本发明属于一种污水处理技术领域，涉及到一种城市污水SNAD生物膜工艺的优化脱氮方法。
背景技术：
城市生活污水传统生物脱氮采用硝化，反硝化工艺，存在着碳源不足，曝气消耗量大的问题。厌氧氨氧化生物脱氮技术具有降低能耗，节省碳源，减少污泥生成量等优点。采用同步亚硝化，厌氧氨氧化，反硝化工艺(SNAD)可以在一个反应器中实现氨氮和COD的去除。但是好氧氨氧化细菌(AOB)和厌氧氨氧化(anammox)菌生长速率慢，细胞产率低，对环境变化敏感，导致优势菌富集驯化时间长，处理效率低，对反应器生物截留能力要求高。目前SNAD工艺的研究集中在人工配水和高含氮废水(垃圾渗滤液、污泥脱水液)，关于低氨氮城市污水的研究较少。生物膜反应器和SBR运行方式有助于减少反应器内污泥流失，增加反应器内的污泥浓度，提高反应器的耐冲击负荷，较好的解决传统工艺泥水分离时间长、容积负荷率问题。SNAD生物膜反应器中NOB的生长会使得出水中的硝态氮浓度增加，应采取措施对NOB的活性进行抑制。
技术实现要素：
本发明能够有效的抑制城市污水SNAD生物膜工艺中NOB的活性，降低城市污水SNAD生物膜工艺的出水总氮浓度，保证城市污水SNAD生物膜工艺得以稳定运行，在一个反应器完成良好的同步亚硝化，厌氧氨氧化，反硝化脱氮，实现氨氮和COD的去除。本发明涉及一种城市污水SNAD生物膜工艺的优化脱氮方法，其特征在于：
1.一种城市污水SNAD生物膜工艺的优化脱氮方法，其特征在于：
进水为城市生活污水，进水氨氮浓度60-80mg/L，硝氮浓度小于1mg/L，亚氮浓度小于1mg/L，COD浓度为160-250mg/L；
反应器采用SBR运行模式，周期运行完毕之后马上进行下一个周期，排水比为81％，排水口设置在反应器底部以上20cm处，排水口直径大小为20mm；反应器内放置鲍尔环，鲍尔环的直径为25mm，中间分成多个小格，每个小格的直径为4mm；鲍尔环的体积/反应器的体积比R值控制在37％；
反应器周期运行方式为：进水5min，间歇曝气12次，后曝气20min，沉淀10min，排水10min，静置1min；间歇曝气具体为20min曝气然后20min非曝气，在非曝气阶段，水力搅拌装置启动；
反应器内温度控制为30℃，曝气和后曝气阶段溶解氧控制为0-1.0mg/L。需要说明的是：非曝气就是不曝气，后曝气其实质也就是曝气，不过在间歇曝气后所以成为后曝气以示区别而已。
本发明所达到的技术效果
在本申请之前我们提出了“一种城市污水SNAD生物膜的快速培养方法”(申请公布号为CN105236573A记为申请方法A)，申请方法A可以快速培养出城市污水SNAD生物膜，在高溶解氧条件下，氨氧化菌的底物丰富，生长和代谢速率较快，可以为厌氧氨氧化菌提供大量的底物亚硝态氮。但是申请方法A的缺点是，当反应器在不利的条件下出现NOB的富集之后，申请方法A难以快速地抑制反应器中NOB的活性，反应器的出水硝态氮浓度和总氮浓度难以快速降低。已经富集NOB的SNAD生物膜反应器在申请方法A的运行工况下，经过30d的连续运行，出水硝态氮和总氮平均浓度一直维持在17mg/L和20mg/L(见图2)，超出污水处理排放一级A标准(出水总氮标准为15mg/L)。总氮去除率平均值为75％。
本发明的主要目的是快速有效地抑制城市污水SNAD生物膜工艺中已经富集的NOB的活性，降低城市污水SNAD生物膜工艺的出水总氮浓度，保证城市污水SNAD生物膜工艺得以稳定运行。申请方法A在出现NOB富集之后，反应器中NOB的活性得不到有效抑制的一个重要原因是，反应器的曝气量控制为500L/h，曝气阶段溶解氧为5.0-5.5mg/L，生物膜表面的NOB可以利用反应器内的溶解氧和亚硝态氮进行代谢生长。高曝气工况有助于缓解间歇曝气策略对NOB活性的抑制作用。为此，本申请方法控制曝气阶段曝气量为100L/h，曝气阶段溶解氧为0-1.0mg/L，经过10d时间，反应器内的NOB活性得到了有效地抑制，出水硝态氮和总氮浓度平均值分别下降至8和11mg/L(图2),达到污水处理排放一级A标准(出水总氮标准为15mg/L)。并在之后的30d时间里，出水硝态氮和总氮浓度一直稳定在较低的水平。总氮去除率平均值为85％。
除了低曝气控制措施，本申请方法还采用以下技术措施协同合作，共同完成城市污水的SNAD生物膜脱氮。
一、反应器采用SBR运行模式，排水比为81％，排水口设置在反应器底部以上20cm处，排水口直径大小为20mm。反应器内放置鲍尔环，鲍尔环的直径为25mm，中间分成多个小格，每个小格的直径为4mm。其技术效果为：
1)SBR运行方式和鲍尔环载体联合运用。厌氧氨氧化菌生长速率缓慢，倍增时间达到11d，要求反应器对污泥有较好的持流效率，采用SBR运行方式和鲍尔环载体有助于减少反应器的污泥流失，提高反应器的污泥浓度，保证SNAD反应器的高效脱氮和稳定运行。
2)排水比为81％。这个排水比对于SBR反应器来说是比较大的，但是反应器内有大量鲍尔环载体，载体上可以富集大量微生物，使得反应器在较大排水比下仍能取得较好的效果。排水比的增加有助于提高反应器的进水负荷，提高反应器的容积利用率。
3)鲍尔环的直径为25mm，排水口设置在底部以上20cm处，排水口直径大小为20mm。可以有效防止载体在排水过程中从反应器流失。其次鲍尔环中间分成多个小格，每个小格的直径为4mm，有助于增加载体的比表面积，加快反应过程中的底物传质效率。
4)采用鲍尔环作为微生物载体。生物膜对于溶解氧的传质存在阻碍作用，当反应器内的溶解氧浓度较高时，在生物膜内仍可以维持较低的溶解氧浓度，有助于亚硝化，厌氧氨氧化，反硝化的耦合脱氮生物膜培养阶段中厌氧氨氧化菌和反硝化菌活性的发挥。
二、在非曝气阶段，水力搅拌装置启动。其技术效果为：
1)在非曝气阶段，载体会悬浮在反应器的上半部分，无法与反应器底部的污水进行充分接触，降低反应器的脱氮效果，设置水力搅拌器有助于使载体在反应器内形成流化状态，增加反应器内水流的紊动程度，加快微生物对底物的利用，有助于厌氧氨氧化菌和反硝化菌的生长。
三、间歇曝气设置为：20min曝气/20min非曝气。其技术效果为：有助于抑制反应器中NOB的活性。
1)间歇曝气运行方式有助于抑制NOB的活性，因为由缺氧转入好氧环境时，AOB可以立即以最大的生长速率增长，而NOB需要一定的恢复时间才可以达到其最大的生长速率。许多文献研究表明20min曝气/20min非曝气可以有效地淘汰NOB。
2)研究表明，氧气会抑制厌氧氨氧化菌和反硝化菌的活性，采用间歇曝气方式，在曝气阶段，生物膜对于溶解氧的传质存在阻碍作用，当反应器内的溶解氧浓度较高时，在生物膜内部仍可以维持较低的溶解氧浓度，有助于厌氧氨氧化菌活性的发挥，但是，生物膜靠外一侧的厌氧氨氧化菌和反硝化菌的活性会受到氧气的抑制。设置厌氧段，厌氧氨氧化菌和反硝化菌可以完全摆脱氧气的抑制，厌氧氨氧化菌利用曝气段产生的亚硝态氮和反应器中的氨氮进行厌氧氨氧化脱氮，反硝化菌利用有机物和反应器中的亚硝态氮和硝态氮进行反硝化脱氮，有助于反应器内厌氧氨氧化菌和反硝化菌的快速富集。四、控制间歇曝气次数为12次。其技术效果为：控制间歇曝气次数为12次，使得出水的氨氮浓度为0-5mg/L，生物膜表面的氨氧化菌利用氧气将氨氮氧化为亚硝态氮，有助于降低生物膜表面和内部的溶解氧浓度，保护生物膜内部的厌氧氨氧化菌和反硝化菌，同时对NOB的活性起到一定的抑制作用。
附图说明
1.反应器装置如图1所示。
2.图1中，1-进水泵；2-气体流量计；3-曝气盘；4-电磁阀；5-排水管；6-加热棒；7-溶解氧探头；8-pH探头；9-鲍尔环；10-水力搅拌器；11-控制系统；
3.图2为SNAD生物膜反应器的连续运行实验结果。
(1)0-30d，反应器的运行工况记为工况A：
1)反应器周期运行方式为：进水5min，间歇曝气(20min曝气/20min非曝气)，后曝气20min，沉淀10min，排水10min，静置1min。控制间歇曝气次数为7次。
2)反应器内温度控制为30℃，曝气量500L/h，曝气阶段溶解氧为5.0-5.5mg/L。
(2)31-70d，反应器的运行工况记为工况B：
1)反应器周期运行方式为：进水5min，间歇曝气(20min曝气/20min非曝气)，后曝气20min，沉淀10min，排水10min，静置1min。控制间歇曝气次数为12次，使周期结束时出水氨氮浓度为0-5mg/L。
2)反应器内温度控制为30℃，曝气量100L/h，曝气阶段溶解氧为0-1.0mg/L。
具体实施方式
1.反应器装置如图1所示。
2.实例使用的进水为小区生活污水，进水氨氮浓度60-80mg/L，硝氮浓度小于1mg/L，亚氮浓度小于1mg/L，COD浓度为160-250mg/L。
3.采用上述方法的操作步骤如下：
1)反应器装置
反应器采用SBR运行模式，周期运行完毕之后马上进行下一个周期，排水比为81％。
反应器内放置鲍尔环，鲍尔环的直径为25mm，中间分成多个小格，每个小格的直径为4mm。
鲍尔环的体积/反应器的体积比R值控制在37％。
2)0-30d，SNAD生物膜反应器运行工况(工况A)：
反应器周期运行方式为：进水5min，间歇曝气(20min曝气/20min非曝气)，后曝气20min，沉淀10min，排水10min，静置1min。控制间歇曝气次数为7次。
反应器内温度控制为30℃，曝气量500L/h，曝气阶段溶解氧为5.0-5.5mg/L。
在非曝气阶段，水力搅拌装置启动。
3)31-70d，SNAD生物膜反应器运行工况(工况B)：
反应器周期运行方式为：进水5min，间歇曝气(20min曝气/20min非曝气)，后曝气20min，沉淀10min，排水10min，静置1min。控制间歇曝气次数为12次，使周期结束时出水氨氮浓度为0-5mg/L。
反应器内温度控制为30℃，曝气量100L/h，曝气阶段溶解氧为0-1.0mg/L。
在非曝气阶段，水力搅拌装置启动。
4)连续运行实验的结果：
连续运行实验的结果表明，在工况A条件下，已经富集NOB的SNAD生物膜反应器难以快速恢复，经过30d的连续运行，出水硝态氮和总氮平均浓度一直维持在17mg/L和20mg/L(见图2)，超出污水处理排放一级A标准(出水总氮标准为15mg/L)。总氮去除率平均值为75％。
在工况B条件下，已经富集NOB的SNAD生物膜反应器得到快速恢复，经过10d时间，反应器内的NOB活性得到了有效的抑制，出水硝态氮和总氮浓度平均值分别下降至8和11mg/L(图2)，达到污水处理排放一级A标准(出水总氮标准为15mg/L)，并在之后的30d时间里，出水硝态氮和总氮浓度一直稳定在较低的水平。总氮去除率平均值为85％。
4.在上述原理的基础上还可以做出其他形式的变化和变动。这些变化和变动仍处于本发明的保护范围之中。