本发明涉及一种fna强化短程硝化的分段进水uct深度脱氮除磷的装置与方法，属于污水生物处理技术领域。它在分段进水uct工艺中将部分回流污泥进行fna旁侧处理，利用fna对亚硝酸氧化细菌的抑制远大于对氨氧化细菌的抑制，来淘洗亚硝酸氧化细菌，实现连续流好氧区短程硝化，而交替的缺氧好氧间歇曝气更能维持短程硝化的稳定，从而充分利用原水碳源，节约曝气量，实现连续流生活污水的深度脱氮除磷。
背景技术：
随着社会经济的发展，工业和生活排放的废水中氮磷含量越来越高，由此引起的水体富营养化现象也越来越严重，城市生活污水的脱氮除磷问题逐渐受到重视。目前污水处理厂大都采用传统硝化反硝化生物脱氮工艺，在好氧区通过氨氧化菌将氨氮转化为亚硝态氮，接着在亚硝氧化菌作用下将亚硝态氮转化为硝态氮，而后在缺氧区将硝态氮还原为氮气。最近研究发现在好氧区将氨氮氧化为亚硝态氮，而后在缺氧区直接将亚硝态氮还原为氮气的短程硝化反硝化技术，可以节省好氧区的曝气量，减少反硝化过程的有机碳源需求量，最终可降低污水处理成本。短程硝化反硝化脱氮技术已成功应用于污泥消化液等高氨氮废水，而在低氨氮的城市污水处理中应用较少，原因是城市污水处理装置中的亚硝酸盐氧化菌的增长难以稳定控制。最新研究结果证明，缺氧条件下，游离亚硝酸即fna对亚硝酸氧化菌的抑制作用远大于氨氧化细菌，通过旁侧处理装置内的部分硝化污泥可以快速实现短程硝化，但短程硝化的稳定维持却十分困难，需要控制溶解氧、排泥控制污泥龄等辅助措施。
传统的分段进水工艺是依托于传统a/o工艺，通常由多段a/o串联组合而成，采用多点进水的方式在各段缺氧区进水，污泥回流至反应器首段，第一段的缺氧区反硝化菌利用部分原水碳源对回流污泥中的硝态氮进行反硝化，每段好氧区硝化液和部分进水同时流入下一段的缺氧区进行反硝化。可见分段进水的多段a/o串联工艺就相当于交替的缺氧好氧间歇曝气，也能抑制nob，促进短程硝化的稳定维持，但连续流分段进水工艺仅限于脱氮，往往需要外投加药剂进行化学除磷。
分段进水uct工艺是在分段进水工艺中增设厌氧区，二沉池回流污泥回流至第一段缺氧区，并增设从首段缺氧区到厌氧区的泥水混合液回流，分段进水uct工艺能保证厌氧区的厌氧环境，从而大大提高工艺的除磷性能，并能充分利用原水碳源，实现深度脱氮除磷。
技术实现要素：
本发明的目的是在分段进水uct工艺的基础上，利用fna对部分回流污泥进行旁侧处理再返回到主反应器内来快速实现短程硝化，而分段进水交替缺氧好氧间歇曝气又能同步抑制亚硝酸氧化菌，为短程硝化的稳定维持提供保证。生活污水分段进入厌氧区、第二缺氧区、第三缺氧区，在厌氧区聚磷菌利用原水中可生物分解有机物储存内碳源phb释磷，第一缺氧区异养反硝化菌利用剩余有机物进行反硝化反应，同时部分反硝化聚磷菌以亚硝酸盐为电子受体，以贮存体内的内碳源phb为电子供体完成反硝化吸磷，实现氮磷的同步去除。混合液进入第一好氧区发生短程硝化反应，氨氧化菌将氨氮氧化为亚硝态氮，并实现聚磷菌的好氧吸磷反应。接着进入第二缺氧区与第二段进水混合利用原水中的碳源进行反硝化，将亚硝态氮还原为氮气，混合液接着进入第二好氧区进行短程硝化反应，氨氧化菌将第二股原水中的氨氮氧化为亚硝态氮。再进入第三缺氧区与第三股进水混合利用原水碳源反硝化，最后进入第三好氧区短程硝化，理论该工艺能去除85％总氮，90％的tp，出水达到一级a标准。
为实现上述目的，本发明提供一种fna强化短程硝化的分段进水uct深度脱氮除磷的装置，包括：原水箱(1)、生物反应器(2)、二沉池(3)、污泥处理反应器(4)，原水箱(1)设置有进水泵(1.1)、进水阀ⅰ(1.2)、进水阀ⅱ(1.3)、进水阀ⅲ(1.4)；生物反应器(2)分为7个格室，分别为厌氧区、第一缺氧区、第一好氧区、第二缺氧区、第二好氧区、第三缺氧区、第三好氧区，按照水流方向上下交错设置过流孔连接各格室。厌氧区与各缺氧区通过搅拌器(2.1)进行搅拌混合，各好氧区通过设有曝气头(2.2)、气体流量计(2.3)、气量调节阀(2.4)、空压机(2.5)的曝气装置进行充氧，通过混合液回流泵(2.6)与混合液回流阀(2.7)将第一缺氧区混合液回流至厌氧区，生物反应器(2)通过出水阀(2.8)与二沉池(3)的进水管相连接；二沉池(3)设有出水管(3.1)，底部通过回流污泥阀ⅰ(3.3)与污泥回流泵(3.4)以及回流污泥阀ⅱ(3.5)与第一缺氧区相连，剩余污泥通过剩余污泥排泥阀(3.2)排出，部分回流污泥通过回流污泥阀ⅲ(3.6)与污泥处理反应器(4)相连；污泥处理反应器(4)为一敞口池体，设有加药管(4.1)、搅拌器(4.2)，通过污泥投加泵(4.3)、污泥投加阀(4.4)与第一缺氧区相连接。
本发明同时提供一种fna强化短程硝化的分段进水uct深度脱氮除磷的方法，包括以下步骤：
装置启动操作如下：接种城市污水处理厂二沉池回流污泥投加至生物反应器(2)中，使污泥浓度达到2000～4000mg/l，生物反应器(2)水力停留时间hrt控制在10～12h，通过剩余污泥排泥阀(3.2)排放剩余污泥，使污泥龄控制在15～20d。
运行调节时操作如下：生活污水由原水箱(1)经进水泵(1.1)进入生物反应器(2)，其中部分污水经进水阀ⅰ(1.2)进入厌氧区，部分污水经进水阀ⅱ(1.3)进入第二缺氧区，剩余污水经进水阀ⅲ(1.4)进入第三缺氧区，三段进水流量比为3:2:2。部分污水由厌氧区进入第一缺氧区，再进入第一好氧区，接着与第二缺氧区的另一部分进水混合进入第二好氧区，接着与第三缺氧区进水混合进入第三好氧区。期间通过气量调节阀(2.4)的开启与气体流量计(2.3)的控制，使好氧区溶解氧浓度为0.5～1.0mg/l。第一缺氧区混合液通过混合液回流泵(2.6)与混合液回流阀(2.7)回流至厌氧区，控制混合液回流比为50％～100％。
混合液从第三好氧区经出水阀(2.8)进入二沉池(3)，停留时间2～3h，从而实现泥水分离，回流污泥经污泥回流泵(3.4)输送至第一缺氧区，回流比为80％～150％。其中回流污泥的5％～10％经回流污泥阀ⅲ(3.6)进入污泥处理反应器(4)，由加药管(4.1)向污泥处理反应器(4)投加亚硝酸钠，使其中亚硝态氮浓度为300～1200mg/l，并通过投加酸或碱来调节污泥处理反应器(4)内ph为5.5～6.0，污泥处理时间为12～24h。处理过的污泥经污泥投加泵(4.3)、污泥投加阀(4.4)输送至第一缺氧区。
本发明的技术原理如下：
厌氧区：第一股进水与混合液回流泵从第一缺氧区抽取的混合液同时进入厌氧区，并与厌氧区内混合液混合，在搅拌器的搅拌作用下完成聚磷菌吸收原水中的可生物降解有机物，以内碳源phb的形式贮存在聚磷菌体内，同时释放大量的溶解性正磷酸盐；第一缺氧区：从二沉池回流的剩余污泥与污泥处理反应器回流的经fna处理的污泥与厌氧区出水混合进入第一缺氧区，在搅拌器的搅拌作用下异养反硝化菌利用剩余有机物进行反硝化反应，同时部分反硝化聚磷菌以亚硝酸盐为电子受体，以厌氧反应器贮存体内的内碳源phb为电子供体完成反硝化吸磷，实现氮磷的同步去除；第一好氧区：第一缺氧区出水混合液进入第一好氧区，异养菌氧化剩余少量有机物，氨氧化菌将氨氮转化为亚硝态氮，聚磷菌完成好氧吸磷过程。曝气量的大小根据运行状态进出水情况调整，控制第一好氧区出水氨氮在0～3mg/l；第二缺氧区：第二股进水与第一好氧区硝化液混合进入第二缺氧区，在搅拌器的搅拌作用下异养反硝化菌利用第二股进水的有机物进行反硝化反应，同时伴随磷酸盐的吸收；第二好氧区：功能同第一好氧区；第三缺氧区：功能同第二缺氧区；第三好氧区：功能同第一好氧区。
二沉池：第三好氧区混合液进入二沉池进行泥水分离，上清液外排，污泥沉淀在污泥斗，部分经回流污泥控制阀和污泥回流泵提升至第一缺氧区，其中回流污泥的5％～10％经回流污泥阀ⅲ进入污泥处理反应器，剩余污泥排放；污泥处理反应器：部分回流污泥进入污泥处理反应器，投加亚硝酸钠，使其中亚硝态氮浓度为300～1200mg/l，并通过投加酸或碱来调节ph为5.5～6.0，污泥处理时间为12～24h。利用游离亚硝酸(fna)对亚硝氧化细菌的抑制程度远大于对氨氧化细菌的抑制程度，结合反应器排泥15～20d的低污泥龄来淘洗亚硝氧化细菌，快速启动短程硝化。而分段进水交替缺氧好氧间歇曝气又能同步抑制亚硝酸氧化菌，为短程硝化的稳定维持提供保证。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、将原水分段进入厌氧区与缺氧区进行释磷和反硝化反应，最大程度地利用了原水碳源，而结合uct工艺能保证厌氧区的厌氧环境，从而大大提高工艺的除磷性能，因此无需投加外碳源即可实现低c/n生活污水的深度脱氮除磷。
2、利用fna将部分剩余污泥进行旁侧处理，结合排放剩余污泥短污泥龄进行淘洗亚硝酸氧化细菌，能快速实现短程硝化，而分段进水交替缺氧好氧间歇曝气又能同步抑制亚硝酸氧化菌，为短程硝化的稳定维持提供保证，从而节约曝气量，能耗降低。
3、污泥产量低，使得装置污泥排放量低，污泥处置费低。缺氧好氧间歇曝气在一定程度上抑制丝状菌的生长，减少发生丝状菌污泥膨胀的可能性。
附图说明
图1为本发明装置的结构图。
主要符号说明如下：1-原水箱；2-生物反应器；3-二沉池；4-污泥处理反应器；1.1-进水泵；1.2-进水阀ⅰ；1.3-进水阀ⅱ；1.4-进水阀ⅲ；2.1-搅拌器；2.2-曝气头；2.3-气体流量计；2.4-气量调节阀；2.5-空压机；2.6-混合液回流泵；2.7-混合液回流阀；2.8-出水阀；3.1-出水管；3.2剩余污泥排泥阀；3.3-回流污泥阀ⅰ；3.4-污泥回流泵；3.5-回流污泥阀ⅱ；3.6-回流污泥阀ⅲ；4.1-加药管；4.2-搅拌器；4.3-污泥投加泵；4.4-污泥投加阀。
具体实施方式
结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，fna强化短程硝化的分段进水uct深度脱氮除磷的装置，包括：原水箱(1)、生物反应器(2)、二沉池(3)、污泥处理反应器(4)，原水箱(1)设置有进水泵(1.1)、进水阀ⅰ(1.2)、进水阀ⅱ(1.3)、进水阀ⅲ(1.4)；生物反应器(2)分为7个格室，分别为厌氧区、第一缺氧区、第一好氧区、第二缺氧区、第二好氧区、第三缺氧区、第三好氧区，按照水流方向上下交错设置过流孔连接各格室。厌氧区与各缺氧区通过搅拌器(2.1)进行搅拌混合，各好氧区通过设有曝气头(2.2)、气体流量计(2.3)、气量调节阀(2.4)、空压机(2.5)的曝气装置进行充氧，通过混合液回流泵(2.6)与混合液回流阀(2.7)将第一缺氧区混合液回流至厌氧区，生物反应器(2)通过出水阀(2.8)与二沉池(3)的进水管相连接；二沉池(3)设有出水管(3.1)，底部通过回流污泥阀ⅰ(3.3)与污泥回流泵(3.4)以及回流污泥阀ⅱ(3.5)与第一缺氧区相连，剩余污泥通过剩余污泥排泥阀(3.2)排出，部分回流污泥通过回流污泥阀ⅲ(3.6)与污泥处理反应器(4)相连；污泥处理反应器(4)为一敞口池体，设有加药管(4.1)、搅拌器(4.2)，通过污泥投加泵(4.3)、污泥投加阀(4.4)与第一缺氧区相连接。
本发明试验用水采用北京工业大学家属区排放的生活污水，具体水质：ph为7.0-7.9，cod浓度为130-180mg/l，nh4+-n浓度为60-80mg/l，no2--n及no3--n均在检测限以下，cod/n比为2-3。试验接种污泥来自城市污水处理厂二沉池剩余污泥。各反应器均采用有机玻璃制成，生物反应器有效体积为30l，均分为7个格室。具体运行过程如下：
装置启动操作如下：接种城市污水处理厂二沉池回流污泥投加至生物反应器(2)中，使污泥浓度达到2000～4000mg/l，生物反应器(2)水力停留时间hrt控制在10～12h，通过剩余污泥排泥阀(3.2)排放剩余污泥，使污泥龄控制在15～20d。
运行调节时操作如下：生活污水由原水箱(1)经进水泵(1.1)进入生物反应器(2)，其中部分污水经进水阀ⅰ(1.2)进入厌氧区，部分污水经进水阀ⅱ(1.3)进入第二缺氧区，剩余污水经进水阀ⅲ(1.4)进入第三缺氧区，三段进水比例为3:2:2。部分污水由厌氧区进入第一缺氧区，再进入第一好氧区，接着与第二缺氧区的另一部分进水混合进入第二好氧区，接着与第三缺氧区进水混合进入第三好氧区。期间通过气量调节阀(2.4)的开启与气体流量计(2.3)的控制，使好氧区溶解氧浓度为0.5～1.0mg/l。第一缺氧区混合液通过混合液回流泵(2.6)与混合液回流阀(2.7)回流至厌氧区，控制混合液回流比为50％～100％。
混合液从第三好氧区经出水阀(2.8)进入二沉池(3)，停留时间2～3h，从而实现泥水分离，回流污泥经污泥回流泵(3.4)输送至第一缺氧区，回流比为80％～150％。其中回流污泥的5％～10％经回流污泥阀ⅲ(3.6)进入污泥处理反应器(4)，由加药管(4.1)向污泥处理反应器(4)投加亚硝酸钠，使其中亚硝态氮浓度为300～1200mg/l，并通过投加酸或碱来调节污泥处理反应器(4)内ph为5.5～6.0，污泥处理时间为12～24h。处理过的污泥经污泥投加泵(4.3)、污泥投加阀(4.4)输送至第一缺氧区。
试验结果表明：运行稳定后，在不投加外碳源的情况下，装置出水cod浓度为30-50mg/l，nh4+-n浓度为<5mg/l，no2--n<3mg/l，no3--n<1mg/l，tn<10mg/l，tp<0.5mg/l，达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(gb18918-2002)一级a标准。