本发明涉及一种基于颗粒污泥的城市污水厌氧氨氧化自养脱氮装置与方法，属于污水生物处理技术领域。
背景技术：
我国今年来城镇化进程不断加快，城市居民不断增加，使得城市污水量不断增加。为了控制污染物排放对水体产生的污染，我国今年来大规模兴建了城市污水处理厂，主要用于控制污水中的有机污染物、氮和磷等的排放。目前的城市污水处理厂大都采用传统生物脱氮技术，该技术具有能耗高、污泥产量大等缺点，因此开发高效低能耗脱氮技术具有重要的意义。
厌氧氨氧化技术是一种新型污水生物脱氮技术，该技术具有能耗低、产泥量少等特点，但该技术目前主要应用于高氨氮废水处理。限制厌氧氨氧化脱氮技术应用于城市污水处理厂的主要瓶颈是控制污泥中亚硝酸盐氧化菌(nob)的生长繁殖，从而可以产生亚硝酸盐为厌氧氨氧化提供底物。已有研究发现颗粒污泥和絮体污泥共存的污水厌氧氨氧化脱氮系统中，硝化菌包括氨氧化菌(aob)和nob主要存在于絮体污泥，另外一部分aob和nob存在于颗粒污泥外层；厌氧氨氧化菌则主要存在于颗粒污泥中。因此通过形成颗粒污泥，避免絮体污泥的存在可大幅减少nob的数量；另外通过后置缺氧实现内源短程反硝化厌氧氨氧化脱氮，实现稳定的污水厌氧氨氧化自养脱氮。
技术实现要素：
为了推动厌氧氨氧化技术在城市污水处理中的应用，基于上述分析，提出一种基于颗粒污泥的城市污水厌氧氨氧化自养脱氮装置与方法。
本发明的技术方案为：一种基于颗粒污泥的城市污水厌氧氨氧化自养脱氮装置，其特征在于，设有城市污水原水箱1、脱氮反应器2和在线控制装置3；城市污水原水箱1通过进水泵1.1与脱氮反应器2相连，脱氮反应器2高径比为15-30；脱氮反应器设有回流泵2.1、曝气泵2.2、溶解氧在线传感器2.3、排水阀2.4、三相分离器2.5和回流管2.6；溶解氧在线传感器2.3的数据传输至在线控制装置3，该装置由plc可编程控制器和电机控制柜构成，可根据溶解氧浓度和设定的运行程度控制曝气泵2.2、进水泵1.1、回流泵2.1和排水阀2.4。
基于颗粒污泥的城市污水厌氧氨氧化自养脱氮方法，其特征在于包含以下步骤：
1)接种城市污水厂活性污泥投加至脱氮反应器(2)，使污泥浓度mlss达到3000-4000mg/l；
2)启动进水泵将城市污水从原水箱输送到脱氮反应器(2)，进水3-10min后停止进水泵；而后启动回流泵，进入厌氧段；厌氧运行1-3h后，启动曝气泵；控制恒定曝气量，使反应器内溶解氧浓度为0.2-0.5mg/l；当溶解氧浓度升至1.0mg/l，并保持溶解氧浓度大于1.0mg/l的时间超过2min时，停止曝气泵，进入缺氧段；缺氧运行1-3h，停止回流泵，进入沉淀段；沉淀时间为1-5min，从而培养出颗粒污泥；沉淀结束后开启排水阀(2.4)，通过控制排水时间，使反应器排水比为30％-80％；而后设置一定的闲置时间，完成一个运行周期；整个周期的时间为6-12h；通过调控回流比，使反应器内水的上升流速维持在2-15m/h，保证反应器内颗粒污泥良好的流化状态。
技术原理：
一种基于颗粒污泥的城市污水厌氧氨氧化自养脱氮装置结合上向流厌氧污泥床反应器(uasb)和序批式活性污泥反应器(sbr)的特点，采用uasb反应器形式，以sbr的运行模式运行，同时增加水回流提供上升流速，增大剪切力；同时通过缩短沉淀时间形成水利选择压；此外通过设置内源反硝化使细菌处于饥饿状态，增加微生物表面疏水性；综合以上三种措施强化颗粒污泥的形成和维持。本发明的脱氮技术原理为：城市污水进入脱氮反应器后，首先是厌氧运行，将污水中的有机物以内源的形式贮存到微生物体内；而后进入低氧反应阶段，发生短程硝化厌氧氨氧化脱氮；然后再进入缺氧反应阶段，发生内源短程反硝化厌氧氨氧化脱氮；随后进行沉淀排水，达到污水高效深度脱氮的目的。
本发明一种基于颗粒污泥的城市污水厌氧氨氧化自养脱氮的装置与方法，与传统生物脱氮工艺相比具有以下优势：
1)颗粒污泥的形成使得反应器内生物量增大，沉淀时间缩短，脱氮效率得以提高；
2)该技术需氧量低，同时以低氧运行，降低了系统曝气能耗；
3)内源短程反硝化厌氧氨氧化脱氮的实现，使得系统总氮去除率增加。
附图说明
图1为本发明一种基于颗粒污泥的城市污水厌氧氨氧化自养脱氮的装置与方法的结构示意图。
图1中1为城市污水原水箱、2为脱氮反应器、3为在线控制装置；1.1为进水泵、2.1为回流泵、2.2为曝气泵、2.3为溶解氧在线传感器、2.4为排水阀、2.5为三相分离器，2.6为回流管。
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：一种基于颗粒污泥的城市污水厌氧氨氧化自养脱氮装置，设有城市污水原水箱(1)、脱氮反应器(2)和在线控制装置(3)；城市污水原水箱(1)通过进水泵(1.1)与脱氮反应器(2)相连，脱氮反应器(2)高径比为15-30；脱氮反应器设有回流泵(2.1)、曝气泵(2.2)、溶解氧在线传感器(2.3)、排水阀(2.4)、三相分离器(2.5)和回流管(2.6)；溶解氧在线传感器(2.3)的数据传输至在线控制装置(3)，该装置根据溶解氧浓度和设定的运行程度控制曝气泵(2.2)、进水泵(1.1)、回流泵(2.1)和排水阀(2.4)。
方法的步骤为：
1)接种城市污水厂活性污泥投加至脱氮反应器(2)，使污泥浓度mlss达到3000-4000mg/l；
2)启动进水泵将城市污水从原水箱输送到脱氮反应器(2)，进水3-10min后停止进水泵；而后启动回流泵，进入厌氧段；厌氧运行1-3h后，启动曝气泵；控制恒定曝气量，使反应器内溶解氧浓度为0.2-0.5mg/l；当溶解氧浓度升至1.0mg/l，并保持溶解氧浓度大于1.0mg/l的时间超过2min时，停止曝气泵，进入缺氧段；缺氧运行1-3h，停止回流泵，进入沉淀段；沉淀时间为1-5min，从而培养出颗粒污泥；沉淀结束后开启排水阀(2.4)，通过控制排水时间，使反应器排水比为30％-80％；而后设置一定的闲置时间，完成一个运行周期；整个周期的时间为6-12h；通过调控回流比，使反应器内水的上升流速维持在2-15m/h，保证反应器内颗粒污泥良好的流化状态。
试验采用北京某家属区生活污水作为原水，具体水质如下：cod浓度为260-420mg/l；
具体操作如下：
1)接种城市污水厂活性污泥投加至脱氮反应器(2)，使污泥浓度mlss达到3500mg/l；
2)启动进水泵将城市污水从原水箱输送到脱氮反应器(2)，进水3min后停止进水泵；而后启动回流泵，进入厌氧段；厌氧运行2h后，启动曝气泵；控制恒定曝气量，使反应器内溶解氧浓度为0.2-0.5mg/l；当溶解氧浓度升至1.0mg/l，并保持溶解氧浓度大于1.0mg/l的时间超过2min时，停止曝气泵，进入缺氧段；缺氧运行2h，停止回流泵，进入沉淀段；沉淀时间为5min，从而培养出颗粒污泥；沉淀结束后开启排水阀(2.4)，通过控制排水时间，使反应器排水比为50％；而后设置一定的闲置时间，完成一个运行周期；整个周期的时间为12h；通过调控回流比，使反应器内水的上升流速维持在6m/h，保证反应器内颗粒污泥良好的流化状态。
试验结果表明：运行稳定后，脱氮反应器出水cod浓度为30-50mg/l,