具有運行費用低、污泥產率低、易于運行調控等優點。為城鎮污水處理廠提標改造提供理論基礎和技術支持。
為了達到上述設計目的，本發明采用的技術方案如下：
一種低氧硝化耦合短程反硝化厭氧氨氧化處理生活污水的裝置，主要由污水水箱、snd-sbr反應器、中間水箱、a-sbr反應器和出水箱組成；所述污水水箱經進水管由snd-sbr進水泵和a-sbr進水泵分別連接到snd-sbr反應器和a-sbr反應器，snd-sbr反應器通過中間水箱及回流泵與a-sbr反應器連接，a-sbr反應器經過排水閥與出水箱連接。其特征在于：所述snd-sbr反應器和a-sbr反應器中均安裝有攪拌器；所述snd-sbr反應器中設有曝氣裝置；所述snd-sbr反應器中安裝有溶解氧測定儀，在線對曝氣裝置的曝氣量進行實時監控，保證snd-sbr反應器反應過程中的do濃度在0.2-0.4mg/l范圍內；所述snd-sbr反應器和a-sbr反應器中均填充有聚氨酯泡沫懸浮生物填料。在snd-sbr反應器中，填料的體積填充比為40％-50％，全部功能微生物均附著生長在泡沫填料上，以省去泥水分離環節，在增加排水比的同時防止污泥流失，此外，泡沫填料內部的多孔結構創造了內部缺氧外部好氧的微環境，以強化snd-sbr反應器中的同步硝化反硝化效果；在a-sbr反應器中，泡沫用于富集和持留短程反硝化菌，填料的體積填充比為15％-20％。
低氧硝化耦合短程反硝化厭氧氨氧化處理生活污水的方法，該方法的具體步驟為：
1)反應器的啟動運行：在snd-sbr反應器中，接種取自傳統污水處理廠的回流污泥，接種后混合液污泥濃度為4000-5000mg/l。利用含nh4+-n濃度為50-60mg/l人工配水馴化富集低溶解氧硝化細菌。nh4+-n硝化反應過程中，控制較低的曝氣量使do濃度維持在0.2-0.4mg/l濃度范圍內。在進水曝氣3h內，混合液中nh4+-n<5mg/l時，認為snd-sbr反應器低溶解氧硝化細菌富集完成。此時，向snd-sbr反應器中投加聚氨酯泡沫懸浮生物填料，填料的體積填充比為40％-50％，同時snd-sbr的進水由人工配水改為實際生活污水，當混合液中nh4+-n<5mg/l，no3--n<30mg/l時，確認snd-sbr反應器啟動結束，進入平穩運行階段；在a-sbr反應器中，接種已經掛好短程反硝化生物膜的聚氨酯泡沫懸浮生物填料和厭氧氨氧化顆粒，a-sbr反應器中填料的體積填充比為15％-20％，厭氧氨氧化顆粒污泥濃度為2000-3000mg/l。
2)當snd-sbr反應器啟動結束之后，生活污水分為兩部分經snd-sbr進水泵和a-sbr進水泵進入snd-sbr反應器和a-sbr反應器。第一股原水通過脈沖進水方式進入snd-sbr反應器，在do濃度為0.2-0.4mg/l條件下連續曝氣3-4.5h，附著生長在填料外部的低溶解氧硝化菌通過硝化作用將原水中的氨氮轉換為硝態氮，附著在填料內部的異養菌利用原水中的有機物將產生的硝態氮進行反硝化脫氮處理。
3)曝氣結束后，富含硝態氮的出水排入到中間水箱(4)，后與第二股原水體積比按3：1分別經回流泵(5)和a-sbr進水泵(6)進入a-sbr反應器(7)，a-sbr反應器(7)進水混合后的硝態氮和氨氮質量濃度比在1.6-1.8范圍內。缺氧攪拌2-3h，附著生長在填料上的短程反硝化菌以原水中有機物為電子供體，將硝態氮還原至亞硝態氮，厭氧氨氧化顆粒將產生的亞硝態氮和原水中的氨氮轉換為氮氣。厭氧氨氧化顆粒污泥濃度2000-3000mg/l。反應結束后，出水經排水閥排入出水箱，排水比80％。
本發明所述的低氧硝化耦合短程反硝化厭氧氨氧化處理生活污水的裝置和方法的有益效果是：將馴化富集低溶解氧硝化污泥、同步硝化反硝化和短程反硝化厭氧氨氧化聯用等關鍵技術有機結合并對進水方式和工藝運行參數進行合理優化，最大限度利用原水中有機碳源，實現低能耗、深度脫氮于一體的組合系統。⑴馴化富集的低溶解氧硝化污泥在低溶解氧(do＝0.2-0.4mg/l)條件下，以相對穩定的硝化速率實現氨氮的高效氧化。與傳統硝化污泥相比，節省曝氣量，降低運行成本；⑵最大限度的利用了原水中的有機碳源，用于反硝化脫氮和短程反硝化為厭氧氨氧化反應提供底物，在無需額外投加有機碳源條件下，實現低c/n比污水的深度脫氮；⑶通過投加懸浮填料的方式使功能微生物附著生長在填料上，增加系統中的生物量，同時創造有利于異養反硝化菌生長的微環境，提高脫氮效率，減少泥水分離時間；⑷工藝啟動運行簡單易控，能夠快速實現穩定脫氮。
附圖說明
圖1為本發明所述低氧硝化耦合短程反硝化厭氧氨氧化處理生活污水裝置的結構示意圖；
其中：1-污水水箱；2-snd-sbr進水泵；3-snd-sbr反應器；4-中間水箱；5-回流泵；6-a-sbr進水泵；7-a-sbr反應器；8-出水箱；9-攪拌器；10-空氣泵；11-氣體流量計；12-曝氣裝置；13-溶解氧測定儀；14-聚氨酯泡沫懸浮生物填料。
具體實施方式
下面結合附圖1對本發明的最佳實施方案作進一步的詳細的描述。
如圖1所示，本發明實施例所述低氧硝化耦合短程反硝化厭氧氨氧化處理生活污水的裝置，主要由順次連接的污水水箱(1)、snd-sbr反應器(3)、中間水箱(4)、a-sbr反應器(7)和出水箱(8)組成。污水水箱(1)經進水管由snd-sbr進水泵(2)和a-sbr進水泵(6)分別與snd-sbr反應器(3)和a-sbr反應器(7)連通，snd-sbr反應器(3)通過中間水箱(4)及回流泵(5)與a-sbr反應器(7)連接，a-sbr反應器(7)經過排水閥與出水箱(8)連接，snd-sbr反應器(3)和a-sbr反應器(7)進行定期排泥。污水水箱(1)和中間水箱(4)的有效容積為25l，試驗所用snd-sbr反應器(3)和a-sbr反應器(7)由有機玻璃制成，有效容積均為10l。在snd-sbr反應器(3)和a-sbr反應器(7)中均安裝有攪拌器(9)，使污泥及填料在反應過程中處于流化狀態；在snd-sbr反應器(3)中設有曝氣裝置(12)，空氣泵(10)通過空氣流量計(11)與曝氣裝置(12)相連接，反應器中的溶解氧濃度通過安裝的溶解氧測定儀(13)在線對曝氣裝置(12)的曝氣量進行實時監控，保證snd-sbr反應器(3)反應過程中的do濃度保持在0.2-0.4mg/l范圍內；在snd-sbr反應器(3)和a-sbr反應器(7)中均填充有聚氨酯泡沫懸浮生物填料(14)，snd-sbr反應器(3)中填料的體積填充比為40％-50％，全部功能微生物均附著生長在泡沫填料上，以省去泥水分離環節，在增加排水比的同時防止污泥流失，此外，泡沫填料內部的多孔結構創造了內部缺氧外部好氧的微環境，以強化snd-sbr反應器中的同步硝化反硝化效果；a-sbr反應器(7)中泡沫填料用于富集和持留短程反硝化菌，填料的體積填充比為15％-20％。
利用該裝置處理低c/n比生活污水的具體操作過程如下：
1)反應器的啟動運行：在snd-sbr反應器(3)中，接種取北京市某污水處理廠回流管路中的活性污泥，同時注入含nh4+-n和微量元素的人工配水，接種后混合液污泥濃度為4000-5000mg/l。按照從低負荷到正常負荷梯度增加的運行方式馴化富集低溶解氧硝化細菌。nh4+-n硝化反應過程中，控制較低的曝氣量使do濃度維持在0.2-0.4mg/l濃度范圍內。在進水曝氣3h內，混合液中nh4+-n<5mg/l時，認為snd-sbr反應器低溶解氧硝化細菌富集啟動完成。此時，向snd-sbr反應器(3)中投加聚氨酯泡沫懸浮生物填料(14)，填料的體積填充比為40％-50％，同時snd-sbr的進水由人工配水改為實際生活污水，逐漸增加反應器的排水比至100％，當混合液中nh4+-n<5mg/l，no3--n<30mg/l時，確認snd-sbr反應器(3)啟動結束，進入平穩運行階段；在a-sbr反應器(7)中，接種已經掛好短程反硝化生物膜的聚氨酯泡沫懸浮生物填料和厭氧氨氧化顆粒，a-sbr反應器(7)中填料的體積填充比為15％-20％，厭氧氨氧化顆粒污泥濃度為2000-3000mg/l。
2)當snd-sbr反應器啟動結束之后，生活污水分為兩部分經snd-sbr進水泵(2)和a-sbr進水泵(6)按5：1進行流量分配后進入snd-sbr反應器(3)和a-sbr反應器(7)。第一股原水通過脈沖進水方式進入snd-sbr反應器(3)，在do濃度為0.2-0.4mg/l條件下連續曝氣3-4.5h，附著生長在填料外部的低溶解氧硝化菌通過硝化作用將原水中的氨氮轉換為硝態氮，附著在填料內部的異養菌利用原水中的有機物將產生的部分硝態氮進行反硝化脫氮處理。
3)曝氣結束后，富含硝態氮的出水排入到中間水箱(4)，后與第二股原水體積比按3：1分別經回流泵(5)和a-sbr進水泵(6)進入a-sbr反應器(7)，缺氧攪拌2-3h，硝態氮和氨氮比值(質量濃度比)在1.3-1.6范圍內。附著生長在填料上的短程反硝化菌以原水中有機物為電子供體，將硝態氮還原至亞硝態氮，厭氧氨氧化顆粒將產生的亞硝態氮和原水中的氨氮轉換為氮氣。反應結束后，出水經排水閥排入出水箱(8)，排水比80％。
運行實例
在該運行條件下，以北京某高校家屬區實際生活污水為處理對象(cod＝150-280mg/l，tn＝42-78mg/l)。在連續運行的3個月中，cod和tn的平均去除率分別為89％和85％，在未排泥的情況下，污泥濃度維持穩定，系統具有良好的處理效果和污泥減量作用。
以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所做的進一步詳細說明，便于該技術領域的技術人員能理解和應用本發明，不能認定本發明的具體實施只局限于這些說明。對于本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下還可以做出若干簡單推演或替換，而不必經過創造性的勞動。因此，本領域技術人員根據本發明的揭示，對本發明做出的簡單改進都應該在本發明的保護范圍之內。