本发明属于污水生物处理技术领域，具体涉及污泥发酵耦合短程硝化反硝化除磷强化碳源开发技术领域。
背景技术：
近年来，污水脱氮除磷工艺层出不穷，但由于碳源、泥龄、硝化反硝化容量等矛盾，特别在处理低C/N污水时碳源不足问题使得同时脱氮除磷尤为困难。绝大多数污水处理厂主要考虑外加碳源或者将富含可生物降解有机物的工业废水投加到城市污水中。研究表明外加碳源的处理成本占运行管理成本的10%左右，增加了污水处理的运行费用。对于低C/N污水而言，研究经济、高效、可持续的节能降耗型污水处理工艺势在必行。
A2/O - BCO工艺采用活性污泥和生物膜相结合，充分发挥了两者的优势，实现了以反硝化除磷为主的双污泥系统。成功解决了传统工艺中各菌群间的竞争性矛盾，尤其是在低C/N条件下利于反硝化聚磷菌（DPAOs）成为优势菌，其中硝化过程提供的电子受体是影响脱氮除磷效果的重要因素。近年来，短程硝化成为研究的热点，该过程是将硝化控制在NO2--N阶段，可节约25%的供氧能耗和40%的有机碳源，但是运行效果仍受到碳源含量的限制。
随着低C/N生活污水处理难度加大以及剩余污泥处理处置问题的严峻，传统的重“水”轻“泥”的观念必须改变，将剩余污泥中有机质转化成可生物利用碳源，将消耗碳源的“消耗型”污水处理转化成利用内碳源的“生产型”处理方式。
专利ZL201410118141.3和ZL201410117536.1公开了短程硝化耦合反硝化除磷的 A2 /O- 生物接触氧化工艺，都是利用组合填料较大的比表面积和较高的生物量，结合温度（25～35℃）、溶解氧（0.5～2.0 mg/L）、游离氨FA（1～5mg/L）、水力停留时间HRT（0.7～1.5h）、投加抑制剂（氯酸钾或氯酸钠，浓度1～10 mmol/L）以及浓度传感器、实时控制等调控措施，控制NH4+-N的氧化在NO2--N阶段，亚硝积累率达到80%。但是上述专利技术的脱氮除磷效率很大程度上受限于有机物浓度，尤其对于低C/N污水而言，碳源不足是污水同步脱氮除磷的瓶颈问题。
技术实现要素：
针对当前污水处理中进水C/N低，脱氮除磷效率不稳定，污泥产量大，运行能耗高等问题，本发明提出一种利用发酵污泥的A2/O - BCO改进型工艺。
本发明技术方案是：于A2/O反应器内，生活污水先进行厌氧反应，然后与硝化液混合进行缺氧条件下的脱氮除磷反应，再经好氧处理后，由斜板沉淀池分离，分别取得上清液和污泥；将上述上清液置于具有碳纤维的生物接触氧化池内，在好氧条件下进行短程硝化反应，硝化反应的反应液进入沉淀区，分别取得硝化液和污泥；本发明的特点是：斜板沉淀池分离取得的污泥和沉淀区取得的污泥经与碱液混合后进行发酵取得发酵液，所述发酵液与所述生活污水混合后进行所述厌氧反应。
本发明将污泥发酵和短程反硝化除磷技术进行合理的耦合，不仅解决了污泥处理问题，在污水处理过程中实现污泥的减量化及资源化，同时摆脱因碳源短缺造成低C/N比污水处理效果低下的困境。
本发明与现有技术相比，具有下列优点：
1）双污泥系统解决了传统工艺中长短泥龄间矛盾，将除磷和反硝化两个独立过程耦合，实现脱氮除磷效率的同步提高。
2）短程硝化与反硝化除磷过程结合，节省碳源，减少曝气量，降低污泥产率。
3）生物接触氧化池生物量多、缩短反应时间、硝化效率高、无需反冲洗。
4）以污泥发酵液为碳源，无需外加碳源，提高系统处理效率，降低运行成本，适合低C/N污水的处理。
5）污泥发酵过程操作简单，管理方便，除了可以实现本系统剩余污泥和脱落生物膜的减量，还可以处理其他工艺的剩余污泥。
6）污泥减量和内碳源开发相结合，缓解了污泥处置问题，把污水处理和污泥资源化利用相统一。
进一步地，本发明所述发酵液中包含浓度为4000～6000mg/L的SCOD。该发酵液中的SCOD含有大量可被微生物直接利用的易降解有机物，通过与原水混合，为反硝化除磷过程提供充足的电子供体，有利于提高脱氮除磷效率。
所述发酵液与所述生活污水的混合体积比为1∶20～50，通过改变原水和发酵液的配比，可达到调节进水C/N的目的。在此基础上，建立不同进水C/N条件下的调控策略，调节厌氧、缺氧反应时间以及硝化液回流比，不断优化内碳源的转化利用特性，提高碳源的贮存和利用效率，实现深度脱氮除磷。
附图说明
图1为本发明的一种设备结构示意图。
具体实施方式
一、设备介绍：
图1中：1-原水水箱；2-A2/O反应器；3-斜板沉淀池；4-生物接触氧化池；5-沉淀区；6-出水水箱；7-进水泵；8-搅拌装置；9-厌氧区；10-缺氧区；11-好氧区；12-溢流挡板；13-斜板；14-污泥漏斗；15-组合填料；16-溢流口；17-排泥口；18-流量计；19-曝气干管；20-鼓风机；21-污泥回流泵；22-硝化液回流泵；23-储泥罐；24-发酵罐；25-碱剂箱；26-储液箱；27-提升泵Ⅰ；28-提升泵Ⅱ；29-提升泵Ⅲ；30-提升泵Ⅳ；31-提升泵Ⅴ；32-ORP测定仪；33-pH测定仪；34-发酵罐搅拌装置。
A2/O反应器2包括厌氧区9、缺氧区10和好氧区11。
A2/O反应器2的好氧区11与斜板沉淀池3通过溢流挡板12相连，出水连接生物接触氧化池4。
生物接触氧化池4内设有组合填料15，材质为碳纤维，主要作用是完成短程硝化。
该组合填料15主要材质为碳纤维，比表面积1500~2000 m2/m3，孔隙率大于95%，均匀分布在塑料圆片上，固定于生物接触氧化池4中。
沉淀区5设有溢流口16和排泥口17。
A2/O反应器2的好氧区11和生物接触氧化池4内均设有曝气系统。
硝化液回流泵22连接出水水箱6和A2/O反应器2的缺氧区10，为短程反硝化除磷过程提供电子受体。
污泥回流泵21与A2/O反应器2的厌氧区9底部相连。
污泥漏斗14的部分污泥通过污泥回流泵21接入厌氧区9底部。
排泥口17和污泥漏斗14的出口还通过管道汇合，通过提升泵Ⅰ27进入储泥罐23，经提升泵Ⅱ28进入污泥发酵罐23。
在发酵罐搅拌装置34的作用下，污泥与碱液混合，进行碱性发酵。
碱剂箱25连接提升泵Ⅲ30为发酵过程提供碱度，并设有ORP测定仪32和pH测定仪33进行在线监测。
发酵后的上清液经提升泵Ⅳ29进入储液箱26，沉淀后经提升泵Ⅴ31打入原水水箱1。
二、处理工艺主要包括以下步骤：
1）在原水水箱1中，原水与发酵液混合后，经进水泵7与污泥回流泵21送来的回流污泥一起进入A2/O反应器2的厌氧区9，污泥回流比150%，通过搅拌装置8充分混合反应，厌氧反应时间1～2.5 h，污泥浓度4000～6000 mg/L；DPAOs利用原水和发酵液中的易降解有机物合成内碳源（PHA）储存于细胞体内，同时释磷，大部分有机物得到去除。
2）随后进入缺氧区10，同时进入的还有经生物接触氧化池4实现短程硝化并完成固液分离的硝化液，硝化液回流比100%～400%，缺氧反应时间3.5～6 h；推流过程中，DPAOs以NO2--N（部分NO3--N）为最终电子受体，以PHA为电子供体，以“一碳两用”的方式同步脱氮除磷。
其中步骤1）和2）中，通过改变原水和发酵液的配比，调节厌氧、缺氧反应时间以及硝化液回流比，不断优化PHA的转化利用特性，提高碳源的贮存和利用率。
3）紧接着进入好氧区11，好氧反应时间0.5 h，溶解氧控制在3.5mg/L左右，主要作用是进一步吸磷，同时吹脱反硝化过程产生的N2，便于后续的泥水分离。
4）混合液在斜板沉淀池3进行泥水分离，沉淀时间2.0 h，富含NH4+-N的上清液进入生物接触氧化池4，内设组合填料15，材质为碳纤维，均匀分布在塑料圆片上，固定于反应器中，比表面积1500～2000 m2/m3，填充率40%，水力负荷2～4 m3/（m2•d），水力停留时间1～2h，完成短程硝化。
5）随后进入沉淀区5，上清液经溢流口16进入出水水箱6，脱落的生物膜从底部排泥口17排出后进入污泥发酵系统；一部分出水经硝化液回流泵22进入A2/O反应器2的缺氧区10，为短程反硝化除磷提供电子受体，另一部分直接排放。
6）沉淀污泥一部分经污泥回流泵21回流到A2/O反应器2的厌氧区9，另一部分剩余污泥通过提升泵Ⅰ27进入储泥罐23，经提升泵Ⅱ28进入污泥发酵罐24，保证A2/O反应器2的污泥龄在12 d左右。在发酵罐搅拌装置34的作用下混合进行碱性发酵，有效容积20 L，污泥浓度8000～12000 mg/L，排泥比0.2～0.4，污泥停留时间5～10 d。
7）碱剂箱25装有2 mol/L的NaOH溶液，连接提升泵Ⅲ30为发酵过程提供碱度，并设有ORP测定仪32、pH测定仪33进行在线监测，pH控制在10左右，ORP为-220～-350 mv。
8）发酵后的发酵液经提升泵Ⅳ29进入储液箱26，沉淀后经提升泵Ⅴ31打入原水水箱1，发酵液中溶解性有机物SCOD浓度4000～6000mg/L，通过改变原水和发酵液的配比20～50:1，以达到调节进水C/N的目的。
对于污泥发酵过程，调节pH可有效提高污泥的水解酸化率，加快污泥内碳源提取，而且碱性条件下污泥水解率优于酸性条件。就成本而言，碱性污泥发酵低于投加抑制剂或者酶制剂等。本发明选择投加NaOH溶液，控制pH为10±0.2，发酵过程中每天取样测定SCOD、短链脂肪酸SCFAs、蛋白质、多糖、NH4+-N及PO43--P等指标。发酵稳定后，从发酵系统取出一定量的熟化发酵污泥，沉淀后的上清液按照一定配比投入原水水箱，同时再向发酵系统投加等量的新鲜剩余污泥。
污泥发酵与短程反硝化除磷耦合运行过程中，主要通过改变原水和发酵液的配比，调节厌氧反应时间（1～2.5 h）、缺氧反应时间（3.5～6 h）以及硝化液回流比（100% ～400%），不断优化PHA的转化利用特性，提高碳源的贮存和利用率，进而强化系统的深度脱氮除磷效率。
三、应用实施效果：
以某教工住宅小区化粪池的生活污水为原水，进水C/N为2.85，属于典型的低C/N污水。将原水与污泥发酵液按30:1的配比投加，COD、NH4+-N及PO43--P的浓度均有所增加，混合后的水质特点见下表：
试验条件：A2/O反应器进水流量Q=3L/h，厌氧反应时间2 h，缺氧反应时间5 h，好氧反应时间0.5 h，污泥回流比150%，SRT控制在12d，反应器平均污泥浓度3000mg/L。生物接触氧化池填充率40%，三格溶解氧在1.5mg/L左右，水温23+2℃，硝化液回流比300%，水力负荷3m3/( m2•d)，有效停留时间1.5 h。发酵罐污泥浓度10000 mg/L，排泥比0.3，污泥停留时间7 d左右，pH=10+0.2，ORP为-280 mv，SCOD浓度5000mg/L。出水平均COD、NH4+-N、NO3--N、NO2--N、TN、TP等分别为44.5、1.45、4.15、6.12、11.95、0.37 mg/L，以上出水各指标均优于一级A排放标准。
以上内容是结合具体的试验实施方式对本发明所做的进一步详细说明，便于该领域技术人员更好的理解和应用本发明，不能认为本发明的具体实施方式只限于这些，因此该领域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。