本發明涉及一種基于顆粒污泥的城市污水厭氧氨氧化自養脫氮裝置與方法，屬于污水生物處理技術領域。
背景技術：
我國今年來城鎮化進程不斷加快，城市居民不斷增加，使得城市污水量不斷增加。為了控制污染物排放對水體產生的污染，我國今年來大規模興建了城市污水處理廠，主要用于控制污水中的有機污染物、氮和磷等的排放。目前的城市污水處理廠大都采用傳統生物脫氮技術，該技術具有能耗高、污泥產量大等缺點，因此開發高效低能耗脫氮技術具有重要的意義。
厭氧氨氧化技術是一種新型污水生物脫氮技術，該技術具有能耗低、產泥量少等特點，但該技術目前主要應用于高氨氮廢水處理。限制厭氧氨氧化脫氮技術應用于城市污水處理廠的主要瓶頸是控制污泥中亞硝酸鹽氧化菌(nob)的生長繁殖，從而可以產生亞硝酸鹽為厭氧氨氧化提供底物。已有研究發現顆粒污泥和絮體污泥共存的污水厭氧氨氧化脫氮系統中，硝化菌包括氨氧化菌(aob)和nob主要存在于絮體污泥，另外一部分aob和nob存在于顆粒污泥外層；厭氧氨氧化菌則主要存在于顆粒污泥中。因此通過形成顆粒污泥，避免絮體污泥的存在可大幅減少nob的數量；另外通過后置缺氧實現內源短程反硝化厭氧氨氧化脫氮，實現穩定的污水厭氧氨氧化自養脫氮。
技術實現要素：
為了推動厭氧氨氧化技術在城市污水處理中的應用，基于上述分析，提出一種基于顆粒污泥的城市污水厭氧氨氧化自養脫氮裝置與方法。
本發明的技術方案為：一種基于顆粒污泥的城市污水厭氧氨氧化自養脫氮裝置，其特征在于，設有城市污水原水箱1、脫氮反應器2和在線控制裝置3；城市污水原水箱1通過進水泵1.1與脫氮反應器2相連，脫氮反應器2高徑比為15-30；脫氮反應器設有回流泵2.1、曝氣泵2.2、溶解氧在線傳感器2.3、排水閥2.4、三相分離器2.5和回流管2.6；溶解氧在線傳感器2.3的數據傳輸至在線控制裝置3，該裝置由plc可編程控制器和電機控制柜構成，可根據溶解氧濃度和設定的運行程度控制曝氣泵2.2、進水泵1.1、回流泵2.1和排水閥2.4。
基于顆粒污泥的城市污水厭氧氨氧化自養脫氮方法，其特征在于包含以下步驟：
1)接種城市污水廠活性污泥投加至脫氮反應器(2)，使污泥濃度mlss達到3000-4000mg/l；
2)啟動進水泵將城市污水從原水箱輸送到脫氮反應器(2)，進水3-10min后停止進水泵；而后啟動回流泵，進入厭氧段；厭氧運行1-3h后，啟動曝氣泵；控制恒定曝氣量，使反應器內溶解氧濃度為0.2-0.5mg/l；當溶解氧濃度升至1.0mg/l，并保持溶解氧濃度大于1.0mg/l的時間超過2min時，停止曝氣泵，進入缺氧段；缺氧運行1-3h，停止回流泵，進入沉淀段；沉淀時間為1-5min，從而培養出顆粒污泥；沉淀結束后開啟排水閥(2.4)，通過控制排水時間，使反應器排水比為30％-80％；而后設置一定的閑置時間，完成一個運行周期；整個周期的時間為6-12h；通過調控回流比，使反應器內水的上升流速維持在2-15m/h，保證反應器內顆粒污泥良好的流化狀態。
技術原理：
一種基于顆粒污泥的城市污水厭氧氨氧化自養脫氮裝置結合上向流厭氧污泥床反應器(uasb)和序批式活性污泥反應器(sbr)的特點，采用uasb反應器形式，以sbr的運行模式運行，同時增加水回流提供上升流速，增大剪切力；同時通過縮短沉淀時間形成水利選擇壓；此外通過設置內源反硝化使細菌處于饑餓狀態，增加微生物表面疏水性；綜合以上三種措施強化顆粒污泥的形成和維持。本發明的脫氮技術原理為：城市污水進入脫氮反應器后，首先是厭氧運行，將污水中的有機物以內源的形式貯存到微生物體內；而后進入低氧反應階段，發生短程硝化厭氧氨氧化脫氮；然后再進入缺氧反應階段，發生內源短程反硝化厭氧氨氧化脫氮；隨后進行沉淀排水，達到污水高效深度脫氮的目的。
本發明一種基于顆粒污泥的城市污水厭氧氨氧化自養脫氮的裝置與方法，與傳統生物脫氮工藝相比具有以下優勢：
1)顆粒污泥的形成使得反應器內生物量增大，沉淀時間縮短，脫氮效率得以提高；
2)該技術需氧量低，同時以低氧運行，降低了系統曝氣能耗；
3)內源短程反硝化厭氧氨氧化脫氮的實現，使得系統總氮去除率增加。
附圖說明
圖1為本發明一種基于顆粒污泥的城市污水厭氧氨氧化自養脫氮的裝置與方法的結構示意圖。
圖1中1為城市污水原水箱、2為脫氮反應器、3為在線控制裝置；1.1為進水泵、2.1為回流泵、2.2為曝氣泵、2.3為溶解氧在線傳感器、2.4為排水閥、2.5為三相分離器，2.6為回流管。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明做進一步說明：一種基于顆粒污泥的城市污水厭氧氨氧化自養脫氮裝置，設有城市污水原水箱(1)、脫氮反應器(2)和在線控制裝置(3)；城市污水原水箱(1)通過進水泵(1.1)與脫氮反應器(2)相連，脫氮反應器(2)高徑比為15-30；脫氮反應器設有回流泵(2.1)、曝氣泵(2.2)、溶解氧在線傳感器(2.3)、排水閥(2.4)、三相分離器(2.5)和回流管(2.6)；溶解氧在線傳感器(2.3)的數據傳輸至在線控制裝置(3)，該裝置根據溶解氧濃度和設定的運行程度控制曝氣泵(2.2)、進水泵(1.1)、回流泵(2.1)和排水閥(2.4)。
方法的步驟為：
1)接種城市污水廠活性污泥投加至脫氮反應器(2)，使污泥濃度mlss達到3000-4000mg/l；
2)啟動進水泵將城市污水從原水箱輸送到脫氮反應器(2)，進水3-10min后停止進水泵；而后啟動回流泵，進入厭氧段；厭氧運行1-3h后，啟動曝氣泵；控制恒定曝氣量，使反應器內溶解氧濃度為0.2-0.5mg/l；當溶解氧濃度升至1.0mg/l，并保持溶解氧濃度大于1.0mg/l的時間超過2min時，停止曝氣泵，進入缺氧段；缺氧運行1-3h，停止回流泵，進入沉淀段；沉淀時間為1-5min，從而培養出顆粒污泥；沉淀結束后開啟排水閥(2.4)，通過控制排水時間，使反應器排水比為30％-80％；而后設置一定的閑置時間，完成一個運行周期；整個周期的時間為6-12h；通過調控回流比，使反應器內水的上升流速維持在2-15m/h，保證反應器內顆粒污泥良好的流化狀態。
試驗采用北京某家屬區生活污水作為原水，具體水質如下：cod濃度為260-420mg/l；
具體操作如下：
1)接種城市污水廠活性污泥投加至脫氮反應器(2)，使污泥濃度mlss達到3500mg/l；
2)啟動進水泵將城市污水從原水箱輸送到脫氮反應器(2)，進水3min后停止進水泵；而后啟動回流泵，進入厭氧段；厭氧運行2h后，啟動曝氣泵；控制恒定曝氣量，使反應器內溶解氧濃度為0.2-0.5mg/l；當溶解氧濃度升至1.0mg/l，并保持溶解氧濃度大于1.0mg/l的時間超過2min時，停止曝氣泵，進入缺氧段；缺氧運行2h，停止回流泵，進入沉淀段；沉淀時間為5min，從而培養出顆粒污泥；沉淀結束后開啟排水閥(2.4)，通過控制排水時間，使反應器排水比為50％；而后設置一定的閑置時間，完成一個運行周期；整個周期的時間為12h；通過調控回流比，使反應器內水的上升流速維持在6m/h，保證反應器內顆粒污泥良好的流化狀態。
試驗結果表明：運行穩定后，脫氮反應器出水cod濃度為30-50mg/l,