本发明属于污水生物处理技术领域，涉及一种处理城市污水的一体化厌氧氨氧化装置及其运行方法。
背景技术：
氮、磷污染引起的水体富营养化问题一直都是世界各国面临的主要问题之一，也是水处理的难点和重点。众所周知，城市污水是造成水体污染的重要源头之一，我国每年处理污水460亿吨以上，大都是以消耗能源和资源为代价的传统工艺进行处理。随着国家对污水排放的标准日益严格，迫切需要探索污水处理工艺中的脱氮除磷的新工艺，提高污水的处理效果,突破传统高能耗的技术瓶颈，实现最大的环保效益和经济效益。
传统的生物脱氮主要通过硝化将氨氮转化硝酸盐氮,再通过反硝化将硝酸盐氮转化成氮气，从而从水中除去。在硝化阶段，氨氮被转化成硝酸盐氮是由两类独立的细菌完成的序列式反应，首先由将氨氮转化成亚硝酸盐氮，然后由亚硝酸盐氧化菌将亚硝酸盐氮转化成硝酸盐氮，随即由反硝化菌将硝酸盐氮转化成氮气去除。而厌氧氨氧化菌的发现，使得硝化过程直接从氨氧化细菌产生的亚硝酸盐氮转化为氮气，缩短了硝化进程节约反硝化过程中的碳源投资。这一重大发现为未来污水处理理念转型带来新的曙光。
厌氧氨氧化技术具有氧耗低、能耗低，建设成本和运行成本低以及剩余污泥产量少的优势，成为近年城市污水处理研究的热点，但应用该技术长期稳定运行的工艺还鲜有案例。处理城市污水的厌氧氨氧化技术瓶颈在于亚硝酸盐氧化菌的淘洗。因而如何突破该技术瓶颈，将是近年来研究学者及企业研究的热点所在。
技术实现要素：
针对现有技术中厌氧氨氧化技术存在的不足，本发明的目的在于：提供一种处理城市污水的一体化厌氧氨氧化装置及其运行方法，其具有结构设计合理、自动化程度高、整体运行可靠稳定等特点，能够有效实现城市污水的脱氮除磷，突破采用传统脱氮除磷工艺处理城市污水时碳源不足、氮去除率不高，以及剩余污泥产量大等问题。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案实现：
一种处理城市污水的一体化厌氧氨氧化装置，该装置包括城市污水原水水箱、高负荷生物反应器、中间调节水箱、一体化厌氧氨氧化反应器、生物强化反应器、计量池以及在线监测检测仪和自动控制系统；其中，所述城市污水原水水箱通过高负荷生物反应器进水泵与高负荷生物反应器相连；高负荷生物反应器的排水管与中间调节水箱相连；中间调节水箱中污水通过三合一进水泵分别与一体化厌氧氨氧化反应器、生物强化反应器、计量池相连，生物强化反应器通过第一污泥交换泵与一体化厌氧氨氧化反应器相连，生物强化反应器与计量池相连接计量池通过第二污泥交换泵与一体化厌氧氨氧化反应器相连接；所述在线检测检测仪包括ph、溶解氧、氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、污泥浓度在线检测仪；所述在线检测仪分别与一体化厌氧氨氧化反应器、生物强化反应器相连接用于实时监测的ph、溶解氧、氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、污泥浓度检测值经数据转换后反馈至自动控制系统，自动控制系统分别与城市污水原水水箱、高负荷生物反应器、中间调节水箱、一体化厌氧氨氧化反应器、生物强化反应器、计量池控制连接。
作为上述方案的进一步优化，所述城市污水原水水箱、高负荷生物反应器、中间调节水箱、一体化厌氧氨氧化反应器、生物强化反应器、计量池中均设有放空管和溢流管。
作为上述方案的进一步优化，城市污水原水箱内置液位计；高负荷生物反应器内置液位计、曝气器i和搅拌桨i；中间调节水箱内置液位计；一体化厌氧氨氧化反应器内置液位计、在线监测检测仪、厌氧氨氧化菌挂膜填料和曝气器ii；生物强化反应器内置在线监测检测仪、曝气器iii和搅拌桨ii；计量池内置液位计。
作为上述方案的进一步优化，自动控制系统包括plc控制器、存储器、操作面板、显示器、计时器，其中，所述存储器、操作面板、显示器、计时器分别与plc控制器电连接；所述存储器中存储有预设的ph、溶解氧、氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、污泥浓度阈值，所述操作面板与plc控制器的输入信号端控制连接，显示器与plc控制器的输出信号端相连接用于显示实时在线检测的ph、溶解氧、氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、污泥浓度值；所述自动控制系统还包括与plc控制器通过无线网络收发模块箱连接的远程监控中心或者智能移动终端，通过无线收发模块能够将实时在线检测的ph、溶解氧、氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、污泥浓度值反馈至远程监控中心或者智能移动终端进行通信连接。
本发明上述处理城市污水的一体化厌氧氨氧化装置的运行方法包括如下步骤：
1)城市污水原水箱中的污水通过高负荷生物反应器进水泵进入到高负荷生物反应器中，进水体积为高负荷生物反应器有效体积的40-60％，进水量由高负荷生物反应器中液位计反馈自动控制系统实现自动通水控制，然后进行厌氧搅拌20-40min、好氧曝气40-80min、沉淀5-30min、排泥0.5-2min、沉淀20-40min、排水20min，排水进入中间调节水箱；高负荷生物反应器内污泥浓度4000-6000mg/l；全程按时间顺序自动进行周期运行；
2)中间调节水箱中的污水通过三合一进水泵进入到一体化厌氧氨氧化反应器中，进水体积为一体化厌氧氨氧化反应器有效体积的30-50％，进水量由一体化厌氧氨氧化反应器中液位计反馈自动控制系统实现自动控制，然后进行有氧曝气进行厌氧氨氧化反应，反应终点由溶解氧在线检测仪与氨氮在线检测仪显示数值联合反馈于自动控制系统关闭曝气器ii，接着沉淀40-60min，排水30-45min，排水比30-50％；一体化厌氧氨氧化反应器内污泥浓度1000-3000mg/l，3-15天后通过第一污泥交换泵与生物强化反应器进行一次污泥交换；
3)中间调节水箱中的污水通过三合一水泵进入生物强化反应器，然后向生物强化反应器中投加化学培养药剂，反应器内ph设定在7.0-9.0，接着打开曝气器iii进行生物强化，溶解氧控制在0.2-6mg/l范围，根据ph在线检测仪显示数据在6.5-5.5时，进行排泥或者经过第二污泥交换泵与一体化厌氧氨氧化反应器4进行物质交换，用计量池计量排泥量为生物强化反应器的5％-30％，排泥后停留24-72h再排水，排水比10-60％；生物强化反应器内污泥浓度2000-8000mg/l，全过程按顺序操作循环进行；
4)生物强化反应器排泥进入计量池，与一体化厌氧氨氧化反应器进行物质交换前，借助于三合一进水泵，将中间调节水箱中的水进行污泥冲洗后再进入一体化厌氧氨氧化反应器中，避免一体化厌氧氨氧化反应器内发生基质扰动。
作为上述方案的进一步优化，所述的高负荷生物反应器排泥方式为时间控制的选择性排泥，污泥龄3-7d，污泥沉降性能优于普通活性污泥。
作为上述方案的进一步优化，所述的高负荷生物反应器反应时间小于3h。
作为上述方案的进一步优化，步骤2)中所述的一体化厌氧氨氧化反应器反应终点的判断为溶解氧在线检测仪的显示数据与氨氮在线检测仪显示的数据联合反馈，反馈的信号转换包括单点值或者do与氨氮两者模拟经验公式或者数学关系，氨氮小于5mg/l，do大于0.5mg/l触发曝气器关闭。
作为上述方案的进一步优化，步骤2)中所述的一体化厌氧氨氧化反应器43-15天与生物强化反应5进行一次污泥交换，时间间隔选择是根据一体化厌氧氨氧化反应器氨氮与硝酸盐氮在线检测仪单位时间内的显示数值变化反馈，反馈的信号转换包括单点值或者氨氮与硝酸盐氮两者模拟经验公式或者数学关系，硝氮大于2mg/l，单位时间内硝酸盐氮变化数量与氨氮变化数量的比值至少大于10％。
作为上述方案的进一步优化，步骤3)中所述的生物强化反应器打开曝气器进行生物强化时，溶解氧的浓度取0.2-6mg/l。
综上，本发明提供一种处理城市污水的一体化厌氧氨氧化控制装置和控制方法，区具有如下优点：
(1)、一体化厌氧氨氧化反应器与生物强化反应器各自自成系统，都有生物质增量，不是狭义的污泥处理；
(2)、一体化厌氧氨氧化反应器与生物强化反应器污泥交换一方面是一体化厌氧氨氧化反应器中亚硝酸盐氧化菌淘洗的过程，另一方面也是保障优势菌群持续增值的措施，随着运行周期增加系统表现越稳定；
(3)、整体装置在实际运行过程中，自动化程度较高，操作方便，能够有效降低城市污水处理厂的经济运行成本，并且对城市污水处理的效果能够得以保证。
附图说明
图1是本发明一种处理城市污水的一体化厌氧氨氧化控制装置流程与结构示意图。图中1为城市污水原水箱、2为高负荷生物反应器、3为中间调节水箱、4为一体化厌氧氨氧化反应器、5为生物强化反应器、6为计量池、7为在线检测仪、8为自动控制系统；2.1为高负荷生物反应器进水泵，2.2为曝气器ⅰ，2.3为搅拌桨ⅰ，4.1为三合一进水泵，4.2为曝气器ⅱ，5.1为第一污泥交换泵，5.2为曝气器ⅲ，5.3为搅拌桨ii，6.1为第二污泥交换泵。
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。
如图1所示，一种处理城市污水的一体化厌氧氨氧化装置，该装置包括城市污水原水水箱1、高负荷生物反应器2、中间调节水箱3、一体化厌氧氨氧化反应器4、生物强化反应器5、计量池6以及在线监测检测仪7和自动控制系统8；其中，所述城市污水原水水箱1通过高负荷生物反应器进水泵2.1与高负荷生物反应器2相连；高负荷生物反应器2的排水管与中间调节水箱3相连；中间调节水箱3中污水通过三合一进水泵4.1分别与一体化厌氧氨氧化反应器4、生物强化反应器5、计量池6相连，生物强化反应器5通过第一污泥交换泵5.1与一体化厌氧氨氧化反应器4相连，生物强化反应器与计量池相连接计量池通过第二污泥交换泵6.1与一体化厌氧氨氧化反应器相连接；所述在线检测检测仪7包括ph、溶解氧、氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、污泥浓度在线检测仪；所述在线检测仪分别与一体化厌氧氨氧化反应器、生物强化反应器相连接用于实时监测的ph、溶解氧、氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、污泥浓度检测值经数据转换后反馈至自动控制系统8，自动控制系统8分别与城市污水原水水箱1、高负荷生物反应器2、中间调节水箱3、一体化厌氧氨氧化反应器4、生物强化反应器5、计量池6控制连接。
所述城市污水原水水箱、高负荷生物反应器、中间调节水箱、一体化厌氧氨氧化反应器、生物强化反应器、计量池中均设有放空管和溢流管。
城市污水原水箱1内置液位计；高负荷生物反应器2内置液位计、曝气器i2.2和搅拌桨i2.3；中间调节水箱3内置液位计；一体化厌氧氨氧化反应器4内置液位计、在线监测检测仪、厌氧氨氧化菌挂膜填料和曝气器ii4.2；生物强化反应器5内置在线监测检测仪、曝气器iii5.2和搅拌桨ii5.3；计量池6内置液位计。
自动控制系统8包括plc控制器、存储器、操作面板、显示器、计时器，其中，所述存储器、操作面板、显示器、计时器分别与plc控制器电连接；所述存储器中存储有预设的ph、溶解氧、氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、污泥浓度阈值，所述操作面板与plc控制器的输入信号端控制连接，显示器与plc控制器的输出信号端相连接用于显示实时在线检测的ph、溶解氧、氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、污泥浓度值；所述自动控制系统还包括与plc控制器通过无线网络收发模块箱连接的远程监控中心或者智能移动终端，通过无线收发模块能够将实时在线检测的ph、溶解氧、氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、污泥浓度值反馈至远程监控中心或者智能移动终端进行通信连接。
本发明上述处理城市污水的一体化厌氧氨氧化装置的运行方法包括如下步骤：
1)城市污水原水箱1中的污水通过高负荷生物反应器进水泵进入到高负荷生物反应器2中，进水体积为高负荷生物反应器2有效体积的40-60％，进水量由高负荷生物反应器2中液位计反馈自动控制系统8实现自动通水控制，然后进行厌氧搅拌20-40min、好氧曝气40-80min、沉淀5-30min、排泥0.5-2min、沉淀20-40min、排水20min，排水进入中间调节水箱3；高负荷生物反应器2内污泥浓度4000-6000mg/l；全程按时间顺序自动进行周期运行；
2)中间调节水箱3中的污水通过三合一进水泵进入到一体化厌氧氨氧化反应器4中，进水体积为一体化厌氧氨氧化反应器4有效体积的30-50％，进水量由一体化厌氧氨氧化反应器4中液位计反馈自动控制系统8实现自动控制，然后进行有氧曝气进行厌氧氨氧化反应，反应终点由溶解氧在线检测仪与氨氮在线检测仪显示数值联合反馈于自动控制系统8关闭曝气器ii，接着沉淀40-60min，排水30-45min，排水比30-50％；一体化厌氧氨氧化反应器4内污泥浓度1000-3000mg/l，3-15天后通过第一污泥交换泵与生物强化反应器5进行一次污泥交换；
3)中间调节水箱3中的污水通过三合一水泵进入生物强化反应器5，然后向生物强化反应器5中投加化学培养药剂，反应器内ph设定在7.0-9.0，接着打开曝气器iii进行生物强化，溶解氧控制在0.2-6mg/l范围，根据ph在线检测仪显示数据在6.5-5.5时，进行排泥或者经过第二污泥交换泵与一体化厌氧氨氧化反应器4进行物质交换，用计量池6计量排泥量为生物强化反应器5的5％-30％，排泥后停留24-72h再排水，排水比10-60％；生物强化反应器5内污泥浓度2000-8000mg/l，全过程按顺序操作循环进行；
4)生物强化反应器5排泥进入计量池6，与一体化厌氧氨氧化反应器4进行物质交换前，借助于三合一进水泵，将中间调节水箱3中的水进行污泥冲洗后再进入一体化厌氧氨氧化反应器4中，避免一体化厌氧氨氧化反应器4内发生基质扰动。
所述的高负荷生物反应器2排泥方式为时间控制的选择性排泥，污泥龄3-7d，污泥沉降性能优于普通活性污泥。
所述的高负荷生物反应器2反应时间小于3h。
步骤2)中所述的一体化厌氧氨氧化反应器4反应终点的判断为溶解氧在线检测仪的显示数据与氨氮在线检测仪显示的数据联合反馈，反馈的信号转换包括单点值或者do与氨氮两者模拟经验公式或者数学关系，氨氮小于5mg/l，do大于0.5mg/l触发曝气器关闭。
步骤2)中所述的一体化厌氧氨氧化反应器43-15天与生物强化反应器5进行一次污泥交换，时间间隔选择是根据一体化厌氧氨氧化反应器4氨氮与硝酸盐氮在线检测仪单位时间内的显示数值变化反馈，反馈的信号转换包括单点值或者氨氮与硝酸盐氮两者模拟经验公式或者数学关系，硝氮大于2mg/l，单位时间内硝酸盐氮变化数量与氨氮变化数量的比值至少大于10％。
步骤3)中所述的生物强化反应器5打开曝气器进行生物强化时，溶解氧的浓度取0.2-6mg/l。
下面结合具体地应用实施例对本发明的技术效果作以详细说明。
试验用水来自污水厂初沉出水，其水质如下：cod浓度为150-350mg/l，氨氮浓度为38-58mg/l，硝酸盐氮浓度小于0.5mg/l，亚硝酸盐氮浓度小于0.5mg/l，总磷4-8mg/l。高负荷生物反应器和一体化厌氧氨氧化反应器有效体积均为10m3，生物强化反应器15m3。
具体运行操作如下：
1)城市污水初沉出水进入城市污水原水箱，城市污水原水箱中的污水通过负荷生物反应器进水泵进入到高负荷生物反应器中，进水体积为高负荷生物反应器有效体积的50％，进水量由高负荷生物反应器中液位计反馈自动控制系统实现自动控制，然后进行厌氧搅拌25min、好氧曝气60min、沉淀10min排泥2min、沉淀40min排水20min，排水进入中间调节水箱。高负荷生物反应器内污泥浓度4000-6000mg/l。全程按时间顺序自动进行周期运行。
2)中间调节水箱中的污水通过三合一水泵进入到一体化厌氧氨氧化反应器中，进水体积为一体化厌氧氨氧化反应器有效体积的50％，进水量由一体化厌氧氨氧化反应器中液位计反馈自动控制系统实现自动控制，然后进行有氧曝气进行厌氧氨氧化反应，反应终点由do在线检测仪与氨氮在线检测仪显示数值联合反馈于，当氨氮示值小于2mg/l，do大于3mg/l自动控制系统关闭曝气器ii，接着沉淀40min，排水30min，排水比50％。一体化厌氧氨氧化反应器内污泥浓度1000-3000mg/l，10后天与生物强化反应器进行一次污泥交换。
3)中间调节水箱中的污水通过水泵进入生物强化反应器，然后向生物强化反应器中投加化学培养药剂，反应器内ph7.6，接着打开曝气器iii进行生物强化，do控制在4mg/l范围，根据ph在线检测仪显示数据6.3进行排泥或者与一体化厌氧氨氧化反应器进行物质交换，用计量池计量排泥量(交换量)为生物强化反应器的10％，排泥后停留24h再排水，排水比30％。生物强化反应器内污泥浓度2000-8000mg/l，全过程按顺序操作循环进行。
4)生物强化反应器排10％泥进入计量池，然后一体化厌氧氨氧化反应器排混合液进生物强化池至生物强化池原液位为止。用中间调节水箱中的水进行污泥冲洗3次后污泥再进入一体化厌氧氨氧化反应器中。若不发生污泥交换，生物强化反应器直接排放10％混合液丢弃。
试验结果表明：厌氧氨氧化脱氮率80％以上，出水总氮＜15mg/l，氨氮＜5mg/l，总磷＜0.5mg/l；整体污水处理的成本下降15-20％，有效降低了污水处理厂的经济负担，并且处理的效果能够得以保证，具有较好的推广应用空间。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。