本发明属于污水处理技术领域，特别涉及一种对低碳源污水的厌氧氨氧化耦合反硝化除磷的生物滤池及其运行方法。
背景技术：
随着污水排放标准不断提高，排放量不断增加，传统的水处理工艺对水中氮磷的去除率较低，能耗较大的问题愈加严重。且氮磷含量过高会直接造成水体富营养化，引起藻类暴发，水质恶化，同时降低水体当中的溶解氧，使大量鱼类死亡。
传统的同步脱氮除磷工艺是根据厌氧条件下聚磷菌分解体内的多聚磷酸盐，同时释放PO43-；缺氧条件下反硝化细菌将NO3--N和NO2--N反硝化成N2；好氧条件下聚磷菌分解机体内的聚-β-羟基丁酸（PHB）和外源基质，将PO43-合成三磷酸腺苷（ATP）和核酸，将过剩的PO43-聚合成异染颗粒，硝化细菌将NH4+-N硝化成硝态氮或NO2--N的原理进行设计。这种传统的处理工艺很难把脱氮和除磷完全分开，硝化细菌和聚磷菌都会受到抑制，影响处理效果。反硝化菌和聚磷菌争夺碳源，硝化细菌和聚磷菌的菌龄不同，使得系统很难达到最优条件。好氧阶段需大量曝气，能耗较大。
反硝化聚磷菌（DPB）是用厌氧/缺氧交替环境代替传统的厌氧/好氧环境，驯化培养出反硝化聚磷菌为优势菌种，通过“一碳两用”方式同时完成过量吸磷和反硝化过程而达到脱氮除磷双重目的的一种工艺。厌氧阶段，乙酸等低分子脂肪酸被DPB快速吸收，同时细胞内的多聚磷酸盐被水解并以PO43-的形式释放出来。利用上述过程产生的能量ATP和糖原酵解还原型辅酶Ⅰ，DPB合成大量PHB储存在体内。缺氧阶段，DPB以NO3--N为电子受体氧化PHB，利用降解PHB所产生的能量，DPB过量摄取环境中的无机磷酸盐并以多聚磷酸盐的形式储存，细菌同时得到增殖。用DPB代替传统聚磷菌不仅节约碳源，同时减少能耗。
亚硝酸菌能够在有氧的条件下，将NH4+-N氧化为NO2--N，而且较低的溶解氧有利于亚硝酸菌增值，当溶解氧为0.5mg/L时，氨氮的转化率为60%左右。厌氧氨氧化菌能够在厌氧条件下，以CO2或HCO3-为碳源，以NH4+-N为电子供体，以NO2--N为电子受体，把NH4+-N和NO2--N转化成 N2去除，并从中获得能量。利用厌氧氨氧化菌进行脱氮不仅节约了碳源，减少了污泥量，同样也大大减少能耗。NH4+-N和NO2--N转化成 N2的同时会产生NO3--N，为DPB提供电子受体，进一步进行脱氮。
生物滤池是将生物降解与吸附过滤两种处理过程合并在同一单元反应器中。以滤池中填装的粒状填料为载体,在滤料表面生长着大量生物膜,当污水流经时,利用滤料上所附生物膜中高浓度的活性微生物强氧化分解作用以及滤料粒径较小的特点,充分发挥微生物的生物代谢、生物絮凝、生物膜和填料的物理吸附，同时利用反应器内好氧、缺氧区域的存在,实现脱氮除磷的功能。生物滤池采用的粗糙多孔的小颗粒填料作为生物载体,填料表面生物量大 ,易于挂膜且运行稳定；生物滤池为半封闭或全封闭构筑物,其生化反应受外界温度影响较小,适合于寒冷地区进行污水处理；高浓度的微生物量增大了滤池的容积负荷,进而降低了池容积和占地面积,使基建费用大大降低；无污泥膨胀问题,无需污泥回流。
技术实现要素：
本发明的目的在于在低碳源的情况下去除污水中的有机物及氮、磷营养物，并且节省能耗，提高出水水质。
本发明一种厌氧氨氧化耦合反硝化除磷的生物滤池技术方案是：
本装置由四个生物滤池通过管道相互连接组成。生物滤池由进水管、出水管、颗粒生物滤料、承托层、滤板、曝气设备组成。装置周期性运行，每个运行周期由工况一和工况二两种工况交替组合完成。工况一时，生物滤池1为厌氧状态，生物滤池2为微曝气状态，生物滤池3为厌氧状态，生物滤池4为缺氧状态；工况二时，生物滤池1为缺氧状态，生物滤池2为微曝气状态，生物滤池3为厌氧状态，生物滤池4为厌氧状态；
工况一时，污水首先进入生物滤池1，污水自上向下流，流经颗粒生物滤料层88时，其上附着生长的反硝化聚磷菌在厌氧状态下大量吸收污水中的有机物，转化为体内的能量贮存物PHB，此时从生物滤池1排出的水中有机物浓度大大减少而磷浓度有所增加；出水进入生物滤池2，流经颗粒生物滤料层92时，其上附着的亚硝酸菌将NH4+-N部分氧化为NO2--N，调节反应条件使得氧化NH4+-N的量在60%左右，污水进入生物滤池3，流经颗粒生物滤料层96时，其上附着的厌氧氨氧化菌以NO2--N为电子受体直接将NH4+-N氧化为N2，此时从生物滤池3排出的水中主要含有NO3--N和磷；生物滤池3出水进入生物滤池4，污水自上向下流，流经颗粒生物滤料层99时，其上在上一周期厌氧条件下的反硝化聚磷菌在本工况利用NO3--N和生物滤池3剩余NO2--N作为电子受体氧化分解原先吸收储存在体内的有机物并产生能量，并从污水中过量地、超出其生理生长需求而摄取在在生物滤池2厌氧环境状态下释放的和污水中带来的正磷酸盐，使得最终出水中的有机物及氮磷营养物达到排放标准。
工况二时，污水首先进入生物滤池4，污水自上向下流，流经颗粒生物滤料层99时，其上附着生长的反硝化聚磷菌在厌氧状态下大量吸收污水中的有机物，转化为体内的能量贮存物PHB，此时从生物滤池4排出的水中有机物浓度大大减少而磷浓度有所增加；出水进入生物滤池2，污水自下向上流，流经颗粒生物滤料层92时，其上附着的亚硝酸菌将NH4+-N部分氧化为NO2--N，调节反应条件使得氧化NH4+-N的量在60%左右，污水进入生物滤池3，流经颗粒生物滤料层96时，其上附着的厌氧氨氧化菌以NO2--N为电子受体直接将NH4+-N氧化为N2，此时从生物滤池3排出的水中主要含有NO3--N和磷；生物滤池3出水进入生物滤池1，污水自上向下流，流经颗粒生物滤料层88时，其上在上一周期厌氧条件下的反硝化聚磷菌在本工况利用硝态氮和生物滤池3剩余NO2--N作为电子受体氧化分解原先吸收储存在体内的有机物并产生能量，并从污水中过量地、超出其生理生长需求而摄取在在生物滤池2厌氧环境状态下释放的和污水中带来的正磷酸盐，使得最终出水中的有机物及氮磷营养物达到排放标准。
上述运行工况可在生物滤池1和生物滤池4中形成厌氧、缺氧交替运行的环境，为反硝化聚磷菌创造良好的生长环境，生物滤池2中形成微曝气环境，能进行亚硝化反应，还对亚硝酸菌进行富集，在生物滤池3中保持厌氧环境，为厌氧氨氧化菌提供良好的生长环境，将氨氮转化为氮气，同时为下一生物滤池提供硝态氮作为反硝化聚磷菌的电子受体。
每个运行周期由工况一和工况二两种工况交替组合完成，交替时间为12h，工况一时四个滤池的运行状态分别为缺氧、厌氧、厌氧、缺氧；工况二时三个滤池的运行状态分别为缺氧、缺氧、厌氧、厌氧。每个滤池的水力停留时间均为2h。生物滤池1、2、4的反冲洗周期为一个月，生物滤池3的反冲洗周期为三个月。
装置中四个滤池相互独立，实现了氨氧化菌和反硝化聚磷菌分离，工况一和工况二之间的转换通过管道的阀门控制，方便操作。
所述装置的四个生物滤池均为圆柱型，填充滤层高度1200mm。滤柱1，2，4内径为150mm，内部装填滤料为陶粒，粒径为3mm，多孔适合反硝化聚磷菌生长；滤柱2内径为250mm，内部装填滤料为沸石，由于厌氧氨氧化菌世代时间较长，滤料粒径为10mm，适宜厌氧氨氧化菌生长，且不易堵塞。
工况一和工况二中的厌氧阶段利用的是进水污水中的有机物，不需要投加额外的碳源，节约资源，不仅可以去除有机污染物，且可以同时去除氮、磷营养物。
本发明结构紧凑，模块化结构便于后期改扩建，节约碳源、曝气量，降低污泥产量、省去污泥沉淀，硝化液回流，污泥回流的步骤，降低成本，有效的实现同步脱氮除磷。
试验结果表明：本工艺耗氧量约为传统工艺的30%，COD耗量约为传统工艺的60%，大大节省了碳源和能量。运行两个月以后，对氨氮、总氮和总磷的去除率相对于传统同步脱氮除磷工艺都有所提高，分别提高22%、15%和11%。出水COD浓度为15~40mg/L，NH4+-N浓度小于5mg/L，总氮小于12mg/L，总磷小于0.5mg/L，达到良好稳定的处理效果。
附图说明
图1为本发明一种厌氧氨氧化耦合反硝化除磷的生物滤池及运行方法示意图。