本发明涉及一体化自养脱氮同步强化生物除磷的装置与方法，属于污水生物处理领域。
背景技术：
近年来，氮磷污染的加剧是我国湖泊、河流以及近海等水域水华和赤潮大规模爆发的主要原因，也是当今社会面临的重大环境问题之一。传统硝化反硝化脱氮除磷工艺需要大量曝气、额外投加有机碳源和碱度，投资运行费用高昂，还可能产生二次污染。因此，低能耗、经济高效地实现污水有机物去除，并且同时深度脱氮除磷是我国污水处理的发展方向。
厌氧氨氧化作为一种新型高效生物脱氮技术，是指在厌氧或缺氧条件下，微生物直接以no2--n为电子受体，nh4+-n为电子供体，将两种氮素同时转化为氮气的生物反应过程，期间不消耗有机碳源，克服了传统脱氮除磷工艺碳源不足的缺点，而且可以节省曝气能耗，剩余污泥量也大大降低。
一体化自养脱氮同步强化生物除磷系统，将短程硝化厌氧氨氧化与强化生物除磷相结合，可以充分利用原水碳源，节省曝气能耗、实现同步脱氮除磷。采用一体化反应器，并且海绵填料高度截留厌氧氨氧化菌，适宜厌氧氨氧化菌的较长倍增时间，并且避免排泥导致的功能菌流失，并且填料的缺氧微环境为厌氧氨氧化菌反应及增殖创造了适宜条件。
在实现一体化自养脱氮同步强化生物除磷过程中，通过实时平台即时监测反应器系统的参数变化，优化参数控制，可以稳定维持并实现部分短程硝化厌氧氨氧化与强化生物除磷同步，达到同时深度脱氮除磷的效果。因此，本发明是具有应用前景和价值的污水生物处理工艺。
技术实现要素：
本发明的目的是为了提供一种一体化自养脱氮同步强化生物除磷的装置与方法，实现污水生物处理同时深度高效脱氮除磷的目的。本发明将强化生物除磷与短程硝化厌氧氨氧化同步耦合于一个反应器内，利用部分短程硝化为厌氧氨氧化提供氨氮和亚硝态氮，同时将强化生物除磷与部分短程硝化同步，从而使得低c/n比城市污水的深度脱氮除磷可以达到城镇污水处理厂污染物排放一级a标准。
本发明通过以下技术步骤实现：
一体化自养脱氮同步强化生物除磷的装置，其特征在于，包括：城市生活污水原水水箱(1)，一体化ebpr+pn/a-sbr反应器(3)，实时控制平台(14)。其中所述城市生活污水原水水箱(1)通过进水泵(2)与一体化ebpr+pn/a-sbr反应器(3)相连接，处理后污水由一体化ebpr+pn/a-sbr反应器(3)的出水口(16)排出。
所述一体化ebpr+pn/a-sbr反应器(3)设有进水口(4)、搅拌机(5)、气泵(6)、曝气盘(7)、气体流量计(8)、海绵填料架(9)、nh4+-n传感器(10)、no2--n传感器(11)、no3--n传感器(12)、do、ph测定仪(13)、实时控制平台(14)、溢流口(15)、出水口(16)、出水阀(17)、排泥阀(18)、出水箱(19)。
利用所述装置进行一种一体化自养脱氮同步强化生物除磷的方法，其特征在于，包括以下处理过程：
1)城市污水由城市污水原水水箱(1)经进水泵(2)进入一体化ebpr+pn/a-sbr反应器(3)，进水结束后，搅拌机(5)开始搅拌，进行厌氧释磷反应，控制do＜0.2mg/l，搅拌机转速为60～80r/min，厌氧反应为90～120min；
2)厌氧结束后，气泵(6)开启，通过气体流量计(8)控制do为0.5～1mg/l，进行部分短程硝化和好氧吸磷过程；nh4+-n传感器(10)、no2--n传感器(11)、no3--n传感器(12)、do、ph测定仪(13)将采集到的信号即时传输到实时控制平台(14)；
3)实时控制平台(14)通过实时接收并转化、输出采集到的信号，在线监测一体化ebpr+pn/a-sbr反应器(3)内氨氮浓度、亚硝态氮浓度、硝态氮浓度、do浓度，根据监测数据，实时调整运行参数，控制亚硝化过程，当氨氮浓度和亚硝态氮质量浓度比例为1:1～1:1.32时停止曝气，将反应控制为部分短程硝化阶段；
4)曝气结束后，气泵(6)关闭。将部分混合污泥从一体化ebpr+pn/a-sbr反应器(3)内排出，控制污泥龄为10～12d，污泥浓度为2500～3200mg/l；
5)接下来进行缺氧搅拌，通过实时平台在线监测一体化ebpr+pn/a-sbr反应器(3)内氨氮浓度、亚硝态氮浓度，当氨氮反应完毕，亚硝态氮浓度小于1mg/l时，即搅拌机(5)停止搅拌。控制缺氧段为60～90min；
6)缺氧反应结束后，静置沉淀20min后泥水分离，将上清液从出水口(16)通过出水阀(17)排出到出水箱(19)。
本发明的一体化自养脱氮同步强化生物除磷的装置与方法，具有以下优点：
1.本发明将强化生物除磷、部分短程硝化和厌氧氨氧化耦合于一个反应器内，解决了低c/n比城市生活污水脱氮除磷碳源不足问题，同时实现了污泥减量；
2.前置厌氧段，将城市生活污水中的碳源有效储存，聚磷菌释磷；在好氧段，将部分短程和好氧吸磷结合，同步脱氮除磷，并且节省曝气能耗；
3.在缺氧段，厌氧氨氧化菌充分利用部分短程硝化产生的亚硝态氮和剩余氨氮反应，产生氮气，无须外加碳源，污泥产量少；
4.海绵填料高度截留厌氧氨氧化菌，使得厌氧氨氧化菌以生物膜形式附着在固定的海绵填料架上，适宜厌氧氨氧化菌的较长倍增时间，并且避免排泥导致的功能菌流失，并且填料的缺氧微环境为厌氧氨氧化菌反应及增殖创造了适宜条件；
5.通过实时控制平台对系统进行实时控制，提高系统的可控性，优化系统运行，易于实现并稳定维持部分短程硝化和厌氧氨氧化作用。
附图说明
图1为本发明一体化自养脱氮同步强化生物除磷的装置的结构示意图。
1-城市生活污水原水水箱2-进水泵
3-一体化ebpr+pn/a-sbr反应器4-进水口5-搅拌机
6-气泵7-曝气盘8-气体流量计9-海绵填料架
10-nh4+-n传感器11-no2--n传感器12-no3--n传感器
13-do、ph测定仪14-实时控制平台15-溢流口
16-出水口17-出水阀18-排泥阀19-出水箱
具体实施方式
结合附图1和实例实施对本发明进一步说明。
如图1所示，一体化自养脱氮同步强化生物除磷的方法，其装置包括：城市生活污水原水水箱(1)，一体化ebpr+pn/a-sbr反应器(3)，实时控制平台(14)。城市生活污水原水水箱(1)通过进水泵(2)与一体化ebpr+pn/a-sbr反应器(3)相连接。一体化ebpr+pn/a-sbr反应器设有进水口(4)、搅拌机(5)、气泵(6)、曝气盘(7)、气体流量计(8)、海绵填料架(9)、nh4+-n传感器(10)、no2--n传感器(11)、no3--n传感器(12)、do、ph测定仪(13)、实时控制平台(14)、溢流口(15)、出水口(16)、出水阀(17)、排泥阀(18)、出水箱(19)。
一体化自养脱氮同步强化生物除磷的方法，具体运行过程如下：
1)城市生活污水首先由城市生活污水原水水箱(1)经由进水泵(2)进入一体化ebpr+pn/a-sbr反应器(3)，进水结束后，搅拌机(5)开始搅拌，控制do＜0.2mg/l，聚磷菌利用城市污水中的有机物合成pha，同时进行厌氧释磷反应，反应时间为90～120min；控制搅拌机(5)转速为60～80r/min；
2)厌氧反应结束后，气泵(6)开启，通过气体流量计(8)控制do为0.5～1mg/l，聚磷菌以氧气为电子受体，以厌氧段合成的pha为电子供体进行好氧吸磷，同时短程硝化菌进行部分短程硝化，此时有部分厌氧氨氧化菌会利用部分短程硝化产生的亚硝态氮和氨氮进行厌氧氨氧化反应；
3)与此同时，nh4+-n传感器(10)、no2--n传感器(11)、no3--n传感器(12)、do、ph测定仪(13)将采集到的信号即时传送到实时控制平台(3)；实时控制平台(14)接受并转化、输出各传感器采集到的信号，在线监测一体化ebpr+pn/a-sbr反应器(3)内的氨氮浓度、亚硝态氮浓度、硝态氮浓度和溶解氧浓度，当氨氮浓度和亚硝态氮质量浓度比例为1:1～1:1.32时停止曝气，将反应控制为部分短程硝化阶段；
4)曝气结束后，气泵(6)关闭。将部分混合污泥从一体化ebpr+pn/a-sbr反应器(3)内排出，控制污泥龄为10～12d，污泥浓度为2500～3200mg/l；
5)接下来进行缺氧搅拌，通过实时平台在线监测一体化ebpr+pn/a-sbr反应器(3)内氨氮浓度、亚硝态氮浓度，当氨氮反应完毕，亚硝态氮浓度小于1mg/l时，即搅拌机(5)停止搅拌。控制缺氧段为60～90min；
6)缺氧反应结束后，静置沉淀20min后泥水分离，将上清液从出水口(16)通过出水阀(17)排出到出水箱(19)。
以上实验以某大学周边家属住宅区排放的生活污水为处理对象，考察该一体化系统的脱氮除磷性能。
实验期间进水水质如下：
实验期间运行参数：
一体化ebpr+pn/a-sbr反应器(2)有效容积10l；
厌氧阶段：进生活污水5l，控制搅拌器转速为60～80r/min，do＜0.2mg/l，反应时间为90～120min；
好氧阶段：曝气180～240min，控制do为0.5～1mg/l；
缺氧阶段：缺氧时间为60～90min，当氨氮反应完毕，亚硝态氮浓度＜1mg/l时，搅拌机停止搅拌；
排水阶段：静置沉淀20min，排水5l，污泥浓度为2500～3200mg/l，控制污泥龄为10～12d。
在该运行条件下出水平均cod＜35mg/l、nh4+-n＜1mg/l、no2--n＜1mg/l、no3--n＜5mg/l、tn＜6.5mg/l、tp平均约为0.21mg/l，均稳定达到国家一级a标准。