低碳源城市污水改良uct自养脱氮除磷装置及其应用方法
【技术领域】
[0001]本发明属于污水生物处理技术领域，具体涉及一种连续流反硝化除磷和短程硝化厌氧氨氧化技术处理低碳源城市污水的同步脱氮除磷方法，
【背景技术】
[0002]全球变暖和环境污染是当前国际关心的热点话题。对于污水生物处理，在防止氮磷排放导致水体富营养化的同时，如何节约能耗和降低温室气体的排放成了行业发展急需解决的关键问题。传统的污水生物脱氮工艺，大多基于好氧硝化和异养反硝化开发的工艺(典型的代表如Α/0、Α2/0工艺)。好氧硝化过程中，需要充足的曝气保证氨氧化菌(Α0Β，Ammonia oxidat1n bacteria)和亚硝化氧化菌(NOB,Nitrite oxidat1n bacteria)的正常生长代谢，以实现氨氮(NH4+)向亚硝态氮(N02—)和硝态氮(N03—)的转化;反硝化过程中，为实现高效脱氮，通常需要投加大量的外碳源(如甲醇)以实现NO3-和NO〗—向氮气(N2)的转化。可见，在传统生物脱氮过程中，需要耗费大量的能源和碳源。此外，在好氧硝化和异养反硝化的过程中，由于不利条件(如低溶解氧(DO)、N02—积累、低C/N比)的诱导，会明显释放强温室气体N20。据报道，N2O的温室效应比CO2强200?300倍，过去20年全球对流层中N2O的浓度以每年0.25%的速率增长。因此，面向节能减排(特指节约曝气能耗、降低温室气体释放)的污水生物处理技术将会顺应行业的发展，成为新一代主流的工艺。
[0003]厌氧氨氧化(Anaerobicammonium oxidat1n,Anammox)的发现，使低能耗、可持续污水处理技术成为可能。厌氧氨氧化自养脱氮工艺需要将部分的NH4+氧化为NO2-，而后得至IJ的NO2-再氧化剩余部分的NH4+,最终达到脱氮的目的。此过程中只需消耗0.Smol的O2;仅以CO2作为碳源，无需有机物的消耗；由于是全程自养脱氮，所以污泥产生量低，Imol氨氮的去除仅生成3g生物体。通过以上的分析，可以看出与传统生物脱氮工艺相比，厌氧氨氧化自养脱氮技术可节省100%的有机碳源消耗，可节省60%的曝气量，从而降低工艺的直接能耗和运行费用；同时污泥产量少，可以减少污泥处置费用;此外，厌氧氨氧化菌以二氧化碳作为碳源，且代谢途径中没有N2O等中间产物，因此可以减少温室气体的排放。随着对生物脱氮除磷工艺研究的不断深入，人们发现有一部分聚磷菌能够以硝酸盐或亚硝酸盐作为电子受体，在进行反硝化的同时完成过量吸磷，实现“一碳两用”，从而可降低生物脱氮除磷对有机碳源的需求量。尤其是以亚硝酸盐作为电子受体的反硝化除磷则能进一步节省脱氮除磷对有机碳源的需求量，同时还可以降低脱氮除磷过程的能耗，并且避免有机物的存在对厌氧氨氧化菌的抑制作用。因此，同时实现短程硝化/厌氧氨氧化与反硝化除磷，可充分利用原水碳源，同时还可以降低运行能耗，降低温室气体排放，最终实现低碳源城市污水高效脱氮除磷的目的。
【发明内容】
[0004]本发明目的是为了解决传统城市污水处理厂为实现出水水质达标通常采用过量曝气、过量投加碳源的运行方式，故而造成了污水处理能耗高、碳排放量大、不经济节约的问题，而提供低碳源城市污水改良UCT自养脱氮除磷装置及其应用方法。
[0005]本发明低碳源城市污水改良UCT自养脱氮除磷装置，它包括依次连接的城市污水原水箱、厌氧反应器、缺氧反应器、第一段短程硝化反应器、第一段厌氧氨氧化反应器、第二段短程硝化反应器、第二段厌氧氨氧化反应器、沉淀池和出水管；
[0006]所述各反应器之间以硅胶管连接，采用重力流的方式进行污水的流动;所述的城市污水原水箱上设置进水管、溢流管和放空管;所述的城市污水原水箱和厌氧反应器之间采用进水栗连接;所述的厌氧反应器、缺氧反应器、第一段短程硝化反应器、第一段厌氧氨氧化反应器、第二段短程硝化反应器和第二段厌氧氨氧化反应器均设有搅拌器和取样口；第一段短程硝化反应器和第二段短程硝化反应器的底部均设有曝气装置和DO传感器，曝气装置由空气压缩机通过空气转子流量计与黏砂块曝气头连通，DO传感器由数据线与DO测定仪连接;第一段厌氧氨氧化反应器和第二段厌氧氨氧化反应器的外部均设置污泥内循环栗，内部均采用海绵填料进行填充;沉淀池底部通过回流污泥控制阀和污泥外回流栗与缺氧反应器连通，剩余污泥通过剩余污泥排放控制阀排出系统;缺氧反应器的污泥内回流管路上设置污泥内回流栗与厌氧反应器连通。
[0007]本发明中的厌氧反应器:城市污水通过进水栗的抽吸作用与内回流污泥同时进入厌氧反应器，与厌氧反应器内的泥水混合液进行混合。在厌氧条件下，聚磷菌大量吸收原水中可生物降解的有机物，并以内碳源PHB的形式储存在生物体内，同时向水体中释放大量的溶解性正磷酸盐。
[0008]本发明中的缺氧反应器:沉淀池回流污泥在污泥外回流栗的作用下与厌氧反应器的泥水混合液同时进入缺氧反应器。在搅拌器的搅拌作用下异养反硝化细菌利用污水中剩余的有机物将回流污泥携带的少量硝态氮和亚硝态氮进行反硝化反应，同时部分反硝化除磷菌以硝态氮或亚硝态氮为电子受体，以厌氧条件下储存在细胞体内的PHB为电子供体完成反硝化除磷反应，实现氮磷的同步去除。
[0009]本发明中的第一段短程硝化反应器:缺氧反应器的泥水混合液出水直接进入第一段短程硝化反应器。在曝气的作用下，异养菌利用氧气将剩余的少量有机物进行氧化分解，同时AOB将原水中的部分NH4+氧化为N02—，为后续厌氧氨氧化反应提供底物，聚磷菌(包括反硝化聚磷菌)利用氧气为电子受体发生好氧吸磷反应。曝气量的大小根据运行状态和进出水的水质情况运用转子流量计进行调节，控制反应器内的溶解氧浓度为0.2?0.5mg/L，同时控制第一段短程硝化反应器出水中的NH4+浓度大于NO〗—浓度，若NH4+浓度低于NO〗—浓度，则降低第一段好氧区的水力停留时间。
[0010]本发明中的第一段厌氧氨氧化反应器:第一段短程硝化反应器的泥水混合液出水直接进入第一段厌氧氨氧化反应器。在搅拌器的搅拌作用下，海绵填料上挂膜的厌氧氨氧化菌利用NH4+和NO2-发生厌氧氨氧化反应，进行脱氮。开启污泥内循环栗促进第一段厌氧氨氧化反应器内部污泥的混合均匀。检测反应器出水NO〗—浓度，若出水中还含有N02—，则延长第一段厌氧氨氧化反应器的水力停留时间。
[0011 ]本发明中的第二段短程硝化反应器:功能同第一段短程硝化反应器，第一段的厌氧氨氧化反应器的泥水混合液出水直接进入第二段短程硝化反应器。在曝气的作用下，AOB将剩余的NH4+部分氧化为NO2-，发生半短程硝化反应器，为第二段厌氧氨氧化细菌提供底物。同样控制反应器内的溶解氧浓度为0.2?0.5mg/L，并控制第二段短程硝化反应器出水中的NH4+浓度大于N02—浓度，若NH4+浓度低于N02—浓度，则降低第二段好氧区的水力停留时间。
[0012]本发明中的第二段厌氧氨氧化反应器:功能同第一段厌氧氨氧化反应器。在搅拌器和污泥内循环栗的作用下，海绵填料上的厌氧氨氧化细菌利用原水中剩余的NH4+和NO2一发生厌氧氨氧化反应。监测反应器出水NH4+浓度和NO〗—浓度，若出水中还含有NO〗—，则延长第二段厌氧氨氧化反应器的水力停留时间，若出水中还含有NH4+,则延长短程硝化反应器的水力停留时间。
[0013]本发明中的沉淀池:第二段厌氧氨氧化反应器的泥水混合液出水进入沉淀池进行泥水分离，上清液外排，污泥沉淀在污泥斗，回流污泥经过污泥外回流栗回流至缺氧反应器，剩余污泥经剩余污泥排放控制阀排出系统外。
[0014]上述低碳源城市污水改良UCT自养脱氮除磷装置的应用方法，按以下步骤进行:
[0015]一、单独培养阶段:
[0016]接种城市污水厂二沉池的活性污泥