本发明涉及一种半短程硝化厌氧氨氧化串联短程反硝化厌氧氨氧化处理高氨氮有机物废水的装置与方法，属于污水生物处理领域。
背景技术：
随着我国经济的快速发展以及对可持续发展理念的提倡，水资源的日益紧缺问题逐渐受到关注。然而，大量的水资源被利用后因其处理或排放不当而污染水体，其中水体富营养化现象最为常见。在化肥、石油产业日益壮大的今天，其排放的高氨氮有机物废水以其高氨氮、危害性强、处理困难等特点得到业内人士的高度重视。而随着日益严格的污水排放标准和持续恶化的水质情况，传统硝化反硝化工艺已经不能满足节能高效、脱氮效率高等要求，开发新的可持续与提质增效的脱氮工艺迫在眉睫。
在污水生物脱氮领域，厌氧氨氧化菌以亚硝酸根为电子受体氧化氨而生成氮气，从而达到对水中氮素污染去除的目的。厌氧氨氧化的提出与应用推动了污水处理厂由高能耗的末端处理向零能耗或产能单元的功能转变，而厌氧氨氧化工艺与其他新型脱氮工艺的组合工艺更是可以实现废水的深度脱氮，且上流式厌氧污泥床反应器(uasb)有利于厌氧氨氧化菌的有效持留。目前，短程硝化工艺控制硝化反应只进行到亚硝态氮阶段，大大降低了曝气能耗。而半短程硝化则是在氨谷点前停止曝气从而控制氨氮与亚硝态氮的比例达到1～1.32，为厌氧氨氧化提供了稳定的底物获取。
短程反硝化使反硝化停留在中间产物亚硝态氮从而获得高且稳定的亚硝积累，供氧氨氧化反应利用。半短程硝化厌氧氨氧化的出水中势必会含有大量硝态氮，为了进一步降低总氮和提高脱氮效率，可以串联一个短程反硝化厌氧氨氧化uasb反应器，利用上流式反应器的优势，促进菌群的持留和协作，从而实现高氨氮有机物废水的深度脱氮。
技术实现要素：
本发明提出了半短程硝化厌氧氨氧化串联短程反硝化厌氧氨氧化处理高氨氮有机物废水的装置与方法。高氨氮有机物废水通过半短程硝化将其中的一半氨氮转化为亚硝态氮，之后氨氮与亚硝态氮的质量浓度比为1～1.32的出水在uasb颗粒污泥系统中发生厌氧氨氧化反应，将氨氮与亚硝态氮同步去除；含有硝态氮的厌氧氨氧化出水和并联进入的高氨氮有机物废水在短程反硝化厌氧氨氧化一体化uasb反应器中发生反应，硝态氮在短程反硝化菌的作用下转化为亚硝态氮，之后再与高氨氮有机物废水中的氨氮发生厌氧氨氧化反应，进一步提高系统的脱氮率。该方法为高氨氮有机物废水的处理提供了新的思路，解决了其耗能大、脱氮效率低等问题，提高了出水水质。
本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：半短程硝化厌氧氨氧化串联短程反硝化厌氧氨氧化处理高氨氮有机物废水的装置与方法，其特征在于：
所用装置包括：进水水箱(1)、半短程硝化sbr反应器(2)、第一中间水箱(3)、厌氧氨氧化uasb反应器(4)、第二中间水箱(5)、短程反硝化厌氧氨氧化uasb反应器(6)；
所述半短程硝化sbr反应器(2)包括第一蠕动泵(2.1)、第一进水口(2.2)、曝气盘(2.3)、第一出水口(2.4)、气体流量计(2.5)、气泵(2.6)、搅拌器(2.7)、第一ph/do测定仪(2.8)、；所述厌氧氨氧化uasb反应器(4)包括第二蠕动泵(4.1)、第二进水口(4.2)、第二ph/do测定仪(4.3)、温控装置(4.4)、第二出水口(4.5)；所述短程反硝化厌氧氨氧化uasb反应器(6)包括第三蠕动泵(6.1)、第三进水口(6.2)、第四蠕动泵(6.3)、第三ph/do测定仪(6.4)、回流口(6.5)、第三出水口(6.6)、第五蠕动泵(6.7)；
所述进水水箱(1)中的高氨氮有机物废水通过第一蠕动泵(2.1)从第一进水口(2.2)泵入半短程硝化sbr反应器(2)，出水通过第一出水口(2.4)排入第一中间水箱(3)；第一中间水箱(3)通过第二蠕动泵(4.1)与厌氧氨氧化uasb反应器(4)的第二进水口(4.2)相连，出水通过第二出水口(4.5)排入第二中间水箱(5)；进水水箱(1)与第二中间水箱(5)分别通过第五蠕动泵(6.7)和第三蠕动泵(6.1)与短程反硝化厌氧氨氧化uasb反应器(6)的第三进水口(6.2)相连，回流口(6.5)通过第四蠕动泵(6.3)与第三进水口(6.2)相连并进行污泥回流。
2.应用如权利要求1所述装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)系统的启动：
(1.1)半短程硝化sbr反应器的启动：接种污泥为短程硝化污泥，接种后污泥浓度保持在3000-3500mg/l，污泥停留时间为25天，水力停留时间为3-4h，室温下运行；在每个周期内，将进水水箱(1)中的nh4 -n为200～250mg/l,cod为650～1300mg/l的高氨氮有机物废水通过第一蠕动泵(2.1)泵入半短程硝化sbr反应器(2)中，溶解氧保持在2～2.5mg/l，曝气搅拌3h，沉淀1h后排水，排水比60％；当出水中氨氮与亚硝态氮的质量浓度比为1～1.32时且稳定运行15d及以上认为半短程硝化反应器启动成功。
(1.2)厌氧氨氧化uasb反应器的启动：接种污泥为厌氧氨氧化颗粒污泥，接种后污泥浓度保持在4500-5000mg/l，水力停留时间为4h，不主动排泥，通过温度控制装置保持温度在30±2℃；第一中间水箱(3)中的半短程硝化sbr反应器(2)出水通过第二蠕动泵(4.1)连续泵入厌氧氨氧化uasb反应器(4)中；当出水中氨氮与亚硝态氮浓度均＜1mg/l时且稳定运行15d及以上认为厌氧氨氧化uasb反应器启动成功。
(1.3)短程反硝化厌氧氨氧化uasb反应器的启动：接种污泥为实验室稳定运行的短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应器内污泥，接种后污泥浓度保持在5000-5500mg/l，水力停留时间为4h，常温下运行，反应器设有回流，回流比为3.0；第二中间水箱(5)中的厌氧氨氧化uasb反应器(4)出水与进水水箱(1)中的高氨氮有机物废水混合后通过第三蠕动泵(6.1)连续泵入短程反硝化厌氧氨氧化uasb反应器(6)中，通过调整进水比例控制混合液中的nox--n与nh4 -n质量浓度比为1-1.32；当出水中氨氮与硝态氮浓度均＜1mg/l时且稳定运行15d及以上认为短程反硝化厌氧氨氧化uasb反应器启动成功。
(2)系统的运行:
(2.1)半短程硝化sbr反应器的运行：nh4 -n为200～250mg/l,cod为650～1300mg/l的高氨氮有机物废水由进水水箱(1)通过第一蠕动泵(2.1)泵入半短程硝化sbr反应器中，ao运行，好氧段通过气体流量计将溶解氧控制在2～2.5mg/l，定期排泥控制泥龄为25d；每天运行3个周期，每周期8h，包括进水10min、厌氧搅拌30～60min、曝气3～3.5h、沉淀1h、排水10min、闲置130～190min；排水比为60％，nh4 -n与no2--n的质量浓度比为1～1.32的出水排入第一中间水箱(3)。
(2.2)厌氧氨氧化uasb反应器的运行：第一中间水箱(3)的污水通过第二蠕动泵(4.1)进入厌氧氨氧化uasb反应器中，污水流量为0.75l/h，水力停留时间为4h，不主动排泥，温度控制在30±2℃；厌氧氨氧化菌将进水中的nh4 -n和no2--n去除转化为n2，含有硝态氮的出水排入第二中间水箱(5)。
(2.3)短程反硝化厌氧氨氧化uasb反应器的运行：第二中间水箱(5)的污水和进水水箱(1)中的高氨氮有机物废水分别通过第三蠕动泵(6.1)和第五蠕动泵(6.7)进入短程反硝化厌氧氨氧化uasb反应器中，通过第三蠕动泵(6.1)和第五蠕动泵(6.7)的污水流量分别为0.75l/h和0.125l/h，反应器上部的回流口(6.5)通过第四蠕动泵(6.3)与第三进水口(6.2)相连进行回流，回流量为2.625l/h，回流比为3.0，出水通过u型管排出。
本发明专利具有以下优势：
1)通过半短程硝化反应，不仅可以为后续厌氧氨氧化提供合适的氨氮和亚硝态氮比例，而且可以节省曝气能耗，经济有效。
2)上流式厌氧污泥床反应器有利于颗粒厌氧氨氧化菌的持留，更大程度地实现氨氮和亚硝态氮的同步去除。
3)短程反硝化菌与厌氧氨氧化菌在上流式厌氧污泥床反应器内实现协同脱氮，处理了上一厌氧氨氧化反应器的副产物硝态氮，总氮进一步降低。
4)短程反硝化厌氧氨氧化过程减少了曝气能耗和碳源需求，且污泥产量远小于传统硝化反硝化过程，降低了后续污泥处理成本。
综上所述，利用本发明处理高氨氮有机物废水，具有节省曝气能耗、提高脱氮率、减少碳源需求等优点。
附图说明
图1是：半短程硝化厌氧氨氧化串联短程反硝化厌氧氨氧化处理高氨氮有机物废水的装置与方法。
图1中：1-进水水箱、2-半短程硝化sbr反应器、3-第一中间水箱、4-厌氧氨氧化uasb反应器、5-第二中间水箱、6-短程反硝化厌氧氨氧化uasb反应器；2.1-第一蠕动泵、2.2-第一进水口、2.3-曝气盘、2.4-第一出水口、2.5-气体流量计、2.6-气泵、2.7-搅拌器、2.8-第一ph/do测定仪；4.1-第二蠕动泵、4.2-第二进水口、4.3-第二ph/do测定仪、4.4-温控装置、4.5-第二出水口、6.1-第三蠕动泵；6.2-第三进水口、6.3-第四蠕动泵、6.4-第三ph/do测定仪、6.5-回流口、6.6-第三出水口、6.7-第五蠕动泵。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方案：
如图1所示，半短程硝化厌氧氨氧化串联短程反硝化厌氧氨氧化处理高氨氮有机物废水的装置与方法，所用装置包括：进水水箱(1)、半短程硝化sbr反应器(2)、第一中间水箱(3)、厌氧氨氧化uasb反应器(4)、第二中间水箱(5)、短程反硝化厌氧氨氧化uasb反应器(6)；其特征在于所述进水水箱(1)中的高氨氮有机物废水通过第一蠕动泵(2.1)从第一进水口(2.2)泵入半短程硝化sbr反应器(2)，出水通过第一出水口(2.4)排入第一中间水箱(3)；第一中间水箱(3)通过第二蠕动泵(4.1)与厌氧氨氧化uasb反应器(4)的第二进水口(4.2)相连，出水通过第二出水口(4.5)排入第二中间水箱(5)；进水水箱(1)与第二中间水箱(5)分别通过第五蠕动泵(6.7)和第三蠕动泵(6.1)与短程反硝化厌氧氨氧化uasb反应器(6)的第三进水口(6.2)相连，回流口(6.5)通过第四蠕动泵(6.3)与第三进水口(6.2)相连并进行污泥回流。
实验系统如图1所示，各反应器均采用有机玻璃制成，半短程硝化sbr反应器(2)总体积11l，有效体积为10l；厌氧氨氧化uasb反应器(4)5l，有效体积3l；短程反硝化厌氧氨氧化uasb反应器(6)总体积5l，有效体积3l。
试验过程中，具体实验用水取自北京某工业园区排放的高氨氮有机物废水，具体水质如下：cod浓度为650～1300mg/l，nh4 -n浓度为200～250mg/l，no2--n浓度＜1mg/l，no3--n浓度＜1mg/l。
具体运行操作如下：
(1)系统的启动：
(1.1)半短程硝化sbr反应器的启动：接种污泥为短程硝化污泥，接种后污泥浓度保持在3000-3500mg/l，污泥停留时间为25天，水力停留时间为3-4h，室温下运行；在每个周期内，将进水水箱(1)中的nh4 -n为200～250mg/l,cod为650～1300mg/l的高氨氮有机物废水通过第一蠕动泵(2.1)泵入半短程硝化sbr反应器(2)中，溶解氧保持在2～2.5mg/l，曝气搅拌3h，沉淀1h后排水，排水比60％；当出水中氨氮与亚硝态氮的质量浓度比为1～1.32时且稳定运行15d及以上认为半短程硝化反应器启动成功。
(1.2)厌氧氨氧化uasb反应器的启动：接种污泥为厌氧氨氧化颗粒污泥，接种后污泥浓度保持在4500-5000mg/l，水力停留时间为4h，不主动排泥，通过温度控制装置保持温度在30±2℃；第一中间水箱(3)中的半短程硝化sbr反应器(2)出水通过第二蠕动泵(4.1)连续泵入厌氧氨氧化uasb反应器(4)中；当出水中氨氮与亚硝态氮浓度均＜1mg/l时且稳定运行15d及以上认为厌氧氨氧化uasb反应器启动成功。
(1.3)短程反硝化厌氧氨氧化uasb反应器的启动：接种污泥为实验室稳定运行的短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应器内污泥，接种后污泥浓度保持在5000-5500mg/l，水力停留时间为4h，常温下运行，反应器设有回流，回流比为3.0；第二中间水箱(5)中的厌氧氨氧化uasb反应器(4)出水与进水水箱(1)中的高氨氮有机物废水混合后通过第三蠕动泵(6.1)连续泵入短程反硝化厌氧氨氧化uasb反应器(6)中，通过调整进水比例控制混合液中的nox--n与nh4 -n质量浓度比为1-1.32；当出水中氨氮与硝态氮浓度均＜1mg/l时且稳定运行15d及以上认为短程反硝化厌氧氨氧化uasb反应器启动成功。
(2)系统的运行:
(2.1)半短程硝化sbr反应器的运行：nh4 -n为200～250mg/l,cod为650～1300mg/l的高氨氮有机物废水由进水水箱(1)通过第一蠕动泵(2.1)泵入半短程硝化sbr反应器中，ao运行，好氧段通过气体流量计将溶解氧控制在2～2.5mg/l，定期排泥控制泥龄为25d；每天运行3个周期，每周期8h，包括进水10min、厌氧搅拌30～60min、曝气3～3.5h、沉淀1h、排水10min、闲置130～190min；排水比为60％，nh4 -n与no2--n的质量浓度比为1～1.32的出水排入第一中间水箱(3)。
(2.2)厌氧氨氧化uasb反应器的运行：第一中间水箱(3)的污水通过第二蠕动泵(4.1)进入厌氧氨氧化uasb反应器中，污水流量为0.75l/h，水力停留时间为4h，不主动排泥，温度控制在30±2℃；厌氧氨氧化菌将进水中的nh4 -n和no2--n去除转化为n2，含有硝态氮的出水排入第二中间水箱(5)。
(2.3)短程反硝化厌氧氨氧化uasb反应器的运行：第二中间水箱(5)的污水和进水水箱(1)中的高氨氮有机物废水分别通过第三蠕动泵(6.1)和第五蠕动泵(6.7)进入短程反硝化厌氧氨氧化uasb反应器中，通过第三蠕动泵(6.1)和第五蠕动泵(6.7)的污水流量分别为0.75l/h和0.125l/h，反应器上部的回流口(6.5)通过第四蠕动泵(6.3)与第三进水口(6.2)相连进行回流，回流量为2.625l/h，回流比为3.0，出水通过u型管排出。
试验结果表明：系统运行稳定后，半短程硝化阶段可以实现40～50％的亚硝酸盐积累率，出水氨氮与亚硝态氮比例约为1～1.32；厌氧氨氧化阶段氨氮以亚硝态氮为电子受体转化为氮气，出水中的硝氮以及废水中的氨氮在短程反硝化厌氧氨氧化阶段被同步去除，出水cod小于50mg/l，出水氨氮小于5mg/l，出水总氮小于15mg/l，实现了高氨氮有机物废水的深度脱氮。
以上是本发明的具体实施例，便于该技术领域的技术人员能更好的理解和应用本发明，但本发明的实施不限于此，因此该技术领域的技术人员对本发明所做的简单改进都在本发明保护范围之内。
1.半短程硝化厌氧氨氧化串联短程反硝化厌氧氨氧化处理高氨氮有机物废水的装置，其特征在于，包括：进水水箱(1)、半短程硝化sbr反应器(2)、第一中间水箱(3)、厌氧氨氧化uasb反应器(4)、第二中间水箱(5)、短程反硝化厌氧氨氧化uasb反应器(6)；
所述半短程硝化sbr反应器(2)包括第一蠕动泵(2.1)、第一进水口(2.2)、曝气盘(2.3)、第一出水口(2.4)、气体流量计(2.5)、气泵(2.6)、搅拌器(2.7)、第一ph/do测定仪(2.8)、；所述厌氧氨氧化uasb反应器(4)包括第二蠕动泵(4.1)、第二进水口(4.2)、第二ph/do测定仪(4.3)、温控装置(4.4)、第二出水口(4.5)；所述短程反硝化厌氧氨氧化uasb反应器(6)包括第三蠕动泵(6.1)、第三进水口(6.2)、第四蠕动泵(6.3)、第三ph/do测定仪(6.4)、回流口(6.5)、第三出水口(6.6)、第五蠕动泵(6.7)；
所述进水水箱(1)中的高氨氮有机物废水通过第一蠕动泵(2.1)从第一进水口(2.2)泵入半短程硝化sbr反应器(2)，出水通过第一出水口(2.4)排入第一中间水箱(3)；第一中间水箱(3)通过第二蠕动泵(4.1)与厌氧氨氧化uasb反应器(4)的第二进水口(4.2)相连，出水通过第二出水口(4.5)排入第二中间水箱(5)；进水水箱(1)与第二中间水箱(5)分别通过第五蠕动泵(6.7)和第三蠕动泵(6.1)与短程反硝化厌氧氨氧化uasb反应器(6)的第三进水口(6.2)相连，回流口(6.5)通过第四蠕动泵(6.3)与第三进水口(6.2)相连并进行污泥回流。
2.应用如权利要求1所述装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)系统的启动：
(1.1)半短程硝化sbr反应器的启动：接种污泥为短程硝化污泥，接种后污泥浓度保持在3000-3500mg/l，污泥停留时间为25天，水力停留时间为3-4h，室温下运行；在每个周期内，将进水水箱(1)中的nh4 -n为200～250mg/l,cod为650～1300mg/l的高氨氮有机物废水通过第一蠕动泵(2.1)泵入半短程硝化sbr反应器(2)中，溶解氧保持在2～2.5mg/l，曝气搅拌3h，沉淀1h后排水，排水比60％；当出水中氨氮与亚硝态氮的质量浓度比为1～1.32时且稳定运行15d及以上认为半短程硝化反应器启动成功；
(1.2)厌氧氨氧化uasb反应器的启动：接种污泥为厌氧氨氧化颗粒污泥，接种后污泥浓度保持在4500-5000mg/l，水力停留时间为4h，不主动排泥，通过温度控制装置保持温度在30±2℃；第一中间水箱(3)中的半短程硝化sbr反应器(2)出水通过第二蠕动泵(4.1)连续泵入厌氧氨氧化uasb反应器(4)中；当出水中氨氮与亚硝态氮浓度均＜1mg/l时且稳定运行15d及以上认为厌氧氨氧化uasb反应器启动成功；
(1.3)短程反硝化厌氧氨氧化uasb反应器的启动：接种污泥为实验室稳定运行的短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应器内污泥，接种后污泥浓度保持在5000-5500mg/l，水力停留时间为4h，常温下运行，反应器设有回流，回流比为3.0；第二中间水箱(5)中的厌氧氨氧化uasb反应器(4)出水与进水水箱(1)中的高氨氮有机物废水混合后通过第三蠕动泵(6.1)连续泵入短程反硝化厌氧氨氧化uasb反应器(6)中，通过调整进水比例控制混合液中的nox--n与nh4 -n质量浓度比为1-1.32；当出水中氨氮与硝态氮浓度均＜1mg/l时且稳定运行15d及以上认为短程反硝化厌氧氨氧化uasb反应器启动成功；
(2)系统的运行:
(2.1)半短程硝化sbr反应器的运行：nh4 -n为200～250mg/l,cod为650～1300mg/l的高氨氮有机物废水由进水水箱(1)通过第一蠕动泵(2.1)泵入半短程硝化sbr反应器中，ao运行，好氧段通过气体流量计将溶解氧控制在2～2.5mg/l，定期排泥控制泥龄为25d；每天运行3个周期，每周期8h，包括进水10min、厌氧搅拌30～60min、曝气3～3.5h、沉淀1h、排水10min、闲置130～190min；排水比为60％，nh4 -n与no2--n的质量浓度比为1～1.32的出水排入第一中间水箱(3)；
(2.2)厌氧氨氧化uasb反应器的运行：第一中间水箱(3)的污水通过第二蠕动泵(4.1)进入厌氧氨氧化uasb反应器中，污水流量为0.75l/h，水力停留时间为4h，不主动排泥，温度控制在30±2℃；厌氧氨氧化菌将进水中的nh4 -n和no2--n去除转化为n2，含有硝态氮的出水排入第二中间水箱(5)；
(2.3)短程反硝化厌氧氨氧化uasb反应器的运行：第二中间水箱(5)的污水和进水水箱(1)中的高氨氮有机物废水分别通过第三蠕动泵(6.1)和第五蠕动泵(6.7)进入短程反硝化厌氧氨氧化uasb反应器中，通过第三蠕动泵(6.1)和第五蠕动泵(6.7)的污水流量分别为0.75l/h和0.125l/h，反应器上部的回流口(6.5)通过第四蠕动泵(6.3)与第三进水口(6.2)相连进行回流，回流量为2.625l/h，回流比为3.0，出水通过u型管排出。
技术总结