本发明涉及一种氧化沟分段进水工艺实现短程硝化反硝化的方法，属于污水生物处理技术领域。
背景技术：
城市污水中氮污染物的去除对于水体富营养化的控制具有重要作用。目前污水处理大都采用传统的硝化反硝化生物脱氮工艺，该工艺的原理为通过在好氧条件下氨氧化菌作用将氨氮转化为硝态氮，而后在缺氧区通过有机物将将硝态氮还原为氮气，从而达到将污水中的氮脱除的目的。
短程生物脱氮是一种新型的污水处理技术，其基本原理就是在好氧区将硝化过程氨氮氧化控制在亚硝化的阶段，然后通过有机物进行缺氧反硝化将亚硝态氮经由NO、N2O逐步还原为氮气，该方法不仅可以节省好氧区的充氧量，同时可减少反硝化过程的有机碳源需求量，最终可降低污水处理能耗。
实现短程生物脱氮的瓶颈在于城市污水处理系统中的亚硝酸盐氧化菌的稳定控制。最新研究表明在缺氧条件下，氨氮对氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌有选择性抑制效应，即对亚硝酸盐氧化菌的抑制效果要强于对氨氧化菌的灭活效果。若能基于氨氮的这种选择性抑制效应实现亚硝酸盐氧化菌的稳定控制，则有望推进短程硝化反硝化脱氮技术在城市污水处理厂的应用。
技术实现要素：
本发明的目的就是针对现有城市污水处理难以控制亚硝酸盐氧化菌增长的问题，基于对亚硝酸氧化菌的选择性抑制作用，提出了一种氧化沟分段进水工艺实现短程硝化反硝化脱氮的方法，该方法首先是城市生活污水分为四等份进入氧化沟反应器的缺氧区，反硝化菌利用污水中原有的有机物作为碳源，将上一好氧段产生的亚硝酸盐氮还原为氮气，而后进入好氧区，氨氧化菌将氨氮氧化为亚硝酸盐氮；再依次经过缺氧区和好氧区；二沉池部分沉淀污泥进入污泥处理区，采用游离氨处理后回流至氧化沟缺氧区；通过游离氨对污泥中亚硝酸盐氧化菌进行选择性抑制，控制污泥中亚硝酸盐氧化菌的增长，维持氧化沟反应器中短程硝化；最终实现城市污水短程硝化反硝化脱氮，提高脱氮效果，降低处理能耗。
本发明的目的是通过以下解决方案来解决的：一种氧化沟分段进水工艺实现城市污水短程硝化反硝化脱氮的方法，其特征在于：设有城市污水原水箱(1)、氧化沟反应器(2)、二沉池(3)；城市污水原水箱(1)设有溢流管(1.1)和放空管(1.2)；城市污水原水箱(1)通过进水泵(1.3)与氧化沟反应器(2)的第一进水管(1.5)及第二进水管(1.7)相连接；氧化沟反应器(2)分为反应区和污泥处理区(2.11)，反应区分为4个缺氧—好氧格交替运行，按照水流方向在氧化沟反应器(2)内循环流动；其中好氧区通过设有空压机(2.14)、气体流量计(2.15)、气量调节阀(2.16)及第一曝气管(2.2)、第二曝气管(2.5)、第三曝气管(2.7)和第四曝气管(2.8)的曝气系统进行充氧，其余为缺氧区；氧化沟反应器(2)设有液下推进器(2.1)和溢流堰(2.3)，氧化沟反应器二沉池连接管(2.4)将氧化沟反应器(2)与二沉池(3)相连接；二沉池(3)通过污泥回流泵(2.13)和污泥回流管(2.17)与氧化沟反应器(2)相连接；污泥处理区(2.11)为长方形池体，设有污泥投加泵(3.2)和污泥区液下推进器(2.12)；污泥处理区(2.11)通过污泥投加泵(3.2)与氧化沟反应器二沉池(3)相连接；消化污泥脱水液通过消化污泥脱水液进水泵(3.4)进入污泥处理区(2.11)；污泥处理区(2.11)通过pH调节泵(3.5)调节处理过程中的pH值。
城市污水在此装置中的处理流程为：城市生活污水分为四等份进入氧化沟反应器的缺氧区，反硝化菌利用污水中原有的有机物作为碳源，将上一好氧段产生的亚硝酸盐氮还原为氮气，之后进入好氧区，氨氧化菌将氨氮氧化为亚硝酸盐氮；再依次经过缺氧区和好氧区；二沉池部分沉淀污泥进入污泥处理区，采用游离氨处理后回流至氧化沟缺氧区；通过游离氨对污泥中亚硝酸盐氧化菌进行选择性抑制，控制污泥中亚硝酸盐氧化菌的增长，以维持氧化沟反应器中的短程硝化；最终实现城市污水短程硝化反硝化脱氮，提高脱氮效果，降低处理能耗。基于氧化沟分段进水氧化沟工艺实现短程硝化反硝化脱氮的方法，其具体启动与调控步骤如下：
1)启动系统：接种传统城市污水厂具有硝化活性的絮体污泥投加至氧化沟反应器(2)，使污泥浓度达到3000-5000mg/L；
2)运行时调节操作如下：
2.1)氧化沟反应器(2)中缺氧区与好氧区交替设置，在好氧区通过曝气装置充氧，好氧区溶解氧浓度通过调整曝气量控制溶解氧浓度在1.0-1.5mg/L，缺氧区通过液下推进器搅拌，好氧区与缺氧区的容积比为1:1；
2.2)氧化沟反应器(2)的污泥回流比控制为50-150％；该反应器(2)的水力停留时间HRT控制在12-20h；污泥龄控制在20-35天；
2.3)进入污泥处理区的沉淀污泥流量为氧化沟进水流量3-10％，污泥在该区内的停留时间为10-24h；
2.4)向污泥处理区引入消化污泥脱水液，使处理区的氨氮浓度为300-1000mg/L，并通过酸碱调节泵投加酸或碱以控制污泥处理区pH为8.0-8.5。
本发明基于氧化沟分段进水工艺实现短程硝化反硝化脱氮的方法，与现有传统生物脱氮工艺相比具有以下优势：
1)好氧区需氧量低，短程硝化较传统硝化可节约25％左右的需氧量，从而降低了系统处理能耗；
2)短程硝化在反硝化过程的对有机碳源需求量低，减少了外碳源量投加量，降低了运行费用；
3)短程硝化污泥产量低，使得系统污泥排放量低，降低了污泥处置费用。
附图说明
图1为本发明基于氧化沟分段进水工艺实现城市污水短程硝化反硝化脱氮装置的结构示意图。
图中(1)为城市污水原水箱、(2)为氧化沟反应器、(3)为二沉池；(1.1)为溢流管、(1.2)为放空管、(1.3)为进水泵、(1.5)为氧化沟反应器第一进水管、(1.7)为氧化沟反应器第二进水管；(1.4)和(1.6)为原水进水管调节阀；(2.1)为液下推进器、(2.2)为第一曝气管、(2.5)为第二曝气管、(2.7)为第三曝气管、(2.8)为第四曝气管、(2.15)为气体流量计、(2.14)为空压机、(2.16)为气量调节阀、(2.3)为氧化沟反应器溢流堰、(2.4)为氧化沟反应器二沉池连接管、(2.13)为污泥回流泵；(2.11)氧化沟反应器污泥处理区、(3.1)为二沉池排泥管、(3.2)为污泥投加泵、(3.3)为污泥调节阀；(2.12)为污泥处理区液下推进器、(3.4)为消化污泥脱水液进水泵、(3.5)为污泥处理区pH调节泵。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明：如图1所示，氧化沟分段进水工艺实现城市污水短程硝化反硝化的脱氮装置其特征设有城市污水原水箱(1)、氧化沟反应器(2)、二沉池(3)；城市污水原水箱(1)设有溢流管(1.1)和放空管(1.2)；城市污水原水箱(1)通过进水泵(1.3)与氧化沟反应器(2)的第一进水管(1.5)和第二进水管(1.7)相连接；氧化沟反应器(2)分为反应区和污泥处理区(2.11)，反应区分为4个缺氧—好氧格交替运行，按照水流方向在氧化沟反应器(2)内循环流动；其中好氧区通过设有空压机(2.14)、气体流量计(2.15)、气量调节阀(2.16)及反应器第一曝气管(2.2)、第二曝气管(2.5)、第三曝气管(2.7)和第四曝气管(2.8)的曝气系统进行充氧，其余为缺氧区；氧化沟反应器(2)设有液下推进器(2.1)和溢流堰(2.3)，氧化沟反应器二沉池连接管(2.4)将氧化沟反应器(2)与二沉池(3)相连接；二沉池(3)通过污泥回流泵(2.13)和污泥回流管(2.17)与氧化沟反应器(2)相连接；污泥处理区(2.11)为长方形池体，设有污泥投加泵(3.2)和污泥区液下推进器(2.12)；污泥处理区(2.11)通过污泥投加泵(3.2)与氧化沟反应器二沉池(3)相连接；消化污泥脱水液通过消化污泥脱水液进水泵(3.4)进入污泥处理区(2.11)；污泥处理区(2.11)通过pH调节泵(3.5)调节处理过程中的pH值。
试验采用某城市污水作为原水，具体水质如下：COD浓度为150-250mg/L；浓度为58-72mg/L，试验系统如图1所示，各反应器均采用有机玻璃制成，生物反应器有效体积为120L。
2.4)向污泥处理区引入消化污泥脱水液，使处理区的氨氮浓度为300-1000mg/L，并通过酸碱调节泵投加酸或碱以控制污泥处理区pH为8.0-8.5。
具体运行时操作如下：
1)启动系统：接种普通城市污水厂具有硝化活性的絮体污泥投加至氧化沟反应器(2)，使污泥浓度达到3000-3500mg/L；
2)运行时调节操作如下：
2.1)氧化沟反应器(2)中缺氧区与好氧区交替设置，在好氧区通过曝气装置充氧，好氧区的溶解氧浓度通过调整曝气量控制溶解氧浓度在1.5mg/L，缺氧区通过液下推进器搅拌，好氧区与缺氧区的容积比为1:1；
2.2)氧化沟反应器(2)的污泥回流比控制为150％；该反应器(2)的水力停留时间HRT控制在18h；污泥龄控制在30天；
2.3)进入污泥处理区的沉淀污泥的流量为氧化沟进水流量的10％，污泥在该反应器内的停留时间为20h；
2.4)通过向污泥处理区(4)内引入消化污泥脱水液，使得该反应区的氨氮浓度为1000mg/L，并通过酸碱调节泵投加酸或碱以控制以污泥处理区的pH为8.5。
试验结果表明：运行稳定后，生物反应器出水COD浓度为35-50mg/L,浓度0-5mg/L，浓度为8.5-13.8mg/L,浓度0.5-3.2mg/L，TN低于15mg/L。