技术领域：
本发明属于污水生物处理技术领域，涉及一种低碳氮比污泥消化液脱氮除磷装置和方法，尤其涉及单级sbr中投加厌氧氨氧化填料实现低碳氮比污泥消化液脱氮除磷的装置和方法。
背景技术：
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城市污泥厌氧消化技术具有回收能源、有效减量等优点，在污泥稳定化处理中具有较为广泛的应用。但污泥厌氧消化过程中产生污泥消化液中氨氮和有机物的浓度要明显高于城市污水中这两者的浓度。目前污水处理厂对污泥消化液的处理多是将其回流到污水厂处理工艺的前端进行处理，含有较高氨氮浓度的消化液的回流会增加15％～25％的进水氨氮负荷，并降低城市污水处理厂的出水水质。因此，针对含有高浓度氨氮和cod的污泥消化液，需对其单独收集处理，以减少其对污水处理设施的冲击。同时，提出一种针对污泥消化液的水质特点并实现其脱氮除磷的工艺，是一个亟需解决的问题。
考虑到污泥消化液的温度和氨氮浓度较高，氨氮和碱度比例合适，有利于稳定的短程硝化和厌氧氨氧化。此外，短程硝化厌氧氨氧化工艺为全程自养脱氮工艺，与传统的硝化反硝化工艺相比，无需外加有机碳源，无需酸碱中和试剂，污泥产量少，且氧耗、能耗低，可显著降低运行费用，并避免二次污染，但是，将短程硝化厌氧氨氧化工艺应用到污泥消化液的脱氮过程中尚未见有公开报道因此寻求一种单级sbr中投加厌氧氨氧化填料实现低碳氮比污泥消化液脱氮除磷的装置和方法，采用反硝化除磷技术在除磷的同时去除硝酸盐和亚硝酸盐氮，实现短程硝化厌氧氨氧化过程中产生的硝酸盐和亚硝酸盐氮的进一步去除，在保障除磷的基础上有利于提高系统的脱氮性能。而且，在单级sbr中投加厌氧氨氧化填料实现低碳氮比污泥消化液脱氮除磷工艺具有生物膜反应器和活性污泥法两者的优势。一方面，在单级sbr中投加厌氧氨氧化填料，厌氧氨氧化菌(anammox)主要附着在填料上进行附着生长，氨氧化菌(aob)主要在悬浮污泥中生长，可解决目前的短程硝化厌氧氨氧化工艺存在着厌氧氨氧化颗粒污泥流失，且不能通过排泥实现稳定短程硝化的技术难题；另一方面，聚磷菌(paos)主要在悬浮污泥中生长，可通过排泥的方式保证系统的除磷性能。因此在单级sbr中投加厌氧氨氧化填料实现低碳氮比污泥消化液脱氮除磷的工艺，不但工艺流程简单，还可解决传统脱氮除磷工艺中碳源不足及硝化菌群和聚磷菌在污泥龄方面存在的矛盾，是一种高效、低能耗的新型污泥消化液同步脱氮除磷工艺。
技术实现要素：
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本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，解决采用传统脱氮除磷工艺处理污泥消化液时存在碳源不足、脱氮和除磷不能同时达到最佳等问题，针对污泥消化的具有温度高、氨氮浓度高、c/n比低等的水质特点，提供一种单级sbr中投加厌氧氨氧化填料实现低碳氮比污泥消化液脱氮除磷的装置和方法，结合短程硝化、厌氧氨氧化、反硝化除磷等新型生物脱氮除磷技术，在充分利用原水碳源的基础上，实现污泥消化液的脱氮除磷，并通过在单级sbr中投加填料的方式，实现anammox的附着生长和aob、paos的悬浮生长，解决其在污泥龄方面的矛盾，具有工艺流程简单、易于操作、能耗低等优点。
为了实现上述目的，本发明所述低碳氮比污泥消化液脱氮除磷装置的主体结构包括污泥消化液原水水箱、同步短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷sbbr反应器、储泥池、出水水箱、在线监测和反馈控制系统；污泥消化液原水水箱的左侧上部和右侧下部分别设有第一溢流管和第一放空管，污泥消化液原水水箱通过进水泵与同步短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷sbbr反应器相连接；同步短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷sbbr反应器内部填充有厌氧氨氧化海绵填料，同步短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷sbbr反应器内安装有搅拌桨，搅拌桨伸出同步短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷sbbr反应器并与搅拌器连接；搅拌桨下方设有曝气头，曝气头与安装在同步短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷sbbr反应器外侧的气体流量计相连，气体流量计通过电磁阀与气泵连接；同步短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷sbbr反应器内安装有均与ph/do测定仪相连接的ph传感器和do传感器，同步短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷sbbr反应器的底部连接有第二放空管，同步短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷sbbr反应器的右侧自上而下依次设有电动排水阀、采样口和排泥阀，同步短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷sbbr反应器通过电动排水阀与出水水箱相连接，通过排泥阀与储泥池相连接；储泥池的左侧上部和底部右侧分别设有第二溢流管和第三放空管，出水水箱的左侧上部和底部右侧分别设有第三溢流管和第四放空管；在线监测和反馈控制系统包括计算机和可编程过程控制器，可编程过程控制器内置信号转换器da转换接口和信号转换器ad转换接口，可编程过程控制器左侧自上而下依次设有曝气继电器、进水继电器、搅拌器继电器、ph/do数据信号接口和出水继电器，出水继电器右侧置有排泥继电器；其中信号转换器ad转换接口通过电缆线与计算机相连接，将传感器模拟信号转换成数字信号传递给计算机；计算机通过信号转换器da转换接口与可编程过程控制器相连接，计算机的数字指令传递给可编程过程控制器；曝气继电器与电磁阀相连接；进水继电器与进水泵相连接；搅拌器继电器与搅拌器相连接；ph/do数据信号接口通过传感器导线与ph/do测定仪相连接；出水继电器与电动排水阀相连接；排泥继电器与排泥阀相连接。
本发明实现低碳氮比污泥消化液脱氮除磷的过程为：污泥消化液从污泥消化液原水水箱通过进水泵进入同步短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷sbbr反应器；在同步短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷sbbr反应器内，paos利用污泥消化液中的vfa进行厌氧释磷并储存内碳源于体内；然后开启气泵，并调节气体流量计，使同步短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷sbbr反应器进入低氧曝气搅拌阶段；在低氧曝气搅拌阶段，aob将污泥消化液中的nh4+-n氧化为no2--n，同时anammox利用污泥消化液中的nh4+-n和短程硝化过程中产生的no2--n进行厌氧氨氧化过程，并将其转化为少量no3--n和n2，此外，paos利用厌氧段储存的内碳源分别利用o2、短程硝化过程中产生的no2--n及厌氧氨氧化过程产生的no3--n进行好氧吸磷或反硝化除磷，达到去除污水中磷的目的；低氧曝气搅拌阶段结束后进行沉淀排水，出水通过电动排水阀排入出水水箱。
本发明所述低碳氮比污泥消化液脱氮除磷的具体步骤如下：
(1)将现有的具有良好脱氮除磷性能的短程硝化污泥和反硝化除磷污泥分别投加至同步短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷sbbr反应器，使同步短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷sbbr反应器内悬浮活性污泥浓度达到1500～2500mg/l；将现有的具有良好脱氮性能的厌氧氨氧化海绵填料投加至同步短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷sbbr反应器，使同步短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷sbbr反应器内厌氧氨氧化海绵填料的体积占到同步短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷sbbr反应器有效容积的1/2～3/4；
(2)将污泥消化液加入污泥消化液原水水箱，启动进水泵将污泥消化液抽入到同步短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷sbbr反应器内；同步短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷sbbr反应器运行时，厌氧氨氧化菌在厌氧氨氧化海绵填料上附着生长，氨氧化菌和聚磷菌则主要在同步短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷sbbr反应器内悬浮生长，先厌氧搅拌60～300min，再低氧曝气搅拌150～600min，并控制同步短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷sbbr反应器内溶解氧浓度为0.3～1mg/l，低氧曝气搅拌时nh4+-n浓度小于1mg/l时停止低氧曝气搅拌，进行沉淀排水，排水比为0.2～0.4，出水排入出水水箱，完成低碳氮比污泥消化液的脱氮除磷。
本发明所述同步短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷sbbr反应器运行时需排泥，使同步短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷sbbr反应器悬浮活性污泥浓度维持在1500～2500mg/l范围内。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：一是针对污泥消化液具有温度高、氨氮浓度高且c/n比低的水质特点，有利于实现稳定的短程硝化和厌氧氨氧化，而且将短程硝化厌氧氨氧化技术用于污泥消化液的脱氮过程，不需有机碳源，避免传统脱氮除磷工艺中反硝化菌和聚磷菌对碳源的竞争；二是采用短程硝化、厌氧氨氧化和反硝化除磷进行污泥消化液的脱氮除磷时，污泥消化液中的vfa主要用于污水的除磷过程，保证了稳定除磷；三是单级sbr中厌氧氨氧化填料的添加，使得anammox主要进行附着生长，而aob、paos主要进行悬浮生长，解决这三种菌群其在污泥龄方面的矛盾，且可通过排泥的方式保证除磷性能和短程硝化过程的稳定维持。
附图说明：
图1为本发明所述低碳氮比污泥消化液脱氮除磷装置的主体结构原理示意图。
具体实施方式：
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1：
本实施例所述低碳氮比污泥消化液脱氮除磷装置的主体结构包括污泥消化液原水水箱1、同步短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷sbbr反应器2、储泥池3、出水水箱4、在线监测和反馈控制系统5；污泥消化液原水水箱1的左侧上部和右侧下部分别设有第一溢流管1.1和第一放空管1.2，污泥消化液原水水箱1通过进水泵2.1与同步短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷sbbr反应器2相连接；同步短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷sbbr反应器2内部填充有厌氧氨氧化海绵填料，同步短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷sbbr反应器2内安装有搅拌桨2.3，搅拌桨2.3伸出同步短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷sbbr反应器2并与搅拌器2.2连接；搅拌桨2.3下方设有曝气头2.7，曝气头2.7与安装在同步短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷sbbr反应器2外侧的气体流量计2.6相连，气体流量计2.6通过电磁阀2.5与气泵2.4连接；同步短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷sbbr反应器2内安装有均与ph/do测定仪2.12相连接的ph传感器2.13和do传感器2.14，同步短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷sbbr反应器2的底部连接有第二放空管2.11，同步短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷sbbr反应器2的右侧自上而下依次设有电动排水阀2.8、采样口2.9和排泥阀2.10，同步短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷sbbr反应器2通过电动排水阀2.8与出水水箱4相连接，通过排泥阀2.10与储泥池3相连接；储泥池3的左侧上部和底部右侧分别设有第二溢流管3.1和第三放空管3.2，出水水箱4的左侧上部和底部右侧分别设有第三溢流管4.1和第四放空管4.2；在线监测和反馈控制系统5包括计算机5.1和可编程过程控制器5.2，可编程过程控制器5.2内置信号转换器da转换接口5.3和信号转换器ad转换接口5.4，可编程过程控制器5.2左侧自上而下依次设有曝气继电器5.5、进水继电器5.6、搅拌器继电器5.7、ph/do数据信号接口5.8和出水继电器5.9，出水继电器5.9右侧置有排泥继电器5.10；其中信号转换器ad转换接口5.4通过电缆线与计算机5.1相连接，将传感器模拟信号转换成数字信号传递给计算机5.1；计算机5.1通过信号转换器da转换接口5.3与可编程过程控制器5.2相连接，计算机5.1的数字指令传递给可编程过程控制器5.2；曝气继电器5.5与电磁阀2.5相连接；进水继电器5.6与进水泵2.1相连接；搅拌器继电器5.7与搅拌器2.2相连接；ph/do数据信号接口5.8通过传感器导线与ph/do测定仪2.12相连接；出水继电器5.9与电动排水阀2.8相连接；排泥继电器5.10与排泥阀2.10相连接。
本实施例实现低碳氮比污泥消化液脱氮除磷的过程为：污泥消化液从污泥消化液原水水箱1通过进水泵2.1进入同步短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷sbbr反应器2；在同步短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷sbbr反应器2内，paos利用污泥消化液中的vfa进行厌氧释磷并储存内碳源于体内；然后开启气泵2.4，并调节气体流量计2.6，使同步短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷sbbr反应器2进入低氧曝气搅拌阶段；在低氧曝气搅拌阶段，aob将污泥消化液中的nh4+-n氧化为no2--n，同时anammox利用污泥消化液中的nh4+-n和短程硝化过程中产生的no2--n进行厌氧氨氧化过程，并将其转化为少量no3--n和n2，此外，paos利用厌氧段储存的内碳源分别利用o2、短程硝化过程中产生的no2--n及厌氧氨氧化过程产生的no3--n进行好氧吸磷或反硝化除磷，达到去除污水中磷的目的；低氧曝气搅拌阶段结束后进行沉淀排水，出水通过电动排水阀2.8排入出水水箱4。
本实施例所述低碳氮比污泥消化液脱氮除磷的具体步骤如下：
(1)将现有的具有良好脱氮除磷性能的短程硝化污泥和反硝化除磷污泥分别投加至同步短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷sbbr反应器2，使同步短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷sbbr反应器2内悬浮活性污泥浓度达到1500～2500mg/l；将现有的具有良好脱氮性能的厌氧氨氧化海绵填料投加至同步短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷sbbr反应器2，使同步短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷sbbr反应器2内厌氧氨氧化海绵填料的体积占到同步短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷sbbr反应器2有效容积的1/2～3/4；
(2)将污泥消化液加入污泥消化液原水水箱1，启动进水泵2.1将污泥消化液抽入到同步短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷sbbr反应器2内；同步短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷sbbr反应器2运行时，厌氧氨氧化菌在厌氧氨氧化海绵填料上附着生长，氨氧化菌和聚磷菌则主要在同步短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷sbbr反应器2内悬浮生长，先厌氧搅拌60～300min，再低氧曝气搅拌150～600min，并控制同步短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷sbbr反应器2内溶解氧浓度为0.3～1mg/l，低氧曝气搅拌时nh4+-n浓度小于1mg/l时停止低氧曝气搅拌，进行沉淀排水，排水比为0.2～0.4，出水排入出水水箱4，完成低碳氮比污泥消化液的脱氮除磷。
本实施例所述同步短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷sbbr反应器2运行时需排泥，使同步短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷sbbr反应器2悬浮活性污泥浓度维持在1500～2500mg/l范围内。
实施例2：
本实施例选取某大学污泥发酵uasb反应器出水，具体水质如下：cod浓度为474～658mg/l，nh4+-n浓度为355～539mg/l，no2--n浓度＜2mg/l，no3--n浓度＜2mg/l，碳氮比平均为1.5，p浓度18.3～47.6mg/l，ph为6.8～8.6。试验系统如图1所示，同步短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷sbbr反应器2采用有机玻璃制作，有效容积为8l，具体过程为：
(1)将具有良好脱氮除磷性能的短程硝化污泥和反硝化除磷污泥分别投加至同步短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷sbbr反应器2，使接种后同步短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷sbbr反应器2内悬浮活性污泥浓度达到2000mg/l；将具有良好脱氮性能的厌氧氨氧化海绵填料投加至同步短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷sbbr反应器2，使反应器内厌氧氨氧化海绵填料的体积占到同步短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷sbbr反应器2有效容积的1/3；
(2)将污泥消化液加入污泥消化液原水水箱1，启动进水泵2.1将污泥消化液抽入到同步短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷sbbr反应器2内；同步短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷sbbr反应器2运行时，厌氧氨氧化菌主要在厌氧氨氧化海绵填料上附着生长，氨氧化菌和聚磷菌则主要在同步短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷sbbr反应器2内悬浮生长，先厌氧搅拌180min，再低氧曝气搅拌，并控制同步短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷sbbr反应器2内溶解氧浓度为0.3mg/l，当低氧曝气搅拌时nh4+-n浓度小于1mg/l时停止低氧曝气搅拌，进行沉淀排水，排水比为0.25，出水排入出水水箱4；实现污泥消化液的脱氮除磷。
本实施例所述同步短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷sbbr反应器2运行时需排泥，使同步短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷sbbr反应器2悬浮活性污泥浓度维持在2000mg/l左右。
本实施例的试验结果表明：运行稳定后，同步短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷sbbr反应器2出水cod浓度为43～65mg/l，nh4+-n浓度＜5mg/l，no2--n浓度＜1mg/l，no3--n浓度＜10mg/l，tp浓度＜1mg/l。