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CN113415899A - 基于慢速降解有机物的吸附水解耦合短程反硝化串联厌氧氨氧化深度脱氮的装置与方法 - Google Patents

基于慢速降解有机物的吸附水解耦合短程反硝化串联厌氧氨氧化深度脱氮的装置与方法 Download PDF

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CN113415899A CN202110708531.6A CN202110708531A CN113415899A CN 113415899 A CN113415899 A CN 113415899A CN 202110708531 A CN202110708531 A CN 202110708531A CN 113415899 A CN113415899 A CN 113415899A
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Abstract

基于慢速降解有机物的吸附水解耦合短程反硝化串联厌氧氨氧化深度脱氮的装置与方法属于污水生物处理领域，装置包括原水水箱、含NO3 ‑‑N废水水箱、生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器、中间水箱I、中间水箱II、厌氧氨氧化UASB反应器。首先将生活污水原水泵入SBR反应器，通过短暂的曝气、沉降、排水，使生活污水原水中的溶解性慢速降解有机物被吸附至污泥表面，和颗粒性慢速降解有机物一起沉降，通过厌氧水解酸化转化为溶解性易降解有机物；随后将NO3 ‑‑N废水泵入SBR反应器，进行短程反硝化；第二次积累的NO2 ‑‑N出水与第一次排出的处理后的生活污水原水混合进入串联的UASB反应器进行厌氧氨氧化反应，从而实现深度脱氮。

Description

基于慢速降解有机物的吸附水解耦合短程反硝化串联厌氧氨 氧化深度脱氮的装置与方法
技术领域
本发明涉及一种基于慢速降解有机物的吸附水解耦合短程反硝化串联厌氧氨氧化深度脱氮的装置与方法，属于污水生物处理技术领域，是实现溶解性与颗粒性慢速降解有机物的有效利用、解决低碳氮比生活污水生物处理中碳源不足的技术难题并同步实现深度脱氮的技术方法。
背景技术
随着现代社会对可持续发展观理念的提倡，针对于日益突出的水环境污染问题，使现有的城镇污水处理厂达到相应的排放标准且新建城镇污水处理设施需要执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准。而当前城市污水处理厂普遍存在进水C/N较低的问题，若仍然利用传统的硝化-反硝化生物脱氮处理技术，为达到严格的排放标准，往往需要消耗大量的曝气能耗以及大量的外加碳源，因此新型的生物脱氮技术需要被开发应用。
其中，厌氧氨氧化技术可以通过厌氧氨氧化菌将NO2 --N作为电子受体，以NH4 +-N作为电子供体，在不需要溶解氧的情况下生成N2。因此，该技术由于其脱氮的高效性和良好的节能效果而广受青睐。但在实际工程应用中，厌氧氨氧化工艺的重要底物NO2 --N的来源仍是一大难题。
目前主要有短程硝化、短程反硝化两种技术途径为厌氧氨氧化提供底物。短程硝化系统中，氨氧化细菌(AOB)将NH4 +-N氧化为NO2 --N，但由于亚硝酸盐氧化细菌(NOB)的存在，容易将NH4 +-N进一步氧化为NO2 --N，因此短程硝化具有易破坏难恢复的特点。短程反硝化系统中，NO3 --N被还原为NO2 --N，此过程可以通过控制反应碳氮比、控制反应时间等多种手段实现，更有希望应用于工程实际。
基于目前的研究，短程反硝化系统中NO2 --N，的积累与碳源类型具有密切关系，快速降解有机物(RBOM)，例如乙酸钠、葡萄糖、甲醇、乙醇等溶解性小分子有机物更有利于NO2 --N的产生。但在实际生活污水中相比于RBOM，慢速降解有机物(SBOM)，所占的比重更大，占总有机碳源的30％～85％，主要分为溶解性与颗粒性慢速降解有机物。因此为了稳定短程反硝化系统中稳定的NO2 --N产率，实际运行中仍需要投加外加大量易降解碳源，SBOM往往不能被微生物有效利用，在后续曝气过程中被无效的消耗。这一过程消耗了额外的资源、对原水中含有的碳源造成了浪费，同时也排放出了更多的CO2，不仅增加了污水处理成本，也不利于温室气体的节能减排。
因此，为了进一步降低系统能耗，同时响应“碳达峰”、“碳中和”目标，一种基于短程反硝化和厌氧氨氧化技术，实现SBOM的有效利用，同时保证污水深度脱氮的技术亟待提出。
发明内容
本发明提出了基于慢速降解有机物的吸附水解耦合短程反硝化串联厌氧氨氧化深度脱氮的装置与方法，旨在提出一种利用短程反硝化和厌氧氨氧化技术保证污水高效深度脱氮的情况下，基于生物吸附和水解酸化技术，实现生活污水原水中SBOM的有效利用的有效方案，为短程反硝化-厌氧氨氧化技术的实际应用提供一种借鉴思路。
本发明的技术原理如下：通过短暂的曝气、沉降、排水阶段，使生活污水原水中的溶解性慢速降解有机物被吸附至污泥表面，和颗粒性慢速降解有机物一起沉降，随后通过厌氧水解酸化耦合短程反硝化技术，将溶解性和颗粒性慢速降解有机物分解为溶解性易降解有机物，并用于NO2 --N产生；并串联厌氧氨氧化实现进一步深度脱氮。
本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：利用如下装置，包括：原水水箱(1)、含NO3 --N废水水箱(2)、生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器(3)、中间水箱I(4)、中间水箱II(5)、厌氧氨氧化UASB反应器(6)以及在线反馈与控制系统(7)；
其中所述生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器(3)配置有：原水进水泵(3.1)、原水进水口(3.2)、NO3 --N废水进水泵(3.3)、NO3 --N废水进水口(3.4)、曝气泵(3.5)、气体流量计(3.6)、曝气盘(3.7)、搅拌器(3.8)、SBR pH/DO测定仪(3.9)、出水口(3.10)、排水阀I(3.11)、排水阀II(3.12)、排泥口(3.13)、排泥阀(3.14)，其中出水口(3.10)通过连接管和三通接头与排水阀I(3.11)、排水阀II(3.12)相连；其中所述厌氧氨氧化UASB反应器(6)配置有：UASB进水泵I(6.1)、UASB进水泵II(6.2)、UASB进水口(6.3)、UASB pH/DO测定仪(6.4)、UASB出水口(6.5)、UASB回流口(6.6)、回流泵(6.7)；所述在线反馈与控制系统(7)包括可编程控制器(7.1)、计算机(7.2)；其中可编程控制器(7.1)内置曝气泵继电器(7.3)、NO3 --N废水进水泵继电器(7.4)、原水进水泵继电器(7.5)、搅拌器继电器(7.6)、回流泵继电器(7.7)、UASB进水泵I继电器(7.8)、UASB进水泵II继电器(7.9)、排水阀I继电器(7.10)、排水阀II继电器(7.11)、排泥阀继电器(7.12)、A/D信号转换器转换接口(7.13)、D/A信号转换器转换接口(7.14)；
所述原水水箱(1)中的生活污水原水通过原水进水泵(3.1)经原水进水口(3.2)泵入生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器(3)，随后通过排水阀I(3.11)从出水口(3.10)泵入中间水箱I(4)；所述含NO3 --N废水水箱(2)中的含NO3 --N污染物废水通过NO3 --N废水进水泵(3.3)经NO3 --N废水进水口(3.4)泵入生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器(3)，随后通过排水阀II(3.12)从出水口(3.10)泵入中间水箱II(5)；其中所述厌氧氨氧化UASB反应器(6)配置的UASB进水口(6.3)分别通过UASB进水泵I(6.1)、UASB进水泵II(6.2)与中间水箱I(4)、中间水箱II(5)相连；UASB回流口(6.6)通过回流泵(6.7)与UASB进水口(6.3)相连以进行回流；
所述在线反馈与控制系统(7)中，曝气泵继电器(7.3)与曝气泵(3.5)相连；NO3 --N废水进水泵继电器(7.4)与NO3 --N废水进水泵(3.3)相连；原水进水泵继电器(7.5)与原水进水泵(3.1)相连；搅拌器继电器(7.6)与搅拌器(3.8)相连；回流泵继电器(7.7)与回流泵(6.7)相连；UASB进水泵I继电器(7.8)与UASB进水泵I(6.1)相连；UASB进水泵II继电器(7.9)与UASB进水泵II(6.2)；排水阀I继电器(7.10)与排水阀I(3.11)相连；排水阀II继电器(7.11)与排水阀II(3.12)相连；排泥阀继电器(7.12)与排泥阀(3.14)相连；可编程控制器(7.1)通过A/D信号转换器转换接口(7.13)连接到计算机(7.2)并将传感器信号转化为数字信号传递给计算机(7.2)；计算机(7.2)通过D/A信号转换器转换接口(7.14)与可编程控制器(7.1)连接并将数字信号传递给可编程控制器(7.1)。
应用权利要求1所述装置实现原位耦合生物吸附/水解酸化/短程反硝化串联厌氧氨氧化、利用溶解性与颗粒性慢速降解有机物进行深度脱氮的方法，其特征在于，包括以下过程：
1)系统启动：
1.1)生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器的启动：将污水厂剩余污泥投加至生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器(3)内，使得反应器挥发性污泥浓度为MLVSS＝2500～5000mg/L；控制污泥停留时间为25天～50天；反应器每天运行2个周期，每周期由原水进水阶段开始，依次经历曝气吸附阶段、第一沉淀阶段、第一排水阶段、厌氧搅拌阶段、含NO3 --N废水进水阶段、缺氧搅拌阶段、排泥阶段、第二沉淀阶段，到第二排水阶段结束，共10个阶段；相关操作由在线反馈与控制系统(7)控制完成；每个周期内，原水水箱(1)内模拟生活污水原水通过原水进水泵(3.1)泵入生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器(3)中，开启搅拌器(3.8)与曝气泵(3.5)开始曝气吸附，通过气体流量计(3.6)控制系统曝气量，使SBR pH/DO测定仪(3.9)显示的溶解氧浓度维持在1.0～1.5mg/L，过程持续20～30min后，沉淀20～30min后排水；排水完成后，污泥被沉淀浓缩，开启搅拌器(3.8)进行厌氧搅拌，当检测到SCOD浓度增长速率低于0.1mg·(L·h)-1，并持续5min以上时，关闭搅拌器(3.8)，停止厌氧搅拌；随后开启NO3 --N废水进水泵(3.3)经NO3 --N废水进水口(3.4)泵入生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器(3)，进行缺氧搅拌，当NO3 --N浓度低于5mg/L时，关闭搅拌器(3.8)，停止缺氧搅拌；当厌氧段初末SCOD浓度增量达到进水TCOD的50％以上、缺氧段末NO3 --N浓度小于5mg/L时，且稳定运行10个周期以上时，即认为生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器(3)启动成功。
1.2)厌氧氨氧化UASB反应器的启动：将具有氨氧氨氧化活性的污泥投加至厌氧氨氧化UASB反应器(6)中，使反应器内污泥浓度为MLSS＝2500mg/L～3000mg/L；当出水中NH4 +-N浓度、NO2 --N浓度均＜1mg/L时，且稳定运行40h以上即认为厌氧氨氧化UASB反应器(6)启动成功。
2)反应器参数设定：
根据设定SBR反应器的排水比R、SBR反应器有效容积V0、生活污水原水进水体积V1、含NO3 --N废水进水体积V2、含NO3 --N废水中NO3 --N浓度CN、生活污水原水中总有机物(TCOD)浓度CC、经UASB进水泵I(6.1)污水流量为q1、经UASB进水泵II(6.2)污水流量为q2、UASB水力停留时间为HRTUASB，各参数关系满足以下公式(1)、(2)、(3)、(4)：
V0×R＝V1＝V2 公式(1)
(CC×V1)/(CN×V2)＝3.5～6.0 公式(2)
q1×HRTUASB＝V1 公式(3)
q2×HRTUASB＝V2 公式(4)
排水比初始值设定为R＝20％；
UASB水力停留时间为设定范围为HRTUASB＝1.0～4.0h；
3)运行时调节操作：
3.1)生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器的运行：生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器(3)每周期由原水进水阶段开始，依次经历曝气吸附阶段、第一沉淀阶段、第一排水阶段、厌氧搅拌阶段、含NO3 --N废水进水阶段、缺氧搅拌阶段、排泥阶段、第二沉淀阶段，到第二排水阶段结束，共10个阶段；相关操作由在线反馈与控制系统(7)控制完成；
①每周期由原水进水阶段开始，开启原水进水泵(3.1)将生活污水原水经原水进水口(3.2)泵入生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器(3)内，生活污水原水进水量为V1；
②原水进水完成后开启搅拌器(3.8)与曝气泵(3.5)开始曝气吸附阶段，通过气体流量计(3.6)控制系统曝气量，使SBR pH/DO测定仪(3.9)显示的溶解氧浓度维持在1.0～1.5mg/L，过程持续20～30min后，溶解性大分子有机物被充分吸附在污泥表面，关闭搅拌器(3.8)与曝气泵(3.5)；
③沉淀20～30min，使颗粒性大分子有机物、附着溶解性大分子有机物的污泥沉降，与上清液分离；
④第一排水阶段开启排水阀I(3.11)，将V1体积的上清液排入中间水箱I(4)；
⑤排水完成后，污泥被沉淀浓缩，开启搅拌器(3.8)进行厌氧搅拌，SBR pH/DO测定仪(3.9)显示的溶解氧浓度应维持在0.2mg/L以下；此时污泥中含有的水解酸化菌将颗粒性/溶解性大分子有机物进行分解，转化为溶解性小分子有机物(SCOD)，当检测到SCOD浓度增长速率低于0.1mg·(L·h)-1，并持续5min以上时，关闭搅拌器(3.8)，停止厌氧搅拌；
⑥含NO3 --N废水进水阶段，开启NO3 --N废水进水泵(3.3)经NO3 --N废水进水口(3.4)泵入生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器(3)内，含NO3 --N废水体积为V2；
⑦含NO3 --N废水进水完成后，开启搅拌器(3.8)开始缺氧搅拌阶段，SBR pH/DO测定仪(3.9)显示的溶解氧浓度应维持在0.2mg/L以下；此时污泥中反硝化细菌利用厌氧搅拌段产生的SCOD进行短程反硝化反应，将NO3 --N转化为NO2 --N；当NO3 --N浓度低于5mg/L时，关闭搅拌器(3.8)，停止缺氧搅拌；
⑧在缺氧搅拌阶段关闭搅拌器前3～5min内开启排泥阀(3.14)，进行排泥，使SBR反应器挥发性污泥浓度长期维持在MLVSS＝2500～5000mg/L；
⑨沉淀20～30min，完成泥水分离；
⑩第二排水阶段开启排水阀II(3.12)，将V2体积的上清液排入中间水箱II(5)，周期结束；
3.2)厌氧氨氧化UASB反应器的运行：UASB进水泵I(6.1)、UASB进水泵II(6.2)分别将中间水箱I(4)、中间水箱II(5)中的污水泵入厌氧氨氧化UASB反应器(6)；其中，通过UASB进水泵I(6.1)、UASB进水泵II(6.2)的污水流量分别为q1与q2；UASB回流口(6.6)通过回流泵(6.7)与UASB进水口(6.3)连接，进行回流，回流比设定区间为100％～150％；厌氧氨氧化UASB反应器(6)出水通过UASB出水口(6.5)排出。
4)当生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器(3)厌氧段末SCOD与缺氧段末NO3 --N浓度持续10个周期以上波动范围不超过检测平均值的10％；且厌氧氨氧化UASB反应器(6)出水NH4 +-N浓度持续10个周期以上不高于5mg/L，出水NO3 --N浓度持续10个周期以上不高于10mg/L；按照3)中所描述的周期内各个阶段时长、阀门开启方式、装置连接方式继续运行，可提高生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器(3)的排水比至R＝30％；
5)当排水比提高至30％后，生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器(3)厌氧段末SCOD与缺氧段末NO3 --N浓度持续10个周期以上波动范围不超过检测平均值的10％；且厌氧氨氧化UASB反应器(6)出水NH4 +-N浓度持续10个周期以上不高于5mg/L，出水NO3 --N浓度持续10个周期以上不高于10mg/L；按照3)中所描述的周期内各个阶段时长、阀门开启方式、装置连接方式继续运行，可提高生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器(3)的排水比至R＝40％；
6)当排水比提高至40％后，生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器(3)厌氧段末SCOD与缺氧段末NO3 --N浓度持续10个周期以上波动范围不超过检测平均值的10％；且厌氧氨氧化UASB反应器(6)出水NH4 +-N浓度持续10个周期以上不高于5mg/L，出水NO3 --N浓度持续10个周期以上不高于10mg/L；按照3)中所描述的周期内各个阶段时长、阀门开启方式、装置连接方式继续运行，可提高生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器(3)的排水比至R＝50％；
7)当排水比提高至50％后，生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器(3)厌氧段末SCOD与缺氧段末NO3 --N浓度持续10个周期以上波动范围不超过检测平均值的10％；且厌氧氨氧化UASB反应器(6)出水NH4 +-N浓度持续10个周期以上不高于5mg/L，出水NO3 --N浓度持续10个周期以上不高于10mg/L；按照3)中所描述的周期内各个阶段时长、阀门开启方式、装置连接方式继续运行，可提高生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器(3)的排水比至R＝60％。
本发明的基于慢速降解有机物的吸附水解耦合短程反硝化串联厌氧氨氧化深度脱氮的装置与方法，具有以下优点：
1)通过曝气、沉降、排水捕集并截留溶解性和颗粒性的慢速降解有机物，再原位耦合水解酸化和短程反硝化技术，将截留的慢速降解有机物转化为易降解有机物，解决了生活污水原水中慢降解有机物无法被有效利用于反硝化过程中的NO2 --N积累的难题，不需要投加外碳源，进一步节约了短程反硝化系统中的碳源投加量。
2)本发明中两个主要装置采取串联连接：前段SBR反应器进行生物吸附、水解酸化与短程反硝化过程，后端UASB反应器发生厌氧氨氧化反应，避免了反硝化细菌和厌氧氨氧化菌的竞争，有利于两种菌群生长同时在适宜条件下增长，保证整个系统的稳定运行。
3)本发明无需投加接种具有短程反硝化活性的污泥，可以通过污水处理厂普通剩余污泥驯化以富集实现短程反硝化功能的菌种。
4)通过条件控制，可以实现前段SBR反应器内稳定的NO2 --N积累，为后端UASB反应器内的厌氧氨氧化菌提供稳定的底物来源，为短程反硝化-厌氧氨氧化技术的实际应用和过程调控提供了一种借鉴思路。
5)本发明可以为实现生活污水原水和含NO3 --N废水的同步处理工艺提供一种设计思路。
附图说明
图1为本发明(基于慢速降解有机物的吸附水解耦合短程反硝化串联厌氧氨氧化深度脱氮的装置与方法)应用的结构示意图。
图1中(1)为原水水箱，(2)为含NO3 --N废水水箱，(3)为生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器，(4)为中间水箱I，(5)为中间水箱II，(6)为厌氧氨氧化UASB反应器，(7)为在线反馈与控制系统；(3.1)为原水进水泵，(3.2)为原水进水口，(3.3)为NO3 --N废水进水泵，(3.4)为NO3 --N废水进水口，(3.5)为曝气泵，(3.6)为气体流量计，(3.7)为曝气盘，(3.8)为搅拌器，(3.9)为SBR pH/DO测定仪，(3.10)为出水口，(3.11)为排水阀I，(3.12)为排水阀II，(3.13)为排泥口，(3.12)为排泥阀；为UASB进水泵I(6.1)，(6.2)为UASB进水泵II，(6.3)为UASB进水口，(6.4)为UASB pH/DO测定仪，(6.5)为UASB出水口，(6.6)为UASB回流口，(6.7)为回流泵；(7.1)为可编程控制器，(7.2)为计算机，(7.3)为曝气泵继电器，(7.4)为NO3 --N废水进水泵继电器，(7.5)为原水进水泵继电器，(7.6)为搅拌器继电器，(7.7)为回流泵继电器，(7.8)为UASB进水泵I继电器，为UASB进水泵II继电器(7.9)，(7.10)为排水阀I继电器，(7.11)为排水阀II继电器，(7.12)为A/D信号转换器转换接口，(7.13)为D/A信号转换器转换接口。
图2为本发明(基于慢速降解有机物的吸附水解耦合短程反硝化串联厌氧氨氧化深度脱氮的装置与方法)应用的系统运行流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方案：
如图1所示，基于慢速降解有机物的吸附水解耦合短程反硝化串联厌氧氨氧化深度脱氮的装置，其特征在于，包括：原水水箱(1)、含NO3 --N废水水箱(2)、生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器(3)、中间水箱I(4)、中间水箱II(5)、厌氧氨氧化UASB反应器(6)以及在线反馈与控制系统(7)；
其中所述生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器(3)配置有：原水进水泵(3.1)、原水进水口(3.2)、NO3 --N废水进水泵(3.3)、NO3 --N废水进水口(3.4)、曝气泵(3.5)、气体流量计(3.6)、曝气盘(3.7)、搅拌器(3.8)、SBR pH/DO测定仪(3.9)、出水口(3.10)、排水阀I(3.11)、排水阀II(3.12)、排泥口(3.13)、排泥阀(3.14)，其中出水口(3.10)通过连接管和三通接头与排水阀I(3.11)、排水阀II(3.12)相连；其中所述厌氧氨氧化UASB反应器(6)配置有：UASB进水泵I(6.1)、UASB进水泵II(6.2)、UASB进水口(6.3)、UASB pH/DO测定仪(6.4)、UASB出水口(6.5)、UASB回流口(6.6)、回流泵(6.7)；所述在线反馈与控制系统(7)包括可编程控制器(7.1)、计算机(7.2)；其中可编程控制器(7.1)内置曝气泵继电器(7.3)、NO3 --N废水进水泵继电器(7.4)、原水进水泵继电器(7.5)、搅拌器继电器(7.6)、回流泵继电器(7.7)、UASB进水泵I继电器(7.8)、UASB进水泵II继电器(7.9)、排水阀I继电器(7.10)、排水阀II继电器(7.11)、排泥阀继电器(7.12)、A/D信号转换器转换接口(7.13)、D/A信号转换器转换接口(7.14)；
所述原水水箱(1)中的生活污水原水通过原水进水泵(3.1)经原水进水口(3.2)泵入生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器(3)，随后通过排水阀I(3.11)从出水口(3.10)泵入中间水箱I(4)；所述含NO3 --N废水水箱(2)中的含NO3 --N污染物废水通过NO3 --N废水进水泵(3.3)经NO3 --N废水进水口(3.4)泵入生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器(3)，随后通过排水阀II(3.12)从出水口(3.10)泵入中间水箱II(5)；其中所述厌氧氨氧化UASB反应器(6)配置的UASB进水口(6.3)分别通过UASB进水泵I(6.1)、UASB进水泵II(6.2)与中间水箱I(4)、中间水箱II(5)相连；UASB回流口(6.6)通过回流泵(6.7)与UASB进水口(6.3)相连以进行回流；
所述在线反馈与控制系统(7)中，曝气泵继电器(7.3)与曝气泵(3.5)相连；NO3 --N废水进水泵继电器(7.4)与NO3 --N废水进水泵(3.3)相连；原水进水泵继电器(7.5)与原水进水泵(3.1)相连；搅拌器继电器(7.6)与搅拌器(3.8)相连；回流泵继电器(7.7)与回流泵(6.7)相连；UASB进水泵I继电器(7.8)与UASB进水泵I(6.1)相连；UASB进水泵II继电器(7.9)与UASB进水泵II(6.2)；排水阀I继电器(7.10)与排水阀I(3.11)相连；排水阀II继电器(7.11)与排水阀II(3.12)相连；排泥阀继电器(7.12)与排泥阀(3.14)相连；可编程控制器(7.1)通过A/D信号转换器转换接口(7.13)连接到计算机(7.2)并将传感器信号转化为数字信号传递给计算机(7.2)；计算机(7.2)通过D/A信号转换器转换接口(7.14)与可编程控制器(7.1)连接并将数字信号传递给可编程控制器(7.1)；
试验过程中，生活污水原水采用经过沉降的北京工业大学家属区化粪池出水18L稀释至20L，再混合600ml小红门污水处理厂初沉污泥(MLSS＝7000～12000mg/L)后模拟，相关水质特征为：NH4 +-N浓度为50～70mg/L，NO2 --N浓度为0～1.0mg/L，NO3 --N浓度为0～1.0mg/L，溶解性有机物SCOD浓度为150～250mg/L，总有机物TCOD浓度为320～480mg/L，PO4 3--P浓度为2.0～4.0mg/L、pH为7.2-7.7，水温13-28℃。采用NaNO3配水模拟NO3 --N废水，NO3 --N浓度为70mg/L，悬浮物SS浓度为200～350mg/L。试验系统如图1所示，各反应器材质为有机玻璃，生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器(3)，反应器总容积为11L，有效容积为7.5L。厌氧氨氧化UASB反应器(6)，反应器总容积为5L，有效容积为3L。
具体运行操作如下：
1)系统的启动：
1.1)生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器的启动：接种污泥为将污水厂剩余污泥，投加后使SBR反应器污泥浓度为MLVSS＝2500～5000mg/L；控制污泥停留时间为25天～50天；每天运行两个周期，每个周期12h；每个周期内，原水水箱(1)内模拟生活污水原水通过原水进水泵(3.1)泵入生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器(3)中，开启搅拌器(3.8)与曝气泵(3.5)开始曝气吸附，通过气体流量计(3.6)控制系统曝气量，使SBR pH/DO测定仪(3.9)显示的溶解氧浓度维持在1.0～1.5mg/L，过程持续20min后，沉淀20min后排水，排水比20％；排水完成后，污泥被沉淀浓缩，开启搅拌器(3.8)进行7.5h的厌氧搅拌，厌氧段控制温度在28～30℃；随后开启NO3 --N废水进水泵(3.3)经NO3 --N废水进水口(3.4)泵入生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器(3)，进行60min缺氧搅拌，缺氧段不控制温度；当厌氧段初末SCOD浓度增量达到进水TCOD的50％以上、缺氧段末NO3 --N浓度小于5mg/L时，且稳定运行10个周期以上时，即认为生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器(3)启动成功。
1.2)厌氧氨氧化UASB反应器的启动：接种污泥为高碑店污水处理厂短程硝化-厌氧氨氧化(PNA)中试颗粒污泥，使反应器内污泥浓度为MLSS＝2500mg/L～3000mg/L，水力停留时间为4h，不主动排泥，控制反应温度为25～28℃；UASB进水泵I(6.1)、UASB进水泵II(6.2)分别将中间水箱I(4)、中间水箱II(5)中的污水泵入厌氧氨氧化UASB反应器(6)；当出水中NH4 +-N浓度、NO2 --N浓度均＜1mg/L时，且稳定运行40h以上即认为厌氧氨氧化UASB反应器(6)启动成功。
2)系统的运行
2.1)生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器的运行：生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器(3)每天运行两个周期，每个周期12h，依次经历生活污水原水进水5min、曝气吸附20min、第一沉淀阶段20min、第一排水阶段5min、厌氧搅拌450min、含NO3 --N废水进水5min、缺氧搅拌60min(包含阶段末排泥3min)、第二沉淀阶段30min、排水阶段5min，闲置120min；每个周期内，原水水箱(1)内模拟生活污水原水通过原水进水泵(3.1)泵入生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器(3)中，开启搅拌器(3.8)与曝气泵(3.5)开始曝气吸附，通过气体流量计(3.6)控制系统曝气量，使SBR pH/DO测定仪(3.9)显示的溶解氧浓度维持在1.0～1.5mg/L，过程持续20min后，沉淀20min后排水，排水比20％；排水进入中间水箱I(4)，出水NH4 +-N浓度为10～14mg/L，溶解性有机物SCOD浓度为25～40mg/L，总有机物TCOD浓度为40～65mg/L；排水完成后，污泥被沉淀浓缩，开启搅拌器(3.8)进行7.5h的厌氧搅拌，厌氧段控制反应温度28～30℃；随后开启NO3 --N废水进水泵(3.3)经NO3 --N废水进水口(3.4)泵入生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器(3)，进行60min缺氧搅拌，缺氧段不控制温度；缺氧搅拌结束前搅拌器前3min内开启排泥阀(3.14)，进行排泥，使SBR反应器挥发性污泥浓度长期维持在MLVSS＝2500～5000mg/L；随后进行沉淀排水，缺氧段排水进入中间水箱II(5)，出水NO3 --N浓度小于1mg/L，出水NO2 --N浓度为7～12mg/L。
2.2)厌氧氨氧化UASB反应器的运行：水力停留时间为4h，不主动排泥，设置回流比为100％，控制反应温度为25～28℃；UASB进水泵I(6.1)、UASB进水泵II(6.2)分别将中间水箱I(4)、中间水箱II(5)中的污水泵入厌氧氨氧化UASB反应器(6)，UASB反应器上部回流口(6.6)通过回流泵(6.7)与UASB进水口(6.3)相连以进行回流；其中经UASB进水泵I(6.1)、UASB进水泵II(6.2)污水流量均为0.125L/h，经回流泵(6.7)的泥水混合物流量为0.25L/h；厌氧氨氧化UASB反应器(6)出水通过UASB出水口(6.5)排出。
3)系统提高排水比R的方式：当生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器(3)厌氧段末SCOD与缺氧段末NO3 --N浓度持续10个周期以上内波动范围不超过检测平均值的10％；且厌氧氨氧化UASB反应器(6)出水NH4 +-N浓度持续10个周期以上不高于5mg/L，出水NO3 --N浓度持续10个周期以上不高于10mg/L；按照2.1)中所描述的周期内各个阶段时长、阀门开启方式、装置连接方式继续运行，可提高生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器(3)的排水比至R＝30％；
提高生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器(3)的排水比至R＝30％后，当生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器(3)厌氧段末SCOD与缺氧段末NO3 --N浓度持续10个周期以上内波动范围不超过检测平均值的10％；且厌氧氨氧化UASB反应器(6)出水NH4 +-N浓度持续10个周期以上不高于5mg/L，出水NO3 --N浓度持续10个周期以上不高于10mg/L；按照2.1)中所描述的周期内各个阶段时长、阀门开启方式、装置连接方式继续运行，可提高生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器(3)的排水比至R＝40％；
提高生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器(3)的排水比至R＝40％后，当生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器(3)厌氧段末SCOD与缺氧段末NO3 --N浓度持续10个周期以上内波动范围不超过检测平均值的10％；且厌氧氨氧化UASB反应器(6)出水NH4 +-N浓度持续10个周期以上不高于5mg/L，出水NO3 --N浓度持续10个周期以上不高于10mg/L；按照2.1)中所描述的周期内各个阶段时长、阀门开启方式、装置连接方式继续运行，可提高生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器(3)的排水比至R＝50％；
提高生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器(3)的排水比至R＝50％后，当生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器(3)厌氧段末SCOD与缺氧段末NO3 --N浓度持续10个周期以上内波动范围不超过检测平均值的10％；且厌氧氨氧化UASB反应器(6)出水NH4 +-N浓度持续10个周期以上不高于5mg/L，出水NO3 --N浓度持续10个周期以上不高于10mg/L；按照2.1)中所描述的周期内各个阶段时长、阀门开启方式、装置连接方式继续运行，可提高生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器(3)的排水比至R＝60％；
不同排水比R下，上述系统运行中提到的关键参数如下表所示：
表1不同排水比R系统关键参数
Figure BDA0003132269030000131
Figure BDA0003132269030000141
试验系统长期运行结果表明：系统运行稳定后，生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器(3)溶解性和颗粒性慢速降解有机物捕集率达82％以上，并实现60％～85％的NO2 --N积累率；系统总体实现总有机物(TCOD)去除率达85％以上，出水NH4 +-N浓度小于5mg/L，总氮浓度小于15mg/L，满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准，实现了溶解性与颗粒性慢速降解有机物的有效利用与低碳氮比生活污水原水的深度脱氮。
本发明的具体实施方式，用于方便该技术领域的技术人员能更好的理解应用本发明；但本发明的实施不限于此，该技术领域的技术人员对本发明所做的简单改进都在本发明保护范围之内。

Claims (2)

1.基于慢速降解有机物的吸附水解耦合短程反硝化串联厌氧氨氧化深度脱氮的装置，其特征在于，包括：原水水箱(1)、含NO3 --N废水水箱(2)、生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器(3)、中间水箱I(4)、中间水箱II(5)、厌氧氨氧化UASB反应器(6)以及在线反馈与控制系统(7)；
其中所述生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器(3)配置有：原水进水泵(3.1)、原水进水口(3.2)、NO3 --N废水进水泵(3.3)、NO3 --N废水进水口(3.4)、曝气泵(3.5)、气体流量计(3.6)、曝气盘(3.7)、搅拌器(3.8)、SBR pH/DO测定仪(3.9)、出水口(3.10)、排水阀I(3.11)、排水阀II(3.12)、排泥口(3.13)、排泥阀(3.14)，其中出水口(3.10)通过连接管和三通接头与排水阀I(3.11)、排水阀II(3.12)相连；其中所述厌氧氨氧化UASB反应器(6)配置有：UASB进水泵I(6.1)、UASB进水泵II(6.2)、UASB进水口(6.3)、UASB pH/DO测定仪(6.4)、UASB出水口(6.5)、UASB回流口(6.6)、回流泵(6.7)；所述在线反馈与控制系统(7)包括可编程控制器(7.1)、计算机(7.2)；其中可编程控制器(7.1)内置曝气泵继电器(7.3)、NO3 --N废水进水泵继电器(7.4)、原水进水泵继电器(7.5)、搅拌器继电器(7.6)、回流泵继电器(7.7)、UASB进水泵I继电器(7.8)、UASB进水泵II继电器(7.9)、排水阀I继电器(7.10)、排水阀II继电器(7.11)、排泥阀继电器(7.12)、A/D信号转换器转换接口(7.13)、D/A信号转换器转换接口(7.14)；
所述原水水箱(1)中的生活污水原水通过原水进水泵(3.1)经原水进水口(3.2)泵入生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器(3)，随后通过排水阀I(3.11)从出水口(3.10)泵入中间水箱I(4)；所述含NO3 --N废水水箱(2)中的含NO3 --N污染物废水通过NO3 --N废水进水泵(3.3)经NO3 --N废水进水口(3.4)泵入生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器(3)，随后通过排水阀II(3.12)从出水口(3.10)泵入中间水箱II(5)；其中所述厌氧氨氧化UASB反应器(6)配置的UASB进水口(6.3)分别通过UASB进水泵I(6.1)、UASB进水泵II(6.2)与中间水箱I(4)、中间水箱II(5)相连；UASB回流口(6.6)通过回流泵(6.7)与UASB进水口(6.3)相连以进行回流；
所述在线反馈与控制系统(7)中，曝气泵继电器(7.3)与曝气泵(3.5)相连；NO3 --N废水进水泵继电器(7.4)与NO3 --N废水进水泵(3.3)相连；原水进水泵继电器(7.5)与原水进水泵(3.1)相连；搅拌器继电器(7.6)与搅拌器(3.8)相连；回流泵继电器(7.7)与回流泵(6.7)相连；UASB进水泵I继电器(7.8)与UASB进水泵I(6.1)相连；UASB进水泵II继电器(7.9)与UASB进水泵II(6.2)；排水阀I继电器(7.10)与排水阀I(3.11)相连；排水阀II继电器(7.11)与排水阀II(3.12)相连；排泥阀继电器(7.12)与排泥阀(3.14)相连；可编程控制器(7.1)通过A/D信号转换器转换接口(7.13)连接到计算机(7.2)并将传感器信号转化为数字信号传递给计算机(7.2)；计算机(7.2)通过D/A信号转换器转换接口(7.14)与可编程控制器(7.1)连接并将数字信号传递给可编程控制器(7.1)。
2.应用权利要求1所述装置实现基于慢速降解有机物的吸附水解耦合短程反硝化串联厌氧氨氧化深度脱氮的方法，其特征在于，包括以下过程：
1)系统启动：
1.1)生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器的启动：将污水厂剩余污泥投加至生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器(3)内，使得反应器挥发性污泥浓度为MLVSS＝2500～5000mg/L；控制污泥停留时间为25天～50天；每天运行2个周期，反应器每天运行2个周期，每周期由原水进水阶段开始，依次经历曝气吸附阶段、第一沉淀阶段、第一排水阶段、厌氧搅拌阶段、含NO3 --N废水进水阶段、缺氧搅拌阶段、排泥阶段、第二沉淀阶段，到第二排水阶段结束，共10个阶段；相关操作由在线反馈与控制系统(7)控制完成；每个周期内，原水水箱(1)内模拟生活污水原水通过原水进水泵(3.1)泵入生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器(3)中，开启搅拌器(3.8)与曝气泵(3.5)开始曝气吸附，通过气体流量计(3.6)控制系统曝气量，使SBR pH/DO测定仪(3.9)显示的溶解氧浓度维持在1.0～1.5mg/L，过程持续20～30min后，沉淀20～30min后排水；排水完成后，污泥被沉淀浓缩，开启搅拌器(3.8)进行厌氧搅拌，当检测到SCOD浓度增长速率低于0.1mg·(L·h)-1，并持续5min以上时，关闭搅拌器(3.8)，停止厌氧搅拌；随后开启NO3 --N废水进水泵(3.3)经NO3 --N废水进水口(3.4)泵入生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器(3)，进行缺氧搅拌，当NO3 --N浓度低于5mg/L时，关闭搅拌器(3.8)，停止缺氧搅拌；当厌氧段初末SCOD浓度增量达到进水TCOD的50％以上、缺氧段末NO3 --N浓度小于5mg/L时，且稳定运行10个周期以上时，即认为生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器(3)启动成功；
1.2)厌氧氨氧化UASB反应器的启动：将具有氨氧氨氧化活性的污泥投加至厌氧氨氧化UASB反应器(6)中，使反应器内污泥浓度为MLSS＝2500mg/L～3000mg/L；当出水中NH4 +-N浓度、NO2 --N浓度均＜1mg/L时，且稳定运行40h以上即认为厌氧氨氧化UASB反应器(6)启动成功；
2)反应器参数设定：
根据设定SBR反应器的排水比R、SBR反应器有效容积V0、生活污水原水进水体积V1、含NO3 --N废水进水体积V2、含NO3 --N废水中NO3 --N浓度CN、生活污水原水中总有机物(TCOD)浓度CC、经UASB进水泵I(6.1)污水流量为q1、经UASB进水泵II(6.2)污水流量为q2、UASB水力停留时间为HRTUASB，各参数关系满足以下公式(1)、(2)、(3)、(4)：
V0×R＝V1＝V2 公式(1)
(CC×V1)/(CN×V2)＝3.5～6.0 公式(2)
q1×HRTUASB＝V1 公式(3)
q2×HRTUASB＝V2 公式(4)
排水比初始值设定为R＝20％；
UASB水力停留时间为设定范围为HRTUASB＝1.0～4.0h；
3)运行时调节操作：
3.1)生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器的运行：生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器(3)每周期由原水进水阶段开始，依次经历曝气吸附阶段、第一沉淀阶段、第一排水阶段、厌氧搅拌阶段、含NO3 --N废水进水阶段、缺氧搅拌阶段、排泥阶段、第二沉淀阶段，到第二排水阶段结束，共10个阶段；相关操作由在线反馈与控制系统(7)控制完成；
①每周期由原水进水阶段开始，开启原水进水泵(3.1)将生活污水原水经原水进水口(3.2)泵入生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器(3)内，生活污水原水进水量为V1；
②原水进水完成后开启搅拌器(3.8)与曝气泵(3.5)开始曝气吸附阶段，通过气体流量计(3.6)控制系统曝气量，使SBR pH/DO测定仪(3.9)显示的溶解氧浓度维持在1.0～1.5mg/L，过程持续20～30min后，溶解性大分子有机物被充分吸附在污泥表面，关闭搅拌器(3.8)与曝气泵(3.5)；
③沉淀20～30min，使颗粒性大分子有机物、附着溶解性大分子有机物的污泥沉降，与上清液分离；
④第一排水阶段开启排水阀I(3.11)，将V1体积的上清液排入中间水箱I(4)；
⑤排水完成后，污泥被沉淀浓缩，开启搅拌器(3.8)进行厌氧搅拌，SBR pH/DO测定仪(3.9)显示的溶解氧浓度应维持在0.2mg/L以下；此时污泥中含有的水解酸化菌将颗粒性/溶解性大分子有机物进行分解，转化为溶解性小分子有机物(SCOD)，当检测到SCOD浓度增长速率低于0.1mg·(L·h)-1，并持续5min以上时，关闭搅拌器(3.8)，停止厌氧搅拌；
⑥含NO3 --N废水进水阶段，开启NO3 --N废水进水泵(3.3)经NO3 --N废水进水口(3.4)泵入生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器(3)内，含NO3 --N废水体积为V2；
⑦含NO3 --N废水进水完成后，开启搅拌器(3.8)开始缺氧搅拌阶段，SBR pH/DO测定仪(3.9)显示的溶解氧浓度应维持在0.2mg/L以下；此时污泥中反硝化细菌利用厌氧搅拌段产生的SCOD进行短程反硝化反应，将NO3 --N转化为NO2 --N；当NO3 --N浓度低于5mg/L时，关闭搅拌器(3.8)，停止缺氧搅拌；
⑧在缺氧搅拌阶段关闭搅拌器前3～5min内开启排泥阀(3.14)，进行排泥，使SBR反应器挥发性污泥浓度长期维持在MLVSS＝2500～5000mg/L
⑨沉淀20～30min，完成泥水分离；
⑩第二排水阶段开启排水阀II(3.12)，将V2体积的上清液排入中间水箱II(5)，周期结束；
3.2)厌氧氨氧化UASB反应器的运行：UASB进水泵I(6.1)、UASB进水泵II(6.2)分别将中间水箱I(4)、中间水箱II(5)中的污水泵入厌氧氨氧化UASB反应器(6)；其中，通过UASB进水泵I(6.1)、UASB进水泵II(6.2)的污水流量分别为q1与q2；UASB回流口(6.6)通过回流泵(6.7)与UASB进水口(6.3)连接，进行回流，回流比设定区间为100％～150％；厌氧氨氧化UASB反应器(6)出水通过UASB出水口(6.5)排出；
4)当生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器(3)厌氧段末SCOD与缺氧段末NO3 --N浓度持续10个周期以上波动范围不超过检测平均值的10％；且厌氧氨氧化UASB反应器(6)出水NH4 +-N浓度持续10个周期以上不高于5mg/L，出水NO3 --N浓度持续10个周期以上不高于10mg/L；按照3)中所描述的周期内各个阶段时长、阀门开启方式、装置连接方式继续运行，提高生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器(3)的排水比至R＝30％；
5)当排水比提高至30％后，生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器(3)厌氧段末SCOD与缺氧段末NO3 --N浓度持续10个周期以上波动范围不超过检测平均值的10％；且厌氧氨氧化UASB反应器(6)出水NH4 +-N浓度持续10个周期以上不高于5mg/L，出水NO3 --N浓度持续10个周期以上不高于10mg/L；按照3)中所描述的周期内各个阶段时长、阀门开启方式、装置连接方式继续运行，提高生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器(3)的排水比至R＝40％；
6)当排水比提高至40％后，生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器(3)厌氧段末SCOD与缺氧段末NO3 --N浓度持续10个周期以上波动范围不超过检测平均值的10％；且厌氧氨氧化UASB反应器(6)出水NH4 +-N浓度持续10个周期以上不高于5mg/L，出水NO3 --N浓度持续10个周期以上不高于10mg/L；按照3)中所描述的周期内各个阶段时长、阀门开启方式、装置连接方式继续运行，提高生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器(3)的排水比至R＝50％；
7)当排水比提高至50％后，生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器(3)厌氧段末SCOD与缺氧段末NO3 --N浓度持续10个周期以上波动范围不超过检测平均值的10％；且厌氧氨氧化UASB反应器(6)出水NH4 +-N浓度持续10个周期以上不高于5mg/L，出水NO3 --N浓度持续10个周期以上不高于10mg/L；按照3)中所描述的周期内各个阶段时长、阀门开启方式、装置连接方式继续运行，提高生物吸附/水解酸化/短程反硝化SBR反应器(3)的排水比至R＝60％。
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